沈陽城市周邊耕地多功能評價

靳文娟，邊振興※，魏忠義，王淑敏

(1.沈陽農業大學土地與環境學院，遼寧沈陽 110866； 2.撫順經濟開發區國土資源局，遼寧撫順 113006)

0 引言

耕地是人類賴以生存的基本資源和物質保障[1]。隨著城市化的發展，耕地數量減少、質量下降、污染嚴重，直接影響了糧食安全。耕地單一的生產功能已無法滿足城市快速發展的多重需求，保護耕地的多功能性變得尤為重要，耕地多功能研究是農地多功能研究的重要部分[2]。1992年，聯合國環境與發展大會首次提出“農業多功能性(Multi-Functionality of Agriculture，簡稱 MFA)”這一概念[3]，引起全世界的廣泛關注。國內外專家學者對耕地多功能評價進行了大量研究。國外大多耕地功能研究是為了滿足某一特定目的，評價方法有單項評價和綜合評價[4-7]。國內多數學者從耕地多功能內涵和類型[2][8]、耕地單項功能評價[9]、多功能綜合評價[10-17]和耕地功能空間分異[18-20]等方面進行了相關研究。但這些研究多數側重于較大單元(如省、市、縣)的耕地功能分析評價，而從中小尺度入手，選取較小單元的大范圍評價研究較少。

城市周邊是兼具城市和鄉村土地性質的過渡地帶，城市化施加的巨大壓力使該地區耕地的多功能性更為明顯且研究非常必要。因此，文章從中小尺度入手、以具體的鄉鎮(街道)作為評價單元，分析沈陽城市周邊耕地多功能的現狀及其空間差異，揭示產生差異的因素。研究成果可為耕地保護及城市周邊耕地發展提供支撐，對制定耕地保護政策，合理利用耕地資源，實現可持續發展具有重要意義。

1 研究區域及數據來源

1.1 研究區概況

沈陽市(122°25′9″E～123°48′24″E、41°12′51″N～43°02′13″N)位于中國東北地區南部，遼寧省中部偏東，渾河河畔，地處長白山余脈，遼河、渾河沖積平原和東部地區的山脈之間，西部屬平原。全市總面積1.29萬km2，下轄10個區， 2個縣，代管1個縣級市。研究區選擇沈陽城市周邊即位于市區和城市影響帶之間的區域，這一區域也稱為城鄉結合部。近幾年，隨著沈陽城鎮化水平的不斷提高，城市周邊的耕地系統不斷受到影響，出現明顯的城鄉過渡性，多數土地被預征完畢，全市耕地面積由2009年的77.2萬hm2減少到2015年的75.7萬hm2，耕地的生產及社會保障功能急劇下降，景觀及其功能的空間變化梯度較大。根據研究目標，選取沈陽城市周邊5區(沈北新區、渾南區、蘇家屯區、鐵西區和于洪區)內有耕地的50個鄉鎮(街道)作為評價單元(圖1)。

圖1 研究區位置

1.2 數據來源

該研究涉及沈陽市土地利用空間規劃、人口、生產、經濟、生態、景觀等數據。其中，空間數據來自于沈陽市土地利用總體規劃數據庫； 人口、生產、經濟、生態等社會經濟統計數據來源于《沈陽統計年鑒》《沈陽農村統計年鑒》和《沈北新區國民經濟統計資料》。景觀格局指數是依據土地利用規劃數據在ArcGIS9.3和Fragstats3.3軟件中計算得出。

2 研究方法

2.1 耕地多功能評價指標體系構建

基于中小尺度的城市周邊耕地多功能評價，根據目前已有相關研究，結合研究區實際情況，選擇以鄉鎮(街道)作為評價單元。通過分析諸多專家學者對耕地功能分類的研究成果，將耕地功能分為生產、生態、社會和景觀4種類型[8,11,14,21-23]。該文參考耕地多功能評價相關研究成果，結合生態系統評估、土地利用多功能評價[13]等的評價指標體系，依據評價因子選取的綜合性、代表性、科學性和可操作性原則，綜合研究區實際情況，選取16個評價因子建立目標層、準則層與指標層的三級耕地多功能評價指標體系(表1)。

表1 耕地多功能評價指標體系

目標層準則層指標層指標類型指標解釋耕地多功能A生產功能A1單位面積糧食產量A11+糧食總產量/實際占用耕地面積單位面積蔬菜產量A12+蔬菜總產量/蔬菜播種面積單位面積瓜果產量A13+瓜果類總產量/瓜果播種面積耕地地均產值A14+耕地總產值/實際耕地面積人均耕地面積A15+耕地面積/區域總人口生態功能A2單位耕地化肥農藥負荷A21-(化肥施用量+農藥使用量)/耕地面積地膜覆蓋面積A22-來自統計年鑒固碳釋氧量A23+(CO2吸收量+O2釋放量)/耕地面積農田生態系統多樣性A24+Shannon-Weiner指數社會功能A3農業從業人員數量A31+來自統計年鑒人均糧食產量A32+糧食產量/區域總人口農民人均純收入A33+來自統計年鑒第一產業就業比A34+第一產業從業人員/勞動人口數景觀功能A4耕地景觀面積比A41+Fragstats 3.3軟件計算景觀多樣性指數A42+Fragstats 3.3軟件計算景觀均勻度指數A43+Fragstats 3.3軟件計算 注: 1.“+”為正相關指標,“-”為負相關指標; 2.固碳釋氧量根據光合作用方程式CO2(264g)+H2O(108g)→C6H12O6(108g)+O2(193g)→多糖(162g)計算; 3.農田生態系統多樣性采用聯合國教科文組織推的Shannon-Weiner指數計算

