中国耕地功能转型时空分异及形成机理

熊强 郑亮 江进辉

熊 强，郑 亮，江进辉. 中国耕地功能转型时空分异及形成机理［J］. 湖北农业科学，2024，63（2）：94-100，110．

摘要：为了准确刻画中国耕地功能转型路径及形成机理，构建了耕地功能转型理论框架和评价指标体系，提出了基于博弈论确定指标权重的方法，基于综合指数模型测度了2000—2020年中国省域耕地功能转型指数，并分析了中国耕地转型形成机理。结果表明，2000—2020年中国耕地社会功能先增加后降低，经济功能则先降低后增加，生态功能基本保持稳定。子功能中粮食安全保障功能和生态功能处于主要地位，欠发达地区耕地经济贡献功能较强，东北地区耕地社会功能较强。2000—2020年中国耕地功能变化发生了趨势性转折，开始沿城乡居民需求发展方向演变。从耕地转型形成机理来看，总体而言城镇化水平、经济发展质量、非农产业比重和中东西部地区差异对耕地功能转型驱动有所降低，地区经济总量对耕地功能的驱动有所增加，人口密度对耕地功能的影响力总体处于稳定状态。

关键词：耕地功能转型； 时空分异； 形成机理； 中国

中图分类号：F323.21         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2024）02-0094-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.02.017 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Spatiotemporal differentiation and formation mechanism of arable land function transformation in China

XIONG Qiang1， ZHENG Liang2，3， JIANG Jin-hui2，3

（1.China Energy Group Dadu River Basin Hydropower Development Co.， Ltd.， Chengdu  610041， China；2.Changjiang Survey， Planning， Design and Research Co.， Ltd.， Wuhan  430014， China；3.Key Laboratory of Yangtze River Management and Protection， Ministry of Water Resources， Wuhan 430014，China）

Abstract： In order to accurately describe the path and formation mechanism of farmland function transformation in China， the theoretical framework and evaluation index system of farmland function transformation were established， and the method of determining index weight based on game theory was proposed. Based on the comprehensive index model， the farmland functional transformation index of Chinas provinces from 2000 to 2020 was measured， and the mechanism of farmland transformation in China was analyzed. The results showed that from 2000 to 2020， the social function of cultivated land increased and then decreased， the economic function decreased and then increased， and the ecological function remained stable. Among the sub-functions， the function of food security and ecological function were in the main position， the economic contribution function of cultivated land was stronger in underdeveloped areas， and the social function of cultivated land was stronger in northeast areas. From 2000 to 2020， the change of cultivated land function in China took a turning trend and began to evolve along the development direction of urban and rural residents demand. On the whole， the driving force of the urbanization level， the quality of economic development， the proportion of non-agricultural industry and the difference in the central， eastern and western areas on cultivated land function transformation had reduced， the driving force of regional economic aggregate on cultivated land function had increased， and the influence of population density on cultivated land function had remained stable.

Key words： arable land function transformation； spatio-temporal differentiation； formation mechanism； China

在中国城乡发展转型进程中，土地利用转型及社会经济转型起到了不可替代的作用^［1］，耕地利用转型是土地利用转型的重要组成部分，中国耕地利用转型模式研究有利于完善中国耕地利用管理模式，促进城乡转型发展进程。耕地作为人类最赖以生存的复合生态系统^［2］，耕地资源在保障食物安全、维持生态多样性以及社会稳定等方面发挥着重要作用^［3，4］。自20世紀90年代以来，中国的工业化、城市化步伐随着市场经济体制逐渐建立和完善明显加快，支农惠农强农政策陆续实施，市场需求和农民耕地利用意愿对耕地利用转型的影响逐渐增强^［2］。耕地利用转型包括空间形态转型和功能形态转型，耕地空间形态的转型导致耕地功能形态的转型^［5］，如何构建合理的耕地功能变化分析框架与测度模型，探索耕地利用可持续发展及有效管理路径已成为学术界关注的焦点。

