浙江省耕地多功能價值時空變化與權衡-協同關系

朱從謀，李武艷，杜瑩瑩，許紅衛，王 珂

浙江省耕地多功能價值時空變化與權衡-協同關系

朱從謀1，李武艷2，杜瑩瑩3，許紅衛1，王 珂1※

（1. 浙江大學環境與資源學院，杭州 310058；2. 浙江財經大學土地與城鄉發展研究院，杭州 310018；3. 浙江工商大學公共管理學院，杭州 310018）

耕地多功能價值的時空演變與權衡-協同關系測度對于深化耕地可持續利用和管理具有重要意義。該研究以經濟快速發展地區浙江省為例，采用價值量化方法對2000、2010和2015年浙江省耕地多功能進行價值評估并分析其時空變化特征。運用Spearman秩相關系數法、雙變量空間自相關模型以及可拓展隨機性環境影響評估（Stochastic Impacts by Regression on Population，Affluence and Technology，STIRPAT）模型探究耕地多功能之間的權衡-協同關系及影響因素。結果表明：1）2000—2015年浙江省耕地多功能總價值下降，地均耕地多功能價值呈現先下降后上升的趨勢。其中氣體調節、水源涵養和社會保障功能價值下降明顯，食物生產和美學景觀功能價值增加；耕地多功能總價值在空間上呈現北高南低的分布格局，2000—2015年大部分縣市耕地多功能總價值均有不同程度的下降，西南山地丘陵區耕地多功能總價值有所提升。2）浙江省耕地多功能之間主要表現為協同關系，各項功能之間的協同-權衡關系存在空間異質性；2000—2015年，浙江省耕地多功能協同關系總體減弱，在空間上主要表現為高值協同區減少。3）城鎮居民可支配收入和地均農業機械總動力對耕地多功能總價值有負面影響，農村居民可支配收入增加有助于耕地多功能總價值的提升。該研究成果可為科學劃定耕地利用與保護區，促進耕地多功能的協同利用和提升耕地資源價值提供科學依據。

土地利用；模型；耕地；權衡；協同；多功能；浙江省

0 引 言

耕地系統是在自然基礎上經人工改造而形成的集約化生產系統，具有典型的多功能特性[1]。耕地不僅提供著全世界66%的糧食等物質供給，同時還具有包括氣候調節、環境凈化、維持生物多樣性與水源涵養等生態功能，保障農民就業、維護國家糧食安全等社會功能以及保持農耕文化、提供開敞空間景觀等文化功能[2-3]。隨著城鎮化的快速推進，耕地資源的稀缺性日益顯現，人們對耕地的認知和需求從單一的生產功能逐漸向系統化的多元功能轉變，耕地資源的非市場價值進一步凸顯[4]。由于耕地功能類型的多樣性、空間分布不均衡性以及人類利用的選擇性，耕地各功能間存在此消彼長的權衡與相互促進或抑制的協同關系[5-6]。在耕地利用和保護過程中考慮耕地多元功能之間的權衡-協同關系將有效規避耕地利用負向效應，實現耕地利用效益最大化。2018年中國中央一號文件提出“大力開發農業多種功能，建設一批設施完備、功能多樣的休閑觀光園區等”，這表明耕地多功能利用成為提升農業發展質量、促進鄉村產業振興的重要途徑。因此，正確、全面地認識和評估耕地多功能價值并掌握耕地多功能之間權衡-協同演變規律，對于促進耕地可持續利用和推進鄉村振興具有重要意義。

