黃土丘陵溝壑區溝道農業生產功能空間演變特征及其啟示

璩路路，王永生，李裕瑞,3,4，陳宗峰，劉繼來

·土地保障與生態安全·

黃土丘陵溝壑區溝道農業生產功能空間演變特征及其啟示

璩路路1，王永生2，李裕瑞2,3,4※，陳宗峰2，劉繼來5

（1. 重慶大學公共管理學院，重慶 400044； 2. 中國科學院地理科學與資源研究所，北京 100101；3. 中國科學院大學，北京 100049； 4.陜西黃土高原地球關鍵帶國家野外科學觀測研究站，西安 710061；5. 信陽師范學院地理科學學院，信陽 464000）

基于5期遙感影像和實地調研數據，定量分析黃土高原延安碾莊流域1985－2018 年鄉村轉型發展進程中農業生產功能時空演變規律。結果表明：1）溝道農業生產功能定量診斷體系和監測模型可有效識別溝道農業生產功能空間格局以及經濟社會與資源生態多重導向的多元演化路徑。2）研究區溝道農業功能空間由傳統向現代生產主導功能轉向，2012 年為溝道生產功能轉型拐點。溝道傳統農業生產功能特征為“小幅擴增-相對平穩-急劇縮減”，溝道現代農業生產功能演變則呈現“相對平穩-小幅擴增-急劇增加”的階段特征，且功能多樣性不斷增加。3）整體上溝道傳統農業生產功能空間范圍和強度值呈減少趨勢，現代溝道農業生產為主的功能空間不斷擴張，主導方向發生轉變；局部微觀上傳統農業生產功能以流域城鎮所在地為中心呈同心帶狀縮減。4）新時期黃土丘陵溝壑區溝道農業高質量發展的核心目標在于推進“四轉”，全面構建“三循環”模式，推進形成黃土高原產業內循環及其與黃河流域雙循環互促共進發展的新格局，深入探究優化農業生產方式和創新經營管理模式的新動能、新途徑。研究結果提供了黃土高原典型流域農業功能轉型微觀案例，對區域土地資源優化配置及鄉村轉型高質量發展具有啟示意義。

土地利用；模型；溝道農業生產；功能演變；轉型發展；黃土丘陵溝壑區；碾莊流域

0 引 言

鄉村地域系統是由人文、經濟、資源和環境相互聯系、相互作用形成的具有一定結構、功能和區際聯系的鄉村空間體系，具有多樣性、動態性、綜合性等特點[1-2]。囿于城鄉二元結構和城市優先發展戰略，城鄉發展差距持續增大，大量農村土地、勞動力等要素向城鎮集聚，影響著鄉村的可持續發展[3]。鄉村地域系統在快速城鎮化、工業化推動下，面臨農業生產要素“非農化”、人口“老齡化”、基層組織“弱化”、農村水土環境“污損化”、村莊居住用地“空廢化”及聚落斑塊異速增長等轉型發展的新問題[4]。

黃土高原是中國集農牧過渡區、生態脆弱區、經濟滯后區為一體的特殊區域，也是生態保護與經濟發展的矛盾體現區、鞏固脫貧成果與銜接鄉村振興的重點區，生態保護、人地系統協調與可持續發展始終是黃土高原高質量發展的基本命題[5-6]。其中，黃土丘陵溝壑區梁峁起伏、溝壑縱橫，獨特的地理區域特征塑造了極具特色的鄉村人地系統[7]。在經濟社會發展及城鎮化進程中，黃土丘陵溝壑區同時遭受了來自自然生態與人類活動的雙重擾動[5]，黃土丘陵溝壑區千溝萬壑的地貌格局決定了溝道壩地是該地區土地資源的精華，由于溝道小流域的經濟發展水平和所處區域資源稟賦和區位條件不盡相同，加之土地流轉、種植模式調整、特色農業生產以及康樂養生、農耕體驗等多功能交互，其區域功能布局演化路徑空間差異明顯，并呈現傳統農業向現代農業轉型趨勢。

改革開放以來，在生態建設和城鎮化影響下，黃土丘陵溝壑區鄉村人地系統發生了較大變化，其運行特征可概括為三個演變階段：坡地農業階段、坡面植被建設階段和溝道農業發展階段，其過程經歷了農業生產的廣種薄收到生產實踐的可持續節約化，總體呈現向現代農業的轉型趨勢，并創新推進了溝道土地整治，踐行了兼顧生態建設與生產發展的“山上退耕還林，山下治溝造地”生態工程新模式。目前針對黃土丘陵溝壑區鄉村人地系統的相關研究主要集中在新型經營主體、生態治理以及產業化等視角，重點研究鄉村人地系統核心要素的空間形態[8-9]、治理型式[10-11]、典型模式[12]、演化過程[13-14]、動力因素和機制[15-16]等。新時期黃土丘陵溝壑區鄉村優質耕地不足，溝谷低地建設用地發展空間受限，溝道區域生態恢復與鄉村蕭條并存，溝道鄉村發展緩慢及鄉村五化更加凸顯[5,17]，黃土丘陵溝壑區鄉村人地系統發展亟待重構。

黃土高原退耕還林工程對區域糧食安全帶來明顯的負面影響，局部地區出現耕地面積短缺，導致人-糧關系緊張。還有許多城鎮位于溝谷川道，據此趨勢，溝道如何平衡退耕還林與糧食生產及城鎮化快速發展的時空關系，川道城鎮化建設用地擴張和工礦用地開發如何實現空間布局優化，溝道耕地撂荒及鄉村人口、教育、醫療、社會服務等空心化導致的農業生產功能弱化趨勢如何緩解等一系列當前亟待解決的現實問題。因此，需要深入了解溝道農業生產功能空間演變格局和轉型階段過程特征。本文擬通過對流域典型地貌單元溝道農業地域功能形態演變長達30 a的時間序列研究，集中探討黃土高原人地關系和城鄉關系轉型背景下溝道農業生產功能的空間演變，旨在厘清溝道農業生產功能空間分布及演化特征，進而揭示黃土高原典型地貌類型區黃土丘陵溝壑區溝道農業轉型對區域鄉村轉型及高質量發展的影響機制。

