成都平原經(jīng)濟區(qū)耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值時空演變特征

馬偉龍，任 平，曾雨晴

（1.四川師范大學(xué)西南土地資源評價與監(jiān)測教育部重點實驗室，四川 成都　610066；2.四川師范大學(xué)地理與資源科學(xué)學(xué)院，四川 成都　610066）

成都平原經(jīng)濟區(qū)耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值時空演變特征

馬偉龍1,2，任 平1,2，曾雨晴1,2

（1.四川師范大學(xué)西南土地資源評價與監(jiān)測教育部重點實驗室，四川 成都610066；2.四川師范大學(xué)地理與資源科學(xué)學(xué)院，四川 成都610066）

研究目的：全面認識耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值時空演變過程和演變特征。研究方法：采用影子工程法、替代市場法測算了1998—2012年成都平原經(jīng)濟區(qū)各縣（區(qū)、市）耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值，并借助GeoDa和ArcGIS軟件，分析了耕地涵養(yǎng)水源價值時空變化特征。研究結(jié)果：（1）1998—2012年間，成都平原經(jīng)濟區(qū)耕地涵養(yǎng)水源價值總體呈現(xiàn)急劇減少向緩慢減少的變化趨勢，其中，1998—2003年耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值從276.49×108元/a，減少到234.95×108元/a，年變化率為3.31%；2003—2012年耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值從234.95×108元/a，減少到223.77×108元/a，年變化率為0.54%。（2）成都平原經(jīng)濟區(qū)各縣（區(qū)、市）的耕地涵養(yǎng)水源價值在空間關(guān)聯(lián)上呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達0.4775，說明耕地涵養(yǎng)水源價值減少率大（?。┑目h（區(qū)、市）趨于和減少率大（?。┑目h（區(qū)、市）相鄰接。（3）對耕地涵養(yǎng)水源價值的時間變化與空間分布進行空間疊加分析，得到耕地涵養(yǎng)水源價值時空變化5種模型，該模型實現(xiàn)了時間和空間兩個抽象的事物可視化，最大程度反映了成都平原經(jīng)濟區(qū)耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值時序變化和空間關(guān)聯(lián)性。研究結(jié)論：借助GeoDa和ArcGIS進行耕地涵養(yǎng)水源價值變化空間關(guān)聯(lián)性分析，準確表現(xiàn)出耕地涵養(yǎng)水源價值變化的時空特征。

土地管理；耕地生態(tài)系統(tǒng)；涵養(yǎng)水源價值；空間自相關(guān)；時空變化；成都平原經(jīng)濟區(qū)

涵養(yǎng)水源價值是耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其價值研究的重要領(lǐng)域之一［1-3］，近年來備受各界人士高度關(guān)注。耕地用于種植農(nóng)作物，而農(nóng)作物涵養(yǎng)水源能力與農(nóng)作物類型、覆蓋度、葉面積指數(shù)、枯枝落葉量、土壤的物理性質(zhì)等息息相關(guān)，并通過農(nóng)作物冠層、枯枝落葉層和土壤層的綜合作用來實現(xiàn)［4］。耕地生態(tài)系統(tǒng)具有提供農(nóng)產(chǎn)品、調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、保持土壤、維持生物多樣性等功能［5］，其涵養(yǎng)水源功能是耕地生態(tài)系統(tǒng)重要生態(tài)功能之一。近年隨著城市化進程的加快耕地被大量占用，耕地數(shù)量急劇減少，導(dǎo)致耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源能力大為減弱；經(jīng)濟的快速發(fā)展、人口的增加對水需求增加，水資源的短缺問題日益嚴重，耕地生態(tài)安全受到嚴重威脅。

