成都平原及周邊區域耕地利用效益時空變異特征研究

第珊珊，任 平*，洪步庭，楊遠琴

（1.四川師范大學西南土地資源評價與監測教育部重點實驗室，四川成都610066；2.四川師范大學地理與資源科學學院，四川成都610066）

耕地不僅能夠為人類提供賴以生存的生活生產資料，而且可以凈化環境、調節氣候和涵養水源，對保障國家糧食安全和社會穩定發揮著重要的作用［1］.在城鎮化發展的過程中，隨著經濟利益的驅動，耕地資源不斷地向建設用地轉換，耕地資源非農化也成為城市不斷擴張過程中資源利用的突出問題［2］.因此，實現對耕地的空間布局、生態、數量和質量的監測和管理十分重要.耕地利用過程中產生的經濟、社會和生態效益主要反映了農業生產狀況和耕地的質量.在“十三五”規劃中，土地利用方面主要有以下2個要求：一是實行最嚴格的耕地保護制度，堅守耕地紅線；二是堅持最嚴格的集約用地制度，以最小的土地成本，滿足社會經濟發展與環境建設等用地需求，更有效地利用土地［3］.因此，因地制宜利用耕地，是十分關鍵的問題.

成都平原及周邊區域是我國西部地區重要的糧食生產區.近15年來，成都平原及周邊區域耕地資源出現先下降后上升的趨勢.耕地資源從2000年的87.770 1萬hm2下降為2010年75.444 8萬hm2，到2015年，耕地上升為98.571 4萬 hm2.2000—2010年因為城市化的進程日益加快和社會經濟的快速發展，建設用地面積快速擴張，導致耕地面積不斷減少.2010—2015年，地方政府積極強化國家對耕地保護政策的執行力度，加強對耕地資源的調查以及完善相關的法律文件，使耕地資源得到有效保護，面積有所增加.整體來看，隨著國家對耕地保護政策的實行以及調查技術方法的改進，耕地總體情況好轉.目前對耕地利用效益的研究內容較多，包括耕地利用效益時空特征分析［4］、時空變異研究［5］、時空分異及驅動因素研究［6］和區域差異分析［7］等方面.研究區主要側重于省、市及人口稀疏的平原，對自然條件優越、人口密集和土壤肥沃的平原地區研究較少.

基于上述原因，本文以成都平原及周邊區域為研究單元，進行指標體系的構建.主要包括社會效益、生態效益和經濟效益3個方面15個指標，并通過GIS與多因素綜合評價模型、修正的協調度模型進行了時空特征分析.以往耕地利用效益研究，考慮的指標較為宏觀，缺乏考慮耕地效益的微觀區位條件信息.多因素綜合評價模型對耕地利用效益進行分析是比較全面的，已被證實可以用于耕地利用效益評價的研究［8］.最初的協調度模型測算三系統之間的協調度存在一定缺陷，即當三系統協調水平均處于較低或均處于較高時，測算出的三系統協調度均較高.主要是因為協調發展水平包括協調水平和發展水平2個層次的含義，之前的只能體現協調水平的含義，所以為了體現出協調水平和發展水平兩層次，文中對協調度模型進行修正，得出三系統的協調度模型.以期更加詳細地反觀其微觀差異，為成都平原及周邊區域改進耕地利用方式及發揮農業生產優勢提供參考.

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況 成都平原及其周邊區域位于四川盆地中西部，東經 103°1′～ 105°15′，北緯29°11′～32°26′，包含成都市各區縣及德陽市、綿陽市、樂山市和眉山市的幾個區縣，共計35個縣（市、區），面積約25 978 km2.主要由涪江沖積平原、岷江和沱江沖積平原以及青衣江和大渡河沖積平原組成.平原內降水充沛，氣候類型為亞熱帶濕潤季風氣候，成都平原年均降雨量1 200～1 600 mm，年平均氣溫保持在18℃左右，特殊的盆地地形，夏季降水量多，冬季降水量偏少，陰雨天氣比較多［9］.境內人口密度為1 143.39人/km2，成都平原的地形西部比較高，東部低；平均海拔也相對較低，有自古聞名的都江堰灌溉工程，享有“天府之國”的美譽［10］.土壤主要以水稻土和紫色土為主.

