阜平县低山丘陵区耕地多功能评价及利用研究

刘绍雄，张小栋，陈亚恒

(1河北农业大学 国土资源学院，河北 保定 071000；2河北农业大学 资源与环境科学学院，河北 保定 071000)

耕地作为宝贵的自然资源，是保障国家粮食安全、实现乡村振兴和推进生态文明建设的基础[1]。如何保护耕地和实现耕地可持续利用一直都是学术界热议问题。我国耕地保护工作从最初的数量保护发展到数量与质量保护，再发展到耕地资源数量、质量、生态保护“三位一体”[2]，体现出对耕地资源保护从单一功能向多功能转型，并且随着社会经济发展和人类对农用地需求加重，耕地的生态、旅游休闲等景观文化功能也逐渐凸显[3]。

耕地的多功能性已受到学术界重视，大量学者对耕地多功能的概念、评价、功能关系和管理方面进行了大量研究[4-12]。耕地的多功能评价是耕地利用优化的前提[3]。耕地的多功能是基于多角度、多方向展示耕地的多重效用[13]。耕地的基本功能为粮食生产，同时其作为生态系统的重要部分，自身具有天然生态功能[14]，可发挥对气候、水土资源、生物多样性等方面的维护及调节作用[15]。景观功能主要体现在耕地作为文化景观，通过人类对其多样化的利用方式所展现出的旅游观光、农事教育、文化传承等能力[16]。从耕地总体属性与人类需求等方面出发，明晰耕地生态系统形成过程，确定耕地各功能价值，对区域耕地功能定位及合理利用具有重要意义[17]。目前多数学者从农用地功能基础理论入手，探索耕地功能内涵、价值测度方法及评价指标体系研究等。由于对耕地功能的研究聚焦于耕地为人类社会提供的支持与服务，其涉及到自然生态、社会经济、精神文化等多重方面。从自然地理学角度出发，耕地功能研究还处于起步阶段，对耕地功能类别定义繁多，不够统一，并且对耕地功能的研究多为耕地利用功能评价，从而忽视对耕地自身功能属性的认识。

基于此，以耕地多功能性为基础，在耕地生产、生态、景观和人文功能分类体系下，选取阜平县低山丘陵区为研究对象，通过对耕地功能评价，探索耕地功能存在的空间差异，并将耕地功能与农业发展紧密相连，按照限制耕地功能的指标因素组合进行耕地功能叠加，根据不同区域资源特点和耕地功能倾向，配置农作物，多项耕地功能同时发挥作用，创造产值率较高的耕地多功能产品，增长财富，为阜平县及其他山区耕地多功能利用提供借鉴，为促进耕地资源可持续发展提供新视角。

1 材料与方法

1.1 研究区概况及数据来源

1.1.1 研究区概况 阜平县位于太行山东麓，保定市西端，属山区县。阜平县为暖温带半湿润、半干旱大陆性东部季风气候区。年平均气温12.7 ℃，有效积温4 846.8 ℃，年累计日照时数2 801.3 h，无霜期191 d，年降水量654.8 mm。耕地有褐土、草甸土和水稻土3个土类。

本研究为了从中观尺度更加细化耕地的多重功能及其限制因素，选取低山丘陵地区5个乡镇作为研究区。研究区地貌沟谷切割较深，黄土沉积较普遍，岩石以片麻岩为主，其次有少量石灰岩分布，此类岩石风化形成的土壤以褐土性土为主。

1.1.2 数据来源 所需数据来自阜平县自然资源局、农业局等部门。收集的数据资料主要包括阜平县土地利用总体规划(2010—2020年)、阜平县土地调查更新数据(2018)、阜平县耕地等别更新(2018)、阜平县1∶25万土壤图、阜平县地貌图、阜平县1∶5万地质灾害分布与易发区图、阜平县志等资料。阜平县高程、坡度等指标数据通过地理空间数据云下载阜平县DEM遥感影像数据资料，植被覆盖度等相关数据采用Landsat 8遥感影像数据资料，借助ENVI与ArcGIS软件空间分析与处理功能，得到阜平研究区各指标状况。

1.2 研究方法

1.2.1 生产功能潜力等级判定 自然条件作为土地资源形成的自然背景，其是影响耕地功能的基础因素[18]。地形地貌及土壤是影响低山丘陵耕地生产功能的主要因素。根据研究区土地自然地理特征，从地形地貌角度选择高程、坡度、坡向指标，土壤条件选择土层厚度、有机质含量、剖面构型指标，依据农用地质量分等对指标进行分级。