1 研究區概況

本文所選的典型研究區碾莊流域（36°37′～36°45′N、109°26′～109°37′E）位于延安市寶塔區境內（圖1），其溝口距延安市市區14 km，屬于延河流域一級支流，國道G210穿境而過，流域總面積約53.83 km2，流域現有楊興莊村、雙田村等6個行政村，王家溝、羊圈溝等11個自然村。2018年流域總人口為5 627人，人口密度為104.42人/km2。流域內現有農地546.6 hm2，林地面積913.2 hm2，果園116.3 hm2，農牧、農林交錯性特征明顯，主要農作谷物為玉米、黃豆等，海拔在900～1 300 m之間，主溝比降為2.34‰，平均坡度16.42°，溝道密度2.74 km/km2，屬于典型的黃土丘陵溝壑區。該區域早在“九五”期間開展過生態農業的建設，通過中尺度示范和綜合研究，在此建立了試驗示范。近年來溝道內除傳統農業種植以外，大棚蔬菜基地、花卉林果市場、養殖魚塘基地等現代規模設施農業也逐漸占據很大比例，成為重要的現代高效農業示范基地。

2 研究方法

2.1 數據來源

碾莊流域的土地利用數據源于1984 年100 m分辨率的航攝像片，1998 年分辨率為15 m的影像數據，2012年2.5 m分辨率的SPOT5 彩色影像，2018年Landsat OLI影像以及對應的Google Earth 上NASA拍攝的遙感影像數據。影像處理以當時可獲取的最高分辨的影像為原則，并以最新的影像為基礎，具體流程首先對兩期影像分別進行分類，然后對兩期的分類結果分別進行精度檢驗，選擇一期較高精度的分類結果作為基準土地利用分類圖；提取出另一期分類結果中的用地類型，疊加到基準土地利用分類圖，覆蓋原有的分類結果，得到高精度的分類結果。參照GB/T21010-2007《土地利用現狀分類標準》分類標準以及Li等[8]研究成果，結合研究區實際，依據人機交互解譯判讀方法將流域土地利用類型劃分為壩地、臺地、坡耕地、林地、灌木林、草地、坑塘水面、農村道路等地類（圖1）。其中經濟社會數據源于各年份延安市統計局公布的《延安統計年鑒》以及寶塔區區志檔案局的《寶塔年鑒》，年份較早的數據來自于陜西省統計局和國家統計局陜西調查總隊編寫出版的《陜西統計年鑒》以及前人研究文獻[18-19]。在前期跟蹤監測研究的基礎上，2015年以來課題組在該區域進行了連續的監測數據、典型村和典型農戶的跟蹤調查；2018年10月，對熟悉情況的當地鎮政府的主要領導及村干部進行了為期2 d的專題訪談；2019年5月、7月，先后兩次赴研究區開展自然和社會經濟的補充調研。在野外溝道調研過程中，抽樣驗證土地利用解譯結果，檢驗各期土地利用解譯精度均在90%以上。調研問卷內容涉及農戶和村域兩個尺度，農戶層面涉及受訪農戶家庭人口、農業生產、農戶生計等基本信息，村域層面涵蓋每個村域的面積、人口、戶數、耕地及林地種植等信息，并從農地數量與質量變化、農業結構與效益變化、農戶生計與收入變化、農戶意愿與現實對照等維度，分析流域社會經濟的演化特征。問卷信息不用于統計分析，主要借助問卷輔助信息進行地理調查，問卷涵蓋所有村域。

圖1 研究區區位圖及其土地利用

2.2 溝道農業生產功能分類及診斷指標體系構建

土地的每種功能通常取決于不同的土地利用方式，其中可能包含多種土地功能特性。針對溝道土地利用的類型和變化特征，借鑒三生空間的定量分類方法以及農業多功能的相關研究[20-22]，結合研究區“溝道人類活動主體（人）需求、溝道土地利用（地）典型特點和農林牧（業）綜合發展導向”，提出一套適合黃土高原溝道小流域涵蓋“人-地-業”的較為系統和完善的溝道農業地域功能分類體系。同時依據溝道土地利用需求組合模式的不同，進行溝道土地多功能程度分級類別的判定，確定了黃土高原溝道不同層級土地利用功能分類體系（表1）和溝道生產、生活、生態和休閑文化功能貢獻強弱程度標準（表2），以此為基礎最終構建反映黃土丘陵溝壑區溝道農業生產功能定量空間化診斷指標體系（表3）。

通過建立基于土地利用功能的溝道農業地域功能分類體系，獲取了研究區域定性的功能分區，但要從時空定量的角度研究溝道農業地域功能的演變，仍需要選取能夠全面反映溝道農業地域特征的有效的定量診斷指標。參考劉繼來等[20]三生功能強弱判斷標準，一種用地類型具有多種功能，但其功能在主次強弱上會有差異，綜合三生空間土地分類體系，并按照各自等級對溝道用地進行具體強弱評價賦值，其規則是該功能用地最高的為5分，由強到弱依次為3分、1 分和0 分。結合前述溝道農業土地功能分類和溝道土地功能強弱分級以及綜合功能識別的系統研究，同時考慮黃土丘陵溝壑區溝道單元面積大小、溝道社會經濟發展狀況、交通區位條件及土地利用方式區域差異的典型特征等重要影響方面的情況，以溝道的土地利用為主、農業社會經濟發展狀況為輔，建立起一套適用于黃土丘陵溝壑區溝道農業地域功能微觀定量診斷體系。

表 1 溝道土地利用生產功能分類體系

表2 溝道土地利用功能類型組合矩陣及綜合功能判定結果

注：本表采用1、3、5三級賦分制，最高得分為5分，最低得分為1分，功能缺失則得0分。

Note: The three-level scoring system of 1, 3 and 5 is adopted in this table. The highest score is 5 points, the lowest score is 1 point, and 0 point is obtained for functional loss.

