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基于多源信息的耕地多功能评价与用途分区研究

何山  
【摘要】:随着我国社会经济的发展,快速工业化和城镇化造成耕地规模急剧下降,耕地质量受到威胁。这种城市发展与耕地保护的矛盾对于人多地少的大都市区来说尤为尖锐。并且随着城市居民需求结构的升级,大都市区耕地生产-生态-景观文化多功能复合利用价值日益突显。因此,在我国严格实施的永久基本农田保护制度“刚性”要求下,亟需发挥耕地的多功能性来实现耕地资源的可持续利用,从而进一步推进我国乡村振兴和生态文明建设战略的实施。本文以位于中国东南沿海典型经济强市、资源弱市的杭州市为研究区,借助遥感、地理信息系统等技术,充分挖掘多源农业大数据,对2010-2014年间杭州市耕地时空动态演变特征进行分析,并分别围绕耕地生产功能、生态功能及景观文化功能展开时空动态评价,尤其对大都市区尤为突显、现有研究却相对薄弱的耕地景观文化功能进行重点探索,然后在此基础上从供需匹配性和协同-权衡关系两方面对耕地多功能进行综合研究,从而服务于杭州市耕地用途分区划定,并建立不同发展目标下各用途区内的耕地多功能协同优化策略和保护措施,最终实现耕地复合功能的合理使用。主要研究内容和结论如下:(1)基于耕地特征变化情况把握现存问题并提出差别化管护的必要性从耕地占用和补充角度看,2010-2014年间杭州市耕地总体呈现出“占水田,补旱地”、“占城市周边,补边远地区”的空间变化规律。从耕地形态学空间格局角度看,杭州市城区附近的耕地呈现破碎化趋势,核心类减少、孤岛类增加;而远离城市的地区,由于耕地大量补充,耕地核心类增加,但边缘类、穿孔类也同比增长,耕地地块形状规整度下降。可见杭州市优质耕地因与经济发达地区高度空间重叠而受到“侵蚀”,耕地占用与补充的过程都需要更加科学的指导与参考,耕地差别化管理方式有待进一步完善。(2)评价分析耕地各单项功能,全面了解耕地功能基本信息①构建生产潜力综合评价指标体系,确定耕地生产功能时空格局本研究通过整合自然环境和社会利用因素构建耕地生产潜力综合评价指标体系,然后在对气候生产潜力进行系数修订的基础上,获得杭州市耕地综合生产潜力分布格局。结果显示,杭州市耕地综合生产潜力以二级水平居多(占比44.68%),一级生产潜力耕地也有大量分布(占比35.83%),三级生产潜力耕地较少(占比19.49%)。空间分布上,生产潜力较高的耕地主要聚集在杭州市余杭区、富阳区、萧山区以及桐庐县等地区,区域耕地土壤肥沃、地势平缓、水源丰富、交通便利且地块规整、连通性较高。生产潜力较低的耕地主要零星穿插分布在西北部、南部山地丘陵区,区内耕地土壤肥力较差、海拔较高、基础设施条件一般、地块形状不规则、连通性较差。时间变化上,杭州市2010-2014年间耕地综合生产潜力总体变化不大,区域变化差异主要由耕地面积变化而引起。②基于生态系统服务理念,明晰耕地生态功能时空格局基于生态系统服务理念,综合考虑功能的代表性、数据的可获取性、评估方法的科学性,选取土壤保持、生境维持、景观连通和环境健康四项子功能来综合表征耕地生态功能的时空分布特征。结果显示,杭州市耕地综合生态功能较弱,且优劣差异较大。其中生态功能一级区和二级区耕地分别占比7.82%和12.54%,主要零星分布在临安区、建德市和桐庐县等山地丘陵地区,区内耕地远离城市,人为干扰因素较少,周边林地环绕,耕地生境质量较高,生态系统趋于稳定,耕地生态功能相对较强。生态功能三级区耕地占比79.64%,主要分布在杭州市东北部主城区、余杭区、萧山区等平原地区,区域人口分布密集,建设开发强度极高,耕地生境质量较低、景观条件一般,耕地生态功能总体较弱。时间变化上,杭州市2010-2014年间耕地生态功能呈略微下降趋势,耕地生态保护任务依旧艰巨。