基于供需視角的河南省耕地多功能評價與優化

周丁揚 李抒函 文 雯 姜廣輝

(1.北京師范大學地理科學學部， 北京 100875； 2.河南省土地整理中心， 鄭州 450016)

0 引言

耕地系統為人類提供不可或缺的生存資源，長期以來為保障糧食安全和社會穩定發揮著重要作用[1-2]。隨著社會經濟發展和對耕地系統功能認知的逐步深入，耕地的景觀文化、生態等衍生功能逐漸突顯，耕地系統出現了從單一功能向多功能的轉變[3]。目前，我國耕地總體處于以商品性功能為主的粗放型管理模式，存在如無序競爭、過度利用和生態退化等問題[1]，僅從數量保護、質量提升兩方面難以應對耕地保護的難題。國家對耕地提出了數量、質量、生態“三位一體”新的發展要求[4]，耕地多功能為耕地“三位一體”發展提供了良好的契機，對協調耕地利用與保護具有現實意義。

學術界已意識到耕地多功能的重要性，在耕地多功能的內涵[5-6]、評價[7-9]、功能關系[10-11]和管理[12-13]方面進行了大量研究。耕地多功能評價作為耕地利用優化的重要基礎，逐漸成為研究的熱點[6]。目前，耕地多功能評價研究主要基于多功能內涵和分類構建綜合評價體系，提出耕地管理建議或功能協調模式[14-17]。評價單位涉及國家[18]、省級[2,7,9,14]和市縣級[8,11,19]，以省市為代表的中小尺度為主。楊雪等[8]將北京市耕地功能劃分為生產、社會、生態、文化4種功能，并采用加權求和的方式進行評價；朱慶瑩等[20]在定義生產、經濟、生態、景觀功能的基礎上進行二級分類，評價了湖北省耕地多功能空間分布格局。在評價體系分類中，學者們多數基于耕地的糧食生產、經濟、生態維護、社會保障、景觀文化5類功能展開評價，根據不同研究目的及研究區特點略有調整。

以往的評價研究多將耕地多功能的供給與需求混淆，從供需角度評價耕地多功能的研究較為鮮見。基于分離耕地的多功能供給和需求的評價，可全方位反映耕地產出與社會發展需求之間的差距，進而調控多功能供需平衡，以實現耕地利用的高效配置。河南省是國家重要的農產品主產區，耕地生產和社會保障功能突出。近年來，居民對于環境宜居和精神高層次需求不斷增強，使得河南省耕地從傳統的生產功能向景觀、生態等多功能方向發展。本文以河南省18個省轄市為評價單元，構建含生產-經濟-生態-社會保障-景觀文化5大功能的耕地供需理論框架，并分別建立指標體系評估2017年河南省轄市耕地的主導功能，探尋耕地多功能的供需差異，并提出優化路徑，為建立耕地有效利用與保護機制提供參考。

1 耕地多功能供需內涵與評價體系

1.1 耕地多功能供需理論框架

耕地多功能是自然系統和人類系統耦合發展的產物，是為滿足人類需求而產生的外在表現，包括土地自身具備的功能以及人類利用所衍生的功能。在農耕時期，糧食屬于生存的硬通貨，耕地的基本功能就是糧食生產。隨著市場化帶來的產品價值差距和對非糧食作物不斷增長的需求，農民開始大量種植經濟作物，如油料、蔬果、棉花等，經濟功能逐漸顯化。耕地作為生態系統的一部分，自身具有天然的生態功能，可發揮對氣候、水土資源、生物多樣性等方面的維護調節作用[3,21]。耕地系統與社會系統相互作用產生了社會保障功能與景觀文化功能，社會保障功能體現為對農民生計的基礎保障以及對社會穩定的支撐作用，尤其是在發展相對滯后地區，一旦失去耕地就會引起貧富差距擴大、城鄉問題加劇等一系列問題[17]。景觀文化功能則體現在耕地作為文化景觀，其多樣化利用方式所發揮的休閑觀光、景觀美學、農事教育、文化傳承能力[22]，補充了城市公園、綠地等休閑功能的不足。

耕地多功能包含供給和需求兩個內涵，耕地多功能供給是耕地系統客觀存在的自然屬性的外在表現；而耕地多功能的出現與人類需求緊密相關，由于人類需求的多樣性和認知的轉變使得耕地多功能逐漸顯化，需求是耕地開發利用的內生動力[8]，兩者共同構成耕地要素與社會系統雙向流動的過程。由于需求和供給密不可分、相互對應，兩者在外部功能分類一致，涵蓋生產、經濟、生態、社會保障和景觀文化5大功能。