1.2 數據來源及處理 本文的研究數據來源于2000—2015年《四川省統計年鑒》和2000—2015年各地方統計年鑒，部分數據來源于各地方國民經濟和社會發展統計公報和四川省統計公報.文中為了便于計算，選取2000、2005、2010和2015共4個年度數據.

2 研究方法

2.1 耕地利用效益指標選取與權重確定 耕地效益主要反映在投入資金、資源以及人力的基礎上所產生的收益.人類對耕地的利用最直接的表現就是種植農作物.耕地利用效益主要包括社會、生態和經濟效益.在耕地利用過程中，社會效益主要指維持社會穩定和保障國家糧食安全等方面的影響；生態效益指生態系統對人類生活、環境和生產條件等所產生的影響.經濟效益指對農業機械化程度、勞動力投入所產生的生產成本降低、勞動效率降低以及糧食產量增加等方面的影響.

根據主導性、客觀性和科學性等原則，在借鑒其他最新研究成果［11-16］的基礎上，結合成都平原及其周邊區域實際情況，通過因子分析法對指標進行篩選、比較，選取了15個既具有代表性又符合成都平原特點的指標，并通過層次分析方法構建了成都平原及其周邊區域耕地利用效益評價指標體系.耕地利用效益目前常用的評價指標權重確定方法有德爾菲法、層次分析法、主成分分析法、成本比較法及熵權法.為了保證評價結果的可信度和客觀性，運用熵值法進行權重確定［17］，如表1所示.

表1 成都平原及周邊區域的耕地利用效益評價指標體系及權重Tab.1 Indexes and weights of the cultivated land utilization benefits in Chengdu Plain and its surrounding area

2.2 原始數據標準化處理 由于指標間存在量綱差異，為了使各個評價指標具有可比性，需要對所有指標數據進行標準化處理，本研究采用最普遍使用的極差標準化進行數據處理［18］，方法為：

A′ij為無量綱化數值，Aij為第i個樣本的第j個指標原始數據，Amax、Amin分別為第j個指標的最大值和最小值.

2.2.1 計算指標Aij的比重

2.2.2 計算第j項指標的熵值

2.2.3 計算第j項指標的差異性系數

2.2.4 計算第j項指標的權重

2.3 耕地利用效益評價模型

2.3.1 多因素綜合評價模型 多因素綜合評價模型是通過對耕地利用在社會、生態和經濟活動中所表現出的特征進行綜合分析，采用定性與定量相結合，把繁瑣的事物轉化為簡單事物的評價方法的一種模型.由于耕地利用是一個復雜多樣的系統，必須進行多方面綜合評價，把反映事物多個指標的信息綜合起來，對事物的整體情況進行評價，這樣評價的事物比較客觀、合理.因此，多因素綜合評價模型廣泛用于耕地效益的研究中.該模型采用加權指數法進行評價，簡單、易行，同時可計算出耕地效益大小.因此，根據前面的數據進行處理，在指標體系、指標權重及分值確定的基礎上，運用多因素綜合評價模型進行耕地效益綜合評價［19-20］，其計算公式為：

其中，Z表示社會效益指數；X表示生態效益指數；Y表示經濟效益指數；B表示綜合效益指數；A′ij為第i個樣本的第j個指標的分值，Wij為指標權重，Wz、Wx、Wy分別為社會效益、生態效益和經濟效益層級權重.為了方便更詳細地觀察與繪圖，根據（7）～（11）式計算的數值得分進行轉換，即耕地利用效益指數＝A′ij×10+100.

2.3.2 協調度模型 協調度，是用來判斷系統內各組成部分或各子系統相互融合好壞程度的定量指標，體現了各子系統間由獨立到協調發展的過程.現有的協調度評價模型大致可以分為以下幾類：基于線性加權的協調度模型、變異系數協調度模型、基尼系數協調度模型、模糊隸屬函數協調性測度和DEA（數據包絡分析）協調度模型等.在上述評價模型中，也存在各自的局限性，而線性加權協調度模型具有計算簡便、適用性廣等特點，在研究中運用廣泛.因此，本文采取線性加權協調度模型反映成都平原及其周邊區域耕地利用社會、生態和經濟效益之間的協調程度.

本文中3個子系統之間的協調關系是用協調系數來評價的，其中協調系數的公式為

其中，Lij是第i年第j個樣本的耕地利用各系統評價值的平均值，Gij是第i年第j個樣本的耕地利用效益的協調度，Fij是第i年第j個樣本的耕地利用各系統評價值的標準差［21］.