表3 黃土丘陵溝壑區溝道農業生產功能定量空間化診斷指標體系

注：為研究單元土地總面積，hm2。

Note:is the total land area of the study unit, hm2.

生產功能強弱程度上不同用地類型主要有強生產功能（壩地、臺地等及設施農用地）、半生產功能（園地、交通運輸用地、公共管理與服務用地、部分水域及水利設施用地）和弱生產功能（草地、部分水域及水利設施用地）。傳統農業是以傳統耕作方式來獲取糧食作物的傳統農業生產，而對于現代農業，許多學者對現代農業內涵特征[5]、功能分類和發展方略[23-24]等做了一系列研究。根據黃土丘陵溝壑區實際，其現代農業利用方式主要有：規則設施農業用地、大棚設施農業用地、地膜設施農業用地、經果林等。溝道農業生產功能主要指滿足溝道人類主體生存的物質資料生產能力，包含以農業高新科學技術和集中性資本為主要投入，以地域范圍內市場供求為價格驅動的現代規模設施農業生產功能以及長期以來的傳統耕作方式獲取糧食作物的傳統農業生產功能[6,24]。

溝道農業地域功能的各項指標對流域功能類型的影響作用各異，并在功能量化上也存在強弱主次差異。對于指標貢獻權重的方法主要包括主觀賦權（如AHP等）和客觀賦權法（如神經網絡法等）[25-26]，并要求試驗數據樣本指標逐一對應，而本文構建的溝道農業地域功能的指標體系由于考慮了農業地域多功能性的強弱等級分布，導致功能值和指標值之間存在“一對多”的交互關系，因此，若只選用單一的客觀賦權法，難以量化因素指標間的交互影響，由此，本文進一步引入了主觀加權的層次分析法，通過“主觀加權”和“客觀賦權”相結合的方法綜合確定各指標對不同功能層級的貢獻狀況。

2.3 溝道農業生產功能空間變化監測模型

依據表3所確定的權重，通過加權求和法及功能強度得分變化計算模型，得出第一、二層級的功能值，使其落實到溝道聚落空間單元上，公式如下：

式中為溝道農業地域功能得分值；W為生產功能指標X對應指標的權重值。

為監測分析溝道農業功能空間變化動態，以便于功能時空區際的對比分析，進一步采取加權相減的研究思路，對長時間序列功能空間變化進行監測，其數學模型如下：

式中ΔF(–)為溝道第功能值在–期間的變化量；X與X為第功能的指標在–期間的量綱值。分級標準參考龍花樓等研究成果[27-28]，結合各功能值閾區間，采用最大值的等間距倍數法建立評價準則即：分值為最大值的(0.8,1]倍區間則劃為一級高功能區；依次類推(0.6,0.8]為二級較高功能區；(0.4,0.6]為三級一般功能區；(0.2,0.4]為四級較弱功能區；(0,0.2]為五級弱功能區。

2.4 溝道農業生產功能定量空間化方法

本次功能的定量測定研究擬從連續微觀分割作為評價的基本尺度，將實驗區域的功能值對應落實到相應的系統網格上，從而實現溝道農業地域功能空間的定量化、定位化和微觀精確化。參照農業生產功能劃分的指標設置，主要包括農業土地利用類指標和社會經濟類指標，并結合地域特色及宏觀尺度到微觀尺度下推法則，建立本文的空間化判定法則。

1）土地利用類指標

實現溝道農業地域功能的格網化定位，離不開溝道本身土地系統利用方式的空間差異化表達，這就需要得到溝道內不同研究時段詳細準確的土地利用類型矢量數據。基于前文構建的識別方法，結合野外實地調研和對應高分辨率影像判讀，解譯圖斑進行年限上的詳細劃分，完成碾莊流域各個溝道的土地利用矢量數據后，構建覆蓋全域的系統網格，利用網格逐一裁剪溝道各研究時段的土地利用矢量數據，提取每個格網內不同指標所包含的土地類型面積，計算貢獻相應功能的土地類型所占格網面積的比例，再根據確定的溝道功能指標權重進行賦值計算溝道格網單元內功能的格網化數值，最終實現各類指標指示功能的空間定量化表達。

2）社會經濟類指標

溝道的社會經濟類指標所涉及到的社會發展與經濟數據除實地調查數據之外，還參考了《延安統計年鑒》以及寶塔區區志檔案局的《寶塔年鑒》。

溝道現代規模設施農用地年產值空間表征：現代規模設施用地類型的年產值空間分布與流域的新型溝道現代產業發展水平顯性相關，其中溝道現代規模設施用地一級類型主要有：蔬菜種植基地、水果大棚種植基地、經果林露天種植基地、坑塘養殖用地共4類。計算當年農產品的年均產量，再根據格網用地的面積，得出格網地類年產值。

溝道農業生產總值GGAP空間表征：基于以往相關研究，生產總值分布與土地類型及利用水平、產業分布、人口密度等因素有關[29]，借鑒相關研究，基于土地利用數據結合人口密度選取種植業進行模擬，進一步基于分縣總量控制的方法對模擬的精度進行驗證[30]。研究區承載溝道傳統農業產值的耕地類型主要為“三田”（壩地、臺地和坡耕地），GGAP 的格網化如下：

式中GGAP為流域格網的農業生產總值；A為時期流域耕地總面積；A和G分別為該流域的縣級行政區耕地總面積和種植業總產值；P為流域三田面積（壩地、臺地和坡耕地面積）占比系數；A為期的格網耕地面積。