為保護耕地生態(tài)安全和防止水土流失，專家學(xué)者嘗試著在各自領(lǐng)域建立耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值測算模型，如Yoshikawa等［6］利用稻田田坎高度對調(diào)節(jié)洪峰流量影響，構(gòu)建稻田生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源模型；肖玉等［7］以欒城試驗站田間試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)構(gòu)建了耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源中觀尺度模型；李士美等［8］從耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源現(xiàn)實值和潛在值角度出發(fā)，動態(tài)分析了典型耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源服務(wù)流量過程；白楊等［9］從生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境損益角度出發(fā)，以海河流域為例構(gòu)建了流域耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源模型。這些研究對推進耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值理論的發(fā)展起到了不可取代的作用。但這些研究主要運用區(qū)域水量平衡法［7-10］、土壤蓄水估算法［8-9］、多因子回歸法［11］和影子工程法、替代市場法等傳統(tǒng)數(shù)理統(tǒng)計方法對省域或縣域耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值進行了研究［12-14］，但沒有考慮或充分考慮降水特征因素對耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源影響，也沒有結(jié)合空間統(tǒng)計分析方法對耕地涵養(yǎng)水源價值進行空間關(guān)聯(lián)、依賴和自相關(guān)性的分析。本文在總結(jié)前人有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源研究成果的基礎(chǔ)上，充分考慮降水強度、降水過程、降雨量的大小等降水特征因素和農(nóng)閑田土季節(jié)性差異（即冬季休耕，春夏秋播種對耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源量的影響），對已有的耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源模型進行修正，構(gòu)建新的耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值測算模型。采用修正后的模型土測算了耕地涵養(yǎng)水源物質(zhì)量［11-16］，運用影子工程法和替代市場法測算耕地涵養(yǎng)水源價值，并借助GeoDa和ArcGIS軟件對耕地涵養(yǎng)水源價值進行空間關(guān)聯(lián)性分析。以期更加詳細地反應(yīng)其微觀差異，探討協(xié)調(diào)耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源功能價值，促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)高效發(fā)展，為科學(xué)制定區(qū)域耕地生態(tài)資源保護、減少水土流失和合理利用耕地資源提供決策參考。

1　研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)處理

成都平原經(jīng)濟區(qū)位于北緯25°51′—33°03′，東經(jīng)101°55′—106°59′之間，是成渝經(jīng)濟區(qū)的重要組成部分，該經(jīng)濟區(qū)總面積約7.8×104km2，占成渝經(jīng)濟區(qū)的37.9%，2013年末常住人口3586×104人，地區(qū)生產(chǎn)總值15911×108元。成都平原經(jīng)濟區(qū)包括四川省成都市、德陽市、綿陽市、眉山市、資陽市、遂寧市、雅安市及樂山市（市中區(qū)、沙灣區(qū)、五通橋區(qū)、金口河區(qū)、夾江縣、峨眉山市），共計63個縣（區(qū)、市）［17］。該經(jīng)濟區(qū)集中了全省40%的人口，經(jīng)濟總量占全省60%，是西部自然稟賦最好、人口密度最大、城鎮(zhèn)化水平最高、發(fā)展?jié)摿^大的地區(qū)。受亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候和地勢影響，降水豐富且主要集中于夏秋兩季；地形以平原為主，土壤肥沃；耕地面積廣闊，良好的自然經(jīng)濟條件使其成為四川省重要的糧食產(chǎn)區(qū)和人口稠密區(qū)。

數(shù)據(jù)來源于63個縣（區(qū)、市）1998—2012年統(tǒng)計年鑒、統(tǒng)計公報、地形圖、行政區(qū)圖、耕地類型圖、氣候圖、氣象站觀測資料和氣候公報等資料。在GIS軟件平臺下，對數(shù)據(jù)進行數(shù)字化處理，建立拓撲關(guān)系，銜接屬性數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建耕地涵養(yǎng)水源測評模型，進行耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源物質(zhì)量和價值量測評和時空變化分析。

2　研究方法

2.1耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源水量測算模型

耕地生態(tài)系統(tǒng)是依靠光、熱、水、土等自然要素以及種子、化肥、農(nóng)藥、機械等人為投入，利用耕地生物與非生物之間、耕地生物種群之間的關(guān)系來進行食物和其他農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的半人工生態(tài)系統(tǒng)［12］。生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源功能主要涉及林冠層、枯枝落葉層和土壤層，由于耕地生態(tài)系統(tǒng)中基本沒有枯枝落葉，所以本文重點考慮農(nóng)作物枝葉層和土壤層的水文特征。耕地主要由水田和旱地組成，水田以種植水稻和油菜為主，旱地以種植玉米和小麥為主，計算時水田以水稻和油菜為標準，旱地以玉米和小麥為標準，其他農(nóng)作物換算成這4種農(nóng)作物來測算，換算比例為1∶1。原因如下：研究區(qū)內(nèi)其他農(nóng)作物占總播種面積比例較小，且其他農(nóng)作物單位面積覆蓋度和葉面積指數(shù)與此4種農(nóng)作物基本一致?？紤]到枝葉截留降水只與農(nóng)作物類型有關(guān)，土壤持水能力只與耕地類型有關(guān)，因此，計算枝葉截留降水量時以農(nóng)作物播種面積為準，計算土壤持水能力時以實有耕地面積為準，使測算結(jié)果更加符合實際。