3 評價結果與分析

3.1 成都平原及周邊區域耕地利用效益空間特征變異分析 為了分析成都平原及周邊區域耕地利用效益空間特征，本文根據上述評價模型，選取2000年和2015年成都平原及其周邊區域各地區相關數據對35個縣（市、區）耕地利用效益以及3個子系統之間的協調度進行評價，使用GIS軟件建立以縣域范圍為評價區、整理耕地利用效益及協調度的數據庫.采用專題圖顯示功能生成成都平原及周邊區域耕地利用效益指數空間分布圖和3個子系統的協調度圖.

首先，以2000年和2015年成都平原及周邊區域各地區評價指標數據為基礎，對35個縣（市、區）耕地利用效益進行綜合評價，并對評價結果進行效益指數處理.GIS軟件中的自然間斷點分級法基于數據中固有的自然分組，對分類間隔加以識別，是一種數據集中用來確定不同類別的最佳聚類間隔.可對相似值進行最恰當的分組，在數值的差異相對較大的位置處設置邊界，適合于非均勻分布的屬性值分級.因此，選擇Arcgis 10.1軟件中的自然間斷點分級法生成成都平原及周邊區域耕地利用效益指數空間分布圖，如圖1所示.

圖1 2000年和2015年成都平原及周邊區域耕地利用效益指數空間變異Fig.1 The spatial variation of benefit index of cultivated land in Chengdu Plain and its surrounding area in 2000 and 2015

耕地利用效益空間變異分析.從圖1可以看出，2000年成都平原及周邊區域耕地利用社會效益指數小于101.16的地區主要包括中江縣、什邡市、綿竹市、涪城區、游仙區、安縣、江油市、市中區、沙灣區、五通橋區、夾江縣、東坡區、彭山縣、都江堰市和龍泉驛區15個縣市區，這些地區耕地利用社會效益水平較低，主要在于人均耕地面積、農民人均純收入和土地墾殖指數等指標明顯低于其他地區.

指數介于101.17～101.67的地區主要有武侯區、青白江區、新都區、溫江區、雙流區、金堂縣、郫縣、大邑縣、浦江縣、新津縣、彭州市、邛崍市、崇州市、羅江縣、旌陽區和廣漢市16個縣市區，由于受勞動力轉移指數以及人均耕地面積等指標影響，社會效益水平指數不太高.

位于101.68～103.24之間的主要有錦江區、青羊區、金牛區和成華區4個地區，這些地區耕地利用社會效益水平較高，主要在于勞動力轉移指數和農民人均純收入等指標明顯高于其他地區.

2015年，成都平原及周邊區域耕地利用社會效益指數小于101.78的地區主要包括錦江區、青羊區、金牛區、武侯區、成華區、涪城區、市中區、沙灣區、五通橋區、夾江縣和龍泉驛區11個縣市區，指標明顯低于其他地區.其中，錦江區、青羊區、金牛區、武侯區和成華區指標低的原因是在城市擴張過程中，建設用地面積擴大，以及城市往周邊區域的外延.

位于101.79～102.39的地區主要包括都江堰市、郫縣、新都區、青白江區、旌陽區、什邡市、東坡區、彭山縣、溫江區、游仙區和江油市11個縣市區.

102.40～103.89的地區主要包括大邑縣、浦江縣、新津縣、彭州市、邛崍市、崇州市、綿竹市、羅江縣、安縣、金堂縣、廣漢市、雙流區和中江縣13個縣市區.

比較2000年和2015年的社會效益指數，發現隨著經濟水平提高，城鎮化速度加快，城市中心地區的社會效益水平比周邊區域有所降低，這也體現了城市中心地區主要集中的是高科技產業和商業區；因此，耕地利用的效益產生作用不太明顯.

2000年，成都平原及周邊區域耕地利用生態效益排在前7名的地區有錦江區、青羊區、金牛區、武侯區、成華區、雙流區和綿竹市，而龍泉驛區、邛崍市、雙流區、沙灣區、涪城區和中江縣排在了后6位.生態效益的空間差異不太明顯：最高為武侯區101.36，最低為涪城區100.16，高低相差1.2分；生態效益較好的地區分布在成都市主城區.