“多功能”概念最早來源于農業領域，2000年以來，多功能領域的研究逐漸拓展到景觀管理[7]、生態系統服務[8]、土地利用以及鄉村發展等領域[9-10]。從國外研究看，學者多從村域、農場尺度對農業或土地多能性進行分析，主要集中在農業和土地多功能性概念辨析與分類、耕地多功能評價與模式識別、農業多功能價值評估等[11-12]。近年來，隨著中國城鄉重構與轉型速度加快，耕地多功能利用與管理受到高度重視。國內學者的研究主要集中在耕地多功能內涵[1,3]、功能評價[13-14]、功能管理等方面[15]。在耕地多功能分類方面，多數學者從土地生產、生態和社會3類基礎功能進行細化和拓展[14,16]。隨著社會經濟不斷發展，耕地文化功能價值逐漸受到學者和社會關注[17]。在耕地多功能評價研究中，目前常用的耕地多功能度量方法包括功能指標體系表征法、物質量法、能值法和價值量法[9,18-19]。其中，價值量法從土地價值角度綜合測算耕地多功能價值，可以直觀地反映耕地功能價值結構、大小和演變趨勢，有利于全面認識耕地資源的總體價值，對真實反映資源稀缺和資源價值的土地要素價格形成機制以及制定耕地保護的經濟補償政策具有一定借鑒意義[20-21]。隨著中國生態文明建設戰略的實施，面臨日益稀缺的耕地資源，科學認知并有效協同與權衡耕地利用的多功能性對于耕地保護和生態治理具有重要意義。目前有關耕地多功能權衡-協同的研究主要是借鑒生態系統服務權衡-協同研究的分析框架[22-23]。近年來，生態系統服務之間的關系研究逐漸從定性到定量分析、線性到非線性關系識別進行拓展，其中定量方法包括相關性分析、線性回歸、均方根誤差以及耦合協調度等多種分析方法[22,24-26]，對研究耕地多功能權衡-協同關系具有重要借鑒意義。但目前有關快速發展地區耕地多功能之間交互關系的空間差異及動態變化研究仍較少[6]，探討快速發展地區耕地多功能價值變化的社會經濟驅動因素的分析欠缺。可拓展隨機性環境影響評估（Stochastic Impacts by Regression on Population，Affluence and Technology，STIRPAT）模型是一個應用廣泛、較為成熟的環境壓力評價模型，可定量分析各類社會經濟因素對生態環境壓力造成的非比例影響[27]。在快速城鎮化進程中，耕地多功能及其價值易受到城鄉社會經濟發展的廣泛影響，采用STIRPAT模型可進一步量化社會經濟因素對耕地系統壓力的影響。

浙江省是中國東部沿海發達省份，耕地資源相對稀缺，快速工業化和城鎮化進程導致耕地規模減少和生態質量下降，亟待充分發揮耕地多功能，提升農業發展質量。該研究以浙江省67個縣市區為分析單元，運用價值量化模型定量評估耕地多功能價值，分析浙江省2000—2015年耕地多功能價值時空變化。并運用Spearman秩相關分析方法和雙變量空間自相關模型探討耕地多功能之間權衡-協同關系的空間格局及其動態變化，同時采用STIRPAT模型分析影響耕地多功能價值演變的社會經濟驅動因素。研究結果可為了解浙江省耕地多功能價值的時空演變及制定區域耕地多功能利用和管理政策提供科學依據。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

浙江省（118°01'～123°10'N，27°02'～31°11'E）位于中國東南沿海地區，陸域面積10.55萬km2，地形地貌復雜多樣，地勢由西南向東北傾斜（圖1），是中國陸域面積最小的省份之一。浙江省素有“七山一水二分田”之說，耕地主要分布在浙北杭嘉湖、寧紹平原、浙中金衢盆地以及浙東沿海區，但由于人口眾多，人均耕地僅400 m2左右，不及全國人均耕地水平的一半[28]。同時，浙江省是中國經濟最活躍的省份之一，2015年常住人口城鎮化率達到65.8%，人均GDP達到4.29萬元。快速的城鎮化、工業化背景下，浙江省耕地面積快速減少，據統計數據顯示，2000—2015年浙江省耕地共減少21.21萬hm2，且主要集中在浙北平原和沿海地區。城鎮空間擴張、糧食安全保障、城鄉居民高質量生活需求等對耕地利用和管理提出了嚴峻挑戰。

