網(wǎng)格尺度下耕地多功能時(shí)空分異特征及其對(duì)耕地利用轉(zhuǎn)型的啟示

DOI：10.16498/j.cnki.hnnykx.2025.008.015

中圖分類(lèi)號(hào)：F323.21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-060X（2025）08-0097-10

The Spatio-Temporal Differentiation Characteristics of Multi-Functional Cultivated Land at the Grid Scale and Its Implications for the Transformation of Cultivated Land Utilization： A Case Study of the Changsha-Zhuzhou-Xiangtan Metropolitan Area

MA Jing-yil，LI Meng-yuan1， ZHONG Wan-yi’，YUDe'，LIU Ying2，XIAO Jing-feng2，HU Can3

（1.ColegeofndscapeAchtectureandArtsign，HnanAgriculuralUesityCngsha8，C;2.Huate fAgriculturalEoomicsndIfomationangsh，C;3.HuanAgricuturalitatonAnalysisndeseachCte Changsha 410005， PRC）

Abstract：Basedonthegridscale，thisstdyrevealsthespatio-temporaldiferentiationcharacteristicsof theproduction，living， ecologicalandculturalfunctionsofcultivatedlandintheChangsha-Zhuzhou-Xiangtan MetropolitanArea from2O10to2020， exploresthetradeofandsyergisticelationsipsamongtemultiplefunctionsofcultivatedland，andconductsthefuctioal Zoningofcultivatedland.Research findingsshowthatfrom2010to2020，thecomprehensive functionsofcultivatedlandinthe Changsha-Zhuzhou-XiangtanMetropolitanArea improves，presenting aspatialpatterof \"higherinthewestandlowerintheeast\"： theecologicalfunctionsofcultivatedlandare mainlyatmediumandlower grades，showingaspatialfeatureof\"higherinthe west andlower intheeast\";theproductionfunctionsaremainlyathighergrades，ndthehigher-gradeareasaremainlydisrbutedinthe westemandcentralregions;thelivingfunctionsarerelativelyweakandtespatialimbalanceissignificant;intemsofcultural functions，theproportionof medium-gradeareasisrelativelylarge.From21to202o，theecological-living functionandlivingproduction functionofcultivatedlandintheChangsha-Zhuzhou-Xiangtan MetropolitanAreaareboth inthetradeofrelationship， andthetradeoffrelationshipsshowanstrengtheningtrend;theecological-culturalfuction，cological-productionfunctioand cultural-productionuctonaeallinesegisticelatioshpandteyergisticelatioshipssowingansrengthegtrd;

thecultural-living function isalso ina synergistic relationship， butthesynergisticrelationshipisweakening.In 2020，the cultivated land functional areas of the Changsha-ZhuzhouXiangtan MetropolitanAreaaredivided into production-leading areas，balanced developmentareas，production-ecologicalareasand production-cultural areas.Hence， strategic suggestionsfor promoting thetransformationofcultivatedland utilizationintheChangsha

Zhuzhou-XiangtanMetropolitanAreaareputforward，withtheimofotributingtothecomprehensiverevitalizatioofalareas. Keywords：multifunctioalityofultivatedlad;tradeoffelationship;synegisticelatiosip;fuctioalzong;gdsale;te Changsha-Zhuzhou-Xiangtan Metropolitan Area

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，生產(chǎn)方式不斷革新升級(jí)，社會(huì)需求日益多樣化，農(nóng)業(yè)發(fā)展范式由單純的農(nóng)產(chǎn)品供給轉(zhuǎn)向生產(chǎn)、生活、生態(tài)復(fù)合發(fā)展的新范式[1，耕地經(jīng)營(yíng)模式亦逐漸從以農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)為主向一、三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展的新模式轉(zhuǎn)變。耕地功能趨于多樣化，耕地功能利用階段也由以生產(chǎn)功能利用為主轉(zhuǎn)向多功能并存、生態(tài)和社會(huì)功能顯化的多功能復(fù)合利用階段[2]。在此背景下，充分挖掘農(nóng)業(yè)多種功能、鄉(xiāng)村多元價(jià)值，全面、協(xié)同、系統(tǒng)地發(fā)揮耕地資源的多種功能，有助于為建設(shè)宜居宜業(yè)和美鄉(xiāng)村、全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興提供重要?jiǎng)恿Α?/p>

目前，耕地多功能的分類(lèi)以“三生”功能（生產(chǎn)、生活、生態(tài)功能）以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能（供給、調(diào)節(jié)、文化、支持功能）為主要依據(jù)[3]。國(guó)內(nèi)研究大多圍繞“生產(chǎn)、生活、生態(tài)”、“生產(chǎn)、生態(tài)、社會(huì)”和“生產(chǎn)、生態(tài)、社會(huì)、景觀”3種耕地功能分類(lèi)選取耕地功能評(píng)價(jià)指標(biāo)[4q，而對(duì)耕地的文化功能關(guān)注不夠。對(duì)耕地各功能的價(jià)值進(jìn)行量化評(píng)價(jià)分析已經(jīng)成為較為普遍的研究方法，量化方法主要包括物質(zhì)量法、價(jià)值量法、能值法和指標(biāo)體系法4類(lèi)。采用的模型方法逐漸趨于多元化，主要包括層次分析法、TOPSIS模型、灰色關(guān)聯(lián)度法、復(fù)相關(guān)系數(shù)法等，如有研究引入力學(xué)平衡模型評(píng)價(jià)珠江三角洲地區(qū)的耕地多功能空間格局及其各子功能間耦合協(xié)調(diào)關(guān)系[8]。受制于數(shù)據(jù)的獲取，已有研究大多根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)從省、市、縣行政單元尺度進(jìn)行分析[9-10]，而對(duì)鎮(zhèn)、村、網(wǎng)格等微觀尺度關(guān)注不足。隨著多源地理空間數(shù)據(jù)和空間可視化模型的發(fā)展，定量土地利用功能評(píng)估試圖在給定的地理單元或網(wǎng)格尺度上評(píng)估多種土地利用功能[1-12]。相比之下，該方法有助于克服多標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估方法的局限性，逐漸成為在精細(xì)尺度上識(shí)別土地利用功能及其權(quán)衡、協(xié)同效應(yīng)的重要工具[13-14]

