基于功能分異的都市農業發展模式研究

朱 蕾，王克強

基于功能分異的都市農業發展模式研究

朱 蕾1,2，王克強2※

（1. 上海市地質調查研究院，上海 200072；2. 上海財經大學公共經濟與管理學院，上海 200433）

為指導特大型城市農業資源合理利用和鄉村振興發展，該文基于功能空間分異特征開展上海市農業多功能空間分布規律和發展模式研究。研究將上海市農業多種功能確定為農產品供給、社會保障、文化和休閑以及生態調節4種，評價分析結果顯示單項功能和綜合功能空間分布情況和自然本底、土壤條件、區位交通以及經濟社會發展情況密切相關，但相關性特點有所差別，利用好這些關系是因地制宜利用農用地的關鍵。單項指標的聚類分析將上海市各街鎮農業多種功能聚類為5種發展模式，分別是生態結構型、傳統農業型、農耕文化型、文化休閑型和功能均衡型發展模式，多功能發展模式呈圈層分布，依次是文化休閑型、農耕文化型和傳統農業型發展模式街鎮，而生態結構型發展模式的街鎮穿插在文化休閑型發展模式街鎮中。將農業多功能發展模式空間分布圖和農業功能區規劃圖進行對比分析，街鎮農業發展模式和規劃農業功能區和生態功能區相關性較好。

農業；發展模式；功能空間分異；系統聚類；評價指標體系；空間分布規律

0 引 言

農業的多功能性日益受到重視，多功能評價研究是熱點之一。國外的研究主要集中在多功能農業經濟影響、消費者偏好和農民傾向方面[1-6]。有學者采用條件價值評估方法揭示公眾對美國農業多功能角色的偏好，并對美國農業商品和服務經濟價值進行整體評估[2]，還有學者通過試驗和經驗分析方法，開展塞浦路斯多功能農業的環境和社會功能評價[5]，荷蘭學者則利用多功能農業投入產出模型，來分析荷蘭幾個地區多功能農業的經濟影響[6]。近些年，國外對于農業多功能空間評價方面研究逐漸增多，但主要是土地利用變化、氣候變化對土地多功能的影響研究和少數的多功能活動時空評價[7-9]。比如在土地利用變化條件下歐盟景觀多功能性評價中，通過分析分離政策描述2000—2040年土地利用變化對土地多功能的影響[7]；在瑞士西部開展的氣候變化背景下多功能農業適應選擇模擬研究中，利用模式框架分析確定驅動因素及相互作用，并定量驅動因素的影響值[9]。

國內學者近幾年在農業功能評價指標體系構建、定量化評價方法方面的研究逐漸增多[10-21]，但對于農業多功能空間分布規律研究仍處于起步階段。有學者采用集對分析方法，建立了農作物生產系統績效評價的多功能指標體系，并以中國大陸為例，對不同地區進行了比較分析并進行了分組[10]。也有學者以西安都市圈為例，探索了農業多功能視角下城市農業土地利用效率的時空變化[11]。這些研究只是把農業觀光、民俗旅游收入以及接待人次作為經濟或社會功能指標，未考慮生態和休閑功能指標，指標選擇上更多考慮多功能發展結果，指標獲取上多選擇統計資料，未充分考慮文化與景觀維度的指標和區位、交通等對生態休閑功能的影響。

都市農業除具有基本農業生產功能外，還與市區發展相互作用，形成具有都市農業特點的多種功能，從而形成一定的發展模式。上海是典型的超大型城市，面臨著農用地保護、生態用地保護和經濟社會發展的多重壓力，必須充分發揮農用地的多種功能，因地制宜發展生態農業和休閑農業，才能緩解發展和保護的壓力和矛盾。本文以上海市為例，充分考慮城市居民對農業的多種功能需求和大型城市郊區農業生產和功能復合的現狀，基于農業多功能空間分異特征，提出農業多功能評價指標體系和評價模型，分析大型城市農業多功能和綜合功能空間分布規律，并通過系統聚類分析，開展上海市農業多功能發展模式研究，指導大型城市農業資源合理利用和鄉村振興發展。

