2011~2021年甘孜藏族自治州耕地多功能时空分异及权衡协同分析

Spatio-Temporal Differentiation and Tradeoff of Multifunctional Cultivated Land in Ganzi Tibetan Autonomous Prefecture from 2011 to 2021

摘要: 研究目的：分析2011~2021年甘孜藏族自治州耕地多功能时空变化情况，揭示当地耕地各功能间权衡协同关系，为缓解耕地资源保护和耕地功能开发之间矛盾提供理论建议。研究方法：多因素综合评价法和土地系统功能权衡度模型(LFTD)。研究结果：(1) 时序上看，耕地多功能呈缓慢上涨趋势，农业生产功能略有上涨，社会保障功能呈波浪式变化，生态安全功能涨幅明显；(2) 空间上看，各县市的耕地多功能区域差异较大，农业生产功能呈南高北低分布趋势，社会保障功能变化波动较小，生态安全功能呈中间高两边低分布趋势；(3) 各功能间有60%时间为权衡状态，彼此之间发展矛盾较大。研究结论：甘孜州目前已走向由生态安全为主导的耕地功能转型道路，针对耕地多功能间发展不平衡，利用不充分的现状，应以政策为导向，加强土地资源管理，严格控制耕地转为建设用地数量，落实耕地“数量、质量、生态”三位一体保护，保障耕地多功能协同发展。

Abstract: Objective: To analyze the spatio-temporal variation of cultivated land multifunction in Ganzi Ti-betan Autonomous Prefecture from 2011 to 2021, reveal the tradeoff and synergy among various functions of cultivated land, and provide theoretical suggestions for alleviating the contradiction between cultivated land resource protection and cultivated land function development. Research methods: Multi-factor comprehensive evaluation method and land system function tradeoff model (LFTD). The results are as follows: (1) In time series, the multi-function of cultivated land increased slowly, the agricultural production function increased slightly, the social security function changed in a wavy manner, and the ecological security function increased significantly; (2) From the perspective of space, the regional difference of cultivated land multifunction is large among counties and cities. The agricultural production function is high in the south and low in the north, the change of social security function is small, and the ecological security function is high in the middle and low in the two sides. (3) 60% of the time, each function is in a balanced state, and the development contradiction between each other is great. Research conclusion: Currently, Ganzi Prefecture has moved towards the road of transformation of cultivated land function dominated by ecological security. In view of the unbalanced development and inadequate utilization of cultivated land multifunctional, it is necessary to strengthen the management of land resources, strictly control the quantity of cultivated land converted into construction land, implement the trinity protection of cultivated land “quantity, quality and ecology”, and guarantee the coordinated de-velopment of cultivated land multifunctional.

1. 引言

耕地是人类赖以生存和发展的基础生产资料，也是人类依存度最高的一个复合生态系统 [1] 。它不仅包括传统的农业生产功能，更具有社会保障、生态保护和休憩游玩等多种重要功能 [2] 。2023年中央一号文件中再次明确了“三农”问题的重要性，耕地作为与农业农村农民息息相关的物质要素 [3] ，重新认识并定位其功能可以缓解耕地保护乏力局面，实现“数量、质量、生态”三位一体的保护新格局 [4] 。因此对耕地多功能的研究分析将有利于维持耕地功能开发和耕地保护的平衡 [5] ，进而实现耕地利用价值的最大化。

耕地多功能性这一概念源于20世纪90年代“农业多功能”概念的引入 [6] ，目前国内外相关研究主要为对耕地功能的内涵辨析 [7] 、耕地多功能管理 [8] [9] 以及耕地多功能评价 [10] [11] [12] ，近年来相关学者的研究主要集中在耕地多功能评价指标体系构建 [13] 、时空演变关系 [14] [15] 以及耦合协调关系 [16] 上；在研究空间的选择上主要集中在国家 [17] [18] 、省 [19] [20] [21] [22] [23] 、市 [24] [25] [26] 等宏观尺度为主，同时也包括城市群 [27] [28] [29] 、国家经济区 [30] [31] 以及特殊地貌区 [32] [33] 等典型区域；在研究单元上主要包括网格 [34] 以及行政单元 [35] 两种类型进行耕地功能相关研究；研究的方法上包括聚类分析 [36] 、协调度模型 [37] 、空间叠置分析等。上述研究推动了耕地多功能研究的深入发展，但普遍更为关注中东部地区、粮食主产区以及经济特区等地，对西南民族地区的关注较少。现今对于耕地多功能的研究多以大尺度研究为主，县域等小尺度研究较少，且对耕地资源丰富，地广人稀的少数民族地区关注则更少，此类地区急需认识到耕地多功能的重要性，进而去调节耕地功能开发与耕地保护之间的矛盾。基于此，本文将构建耕地多功能评价指标体系，采用土地系统功能权衡度模型(LFTD)分析2011~2021年甘孜藏族自治州耕地系统功能之间的权衡协调关系，以期为耕地保护和耕地功能开发提供借鉴。