2.1.1農(nóng)作物截留降水量 農(nóng)作物枝葉截留降水量與降水量強度、植被覆蓋度及枝葉葉面積指數(shù)密切相關(guān)。已有眾多學(xué)者［18-19］提出了植被截留降水量估算方法，但何東進等、儀垂祥等［20-21］認為這些方法存在唯象因素使得結(jié)果存在不確定性，并提出不含唯象性質(zhì)的植被截留降水量測算方法。不唯象研究方法也存在一個問題，即對降水量因素考慮不夠深入。本文以最大截留降水量為臨界點分段計算截留降水量，替代平均降水量測算截留降水量，修正后的測算模型如下：

式1—式2中，Q1為單位面積農(nóng)作物截留降水量（m3）；VEG為單位面積農(nóng)作物覆蓋度（水稻取0.93，玉米取0.86）；LAI為單位面積農(nóng)作物葉面積指數(shù)（水稻取3.93［22］，玉米取5［23］）；J為一個降水過程單位面積雨量（mm）；J*為單位面積農(nóng)作物最大截留降水量（mm）；α為農(nóng)作物類型；*為單位面積農(nóng)作物最大截留降水量（m3）；A為葉面上平均最大持水深度（mm），變動范圍約為0.1 mm—0.3 mm［24］水稻取0.25，玉米取0.2）。 所涉及的降水?dāng)?shù)據(jù)均來自于四川省氣象站氣象觀測數(shù)據(jù)和氣象公報資料，并且取值為研究時間范圍內(nèi)的多年統(tǒng)計值的平均值。2.1.2 土壤持水量 耕地生態(tài)系統(tǒng)可以保存部分水源，主要指土壤的有效持水量，土壤水庫是一個天然的水庫，提供農(nóng)作物的生長必要水源，是地球上各種水體相互轉(zhuǎn)化的中樞神經(jīng)，是人類重要的水資源［14］，土壤持水的多少與土壤類型、土壤孔隙度率等密切相關(guān)，測算土壤蓄水量時以土壤的飽和含水量為臨界點分段計算土壤蓄水量，彌補過去研究中不考慮降水強度因素的不足，修正后模型如下：

式3—式4中，Q2為單位面積土壤降水儲存量（m3）；J為降水過程的單位面積雨量（mm）；Hi為第i類耕地土層深度（m），取2 m；ρ為第i類耕地的土壤容重（kg/m3）；λ為第i類耕地的單位田間持水量；Q2*為單位面積土壤最大蓄水量（m3），據(jù)查閱《基礎(chǔ)土壤學(xué)》，結(jié)合研究區(qū)域土壤質(zhì)地，土壤的田間持水量為28%—32%，根據(jù)研究區(qū)域?qū)嶋H情況水田取32%，旱地取30%，同時，水田土壤容重取1200 kg/m3，旱地取1300 kg/m3，為簡化計算，取2 m厚的土層計算其涵養(yǎng)水源功能的價值［25］。

2.2耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值測算模型

在綜合考慮水利工程易于計價性、人們支付意愿和發(fā)展階段系數(shù)的基礎(chǔ)上，本文參考任志遠［26］、蘇帆等［27］測算耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值模型測算成都平原經(jīng)濟區(qū)耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值［28］，公式如下：

式5中，V為耕地涵養(yǎng)水源價值（元/m3）；Q為涵養(yǎng)水源總量（m3）；Vg為替代水利工程價值（元/m3）；Qg為替代工程水容量（m3），替代工程的單位蓄水價值為5.5元/m3；L為發(fā)展階段系數(shù)（現(xiàn)階段生態(tài)價值發(fā)展系數(shù)為0.2175—0.4257［28］）本文取0.35。

2.3空間自相關(guān)指標Moran's I

空間統(tǒng)計分析其核心是研究與地理位置相關(guān)的數(shù)據(jù)間的空間依賴、空間關(guān)聯(lián)和空間自相關(guān)，本文用Moran's I指標來分析縣域單元耕地涵養(yǎng)水源價值的空間關(guān)聯(lián)性與空間差異程度［29］。

圖1　成都平原經(jīng)濟區(qū)1998—2012年耕地面積、農(nóng)作物播種面積變化Fig.1 The variation of crops planting area and arable land in Chengdu Plain Economic Zone from 1998 to 2012