1 材料與方法

1.1 研究區域

上海市位于120°512～122°122E，30°402～1°532N，陸域面積約6 833km2，有16個區（中心城區有7個區，郊區有9個區）（圖1）。改革開放40年來，上海的快速發展不斷蠶食城市生態空間，生態的短板已經成為制約上海建設全球城市的主要瓶頸。占上海市陸域面積45%的農用地資源，是上海市基本生態空間的重要組成部分，也是上海市生態空間的基本單元，如何發揮農用地的多種功能，對農用地生態功能等多重效用予以正確認識和特殊保護，是未來上海市農用地保護和利用的重要方向。

圖1 研究區域范圍圖

1.2 研究方法

1.2.1 指標體系構建

結合上海城市農用地利用實際，將農業多種功能確定為農產品供給、社會保障、文化和休閑以及生態調節四大功能。農產品供給功能是農業最基本最重要的功能，農用地分等定級是綜合了土地自然質量、利用水平、生產力水平、收益水平等諸多因素對農用地進行的綜合評定和等級劃分，可以衡量農產品供給功能。農用地等別又分為自然等、利用等和經濟等，一般情況下土地利用等和經濟等成正相關關系，因此本文選取土地自然等和經濟等評價指標衡量農用地產出水平。社會保障功能主要體現在農業容納勞動力、為農民提供基本生活保障上。鑒于難以搜集到最近幾年分鎮農業產值的數據，本文選取農業勞動力占農村總勞動力比重、農村居民人均可支配收入作為評價指標。其中，農村居民人均可支配收入和農業社會保障能力成反比，因為上海市近郊和遠郊街鎮農村面貌和農民收入差異比較大，近郊農村居民人均可支配收入高，而統計年鑒顯示近郊街鎮第一產業從業人員百分比均為個位數[22-24]，說明近郊農村居民收入主要來源于非農業，因此近郊農業的社會保障能力低，而遠郊則剛好相反。文化和休閑功能在指標選取上將交通、休閑旅游、農業文化以及特色農產品等作為主要考慮因素，選擇到主干道路、到軌道交通站點的距離和到景點的距離以及典型農業文化與景觀區個數4個指標進行分析，其中離景點距離、典型農業文化和農業景觀區個數充分考慮了各鎮的特點，并根據相關職能部門的推薦，選擇有一定影響力或有一定規模的文化旅游景點、農業文化和農業景觀區。生態調節功能是指農業的生態環境和生態進程所提供且保障的人類生活所需的環境條件與效能，本文選取區域5種主要的生態服務價值作為農業生態調節功能評價指標。

表1 農業功能評價指標體系

1.2.2 評價指標值獲取

農產品供給功能評價指標中的農用地利用等和經濟等均采取目前最新的上海市農用地分等定級成果（2016年），考慮到農用地的質量變化比較慢，因此2016年的農用地分等定級成果基本可以反映當前農用地的質量情況。社會保障功能評價指標以鎮為評價單元，通過查閱2017年統計年鑒獲取評價單元的農業勞動力、農村總勞動力和農村居民人均可支配收入值，計算得到就業和生產保障功能評價指標數值。文化和休閑功能評價指標以鎮為評價單元，借助ArcGIS的空間分析功能，計算得到評價單元（鎮中心點）離主干道路距離、離軌道交通站點和離景點距離以及典型農業文化與農業景觀區個數。

生態調節功能評價指標值獲取采取生態系統服務價值計算方法。該方法由Costanza等人構建并經謝高地、冉圣宏等一批學者進行了本地化調整[25-28]。冉圣宏等[27]2006年以中國各種土地利用類型單元面積的生態價值對1996年與2004年的土地分類進行了整理，并參考Costanza等[25]進行生態價值計算時劃分的陸地生態系統類型，將土地利用類型劃分為10類，可以對應目前全國土地分類標準（試行），涉及上海的土地利用類型和單位面積生態價值如表2所示，通過單位面積生態服務價值和土地利用現狀數據計算得到區域單位面積生態調節功能。