2. 研究区域与数据来源

2.1. 研究区域

甘孜藏族自治州，简称甘孜州，位于四川省西部，康藏高原东南部，辖区内有1个县级市、17个县，土地总面积为1.53 × 10⁵ km²，占四川省全省面积的31.76%。甘孜州是典型的以藏族为主的多民族聚居区，境内自然资源丰富，是中国原生生态系统以及自然垂直带保留的最为完整的地区之一，同时也对农业生产带来一定挑战，当地农作物主要为玉米、小麦、青稞和豆类等，经济发展较为落后。据相关统计数据分析，在2011年至2021年期间甘孜州耕地面积下降2906 hm²，农作物播种面积下降了13,508 hm²，粮食播种面积下降了4141 hm²，蔬菜和油料的播种面积分别增长3156 hm²和10,244 hm²。基于此，选取甘孜州为研究区域以进行耕地多功能时空变化情况，揭示各功能的权衡协同关系。

2.2. 数据来源

该文使用的数据主要来源于2012~2022年的《甘孜州统计年鉴》，其中全国粮食单产数据来自于2022年《中国统计年鉴》，人均耕地承载力与农田多样化指数通过相关数据计算得出。

3. 研究方法

3.1. 耕地多功能评价指标体系构建

耕地作为功能交错的复杂系统，其任何时期进行的开发利用活动都是为了满足人类需求的。因此，耕地功能也会随着人类社会经济的不断发展而产生一定变化。在传统农耕社会中，耕地最为重要的就是农业生产功能；随着社会的不断发展，过度追求生产功能给自然环境带来极大负担，人类开始追求生产与生态之间的平衡；与社会制度发展相匹配的是耕地也逐渐拥有保障粮食供给，提供就业岗位等社会保障功能。基于此，结合已有研究，该文将耕地功能界定为农业生产功能、社会保障功能和生态安全功能3大类，选取10个指标构建评价指标体系(表1)。

农业生产功能是耕地最为基础和重要的功能，即指耕地生产农作物的能力，该文根据张一达 [38] 等人的研究选取粮食单产等三个指标衡量耕地产出能力；社会保障功能表示耕地不仅为农户提供了生产收入，更可以协助缩小城乡收入差距，缓解城乡矛盾，根据钱凤魁 [39] 等人的研究选取人均耕地面积等四个指标测度耕地的生活保证、经济保障和就业保障功能；生态安全功能主要体现为耕地对生态的调节以及维持生物多样性的功能，根据牛海鹏 [40] 等人的研究选取地均化肥投入强度等指标衡量耕地正负向的环境承载能力以及耕地系统的生态恢复能力，其中人均耕地生态承载力 = 人均耕地资源禀赋 × 耕地产量因子 × 耕地均衡因子，耕地产量因子为研究单元粮食单产与全国粮食单产之比，耕地均衡因子取1 [41] ，农田多样化指数用香农指数进行计算。

Table 1. Cultivated land multifunctional evaluation index system

表1. 耕地多功能评价指标体系

3.2. 指标权重及耕地多功能计算

3.2.1. 数据无量纲化处理

为消除不同指标之间的量纲差异，采用最大最小标准差法消除各项指标之间缺乏可比性的研究。公式如下：

${X^{\prime }}_{ij}=\frac{x_{ij}-x_{j\min }}{x_{j\max }-x_{j\min }}(正向指标)$ (1)

${X^{\prime }}_{ij}=\frac{x_{j\max }-x_{ij}}{x_{j\max }-x_{j\min }}(负向指标)$ (2)

3.2.2. 指标权重

该文采用熵权法与层次分析法综合衡量各指标权重(表1)。

3.2.3. 功能值计算

运用线性加权法测度耕地多功能值，公式为：

$U_i={\displaystyle \underset{i=1}{\overset{m}{\sum }}{W}_{ij}{P}_{ij}},{\displaystyle \underset{i=1}{\overset{m}{\sum }}{W}_{ij}=1}$