溝道格網人口密度PD空間表征：人口密度的分布可以較直觀反映鄉鎮聚落用地的分布。溝道內人口類型主要存在鄉鎮和農村，相應的土地利用類型為鄉鎮聚落用地和農村聚落用地。黃土丘陵溝壑區溝道屬于溝蝕山區，坡面較陡，溝內土壤層較厚，生產力較強。因此，溝道內不管是農業生產還是人類聚居，相比于周圍梁峁坡地，是承載人類活動生產-生活-生態-文化休閑的主要載體。為了與區域背景相對應，本文將溝道人口分為年末鄉鎮常住總人口和年末農村常住總人口的最新統計信息分別落入各行政區，用歷年溝道城鄉人口占縣級行政區總人口的平均百分比求得溝道地域城鄉人口總數，再將各年份城鎮住宅用地和農村聚落用地的總面積分別統計。

溝道路網密度RD空間表征：溝道路網密度可反映溝道內的道路交通承載力大小，是反映溝道內居民日常出行的交通通達度和便利程度的量化指標。研究區道路矢量數據來自于OSM網站（https://www.openstreetmap）公開的數據，通過 GIS 軟件實現矢量面轉中心線，再疊加到溝道全境覆蓋格網裁切，得到每個格網內的道路總長度，通過各個格網道路總長度除以相應格網面積得到溝道路網密度RD。

3 結果分析

3.1 傳統農業生產功能

溝道農業生產功能包括傳統農業生產和現代農業生產。傳統農業生產功能總體分布在農業生產活動較集中的溝道壩地、溝坡臺地以及坡耕地附近，功能高值區主要分布在中心鄉鎮和村莊聚落以及光照充分、徑流來源多、農業水土地資源條件優越、種植生產效益較高的溝口地帶；溝道傳統農業高值區和較高值區分布占比減少，坡耕地的退出、農業生產方式以及農業從業人員的變化驅動著傳統農業生產功能的弱化，低值區和較低值區圍繞溝道現代設施農業產業園區、鄉鎮中心駐地和流域西南方向的延安新城區交界地帶逐漸擴散。傳統農業生產功能值1998－2007 年以減弱區和顯著減弱區為主，溝道內部由荒草地轉為溝壩地，功能值增強，年際變化區間為（–0.473～0.861）；2007－2012 年以增強和不變類型區為主（–0.543～0.814），溝道沿線北部過境主干線傳統農業生產功能呈現增強變化，其中以西南部和北部的村落增長幅度最大，自 1998年溝道內部該功能值大幅度呈減弱和顯著減弱為主，最低值達–0.473；2012年以后，隨著治溝造地工程的實施推進，溝道現代規模設施農業功能和聚落居住生活功能等得以增強。

3.2 現代規模設施農業生產功能

溝道現代規模設施農業生產功能的時空演變總體趨勢為 1985－1998 年沒有變化，1998 年，逐步沿主干道北過境沿線的村落以及流域中間地帶呈現增強變化，并在 2007－2012 年變化程度最為顯著（圖2）。在此之前，1998－2007 年間，已開始呈現顯著增強區，變化區間為（–0.236～0.848），與同期2007年的呈現同區展布；2007－2012年顯著增強區繼續向外拓展增加，顯著減弱區局部出現在流域下游的溝口地帶，區間值為（–0.361～0.831）；2012－2018以顯著增強變化為主，同時兼有少量的減弱區和顯著減弱區，主要是規模大棚蔬菜的種植，使得變化差異明顯，區間值擴大到（–0.486～0.863）。

圖2 溝道現代規模設施農業生產功能空間布局

從溝道現代規模設施農業生產功能的空間格局上來看（圖3），初始年限1985－1998區間內無分布，到1998年開始零星出現，2007 年已具一定的規模，總體上分布在該流域的主溝道或者面積較大的川道地區，位置上靠近流域北部和中部區域。2012年以后，該流域溝道現代規模設施農業空間范圍上不斷展布，高功能值呈現集中分布（最高值 0.843），2018年逐步呈現以高值區為中心的集聚態勢，形成高功能值為中心，少量較高值和一般值環布四周并逐漸有向外擴展增強的趨勢。

圖3 溝道現代規模設施農業生產功能空間演變

3.3 總體生產功能

總體上，該流域高值區主要由碾莊鄉鎮周邊、流域中部和中北部三個明顯高值集聚區構成，低值區主要分布在鄉鎮聚落用地、工礦及工業園區用地，這類用地被定量表征為流域的非生產功能。不同研究期農業生產功能呈現局部聚集的空間差異，1985－1998年研究區的傳統農業生產功能貢獻最大，傳統農業生產耕作范圍較大，可作為整個流域的基本功能基底或基質，后期隨著設施養殖、大棚蔬菜種植等現代溝道農業產業化發展，使得傳統溝道農業生產功能的高值連片區被切割分散，集中性大幅度降低。整個研究期，農業生產功能總體呈現減弱趨勢，其中，1985－1998年間減弱區以零散分布為主，增強區多集中在流域南部川道沿線的村落附近，1998－2007 年減弱區范圍在流域原有基礎上進一步擴展且較為顯著，傳統農業生產空間大幅度減少，導致農業生產功能減弱區范圍明顯擴大，主要是梁峁坡耕地大部分轉為林草地，該階段顯著增強區零星分布在流域的川壩地，溝道內部分未利用地和灌草地轉為溝道壩地，導致生產功能增強。2007－2012年減弱區在流域南部持續擴展，中部和靠近北部地段分布有增強區，2012－2018 年減弱區范圍進一步在流域內鄉鎮周邊及整個流域溝道內擴展，主要轉為鄉村聚落、道路交通及溝道景觀度假休閑區，增強區主要分布在流域北部和南部的現代設施農業和高效農業示范區，在此階段貢獻生產功能的主要是溝道現代規模設施農業生產功能。