基于耕地多功能的空間權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系進(jìn)行耕地多功能的復(fù)合開(kāi)發(fā)利用，有助于遏制多元化需求背景下的無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)，也對(duì)耕地資源保護(hù)具有重要意義[15-16]。常用的耕地多功能權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系分析方法包括土地系統(tǒng)功能權(quán)衡度（Land systemFunctionTrade-offDegree，LFTD）模型、灰色關(guān)聯(lián)度分析法、雙變量局部空間自相關(guān)分析法、主成分分析法等[16-17]，這些方法有助于厘清耕地功能之間的關(guān)系，進(jìn)而為耕地多功能分區(qū)管控提供參考。耕地多功能分區(qū)管控是一種旨在保護(hù)和合理利用耕地資源的策略，即依據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)量化結(jié)果、結(jié)合區(qū)域特征進(jìn)行耕地功能分區(qū)，進(jìn)而對(duì)各個(gè)功能分區(qū)采取不同管控措施[18]。具體而言，即在綜合考慮耕地各要素的基礎(chǔ)上，分析其現(xiàn)狀特征及分異規(guī)律，結(jié)合區(qū)域間差異來(lái)進(jìn)行地理分區(qū)，并針對(duì)不同分區(qū)的耕地功能特征制定相應(yīng)的管理和保護(hù)措施，實(shí)施耕地的差別化管理，以確保耕地資源的可持續(xù)利用。耕地功能分區(qū)方法除了綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)法[1.15]外，還有K-Means聚類(lèi)分析法[19-21]、熱點(diǎn)分析法[22-24]、局部莫蘭指數(shù)（Moran'sI）法[25-26]、自組織特征映射網(wǎng)絡(luò)（Self-OrganizingFeatureMapping）法[26-27]等。然而，當(dāng)前的耕地多功能分區(qū)管控對(duì)耕地生產(chǎn)、生活、生態(tài)、文化等功能之間的權(quán)衡、協(xié)同關(guān)系考慮得不夠。

因此，該研究選取長(zhǎng)株潭都市圈為研究區(qū)域，基于網(wǎng)格尺度揭示2010—2020年長(zhǎng)株潭都市圈耕地生產(chǎn)、生活、生態(tài)、文化功能的時(shí)空分異特征，探究耕地多功能之間的權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系并進(jìn)行耕地功能分區(qū)，進(jìn)而提出促進(jìn)耕地利用轉(zhuǎn)型的策略建議，以期為長(zhǎng)株潭都市圈進(jìn)一步優(yōu)化耕地布局、推進(jìn)耕地多功能協(xié)調(diào)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)耕地利用科學(xué)轉(zhuǎn)型提供一定參考，從而助力鄉(xiāng)村全面振興。

1 區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 區(qū)域概況

長(zhǎng)株潭都市圈為國(guó)家級(jí)都市圈之一，是我國(guó)中部地區(qū)的重要都市圈。《長(zhǎng)株潭都市圈發(fā)展規(guī)劃》明確，長(zhǎng)株潭都市圈范圍包括長(zhǎng)沙市全域、株洲市中心城區(qū)及醴陵市、湘潭市中心城區(qū)及韶山市和湘潭縣，面積為1.89萬(wàn) km² 。在生態(tài)方面，長(zhǎng)株潭都市圈擁有昭山、岳麓山等生態(tài)綠心，《湖南省長(zhǎng)株潭生態(tài)綠心保護(hù)條例》也已出臺(tái)；在經(jīng)濟(jì)方面，長(zhǎng)沙市、株洲市、湘潭市3市GDP占湖南省的 40% 以上[28]。長(zhǎng)株潭都市圈的種植業(yè)以水稻為主，兼有油菜、蔬菜以及其他經(jīng)濟(jì)作物等。長(zhǎng)株潭都市圈概況如圖1所示。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

該研究所采用的2010、2020年長(zhǎng)株潭都市圈土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)多時(shí)期土地利用遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集（CNLUCC），空間分辨率為 30m×30 m；高程數(shù)據(jù)來(lái)源于SRTM數(shù)據(jù)集（https：//srtm.csi.cgiar.org/srtmdata/）；歸一化植被指數(shù)（NormalizedDifferenceVegetationIndex，NDVI）是基于逐月平均NDVI數(shù)據(jù)計(jì)算而得來(lái)的，逐月NDVI數(shù)據(jù)來(lái)源于MOD13A3數(shù)據(jù)集（https：//www.earthdata.nasa.gov）;人口數(shù)據(jù)來(lái)源于LandScan數(shù)據(jù)集（https：//landscanorml.gov）；玉米、小麥、水稻和大豆產(chǎn)量數(shù)據(jù)來(lái)源于Qin等[29]發(fā)布的全球網(wǎng)格化作物生產(chǎn)數(shù)據(jù)集，空間分辨率為 10km×10km 。以上柵格數(shù)據(jù)空間尺度統(tǒng)一為 5km×5km ，坐標(biāo)系統(tǒng)一為WGS_1984_UTM_Zone_ 49N 。此外，地圖注點(diǎn)（PointofInterest，POI）數(shù)據(jù)來(lái)源于高德地圖、百度地圖、網(wǎng)絡(luò)搜集等，其中，2010年的POI數(shù)據(jù)缺失，該研究用2012年的POI數(shù)據(jù)來(lái)代替。