式中：U_i为第i (i = 1, 2, 3)系统综合发展水平评价值，W_ij为序参量对应的权重，P_ij为样本标准化后的值。

3.3. 耕地功能权衡与协同分析

权衡与协同分析被广泛运用在生态系统服务关系的研究中，权衡代表不同生态系统服务在一定时段中呈负相关关系；协同代表不同生态系统服务在一定时段中呈现正相关关系。文章引入生态系统服务权衡度模型，构建起土地系统功能权衡度模型(LFTD) [42] 。

${\text{LETD}}_{ij}=\frac{{\text{LFC}}_{ib}-{\text{LFC}}_{ia}}{{\text{LFC}}_{jb}-{\text{LFC}}_{ja}}$

式中，LFTD_ij表示第ij种土地系统功能权衡协同度，LFC_ia第i种功能a时刻的功能值，LFC_ib为第i种功能b时刻的功能值；LFC_ja、LFC_jb同上。

4. 结果与分析

4.1. 耕地多功能时序变化特征

从表2中可看出，在2011年、2016年和2021年三个研究时间时点上，其平均值为0.4302，呈现缓慢上涨趋势，说明耕地多功能指数随着现代化农业的不断发展，整体功能不断完善。从耕地多功能值的变异系数来看，整体呈现波动式下降的趋势，整体呈现较为明显的时空波动性。从变异系数来看，甘孜州耕地多功能指数在2011~2016年期间变化差异大，发展不稳定；在2016~2021年期间，耕地多功能指数变化差异较小，发展较为稳定。

Table 2. Time evolution trend of cultivated land multifunctional index

表2. 耕地多功能指数时间演变趋势

从时序(图1)上看，甘孜州农业生产功能略有下降，但变化幅度不大，可以看出农业生产功能经历了先增长后缓慢下降的变化趋势。随着经济的快速发展，甘孜州的农业技术得到极大提高，因此随耕地面积略有减少，但粮食产量却有一定提高，因此整体的农业生产功能变化幅度并不大。社会保障功能呈现波浪式下降的发展态势。城镇化进程的开展使得甘孜州人口逐渐向大城市外迁，在2020年年底甘孜州总人口为110.8万人。生态安全功能呈现较为明显的上升趋势，这一时段内人均耕地生态承载力和农田多样性两项指标增幅明显。

Figure 1. Temporal changes of cultivated land multifunction in Ganzi prefecture from 2011 to 2021

图1. 2011~2021年甘孜州耕地多功能时序变化

4.2. 耕地多功能空间变化特征

本文根据研究区域的实际情况以及已有研究成果将功能值导入ArcGIS 10.2软件中，采用自然断点法划分出低水平、一般水平和高水平三个等级。从图上可以看出，耕地多功能值不仅在时序上有变化，因各地自然环境条件以及社会经济条件的不同，空间上也呈现出较为明显的区域差异性。

在研究时段内，农业生产功能高水平区逐渐增多(图2)，且呈现南高北低的分布趋势。农业生产功能的高水平区域主要为九龙县以及泸定县。这些位置地势较为平坦，从其区位条件上看，这类地区位于云南高原与四川盆地过度地带，耕地肥沃，灌溉条件较好。白玉县、炉霍县和道孚县等地因海拔较高，境内山地较多，耕地多处于山地当中，土壤肥力较差，因此其农业生产功能较低。

Figure 2. Spatial change of agricultural production function of cultivated land in Ganzi Prefecture from 2011 to 2021

图2. 2011~2021年甘孜州耕地农业生产功能空间变化

社会保障功能(图3)维持在较为稳定的水平。高水平区主要为得荣县和甘孜县，随着经济水平以及农业机械化程度的提高，各县市农村人均可支配收入增加，生活和就业也就得以保障。低水平区主要为康定市和泸定县等地，当地旅游业发达，随着第三产业的发展，人口逐渐增多，致使该地耕地社会保障功能在较低水平。

Figure 3. Spatial changes of social security function of cultivated land in Ganzi Prefecture from 2011 to 2021

图3. 2011~2021年甘孜州耕地社会保障功能空间变化

生态安全功能(图4)高水平区域不断增多且主要集中在南部的稻城、理塘和新龙等地，这些地域多是甘孜州的旅游胜地，风景优美且农副产品资源丰富。自四川省将甘孜州划为川西北生态示范区后，当地致力于绿色农业、可持续农业的发展，大力栽培高原特色农作物，增加了农田物种多样性，现代化农业的发展也使得当地农产品单产水平上升，因此甘孜州生态安全功能呈现逐年上涨的发展趋势。