研究采用“等级加和法”确定耕地生产功能潜力等级，如根据地形地貌3个影响因子等级对其加和划分为D1、D2、D3等级，再将土壤等级和地形地貌等级加和，确定生产功能潜力等级Sc1、Sc2、Sc3。采用限制因子法对初步划分结果进行调整，如果某一个分级标准为1级，则将其综合生产功能潜力划分为低等级。

1.2.2 生态功能潜力等级判定 水体是重要的自然地貌生态系统，可以为动植物提供生存水源维持生物物种多样性，还能够净化环境，提高生态质量[19]。根据研究区水体的实际情况，利用ArcGIS对河流和水源建立多环缓冲区，将研究区内的水环境划分等级。土壤的形成受气候、地形地貌、成土母质及人类活动等多方面影响[20]，参考《土壤侵蚀分类分级标准》[21]、地质环境敏感性评价相关规程[22]与区域生态环境特征，将研究区土壤类型、地质灾害及地貌类型划分不同等级并加以赋值。同理采用“等级加和法”确定耕地生态功能潜力等级St1、St2、St3。

1.2.3 景观功能潜力等级判定 地形起伏度对耕地景观观赏价值的提高尤为重要，耕地与林地和水域等形成的具有起伏的景观组合、高植被覆盖景观更能体现耕地的景观功能价值[23]。研究以25 km2内的最大高程差小于等于30 m为平地判断标准[24]，通过GIS软件处理分析获得耕地地形起伏度。公式如下所示。

RDLS={[Max(H)-Min(H)]×
[1-P(A)/A]}/500

(1)

式中，RDLS为地形起伏度；Max(H)为区域内最高高程值；Min(H)为区域内最低高程值；P(A)为区域内平地面积；A为区域总面积。

植被覆盖度反映出植被茂密的程度，生态系统环境直接受植被覆盖率的影响[25]。采用遥感测量方法，得出研究区植被覆盖度状况：

VFC=(NDVI-NDVIsoil)/
(NDVIveg-NDVIsoil)

(2)

其中，NDVIsoil为完全是裸土或无植被覆盖区域的NDVI值，NDVIveg则代表完全被植被所覆盖的像元的NDVI值，即纯植被像元的NDVI值。采用自然断点法分级赋分。

同理将耕地景观功能潜力等级分为J1级、J2级、J3级。

1.2.4 人文功能潜力等级判定 从人文角度，耕地可以间接塑造和孕育各种各样的人文景观[7]。本研究以村庄为单位，通过村内座谈及文化资料搜集，如村内人文古迹、历史故事、农耕文化、民俗活动等，根据其是否存在具有观赏和科学价值的人文资源对耕地文化功能分级W1、W2、W3。

2 结果与分析

2.1 耕地多功能潜力结果分析

2.1.1 生产功能结果 研究区耕地生产功能潜力空间分布情况如图1。

图1 耕地生产功能潜力等级空间分布图Figure 1 Spatial distribution map of cultivated land production function potential grade

研究区耕地生产功能潜力评价中Sc2级别分布面积最大，为7 005.42 hm2，占研究区总面积的67.08%，从各乡镇分布面积来看，Sc2级主要分布于研究区周边的城南庄镇、阜平镇及平阳等乡镇；研究区Sc1级别耕地面积次之，为2 452.68 hm2，占研究区总面积的23.50%，该部分耕地主要分布于城南庄镇及阜平镇；研究区Sc3级别耕地面积最少，为984.78 hm2，仅占研究区总面积的9.42%，该部分耕地主要分布于阜平镇与王林口镇，研究区生产功能评价结果具体见表1。综合分析上述研究结果可以看出，研究区耕地的生产功能潜力整体处于中等水平，研究区耕地在包括坡度、有机质含量等在内的自然条件方面存在可进一步改造的空间来提升耕地生产功能潜力。

表1 研究区各乡镇耕地生产功能潜力等级结果Table 1 Grade results of productive function potential of cultivated land in each township of the study area

2.1.2 生态功能结果 研究区耕地生态功能潜力空间分布情况如图2。

图2 耕地生态功能潜力等级空间分布图Figure 2 Spatial distribution map of cultivated land ecological function potential grade