2 研究方法

2.1 耕地多功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

該研究從生產(chǎn)、生態(tài)、文化、生活功能4個(gè)維度確定長(zhǎng)株潭都市圈耕地多功能評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（表1），對(duì)長(zhǎng)株潭都市圈耕地多功能進(jìn)行量化分析，并進(jìn)行相應(yīng)的子功能網(wǎng)格尺度評(píng)價(jià)。

2.1.1生產(chǎn)功能該研究選用糧食生產(chǎn)指標(biāo)來(lái)反映耕地的生產(chǎn)功能，糧食生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)出是衡量耕地生產(chǎn)功能的重要指標(biāo)[30]。該研究根據(jù)各單位生物量占全部耕地總生物量的比例統(tǒng)計(jì)各單位糧食產(chǎn)量，具體計(jì)算如公式（1）所示[31-32]

式（1）中： GP_i 為柵格 i 的糧食產(chǎn)量（t）; GP_sum 為研究區(qū)域內(nèi)各柵格的糧食總產(chǎn)量（t）； NDVI_i 為柵格 i 的歸一化植被指數(shù)； NDVI_sum 為研究區(qū)域內(nèi)各柵格歸一化植被指數(shù)的和。

圖1長(zhǎng)株潭都市圈概況[以從天地圖國(guó)家地理信息公共服務(wù)平臺(tái)下載的審圖號(hào)為GS（2024）0650號(hào)的中國(guó)行政區(qū)劃數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)底圖，下同]

表1長(zhǎng)株潭都市圈耕地多功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.1.2生態(tài)功能耕地具有氣候調(diào)節(jié)、水源涵養(yǎng)等豐富的生態(tài)功能，該研究選取碳儲(chǔ)存、水源涵養(yǎng)、土壤保護(hù)、環(huán)境凈化、洪水調(diào)蓄5個(gè)指標(biāo)對(duì)耕地的生態(tài)功能進(jìn)行量化評(píng)估。就碳儲(chǔ)存功能而言，該研究采用InVEST模型進(jìn)行量化評(píng)估，具體計(jì)算如公式（2）所示[3]

C_stord=C_above+C_below+C_soil+C_dead

式（2）中： C_stord 為總碳儲(chǔ)量（ thm² ）； C_above 為地上物質(zhì)碳儲(chǔ)量（ ）； C_below 為地下物質(zhì)碳儲(chǔ)量（ tan² ）； C_soil 為土壤碳儲(chǔ)量（ ）； C_dead 為枯枝落葉碳儲(chǔ)量（ t/hm² ）。

就水源涵養(yǎng)功能而言，該研究采用InVEST模型進(jìn)行量化評(píng)估，具體計(jì)算如公式（3）所示[34]。

式（3）中：WR為水源涵養(yǎng)量（ mm ）;Velocity為流速系數(shù)； TI 為地形指數(shù)，無(wú)量綱；Ksat為土壤飽和導(dǎo)水率（ mm/d ），可通過(guò)NeuroTheta軟件計(jì)算得出；Yield為產(chǎn)水量（ mm ）。

就土壤保護(hù)功能而言，該研究采用InVEST模型進(jìn)行量化評(píng)估，具體計(jì)算如公式（4）～（6）所示[5]。

式 （4）～（6） 中： T_c 、 T_P 、 T_R 1 SED 分別為土壤保持量、潛在土壤侵蝕量、實(shí)際土壤侵蝕量和泥沙持留量（單位均為 t/km² ）； R 為降水侵蝕因子； K 為土壤可蝕性因子； LS 為坡度坡長(zhǎng)因子； C 為植被覆蓋因子； P 為水土保持措施因子。

就環(huán)境凈化功能而言，該研究通過(guò)結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行評(píng)估，其主要分為吸收廢氣、阻滯粉塵以及凈化水質(zhì)3個(gè)子功能[3。

就洪水調(diào)蓄功能而言，該研究采用 InVEST 模型與經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行量化評(píng)估，具體計(jì)算如公式（7）所示[37]

C_fm=C_vc+C_rc+C_lc+C_mc

式（7）中： C_fm 為洪水調(diào)蓄量（ m³/a ）； C_vc 為植被洪水調(diào)蓄量（ m³/a ） C_rc 為庫(kù)塘洪水調(diào)蓄量（ m³/a ）；C_lc 為湖區(qū)洪水調(diào)蓄量（ m³/a ）； C_mc 為沼澤洪水調(diào)蓄量 （m³/a ）。

2.1.3文化功能耕地的文化功能分為景觀美學(xué)功能與景觀游憩功能2類(lèi)，其中，該研究選取耕地景觀破碎度、植被覆蓋度來(lái)體現(xiàn)耕地的景觀美學(xué)功能，使用農(nóng)家樂(lè)、民宿輻射范圍來(lái)量化耕地的景觀游憩功能。