圖1 研究區概況

1.2 研究方法

1.2.1 耕地關鍵功能識別

作為一種半自然半人工的復合系統，耕地的本質是滿足人類生存發展的需求[5]。在耕地功能分類中，目前大部分學者將其劃分為生產、生態、社會和文化功能[13]。結合研究區現狀和數據可獲取性，本研究選取目前受學者較多關注的8種耕地功能進行研究[21,29]，各功能的分類、估算方法及數據來源見表1，其中耕地數據來自于生態環境部提供的Landsat TM影像（30 m）解譯數據。耕地的生產功能指通過耕地利用為社會提供農產品供給，主要表現為耕地的食物生產；生態功能則從耕地生態系統服務角度出發，主要包括支持、調節等生態服務，同時，長期以來由于人類過度利用耕地進而造成農業污染，也給人類社會和其他生態系統帶來了負面影響[19]，因此，該研究將耕地生態功能劃分為支持服務功能（氣體調節與環境凈化）和調節服務功能（水源涵養與維持生物多樣性）以及農業污染負向功能[30]；耕地社會功能主要表現為耕地利用保障農民最低生活水平的能力[31]，本研究主要關注耕地生活保障功能；耕地文化功能則體現為耕地為人類提供美學景觀的功能[32]。在識別耕地食物生產、氣體調節、環境凈化、水源涵養、生物多樣性、農業污染、社會保障和美學景觀8種功能基礎上，采用價值量化模型定量評估耕地各項功能價值。

1.2.2 耕地多功能價值估算

1）食物生產功能價值

食物生產功能是耕地系統的基礎功能。浙江省種植業產出主要包括水稻、小麥、玉米、甘薯、大豆、油菜、棉花、茶葉和蔬菜等9種農作物，占農作物種植總面積的90%以上。該部分價值測算采用市場價值法[19]，計算式為

式中CP為縣市的耕地食物生產價值，元；P是農作物的市場價格，元/kg；C是農作物種植成本，元/kg；y是作物單位面積產出，kg/hm2；s是作物的種植面積，hm2。

表1 耕地8種功能分類及定量估算方法

2）氣體調節功能價值

氣體調節功能是農作物將吸收的CO2通過光合作用轉換成O2，調節大氣中的CO2和O2的平衡。根據已有研究成果[19]，1 kg植物可固定1.63 kg CO2和釋放1.2 kg O2。該部分運用成本法進行價值測算，計算式為

式中AR是縣市的耕地氣體調節價值，元；NPP是年均作物總凈生產力，kg；1是工業固碳成本，為260.9元/t，2是氧氣釋放成本，為376.47元/t，采用造林成本法獲取，參考鄒月等[33]研究成果；h是作物的經濟系數，%；r是農作物的含水率，%，參考孔凡靖等[19]研究成果。

3）環境凈化功能價值

農作物在成長過程中具有較為顯著的環境清潔作用，主要是對SO2、NO2、HF的吸收和滯塵作用[21]。其計算式為

式中EP是縣市的耕地環境凈化價值，元；Q是單位面積吸收的各種廢氣的質量，其中吸收SO2為2.45 kg/hm2，吸收NO2為33.31 kg/hm2，吸收HF為0.33 kg/hm2，吸收粉塵為1 500 kg/hm2，參考Yu等[31]研究成果；C是各種廢氣的平均治理成本，其中SO2治理成本為0.6元/kg，NO2治理成本為0.6元/kg，HF治理成本為0.9元/kg，粉塵治理成本為0.17元/kg，參考Yu等[31]研究成果；是農作物總種植面積，hm2。

4）水源涵養功能價值

耕地水源涵養功能以植物分流截留以及土壤儲水為主。采用綜合蓄水能力來測算耕地系統水源涵養量[6]，運用影子工程法來評價農業水源涵養價值，計算式為

式中WC是縣市的耕地水源涵養價值，元；是降水量，mm；s是農作物的種植面積，hm2；k是農作物的截留率，%，參考元媛等[21]研究成果；r是第種土壤面積，hm2；m是第種土壤的粗孔隙率（非毛管孔隙度），%，參考朱慶瑩等[6]研究成果；n是第種土壤的深度，mm；3是人工蓄水成本，元/m3。

5）生物多樣性功能價值

耕地生態系統中的生物多樣性是產生并維持其他生態系統服務功能的基礎，對維持生態系統結構穩定與服務的可持續供應具有重要意義。本研究借鑒謝高地等[32]研究成果對耕地生物多樣性功能價值進行測算，計算式為

式中BI是縣市的耕地維持生物多樣性功能價值，元；指的是有關耕地生物多樣性當量因子，其中水田的生物多樣性價值當量因子1取值為0.21，旱地生物多樣性價值當量因子2取值為0.13；1和2分別為水田和旱地面積，hm2；E指耕地食物生產的單位市場價值，元/hm2；是耕地總面積，hm2。

