基于MCR-InVEST模型的城郊耕地多功能評(píng)價(jià)及功能分區(qū)

汪容基，趙小敏，趙麗紅，郭 熙，國(guó)佳欣，匡麗花

·土地保障與生態(tài)安全·

基于MCR-InVEST模型的城郊耕地多功能評(píng)價(jià)及功能分區(qū)

汪容基，趙小敏※，趙麗紅，郭 熙，國(guó)佳欣，匡麗花

（1. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)土資源與環(huán)境學(xué)院，南昌 330045；2. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)鄱陽(yáng)湖流域農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌 330045）

城郊地區(qū)作為城鄉(xiāng)融合區(qū)域，展現(xiàn)出既不同于城市建成區(qū)又異于傳統(tǒng)鄉(xiāng)村的特征，顯化城郊地區(qū)耕地資源多功能的空間分異特征對(duì)于提高城郊地區(qū)耕地資源價(jià)值，推動(dòng)耕地的保護(hù)與發(fā)展具有重要意義。該研究以南昌市城郊作為研究區(qū)，全國(guó)第三次國(guó)土調(diào)查耕地圖斑及鄉(xiāng)鎮(zhèn)為基本研究單元，進(jìn)行實(shí)地土壤采樣與調(diào)研，基于多源數(shù)據(jù)使用綜合指數(shù)法、MCR模型、InVEST模型量化耕地的多功能，分析耕地多功能空間差異并根據(jù)區(qū)域差異進(jìn)行耕地多功能分區(qū)。結(jié)果表明：1）南昌市城郊耕地生產(chǎn)功能等級(jí)較高，中高等級(jí)耕地面積為16 358.31 hm2，占比78%，主要位于東湖區(qū)、青山湖區(qū)、灣里管理局；文化景觀功能等級(jí)高，耕地處于中高等的面積為15 295.73 hm2，占比73%，高等級(jí)區(qū)域位于東湖區(qū)以及高新區(qū)麻丘鎮(zhèn)；大部分耕地的生態(tài)功能處于中等，為11 010.19 hm2，占比52%，高等級(jí)區(qū)域主要位于灣里管理局。2） 根據(jù)耕地多功能分區(qū)理論框架和鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地多功能結(jié)果識(shí)別出6個(gè)功能一級(jí)分區(qū)，11個(gè)二級(jí)分區(qū)。南昌市城郊不同區(qū)域耕地的多功能具有不同的差異與特征，要根據(jù)區(qū)域耕地功能特色采取差異化的耕地利用、發(fā)展與保護(hù)策略。研究結(jié)果可為科學(xué)規(guī)劃城郊耕地功能、優(yōu)化空間布局促進(jìn)耕地多功能綜合發(fā)展提供依據(jù)。

功能；分區(qū)；耕地多功能；MCR模型；InVEST模型；城郊地區(qū)

0 引 言

耕地是由自然地理要素以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素組成的綜合系統(tǒng)[1]，其不僅具有傳統(tǒng)的糧食生產(chǎn)功能，還具有調(diào)節(jié)氣候、保護(hù)生態(tài)多樣性、傳承農(nóng)耕文化、維持社會(huì)穩(wěn)定、提供休閑游憩場(chǎng)所的功能[2]。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的生產(chǎn)功能已經(jīng)難以滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的對(duì)耕地的其他需求，人們需要不同的耕地功能來(lái)滿足自己的需求[3]。開展耕地多功能研究，對(duì)識(shí)別區(qū)域耕地的主導(dǎo)功能，優(yōu)化耕地資源的多功能配置與空間格局具有重要意義。

耕地多功能的重要性逐漸凸顯，耕地利用從傳統(tǒng)單一的生產(chǎn)功能向文化景觀功能、生態(tài)功能、社會(huì)保障功能等延伸[4]。目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于耕地多功能的研究主要沿多功能內(nèi)涵進(jìn)行功能劃分[5]，耕地多功能的時(shí)空變化[6]、功能間的權(quán)衡協(xié)同[7]、耦合協(xié)調(diào)關(guān)系[8]、供需匹配[9]、功能分區(qū)管理[10]等脈絡(luò)展開。功能的劃分主要有兩種思路：一是從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能角度，將耕地多功能分為供給、調(diào)節(jié)、文化、支持四大類，包括提供食物、氣候調(diào)節(jié)、娛樂(lè)與生態(tài)旅游、養(yǎng)分循環(huán)等次級(jí)功能[11]；二是根據(jù)主導(dǎo)功能的角度，將耕地多功能分為以糧食生產(chǎn)為主導(dǎo)的生產(chǎn)功能以及文化景觀功能、生活功能、生態(tài)功能、社會(huì)保障功能等附加功能[12]，也有部分學(xué)者將生產(chǎn)功能、社會(huì)功能等做進(jìn)一步細(xì)分，以關(guān)注耕地次級(jí)子功能的變化[13-14]。在耕地多功能的評(píng)價(jià)與功能值的量化方面，學(xué)者多根據(jù)耕地多功能的內(nèi)涵劃分，構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用多因素綜合加權(quán)求和、全排列多邊形圖示法、灰色關(guān)聯(lián)投影等方法[15-17]從多個(gè)角度測(cè)算耕地多功能的大??；也有學(xué)者通過(guò)收益還原法、價(jià)值當(dāng)量法、全排列多邊形圖示法、能值量法，利用社會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)量化耕地多功能的水平[18-20]。本文則引入MCR模型及InVEST模型，MCR模型多用于構(gòu)建生態(tài)安全格局，該模型可量化“源”地通過(guò)不同阻力的景觀類型所耗費(fèi)的最小成本，表征景觀擴(kuò)散的難易程度[21]；InVEST模型是一種可量化多種生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)的評(píng)估模型，其中的Habitat Quality模塊通過(guò)結(jié)合不同景觀敏感度和外界威脅強(qiáng)度，可以根據(jù)地類特征較好地表征區(qū)域維持生境的功能[22]。耕地的多功能差異是由各種影響因素造成的，部分學(xué)者開始研究耕地各功能間的相關(guān)性關(guān)系、以及權(quán)衡協(xié)同作用、耦合協(xié)調(diào)作用，以揭示耕地功能間的內(nèi)在關(guān)系，并據(jù)此提出相關(guān)耕地管理措施[23-24]。當(dāng)前，關(guān)于耕地多功能的研究從理論到實(shí)踐取得了一定進(jìn)展，但仍存在一些不足。在研究尺度上，多以大尺度的國(guó)家、省、市、縣為研究單元，鮮有學(xué)者進(jìn)行微觀尺度的研究；在功能評(píng)價(jià)方面，多以社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表征耕地多功能的價(jià)值大小，用何種指標(biāo)科學(xué)規(guī)范地進(jìn)行耕地多功能評(píng)價(jià)沒有統(tǒng)一，但不科學(xué)的功能劃分與指標(biāo)選擇會(huì)影響評(píng)價(jià)結(jié)果[25]。能切實(shí)衡量耕地的各種功能價(jià)值十分重要，比如化肥、農(nóng)藥的使用不僅會(huì)改變耕地生產(chǎn)功能，還會(huì)改變生態(tài)功能；此外，有關(guān)耕地功能分區(qū)管理的研究也亟需補(bǔ)充。