表2 研究區土地利用/覆蓋類型單位面積生態服務價值

1.2.3 指標值歸一化處理和權重確定

根據搜集到的資料和各指標計算方法計算得到各指標數值，然后對各個指標進行歸一化處理，如公式（1）。

離主干道路距離、離軌道交通站點距離、離景點距離這三個指標數值越小代表文化和休閑功能越強，屬于負向化指標，需要進行正向化處理，本文采取最大值和該數值做差值對指標進行正向化，計算如公式（2）。

如果中間沒有棋子，判斷落點是否有子。如果落點沒有棋子，更新棋盤。如果落點有子，首先判斷是否為本方棋子，如果是本方棋子，輸出結果；否則，更新棋盤。如果吃掉的棋子為敵方將帥，則輸出結果勝利。執行步驟4

權重計算有專家調查法（Delphi法）、層次分析法（AHP）、組合賦權法、二項系數法等[29-32]。本文采用專家調查法，選取了農業、生態和旅游領域的技術人員、科研工作者等專家20人，進行權重重要性排序和打分，整理后再反饋給專家調整，最終得到各個指標的權重，見表1。

1.2.4 計算模型和等級劃分

結合指標權重和歸一化后的各功能指標分值，計算得到每一評價單元四大功能的分值。

計算第個評價單元第項功能指數評價值P，如公式（3）。

式中X表示第個評價單元第項功能第項指標標準值，表示第項功能評價過程中涉及到的指標數量，和分別代表涉及指標的起止序號，W'代表該指標對應權重修正值。

在此基礎上，利用公式（4）計算綜合功能。

式中為綜合功能的評價分值，P為第個評價單元第項功能評價分值，W為第項目功能的權重。

1.2.5 農業多功能發展模式聚類研究

應用系統聚類法，根據影響農業多功能的因素，對街鎮農業多功能進行聚類分析，得到上海市農業多功能發展模式，提出各種模式優化農業功能的合理建議。

2 評價結果與分析

2.1 農業功能空間分布

利用以上評價模型進行農業單項和綜合功能評價，得到上海市各街鎮農產品供給、社會保障、文化和休閑以及生態調節四大功能以及綜合功能評價值（范圍區間為0-1），可以看出各種功能的分布和自然本底、土壤條件、區位交通以及經濟社會發展情況密切。為進一步分析，將整個上海市劃分為外環以內街鎮、外環和郊環間街鎮、郊環和市界間街鎮以及崇明三島街鎮四個區域，跨區域的街鎮按面積比例高低確定屬于哪個區域，計算四個區域內街鎮四種功能指標數值的均值。

分析結果顯示，農產品供給功能高的區域主要分布在外環以外區域，外環內各街鎮農產品供給功能均值僅為0.23，外環和郊環間的各街鎮農產品供給功能均值為0.40，郊環和市界間的各街鎮農產品供給功能均值為0.46。原因是外環外這些街鎮農用地質量高，土壤條件好而且農業生產投入充足，另外外環內級差地租比較高，適合發展高經濟產出的第二第三產業。文化和休閑功能各街鎮均值則由內環內向外到崇明三島依次減少，依次是0.86、0.85、0.76和0.51，主要是因為近郊旅游景點比較多，交通比較發達，適合發展休閑農業，同時近郊的級差地租比較高，適宜種植經濟作物或特色農產品，發展文化和體驗農業。社會保障功能各街鎮均值則由內環內向外到崇明三島依次增加，依次是0.08、0.20、0.21和0.33，這說明近郊農民不再以農業作為主要收入來源，而遠郊則農業生產占收入來源的比重相對較高。生態調節功能各街鎮均值則由內環內向外到崇明三島呈增加趨勢，依次是0.26、0.31、0.30、0.35，主要是因為具有生態調節功能的耕地、園地、林地和水域等土地利用和覆被類型的比例由外環內向外逐漸提高。崇明三島的各街鎮4種農業功能比較均衡，其中生態調節功能和社會保障功能各街鎮均值在4個區域中都是最高的，分別是0.35和0.33，但因為特殊的土壤條件造成農用地質量不高，農產品供給功能不強，僅為0.29；同時，因為與上海市市區有長江入海口阻隔和交通不便的約束，其文化和休閑功能演化呈現隔斷特點，從市區的0.86左右下降到0.51，文化和休閑功能有待進一步挖掘和提高。4個區域各街鎮綜合功能均值則差異不明顯，但外環以內區域和崇明三島的各街鎮綜合功能均值相對較低，均小于等于0.4。具體見圖2。