研究区耕地生产功能潜力评价中St3级别分布面积最大，为4 432.50 hm2，占研究区总面积的42.25%，从各乡镇分布面积来看，St3级主要分布于研究区南部的城南庄镇、北果园乡镇；研究区St2级别耕地面积次之，为3 723.39 hm2，占研究区总面积的35.65%；研究区St1级别耕地面积最少，为2 286.99 hm2，仅占研究区总面积的21.90%，该部分耕地主要分布于平阳镇与城南庄镇，研究区生态功能评价结果具体见表2。综合分析上述研究结果可以看出，研究区耕地的生态功能潜力整体处于偏高水平。研究区北部高海拔区域生态功能主要受地质灾害影响呈现偏低效果，需加以防范，部分城区对耕地生态功能的保护应减少人为干扰，维持好生境质量，做好水域防护工作。

表2 研究区各乡镇耕地生态功能潜力等级结果Table 2 Grade results of ecological function potential of cultivated land in each township of the study area

2.1.3 景观功能结果 研究区耕地景观功能潜力空间分布情况如图3。

图3 耕地景观功能潜力等级空间分布图Figure 3 Spatial distribution map of cultivated land landscape function potential grade

研究区耕地面积J1级别分布面积最大，为4 329.99 hm2，占研究区总面积的41.46%；从各乡镇分布面积来看，J1级主要分布于研究区北果园乡、阜平镇及王林口镇；研究区J2级别耕地面积次之，为3 785.22 hm2，占研究区总面积的36.25%，该部分耕地主要分布于城南庄镇及阜平镇；研究区J3级别耕地面积最少，为2 327.67 hm2，仅占研究区总面积的22.29%，该部分耕地主要分布于阜平镇及城南庄镇，研究区生态功能评价结果见表3。综合分析上述研究结果可以看出，研究区耕地景观功能潜力整体处于中等偏下水平。研究区中心耕地地形相对平缓，景观功能效果较弱，另外受人类活动干扰，生态系统结构受到轻度破坏，区域植被覆盖度较低影响其景观功能，耕地景观功能的发挥应充分结合地形优势，提高耕地作物景观美学质量。

表3 研究区各乡镇耕地景观功能潜力等级结果Table 3 Grade results of cultivated land landscape function potential in each township of the study area

2.1.4 人文功能结果 研究区耕地景观功能潜力空间分布情况如图4。

图4 耕地人文功能潜力等级空间分布图Figure 4 Spatial distribution map of cultivated land humanities function potential grade

阜平县现有市级非物质文化遗产6项，县级非遗项目12项。阜平县作为红色革命老区，传承着红色革命精神，研究区红色故事丰富，其中城南庄镇拥有晋察冀边区革命纪念馆，并保留着旧址。将调查结果及资料汇总整合，按各村文化资源数量赋予其耕地文化功能潜力等级，以行政区人文功能潜力评价结果为基础，提取研究区耕地面积W1级别分布面积最大，为4 047.39 hm2，占研究区总面积的38.76%；研究区W2级别耕地面积次之，为3 513.33 hm2，占研究区总面积的33.64%；研究区W3级别耕地面积最少，为2 882.16 hm2，仅占研究区总面积的27.60%。

2.2 耕地功能叠加

研究区耕地多功能潜力等级空间分布情况如图5。

图5 耕地多功能潜力等级空间分布图Figure 5 Spatial distribution map of cultivated land multi-functional potential grade

将研究区耕地多功能潜力等级加和汇总，采用自然断点法将耕地多功能加和结果分为高中低3级。其中功能叠加等级小于6的为低等级；等级大于8的为高等级；其余定义中等级。结果低等级耕地面积2 297.43 hm2，占比22%；中等级耕地面积4 722.48 hm2，占比45.22%；高等级耕地面积3 422.97 hm2，占比32.78%。

以耕地各功能评价评价结果分为3个等级为基础，依据耕地生产、生态、景观、人文功能顺序进行耕地多功能排列组合，来加强阜平县低山丘陵区耕地多功能对比研究，耕地功能组合类型具体见表4，结果显示2311组合类型面积最大为607.32 hm2，占总研究区总耕地面积5.82%；其次2321组合类型面积603.36 hm2，占总面积5.78%；再次2322组合类型面积552.78 hm2，占总面积5.29%。其中占比最少的为3332组合类型，面积仅有8.37 hm2，占0.08%。