本文將耕地多功能供給表現為其輸出的產品和服務能力，如生產功能供給表征為生存必需品糧食產量[8]，經濟功能供給定義為高效益的經濟作物產量[7]，生態功能供給為主要的生態服務價值，社會保障功能供給體現在對農民收入、工作崗位及養老保障的提供能力，景觀文化供給表現為其農耕多樣性以及農業觀光資源豐富度。耕地多功能需求是指人類對耕地所提供的各項產品和服務的消耗量，直接表現為農產品內外部銷售量、地區消費水平、城鄉收入等；對于難以直接衡量的生態、景觀文化功能需求以自身條件的優劣程度作為間接性指標，如空氣質量、水資源量、城市休閑空間面積等。通過對耕地多功能供給和需求度量、匹配，找到耕地多功能的供需平衡點。針對功能過剩的耕地促使其向供給不足的其他功能轉化，對于本身功能不足的耕地提升其功能供給，緩解耕地多功能供需的結構性矛盾。綜上，本文構建了上述5種功能為表征的耕地多功能供給和多功能需求理論框架(圖1)。

1.2 耕地多功能供給評價指標體系

根據1.1節構建的理論框架建立了耕地多功能供給指標體系(表1)。其中，耕地生產功能供給指標選擇代表性糧食作物產量，如夏糧、秋糧、谷物、大豆4類作物產量之和占2017年河南省糧食作物總產量的99.73%。經濟功能供給同樣選取占經濟作物產量90%以上的作物產量為表征指標。耕地供給的生態系統服務包括調節土壤、水質、固碳釋氧[21]，供給量計算參考被廣泛應用的孫新章等[23-24]、王軼紅等[25]對農田生態服務價值評估的研究成果，并以單位面積的農藥化肥施用量衡量耕地污染控制程度。社會保障功能供給指標反映了耕地對農民生活的基礎支撐作用，代表性指標為農戶經營性收入及種植業從業人數。景觀文化供給指標中，農耕多樣性為潛力型指標，豐富的多樣性可發揮耕地更強的景觀美學功能[8]，農業觀光園數量為現狀型指標。

圖1 耕地多功能供需理論框架圖Fig.1 Multi-functional concept diagram of cultivated land

表1 耕地多功能供給評價體系Tab.1 Evaluation index system of cultivated land multi-function supply

1.3 耕地多功能需求評價指標體系

耕地生產與經濟功能需求可直接表現為農產品消費量以及對家庭和國民經濟貢獻度，河南省作為全國糧倉，承擔著省內和全國農產品需求，因此耕地的生產與經濟需求功能由域外與域內兩方面綜合而得。生產功能內部需求選擇典型農產品消費量為表征，外部需求以2012年世界銀行頒布的445 kg人均糧食需求量計算而來。經濟功能需求是指農戶通過經營耕地獲得經濟收入，依賴卻有別于生產功能需求。生產功能需求可通過外部購買而滿足，經濟功能需求則是耕地經營與集約化農業獲得的經濟效益。河南省主要農產品產值占第一產業產值90.92%，可用第一產業收入占比間接代表耕地經濟產出需求。越高的居民消費水平對高質量農產品需求越高，農戶則能獲得更高經濟收益。

耕地的生態、社會保障及景觀功能需求難以獲取針對性數據，因此本文選取全域功能性不足的相關指標間接量化耕地需求[25]。耕地生態功能需求強度取決于整體生態環境質量狀況，在生態脆弱的區域表現更強烈[26]，選擇綠地需求、水資源、空氣質量指標來間接反映需求程度，其中人均標準公共綠地面積參考國家生態園林城市標準(11 m2)計算。社會保障功能需求表現在保障農民基本生活需要、解決就業與防止城鄉差距擴大等方面，特別是在經濟欠發達的地區其功能需求越明顯。景觀文化功能需求同樣受區域供給源稀缺程度影響[27]，生活空間狹小、城市內部休閑空間不足，使城市居民更加渴望欣賞田園景觀、體驗農村文化。因此，選取公園面積作為負向指標代表城市內部休閑空間的有限性，鄉村旅游意愿以旅游觀光人數代表對耕地景觀文化需求的旺盛程度[28]。綜上，本文構建耕地多功能需求評價體系，如表2所示。

表2 耕地多功能需求評價體系Tab.2 Evaluation index system of cultivated land multi-function demand