南昌市位于江西省中部，是典型的省會(huì)大都市區(qū)，城市周邊人類活動(dòng)密集，面臨著人地矛盾等問(wèn)題。鑒于此，本文參考已有研究及實(shí)地調(diào)查，剖析耕地多功能內(nèi)涵，從耕地的“生產(chǎn)-文化景觀-生態(tài)”功能出發(fā)構(gòu)建耕地多功能評(píng)價(jià)體系，從圖斑和鄉(xiāng)鎮(zhèn)多尺度維度揭示南昌市城郊的耕地單功能及綜合功能的空間差異情況，識(shí)別不同的耕地多功能區(qū)，提出相應(yīng)對(duì)策建議，以期為優(yōu)化大城市周邊耕地的空間格局、促進(jìn)耕地的綜合發(fā)展提供科學(xué)支撐。

1 研究方法與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

南昌市是江西省省會(huì)城市，位于江西省中部，贛江、撫河下游地區(qū)（圖1），全境為亞熱帶季風(fēng)氣候，地形以平原為主。研究區(qū)大部分為平原地區(qū)，較高海拔區(qū)域位于灣里管理局，耕地總面積約21 027.74 hm2，主要分布于高新區(qū)、青山湖區(qū)、東湖區(qū)和紅谷灘區(qū)；林地主要分布于灣里管理局。南昌市城郊耕地地形條件、耕作條件較好，多為規(guī)?；?、機(jī)械化生產(chǎn)，耕地生產(chǎn)能力較高。部分區(qū)域依據(jù)區(qū)位優(yōu)勢(shì)，發(fā)展休閑觀光農(nóng)業(yè)，強(qiáng)化耕地的文化景觀功能，讓城市居民與自然清新的農(nóng)業(yè)文化、農(nóng)業(yè)景觀接觸，形成了南昌市新的特色旅游項(xiàng)目。

圖1 研究區(qū)概況圖

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

DEM數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云（http://www.gscloud.cn/）；2018年耕地質(zhì)量分等定級(jí)成果、2016年耕地地力評(píng)價(jià)結(jié)果、行政邊界矢量數(shù)據(jù)來(lái)自南昌市自然資源局；中心區(qū)范圍界線根據(jù)南昌一環(huán)線進(jìn)行處理后得出；耕地圖斑來(lái)源于全國(guó)第三次土地調(diào)查數(shù)據(jù)；土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（https://glovis.usgs.gov/），通過(guò)解譯2020年Landsat 8遙感影像獲得。

土壤數(shù)據(jù)通過(guò)選取樣點(diǎn)耕地共430個(gè)（圖2），其中水田236個(gè)，旱地194個(gè)，采集耕地表層的土壤，進(jìn)行風(fēng)干晾曬等實(shí)驗(yàn)室處理后，通過(guò)吸管法測(cè)定質(zhì)地、重絡(luò)酸鉀氧化-外加熱法測(cè)定有機(jī)質(zhì)、醋酸銨浸提-火焰光度計(jì)法測(cè)定速效鉀、堿解擴(kuò)散法測(cè)定堿解氮，最后通過(guò)ArcGIS平臺(tái)的IDW插值方法賦值到耕地圖斑；灌溉及排水條件數(shù)據(jù)則基于耕地地力評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)并通過(guò)實(shí)地調(diào)研進(jìn)行修正；公交汽車站點(diǎn)、耕地相關(guān)的旅游、休閑POI興趣點(diǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)高德平臺(tái)獲取。

圖2 土壤采樣樣點(diǎn)圖

1.3 研究方法

1.3.1 評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐?/p>

基于全國(guó)第三次土地調(diào)查數(shù)據(jù)，本文以三調(diào)耕地圖斑作為研究單元，進(jìn)行耕地生產(chǎn)功能、文化景觀功能、生態(tài)功能的評(píng)價(jià)。基于圖斑尺度的評(píng)價(jià)結(jié)果及耕地多功能分區(qū)模式，以鄉(xiāng)鎮(zhèn)作為評(píng)價(jià)單元，進(jìn)行耕地多功能的分級(jí)及分區(qū)研究。