Walker^［6］在分析欠发达国家森林砍伐时首次使用转型概念，Mather^［7］提出了采用森林转型模型来解释人类-环境的关系，基于森林转型模型，在地理学领域Grainger^［8，9］提出了土地利用转型的概念。土地利用转型作为LUCC综合研究的新途径被提出，为耕地利用变化研究指引了新的方向。关于耕地利用转型研究主要集中于耕地利用空间形态转型和功能形态转型2个方面，其中耕地利用空间形态包括耕地数量变化^［10］和空间格局变化^［11］研究，耕地功能形态转型包括耕地功能类型划分及测度^［2，12］、耕地功能转型路径及管理^［5，13］、粮食产量^［1］、生态功能^［14］以及碳汇能力^［15］等。以往研究对耕地功能形态研究较少，更多在于对耕地利用空间形态的研究。从理论方面来看，宋小青等^{［13，16］}通过构建耕地多功能内涵的综合解释框架，探索耕地多功能统筹利用保障机制，2014年构建了耕地转型调控框架及其层次分析体系，并对中国耕地功能转型进行定量测度，提出了耕地多功能管理路径^［2，5］。Ge等^［1］构建了农地转型理论模型，揭示中国农地转型和粮食转型之间的内在联系。王晓瑜等^［17］测度了不同地域尺度耕地资源经济、社会和生态价值，揭示了团风县耕地价值空间分布规律。在具体研究内容上，借助于“3S”技术、空间计量分析等方法手段，对耕地功能转型特征、规律、驱动机制等进行有效的揭示^{［12，18，19］}。在研究尺度上学者们从全国尺度^［2］、省域^［20］、地级市、县域和乡镇^{［12，17］}以及地块单元^［21］进行研究。从研究方法来看，指标权重的确定大多采用层次分析法、专家打分法等主观赋权法和主成分分析法、熵值法等客观赋权法，单一的采用主观赋权法或客观赋权法会造成主观因素或客观因素掺杂过多，影响评价结果的准确性。

作为一个多元的复杂体系，耕地功能存在许多确定性因素和不确定性因素，为防止落入主观赋权法主观因素掺杂过多、客观赋权法完全基于数据导致脱离真实情况的2种极端，本研究分别采用基于博弈论的组合赋权法确定耕地功能转型指标权重，采用综合指标法测度2000—2020年中国耕地功能指标值，采用地理探测器模型对中国耕地功能转型影响因素进行探测，以期为中国耕地的功能转型模式和可持续利用研究提供参照。

1 理论框架

土地功能是社会生产、生活和资源环境容纳能力效能的综合反映，为非生物和生物之间信息、物质、能量交流提供重要场所和承载平台，是土地资源和资产属性的重要体现^［12］。耕地功能是土地利用功能研究不可或缺的部分，耕地功能的基础研究是对功能内涵及属性的研究，耕地功能转型是社会或个体相关需求发生变化所导致，受市场需求和国家政策主导^［2］，农民对耕地资源的依赖程度与社会经济发展呈现负相关^［22］，便农惠农政策能增加农民的种地积极性，也能促进耕地功能转型。随着学科交叉理念的逐渐深入，耕地功能理论和内涵不断地丰富和完善，由单纯的食物和原材料的供给上升到社会保障、生态服务的高度。参考土地利用功能以及土地多功能研究^［23-26］、乡村地域多功能研究^{［27，28］}、耕地功能研究^{［2，12，16］}，从耕地资源的属性和耕地资源的需求角度，从经济、环境、社会功能3个角度定义“经济-社会-生态”耕地功能模式。耕地经济贡献功能主要体现在国民经济贡献功能、农业经济贡献功能、家庭经济贡献功能^［29］；耕地社会功能主要体现在粮食安全保障功能、就业保障功能、社会安定维护功能；耕地生态安全维护功能指耕地在维持农村土地质量和生态平衡中的作用^［2，12］。探索中国耕地转型形成机理对指导中国耕地转型方向，促进农村转型发展和城镇化进程有重要意义。中国是人口大国，人均土地占有量小导致人地矛盾突出，人类不仅是土地的使用者，也是受益者，在影响耕地功能转型的因素中，人口因素不容忽视^［30］。耕地功能转型是土地利用转型的重要组成部分，对应着不同的经济社会发展阶段，不同的经济社会发展阶段反过来作用于耕地功能转型^［31］。耕地功能转型在城市化、工业化、信息化和农业现代化“四化”的引导下，反过来促进“四化”的发展。当前，对中国耕地功能开展研究对保障中国耕地安全、提升农业农村现代化水平和促进乡村振兴发展具有关键作用^［32］。

2 指标构建与数据来源

2.1 指标构建

在参照以往研究成果基础上，围绕“经济-社会-生态”耕地功能模式的内涵来构建指标体系^［33-37］，通过对耕地功能的三大子系统进行测度分析来反映中国耕地功能转型时空分异特点，具体的指标构建见表1。

2.2 数据来源

数据来自于2001—2021年《中国统计年鉴》《中国农村统计年鉴》，结合《国家粮食安全中长期规划纲要（2008—2020年）》^［38］及相关研究^{［39，40］}，在耕地压力指数计算中，设定人均粮食需求量为400 kg，粮食自给率为95%；在粮食品质安全保障计算中，单位耕地化肥施用安全标准采用国际化肥施用安全标准上限225 kg/hm^2［41］。研究表明，中国的化肥利用率约为35%，氮肥为30%～35%，磷肥为10%～20%，钾肥为30%～50%。其中，氮肥利用率、磷肥利用率和钾肥利用率参照国内研究成果^［41］，分别取其上限值，设定为35%、20%和50%。受到数据限制，本研究区域不包括港、澳、台地区。