4 討 論

4.1 溝道農業生產功能演變驅動機制

在流域不同區域地理環境和經濟社會發展階段，溝道農業地域功能在相應發展時期呈現出的價值認同存在明顯分異，不僅體現在區域宏觀視角下的功能差異，同時也存在于微觀視角下功能的組合分異，該差異隨時間演進的空間轉換則表現為溝道農業生產功能空間轉型重構。溝道農業生產功能不同階段的驅動特征與歷史標志事件有一定的對應關系（圖4），溝道農業生產連同生活、生態及休閑文化共同貢獻溝道農業地域的多功能性。

圖4 黃土丘陵溝壑區溝道農業功能演變驅動過程與階段

不同于中部平原農區和東部沿海地區，地處黃土高原丘陵溝壑區，賦予流域特殊的形態、山-川-坡組合以及經濟發展梯度等屬性特征，使得黃土丘陵溝壑區溝道農業地域功能空間多樣化交互耦合，表征為梯度分異：①高經濟型功能溝道，如本文的碾莊流域，本身靠近城鎮（延安新區），市場對高價值農產品的需求旺盛，加之延安以退耕還林、治溝造地兩大工程為重要平臺有序推進的“2+4”系統工程[31]，使得該類型溝道綜合生產及區位優勢進一步凸顯，適合溝道多功能農業、溝道農旅結合以及現代溝道高產高效農業示范基地等的綜合布局，推動實現區域農業地域功能整體提升及可持續發展。②低經濟型功能溝道，由于離市場較遠、交通通達度弱等不具備多樣化生產基礎，且勞動力逐年流失，耕地撂荒現象凸顯，溝道農業功能持續減弱。

4.2 對區域鄉村轉型及高質量發展的啟示

在黃土丘陵溝壑區區域層面上，各個溝道在空間位置（空間）與經濟發展（經濟）水平上皆存在差異，因此，溝道農業功能演變過程存在著經濟梯度分異；在溝域尺度上，溝道農業生產發展內部同樣存在著空間分異性。在此前提下，溝道農業生產功能不同演化階段的導驅動力、空間演化過程等與黃土丘陵溝壑區區域整體人地關系和城鄉關系轉型發展，在不同歷史階段事件演進中皆存在一定的對應關系（圖5）。

圖5 歷史事件背景下溝道農業生產發展特征及其階段性

黃土丘陵溝壑區溝道農業地域的基質為壩地等農業生產用地，這也一定程度上奠定了溝道農業發展要以耕地特別是溝道壩地為基點。由于溝、澗、坡、梁、峁的自然條件、外部發展環境、自身屬性等差異，且多在流域內部演化分異，導致流域發展及功能演進不同于中部傳統平原農區以及沿海地區的農業發展及地域特征。本文選取黃土高原丘陵溝壑區第二副區的典型溝道小流域延安碾莊流域為例開展了較長時間序列的案例研究，一定程度上弱化了樣帶研究對自然梯度變化因子的不可控影響，有利于實現對該區流域的人地系統運行特征及其階段性劃分。黃土高原城鄉關系和人地關系轉型背景下，研究區溝道小流域不同時期主要呈現“傳統農業生產主導（傳統型）、混合農業主導（多樣型）、農戶兼業主導（兼業型）、現代溝道農旅多功能均衡（現代型）”四種功能演變特征，主要包括以下四個階段：①單一型傳統農業期，該時期資源配置方式主要以集體經濟為主，由于自然條件（溝壑縱橫、水土流失嚴重）限制，其農業生產方式以傳統坡地農業“廣種薄收”為特征，呈現出低發展度的原始傳統農業狀態。②多功能逐步發展期，退耕還林還草等政策開始實施，城鎮化、市場化作用初顯，溝道作為區域的優先發展位，率先響應城鎮化、社區化發展導向，傳統農業生產逐漸縮減，轉向溝道低海拔及小城鎮（社區）等低海拔、交通區位優勢帶，溝道農業發展轉型緩慢。③多功能進一步加強期，區域城鎮化、社區化、工程化全面推進，政府宏觀調控促進溝道農業結構調整，此外，農村剩余勞動力向經濟發達地區或區域中心流動，農戶生計轉為外出務工、農戶兼業等多種方式，導致部分農田開始撂荒。④融合型系統集約利用期，隨著“四化”協調發展與政府政策調控的協調度正向提升，黃河流域高質量發展以及城鎮化發展的強勁推力，溝道整治推進的道路交通等基礎設施改善，獨特的溝道鄉俗文化、民族風情和地方認同感所帶來的溝道觀光農旅結合的多功能產業發展，使得溝道農業地域空間傾向于多元化轉型與重構，打破二元構型、走向一體化升級融合。

新時期，黃土丘陵溝壑區應充分抓住并利用好區域土地利用轉型的新機遇，重塑鄉村發展新面貌：①充分利用新造耕地，發展集約化農業產業。在傳統農業種植的基礎上，結合自身稟賦，探索區域產業轉型模式，以綠色、健康為主題，鼓勵發展經濟林果、特色養殖，探索提供旅游觀光、溝道農耕文化體驗、林果園采摘、水上垂釣等休閑活動；同時融入民俗、民風，完善溝道基礎設施建設，著力打造形成集溝道農業生產、溝道農耕體驗、科教研學、旅游觀光、康樂養生于一體的溝道田園綜合體和山（溝）水林田湖草生命共同體。②調整與提升傳統農業產業結構，發展特色農產品。扶持若干特色農產品深加工企業，為溝內剩余勞動力創造就業崗位，同時吸引外出務工農民返鄉創業，成立由村內能人組成的發展帶動協會，保障不同類型農戶的生計發展需求，特別是外出務工、土地流轉、就地就業等農戶的發展需求和利益等，形成新型特色產業發展模式。③推進“產業生態化和生態產業化”。以綠為底色，發展綠產業，現代有機綠色低碳產業；構建“綠權”儲備金，搭建深加工平臺，提升農產品質量，增加就業機會，提高農民收入；培育綠領人員作為現代溝道農業、綠色產業的決策者、從業者和管理者，組織負責高端綠色農產品的收購、銷售及組織推廣，作為連接農戶與農產品市場的橋梁，并保障農產品的銷路。維護綠權益，通過生態補償金壯大綠色產業，讓生態產業化為一種時尚理念，由此，形成綠色發展制度創新模式。