1.3.2 耕地多功能內(nèi)涵及評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

1）耕地多功能內(nèi)涵

耕地多功能是指耕地在一定階段的利用、開發(fā)的過(guò)程中，在內(nèi)部組成要素的綜合作用下，耕地所能提供的滿足人類生存與發(fā)展所需產(chǎn)品與服務(wù)的能力[26]。目前，學(xué)者對(duì)于耕地多功能的內(nèi)涵分類主要以“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）為主導(dǎo)。對(duì)耕地多功能的理解不應(yīng)是靜態(tài)的，應(yīng)將其置于特定的發(fā)展情景和區(qū)域下進(jìn)行動(dòng)態(tài)的分析，社會(huì)不斷地發(fā)展，人類需求也在不斷地變化和增加，耕地多功能系統(tǒng)始終處于動(dòng)態(tài)再平衡的過(guò)程中[27]。生產(chǎn)功能是耕地作為基本生產(chǎn)資料的主要功能，為人類提供各種產(chǎn)品而滿足人類的食物、衣服等生活需求[5]。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)?；?，城郊地區(qū)人們對(duì)糧食的需求不再主要依靠自產(chǎn)時(shí)，由生產(chǎn)功能衍生的生活功能（如糧食安全、農(nóng)民就業(yè)保障功能）逐漸減弱[28]，且耕地生產(chǎn)功能的強(qiáng)弱在一定程度上代表了耕地所承載的生活功能高低[29]。臨近城市地區(qū)的耕地有著獨(dú)特的區(qū)位優(yōu)勢(shì)，相對(duì)于其他地區(qū)，中心城區(qū)居民對(duì)耕地有旅游、休閑的功能需求[30]，希望親近、體驗(yàn)農(nóng)業(yè)文化，由此產(chǎn)生的休閑農(nóng)莊、生態(tài)采摘園、特色農(nóng)家樂(lè)等農(nóng)業(yè)旅游景點(diǎn)熱度逐漸升高，保護(hù)城市周邊耕地能滿足其對(duì)耕地的文化景觀功能需求。此外，城市周邊耕地對(duì)于城市擴(kuò)張具有空間阻隔作用，還有水土保持、維護(hù)生物多樣性、固碳釋氧等生態(tài)作用[31]。通過(guò)實(shí)地調(diào)研，結(jié)合南昌市城郊周邊耕地特點(diǎn)，最終選取生產(chǎn)功能、文化景觀功能、生態(tài)功能進(jìn)行耕地多功能研究。

2）耕地多功能評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

①生產(chǎn)功能

耕地是最為重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，生產(chǎn)能力是其根本屬性，人類通過(guò)勞動(dòng)可以獲取所需要的農(nóng)產(chǎn)品[32]。生產(chǎn)功能是耕地其他各種功能得以顯現(xiàn)的基礎(chǔ)，體現(xiàn)了耕地的生產(chǎn)潛力和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出能力，對(duì)人類的發(fā)展起決定性作用[33]。對(duì)于耕地生產(chǎn)能力的研究已較為成熟，主要從自然條件、土壤條件以及耕作利用條件3個(gè)維度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。本文的自然條件選取海拔與坡度體現(xiàn)地形地貌差異；土壤條件主要選取土壤物理指標(biāo)與化學(xué)指標(biāo)，質(zhì)地與土層厚度是耕地穩(wěn)定的物理指標(biāo)，對(duì)肥力有很大影響，有機(jī)質(zhì)與堿解氮、速效鉀則可以較好反映土壤養(yǎng)分含量；灌溉、排水情況直接影響作物生產(chǎn)，耕作距離則影響耕作范圍，故選用灌排情況與耕作距離表征耕作利用條件。綜上，本文選取以上維度與指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)耕地的生產(chǎn)功能，并參考相關(guān)研究和規(guī)程對(duì)生產(chǎn)功能指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)、賦分[34-35]，如表1所示。

表1 耕地生產(chǎn)功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

②文化景觀功能

耕地是一種文化景觀的載體，也是農(nóng)業(yè)文明史發(fā)展過(guò)程的見證，它與周圍景觀耦合形成新的景觀序列，營(yíng)造出獨(dú)特的視覺美學(xué)體驗(yàn)[36]。耕地的文化景觀功能是一種難以替代的區(qū)域性特色文化資源，城區(qū)居民對(duì)于城郊耕地有休閑游玩的需求[37]，而區(qū)位條件與耕地景觀本底條件影響著耕地文化景觀功能的發(fā)展。生態(tài)采摘園、農(nóng)莊、農(nóng)家樂(lè)是耕地文化景觀功能的主要休閑形式，選取這些休閑旅游分布點(diǎn)作為“源”地，不同土地利用類型對(duì)于耕地文化景觀功能的傳播具有不同阻力作用，基于MCR模型量化全域各景觀單元對(duì)耕地文化景觀功能傳播的阻力值。中心城市、交通站點(diǎn)對(duì)耕地的文化景觀功能有一定的影響作用[38]，研究區(qū)中心區(qū)范圍和景觀旅游點(diǎn)如圖3所示。本文基于直線衰減法量化指標(biāo)的影響分值。交通越發(fā)達(dá)，越臨近中心城市，越有助于耕地凸顯文化景觀功能，因此，選取文化景觀功能擴(kuò)散阻力、中心城市影響度與對(duì)外交通影響度及表征區(qū)位條件。在景觀條件方面，耕地的集中連片和完整的景觀形狀更利于發(fā)揮耕地的景觀美學(xué)感受，故選取集中連片度與景觀形狀表征景觀條件，結(jié)合相關(guān)規(guī)程及資料確定分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)并進(jìn)行賦分[39]，具體如表2所示。

圖3 中心區(qū)范圍與POI站點(diǎn)