2.2 指標標準化

采用極值標準化方法對各評價指標進行無量綱化，經過極差變換，各評價指標無量綱化到[0， 100]。具體計算公式為：

(1)

(2)

式(1)、(2)中，Aij為i鄉鎮(街道)j指標的標準值；Xij為i鄉鎮(街道)j指標原始值；Xmax為i鄉鎮(街道)j指標原始最大值；Xmin為i鄉鎮(街道)j指標原始最小值。

2.3 指標權重確定

采用熵權法確定指標權重，具體計算公式如下：

①計算j指標的熵值：

(3)

②計算j指標的權重：

(4)

2.4 計算耕地多功能值

采用加權求和法計算耕地各功能分值，等權值算術平均法計算耕地多功能綜合分值。

(5)

式(5)中，Ab為耕地各功能分值；Aij為各指標標準值；ωj為各指標權重；M為耕地功能個數。

(6)

式(6)中，A為耕地多功能綜合分值；Ab為耕地各功能分值；M為耕地功能個數。

3 評價結果分析

3.1 生產功能分析

由圖2，新城子街道和尹家鄉耕地的生產功能最強。而大青、沙嶺、東湖、五三、虎石臺和道義街道的生產功能最弱。通過分析生產功能各指標，位于遠郊平原區的尹家鄉的人均耕地面積居所有鄉鎮前列，且尹家鄉是綠色蔬菜生產基地，蔬菜種植面積占全鄉耕地的93%，其所創造的地均產值很高。新城子是以傳統農業為主的遠郊區鄉鎮，雖然其人均耕地面積較小，但大面積五味子的種植使耕地地均產值高達7.87萬元/hm2，因此耕地的生產功能很強。遠郊山區(白清、姚千、祝家街道等)受地形限制，耕地粗放經營，以種植糧食作物為主，單位面積糧食產量低且耕地地均產值小，同時蔬菜和水果產量均較低，導致耕地生產功能較弱。而位于近郊區的沙嶺、東湖、虎石臺和道義等街道，由于城市化的擴張，大量耕地被占用，人均耕地面積均不足400m2/人，且種植規模較小，耕地地均產值少，生產功能弱。瓜果類生產主要分布在遠郊平原區(林盛、紅菱和八一街道等)，而蔬菜生產主要分布在遠郊平原區(李相、光輝街道和王濱溝鄉等)和近郊區(大興、汪家和東湖街道等)。由此可見，地形和距市中心距離是耕地生產功能的主要影響因素。

圖2 耕地生產功能評價 圖3 耕地生態功能評價

3.2 生態功能分析

由圖3，沈陽城市周邊耕地的生態功能總體較弱且空間差異較小。除解放街道外，其余鄉鎮(街道)耕地生態功能均為一般及以下水平。通過分析生態功能各指標可得，遠郊區(林盛、黃家、高花、彰驛和興隆臺街道等)的固碳釋氧量較高，說明遠郊區耕地的大氣調節功能較強，但化肥和農藥負荷及地膜覆蓋面積均較大，耕地以種植糧食作物為主，為實現高產而大量使用化肥、農藥和地膜，再加上遠郊區生態保護宣傳力度較低，農民生態環境保護意識相對薄弱，導致耕地污染嚴重。近郊區部分街道(解放、五三和渾河站東街道等)的農田生態系統多樣性較高，遠郊區部分地區多樣性較低。農藥、化肥及地膜的不合理使用對部分地區的農業生產條件和生境等造成一定的影響，同時，集約型的生產方式和高產品種的大力推廣使農田景觀結構單一，導致生態系統多樣性降低。

圖4 耕地社會功能評價 圖5 耕地景觀功能評價

圖6 耕地多功能綜合評價

3.3 社會功能分析

由圖4，位于遠郊區的十里河、黃家和石佛寺街道耕地的社會功能最強。而位于近郊的大青、五三和道義等街道的耕地社會功能最弱。分析相關數據表明：黃家、石佛寺和十里河街道的人均糧食產量及農民人均純收入均很高，耕地的經濟保障功能較強。且石佛寺和黃家街道的第一產業就業比最大，分別為0.86和0.84，說明遠郊區農民對耕地的依賴性較大，耕地的社會保障功能較強。相反，近郊區的人均糧食產量、第一產業就業比均很小，耕地對農民的糧食保障能力低，農民對耕地的依賴性小，多數農民甚至已經脫離農業耕作，耕地的社會功能弱。同時，可明顯看到，隨著距市中心距離的增加，耕地的社會功能在逐漸增強。