6）農業污染負功能價值

農業污染指的是在耕地生產過程中由于過量使用化肥、農藥而造成的對農田生態系統破壞。未被土地轉化為肥力或植物吸收的化肥、農藥部分是直接經濟損失，同時農藥化肥在土壤、糧食中殘留會降低糧食產品質量，導致食物產出損失。據此，采用化肥、農藥利用率、糧食產量損失率和市場價格法測算農業污染負價值[19]。具體如下：

式中AP指縣市的耕地農業污染負價值；是化肥、農藥使用總量，t；指化肥、農藥的利用率，%，為由于化肥農藥而造成的食物產量損失率，%，參考鄧明君等[34]研究成果；指化肥、農藥的市場價格，元/kg。

7）社會保障功能價值

耕地的社會保障功能是指耕地為農民提供生活保障，維護社會經濟正常發展。社會保障價值以農戶最低生活保障水平進行間接評估[31]。計算式如下：

式中SS是縣市的耕地社會保障價值，元；1是農業人口數量，人；是各縣（市、區）最低生活保障標準，元/人；1是農村人均可支配收入，元；2是城鎮人均可支配收入，元。

8）美學景觀功能價值

耕地美學景觀功能是為人們提供審美享受的功能。本研究基于謝高地等[32]已有研究，結合不同年份農業發展的實際情況，測算耕地美學景觀價值。同時運用區域經濟發展指標對不同年度價值進行修正。計算式如下：

式中CL是縣市的耕地美學景觀價值，元；是修正因子，通過縣域人均GDP與全省人均GDP的比值獲取；指的是有關耕地美學景觀的價值當量因子；E指耕地食物生產的單位價值，元/hm2，其計算公式參照式（7）。

1.2.3 耕地多功能權衡-協同測度方法

Spearman秩相關系數可定量描述2個變量之間的關聯程度與方向[24]。本研究采用Spearman秩相關分析探討8種耕地功能兩兩之間的相關關系，來分析不同功能間的權衡與協同關系。當相關系數大于0，且通過顯著性檢驗時，則認為2種功能之間存在協同關系，反之，則表現為權衡關系。

為探討多個變量間之間的空間相關性，Anselin等[35]在單變量空間自相關基礎上提出雙變量空間自相關指數，該方法可對不同要素的空間分布的關聯性特征進行定量分析，已成為研究不同地理要素間空間關系的一種有效方法[24]。據此，本研究采取相關公式為

1.2.4 驅動因素分析

本研究采用可拓展隨機性環境影響評估模型（STIRPAT）分析耕地多功能價值變化的社會經濟驅動因素。STIRPAT模型是一個多變量非線性模型，可提供一個人類社會經濟因素對環境影響的因果分析框架[36]。借鑒STIRPAT模型的標準形式，本研究參考以往研究成果[19,29]，構建分析社會經濟因素對耕地多功能價值影響的擴展模型。具體表達式為

式中為各縣市地均耕地多功能價值，考慮到浙江省耕地空間分布差異明顯，利用單位面積數值可消除耕地多功能價值的面積依賴性；1為各縣市農業人口數量，1為各縣市人均GDP，1和2分別為各縣市城鎮人均可支配收入和農村人均可支配收入，為各縣市地均農業機械化水平，為各縣市第二產業比重，為各縣市城鎮化率，1～7分別為各自變量的彈性系數。通過對式（12）的變量采取對數形成新的模型，運用SPSS.22進行逐步回歸分析。模型中社會經濟指標數據來源于《浙江省統計年鑒（2001—2016）》和各地級、縣級統計年鑒。

2 結果與分析

2.1 浙江省耕地多功能價值時空變化

由表2可知，浙江省耕地各類功能價值結構存在顯著差異，其中耕地的水源涵養、氣體調節以及食物生產功能價值占比較大。2000—2015年，浙江省耕地多功能價值總體呈下降趨勢，由2000年的848.31億元下降至2015年的701.74億元，在2010年以后下降趨勢放緩。然而，浙江省地均耕地多功能價值經歷了先快速減少后逐步提升的過程，地均耕地多功能價值由2000年的31 206.44元/hm2增長到2015年的32 060.48元/hm2。在耕地各類功能價值演變中，氣體調節功能價值減少幅度最大，達到84.22億元，且主要集中在2000—2010年。食物生產功能價值增加8.5%，美學景觀功能價值增長最快，2000—2015年增加了了237.7%。2000-2015年間浙江省耕地農業污染下降了6.5%，表明該地區耕地受化肥農藥污染情況有所緩解。其他功能值呈現下降趨勢：環境凈化、水源涵養、生物多樣性、社會保障分別下降31.47%（3.4億元）、15.08%（40.7億元）、47.94%（6.63億元）、31.49%（48.3億元）。