黃土丘陵溝壑區溝道農業高質量發展的核心目標在于推進“四轉”：一是優化調整“三生”結構，促使溝道農業地域空間的集約化、生態化轉變；二是優化調整溝道人地關系，促使農業生產由廣種薄收向少種多收轉變；三是優化調整城鄉關系，促使溝道鄉村經濟由單一農業向三產融合發展轉型；四是優化調整組織方式，促使農業分散經營向專業合作經營機制轉換。大力發展以治溝造地為基礎工程的溝道現代農業，促進生態保護、產業融合、人地協調，是實現黃土高原綠水青山、興業富民的重要途徑[32]。

全面構建黃土丘陵溝壑區溝道農業可持續發展的“三循環”模式：一是以系統內部水土氣生多要素組成及其交互作用為基礎，通過種植模式調整、農業結構優化、功能效率提升分別形成支撐推力、穩定拉力和發展推力“三力驅動”下的溝道農業產業種養內循環；二是溝道農業生產與農產品加工、運輸、銷售形成的產加銷外循環；三是溝道農業與溝道旅游、康樂養生、特色生產、科普教育、農耕體驗、鄉城一體的多功能交互循環，推進形成黃土高原產業內循環及其與黃河流域雙循環互促共進發展的新格局。

5 結 論

1）基于鄉村人地系統自然資源要素及農戶要素，構建黃土丘陵溝壑區溝道農業生產功能二級分類方法和功能定量診斷指標體系，從微觀視角判定溝道農業生產功能演變，有效識別溝道農業生產功能空間格局以及經濟社會與資源生態多重導向的多元演化路徑。

2）溝道傳統農業生產功能特征為“小幅擴增-相對平穩-急劇縮減”，溝道現代農業生產功能演變則呈現“相對平穩-小幅擴增-急劇增加”的階段特征，總體符合黃土高原溝道農業功能演變以農業生產功能為主，社會經濟和生態文化多功能不斷增強的特征。黃土高原丘陵溝壑地貌背景下農業生產功能多樣化發展既是現實需要也是高質量發展的必然趨勢。

3）社會經濟發展、外部政策環境及溝道自然條件因素共同促使溝道農業生產功能轉變，政策推進和市場環境的外部宏觀調控驅動著溝道農業的多功能轉型和不同階段的差異化演進。黃土丘陵溝壑區溝道農業生產功能空間整體由傳統農業生產功能主導向現代溝道多功能農業、溝道農旅結合以及溝道高產高效農業示范等綜合布局轉變，推動實現區域農業地域功能提升及可持續發展。整體上溝道傳統農業生產功能空間范圍和強度值呈減少趨勢，現代溝道農業生產為主的功能空間不斷擴張，主導方向發生轉變；局部微觀上傳統農業生產功能以流域城鎮所在地為中心呈同心帶狀縮減。溝道農業地域空間傾向于多元化轉型與重構，溝道農業地域空間功能更為優化和有序。

[1] 劉彥隨. 中國新時代城鄉融合與鄉村振興[J]. 地理學報，2018，73(4)：637-650.

Liu Yansui. Research on the urban-rural integration and rural revitalization in the new era in China[J]. Acta Geographica Sinica, 2018, 73(4): 637-650. (in Chinese with English abstract)

[2] 劉彥隨. 新時代鄉村振興地理學研究[J]. 地理研究，2019，38(3)：461-466.

Liu Yansui. Research on the geography of rural revitalization in the new era[J]. Geographical Research, 2019, 38(3): 461-466. (in Chinese with English abstract)

[3] Long Hualou, Liu Yansui, Li Xiubin, et al. Building new countryside in China: A geographical perspective[J]. Land Use Policy, 2010, 27: 457-470.

[4] Liu Yansui, Li Jintao, Yang Yuanyuan. Strategic adjustment of land use policy under the economic transformation[J]. Land Use Policy, 2018, 74: 5-14.

[5] 劉彥隨，馮巍侖，李裕瑞. 現代農業地理工程與農業高質量發展——以黃土丘陵溝壑區為例[J]. 地理學報，2020，75(10)：2029-2046.

Liu Yansui, Feng Weilun, Li Yurui. Modern agricultural geographical engineering and agricultural high-quality development: Case study of loess hilly and gully region[J]. Acta Geographica Sinica, 2020, 75(10): 2029-2046. (in Chinese with English abstract)

[6] 黃云鑫，李琳娜，李裕瑞，等.黃土丘陵溝壑區城鄉協調發展研究[J]. 中國農業資源與區劃，2021，42(9)：136-145.

Huang Yunxin, Li Linna, Li Yurui, et al. A study on urban-rural coordinated development in loess hilly-gully region[J]. Chinese Journal of Agricultural Resources and Regional Planning, 2021, 42(9): 136-145. (in Chinese with English abstract)

[7] Li Yurui, Zhang Xuanchang, Cao Zhi, et al. Towards the progress of ecological restoration and economic development in China’s Loess Plateau and strategy for more sustainable development[J]. Science of The Total Environment, 2021, 756, 143676.

[8] Li Yurui, Li Yi, Fan Pengcan, et al. Impacts of land consolidation on rural human–environment system in typical watershed of the Loess Plateau and implications for rural development policy[J]. Land Use Policy, 2019, 86: 339?350.

[9] Cao Zhi, Liu Yansui, Li Yurui. Rural transition in the loess hilly and gully region: From the perspective of “flowing” cropland[J]. Journal of Rural Study, 2019.04.003.

[10] 黃云鑫，李裕瑞，劉彥隨，等. 土層復配方案對治溝造地新增耕地土壤肥力的影響[J]. 農業工程學報，2021，37(12)：64-72.