2015年，成都平原及周邊區域耕地利用生態效益排在前5名的地區有錦江區、青羊區、金牛區、武侯區和成華區，而羅江縣和沙灣區排在最后2名.生態效益差異顯著：青羊區最高為105.43，沙灣區最低為100.37，高低相差5.06分.

比較2000年和2015年生態效益指數，可以看出經濟發展水平越繁榮的地方，生態環境保護得越好，主要是在耕地利用過程中，單位耕地施肥量減少，復種指數提高，有效灌溉面積比率增加，萬元產值能耗降低，使得耕地利用生態效益良好.不同區域的耕地生態效益得分隨著時間的變化而變化，在近15年來，成都平原及周邊區域的耕地利用生態效益基本都呈上升趨勢，說明這些地區在利用耕地的過程中注意改善和維護耕地環境.

2000年，成都平原及周邊區域耕地利用經濟效益排在前7名的有錦江區、武侯區、成華區、龍泉驛區、涪城區、游仙區和安縣.可見這些地區在耕地經濟方面的利用能力比較強.而金堂縣、市中區、沙灣區和東坡區則排在了后4位.經濟效益指數差異不太突出：最高為涪城區103.1，最低為東坡區100.2，高低相差2.9分.經濟效益較好的地區主要分布在成都平原的中心區域，說明經濟效益好的地區耕地利用效益也相對較好.

2015年，成都平原及周邊區域耕地利用經濟效益排在前5名的有龍泉驛區、雙流區、新都區、溫江區和涪城區，而金堂縣、金牛區、青羊區、武侯區和成華區排在最后5位.

比較2000年和2015年經濟效益指數，呈現出一個共性問題，就是中心城區的商業和科技功能占據了主導地位，周邊區域的經濟效益指數較高.城市中心區域主要以第三產業為主，耕地利用經濟效益較低；城鄉交錯處的經濟效益指數最高，說明城市在擴張過程中帶動了周邊區域的發展.成都市中心城區的耕地利用經濟效益隨著時間的推移，呈逐漸遞減趨勢，主要由于主城區經濟發展的需要，較多耕地轉化為建設用地和城市公共用地.而成都平原周邊區域的耕地利用經濟效益也隨著時間的發展呈波動上升趨勢.

2000年成都平原及周邊區域耕地利用綜合效益指數排在前5名的有錦江區、青羊區、金牛區、武侯區和成華區，可見這些地方的耕地資源的綜合利用效益比較強，綜合效益水平也比較高.而市中區和沙灣區則排在后2位.

耕地利用綜合效益的層次明顯：第一層次主要是錦江區、青羊區、成華區和涪城區，平均綜合指數為104.06；而僅次于它們的金牛區和武侯區為第二層次，綜合效益指數為103.77；第三個層次主要是龍泉驛區、新都區、溫江區和雙流區，耕地利用綜合效益指數平均為102.29；而邛崍市、都江堰市和中江縣的耕地利用綜合效益指數最低，平均指數為101.16.由此可見，2000年成都平原及周邊區域的耕地利用水平的區域差異明顯.

2015年，成都平原及周邊區域耕地利用綜合效益排在前5名的是青羊區、武侯區、龍泉驛區、新津縣和中江縣.排在后2位的是五通橋區和涪城區.比較2000年和2015年綜合效益指數，可以看出，隨著城鎮化進程的加快，市中心帶動周邊地區的效應越來越明顯，周邊區域綜合效益不斷上升.主要是因為勞動生產率和農民人均純收入增加，萬元產值能耗降低.

因此，要充分發揮地理區位優勢，采用合理的政策措施和戰略規劃，更精準地挖掘耕地效益.不同區域的耕地利用綜合效益指數在近15年來呈上升地區的主要為龍泉驛區、中江縣、金堂縣和溫江區，說明這些地區在近年來耕地利用中注重綜合效益；綜合效益指數呈下降的地區主要有錦江區、金牛區和武侯區等，這些地區經濟發展迅速，地區經濟水平發展高，因此，耕地利用數量減少，總體效益呈減少趨勢.

3.2 耕地利用系統協調度變異分析 耕地利用效益評價的核心主要在耕地利用效益具體指標值、綜合評價值，以及耕地利用各效益子系統之間的相互協調程度.本文主要利用土地利用綜合效益的協調度標準作為參考，對耕地利用系統協調發展趨勢和變化程度進行分析，從而起到一定的借鑒作用.