2 研究方法與數據

2.1 研究區域

河南省位于黃河中下游，處于我國地勢第二階梯和第三階梯的過渡地帶。地形總體特征西高東低，基本可分為黃淮海平原區、南陽盆地區、豫北豫南山地丘陵區、豫西黃土丘陵區4個區域，耕地集中分布在黃淮海平原、南陽盆地和豫西黃土丘陵區。2017年全省耕地面積為812.6萬hm2，占全省農用地面積的63.95%，其中中等肥力以上的土地占耕地面積95%以上，自然條件優越。為推動中部崛起，中央在河南省先后部署了如糧食生產核心區、中原經濟區、黃河流域生態保護及高質量發展等國家級重大戰略，統領河南省農業現代化、經濟增長極和生態保護格局，為河南省提供了空前的發展機遇與政策支持。目前，河南省圍繞建設現代農業強省、綠色發展和傳承黃河文化的目標，力圖打造由平原現代農業區、山地丘陵生態區和都市多功能農業區構成的現代化農業格局。

2.2 數據來源

河南省行政區劃數據來源于國家測繪地理信息局標準地圖服務網站，DEM數據來源于SRTMDEM 90 m分辨率原始高程數據，評價體系內指標的原始數據來自2017年《河南省環境狀況公報》以及2018年《河南統計年鑒》，見表1和表2。

2.3 研究方法

為了消除不同指標量綱影響，需要對各原始數據進行標準化處理，采用z-score標準化方法。權重設置采用主客觀結合法，以層次分析法(簡稱AHP法)和熵值法所得綜合指數代表各項指標權重(表1、2)，可以相對降低單一權重方法的局限性和缺陷。

耕地多功能綜合評價指數計算方法根據全排列五邊形圖示法(即各功能評價指數構成的五邊形面積)[12]，計算式為

式中F——耕地多功能綜合評價指數

P——耕地生產功能評價指數

M——耕地經濟功能評價指數

E——耕地生態功能評價指數

S——耕地社會保障功能評價指數

L——耕地景觀文化功能評價指數

α——五邊形內角，(°)

圖3 耕地多功能供給空間分布圖Fig.3 Spatial distribution of multi-function supply of cultivated land

F計算值越大表明耕地多功能越顯著。為了更直觀地反映各地市間耕地多功能性差異，以全省耕地功能評價平均值A及標準差Std作為判斷依據，對河南省多功能供給需求水平劃分為低水平(Fmin，A-Std]、中等水平(A-Std，A]、較高水平(A，A+Std]、高水平(A+Std，Fmax] 4個等級，Fmin、Fmax為綜合評價指數最小值和最大值。

構造四象限模型衡量耕地供需匹配程度，以評價結果的均值為坐標軸中點劃分4種供需匹配類型(圖2)，分別為“高高空間匹配型”(高供給高需求)、“低低空間匹配型”(低供給低需求)、“低高空間錯配型”(低供給高需求)、“高低空間錯配型”(高供給低需求)。

圖2 供需匹配分類示意圖Fig.2 Classification diagram of supply and demand matching

3 結果與分析

3.1 耕地多功能供給分析

2017年河南省各市耕地多功能綜合供給水平不高，供給指數介于0.167～2.331，供給指數極值相差近14倍。全省僅有27.78%地市的耕地處于較高或高供給水平，大部分地區處于中等供給水平(圖3)。總體而言，空間上呈現南陽盆地和豫東平原耕地多功能高供給的格局，空間差異明顯。同時耕地系統各子功能供給間也存在顯著的不均衡性，其中景觀文化功能相對較高，經濟功能相對較低。

各供給子功能的空間分布也存在一定的差異。河南省耕地的生產、經濟和生態功能供給空間分布格局具有高度一致性，高供給區均位于豫東南部城市；而3項功能供給低值區分布略有不同，生產及經濟低供給區位于豫西北山區的三門峽市、濟源市、鶴壁市，受地形限制導致耕地面積小且破碎，農產品產量與經濟效益較低；生態低供給區域僅為焦作市(0.201)，化肥農藥的大量使用威脅其耕地生態環境。

社會保障功能供給空間分布呈西北-東南高值兩極化的格局，低供給區位于洛陽市和焦作市所在的豫中城市群(0.296～0.329)。耕地景觀文化功能整體供給水平較高，空間分布以南陽市、鄭州市為中心呈雙核兩帶狀分布，其中南陽市供給指數最高，達0.845，許昌市、濟源市、鶴壁市和濮陽市受地形或經濟發展水平所制約，景觀文化供給指數低于0.286。