在時空分布上，浙江省耕地多功能價值呈現明顯的空間差異（圖2）。耕地多功能價值高的縣市主要分布在浙北平原和浙東南沿海平原地區，這些地區水網密布、雨熱同期，是傳統的農業主產區。耕地多功能價值低的縣市則集中在浙西南山地區，這些地區耕地資源少、破碎度高，交通不便，農業發展水平相對較低。2000—2015年，浙江省大部分縣市耕地多功能價值呈下降趨勢，其中浙北平原區杭州市和浙中盆地區金華市耕地多功能價值減少最多（圖2d），浙西南山地區（麗水、衢州等地）提升明顯。

2.2 浙江省耕地多功能權衡-協同關系

浙江省2000和2015年耕地4類主要功能兩兩之間的相關關系如表3所示。整體上，浙江省耕地多功能之間存在顯著的協同關系，但各類耕地功能之間的協同關系差異較大，其中生產與生態功能、社會與文化功能協同關系較強，生產與文化功能協同關系相對較弱。隨著城鎮化的不斷推進，2000—2015年耕地主要功能的協同關系總體減弱。其中社會與文化功能協同關系下降最大，而生產與文化功能、生態與文化功能協同關系有所提升。

表2 2000—2015年浙江省耕地多功能價值測算

圖2 2000—2015年浙江省各市縣耕地多功能價值時空分布

表3 浙江省2000和2015年耕地多功能相關關系

為進一步探討浙江省耕地不同功能在空間上的權衡-協同關系，基于GeoDa軟件對4類主要功能進行雙變量空間自相關分析，結果如圖3、圖4所示。浙江省耕地4類功能之間的全局Moran’s I指數均為正值，且都通過了1%的顯著性水平檢驗，說明耕地4類功能之間均存在空間協同關系，與表3結論一致。在空間分布上，4類耕地功能兩兩之間的權衡-協同關系空間分布格局類似，均呈現出顯著的空間異質性。具體而言，各類功能的高值協同區主要集中在浙北地區杭州市區、紹興部分縣市以及慈溪市等，低值協同區主要集中在浙西南地區麗水市及衢州部分縣市；低-高值權衡區和高-低值權衡區分別集中在高值協同區和低值協同區周邊。隨著城鎮化的推進，2000—2015年浙江省耕地4類功能之間的空間權衡-協同關系逐漸減弱。其中，生產與生態功能、生產與文化功能、生態與文化功能的高值協同區和2類權衡區域減少。生產與社會、生態與社會、社會與文化功能的空間協同關系減弱，表現為高值協同區減少、低-高值權衡區增加。

2.3 浙江省耕地多功能價值變化影響因素

將浙江省2000、2010和2015年各縣市所選取的社會經濟指標以及地均耕地多功能價值，根據式（12）取其對數，運用逐步回歸方法進行線性回歸分析。在比較多個線性回歸模型結果后，選取最優線性回歸方程，表達式為

ln=9.322-1.81ln1＋1.651ln2-0.135ln

模型R為0.648，且通過了顯著性檢驗，說明該模型的擬合度較好，3個自變量1、2和均在0.01的水平下對因變量產生顯著影響。這表明城鎮人均可支配收入（1）、農村人均可支配收入（2）以及地均農業機械總動力（）是引起浙江省各市縣地均耕地多功能價值（）空間差異的重要因素。而其他因素如農業人口（1）、人均GDP（1）、第二產業比重（）以及城鎮化率（）對因變量影響并不顯著。具體而言，城鎮人均可支配收入和地均農業機械總動力的彈性系數為負（-1.810，-0.135），表明城鎮居民可支配收入或地均農業機械動力每增加1%，地均耕地多功能價值會相應降低1.81%或0.135%。農村居民可支配收入的彈性系數為正（1.651），說明農村居民收入的增加可有效提升耕地多功能價值。

