中國耕地多功能耦合協(xié)調時空演變及其驅動因素

張 玥，代亞強，陳媛媛，柯新利

?土地保障與生態(tài)安全?

中國耕地多功能耦合協(xié)調時空演變及其驅動因素

張 玥，代亞強，陳媛媛，柯新利※

（華中農(nóng)業(yè)大學公共管理學院，武漢 430070）

為探究耕地多功能耦合協(xié)調演變規(guī)律及其驅動因素，該研究依據(jù)2000－2018年中國30個省級行政區(qū)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，綜合評價耕地“生產(chǎn)-生活-生態(tài)”三維功能水平并采用核密度估計和可視化制圖刻畫耕地多功能時空特征，進而采用耦合協(xié)調度模型分析耕地多功能耦合協(xié)調關系，最終采用地理探測器識別耕地多功能耦合協(xié)調演變的驅動因素并解析其驅動機制。研究結果表明：1）耕地生產(chǎn)功能水平、生活功能水平和生態(tài)功能水平分別處于[0.030, 0.608]、[0.042, 0.672]和[0.058, 0.897]范圍，生產(chǎn)功能呈現(xiàn)上升-下降-上升波動變化，生活功能水平先上升后下降，生態(tài)功能水平則整體小幅提升，各項功能均具有極化特征。耕地生產(chǎn)功能、生活功能和生態(tài)功能空間格局分別呈現(xiàn)“東高西低”“北高南低”和“西高東低”分布特征。2）耕地多功能耦合協(xié)調水平處于[0.093, 0.554]范圍，整體穩(wěn)步提升但水平仍然較低，多數(shù)省份耕地多功能仍為失調狀態(tài)。耕地多功能耦合協(xié)調空間格局逐漸呈現(xiàn)集聚提升的演化特征，東北地區(qū)、京津冀地區(qū)和長三角地區(qū)耕地多功能耦合協(xié)調水平較高，西北地區(qū)則處于較低水平。3）耕地多功能耦合協(xié)調度演變受經(jīng)營主體條件、農(nóng)業(yè)發(fā)展水平、工業(yè)發(fā)展水平和城鎮(zhèn)化水平影響顯著，其中，經(jīng)營主體條件和城鎮(zhèn)化水平對耕地多功能耦合協(xié)調度演變的驅動力較強，農(nóng)業(yè)發(fā)展水平和工業(yè)發(fā)展水平次之。各驅動因素交互作用類型均為雙因子增強或非線性增強，因素交互作用正向強化了各驅動因素對耕地多功能耦合協(xié)調度演變的驅動力。研究結果為充實豐富耕地多功能研究提供了實證指導，同時為推進耕地資源差異化治理和耕地多功能互促提升提供了決策支撐。

土地利用；耕地；多功能；耦合協(xié)調度；時空演變；驅動因素

0 引 言

耕地資源是人類賴以生存和發(fā)展的基礎自然資源和重要空間載體，其功能衍生與需求層次升級和社會經(jīng)濟革新密切相關[1]。伴隨中國由農(nóng)耕文明過渡為工業(yè)文明進而走向生態(tài)文明，人的需求也經(jīng)歷著“生存-享受-發(fā)展”的漸次演進，耕地多功能已然成為耕地利用的合理方向。從家庭聯(lián)產(chǎn)承包責任制改革著力解決人民溫飽問題，到改革開放推進工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進程，再到鄉(xiāng)村振興和生態(tài)文明建設提升人類福祉、促進可持續(xù)發(fā)展，耕地利用承擔著促進經(jīng)濟發(fā)展、維護社會穩(wěn)定和保障生態(tài)安全等多重任務[2-3]。與此同時，耕地資源的稀缺性日益凸顯，糧食安全、生態(tài)保護與城鎮(zhèn)發(fā)展的用地矛盾和空間競爭愈發(fā)激烈，嚴重催化了耕地資源隱性流失，抑制了耕地生產(chǎn)潛能發(fā)揮，同時削弱了其社會貢獻價值并引發(fā)生態(tài)系統(tǒng)退化[4-5]，有違耕地保護底線原則和永續(xù)利用科學理念。當前，傳統(tǒng)的、單一的耕地生產(chǎn)功能管理模式已難以適配多元化的耕地利用現(xiàn)實形勢，同時因其忽視耕地利用復合價值、抑制微觀主體保護動力而未能充分助力耕地保護實踐。因此，在中國新發(fā)展階段與新發(fā)展格局背景下，耕地多功能協(xié)調利用不僅是順應社會經(jīng)濟發(fā)展、滿足人民美好需求的必然選擇，同時是平衡多方利益關系、強化耕地保護實效的重要手段。對此，積極開展耕地多功能實證研究與機制探討，尤其是探清耕地多功能耦合協(xié)調規(guī)律表征與現(xiàn)實癥結，對提升耕地利用綜合效能、促進耕地管理創(chuàng)新轉型具有重要的科學意義和現(xiàn)實意義。