圖2 上海市農業功能在環線區域的歸一化指標值柱狀圖

2.2 農業多功能發展模式

本文通過ArcGIS空間統計分析中的空間聚類對各街鎮的農業多功能發展模式進行聚類分析。聚類的指標是歸一化或標準化后的13個評價指標數值，聚類算法采用-means算法進行聚類，使用means++算法選擇初始種子。通過聚類運算分析，得到5種農業發展模式類型，并結合每種類型農產品供給、社會保障、文化和休閑、生態調節功能的組合特征對5種發展模式進行命名，分別是生態結構型、傳統農業型、農耕文化型、文化休閑型和功能均衡型農業多功能發展模式，各發展模式的街鎮數目和空間分布情況如表3和圖3所示。

從圖3可以看出，除崇明三島以外，多功能發展模式級別呈圈層分布，首先分布的是文化休閑型發展模式街鎮，再是農耕文化型發展模式街鎮和傳統農業型發展模式的街鎮，體現了農用地越靠近市區，文化休閑功能越高的特點。生態結構型發展模式的街鎮呈現穿插特點，主要原因可能是上海近些年在集中城市化地區規劃建設了生態空間，這些綠地、林帶或公園發揮了城市生態間隔帶的重要作用。將農業多功能發展模式空間分布圖和農業功能區規劃圖進行對比分析，上海市的糧食、蔬菜和特色農產品功能區有64%位于農耕文化型和傳統農業型街鎮，23%位于功能均衡型街鎮。將農業多功能發展模式空間分布圖和上海市生態網絡規劃布局圖進行對比，規劃生態綠帶綠環和生態間隔帶有75%位于生態結構型和文化休閑型街鎮，規劃生態走廊則有62%位于農耕文化型和文化休閑型街鎮。因此，街鎮農業發展模式和規劃農業功能區和生態功能區相關性較好。

表3 5種農業多功能發展模式街鎮數目和比例

圖3 上海市各街鎮農業發展模式圖

2.3 農業發展模式特點和發展方向

對5種發展模式所有街鎮的農產品供給、社會保障、文化和休閑、生態調節功能數值進行雷達圖分析，可以明顯看出5種發展模式4種功能的聚類趨勢。為更加直觀反映聚類趨勢，分別計算5種發展模式所有街鎮4種農業功能的平均值，再進行雷達圖分析，結果如圖4所示。

圖4 5種農業多功能發展模式的各街鎮四種農業多功能評價平均值雷達分析圖

雷達分析圖顯示生態結構型發展模式街鎮的農業社會保障功能很弱，所有街鎮農產品社會保障功能評價值均值為0.01。這些街鎮以街道居多，主要位于近郊，行政轄區內農用地面積很低，統計數據顯示行政轄區內幾乎沒有從事農業的戶籍人口，因此農業有農產品供給功能，但農業收入所占比重很低，社會保障功能幾乎為0。因為區位和交通位置較好，文化和休閑功能較高，應大力發展文化和休閑功能，加強對城市的生態調節或生態間隔作用。

傳統農業型發展模式街鎮的農產品供給功能較高，這些街鎮農產品供給功能評價值均值為0.66。這些街鎮的農用地中耕地面積比例高，質量等級均相對較高，但因為區位和交通條件一般，農業文化和特色農產品均不太突出，生態調節、文化和休閑功能評價值均值均低于0.3，適合發展傳統農業，提高農業規模化水平、農業生產效率和農產品品質。