3 研究方法

3.1 耕地功能评价方法

为了消除评价指标量纲的差异性，本研究按照“正向型”“负向型”和“适中型”指标3种类型进行标准化，具体计算方法见式（1）至式（3）。耕地功能是耕地各项子功能组合效益最大化的结果，采用综合指数法来计算耕地综合功能，计算方法见式（4）。

正向型指标：

适中型指标：

3.2 基于博弈論的组合赋权法主观权重和客观权重

依据AHP和熵值法确定耕地功能指标权重（表2），主观权重与客观权重之间有显著差异，需要对权重进行组合^{［42，43］}。采用预计博弈论的组合赋权方法来计算权重，该方法论假设每个方案都是决策者理性决策的结果，决策过程则是在不同权重之间探寻最优解，达到共同利益最大化的过程^［44］。步骤如下。

假设采用L种方法得到指标权重，权重向量如下所示。

ω_k=（ω_k1，ω_k2，…，ω_kn）       k=（1，2，…，L）    （5）

由此得到可能的权重集，见式（6）。

基于表2中主、客观权重和式（8），得出最优一阶线性方程组。

计算得到α₁和α₂后，用式（9）归一化，最终α^?₁= 0.732 9 ，α^?₂=0.267 1。因此，经过式（10）计算得出基于博弈论的组合权重（表3）。

采用一致性检验检测3种权重的一致性，依次对不同方法得到的权重差异程度进行比较，检验公式如下。

当0≤d（ω^（1）×ω^（2））≤1时，d（ω^（1）×ω^（2））越小，两种赋权结果越接近。经过检验，层次分析法及熵值法所赋权重的d（ω^（1）×ω^（2））处于［0，0.013 9］，层次分析法和基于博弈论的组合赋权法的d（ω^（1）×ω^（2））处于［0，0.003 7］，熵值法和基于博弈论的组合赋权法的d（ω^（1）×ω^（2））处于［0，0.010 2］。表明组合权重赋权法是考虑了主观判断与客观情况的主观权重与客观权重的集成，使所得结果更加符合实际情况。

3.3 地理探测器

采用地理探测器模型分析中国耕地功能转型影响因素^［45-47］。具体而言，本研究选取城镇化率、非农产业比重、人口密度、人均GDP、东中西区域差异，分别探测城镇化水平、产业结构、经济社会和区域差异因素对耕地功能转型空间的影响机制。具体公式如下。

式中，P_D，H为耕地转型空间分异影响因素探测力指标；N_h为次一级区域样本单元数；N为整个区域样本单元数；L为次级区域个数；σ²为整个耕地转型指数的方差；σ²_h为次一级区域的方差。

4 结果与分析

4.1 耕地功能转型时序演变特征

根据表1中构建的中国耕地功能转型指标体系，按照式（4）计算中国耕地功能指数。由图1、图2可以看出，2000—2020年，中国耕地利用综合功能指数处于基本稳定水平，中国耕地社会功能对耕地利用综合功能贡献水平最高，其中粮食安全保障功能指数在2004年降低至最低水平0.119 8，随后呈增长趋势。社会安全维护功能和就业保障功能指数相对较低，社会安全维护功能指数先增大后减小，到2009年增长至0.072 8；就业保障功能指数在2000—2004年呈增长态势，其后逐渐减弱，到2015年就业保障功能指数为0.041 3。其次是生态功能，波动中略有下降，2000—2001年耕地生态功能明显增加，其后2001—2019年略有下降。经济功能处于最低水平，对耕地综合功能的贡献先降低后增加，在2008年达到最低水平0.099 6。耕地国民经济贡献功能指数一直处于下降状态，农业经济贡献功能指数一直低于家庭经济贡献功能指数，两者在研究期间都表现出先降低后增加的态势。可以看出2000—2020年中国耕地功能出现了趋势性变化，开始沿城乡居民需求发展方向转折。中国是农业大国，粮食生产作为农业、农村、农民三农问题重中之重，涉及到中国的繁荣稳定发展，为世界粮食安全作出了十分重大的贡献，中国粮食安全保障功能指数自2004年以来呈上升趋势。