Figure 4. Spatial changes of cultivated land ecological security function in Ganzi Prefecture from 2011 to 2021

图4. 2011~2021 年甘孜州耕地生态安全功能空间变化

4.3. 耕地多功能权衡与协同分析

该文以时间间隔为两年，采用土地系统权衡协同理论计算甘孜州2011~2021年期间耕地多功能权衡协同度，结果如表3所示。

生产–生态功能的权衡协同度为正值，呈协同发展关系，生产–社会功能与社会–生态功能的权衡协同度为负值，呈权衡发展关系。在这一期间生态农业、绿色农业的发展理念开始得到普及，在农业生产过程中，化肥农药的投入量得以减少，机械化、规模化的作业方式使得粮食产量得以提高，耕地生态安全功能值逐渐得以提高。

Table 3. Multi-function tradeoff cooperation degree in Ganzi prefecture from 2011 to 2021

表3. 甘孜州2011~2021年多功能权衡协同度

社会–生态功能的权衡协同值为正值，呈协同发展关系，生产–社会功能与生产–生态功能的权衡协同度为负值，呈权衡发展关系。在此阶段，农业技术的提高为耕地的集约化利用创造了一定条件，但随着高原地区观光旅游业的发展，乡村人口就业逐渐由农业转向二三产业，劳动力的转移致使农业生产功能略有下降，耕地功能逐渐由农业生产为主导向生态安全为主导转型。

生产–生态功能的权衡协同值为正值，呈协同发展关系，生产–社会功能与社会–生态功能的权衡协同度为负值，呈权衡发展关系。此阶段与2011年~2015年期间相类似，在多功能间权衡关系表现最强烈的为生产–社会功能，生产–生态功能由上一阶段的权衡关系转为弱协同关系，社会–生态功能由上一阶段的协同关系转为弱权衡关系。

5. 结论与讨论

5.1. 结论

本文以甘孜藏族自治州作为研究单元，基于2011~2021年全州18个县市的统计数据，构建了耕地多功能评价指标体系，揭示了耕地农业生产功能、社会保障功能以及生态安全功能在时间和空间上的变化特征，采用土地系统功能权衡度模型(LFTD)分析各子系统之间的权衡协同关系，基于灰色关联度分析法测度人口、经济和要素投入因素对耕地多功能的影响，主要结论如下。

1) 从时序上看，耕地多功能值上涨较为缓慢，其变异系数呈波浪式下降趋势。农业生产功能值在2011年~2016年缓慢增长，在2016年~2021年略有下降，呈现倒“U”形发展趋势；社会保障值整体较高，呈波浪发展趋势；生态安全值逐年上升，增长幅度较大。

2) 从空间上看，耕地多功能值区域差异性明显。农业生产功能值呈南高北低的分布趋势，高水平区主要为九龙县和泸定县；社会保障功能空间分布较为均衡，大多处于一般水平区间，高水平区主要甘孜县和得荣县；生态安全逐年上升且高水平区主要集中在中部地区。

3) 甘孜州耕地多功能间有60%时间为权衡关系，各功能间作用关系由以权衡为主转为以协同为主。

5.2. 讨论

本文以甘孜州为例揭示了西部民族地区耕地多功能的时空变化、权衡协同关系以及其影响因素，以县域为研究单位，评价结果较为精确，补充了在耕地多功能在西部民族地区的研究，但仍存在部分指标数据的获取存在一定局限性的问题。

通过相关分析我们可以看出，甘孜州的生态安全功能在近十年来有了极大改善和提高，耕地多功能虽仍由社会保障功能为主导，但已逐步走上由生态安全为主导的转型道路；甘孜州耕地多功能间有60%为权衡关系，各功能发展间矛盾较为突出，在自然条件和地理位置难以改变的前提下，可采用政策引导方式解决耕地利用不平衡的问题，实现耕地各功能间的协同发展，还需加强当地土地资源管理，严格控制建设用地转用数量，保障各功能的协调发展；

本文虽对耕地多功能的时空变化、权衡协同关系以及影响因素进行了研究，但未对耕地多功能以及单一功能之间关系展开进一步研究，后续可以针对如何优化耕地多功能之间的关系展开研究。