③ 生態(tài)功能

耕地是生態(tài)系統(tǒng)的基本要素之一，與其他生態(tài)要素共同作用保持生態(tài)系統(tǒng)的平衡，生態(tài)功能是耕地系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展與合理利用的基礎(chǔ)[40]。作為重要的半自然生態(tài)系統(tǒng)，耕地發(fā)揮著生態(tài)調(diào)節(jié)、生物多樣性維持等生態(tài)性功能[41]。尤其是在大城市周邊的耕地，快速的城市化進(jìn)程導(dǎo)致城市綠地嚴(yán)重萎縮，郊區(qū)耕地的生態(tài)功能可視為保障城市景觀的補(bǔ)充，對(duì)人類有直接和間接的好處，還起著城市阻隔、緩解城市熱島效應(yīng)的作用[42]。面臨資源緊缺、生態(tài)退化、環(huán)境污染的威脅，耕地的生態(tài)功能保護(hù)更為嚴(yán)峻。不同的生境類型對(duì)于生物多樣性有不同的影響，生物多樣性維持能力可通過(guò)生境質(zhì)量表征。本文基于InVEST模型的Habitat Quality模塊綜合考慮全域不同土地利用類型的影響，量化耕地的生境質(zhì)量來(lái)表征耕地的生態(tài)功能，并采用自然斷點(diǎn)法分級(jí)并賦分。

表2 耕地文化景觀功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.3.3 耕地多功能評(píng)價(jià)方法

1）評(píng)價(jià)耕地多功能分值

為直觀呈現(xiàn)耕地多功能強(qiáng)弱，基于AHP層次分析法和專家打分法確定各指標(biāo)權(quán)重，并以相關(guān)規(guī)程與資料為參考進(jìn)行指標(biāo)賦分。最后采用綜合指數(shù)法計(jì)算耕地多功能單功能的分值，計(jì)算式如下：

式中F為第個(gè)圖斑的耕地生產(chǎn)、文化景觀、生態(tài)功能分值，w表示第個(gè)圖斑第個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，f表示第個(gè)圖斑第個(gè)指標(biāo)的分值。在計(jì)算每一個(gè)圖斑單元的耕地多功能分值后，進(jìn)一步采用面積加權(quán)求和的方式將圖斑尺度的功能分值量化為鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度的功能分值，計(jì)算式如下：

式中Z為第個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地生產(chǎn)、文化景觀、生態(tài)功能分值，S表示第個(gè)評(píng)價(jià)單元的面積，S表示第個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的耕地總面積。

2）評(píng)價(jià)耕地文化景觀功能

不同土地利用類型對(duì)于耕地文化景觀功能的傳播阻力作用不同，構(gòu)建傳播阻力系數(shù)表（表3），基于MCR模型量化全域各景觀單元對(duì)耕地文化景觀功能傳播的阻力值。

基于直線衰減法量化汽車與公交站點(diǎn)距離、中心城市距離對(duì)耕地文化景觀功能的影響程度。

3）評(píng)價(jià)耕地生態(tài)功能

本文基于InVEST 3.7.0中的Habitat Quality 模塊計(jì)算研究區(qū)的生境質(zhì)量指數(shù)，計(jì)算式如下：

表3 耕地文化景觀功能傳播阻力系數(shù)

4）耕地多功能分區(qū)模式

為進(jìn)一步探索研究區(qū)耕地多功能的區(qū)域差異，根據(jù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地生產(chǎn)、文化景觀、生態(tài)功能的分值按自然斷點(diǎn)法分為高、中、低3級(jí)，按照等級(jí)大小進(jìn)行排列組合得到27種組合關(guān)系，通過(guò)比較不同功能在不同等級(jí)中的差異，將耕地多功能劃分為以下分區(qū)，建立耕地多功能分區(qū)模式（表6）。如果耕地功能等級(jí)至少一項(xiàng)為高等的區(qū)域定義為優(yōu)勢(shì)區(qū)，優(yōu)勢(shì)區(qū)有三重、雙重、單功能優(yōu)勢(shì)區(qū)；如果耕地功能等級(jí)均為中等，該組合則定義為三重功能均衡區(qū)；如果沒有高功能等級(jí)且有低功能等級(jí)的區(qū)域則定義為劣勢(shì)區(qū)。

表4 各生境類型對(duì)威脅因子的敏感性

表5 威脅源最大影響距離及權(quán)重

表6 耕地生產(chǎn)-文化景觀-生態(tài)功能分區(qū)模式

注：PF，生產(chǎn)功能；CLF，文化景觀功能；EF，生態(tài)功能。

Note: PF, Production function; CLF, Cultural landscape Function; EF, Ecological function。

2 結(jié)果與分析

2.1 圖斑尺度耕地多功能分析

通過(guò)上述模型與方法計(jì)算，得到南昌市城郊耕地生產(chǎn)、文化景觀、生態(tài)功能的面積構(gòu)成（表7）及空間分布情況（圖 4）。研究區(qū)耕地圖斑共12 646個(gè)，耕地總面積21 027.74 hm2。耕地生產(chǎn)功能中高等級(jí)耕地面積為16 358.31 hm2，占耕地總面積比例為78%；低等級(jí)面積為4 669.43 hm2，占比為22%。在空間上整體呈現(xiàn)出以下特征。灣里管理局、東湖區(qū)、青山湖區(qū)、青云譜區(qū)耕地生產(chǎn)功能較高，經(jīng)開區(qū)、紅谷灘區(qū)、高新區(qū)耕地生產(chǎn)功能較低；生產(chǎn)功能高等級(jí)區(qū)域大致分布在灣里管理局西北部地區(qū)，東湖區(qū)以及青山湖區(qū)，這些區(qū)域地勢(shì)平坦，土壤養(yǎng)分元素充足且區(qū)位條件較好；而生產(chǎn)功能等級(jí)低的區(qū)域主要分布于紅谷灘區(qū)南部地區(qū)，經(jīng)開區(qū)東北部區(qū)域，高新區(qū)東北部區(qū)域以及東南部區(qū)域，這些區(qū)域主要由于土壤養(yǎng)分元素缺乏影響生產(chǎn)能力。