圖3 2000年浙江省耕地4類功能雙變量空間局部自相關集聚分布

圖4 2015年浙江省耕地4類功能雙變量空間局部自相關集聚分布

3 討 論

快速城市化不僅降低了耕地多功能價值，也改變了耕地各功能之間的權衡-協同關系。耕地多功能的時空變化及其權衡-協同關系研究旨在實現不同區域、不同層次的耕地多功能的協同發展，在充分認識耕地多功能時空變化、交互關系及驅動機制基礎上，尋求區域經濟發展與耕地多功能保護之間的平衡[15]。價值量化方法是評估耕地多功能的重要手段，基于耕地多功能視角全面評估耕地資源價值可進一步豐富耕地保護補償研究。該研究結果顯示，浙江省2000—2015年耕地多功能總價值呈現下降趨勢，這與湖南、重慶等中西部耕地資源功能價值呈上升趨勢的結論有所不同[10,19]，這主要是由于中西部地區耕地利用強度不斷增強，農作物播種面積不降反升。而對于快速發展的東部沿海地區而言，耕地占用、農業非糧化等現象普遍存在[37]，導致耕地多功能價值下降。然而，浙江省地均耕地多功能價值呈現出先降低后提升的趨勢，表明城鎮化進程中浙江省耕地多功能利用效益在逐步顯現和提升。農業活動帶來的耕地利用負效應不容忽視，但由于耕地負功能定量方法復雜，本研究采用的農業污染價值量化方法可能存在重復估算的不足，但其結果并不影響研究結論。未來可進一步在耕地正負功能內涵界定、定量方法優化等方面開展深入研究。

另外，本研究顯示耕地多功能之間主要表現為協同關系，這種協同關系在快速城鎮化過程中逐漸減弱，這與朱慶瑩等[6]研究結論一致。同時，耕地不同功能的權衡-協同關系空間分異特征明顯。因此，可根據不同地區耕地功能權衡-協同關系及其變化制定耕地利用和保護差異化策略。具體而言，可將耕地功能高-高值協同區劃為“耕地優勢功能區”，主要分布在浙北平原縣市；耕地功能低-低值協同區劃為“耕地全面優化區”，主要集中在浙西南山地縣市；耕地功能低-高值和高-低值權衡區容易受到周邊地區耕地利用的影響，可劃為“耕地重點優化區”。通過加強縣域間合作，采用工程修復技術改良耕地本底質量，運用經濟、政策等手段優化耕地利用模式，促進耕地多功能合理利用和保護。

4 結 論

本研究以經濟快速發展地區浙江省為例，從生產、生態、社會和文化方面選取8種典型功能，定量評估了2000—2015年浙江省耕地多功能價值，并運用相關系數法、雙變量空間自相關模型以及STIRPAT模型揭示了耕地多功能之間的權衡-協同關系的時空格局演變及影響因素，研究結果可為經濟快速發展地區劃定耕地利用與保護區，促進耕地多功能協同利用和推進農業可持續發展提供科學參考。主要結論如下：

1）2000—2015年，浙江省耕地多功能價值呈下降趨勢，地均耕地多功能價值表現出先下降后上升的趨勢。其中氣體調節、水源涵養和社會保障價值下降最明顯，食物生產和美學景觀價值有所上升。在空間分布上，耕地多功能價值較高地區主要分布在浙江北部平原和東南沿海地區，低值區主要集中在西南山地丘陵區。2000—2015年，浙江省大部分縣市耕地多功能價值呈現不同程度的下降趨勢，浙西南地區耕地多功能價值有所提升。

2）浙江省耕地多功能之間存在顯著協同關系，各項功能間的權衡-協同關系存在空間異質性。耕地各功能高值協同區分布在杭州、紹興等縣市，低值協同區集中在浙西南麗水、衢州等地，低-高和高-低值權衡區分布在協同區周邊。2000—2015年，浙江省耕地多功能協同關系逐漸減弱，在空間上主要表現為高值協同區減少。

3）地均耕地多功能價值受到城鄉居民可支配收入和農業機械化水平的顯著影響。其中城鎮居民可支配收入和地均農業機械總動力與地均耕地多功能價值呈顯著負相關，農村居民可支配收入與地均耕地多功能價值呈顯著正相關關系。