3　結(jié)果與分析

3.1成都平原經(jīng)濟區(qū)耕地及農(nóng)作物播種面積年際變化

圖1表明，成都平原經(jīng)濟區(qū)農(nóng)作物播種面積呈波動變化，1998—2003年呈現(xiàn)下降趨勢，5年時間減少了47.25× 104hm2；2003—2006年增加播種面積27.99×104hm2；2006年以后播種面積逐年減少，但降幅相對緩慢。1998—2012年成都平原經(jīng)濟區(qū)耕地面積總體呈不斷減少趨勢，1998—2003年減少速度較快，5年間共減少了29.99×104hm2，在國家耕地保護制度影響下，2003—2012年耕地面積減少速度相對緩慢，10年間減少量僅為前5年減少量的24.10%。因此，從圖上選取處于峰點或谷點位置的1998、2003和2012年作為自然斷面點，分析成都平原經(jīng)濟區(qū)耕地涵養(yǎng)水源價值時空特征和空間關(guān)聯(lián)性。

3.2成都平原經(jīng)濟區(qū)耕地涵養(yǎng)水源價值時序變化

根據(jù)式1—式5測算耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值（表1），由表1看出，成都平原經(jīng)濟區(qū)1998、2003和2012年的耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值分別為：276.49×108、234.95×108和223.77×108元，1998—2012年間共減少52.72×108元，價值變化率達19.07%，年均減少率為1.5%。研究區(qū)內(nèi)各研究單元涵養(yǎng)水源價值存在明顯的時序變化，其中，以市為評價單元年均減少率高于成都平原經(jīng)濟區(qū)的區(qū)域為：雅安市、樂山市和成都市，減少率分別達3.69%、2.28%和2.17%；年變化率相對平穩(wěn)的區(qū)域為：德陽市、遂寧市和綿陽市，年減少率分別為0.92%、1.06%和1.07%。

從成都平原經(jīng)濟區(qū)各縣（區(qū)、市）耕地涵養(yǎng)水源價值看（表1），1998—2012年各區(qū)縣耕地涵養(yǎng)水源價值均呈下降趨勢。成都市青羊區(qū)、成華區(qū)、武侯區(qū)、金牛區(qū)、錦江區(qū)、龍泉驛區(qū)和雅安市雨城區(qū)價值變化率超過50%，其中青羊區(qū)、成華區(qū)、武侯區(qū)和金牛區(qū)最顯著，價值變化率分別達到94.85%、93.10%、91.91%和82.02%，年均減少率分別達到19.10%、17.38%、16.44%和11.53%；綿陽市鹽亭縣、三臺縣、德陽市中江縣和遂寧市射洪縣價值變化率相對較小，價值變化率分別為4.15%、5.00%、6.79%和7.26%，價值年均減少率分別為0.30%、0.37%、0.50%和0.54%。主要原因如下：一是城市化的快速推進，城市人口劇增，城鎮(zhèn)建設(shè)用地需求旺盛，耕地資源不斷減少，已不可避免地導(dǎo)致了耕地涵養(yǎng)水源價值發(fā)生巨大變化［15］。如，青羊區(qū)、成華區(qū)、武侯區(qū)、金牛區(qū)、錦江區(qū)和龍泉驛區(qū)；二是政府政策的引導(dǎo)下，采取退耕還林政策，使得耕地資源減少，進而導(dǎo)致耕地涵養(yǎng)水源價值發(fā)生巨大變化［30］，如雨城區(qū)；此外基本農(nóng)田保護政策，有效控制了耕地數(shù)量的減少，耕地涵養(yǎng)水源價值變化不明顯，如三臺縣。

從表1的分析都可以得出，耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值年際變化總規(guī)律為：1998年＞2003年＞2012年，呈現(xiàn)急劇減少向緩慢減少的變化趨勢，其中，1998—2003年耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值從276.49×108元/a，減少到234.95×108元/a，年變化率為3.31%；2003—2012年耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值從234.95×108元/a，減少到223.77×108元/a，年變化率為0.54%。其主要有以下幾點原因：一是1998—2003年耕地面積和農(nóng)作物播種面積急劇下降（本文3.1節(jié)已分析）；二是2003—2012年在國家相關(guān)政策的引導(dǎo)下，耕地減少速度得到控制；三是農(nóng)業(yè)科技的進步，耕地生態(tài)系統(tǒng)抵抗外界壓力的能力增強且趨于穩(wěn)定［15］。