3.2 耕地多功能需求分析

2017年河南省耕地多功能需求旺盛，有55.56%的地市處于較高或高需求水平，需求指數為0.739～1.289。各地市間，最高需求指數位于周口市(1.289)，濟源市供給水平最低(0.074)。空間分布上呈現西北低東南高的格局，需求指數由南陽盆地、豫東平原、豫中城市群到豫西北山區呈階梯狀降低。同時，耕地系統各子功能需求間也存在顯著的不均衡性，其中生態功能相對較高，經濟功能相對較低。

生產功能高需求區集中在南陽盆地以及豫東平原，該地區人口密集且耕地質量高，為外省市提供大量農產品。而河南省耕地經濟和生態功能需求空間異質性較強(圖4)；其中耕地生態功能需求普遍較高，整體呈現北高南低的分布趨勢，且豫北山區的安陽市、濮陽市等耕地生態功能需求最高，而經濟功能需求卻相對較低。

圖4 耕地多功能需求空間分布圖Fig.4 Spatial distribution maps of multi-function demand of cultivated land

社會保障功能的需求強度與區域經濟發展情況相關，鄭州市及周邊城市的耕地社會保障功能需求較低(0.155～0.305)，這里屬于河南省政治經濟中心，與第一產業對區域發展的貢獻度有限有關。景觀文化功能需求整體較低，高值區分布呈雙核狀(0.617～0.642)，其中洛陽市屬于河南省旅游產業發展核心區域，而周口市則由于城市內部休閑景觀場所不足所致。

3.3 耕地多功能供需差異

2017年河南省耕地多功能綜合供給指數為0.678，需求指數為0.723，耕地多功能需求水平相對高于供給(圖5)。耕地多功能供需不平衡模式在各項功能中普遍存在，其中供給水平相對高于需求水平的僅為景觀文化功能，生態功能供給需求水平差距最大，其余功能供需差距相對均衡。從空間分布來看，南陽盆地和豫東平原城市的耕地功能供需較為平衡，高高、低低空間匹配型占比達到77.78%。半山區城市耕地功能供需匹配失衡最為顯著，低高空間錯配型耕地分別位于洛陽市、平頂山市、新鄉市和濮陽市(圖6)。

圖5 河南省耕地多功能供給需求雷達圖Fig.5 Multi-functional supply and demand radar diagram of cultivated land in Henan Province

圖6 耕地多功能供需匹配空間分布圖Fig.6 Spatial distribution maps of function supply and demand of cultivated land

如圖6所示，耕地系統各子功能的供需匹配呈現明顯的空間異質性，生態功能和社會保障功能供需匹配顯著失衡，共有11個城市屬于供需空間錯配型，占比高達61.11%。生態功能“低高空間錯配型”集中分布在豫北地區，該地區耕地利用方式粗放、農藥大量使用造成土壤條件下降，同時地下水的超采也制約了耕地水源涵養能力。社會保障功能中“高低空間錯配型”耕地多位于山區城市，其經濟發展相對落后，傳統種植業多為滿足居民基本生活需求提供保障；“低高空間錯配型”耕地位于豫中城市群的洛陽市、平頂山市、許昌市等，這些地區耕地利用方式仍為小農經濟，勞動力投入高但產出較低，與城市居民收入差距大。

生產功能和經濟功能供需失衡的區域分布格局相似，“低高空間錯配型”分布在以鄭州市為代表的大城市區域，高人口密度帶來農產品的高消費，同時居民對購買價格較高的優質農產品需求旺盛，而本地耕地面積有限，出現供不應求的情況。景觀文化功能供需匹配程度整體較高，“高高空間匹配型”和“低低空間匹配型”數量占比為66.67%，“低高空間錯配型”位于許昌市、商丘市和開封市，城市綠地及公園建設不足，農業觀光旅游發展滯后，難以滿足居民短途休閑旅游的需要。

3.4 耕地利用優化路徑

當前河南省耕地多功能供給在人們日益多樣化的需求背景下出現了一定的滯后性，尤其是生態功能供需失衡最為顯著。近期，國家將黃河流域生態保護和高質量發展上升為重大國家戰略，著重強調了生態優先的發展原則。河南省是我國糧食生產核心區，在中原經濟區國家戰略中對其農業現代化提出了更高要求，因而在協調各項功能供需時還要堅守糧食安全的底線，為未來耕地發展留白。因此，本文結合國家重大戰略需求及多功能供需匹配結果，按照河南省耕地以生產功能為核心、生態綠色發展的思路，遵循河南省“三屏四廊一區”的生態安全格局，劃分并提出了功能轉化、供給提升、耕地儲備3種耕地分區優化路徑(表3)。其中，功能轉化型指該類地區同時存在兩種耕地多功能供給需求錯配類型，在保持國家戰略中所要求的優勢功能基礎上，需適當轉化供給過剩的某項功能，以補齊供給短板的功能；供給提升型指耕地僅存在低高供需一種錯配的類型，即耕地單項功能供給無法滿足需要；耕地儲備型指耕地的各項功能均屬于高供給高需求類型，需保持現有優質的生產條件，以作為保障耕地安全的后備資源。