表7 耕地多功能面積占比

文化景觀功能中高等的面積為15 295.73 hm2，面積占比為73%；低等級(jí)的面積為5 732.01 hm2，占比為27%。東湖區(qū)、經(jīng)開區(qū)、紅谷灘區(qū)、青云譜區(qū)耕地文化景觀功能等級(jí)較高，灣里管理局、高新區(qū)等級(jí)較低；文化景觀功能等級(jí)高的區(qū)域分布在高新區(qū)南部，東湖區(qū)，紅谷灘區(qū)西部，經(jīng)開區(qū)東北部小部分區(qū)域；低等級(jí)區(qū)域主要分布在灣里管理局中部，高新區(qū)東北部區(qū)域。受交通區(qū)位與中心城市距離的影響，距離較遠(yuǎn)的高新區(qū)與灣里管理局部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)文化景觀功能分值較低；等級(jí)高的區(qū)域是因臨近中心城區(qū)，相關(guān)旅游站點(diǎn)較多，耕地集中連片。

圖4 圖斑尺度耕地多功能等級(jí)

生態(tài)功能高、中、低等級(jí)的面積分別為1 549.57、11 010.19、8 467.98 hm2，占比分別為8%、52%、40%。灣里管理局、經(jīng)開區(qū)、紅谷灘區(qū)、東湖區(qū)耕地生態(tài)功能等級(jí)較高，高新區(qū)耕地生態(tài)功能較低。生態(tài)功能高等級(jí)區(qū)域主要分布于灣里管理局中部，該區(qū)域林地分布廣，處于旅游景區(qū)，距離城市較遠(yuǎn)，生態(tài)等級(jí)較高；生態(tài)功能等級(jí)較低的區(qū)域主要分布在高新區(qū)昌東鎮(zhèn)東部區(qū)域，麻丘鎮(zhèn)東部區(qū)域，五星墾殖場(chǎng)西部區(qū)域以及將軍洲農(nóng)場(chǎng)，青山湖區(qū)昌東工業(yè)區(qū)，經(jīng)開區(qū)冠山管理處、白水湖管理處東北部分區(qū)域，以上區(qū)域受工業(yè)區(qū)、采礦用地以及城鎮(zhèn)用地、交通道路用地影響，生態(tài)等級(jí)較低。

2.2 鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度耕地多功能分析

綜合鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度耕地多功能等級(jí)的功能分值圖（圖5）及空間分布圖（圖6）來(lái)看。耕地生產(chǎn)功能等級(jí)高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)為灣里管理局羅亭鎮(zhèn)、梅嶺鎮(zhèn)，東湖區(qū)揚(yáng)子洲鎮(zhèn)、揚(yáng)農(nóng)管理處，青山湖區(qū)羅家鎮(zhèn)，高新區(qū)艾溪湖管理處，青云譜區(qū)青云譜鎮(zhèn)，中等級(jí)區(qū)域?yàn)闉忱锕芾砭痔洁l(xiāng)、招賢鎮(zhèn)，經(jīng)開區(qū)蛟橋鎮(zhèn)、冠山管理處，紅谷灘區(qū)城市用地，高新區(qū)昌東鎮(zhèn)、五星墾殖場(chǎng)、麻丘鎮(zhèn)，低等級(jí)區(qū)域主要位于紅谷灘區(qū)生米鎮(zhèn)，經(jīng)開區(qū)白水湖管理處，高新區(qū)將軍洲農(nóng)場(chǎng)。生產(chǎn)功能分值較高的區(qū)域?yàn)榘芾硖?7.28分、昌東工業(yè)區(qū)85.97分、塘山鎮(zhèn)85.40分；分值較低的區(qū)域?yàn)閷④娭揶r(nóng)場(chǎng)63.20分、白水湖管理處69.69分、生米鎮(zhèn)70.33分。

文化景觀功能高等級(jí)區(qū)域位于高新區(qū)麻丘鎮(zhèn)，經(jīng)開區(qū)冠山管理處，東湖區(qū)揚(yáng)農(nóng)管理處、揚(yáng)子洲鎮(zhèn)，青山湖區(qū)羅家鎮(zhèn)、昌東工業(yè)園，青云譜區(qū)青云譜鎮(zhèn)、青云譜區(qū)城市用地；中等級(jí)區(qū)域分布在灣里管理局羅亭鎮(zhèn)，經(jīng)開區(qū)蛟橋鎮(zhèn)、白水湖管理處，紅谷灘區(qū)生米鎮(zhèn)、城市用地，高新區(qū)艾溪湖管理處、昌東鎮(zhèn)，青山湖區(qū)塘山鎮(zhèn)、湖坊鎮(zhèn)；低等級(jí)區(qū)域位于灣里管理局太平鄉(xiāng)、梅林鎮(zhèn)、招賢鎮(zhèn)，青山湖區(qū)京東鎮(zhèn)；高新區(qū)將軍洲農(nóng)場(chǎng)、五星墾殖場(chǎng)。文化景觀功能分值較高的區(qū)域?yàn)閾P(yáng)子洲鎮(zhèn)86.26分、揚(yáng)農(nóng)管理處82.96分、冠山管理處81.22分；分值較低的區(qū)域?yàn)槲逍菈ㄖ硤?chǎng)55.01分、太平鄉(xiāng)58.05分、將軍洲農(nóng)場(chǎng)58.10分。