3.4 景觀功能分析

由圖5，輝山、滿堂、汪家、于洪及姚千街道等的耕地景觀功能最強。分析各指標得：滿堂、汪家和東湖等街道耕地的景觀多樣性指數和景觀均勻度指數均較高，耕地的景觀異質性較好。相對而言，遠郊區(興隆臺、光輝、永樂街道和大溝鄉等)的景觀均勻度指數較低。可見，近郊區耕地的景觀多樣性和均勻度較好，遠郊區較弱。隨著經濟發展不斷加快，人們對精神層面的追求不斷提高，近郊區憑借交通便利的優勢更容易發展生態觀光旅游。白塔、佟溝和姚千街道位于渾河兩岸，沿渾河充分發揮耕地以觀光農業、生態度假為主的生態功能。由于遠郊區距市中心較遠，交通相對不是很便利，耕地景觀文化功能相對近郊區較弱。表明距市中心距離直接對耕地景觀功能產生影響。

3.5 耕地多功能綜合分析

由圖6，沈陽城市周邊耕地多功能空間差異較為明顯且不均衡。從地形方面來看，位于沈陽東北部的山地丘陵區、西部的平原區均有耕地多功能性強的鄉鎮(街道)，如東部的黃家、新城子等街道，西部的尹家鄉、八一、沙河和十里河街道； 同時也有耕地多功能弱的鄉鎮(街道)，如東北部的望濱街道，西部的大青和沙嶺街道。從距市中心距離來看，位于近郊區的輝山、汪家、解放和于洪街道耕地的多功能發揮的較好，而道義、五三和大青街道卻較差； 位于遠郊區的黃家、清水臺、沙河和十里河街道耕地多功能性較好，而望濱、彰驛街道卻較弱。說明耕地的多功能性是由地形、距市中心距離及耕地各功能等多種因素綜合決定的。

圖7 各鄉鎮(街道)耕地多功能結構組成

圖7表示各鄉鎮(街道)耕地單一功能在多功能中所占的比例。由圖7可看出，絕大多數耕地的生產功能在多功能中所占比重均較高，而景觀功能的比重相對較低，說明沈陽城市周邊鄉鎮(街道)的耕地以農業生產為主導，對耕地的景觀文化功能的關注度相對較弱，可以考慮將農業生產與旅游、休閑相結合，加快轉變農業發展方式。近郊區(道義、虎石臺、解放、大青和五三街道等)耕地的生態功能所占比重較大，農田生態環境較好，但社會功能所占比重較小，農民對耕地依賴性較小，社會保障功能偏弱，重點考慮提升耕地質量，實現數量、質量和生態的有機統一。遠郊區(石佛寺、黃家、十里河和光輝街道等)耕地的社會功能所占比重較大，而生態功能比重很小，耕地污染嚴重，需要優化耕地生態空間，提升耕地的生態景觀服務功能，提升農業發展的“綠色含量”。

4 結論與討論

4.1 結論

通過構建耕地多功能評價指標體系，對沈陽城市周邊50個鄉鎮(街道)的耕地多功能值進行計算，在ArcGIS9.3中進行空間分析，并確定耕地多功能的結構組成。分析評價結果，得出以下結論。

(1)沈陽城市周邊耕地的多功能空間差異較為明顯。生產功能遠郊平原區最強，遠郊山區和近郊區較弱； 生態功能總體較弱，個別鄉鎮較好； 距離城市越遠，社會功能越強； 景觀功能近郊區較強，遠郊相對較弱。

(2)耕地的生態、社會和景觀功能主要受距市中心距離的影響，生產功能受地形和距市中心距離的雙重影響，而多功能則受地形、距市中心距離及各鄉鎮(街道)耕地主導功能等的綜合影響。

(3)沈陽城市周邊的大多數耕地以農業生產為主導，景觀文化功能整體相對較弱。近郊區耕地生態功能所占比重較大，農田生態環境較好，但社會功能所占比重小，農民對耕地依賴性小，社會保障功能弱。遠郊區則與之相反。

4.2 討論

研究結果表明沈陽城市周邊耕地多功能空間分布零散，差異較為明顯且發展不均衡，與已有相關研究結論“耕地多功能與城市距離遠近呈正相關”不相一致。這可能是由于該研究進行了空間上的擴展，增加評價單元，選取較大的評價范圍，涵蓋鄉鎮數量較多，使得耕地多功能的空間差異相對較明顯，評價結果更具有一般性和代表性。但由于耕地功能分類尚無統一標準，且部分指標數據獲取較困難，致使所選評價指標帶有一定的主觀性。同時，耕地多功能是一個復雜的功能體系，該研究僅初步分析了其空間分布差異及影響因素，對于耕地單一功能之間的潛在關系以及如何協調各功能之間的聯系發揮耕地多功能的綜合優勢方面有待進一步研究和完善。