表3 耕地優化路徑分類Tab.3 Classification of cultivated land optimal path

功能轉化型耕地優化類型最為多樣，共涉及7種優化類型，需因地制宜地制定差異化措施。例如，安陽市耕地可在提高耕地經濟作物地均產量的基礎上，整理補充用于糧食種植的耕地面積，提高糧食作物補貼標準，同時推進化肥農藥減量增效，保持耕地綠色生態發展。社會保障功能轉化區圍繞弘揚黃河文化傳承，以歷史文化名鎮、特色民居為支點，促進農產品與文旅產業融合發展，引導農村人口向第三產業轉移，打造黃河流域文化旅游帶。生態功能轉化區可通過景觀補貼的形式，在保障生態環境的基礎上引導耕地開展花卉、經濟林木等景觀種植，賦予生態產品更高經濟價值，實現保護與利用的雙向促進。鄭州市是中原經濟區的核心城市，其農業觀光產業發展基礎較好，但仍需加強其農業觀光產業規范性，打造規模與品牌效應，以蔬果類無污染農產品為主打造農事體驗示范區，發揮“都市菜籃子”作用。三門峽市是黃河中下流域生態保護核心地段，域內山地較多，其耕地利用需大力推進噴灌技術、坡地防護等生態修復措施，農田周圍設立環保標識和垃圾處理區，減少生活生產污染。

供給提升型耕地廣泛分布于河南省7個地市，其中生態和社會保障功能提升類型占比最高，可從調整種植結構與耕作方式角度提升供給水平。經濟功能供給提升型城市可依托中原經濟區建設，改善種植結構的趨同性，重點發展茶葉、中草藥、煙葉等高效益特色作物，提升高質量農產品市場占有率，構建現代化農業產業體系。生態功能提升類耕地大多位于太行山地生態屏障區，可通過建設耕地植被緩沖區及喬灌混搭的農田防護林，進一步發揮耕地涵養水源的功能，減少面源污染以提升區域土地系統的生態功能。社會保障供給提升類耕地需推進農業供給側改革，改善耕地現有耕作條件，實施機械化耕作與高標準農田建設，推廣“互聯網+”的電商農業發展模式，提高耕地的地均產值，助力農村地區脫貧攻堅。

耕地儲備型耕地面積總量最大，為3 014.58 hm2，占全省耕地面積的37.2%。此類耕地位于河南省高質量耕地的核心區域，各功能供給需求相對協調，是全國的農產品生產供應重要保障區。未來需要保持農產品高產優質水平，統籌生態保護與糧食安全，保持耕地可持續條件，為耕地占補平衡和后續發展提供儲備空間。

4 結論

(1)河南省耕地多功能供給綜合指數為0.678、需求指數為0.723，呈現供給滯后性。耕地生產、經濟、生態、社會保障和景觀文化5項功能均存在供需失衡的現象，其中，僅景觀文化功能供過于求，生態功能供給缺口最為顯著，且以生態功能和社會保障功能供需失衡的城市數量最多。

(2)耕地多功能供給和需求總體呈現西北低、東南高的空間格局，各子功能中生產、經濟、社會保障功能均與耕地多功能的分布特征趨勢相同。景觀文化功能供給以鄭州市—南陽市為中心呈雙核狀分布，生態功能需求呈現北高南低的特點，豫東南部耕地多功能供需相對平衡，半山區耕地多功能供需失衡明顯。

(3)基于平衡耕地多功能供需的目標，將耕地優化路徑分為功能轉化、供給提升和耕地儲備3種類型。功能轉化型耕地優化路徑最多樣化，涵蓋7種類型，參考國家戰略功能定位，由供給過剩向功能不足轉化；供給提升型分布廣泛，涉及洛陽市、平頂山市等7個地市，是改善耕地供給滯后的直接手段；耕地儲備型面積總量最大，分布于南陽市、信陽市等豫南地區，可作為保障耕地安全的后備資源。

(4)基于分離耕地多功能供給與需求的評價，通過劃分功能類型建立聯系供需兩方面的理論框架，有助于解決評價時供需混淆不清的問題，為實現區域耕地“三位一體”發展提供支撐。