農耕文化型發展模式街鎮的農產品供給功能評價值均值為0.51，文化和休閑功能評價值均值為0.62，但生態調節功能和社會保障功能評價值均值均小于0.3。這些街鎮轄區內農用地面積比例高，多數街鎮農用地面積比例在60%以上，農業的農產品供給功能高，區位和交通條件較好，農業耕作文化和農事體驗可以吸引城市居民，適合規模化農業生產和小型農業作坊相結合，在以農業生產為核心的基礎上，因地制宜發展農事體驗、農業教育和觀光。

文化休閑型發展模式和農耕文化型發展模式街鎮比較接近，但文化休閑型發展模式街鎮的文化和休閑功能評價值均值為0.89，明顯高于農耕文化型發展模式街鎮的文化和休閑功能評價值均值，但生態調節功能、社會保障功能和農產品供給功能均屬于中等水平，其評價值均值都在0.35以下，農產品供給功能評價值均值為0.33，明顯低于農耕文化型街鎮的農產品供給功能評價值均值。文化休閑型發展模式街鎮的交通方便，到高速公路和軌道交通站點的距離在1~3 km之間，到景點的平均距離不超過4 km，交通和區位條件都比較好，因此農業的文化和休閑功能非常高。而農用地中園林地面積比例高，農用地的質量等級一般，農產品供給功能、社會保障功能和生態調節功能不突出，這些區域需要結合當地優勢農產品、當地歷史或文化發展文化和休閑型農業，提高農民收入，進而不斷提高農業的社會保障功能。

功能均衡型發展模式街鎮農產品供給功能、社會保障功能、生態調節功能和文化休閑功能比較均衡，4種功能評價值均值在0.2~0.5之間，均屬于中等水平。這些街鎮主要分布在上海市崇明區，行政轄區內農用地和農業人口均有一定比例，可以再進一步結合每一個街鎮特點和實際情況，確定更加合理的農業發展模式。

3 結論與啟示

3.1 結 論

本文以上海市郊區為例研究大都市農業單項和綜合功能的空間分布規律，較為準確的反映了大都市農業的多功能特點和空間分布情況，分析顯示農業多功能空間分布情況和自然本底、土壤條件、區位交通以及經濟社會發展情況密切相關，但不同農業功能和這些因素關系特點有所差別，利用好這些關系是因地制宜利用農用地的關鍵。運用聚類分析法研究得出農業多功能發展的5種模式，分別是生態結構型、傳統農業型、農耕文化型、文化休閑型和均衡發展型發展模式；除崇明三島以外，多功能發展模式級別呈圈層分布，首先分布的是文化休閑型發展模式街鎮，再是農耕文化型發展模式街鎮和傳統農業型發展模式的街鎮，體現了農用地越靠近市區文化休閑功能越高的特點，而生態結構型發展模式的街鎮呈現穿插特點，穿插在文化休閑型發展模式街鎮中。將農業多功能發展模式空間分布圖和農業功能區規劃圖進行對比分析，街鎮農業發展模式和規劃農業功能區和生態功能區相關性較好。

3.2 啟 示

政府應結合農業多功能空間分布規律和不同農業發展模式科學合理劃定農業功能分區和國土空間用途分區并進行差異化引導。首先，農產品供給功能評價可以為農業布局規劃提供參考。其次，對于不同農業發展模式的鄉鎮采取差異化的引導政策和措施。對于具有農業產業特色并區位較好的地區，如農耕文化型和功能均衡型街鎮，應樹立農業產業或農業旅游品牌效應，促進農用地文化休閑功能的發揮，進而提高其社會保障功能。對于生態調節功能較高、有特色農產品或特殊農業文化的遠郊區域，如生態結構型和文化休閑型街鎮，應加強交通和文化設施安排，提高農用地文化和休閑功能。對于傳統農業型，要加大政府政策扶持和補貼，鼓勵傳統農業種植，提高農業生產者的積極性。最后，政府需借助財政轉移支付、生態補償、糧食補貼等政策手段引導地域農業功能與社會經濟需求、地域資源稟賦相適應，促進農業不同功能區建設和區域協調發展。