4.2 耕地功能转型空间演变特征

中国耕地利用经济、社会和生态功能具有明显的空间分异特征，如图3、图4所示。从耕地经济功能来看，2010年中国耕地经济功能对耕地综合功能贡献最低，其次是2020年。2000年耕地经济功能对耕地综合功能贡献水平最高，其中2015年东北三省及东部地区的江苏省、浙江省、山东省、福建省和海南省以及四川省的经济贡献功能高于2000年。经济发达地区耕地经济贡献功能相对较弱，主要分布在中国东部地区。西部地区和东北地区耕地经济功能相对较高，主要是由于东部地区经济发展水平高，非农产业占比高。2000—2020年中国社会功能空间差异相对较小，基本维持在0.25左右。2000—2020年总体而言，新疆维吾尔自治区耕地社会功能处于最高水平，其次是黑龙江省和吉林省，津京冀地区耕地社会功能明显较低。2000年耕地利用生态功能总体低于2010年和2020年，整体上福建省耕地利用生态功能指数最低，其次是广东省和贵州省。

4.3 耕地功能转型驱动因素分析

选择人口密度（人/km²）、GDP（亿元）和人均GDP（元/人）作为经济社会因子，选择城镇化水平（%）代表城镇化发展水平，选择非农产业比重（%）代表产业结构因子，中东西部地区代表区位因子，分别测度经济社会因子、城镇化水平、产业结构以及区位因子对中国耕地功能转型的影响。采用地理探测器模型探测2000年、2005年、2010年、2015年和2020年耕地利用转型结果（图5）。2000年人均GDP对耕地功能转型的影响力最明显，在0.7以上，随后年份整体呈降低趋势，到2020年降到0.3以下，说明经济发展质量是导致耕地功能转型的主导因素，对于耕地功能转型作用力较大。经济总量对耕地功能转型的作用力相对较弱，总体呈增加趋势。人口密度对耕地功能转型影响力相对较为稳定，变化不大，始终保持在0.4以上。2000—2005年城镇化水平对耕地功能转型影响力有明显增加，随后年份影响力逐渐减弱。城镇化发展带动了耕地功能转型，耕地功能转型加速了城镇化的进程。产业结构（非农产业比重）表现出与城镇化发展水平类似的先增后减的特点。非农产业的发展提高了耕地功能转型速度，反过来耕地功能转型依赖于非农产业的发展。随着西部大开发战略和中部崛起战略的实施，中东西部地区的差异缩小，对中国耕地功能转型的影响力逐渐减弱。

5 小结与讨论

本研究尝试建立了中国耕地功能转型测度指标体系，通过基于博弈论的组合赋权法，有效避免了主观赋权法主观因素涉入过多或客观赋权完全基于数据而不顾真实情况的问题。采用综合测度模型，得到2000—2020年全国耕地功能转型指数，借助地理探测器模型，对2000年、2005年、2010年、2015年和2020年中国耕地功能转型影响因素进行深入探讨。得出主要结论如下。

1）总体来看，2000—2020年中国耕地功能发生了深刻转型，社会功能对耕地贡献指数高于生态功能，经济贡献功能处于最低水平。中国耕地综合功能稳定中有所降低，社会功能以2009年为转折点，先增加后降低，经济功能以2008年为转折点先降低后增加，生态功能基本保持稳定。

2）从耕地功能转型空间格局来看，2000—2020年整体而言，欠发达地区耕地经济贡献功能对耕地功能贡献较为明显，相反，发达地区耕地经济贡献功能较弱，东北地区以及新疆维吾尔族自治区耕地社会功能指数较高，其他区域变化不大，在0.25左右，福建省生态功能指数最低，其次是广东省和贵州省。

3）2000年人均GDP对耕地功能转型驱动最为明显，随后影响力逐渐降低，与中东西部地区差异对耕地转型的影响力逐渐减弱类似。城镇化水平和非农产业比重对耕地功能转型的影响力在2001—2005年有明显上升，随后也逐渐减弱。经济总量对中国耕地功能转型的影响力整体有所增加，人口密度的影响力总体处于稳定状态。

本研究所构建耕地功能转型理论框架以及定量分析可以有效揭示中国耕地功能转型的时空特征，能为中国耕地安全、农业现代化和乡村振兴提供决策参考。耕地功能类型和内涵是研究耕地功能转型的关键，也是耕地多功能管理的重要依据，如何准确刻画耕地功能转型路径，探索耕地功能子系统之间的协调发展是未来研究的重要方向。

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收稿日期：2023-09-22

基金项目：国家自然科学基金项目（71804168）；国家公益性行业科研专项（201511004-4）

作者简介：熊 强（1969-），男，四川广元人，高级工程师，主要从事水资源和国土利用研究，（电话）15184363399（电子信箱）cjkcwjp1@163.com；通信作者，郑 亮（1993-），男，湖北武汉人，博士，主要从事农业农村、乡村振兴研究，（电话）18164008400（电子信箱）zl@cug.edu.cn。