就耕地景觀破碎度而言，其涉及5個(gè)指標(biāo)[38]。-是斑塊數(shù)量（NP），其為景觀斑塊總數(shù)，即 NP=N 。

二是平均斑塊大小（ MPS ），可以反映某景觀的破碎化程度，其值越小，說(shuō)明景觀破碎化程度越高，具體計(jì)算如公式（8）所示。

三是斑塊密度（ |PD| ），可以反映某景觀的密集程度，其值越大，說(shuō)明景觀斑塊越多，景觀越分散和破碎，具體計(jì)算如公式（9）所示。

四是平均歐式最鄰近距離（MNN），其值越大，表示景觀分布越離散，具體計(jì)算如公式（10）所示。

式（10）中： h_i 為第 i 個(gè)斑塊與其最鄰近斑塊之間的距離； N 為到第 i 個(gè)斑塊具有最鄰近距離斑塊的總數(shù)。

五是面積加權(quán)平均斑塊形狀指數(shù)（AWMSI），可以反映某類(lèi)型景觀斑塊的平均形狀。其值為1時(shí)，說(shuō)明某類(lèi)型景觀的所有斑塊形狀為規(guī)則矩形；其值增大時(shí)，說(shuō)明斑塊的平均形狀變得復(fù)雜、不規(guī)則。具體計(jì)算如公式（11）所示。

式（11）中： P_i 為第 i 個(gè)斑塊的周長(zhǎng)； a_i 為第 i 個(gè)斑塊的面積。

就植被覆蓋度而言，其可由歸一化植被指數(shù)計(jì)算得出，具體如公式（12）所示[39]。

式（12）中： NDVI_i 為研究區(qū)域的歸一化植被指數(shù)； NDVI_min 為研究區(qū)域內(nèi)NDVI最小值； NDVI_max 為研究區(qū)域內(nèi)NDVI最大值。

2.1.4生活功能耕地的生活功能主要表現(xiàn)為社會(huì)保障功能，可以通過(guò)人均耕地面積與人口密度反映出來(lái)。人均耕地面積直接體現(xiàn)了耕地資源對(duì)農(nóng)村人口的生計(jì)保障能力，人均耕地面積越大，表明耕地的社會(huì)保障功能越強(qiáng)；人口密度反映了區(qū)域人口對(duì)耕地資源的壓力程度，通過(guò)單位面積耕地所承載的人口數(shù)量體現(xiàn)出來(lái)。

2.2 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

由于所選取的指標(biāo)在含義、量綱、屬性或方向上存在不同，為消除其影響，該研究采用極差標(biāo)準(zhǔn)化方法對(duì)各個(gè)指標(biāo)原始值進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理。為避免出現(xiàn)0值，該研究將計(jì)算后的值都加上 0.0001 。具體計(jì)算如公式（13） ～ （14）所示[40]

式（13）～（14）中： X_ij 為指標(biāo)的原始值； X_jmin 為第 j 個(gè)指標(biāo)的最小值； X_jmax 為第 j 個(gè)指標(biāo)的最大值； Y_ij 為標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)值，區(qū)間為[0，1]。式（13）適用于正向指標(biāo)，式（14）適用于負(fù)向指標(biāo)。

2.3 權(quán)重確定

該研究采用客觀賦權(quán)法中的熵值法計(jì)算各指標(biāo)信息熵，確定指標(biāo)權(quán)重。熵值越小，則信息的序度越低，指標(biāo)權(quán)重越小；熵值越大，則信息的序度越高，指標(biāo)權(quán)重越大。具體計(jì)算如公式（15）～（16）所示[40]。

式（15）～（16）中： E_i 為第 i 個(gè)指標(biāo)的信息熵；K 為常數(shù)， ; n 為樣本總數(shù)； W_i 為第 i 個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值； m 為指標(biāo)總數(shù)。各指標(biāo)權(quán)重結(jié)果如表1所示。

2.4 耕地各功能測(cè)算

該研究采用綜合指數(shù)模型計(jì)算耕地多功能值，具體如公式（17）所示[41]

式（17）中： f_i 為第 i 項(xiàng)功能指數(shù)； W_ij 為第 i 項(xiàng)功能第 j 項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重； P_ij 為第 i 項(xiàng)功能第 j 項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值。

2.5 耕地功能間的權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系分析

2.5.1基于 Spearman秩的功能相關(guān)性分析該研究通過(guò)2個(gè)變量的秩次大小進(jìn)行線性相關(guān)分析，采用Spearman相關(guān)系數(shù)方法分析耕地各功能間的權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系[42]。相關(guān)系數(shù)為正，表示2種耕地功能之間存在協(xié)同關(guān)系；相關(guān)系數(shù)為負(fù)，表示2種耕地功能之間存在權(quán)衡關(guān)系。

2.5.2雙變量局部空間自相關(guān)分析雙變量局部空間自相關(guān)分析法可以用來(lái)探討2個(gè)變量之間的空間相關(guān)性，進(jìn)而分析不同耕地功能之間權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系的空間變化規(guī)律。該研究借助GeoDa軟件、使用雙變量空間自相關(guān)模型，探究2010、2020年長(zhǎng)株潭都市圈耕地功能兩兩之間的權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系，并將其分為高—高協(xié)同區(qū)、低—低協(xié)同區(qū)、高—低權(quán)衡區(qū)、低—高權(quán)衡區(qū)[30]。

2.6 耕地功能分區(qū)

該研究采用K-Means聚類(lèi)分析法進(jìn)行長(zhǎng)株潭都市圈耕地功能分區(qū)，即將數(shù)據(jù)劃分為 K 個(gè)互不重疊的簇，并通過(guò)迭代優(yōu)化，使同一簇內(nèi)的數(shù)據(jù)點(diǎn)盡可能相似，使不同簇間的數(shù)據(jù)點(diǎn)盡可能不同[43]