長期以來，耕地多功能研究已逐漸形成“內涵界定-現(xiàn)狀評價-管理調控”的研究脈絡，并在宏觀-中觀-微觀不同研究尺度上加以表達。在內涵界定方面，多功能概念起源于農(nóng)業(yè)領域，并逐漸應用至土地利用、景觀管理、生態(tài)系統(tǒng)服務等領域[6-8]。耕地系統(tǒng)是自然、經(jīng)濟、社會和生態(tài)子系統(tǒng)高度耦合的復合系統(tǒng)，耕地多功能是指在復雜因素交互作用下耕地提供產(chǎn)品和服務以滿足人類需求的各項能力[9-10]。依據(jù)耕地多功能內涵對其類型加以細分，耕地多功能不僅包括提供糧食、蔬菜等重要農(nóng)作物的生產(chǎn)能力，同時包括保障農(nóng)民生活、維持農(nóng)村穩(wěn)定等的生活功能和提供氣候調節(jié)、水源涵養(yǎng)、環(huán)境凈化等生態(tài)系統(tǒng)服務的生態(tài)能力，兼具阻隔城鎮(zhèn)空間、承載鄉(xiāng)土文化等其他衍生功能[11-12]。在現(xiàn)狀評價方面，眾多學者多基于耕地多功能內涵界定及類型劃分構建評價體系，采用各類綜合評價方法、三角模型、空間收斂性法等從多角度揭示耕地多功能時空演變特征及規(guī)律[13-16]。在管理調控方面，基于不同研究單元的耕地多功能評價結果，耕地多功能管理可綜合運用分區(qū)調控、重點保護、典型模式推廣等手段進行合理引導和科學調控[2,17]?，F(xiàn)有耕地多功能研究已初步構建從內涵認知到管理應用的研究體系，為本文提供了重要的理論基礎和實踐支撐。耕地利用系統(tǒng)是經(jīng)濟-社會-生態(tài)子系統(tǒng)構成的復合系統(tǒng)，耕地多功能共存于同一區(qū)域實體且具有此消彼長的內在關聯(lián)，因而耕地多功能研究需充分關注并著力厘清功能結構性、共生性和協(xié)同性特征表達及其演化邏輯。然而，現(xiàn)有耕地多功能研究多關注功能時空分異特征和權衡協(xié)同關系，并多在區(qū)域、省級、市級尺度開展實證研究，因而其未能從全局視角充分研判耕地多功能耦合協(xié)調總體水平及其階段性規(guī)律，而且研究結論和實踐建議具有明顯的地域性、典型性特征。耕地多功能耦合協(xié)調水平是衡量耕地子功能交互影響程度的重要指標，其時序更替性和空間特定性可反映耕地利用綜合效能的實現(xiàn)程度。中國不同地區(qū)自然資源稟賦、耕地利用模式、社會經(jīng)濟水平等各具特點，耕地利用主導功能及其與其他衍生功能關系不盡相同，針對國家層面省域尺度的宏觀研究有待開展。同時，鮮少研究定量識別耕地多功能耦合協(xié)調的驅動因素，尤其是未能全面考察耕地利用系統(tǒng)“內生-外緣”作用力以深入剖析耕地多功能演進的內在機理，難以為耕地多功能優(yōu)化管控和統(tǒng)籌協(xié)調提供充分的決策支撐。耕地利用系統(tǒng)是受社會經(jīng)濟環(huán)境影響的復雜巨系統(tǒng)，要素間相互關聯(lián)、彼此制約的關系推動著各子功能演化重塑，影響著耕地多功能發(fā)揮程度和協(xié)調穩(wěn)態(tài)。因此，診斷耕地多功能耦合協(xié)調演變“內生-外緣”驅動因素，深入解析各因素作用機制，可為促進耕地功能協(xié)同融合提供科學依據(jù)。

鑒于此，本文構建“生產(chǎn)-生活-生態(tài)”三維耕地多功能評價體系，采用2000－2018年中國30個省級行政區(qū)面板數(shù)據(jù)開展耕地多功能實證探究，刻畫并分析耕地多功能時序特征和空間格局，并采用地理探測器識別耕地多功能耦合協(xié)調度時空演變的驅動因素，以期為制定耕地優(yōu)化配置方案、實施耕地資源差異化治理提供科學依據(jù)和政策建議。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