Huang Yunxin, Li Yurui, Liu Yansui, et al. Effects of soil-layer compounding schemes on the soil fertility of newly-constructed cultivated land[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(12): 64-72. (in Chinese with English abstract)

[11] Zhang Xuanchang, Li Yurui, Liu Yansui, et al. Characteristics and prevention mechanisms of artificial slope instability in the Chinese Loess Plateau[J]. Catena, 2021, 207: 105621.

[12] 張軒暢，劉彥隨，李裕瑞，等. 黃土丘陵溝壑區鄉村生態產業化機理及其典型模式[J]. 資源科學，2020，42(7)：1275-1284.

Zhang Xuanchang, Liu Yansui, Li Yurui, et al. Mechanism and typical model of rural ecological industrialization in loess hilly and gully region[J]. Resources Science, 2020, 42(7): 1275-1284.(in Chinese with English abstract)

[13] Liu Xueqi, Liu Yansui, Liu Zhengjia, et al. Impacts of climatic warming on cropping system borders of China and potential adaptation strategies for regional agriculture development[J]. Science of the Total Environment, 2021, 755: 142415.

[14] He Meina, Wang Yunqiang, Tong Yongping, et al. Evaluation of the environmental effects of intensive land consolidation: A field-based case study of the Chinese Loess Plateau[J]. Land Use Policy, 2020, 94: 104523.

[15] Wu Wenhao, Chen Zongfeng, Li Yuheng, et al. Land engineering and its role for sustainable agriculture in the agropastoral ecotone: A case study of Yulin, Shaanxi Province, China[J]. Journal of Geographical Science, 2019, 29(5): 818-830.

[16] Jin Zhao, Guo Li, Wang Yunqiang, et al. Valley reshaping and damming induce water table rise and soil salinization on the Chinese Loess Plateau[J]. Geoderma, 2019, 339: 115-125.

[17] 陳宗峰，李裕瑞，劉彥隨. 黃土丘陵溝壑區鄉村聚落分布格局特征與類型[J]. 農業工程學報，2017，33(14)：266-274，316.

Chen Zongfeng, Li Yurui, Liu Yansui. Distribution pattern characteristic and type classification of rural settlements in loess hilly-gully region[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(14): 266-274, 316. (in Chinese with English abstract)

[18] 傅伯杰，陳利頂，馬克明. 黃土丘陵區小流域土地利用變化對生態環境的影響：以延安市羊圈溝流域為例[J]. 地理學報，1999，54(3)：241-246.

Fu Bojie, Chen Liding, Ma Keming. The effect of land use change on the regional environment in the Yangjuangou catchment in the Loess Plateau of China[J]. Acta Geographica Sinica, 1999, 54(3): 241-246. (in Chinese with English abstract)

[19] 劉彥隨，靳曉燕，胡業翠. 黃土丘陵溝壑區農村特色生態經濟模式探討[J]. 自然資源學報，2006，21(5)：7438-7450.

Liu Yansui, Jin Xiaoyan, Hu Yecui. Study on the pattern of rural distinctive eco-economy based on land resources: A case study of Suide county in loess hilly areas[J]. Journal of Natural Resources, 2006, 21(5): 7438-7450. (in Chinese with English abstract)

[20] 劉繼來，劉彥隨，李裕瑞. 中國“三生空間”分類評價與時空格局分析[J]. 地理學報，2017，72(7)：1290-1304.

Liu Jilai, Liu Yansui, Li Yurui. Classification evaluation and spatial-temporal analysis of “production-living-ecological” spaces in China[J]. Acta Geographica Sinica, 2017, 72(7): 1290-1304. (in Chinese with English abstract)

[21] 璩路路，劉彥隨，周揚，等. 羅霄山區生態用地時空演變及其生態系統服務功能的響應——以井岡山為例[J]. 生態學報，2019，39(10)：3468-3481.

Qu Lulu, Liu Yansui, Zhou Yang, et al. Spatio-temporal evolution of ecologically-sustainable land use in the luoxiao mountains and responses of its ecosystem services: A case study of Jinggangshan City in Jiangxi Province[J]. Acta Ecologica Sinica, 2019, 39(10): 3468-3481. (in Chinese with English abstract)

[22] 龍花樓. 論土地利用轉型與鄉村轉型發展[J]. 地理科學進展，2012，31(2)：131-138.

Long Hualou. Land use transition and rural transformation development[J]. Progress in Geography, 2012, 31(2): 131-138. (in Chinese with English abstract)

[23] 周國華，戴柳燕，賀艷華，等. 論鄉村多功能演化與鄉村聚落轉型[J]. 農業工程學報，2020，36(19)：242-251.

Zhou Guohua, Dai Liuyan, He Yanhua, et al. On rural multi-functional evolution and rural settlement transformation[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36 (19): 242-251.(in Chinese with English abstract)

[24] 譚雪蘭，安悅，蘇洋，等. 長株潭地區農業功能的時空變化特征及發展策略研究[J]. 地理科學，2018，38(5)：708-716.

Tan Xuelan, An Yue, Su Yang, et al. Spatio-temporal dynamics of agricultural function in Changsha-Zhuzhou-Xiangtan urban agglomerations[J]. Scientia Geographica Sinica, 2018, 38(5): 708-716. (in Chinese with English abstract)

[25] 張曉琳，金曉斌，范業婷，等. 1995-2015 年江蘇省土地利用功能轉型特征及其協調性分析[J]. 自然資源學報，2019，34(4)：689-706.

Zhang Xiaolin, Jin Xiaobin, Fan Yeting, et al. Spatial-temporal characteristics and coordination status of the land use function transition in Jiangsu province from 1995 to 2015[J]. Journal of Natural Resources, 2019, 34(4): 689-706. (in Chinese with English abstract)

[26] 劉愿理，廖和平，李濤，等. 山區土地利用多功能時空分異特征及影響因素分析[J]. 農業工程學報，2019，35(21)：271-279.