表4 低山丘陵区耕地多功能组合Table 4 Multifunctional Combination of Cultivated Land in Low Mountain and Hilly Area

2.3 耕地多功能利用

根据耕地地块各项功能潜力等级形成的区域资源条件，匹配相对应作物种类，形成耕地多功能利用，使耕地产出农产品、人文产品、材料产品、旅游产品、学习产品、生态产品等。

对于耕地生产功能的利用，生产功能的高低对应了区域自然条件的优劣，是耕地多功能利用的基础，生产功能利用应充分保证粮食产量，农业种植可匹配玉米、谷类为基础粮食作物；豆类、土豆为辅助作物；结合本地香椿植物苗培育及早春植物种植，形成香椿采摘及绿色蔬菜产业。在保证粮食产量的基础上，结合阜平县定位旅游为第一产业的背景，可通过高生态功能、高景观功能地块匹配甘蓝、金银花、黄麻桔梗、黄花菜等具有药用价值、食用价值、观赏价值的植物来服务旅游产业，使土地生产功能效率最大化的同时，兼顾其他功能，形成新型多功能农业。

对于生态及景观功能潜力的发挥利用，应依托绿色产业，充分利用特色突出的旅游资源，发展集生态观光、农业生产为一体的多功能农业。生态及景观功能利用可配置棉花、油菜花、油葵、豆类等经济作物，以及茭白、丝瓜、甘蓝、向日葵、玉米、黄花菜等景观效益较高的作物，发挥观光农业、休闲农业和生态农业潜力，提高农业技术水平，实现创新发展。展现以农业生产为基本要素的生态农业，通过农业的正常生产与生活以及进一步加工活动，使耕地产出可供给游客的绿色、特色、健康产品，满足群众的物质需求。

对于人文功能潜力的发挥，可形成面向旅游的农事体验示范区，将农耕文化及文化故事种到地里，比如以农作物品种的起源，人格化、精神化的花草树木，农业观光物的农事风俗、红色故事来满足大众对农村自然文化风情的需求。通过耕地人文功能利用，提高农村田园风光、植物的生长以及民俗风情等所具有的价值，使游客回归自然，领略乡土意境，提升农业生产的文化内涵。

3 结论与讨论

3.1 结论

在分析低山丘陵区耕地环境及自然条件状况下，依据不同耕地表现出的空间分异，选取指标，对研究区耕地进行生产功能、生态功能、景观功能、人文功能评价，应用ArcGIS等软件确定了阜平县低山丘陵区耕地多功能潜力水平及空间分布情况，为耕地多功能利用提供参考，具体结论如下：

(1)结合气候要素、地质要素、水文要素、土壤要素、植被要素等方面下，研究分析耕地多功能潜力强弱，将其各功能划分为3个等级。受地形坡度和土壤有机质含量等条件限制，研究区耕地生产功能呈现中等水平，有进一步改造和提升空间；生态功能潜力水平偏高，主要分布于相对高海拔区域，需加强对地质灾害的保护工作；研究区耕地景观功能及人文功能水平偏低。

(2)将耕地多项功能评价结果相结合，通过叠加处理，确定了耕地地块各项功能效果，综合耕地多功能潜力，高功能耕地主要分布于研究区西部地区。该地区土质优良，生境质量较高，应该基于有利的自然条件，凸显农业优势，保持耕地多功能均衡发展态势。

(3)结合耕地地块各功能潜力等级，匹配生物组合，主导作物、辅助作物，建立农作物组合、景观组合，兼顾耕地各项功能同时发挥作用。依据土壤、气候、地形资源优势配置作物，形成集农作物生产、果蔬花卉等经济作物生产、观赏性农业、民俗农事体验为一体的耕地多功能利用格局。

3.2 讨论

耕地的多功能性使土地具有不同的效用，土地的多重效用推动农业的发展。根据功能叠加形成功能组合类型，可遴选适宜的多价值农作物及植物，建立农作物组合、植物组合、景观组合、人文组合。结合地块各功能等级，由等级最高的确定为主导功能，根据其功能发挥优先匹配对应要素作物，并兼顾其他功能同时匹配对应作物。其生态功能低、土壤贫瘠地块对应配置水土保持作物，来维护生态环境安全。兼顾耕地各项功能同时发挥作用，使土地产出农产品、人文产品、材料产品、旅游产品、学习产品、生态产品等。