③融合大数据和最大熵模型,探索耕地景观文化功能时空格局通过将休闲农业数据、乡村旅游人口数据、电子地图兴趣点等农业大数据,与最大熵模型、视野敏感度分析等进行融合,探索对耕地景观文化功能供应、需求和使用的空间量化与时空格局分析。结果显示,从供应角度看,耕地休闲游憩功能高度依赖人为因素,且主要集中在市中心附近;耕地景观美学功能与自然属性密切相关,主要分布在农村地区。耕地休闲游憩供应能力比景观美学增长快。从需求角度看,景观文化高需求耕地主要集中在市区及其附近常住人口和乡村旅游人口密集分布的地区。从使用角度看,耕地周边著名景点对其景观文化功能的使用具有积极的影响。研究还发现2010-2014年间耕地景观文化功能总体呈上升趋势。未来应保证人口稠密地区耕地的合理利用,在景观文化功能潜力区发展更适宜的农田,并且提高对景观文化利用率较低的耕地关注度,同时区域内的公共基础设施也需进一步完善。(3)围绕供需匹配性和协同-权衡关系开展耕地多功能综合评价首先采用常住人口、乡村旅游人口、GDP、绿地比例指标表征耕地各功能的需求水平,然后通过双变量Local Moran's I指数分析各功能的供需空间匹配情况。结果显示,杭州市耕地生态功能供需错位较多,景观文化功能供需匹配性相对较高,耕地生产功能供需匹配和供需错位区面积持平。在供需分析基础上,通过k-means聚类算法将杭州市耕地划分为四组类型区,分别为聚集在城市周边的高需求-景观功能主导区、位于城市郊区的较高需求-生产景观复合区、分布在农村地区的中需求-生产生态景观复合区、零星穿插在山地丘陵地区的低需求-生态功能主导区。此外,本研究还深入探索了耕地各功能间的协同-权衡关系。首先通过Spearman秩相关分析法进行耕地多功能相关性分析,结果显示耕地生产功能和景观文化功能之间表现出较强的协同关系,耕地生态功能与生产功能和景观文化功能间则主要表现为权衡关系。然后通过测算耦合协调度进行耕地多功能空间差异性分析,结果发现杭州市耕地多功能协调度高值区主要分布在北部和中部地势平缓地区,区域内各项功能协调发展;低值区则主要分布在西部山地丘陵区和东北部的萧山区境内,区域内各项功能发展不均衡。(4)基于多功能评价结果进行耕地空间用途分区并提出优化管理建议通过将耕地多功能供需聚类得到的四组类型区与耕地多功能耦合协调度进行叠加,将杭州市耕地进一步划分为六个用途区:(1)都市农业休闲区(占比8.32%),主要为城市周边的都市农田,城市居民对耕地各项功能都需求旺盛,建议耕地向多功能复合化、协同化方向发展;(2)绿色农业观光区(占比10.23%),主要分布在城市近郊区的余杭区、萧山区、富阳区等平原地区,区内耕地主要承载粮食生产功能,鼓励打造宜产、宜游、生态立体化的“绿色田园综合体”;(3)高效农业示范区(占比26.26%),主要分布在杭州近郊的萧山区、余杭区等地区,该部分耕地多功能耦合协调性一般,建议加强土壤环境污染治理和监管力度,发展科技型、生态型、劳动密集型农业;(4)景观农业生产区(占比9.98%),主要包括建德市、临安区、淳安县等境内的河谷平原耕地及成片分布的梯田,为农村地区的优质良田,建议依托其得天独厚的乡村山水田园风光及其周边分布的与历史古村、农耕文化密切相关的景区优势,促进耕地多功能整体性、协调性发展;(5)特色农业发展区(占比21.56%),主要分布在景观农业生产区周边,耕地景观较破碎,耕地多功能协调性一般,可通过土地综合整治提升耕地连片性,并加强特色农产品的推广,打造乡村农业品牌;(6)生态农业储备区(占比23.65%),主要零星分布在临安区、建德市、淳安县等低山丘陵地带,建议将被森林等包围的孤岛适当退耕还林、还草,通过土地整治提高靠近其它功能区耕地的利用水平,作为优质生态良田的储备耕地。


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