3 結(jié)果與分析

3.1 耕地綜合功能的時(shí)空分異特征

為了更好地對(duì)比長(zhǎng)株潭都市圈耕地功能時(shí)空分異特征，該研究根據(jù)耕地功能值范圍將耕地功能劃分為5個(gè)等級(jí)：低[0，0.2]、較低（0.2，0.4]、中（0.4，0.6]、較高（0.6，0.8]、高（0.8，1][34]。如圖2所示，2010—2020年長(zhǎng)株潭都市圈耕地功能等級(jí)整體提升，呈現(xiàn)“西高東低”的空間格局。從時(shí)間維度分析來(lái)看，耕地功能高等級(jí)區(qū)與較高等級(jí)區(qū)的空間擴(kuò)張態(tài)勢(shì)尤為突出，其網(wǎng)格數(shù)量由2010年的4個(gè)增加至2020年的358個(gè)，占總區(qū)域的 41% ；183個(gè)中等級(jí)區(qū)發(fā)展為高等級(jí)區(qū)與較高等級(jí)區(qū)，占總網(wǎng)格的21% ；低等級(jí)區(qū)與較低等級(jí)區(qū)的空間范圍顯著收縮，其占比由2010年的 67% 下降至2020年的 26% ，其中，2020年的低等級(jí)區(qū)網(wǎng)格僅為41個(gè)。從空間維度分析來(lái)看，2020年長(zhǎng)株潭都市圈耕地綜合功能高等級(jí)區(qū)零散分布在中西部，耕地綜合功能低等級(jí)區(qū)與較低等級(jí)區(qū)零散分布在西部與東北部；西部地區(qū)2010年時(shí)為中等級(jí)區(qū)和較低等級(jí)區(qū)的區(qū)域到2020年時(shí)實(shí)現(xiàn)了顯著的等級(jí)躍升，大量網(wǎng)格轉(zhuǎn)變?yōu)檩^高等級(jí)區(qū)與中等級(jí)區(qū)。

3.2 耕地各項(xiàng)功能的時(shí)空演變特征

如圖3所示，就生態(tài)功能而言，2010—2020年長(zhǎng)株潭都市圈的耕地生態(tài)功能以中、較低等級(jí)為主，總體呈現(xiàn)“西高東低”的空間分異特征。低等級(jí)區(qū)及較低等級(jí)區(qū)網(wǎng)格數(shù)量占比從2010年的 55% 小幅上升至2020年的 59% ，且瀏陽(yáng)市東部的低等級(jí)區(qū)及較低等級(jí)區(qū)網(wǎng)格數(shù)量略有增加，說(shuō)明瀏陽(yáng)市東部局部地區(qū)的耕地生態(tài)功能呈現(xiàn)弱化態(tài)勢(shì)；與此同時(shí)，高等級(jí)區(qū)呈現(xiàn)零星分布的特征，主要散布在中部與西部地區(qū)，相較于2010年，2020年長(zhǎng)株潭都市圈的高等級(jí)區(qū)網(wǎng)格數(shù)量略有增加。

就生產(chǎn)功能而言，2010—2020年長(zhǎng)株潭都市圈的耕地生產(chǎn)功能以較高等級(jí)為主，較高等級(jí)區(qū)主要分布在西部及中部，且增加較為平緩。高等級(jí)區(qū)與較高等級(jí)區(qū)占比僅由2010年的 29% 上升至2020年的 35% ，高等級(jí)區(qū)多分布在長(zhǎng)株潭都市圈西北部的望城區(qū)、寧鄉(xiāng)市交界處以及西南部的湘潭縣；低等級(jí)區(qū)多分布在長(zhǎng)株潭都市圈的周邊以及瀏陽(yáng)市東部地區(qū)，低等級(jí)區(qū)與較低等級(jí)區(qū)呈平緩減少態(tài)勢(shì)，網(wǎng)格數(shù)量占比由2010年的 47% 下降至2020年的 46% 。

就生活功能而言，2010—2020年長(zhǎng)株潭都市圈的耕地生活功能較弱，空間不均衡性顯著。生活功能以低等級(jí)區(qū)為主導(dǎo)，2010、2020年低等級(jí)區(qū)與較低等級(jí)區(qū)占比保持在 95% 以上；高等級(jí)區(qū)與較高等級(jí)區(qū)僅集中在長(zhǎng)沙市中部人口密集區(qū)域，呈現(xiàn)明顯的“高密度、高功能”的特征。