3.3成都平原經(jīng)濟區(qū)耕地涵養(yǎng)水源價值的空間分異

相比較1998年，2012年成都平原經(jīng)濟區(qū)耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值共減少了52.72×108元。在這期間成都平原經(jīng)濟區(qū)的各縣（區(qū)、市）涵養(yǎng)水源價值減少量分布情況如表1。由表1看出，成都平原經(jīng)濟區(qū)各縣（區(qū)、市）耕地涵養(yǎng)水源總價值均呈現(xiàn)下降趨勢。其中減少量最大的縣（區(qū)、市）是：簡陽市（2.14×108元）、雙流縣（2.11×108元）、安岳縣（2.04×108元）、都江堰市（1.95×108元）和樂至縣（1.80×108元），主要原因為近年其經(jīng)濟快速發(fā)展，城市建設(shè)占用大量的耕地導(dǎo)致耕地涵養(yǎng)水源價值大為減少。耕地涵養(yǎng)水源價值減少相對較小的縣（區(qū)、市）是：武侯區(qū)（0.33×108元）、丹棱縣（0.31×108元）、青羊區(qū)（0.30×108元）、五通橋區(qū)（0.27×108元）、鹽亭縣（0.24×108元）、浦江縣（0.22×108元）、青神縣（0.22×108元）、錦江區(qū)（0.16×108元）和金口河區(qū)（0.15×108元），其中武侯區(qū)、青羊區(qū)、錦江區(qū)和金口河區(qū)耕地涵養(yǎng)水源價值減少量小的原因為其位于城市中心地帶耕地較少，即使城市建設(shè)占用部分耕地對整個研究區(qū)耕地涵養(yǎng)水源價值總量影響不大，其余幾個區(qū)域受到基本農(nóng)田保護政策的影響。

從空間分布上看，各區(qū)域空間分布都相對分散，各種類型在研究區(qū)各方位都有分布。說明僅僅依靠分析各縣（區(qū)、市）的耕地涵養(yǎng)水源價值變化的絕對數(shù)量，不能很好揭示其空間分布特征。為進一步揭示成都平原經(jīng)濟區(qū)各縣（區(qū)、市）耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源服務(wù)價值空間關(guān)聯(lián)性，需分析其相對變化率，進而分析相鄰縣（區(qū)、市）間的內(nèi)在聯(lián)系，為此本文引入空間自相關(guān)系數(shù)Moran' s I。

3.4成都平原經(jīng)濟區(qū)耕地涵養(yǎng)水源價值變化的自相關(guān)性分析

3.4.1各區(qū)縣耕地涵養(yǎng)水源價值減少率 在1998—2012年間，成都平原經(jīng)濟區(qū)耕地涵養(yǎng)水源總價值年減少率為1.50%，以此為參照標準，將各研究單元的耕地涵養(yǎng)水源年變化率分為5類，如圖2。其中耕地涵養(yǎng)水源價值年減少率超過成都平原經(jīng)濟區(qū)平均水平3倍的縣（區(qū)、市）占總數(shù)量的14.29%，分別為青羊區(qū)、成華區(qū)、武侯區(qū)、金牛區(qū)、錦江區(qū)、雨城區(qū)、龍泉驛區(qū)、寶興縣和天全縣。以及減少率在2—3倍的有沙灣區(qū)、石棉縣、都江堰市、名山縣、蘆山縣和滎經(jīng)縣。與前面耕地涵養(yǎng)水源總價值減少最大和較大的縣（區(qū)、市）相比較，發(fā)現(xiàn)耕地涵養(yǎng)水源價值減少的區(qū)縣主要集中于都江堰市、龍泉驛區(qū)等成都周邊地區(qū)，其余縣（區(qū)、市）各不相同。

表1　成都平原經(jīng)濟區(qū)各區(qū)縣1998—2012年耕地涵養(yǎng)水源服務(wù)價值Tab.1 The value of water conservation of farmland ecosystem in each counties in Chengdu Plain Economic Zone from 1998 to 2012

3.4.2自相關(guān)分析 以各縣耕地涵養(yǎng)水源價值年變化率為基準，根據(jù)式6計算1998—2012年這15年間縣際耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值變化的全局空間自相關(guān)系數(shù)Moran's I = 0.4775，說明各縣（區(qū)、市）具有較大的空間正相關(guān)，即各縣（區(qū)、市）耕地涵養(yǎng)水源價值呈現(xiàn)空間相似值之間的空間集聚，其空間特征為：涵養(yǎng)水源價值減少率大的區(qū)縣趨于和減少率大的區(qū)縣相鄰接；減少率小的區(qū)縣趨于和減少率小的區(qū)縣相鄰。全局空間自相關(guān)Moran's I只能反映整個研究區(qū)的整個空間變化過程，為了進一步分析某個縣域單元耕地涵養(yǎng)水源價值與其鄰近縣域單元涵養(yǎng)水源價值的相關(guān)程度，引入局部Moran's I指標LISA，借助GeoDa軟件生成LISA聚類圖（圖3）。