生態(tài)功能高等級(jí)區(qū)域主要位于灣里管理局太平鄉(xiāng)、梅嶺鎮(zhèn)、招賢鎮(zhèn)，經(jīng)開區(qū)蛟橋鎮(zhèn)，青山湖區(qū)湖坊鎮(zhèn)、京東鎮(zhèn)；中等級(jí)區(qū)域位于灣里管理局羅亭鎮(zhèn)，東湖區(qū)揚(yáng)農(nóng)管理處、揚(yáng)子洲鎮(zhèn)，紅谷灘區(qū)生米鎮(zhèn)、城市用地、青云譜區(qū)、青山湖區(qū)塘山鎮(zhèn)，高新區(qū)艾溪湖管理處；低等級(jí)區(qū)域主要位于經(jīng)開區(qū)冠山管理處、白水湖管理處，青山湖區(qū)昌東工業(yè)園、羅家鎮(zhèn)，高新區(qū)昌東鎮(zhèn)、麻丘鎮(zhèn)、五星墾殖場(chǎng)、將軍洲農(nóng)場(chǎng)。生態(tài)功能分值較高的區(qū)域?yàn)槊穾X鎮(zhèn)82.06分、太平鄉(xiāng)81.15分、招賢鎮(zhèn)78.69分；分值區(qū)域最低的區(qū)域?yàn)閷④娭揶r(nóng)場(chǎng)20.00分、麻丘鎮(zhèn)25.60分、昌東鎮(zhèn)26.84分。

圖5 鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地多功能分值

2.3 耕地多功能綜合分析

綜合來(lái)看，處于耕地多功能高、中、低等級(jí)的圖斑面積分別為3 755.26、7 453.83、9 818.65 hm2，占比分別為18%、35%、47%。從空間上來(lái)看，高等級(jí)區(qū)域主要位于東湖區(qū)南部、經(jīng)開區(qū)中部、青山湖區(qū)中部、灣里管理局中北部以及紅谷灘區(qū)東南部；中等級(jí)區(qū)域主要位于紅谷灘區(qū)、高新區(qū)西部、東湖區(qū)北部、經(jīng)開區(qū)北部；低等級(jí)區(qū)域主要位于高新區(qū)東部、紅谷灘區(qū)北部以及經(jīng)開區(qū)東北部。在空間上耕地多功能綜合分值高、中、低等級(jí)區(qū)域呈現(xiàn)地域趨同性。高等級(jí)區(qū)域主要由于耕地本底條件好，土壤養(yǎng)分質(zhì)量較高且集中連片，耕作條件較為便利；耕地景觀較為集中，交通便利離城市近，景觀條件較優(yōu)越適合旅游休閑；森林覆蓋率高，生態(tài)基底條件優(yōu)越。低等級(jí)區(qū)域則主要由于耕地本底條件較差，土壤養(yǎng)分含量較低，且距城區(qū)距離較遠(yuǎn)，耕地分布較為零散。

a.生產(chǎn)功能b.文化景觀功能c. 生態(tài)功能 a. Production functionb. Cultural landscape functionc. Ecological function

圖7 耕地多功能綜合分級(jí)

2.4 耕地多功能分區(qū)特征與對(duì)策

基于耕地“生產(chǎn)-文化景觀-生態(tài)功能”分區(qū)模式，識(shí)別出南昌市城郊耕地6個(gè)功能一級(jí)分區(qū)，11個(gè)二級(jí)分區(qū)。24個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)中三重功能均衡區(qū)有1個(gè)，占耕地總面積的1.22%；雙重功能優(yōu)勢(shì)區(qū)有9個(gè)，占耕地總面積的15.43%；單一功能優(yōu)勢(shì)區(qū)有9個(gè)，占耕地總面積的26.26%；三重功能劣勢(shì)區(qū)有1個(gè)，占耕地總面積的1.3%；雙重功能劣勢(shì)區(qū)有2個(gè)，占耕地總面積的18.2%；單一功能劣勢(shì)區(qū)有2個(gè)，占耕地總面積37.59%。

生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)區(qū)位于灣里管理局羅亭鎮(zhèn)，高新區(qū)艾溪湖管理處；生態(tài)優(yōu)勢(shì)區(qū)位于灣里管理局太平鄉(xiāng)、招賢鎮(zhèn)，經(jīng)開區(qū)蛟橋鎮(zhèn)，青山湖區(qū)京東鎮(zhèn)；文化景觀優(yōu)勢(shì)區(qū)位于經(jīng)開區(qū)冠山管理處，高新區(qū)麻丘鎮(zhèn)；三重功能均衡區(qū)位于紅谷灘區(qū)城市用地；生產(chǎn)-生態(tài)優(yōu)勢(shì)區(qū)位于灣里管理局梅嶺鎮(zhèn)；生產(chǎn)-文化景觀優(yōu)勢(shì)區(qū)位于東湖區(qū)揚(yáng)子洲鎮(zhèn)、揚(yáng)農(nóng)管理處，青山湖區(qū)羅家鎮(zhèn)、昌東工業(yè)園、青山湖區(qū)城市用地，青云譜區(qū)青云譜鎮(zhèn)、青云譜區(qū)城市用地；生產(chǎn)劣勢(shì)區(qū)位于紅谷灘區(qū)生米鎮(zhèn)；生態(tài)劣勢(shì)區(qū)位于高新區(qū)昌東鎮(zhèn)；三重功能劣勢(shì)區(qū)位于高新區(qū)將軍洲農(nóng)場(chǎng)；文化景觀-生態(tài)劣勢(shì)區(qū)位于高新區(qū)五星墾殖場(chǎng)。

圖8 耕地多功能分區(qū)