就文化功能而言，2010—2020年長(zhǎng)株潭都市圈的耕地文化功能中等級(jí)區(qū)占比較大，超過(guò) 50% 。高等級(jí)區(qū)與較高等級(jí)區(qū)呈現(xiàn)穩(wěn)步擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，網(wǎng)格數(shù)量從2010年的207個(gè)增加至2020年的271個(gè)，增幅達(dá) 30.9% ，其中，中等級(jí)區(qū)向較高等級(jí)區(qū)的轉(zhuǎn)化明顯，98個(gè)中等級(jí)區(qū)網(wǎng)格單元實(shí)現(xiàn)功能躍升；高等級(jí)區(qū)主要分布在長(zhǎng)株潭都市圈中部、東部的石峰區(qū)、岳塘區(qū)、雨花區(qū)、瀏陽(yáng)市等地，呈現(xiàn)明顯的集聚特征。3.3耕地功能權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系的時(shí)空分異特征3.3.1耕地兩兩功能的相關(guān)性判定該研究借助SPSS 軟件得到基于 Spearman 秩的 2010—2020 年長(zhǎng)株潭都市圈耕地各功能相關(guān)性分析結(jié)果。由表2可知，2010—2020 年長(zhǎng)株潭都市圈的耕地生態(tài)一生活功能、生活一生產(chǎn)功能為權(quán)衡關(guān)系，均通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，且權(quán)衡關(guān)系呈增強(qiáng)態(tài)勢(shì)，這說(shuō)明城鎮(zhèn)化背景下的空間沖突加劇，生活功能擴(kuò)張擠占生態(tài)空間、擠壓生產(chǎn)空間。生態(tài)一文化功能、生態(tài)一生產(chǎn)功能、文化一生產(chǎn)功能為協(xié)同關(guān)系，且協(xié)同關(guān)系呈增強(qiáng)態(tài)勢(shì)；文化一生活功能亦為協(xié)同關(guān)系，但協(xié)同關(guān)系呈減弱態(tài)勢(shì)，相關(guān)系數(shù)值由0.081下降至0.053。耕地生態(tài)一生產(chǎn)功能存在顯著的協(xié)同關(guān)系，2010、2020年2種功能的相關(guān)系數(shù)值均為最大，表明協(xié)同關(guān)系最強(qiáng)，說(shuō)明生態(tài)良好的耕地能夠?yàn)檗r(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供優(yōu)越的自然條件，二者相輔相成；生態(tài)一文化功能的協(xié)同度最低，且2010年未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明二者協(xié)同關(guān)系較弱且不穩(wěn)定；文化一生活功能始終為協(xié)同關(guān)系，但協(xié)同關(guān)系呈減弱態(tài)勢(shì)，僅于2010年在0.01級(jí)別（雙尾）的相關(guān)性顯著，說(shuō)明二者難以存在明顯的協(xié)同關(guān)系；文化一生產(chǎn)功能的協(xié)同關(guān)系呈增強(qiáng)態(tài)勢(shì)，由2010年的相關(guān)性不顯著轉(zhuǎn)變?yōu)?020年的相關(guān)性顯著，這說(shuō)明二者協(xié)同關(guān)系得到改善，但仍需采取措施以進(jìn)一步保持協(xié)同關(guān)系增強(qiáng)的態(tài)勢(shì)。3.3.2耕地兩兩功能的空間關(guān)聯(lián)分析通過(guò)借助GeoDa軟件進(jìn)行雙變量局部空間自相關(guān)分析，該研究得出2010、2020年長(zhǎng)株潭都市圈耕地4項(xiàng)功能的LISA聚類(lèi)結(jié)果（圖4）。其一，生態(tài)與文化功能的高—高協(xié)同區(qū)數(shù)量基本穩(wěn)定，主要集中在岳麓區(qū)、雨花區(qū)等地，但低—低協(xié)同區(qū)從82個(gè)增加至107個(gè)，主要分布在長(zhǎng)株潭都市圈東北部；低一高權(quán)衡區(qū)數(shù)量增加 31% ，集聚特征明顯，主要分布在長(zhǎng)株潭都市圈東部及中部地區(qū);2020年長(zhǎng)株潭都市圈南部的高—低權(quán)衡區(qū)數(shù)量略有減少，高一低權(quán)衡區(qū)多分布在長(zhǎng)株潭都市圈北部。其二，生態(tài)與生活功能總體為權(quán)衡關(guān)系，高一高協(xié)同區(qū)數(shù)量少且呈減少態(tài)勢(shì)，由18個(gè)減少至5個(gè)，多零星分布在長(zhǎng)株潭都市圈中部與東北部；權(quán)衡區(qū)多分布在長(zhǎng)株潭都市圈西北部與東北部，且長(zhǎng)株潭都市圈南部少量權(quán)衡區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)椴伙@著區(qū)域。其三，生態(tài)與生產(chǎn)功能為顯著協(xié)同關(guān)系，高—高協(xié)同區(qū)數(shù)量由185個(gè)增加至201個(gè)，主要分布在長(zhǎng)株潭都市圈西部與中部地區(qū)，低一低協(xié)同區(qū)數(shù)量由162個(gè)增加至178個(gè)，大量集中分布在長(zhǎng)株潭都市圈東部的瀏陽(yáng)市，少量零散分布在長(zhǎng)株潭都市圈北部、西部、南部邊緣地區(qū)；與此同時(shí)，低一高權(quán)衡區(qū)數(shù)量變化不大，多零散分布在中部、西部地區(qū)，高一低權(quán)衡區(qū)數(shù)量由31個(gè)減少至21個(gè)。其四，文化與生活功能高一高協(xié)同區(qū)數(shù)量較少，多零散分布在東北部；高一低權(quán)衡區(qū)增加5.2倍，且集中增加在長(zhǎng)株潭都市圈西部；低一高權(quán)衡區(qū)數(shù)量減少 36.5% ，多集中分布在東北部及中部小部分地區(qū)；低一低協(xié)同區(qū)多零散分布在西部。其五，文化與生產(chǎn)功能的協(xié)同關(guān)系顯著增強(qiáng)，高一高協(xié)同區(qū)數(shù)量由49個(gè)激增至148個(gè)，增加 200% ，低一高權(quán)衡區(qū)數(shù)量由183個(gè)銳減至103個(gè)，84個(gè)低一高權(quán)衡區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咭桓邊f(xié)同區(qū)，高—低權(quán)衡區(qū)數(shù)量由59個(gè)增加至93個(gè)，多分布在東部地區(qū)。其六，生活與生產(chǎn)功能協(xié)同區(qū)數(shù)量變化較小，權(quán)衡區(qū)數(shù)量增加，低一高權(quán)衡區(qū)持續(xù)擴(kuò)大，由218個(gè)增加至237個(gè)，多集中分布在長(zhǎng)株潭都市圈西部，高—低權(quán)衡區(qū)數(shù)量由85個(gè)增加至102個(gè)，長(zhǎng)株潭都市圈東部高一低權(quán)衡區(qū)數(shù)量增加明顯。