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Urban agricultural development mode based on functional differentiation

Zhu Lei1,2, Wang Keqiang2※

(1.200072；2.200433)

To guide the rational utilization of agricultural resources and the revitalization and development of rural areas in mega-cities,this paper studies the spatial distribution rules and development patterns of agricultural multi-functions, Taking Shanghai as an example. The multifunctional agriculture was divided into four functions, namely, agricultural products supply, social security, culture and leisure, and ecological regulation function. By full consideration of cultural landscape, geographic location conditions and traffic factor, evaluation index system and model were built to analyze multifunctional spatial distribution rule and make clustering analysis. The result showed that 1) quantitative evaluation result can accurately reflect multifunctional spatial distribution law of agriculture in Shanghai and the distribution of various functions closely related to the natural condition, geographic location, traffic condition and economic development. 2) Agricultural multifunctional combinations of different streets were divided into five types: eco-structured development pattern, traditional agriculture development pattern, farming culture development pattern, cultural and leisure development pattern, balanced development pattern. Each pattern had corresponding development strategies.Radar analysis map of four agricultural multifunctional average evaluation values for towns of five agricultural multifunctional development patterns were constructed. Towns of eco-structured development pattern had almost no social security function. These patterns mainly located in the suburbs and there were almost no registered population engaged in agriculture. Radar map for towns of traditional agricultural development pattern showed that the agricultural products supply function was very high, and the quality grade of agricultural land in these towns was relatively high, because of the geographic location and traffic conditions, culture and leisure functions were not very high. Towns of traditional agricultural development pattern were suitable for developing traditional agriculture, improving the level of agricultural scale, agricultural production efficiency and agricultural product quality. Radar map for towns of farming cultural development pattern shows that the agricultural products supply function, culture and leisure function were all relatively high, but the ecological regulation function and the social security function were all at the medium level. The agricultural land proportion in these areas and the agricultural products supply function was relatively high. Towns of farming culture development pattern were suitable for developing large-scale agricultural production and small-scale agricultural workshops. Radar map for towns of cultural and leisure development pattern was close to those of agricultural culture development pattern, but its agricultural products supply function was obviously lower than those of farming culture development pattern. Radar map for towns of functional balanced development pattern showed that the supply function of agricultural products, social security, ecological regulation and cultural and leisure function were all at the middle level. These towns of functional balanced development pattern could select different combinations of four functions according to local situation and determine a more reasonable agricultural development pattern. The level of multi-functional development pattern was circular distribution, followed by cultural leisure, farming culture and traditional agricultural development pattern, while the eco-structured development pattern was interspersed in the cultural leisure development pattern. Five development patterns are highly correlated with planned agricultural and ecological functional zones. The spatial distribution law and development pattern of agricultural multi-function are according with actual situation of Shanghai. This study can provide references for guiding rational use and protection of agricultural resource, also for rural development and revitalization in large city.

agriculture; development mode; function spatial differentiation; system clustering analysis; evaluation index system; spatial distribution law

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.10.032

F301.2

A

1002-6819(2019)-10-0252-07

2019-01-16

2019-04-26

國家社科基金項目“經濟發達地區建設用地系統減量化績效(PCLSD)的理論、實證和政策建議研究”(17BGL158)；上海科技興農重點攻關項目：上海農業地理信息公共服務系統建設與示范應用（滬農科創字（2018）第2-1號）

朱 蕾，高級工程師，博士，主要研究方向土地利用評價和規劃。Email：458628447@qq.com。

王克強，教授，博士生導師，主要研究方向土地管理和土地經濟學。Email：wkqzy@163.com

朱 蕾，王克強.基于功能分異的都市農業發展模式研究[J]. 農業工程學報，2019，35(10)：252－258. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.10.032 http://www.tcsae.org

Zhu Lei, Wang Keqiang.Urban agricultural development mode based on functional differentiation[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(10): 252－258. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.10.032 http://www.tcsae.org