耕地多功能的優(yōu)勢(shì)區(qū)應(yīng)保持住該功能優(yōu)勢(shì)，在此基礎(chǔ)上完善或提高其他的耕地功能，拓展提升非優(yōu)勢(shì)耕地功能的提升途徑，促進(jìn)耕地多功能的綜合發(fā)展。生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)區(qū)，如羅亭鎮(zhèn)，土地肥沃平坦，糧食產(chǎn)量較高，可以大力發(fā)展糧食作物產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。文化景觀優(yōu)勢(shì)區(qū)，如麻丘鎮(zhèn)，因?yàn)楦鼐坝^條件較好，交通設(shè)施條件便利，臨近城市周邊，可以大力發(fā)展農(nóng)業(yè)觀光旅游，促進(jìn)耕地文化景觀功能的發(fā)展?？纱罅Πl(fā)展生態(tài)采摘園、農(nóng)家樂(lè)、休閑莊園等形式，完善旅游配套的基礎(chǔ)設(shè)施，提供優(yōu)質(zhì)的餐飲、住宿服務(wù)，培養(yǎng)城區(qū)居民對(duì)耕地文化景觀功能的消費(fèi)需求，促進(jìn)農(nóng)業(yè)旅游的大力發(fā)展。生態(tài)優(yōu)勢(shì)區(qū)如太平鄉(xiāng)，招賢鎮(zhèn)，由于地勢(shì)、地形、區(qū)位等因素限制了農(nóng)業(yè)規(guī)模化經(jīng)營(yíng)，但生態(tài)優(yōu)勢(shì)是最響亮的招牌，應(yīng)繼續(xù)保持住生態(tài)優(yōu)勢(shì)，推進(jìn)綠色農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地建設(shè)，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量，推動(dòng)區(qū)域生態(tài)旅游業(yè)的發(fā)展，將耕地景觀有效融入鄉(xiāng)村生態(tài)旅游產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)耕地的生態(tài)與農(nóng)業(yè)效益綜合提升。

耕地多功能的劣勢(shì)區(qū)由于缺少優(yōu)勢(shì)功能，可能存在一個(gè)或多個(gè)劣勢(shì)功能，要根據(jù)劣勢(shì)功能積極調(diào)節(jié)相關(guān)耕地發(fā)展政策和措施，完善和提升劣勢(shì)功能。生產(chǎn)劣勢(shì)區(qū)，如生米鎮(zhèn)，耕地面積多，但生產(chǎn)功能較低。對(duì)此，一是要加強(qiáng)區(qū)域耕地的質(zhì)量改善，科學(xué)測(cè)土施肥，提高土壤的水土保持和供肥能力；二是要推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，可以由種植糧食作物向經(jīng)濟(jì)作物改善。文化景觀功能劣勢(shì)區(qū)位于比較偏離中心城區(qū)的區(qū)域，要進(jìn)一步完善旅游基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。如五星墾殖場(chǎng)，耕地?cái)?shù)量多，且集中連片程度高，可以發(fā)展特色農(nóng)業(yè)旅游來(lái)吸引游客，完善配套的農(nóng)業(yè)旅游基礎(chǔ)設(shè)施，促進(jìn)農(nóng)業(yè)旅游與農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)合，推動(dòng)地區(qū)發(fā)展。生態(tài)功能劣勢(shì)區(qū)為高新區(qū)昌東鎮(zhèn)，該區(qū)域存在部分工業(yè)用地及采礦用地，對(duì)此應(yīng)減少人類對(duì)生態(tài)環(huán)境的干擾，控制建設(shè)用地規(guī)模，實(shí)施建設(shè)用地管控以及落實(shí)增減掛鉤政策，以維持建設(shè)用地與耕地?cái)?shù)量的動(dòng)態(tài)平衡，達(dá)到生態(tài)恢復(fù)和完善區(qū)域建設(shè)的目的。

3 結(jié)論與討論

1）南昌市城郊耕地多功能的空間差異明顯。耕地生產(chǎn)功能較高，處于低等級(jí)耕地僅為22%；臨近城市周邊耕地的文化景觀功能等級(jí)較高，中高等級(jí)耕地占比73%；耕地生態(tài)功能處于低等級(jí)的耕地面積占比40%。

2）識(shí)別出南昌市城郊耕地6個(gè)功能一級(jí)分區(qū)，11個(gè)二級(jí)分區(qū)。說(shuō)明南昌市城郊耕地利用水平不一且部分耕地區(qū)域生態(tài)條件較差。不同耕地功能分區(qū)的空間分布、組合結(jié)構(gòu)及功能強(qiáng)度差異較大，為此需要根據(jù)區(qū)域特征采取差異化的利用、保護(hù)與管理策略，促進(jìn)城郊耕地的綜合效益最大化。

3）土壤條件與耕作利用條件是決定耕地生產(chǎn)功能的主要因素，距城市距離與耕地景觀條件是影響耕地文化景觀功能的關(guān)鍵因素，生態(tài)本底條件與區(qū)位條件是影響耕地生態(tài)功能的重要因素。由于主導(dǎo)因素的影響，南昌市城郊耕地生產(chǎn)、文化景觀、生態(tài)功能表現(xiàn)出明顯的區(qū)域趨同性。