從圖3可以看出，高高聚集的區(qū)域有13個，占總數(shù)63的20.63%，主要分布在成都平原經(jīng)濟區(qū)東部；低低聚集有6個，占9.52%，主要分布在成都市市區(qū)；高低聚集有4個，占6.35%，主要分布在成都市區(qū)周邊呈環(huán)形分布狀態(tài)；弱相關(guān)或不相關(guān)的有40個，占63.49%，整個研究區(qū)都有分布，但主要集中于西部、北部。為方便研究將其分為3類：高高聚集和低低聚集區(qū)域耕地涵養(yǎng)水源價值變化與周邊地區(qū)耕地涵養(yǎng)水源價值變化趨勢相同，歸為正相關(guān)類；高低聚集區(qū)域耕地涵養(yǎng)水源價值變化與周邊區(qū)域變化趨勢相反，歸為負相關(guān)類；弱相關(guān)或不相關(guān)區(qū)域的耕地涵養(yǎng)水源價值變化率與周邊區(qū)域的變化沒有統(tǒng)一的趨勢，歸為弱相關(guān)類。

3.4.3耕地涵養(yǎng)水源價值減少率與自相關(guān)結(jié)合分析 現(xiàn)結(jié)合1998—2012年各縣（區(qū)、市）耕地涵養(yǎng)水源價值減少率和自相關(guān)變化進行分析，以整個成都平原經(jīng)濟區(qū)耕地涵養(yǎng)水源價值變化率為基準點，將耕地涵養(yǎng)水源價值變化率分為兩級，低于基準點的縣（區(qū)、市）歸為變化相對穩(wěn)定區(qū)域，高于基準點的縣（區(qū)、市）歸為減少較多的區(qū)域，并與自相關(guān)結(jié)果進行疊加分析，將耕地涵養(yǎng)水源價值時空變化模型分為5類（圖4）。

圖2　各縣（區(qū)、市）涵養(yǎng)水源價值減少率Fig.2 Change rate of value of water conservation in each counties

圖3　涵養(yǎng)水源價值自相關(guān)分類圖Fig.3 Classes of auto-correlation of value of water conservation

圖4　涵養(yǎng)水源價值變化模型分布圖Fig.4 The mode of value of water conservation

第一類，穩(wěn)定弱相關(guān)模型。其特征為：縣（區(qū)、市）內(nèi)耕地涵養(yǎng)水源價值變化相對穩(wěn)定，但其周邊無相同變化趨勢的縣域，呈現(xiàn)弱空間關(guān)聯(lián)。該模型內(nèi)的縣（區(qū)、市）有18個，占總數(shù)的28.57%。該模式的縣（區(qū)、市）主要集中于成都平原經(jīng)濟區(qū)的東南部，但其空間分布仍相對較分散。該模型形成的主因是在農(nóng)田保護政策影響下，耕地變化不明顯，耕地涵養(yǎng)水源價值相對穩(wěn)定，受周邊縣（區(qū)、市）影響不明顯。

第二類，穩(wěn)定正相關(guān)模型。主要特征為：耕地涵養(yǎng)水源價值減少相對較小，而其周邊縣（區(qū)、市）耕地涵養(yǎng)水源價值呈現(xiàn)相同的趨勢，彼此間變化不明顯，即呈現(xiàn)強烈空間正相關(guān)，但有一個顯著特征緊鄰穩(wěn)定弱相關(guān)模型分布。這種模型的縣（區(qū)、市）有11個，占總數(shù)的17.46%。主要分布于研究區(qū)東部的綿竹市、旌陽區(qū)、中江縣、游仙區(qū)、三臺縣、梓潼縣、鹽亭縣、射洪縣、大英縣、蓬溪縣和東坡區(qū)。其成因為農(nóng)田保護政策影響下，耕地變化不明顯，耕地涵養(yǎng)水源價值相對穩(wěn)定，受周邊縣（區(qū)、市）影響不明顯，但與周圍縣（區(qū)、市）變化趨勢一致。

第三類，減少弱相關(guān)模型。該模型可以表述為所在縣（區(qū)、市）耕地涵養(yǎng)水源價值變化較明顯，其周圍沒有相同趨勢或變化情況不統(tǒng)一的縣（區(qū)、市），導(dǎo)致其空間關(guān)聯(lián)性較弱。模型范圍內(nèi)的縣（區(qū)、市）有23個，占總數(shù)的36.51%。主要分布于成都平原經(jīng)濟區(qū)的西部和北部縣（區(qū)、市），即經(jīng)濟相對落后，自然條件相對較差的縣（區(qū)、市）和受“5.12”、“4.20”地震影響明顯的縣（區(qū)、市）。生態(tài)退耕和城市化是減少弱相關(guān)模型形成的原因之一。