Liu Yuanli, Liao Heping, Li Tao, et al. Spatio-temporal diversity and influencing factors of multi-functionality of land use in mountainous regions[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(21): 271-279. (in Chinese with English abstract)

[27] 龍花樓. 中國鄉村轉型發展與土地利用[M]. 北京：科學出版社，2012.

[28] Wilson G A. The spatiality of multifunctional agriculture: A human geography perspective[J]. Geoforum, 2009, 40(2): 269-280.

[29] 李德一，張樹文，呂學軍，等. 基于柵格的土地利用功能變化監測方法[J]. 自然資源學報，2011，26(8)：1297-1305.

Li Deyi, Zhang Shuwen, Lv Xuejun, et al. Changing detection method of land use functions based on geographical grid[J]. Journal of Natural Resources, 2011, 26(8): 1297-1305.(in Chinese with English abstract)

[30] 劉紅輝，江東，楊小喚，等. 基于遙感的全國 GDP1km 格網的空間化表達[J]. 地球信息科學，2005，7(2)：120-123.

Liu Honghui, Jiang Dong, Yang Xiaohuan, et al. Spatialization approach to 1km grid GDP supported by remote sensing[J]. Geographical Information Science, 2005, 7(2): 120-123.(in Chinese with English abstract)

[31] 劉彥隨，李裕瑞. 黃土丘陵溝壑區溝道土地整治工程原理與設計技術[J]. 農業工程學報，2017，33(10)：1-9.

Liu Yansui, Li Yurui. Engineering philosophy and design scheme of gully land consolidation in Loess Plateau[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(10): 1-9. (in Chinese with English abstract)

[32] 劉彥隨. 現代人地關系與人地系統科學[J]. 地理科學, 2020, 40(8): 1221-1234.

Liu Yansui. Modern human-earth relationship and human-earth system science[J]. Scientia Geographica Sinica, 2020, 40(8): 1221-1234. (in Chinese with English abstract)

Spatial evolution of gully agricultural production function and its enlightenment in loess hilly and gully region

Qu Lulu1, Wang Yongsheng2, Li Yurui2,3,4※, Chen Zongfeng2, Liu Jilai5

(1.400044; 2.100101; 3.100049; 4.’710061; 5.464000)

A complex, adaptive human-earth system has been rapidly emerging multidisciplinary endeavor to understand the structure and functioning of the Earth as a system. This study aims to quantitatively explore the temporal and spatial evolution of agricultural production function in the watershed of Loess Plateau, particularly under the background of rural vitalization and transformation reconstitution in recent years. The study area was selected as the Nianzhuang watershed in Baota County, Yan’an City, Shaanxi Province of China. The data was also collected from the remote sensing images and the field surveys during five periods from 1985 to 2018. The results show that: 1) The quantitative diagnosis system presented an excellent performance to identify the spatial pattern of gully agricultural production function. The dynamic evolution monitoring also sensitively represented the “multi-path” evolution path of gully agricultural production function, where the “economic-society” and “resource-ecology” were oriented to dominate from the “single-path” at the beginning. 2) The function space of gully agriculture was changed from the traditional to modern agricultural production in the study area from 1985 to 2018. Among them, the year 2012 was the turning point for the transformation of the gully production function. The modern agricultural production function of the gully was also characterized by “relatively stable - small expansion - sharp increase” with the ever-increasing functional diversity, compared with the traditional “small expansion - relatively stable - sharp reduction”. As such, a micro case was achieved for the agricultural function transformation in the typical gully region of the Loess Plateau. 3) There was a continuously expanding trend in the scope and intensity of functional space in the modern gully agricultural production. The dominant direction was also varied significantly as time. Taking the center of towns in the basin, there was a concentric belt reduction in the microscopic function of traditional agricultural production. 4) The core goal of high-quality agriculture was addressed for the Loess Hilly and gully region during this time. Specifically, a “three cycles” mode needed to be established for the “four turns” strategies. A new pattern also needed to be promoted for the industrial internal circulation in the Loess Plateau, while the mutual promotion with the double cycles in the Yellow River basin. New kinetic energy and ways were necessary to further optimize agricultural production and innovate management. Meanwhile, the driving force mechanism was utilized to determine the spatiotemporal evolution stage of gully agricultural production in the Loess Hilly and gully region. The findings can be widely expected to enrich the microscopic cases of agricultural regional function transformation in typical geomorphic small basins. Correspondingly, a tradeoff can also be suitable for the “low space-time identity” macro-analysis and the multi-level spatial “circle-belt-region” transects investigation. Therefore, it is of practical significance to optimize the allocation of regional land resources for the micro-land management and rectification of rural transformation, according to local natural conditions.

landuse; models; gully agricultural production; function evolution; transformation development; Loess hilly and gully region; Nianzhuang gully basin

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.21.030

F301.24

A

1002-6819(2021)-21-0259-10

璩路路，王永生，李裕瑞，等. 黃土丘陵溝壑區溝道農業生產功能空間演變特征及其啟示[J]. 農業工程學報，2021，37(21)：259-268.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.21.030 http://www.tcsae.org

Qu Lulu, Wang Yongsheng, Li Yurui, et al. Spatial evolution of gully agricultural production function and its enlightenmentin loess hilly and gully region[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(21): 259-268. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.21.030 http://www.tcsae.org

2021-07-03

2021-08-16

國家自然科學基金項目（42101202；41801172）；中國科學院戰略性先導科技專項 (XDA23070300) ；國家重點研發計劃項目（2017YFC0504701）；重慶市社科規劃青年項目（2021NDQN51）

璩路路，博士，講師，主要研究方向土地利用與城鄉發展。Email: qululu91@cqu.edu.cn

李裕瑞，博士，副研究員，碩士生導師，研究方向為土地整治與村鎮發展。Email: liyr@igsnrr.ac.cn