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Spatial-temporal change, trade-off and synergy relationships of cropland multifunctional value in Zhejiang Province, China

Zhu Congmou1，Li Wuyan2，Du Yingying3，Xu Hongwei1，Wang Ke1※

(1.,,310058,; 2.,,310018,; 3.,,310018,)

Multifunctional Agriculture (MFA) management has been increasingly important for sustainable cropland utilization in recent years. The farmland loss and changing agricultural activities have posed serious impacts on the structure and functions of cropland in the rapid urbanization. Therefore, it is necessary to explore the spatial-temporal evolution characteristics, the trade-off and synergy relationships of multifunctional cropland. In this study, taking Zhejiang Province, a representative region with rapid social-economic development in China as an example, a series of widely used quantitative methods were employed to systematically evaluate cropland multifunctional value on the county scale. According to four dimensions of cropland production, ecological, social, and cultural functions, eight main functions of cropland were identified, including food production, atmosphere regulation, environmental purification, water conservation, biodiversity, agricultural pollution, social security, and cultural leisure. Spearman's rank correlation coefficient method, bivariate local spatial autocorrelation model and Stochastic Impacts by Regression on Population Affluence and Technology (STIRPAT) model were used to investigate the trade-off and synergy relationships among cropland multifunctions, and the social-economic driving factors. The data was collected from Zhejiang Statistical Yearbook (2001-2016); digital land use/cover maps for 2000, 2010 and 2015 were obtained from the Chinese Ministry of Environmental Protection; the precipitation data came from the National Meteorological Information Center; and the soil type data of Zhejiang Province was from the second soil survey database of China. The results showed that: 1)the total value of cropland multifunctionality displayed a declined trend during 2000 and 2015, while the value of cropland multifunctionality per hectare decreased first and then gradually increased. The value of atmospheric regulation, water conservation and social security decreased significantly. Meanwhile, the value of food production remained constant, whereas, the value of cultural leisure increased rapidly. The total value of cropland multifunctionality showed different spatial characteristics, indicating high values in the north, but low in the south of Zhejiang Province. In the counties, Hangzhou City showed the highest value, while the lowest value was in Shengsi County. The cropland multifunctional value decreased in many counties to some degree, but the value increased dramatically in the southwest mountainous areas. 2) Synergy relationships were dominant among cropland multifunction, showing spatial heterogeneity. The high-high synergy areas were distributed in Hangzhou and Shaoxing cities, while the low-low synergy areas were clustered in Lishui and Quzhou cities in southwestern Zhejiang Province, where the low-high and high-low trade-off areas were distributed around the synergy areas. During 2000 and 2015, synergy relationships among cropland multifunctions totally weakened, as the decrease in the number of high-high synergy areas. 3) Social-economic system was proved to be related closely with cropland multifunctional value. Specifically, the disposable income of urban residents and the total power of agricultural machinery have negative impacts on the multifunctional value of cropland per hectare. The increase in the disposable income of rural residents can be conducive to promote the multifunctional value of cropland per hectare. It infers that the food production of cropland can be balanced with other functions, including ecological, social, and cultural functions, in order to develop multifunctional agriculture, and further to maximize the human welfare that provided by cropland production system. The findings can provide an important decision-making support to delimit cropland use and protection zone, and further to promote the overall coordinated utilization of multifunctional cropland.

land use; models; cropland; trade-off; synergy; multi-function; Zhejiang Province

朱從謀，李武艷，杜瑩瑩，等. 浙江省耕地多功能價值時空變化與權衡-協同關系[J]. 農業工程學報，2020，36(14)：263-272.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.14.032 http://www.tcsae.org

Zhu Congmou，Li Wuyan，Du Yingying, et al. Spatial-temporal change, trade-off and synergy relationships of cropland multifunctional value in Zhejiang Province, China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(14): 263-272. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.14.032 http://www.tcsae.org

2020-01-16

2020-07-01

國家自然科學基金面上項目（41971236）；浙江省基礎公益研究計劃（LGN18D010002）

朱從謀，博士生，主要研究方向為土地利用與規劃管理Email：congmouzhu1993@163.com

王珂，博士，教授，博士生導師，主要從事資源環境遙感監測、評價、規劃及其信息系統研制。Email：kwang@zju.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.14.032

S-01

A

1002-6819(2020)-14-0263-10