第四類，減少負相關(guān)模型。該模型所在縣（區(qū)、市）耕地涵養(yǎng)水源價值減少較為明顯，其周圍縣（區(qū)、市）涵養(yǎng)水源價值減少相對穩(wěn)定，空間關(guān)聯(lián)性為強烈負相關(guān)。該模式中的縣（區(qū)、市）數(shù)量較少，主要分布于成都市區(qū)周邊的新都區(qū)、郫縣、溫江區(qū)和雙流縣，僅占總數(shù)的6.35%。主要受城市化影響，城市化的快速推進，城市人口劇增，城鎮(zhèn)建設(shè)占用大量的耕地，耕地涵養(yǎng)水源價值相應(yīng)減少。

第五類，減少正相關(guān)模型。該模型內(nèi)的縣（區(qū)、市）也較少主要分布于經(jīng)濟較發(fā)達或城市建設(shè)發(fā)展較快的成都市區(qū)（錦江區(qū)、武侯區(qū)、青羊區(qū)、金牛區(qū)、成華區(qū)）、涪城區(qū)和樂至縣，占總數(shù)的11.11%。特征為耕地涵養(yǎng)水源價值減少較明顯，周圍縣（區(qū)、市）耕地涵養(yǎng)水源價值減少也較為明顯，呈現(xiàn)較強的空間正相關(guān)性。該模型的形成原因與減少負相關(guān)模型成因相似，都受到城市化的深刻影響，但與周圍縣（區(qū)、市）變化趨勢一致。

4　結(jié)論

（1）本文在已有研究的基礎(chǔ)上，對耕地涵養(yǎng)水源價值測算模型進行修正，進而對1998—2012年成都平原經(jīng)濟區(qū)內(nèi)各縣（區(qū)、市）耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值進行測算，測算結(jié)果最大限度反映耕地特有屬性。同時，引入空間自相關(guān)模型進行時空特征分析，得出各縣（區(qū)、市）耕地涵養(yǎng)水源價值呈現(xiàn)不同程度的減少趨勢，耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源功能相對減弱；成都平原經(jīng)濟區(qū)各縣（區(qū)、市）的耕地涵養(yǎng)水源價值在空間關(guān)聯(lián)上呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)Moran's I = 0.4775，其空間分布并非完全隨機，而是呈現(xiàn)一定的空間集聚。集聚較明顯的縣（區(qū)、市）主要分布在成都平原經(jīng)濟區(qū)東部、成都市市區(qū)及其成都市區(qū)周邊呈環(huán)形狀態(tài)分布的各縣（區(qū)、市）。

（2）從時序變化來看，1998—2012年間，成都平原經(jīng)濟區(qū)耕地涵養(yǎng)水源價值總體呈現(xiàn)急劇減少向緩慢減少的變化趨勢，年際變化總規(guī)律為：1998年＞2003年＞2012年，15年間共減少了52.72×108元，價值變化率為19.07%，年均減少率達1.50%。其中，1998—2003年耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值從276.49×108元/a，減少到234.95×108元/a，年變化率為3.31%；2003—2012年耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值從234.95×108元/a，減少到223.77×108元/a，年變化率為0.54%。

（3）從空間分異來看，耕地涵養(yǎng)水源總價值總體以成都市為中心，東南為起點順時針方向減少的層級分布特征；耕地涵養(yǎng)水源總價值年變化率則以成都市為中心，在西、北、東南呈現(xiàn)不斷減少的分布特征。通過耕地涵養(yǎng)水源總價值變化和耕地涵養(yǎng)水源價值年均變化率疊加分析，得出耕地涵養(yǎng)水源價值減少最為明顯的縣（區(qū)、市）主要圍繞成都市市區(qū)呈現(xiàn)環(huán)狀分布，如都江堰市、龍泉驛區(qū)。說明耕地涵養(yǎng)水源價值變化比較明顯的縣（區(qū)、市）主要分布于退耕還林還草實施情況較好的縣（區(qū)、市）和城市化進程較快的成都市周邊縣（區(qū)、市）。