圖22010、2020年長(zhǎng)株潭都市圈耕地綜合功能等級(jí)的空間分布情況

圖32010、2020年長(zhǎng)株潭都市圈耕地4項(xiàng)功能等級(jí)的空間分異情況

3.4 耕地功能分區(qū)

依據(jù)2010、2020年長(zhǎng)株潭都市圈耕地多功能測(cè)算結(jié)果以及權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系分析結(jié)果，該研究對(duì)2020年長(zhǎng)株潭都市圈耕地功能進(jìn)行分區(qū)，將其分為生產(chǎn)主導(dǎo)區(qū)、均衡發(fā)展區(qū)、生產(chǎn)生態(tài)區(qū)以及生產(chǎn)文化區(qū)4類(lèi)（圖5）。其中，生產(chǎn)主導(dǎo)區(qū)耕地的生產(chǎn)功能相對(duì)較強(qiáng)，文化功能與生態(tài)功能稍次之，生活功能較弱；均衡發(fā)展區(qū)耕地的各項(xiàng)功能優(yōu)勢(shì)相對(duì)不顯著；生產(chǎn)生態(tài)區(qū)的耕地以生產(chǎn)功能和生態(tài)功能為主，生活功能、文化功能較弱；生產(chǎn)文化區(qū)的耕地具有較好的生產(chǎn)功能和美學(xué)價(jià)值，擁有較大的文化功能挖掘潛力。具體而言，長(zhǎng)株潭都市圈生產(chǎn)主導(dǎo)區(qū)占比較大，呈塊狀分布在天心區(qū)、雨花區(qū)、岳塘區(qū)、雨湖區(qū)的交界地段，湘潭縣、淥口區(qū)以及寧鄉(xiāng)市西南部等，其分布零散且比較鄰近生產(chǎn)文化區(qū)。均衡發(fā)展區(qū)占比僅次于生產(chǎn)主導(dǎo)區(qū)，分布較為零散，主要分布在長(zhǎng)株潭都市圈周邊、醴陵市東北部以及長(zhǎng)沙市區(qū)、湘潭市區(qū)、株洲市區(qū)交界處等城市化水平較高區(qū)域，區(qū)域內(nèi)耕地各功能的相對(duì)優(yōu)勢(shì)不顯著。生產(chǎn)生態(tài)區(qū)主要呈條帶狀分布在長(zhǎng)株潭都市圈北部的長(zhǎng)沙縣、望城區(qū)部分區(qū)域以及瀏陽(yáng)市西部、南部地區(qū)，其在長(zhǎng)株潭都市圈南部的湘潭縣、醴陵市等地也有分布但較為零散。生產(chǎn)文化區(qū)分布零散且占比較小，多鄰近生產(chǎn)主導(dǎo)區(qū)。

表22010、2020年長(zhǎng)株潭都市圈耕地兩兩功能的權(quán)衡與協(xié)同度

注：*表示在0.05級(jí)別（雙尾）的相關(guān)性顯著； ^** 表示在0.01級(jí)別（雙尾）的相關(guān)性顯著。

圖42010、2020年長(zhǎng)株潭都市圈耕地多功能雙變量局部空間自相關(guān)聚類(lèi)結(jié)果

圖52020年長(zhǎng)株潭都市圈耕地功能分區(qū)

4結(jié)論與建議

4.1結(jié)論

就耕地功能的時(shí)空演變特征而言，2010一2020年長(zhǎng)株潭都市圈耕地綜合功能提升，呈現(xiàn)“西高東低”的空間格局：耕地生態(tài)功能以中、較低等級(jí)為主，呈現(xiàn)“西高東低”的空間分異特征；生產(chǎn)功能以較高等級(jí)為主，較高等級(jí)區(qū)主要分布在西部及中部；生活功能較弱，空間不均衡性顯著；文化功能的中等級(jí)區(qū)占比較大，高等級(jí)區(qū)呈現(xiàn)集聚特征。

就耕地多功能間權(quán)衡與協(xié)同關(guān)系的時(shí)空分異特征而言，2010—2020年長(zhǎng)株潭都市圈耕地生態(tài)一生活功能、生活一生產(chǎn)功能為權(quán)衡關(guān)系，且權(quán)衡關(guān)系呈增強(qiáng)態(tài)勢(shì)；生態(tài)一文化功能、生態(tài)一生產(chǎn)功能、文化一生產(chǎn)功能為協(xié)同關(guān)系，且協(xié)同關(guān)系呈增強(qiáng)態(tài)勢(shì)；文化一生活功能亦為協(xié)同關(guān)系，但協(xié)同關(guān)系呈減弱態(tài)勢(shì)。生態(tài)與文化功能的高一高協(xié)同區(qū)數(shù)量基本穩(wěn)定，主要集中在岳麓區(qū)、雨花區(qū)等地；生態(tài)與生活功能總體為權(quán)衡關(guān)系，權(quán)衡區(qū)多分布在長(zhǎng)株潭都市圈西北部與東北部；生態(tài)與生產(chǎn)功能為顯著協(xié)同關(guān)系，高一高協(xié)同區(qū)主要分布在長(zhǎng)株潭都市圈西部與中部地區(qū)；文化與生活功能高一低權(quán)衡區(qū)集中增加在長(zhǎng)株潭都市圈西部；文化與生產(chǎn)功能的協(xié)同關(guān)系顯著增強(qiáng)；生活與生產(chǎn)功能協(xié)同區(qū)數(shù)量變化較小，權(quán)衡區(qū)數(shù)量增加，低一高權(quán)衡區(qū)多集中分布在長(zhǎng)株潭都市圈西部，長(zhǎng)株潭都市圈東部高一低權(quán)衡區(qū)數(shù)量增加明顯。