本文從圖斑尺度出發(fā)，構(gòu)建符合區(qū)域特色的耕地“生產(chǎn)-文化景觀-生態(tài)功能”評(píng)價(jià)體系，進(jìn)行了較為系統(tǒng)的小尺度耕地多功能評(píng)價(jià)及功能分區(qū)研究，補(bǔ)充了微觀尺度的耕地多功能研究，在一定程度上豐富了耕地多功能的研究尺度及評(píng)價(jià)體系，揭示了南昌市城郊的耕地多功能空間差異與特征，可以為城市周邊耕地的發(fā)展與保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。本文的研究區(qū)是南昌市城郊，城郊地區(qū)與其他地區(qū)耕地多功能存在差異情況，但在本次研究中并未體現(xiàn)該差異，后續(xù)有待研究城市距郊區(qū)空間的距離對(duì)區(qū)域耕地多功能價(jià)值的影響。在耕地多功能評(píng)價(jià)體系構(gòu)建方面，目前關(guān)于耕地多功能的內(nèi)涵分類、劃分沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，本文構(gòu)建的耕地多功能評(píng)價(jià)體系還不夠全面，此次選取了3種較典型的功能進(jìn)行研究，更全面的耕地多功能研究在下一步研究中應(yīng)受到重視。在功能量化方面，生產(chǎn)功能未考慮農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)管理方式的影響，生態(tài)功能未考慮農(nóng)藥、化肥等生產(chǎn)方式對(duì)于生物多樣性的威脅。在后續(xù)研究中將更全面地考慮其他因素對(duì)于耕地多功能的影響。在功能分區(qū)方面，本文是以耕地各個(gè)功能值利用自然斷點(diǎn)法進(jìn)行分級(jí)再構(gòu)建耕地多功能分區(qū)模式，能否以更加科學(xué)的功能分區(qū)方法進(jìn)行分區(qū)需要進(jìn)行探索。此外，南昌市城郊耕地多功能存在明顯的空間分異特征，造成差異的影響因素不同，厘清差異原因還有待探討；耕地多功能是人類需求與耕地多功能“權(quán)衡”黑箱相互作用的最終結(jié)果，不同的耕地功能之間存在著權(quán)衡協(xié)同關(guān)系，有必要剖析區(qū)域內(nèi)部耕地多功能間的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系，從而研究實(shí)施以主導(dǎo)功能為導(dǎo)向的耕地管理制度，更好地實(shí)現(xiàn)耕地?cái)?shù)量、質(zhì)量、生態(tài)“三位一體”的綜合目標(biāo)，提高耕地的綜合效益。

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Multi-function evaluation and functional zoning of suburban cultivated land using MCR-InVEST model

Wang Rongji, Zhao Xiaomin※, Zhao Lihong, Guo Xi, Guo Jiaxin, Kuang Lihua

(1.,,330045,;2.,,330045,)

Suburban areas can be the urban-rural integration areas, totally different from the urban built-up and traditional rural areas. It is of great significance to reveal the multi-functional spatial differentiation characteristics of cultivated land resources in suburban areas, in order to promote the conservation and development of cultivated land. Taking the suburban areas of Nanchang City as the study area, this study aims to implement the multi-function evaluation and functional zoning of suburban cultivated land using the MCR-InVEST model. The field soil sampling was first conducted using the cultivated land map spots and townships in the Third National Land Survey as the basic research units. The multifunctionality of cultivated land was then quantified using the multi-source data, the integrated index, and the MCR-InVEST model. The multifunctional zoning of cultivated land was also carried out after evaluation. The spatial variation of multifunctional cultivated land in the suburban areas was revealed to identify the multifunctional characteristics of regional cultivated land. The results showed that: (1) there was a high production function level of cultivated land in the suburban areas, with an area of 16 358.31 hm2of the medium to high grade (accounting for 78% of the total), which were mainly located in the East Lake District, Qingshan Lake District, and Wanli Administration. The high cultural landscape function level was also found with an area of 15 295.73 hm2of the medium to high grade (accounting for 73%). The high-grade areas were located in the East Lake District and Maqiu Town in High-tech District. There was the medium ecological function level of the most cultivated land, with an area of 11 010.19 hm2(accounting for 52%), where the high-grade areas were mainly located in the Wanli Administration. The areas of multi-functional high, medium, and low-grade spots were 3755.26 (accounting for 18%), 7453.83 (accounting for 35%), and 9818.65 (accounting for 47%) hm2, respectively, in the comprehensive view of the multi-functional index of cultivated land. Spatially, the high-grade areas were mainly located in the East Lake District, Economic Development Zone, Central Qingshan Lake District, North Central Wanli Administration, and Southeast Honggu Tan District; the medium-grade areas were mainly located in the Honggu Tan District, West High-tech District, East Lake District, and North Economic Development Zone; the low-grade areas were mainly located in the East High-tech District, North Honggu Tan District, and Northeast Economic Development Zone. Furthermore, there was geographical convergence in the high, medium, and low-grade areas of the multifunctional integrated score in the cultivated land. (2) Six functional primary and eleven secondary zoning areas were identified, according to the theoretical framework of multifunctional zoning of cultivated land and the multifunctional cultivated land in townships. The multi-functions of cultivated land were greatly varied in the different areas of suburban areas. Differentiated strategies can be expected to serve as the development and protection of cultivated land, according to the functional characteristics of regional cultivated land. The finding can provide a scientific basis to optimize the spatial pattern of cultivated land in suburban areas, thus promoting the integrated development of cultivated land.

function; zoning; multifunctional cultivated land; MCR model; InVEST model; suburban areas

10.11975/j.issn.1002-6819.2022.20.024

F323.21

A

1002-6819(2022)-20-0209-11

汪容基，趙小敏，趙麗紅，等. 基于MCR-InVEST模型的城郊耕地多功能評(píng)價(jià)及功能分區(qū)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2022，38(20)：209-219.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.20.024 http://www.tcsae.org

Wang Rongji, Zhao Xiaomin, Zhao Lihong, et al. Multi-function evaluation and functional zoning of suburban cultivated land using MCR-InVEST model[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2022, 38(20): 209-219. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2022.20.024 http://www.tcsae.org

2022-07-22

2022-09-28

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題項(xiàng)目（2020YFD1100603-02）；江西省贛鄱英才“555”領(lǐng)軍人才項(xiàng)目（201295）；江西省教育廳科技計(jì)劃項(xiàng)目（GJJ200424）

汪容基，研究方向?yàn)楦乩门c保護(hù)。Email：wrjrun@163.com

趙小敏，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)橥恋乩靡?guī)劃與評(píng)價(jià)、土地遙感與信息等。Email：zhaoxm889@126.com