（4）從時空結(jié)合角度來看，通過耕地涵養(yǎng)水源價值減少率和自相關(guān)變化結(jié)果進行疊加分析，得到耕地涵養(yǎng)水源價值時空變化5種模型：穩(wěn)定弱相關(guān)模型、穩(wěn)定正相關(guān)模型、減少弱相關(guān)模型、減少負相關(guān)模型和減少正相關(guān)模型。該模型將時間和空間兩個抽象的事物可視化，最大限度反映耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值時空變化特征和空間關(guān)聯(lián)性。

本文借助GeoDa和ArcGIS進行耕地涵養(yǎng)水源價值變化空間關(guān)聯(lián)性分析，發(fā)揮了GIS技術(shù)的可視化和空間分析功能優(yōu)勢，準確表現(xiàn)出耕地涵養(yǎng)水源價值變化的時空特征。本文在時空結(jié)合分析的基礎(chǔ)上提出了耕地涵養(yǎng)水源價值時空變化的5種模型，更能準確反映成都平原經(jīng)濟區(qū)耕地生態(tài)系統(tǒng)涵養(yǎng)水源價值時序變化和空間分布特征，為以后相關(guān)研究提供了一種新思路。當(dāng)然還存在不足之處，其一，本文著重分析縣域間耕地涵養(yǎng)水源價值時空特征演變，將每個縣域單元的耕地面積作為一個整體處理，沒有具體說明耕地類型、土壤類型分布情況，土壤厚度、土壤容重等也是以前人研究成果的平均值代替，以后需要進一步深入分析；其二，本文只對時空變化模型分布情況、特征及其成因進行簡單分析，沒有深入分析原因和規(guī)律，這是今后進一步深入研究的方向。

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（本文責(zé)編：郎海鷗）

The Characteristics for the Spatial-Temporal Evolution of Water Conservation Value in Farmland Ecosystem in Chengdu Plain Economic Zone

MA Wei-long1，2， REN Ping1，2， ZENG Yu-qing1，2
（1. Key Laboratory of Land Resources Evaluation and Monitoring in Southwest， Ministry of Education， Sichuan Normal University， Chengdu610066， China； 2. Geography and Resources Science College， Sichuan Normal University， Chengdu 610066， China）

The purpose of this study is to comprehensively understand the characteristics for the spatial-temporal evolution of water conservation value in farmland ecosystem. This study employs Shadow Engineering and SurrogateMarket approaches to evaluate the water conservation value in farmland ecosystem in Chengdu Plain Economic Zone from 1998 to 2012. Specifically， GeoDa and ArcGIS software are applied to analyze the characteristics for the spatial-temporal evolution of water conservation value in farmland ecosystem. The results showed： 1）From 1998 to 2012， the variation tendency of water conservation value in farmland ecosystem in Chengdu Plain Economic Zone had been decreasing sharply at the beginning and then slowed down. From 1998 to 2003， the water conservation value decreased from 276.49×108yuan per yearto 234.95×108yuan per year， with an annual variation rate of 3.31%. 2）From 2003 to 2012， the water conservation value decreased from 234.95×108yuan per yearto 223.77×108yuan per year， with an annual variation rate of 0.54%.The water conservation value in farmland ecosystem of each county in Chengdu Plain Economic Zone was positive correlation with the spatial association， the correlation coefficient is 0.4775. It indicates that the water conservation value in farmland ecosystem of high（low）decreasing tends is adjacent to the water conservation value in farmland ecosystem of high（low）one. 3）The characteristics for the spatial-temporal evolution of water conservation value in farmland ecosystem distribution of spatial overlay analysis getsfive models of spatial-temporal evolution of water conservation value in farmland ecosystem. The models achieves spatial and temporal visualization of two abstract things， the greatest degree reflects water conservation value in farmland ecosystem in Chengdu Plain Economic Zone on the temporal and spatial correlation. It concludes that GeoDa and ArcGIS software applied to analyze the characteristics for the spatial-temporal evolution of water conservation value in farmland ecosystem accurately exhibits spatial-temporal characteristics of the change tendency of water conservation value in farmland ecosystem.

land administration； farmland ecosystem； water conservation value； spatial autocorrelation； spatial-temporal evolution； Chengdu Plain Economic Zone

F301.2

A

1001-8158（2015）10-0085-10

10.11994/zgtdkx.2015.10.012

2015-03-02

2015-09-21

國家自然科學(xué)基金項目（41301196）。

馬偉龍（1988-），男，四川蘆山人，碩士研究生。主要研究方向為國土資源管理與生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。E-mail： maweilong8023@163.com

任平（1978-），男，湖北鐘祥人，教授，博士。主要研究方向為國土資源管理與生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。E-mail： pren121680@ 126.com