就耕地功能分區(qū)而言，2020年長(zhǎng)株潭都市圈耕地功能區(qū)域分為生產(chǎn)主導(dǎo)區(qū)、均衡發(fā)展區(qū)、生產(chǎn)生態(tài)區(qū)以及生產(chǎn)文化區(qū)。長(zhǎng)株潭都市圈生產(chǎn)主導(dǎo)區(qū)占比較大，主要呈塊狀分布在天心區(qū)、雨花區(qū)、岳塘區(qū)、雨湖區(qū)的交界地段，湘潭縣、淥口區(qū)以及寧鄉(xiāng)市西南部等；均衡發(fā)展區(qū)占比僅次于生產(chǎn)主導(dǎo)區(qū)，主要零散分布在長(zhǎng)株潭都市圈周邊、醴陵市東北部以及長(zhǎng)沙市區(qū)、湘潭市區(qū)、株洲市區(qū)交界處等城市化水平較高區(qū)域；生產(chǎn)生態(tài)區(qū)主要呈條帶狀分布在長(zhǎng)株潭都市圈北部的長(zhǎng)沙縣、望城區(qū)部分區(qū)域以及瀏陽(yáng)市西部、南部地區(qū)；生產(chǎn)文化區(qū)分布零散且占比較小，多鄰近生產(chǎn)主導(dǎo)區(qū)。

4.2 建議

就生產(chǎn)主導(dǎo)區(qū)而言，城市周邊的耕地是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)以及生態(tài)保護(hù)屏障，故生產(chǎn)主導(dǎo)區(qū)可與生產(chǎn)文化區(qū)協(xié)同整理耕地資源，完善高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)，形成面積廣闊的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)以發(fā)展農(nóng)業(yè)適度規(guī)模經(jīng)營(yíng)、提升農(nóng)業(yè)產(chǎn)量和質(zhì)量，同時(shí)致力于打造品牌效應(yīng)，延長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈，提升產(chǎn)品附加值，增加城市周邊農(nóng)戶收入；在保持生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，注重減少農(nóng)藥、化肥施用量以凸顯生態(tài)優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)耕地多功能綜合發(fā)展。

就均衡發(fā)展區(qū)而言，長(zhǎng)株潭都市圈可將此類(lèi)區(qū)域定位為緩沖區(qū)域，提升其耕地的劣勢(shì)功能，補(bǔ)齊短板；此類(lèi)區(qū)域耕地的文化功能相較于其他功能較強(qiáng)，同時(shí)擁有發(fā)展生活功能與生態(tài)功能的潛力，故長(zhǎng)株潭都市圈可在周邊此類(lèi)區(qū)域內(nèi)利用文化功能優(yōu)勢(shì)來(lái)發(fā)展休閑觀光農(nóng)業(yè)，提升植被覆蓋度以改善耕地生態(tài)功能，促進(jìn)耕地各項(xiàng)功能綜合發(fā)展。

就生產(chǎn)生態(tài)區(qū)而言，長(zhǎng)株潭都市圈可以借助瀏陽(yáng)市大圍山等天然綠色屏障進(jìn)一步發(fā)展耕地的生態(tài)功能，并推進(jìn)生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)，優(yōu)先發(fā)展節(jié)水灌溉、有機(jī)肥替代化肥、生物防治等綠色技術(shù)，減少農(nóng)業(yè)污染，增強(qiáng)耕地的水土保持與生物多樣性保護(hù)功能；與此同時(shí)，可以依托當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)優(yōu)勢(shì)發(fā)展旅游業(yè)等，培育農(nóng)業(yè)品牌，推動(dòng)當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)特色化發(fā)展，促進(jìn)耕地生態(tài)功能、生產(chǎn)功能、生活功能、文化功能融合發(fā)展。

就生產(chǎn)文化區(qū)而言，其可與生產(chǎn)主導(dǎo)區(qū)相結(jié)合以維持生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)且凸顯文化優(yōu)勢(shì)。此外，長(zhǎng)株潭都市圈可在發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的同時(shí)，進(jìn)一步凸顯此類(lèi)區(qū)域耕地的景觀美學(xué)功能，保持耕地規(guī)則度、連貫性，形成美麗田園風(fēng)光；進(jìn)一步提高植被覆蓋度，改善耕地的生態(tài)功能；依據(jù)地域歷史、特色，挖掘農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)，開(kāi)發(fā)農(nóng)家樂(lè)、生態(tài)農(nóng)莊等生態(tài)休閑觀光農(nóng)業(yè)綜合體，促進(jìn)耕地多功能協(xié)調(diào)發(fā)展。

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（責(zé)任編輯：袁萍萍）