協同理論認為，協調度Ci在0～1之間，當Ci＜0.2時，耕地利用系統處于極不協調狀態；當0.2≤Ci≤0.4時，耕地利用系統處于不協調狀態；當0.4＜Ci＜0.5時，耕地利用系統處于不太協調狀態；當0.5≤Ci≤0.6時，耕地利用系統處于基本協調狀態；當0.6＜Ci＜0.8時，耕地利用系統比較協調；當Ci≥0.8時，耕地利用系統處于高度協調狀態［21］.由（11）式得出耕地的協調度結果（如圖2所示）.

圖2 2000年和2015年耕地利用系統協調度變異分析Fig.2 Variation analysis of coordination degree of cultivated land use system in 2000 and 2015

2000—2015年，根據成都平原及周邊區域耕地利用社會、生態和經濟的協調度測算，研究區的整體協調度處于不穩定趨勢.從圖2的協調度分布的地區來看，整體差異明顯，只有部分地區變化不大.協調度C值在35個縣市區表現出由不協調、低水平協調、基本協調和較高水平協調的相互演變.大致處于以下幾個狀態：2000年，江油市、夾江縣、五通橋區和市中區處于0.6＜Ci＜0.8，比較協調水平；沙灣區、都江堰市、綿竹市、安縣、旌陽區、什邡市和游仙區處于0.5≤Ci≤0.6，不太協調.其余縣市區處于不協調與極不協調之間.2015年，夾江縣、五通橋區、市中區、都江堰市、龍泉驛區、郫縣、溫江區和涪城區0.5≤Ci≤0.6，不太協調.其余地區由于在發展過程中，側重點有所不同，協調度不高.成都平原及周邊區域耕地利用社會、生態和經濟系統協調度趨勢變好.

總體來看，2000—2015年，成都平原及周邊區域耕地利用有一定的發展進步.今后，在確保耕地質量和數量的同時，需要加大對耕地的技術投入，不斷提高耕地利用效益.同時，加強生態文明建設，更好發揮耕地資源優勢.成都市區2000—2015年的各項效益有下降的趨勢，周邊區縣在近15年的發展中，耕地利用結構比較合理，效益也逐漸變高.因為近年來在城市擴張過程中，中心市區更傾向于高新技術和產業.同時，非農業人口占據主導地位，城市化水平比較高，耕地利用效益處于中等協調水平.

4 結論與討論

本文基于GIS與多因素綜合評價方法和協調度模型，在定量分析成都平原及周邊區域耕地利用時空演變特征的基礎上，采用社會、生態和經濟3個子系統進行協調度分析，了解不同自然條件和社會經濟環境因素對耕地利用效益空間分布的影響程度.研究結論如下.

1）2000—2015年，成都平原及周邊區域耕地利用社會效益、生態效益和綜合效益指數變化表現為整體呈波動上升趨勢.社會效益主要是社會需求滿足度和農民人均純收入有所增加，城鎮化的發展導致非農人口比重增加，所以得到提高.生態效益的上升主要為有效灌溉面積的增加，復種指數的上升和每公頃耕地化肥使用量的減少.經濟效益指數出現稍微下降趨勢，主要是因為土地生產力和單位勞力投入不斷減少所引起的.整體來說，在城市發展過程中，城市中心區域的耕地面積減少，主要以建設用地為主.綜合效益指數在3個效益的綜合情況下表現出波動上升，整體變化明顯.

2）2000—2015年，對耕地利用3個效益之間的協調度進行分析.耕地利用系統的整體協調度呈稍微波動趨勢；通過比較2000年和2015年各縣市區的協調度，2015年各縣市區的耕地利用協調度中的比較協調和基本協調的地區明顯比2000年的縣市區多；整體的耕地利用協調度往好的方面發展，同時協調度都在往適中的方面轉化.

基于以上結論，運用多種經濟手段保護耕地，提高城鎮土地集約利用效率，充分發揮政府和農民保護耕地的積極性，提高耕地質量.從近15年成都平原及周邊區域的耕地利用的時空變異來看，自然因素是區域間耕地效益差異的重要環節；經濟社會發展對耕地有顯著的影響.而從成都平原及周邊區域耕地利用效益指標整體變化情況來看，嚴格執行耕地保護政策，進行動態監測，合理規劃布局農業生產，增加農業科技投入，促進農業發展，挖掘耕地利用潛力等等，是今后耕地利用應該不斷調整和探索的方向.