本研究構建“生產(chǎn)-生活-生態(tài)”三維耕地多功能評價模型，綜合評價2000－2018年中國30個省級行政區(qū)耕地多功能水平，采用核密度估計和可視化制圖刻畫耕地多功能時空演進特征，進而采用耦合協(xié)調度模型分析耕地多功能耦合協(xié)調關系及其演變規(guī)律，最終采用地理探測器識別耕地多功能耦合協(xié)調度演變的驅動因素（圖1）。

1.1.1 耕地多功能評價模型

耕地系統(tǒng)是自然-人工的復合系統(tǒng)，具有經(jīng)濟、社會、生態(tài)等多重屬性，其功能因人類利用活動而存在。中國耕地利用和保護的重心在于保障糧食供給、維持社會穩(wěn)定和維護生態(tài)安全3個維度，分別對應耕地的生產(chǎn)、生活和生態(tài)3種功能。結合現(xiàn)有研究成果[2,17-18]，依據(jù)系統(tǒng)性、科學性和數(shù)據(jù)可獲取性等原則，本文選取12項評價指標綜合評價耕地多功能，指標體系及具體釋義如表1所示。

1）生產(chǎn)功能。生產(chǎn)功能是耕地最基本、最核心的功能，反映耕地生產(chǎn)活動提供農(nóng)產(chǎn)品的能力[18]。本文綜合考慮耕地利用的實際產(chǎn)出與耕作狀況，選取糧食單產(chǎn)水平、耕地地均產(chǎn)值、復種指數(shù)和土地墾殖率4項指標予以衡量。其中，糧食單產(chǎn)水平與耕地地均產(chǎn)值分別表征實物產(chǎn)量水平和經(jīng)濟產(chǎn)出水平以反映耕地利用的實際產(chǎn)出，復種指數(shù)和土地墾殖率則分別表征農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動強度和耕地開發(fā)更新程度以反映耕地利用的耕作狀況。

2）生活功能。生活功能是耕地最主要的衍生功能之一，反映耕地保障糧食安全和農(nóng)民生活的能力[19]。為體現(xiàn)耕地利用滿足城鄉(xiāng)居民糧食需求和保障糧食穩(wěn)定自給的糧食安全保障功能，本文選取人均糧食保障率予以反映，具體參照國際慣例，以每年人均400 kg糧食為基準進行測算[2]。為體現(xiàn)耕地利用承載農(nóng)村剩余勞動力和滿足促進農(nóng)村社會經(jīng)濟發(fā)展需求的農(nóng)民生活保障功能，本文選取家庭農(nóng)業(yè)收入比重、農(nóng)業(yè)從業(yè)人員比重和人均農(nóng)業(yè)機械化水平3項指標予以反映。為與下文農(nóng)業(yè)發(fā)展水平驅動因素中的第一產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員數(shù)進行區(qū)分，此處采用從業(yè)人員比重值衡量耕地生活功能的勞動人員承載能力。

3）生態(tài)功能。生態(tài)功能反映耕地維持生物多樣性、提供生態(tài)系統(tǒng)服務和維護農(nóng)田生態(tài)健康的能力，不僅與耕地自身生態(tài)本底有關，同時受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的影響[20-21]。本文選取農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)多樣性和耕地占生態(tài)用地比例2項指標反映耕地的生態(tài)本底條件[4,18,22]，其中，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)多樣性通過各品種作物播種面積與農(nóng)作物播種面積之比加以測算。同時，本文選取人均耕地生態(tài)承載力和耕地利用化學負荷反映耕地的生態(tài)系統(tǒng)服務供給和農(nóng)田生態(tài)環(huán)境狀況。

表1 耕地多功能評價指標體系

依據(jù)耕地多功能評價指標體系，采用極差標準化法對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理，采用熵值法確定指標權重，最后采用線性加權法計算得到各省耕地多功能水平。計算方法如下：

式中為第個省份第項評價指標標準化數(shù)值；為第項評價指標權重；為第個省份的耕地多功能綜合分值，取值區(qū)間為[0,1]，數(shù)值越大，則耕地多功能水平越高。

1.1.2 核密度估計

核密度估計（kernel density estimation，KDE）主要優(yōu)勢在于不依賴數(shù)據(jù)分布的先驗知識，不設置參數(shù)模型的基本假設，從數(shù)據(jù)本身出發(fā)用連續(xù)的密度函數(shù)描述變量階段分布特征和時序演進規(guī)律[23-24]。因此，借助Eviews8.0軟件，本文采用核密度估計方法刻畫耕地多功能階段性、動態(tài)性特征，具體計算方法可參考文獻[23]。

1.1.3 耦合協(xié)調度模型

耦合協(xié)調度常用以表征兩個及以上子系統(tǒng)在發(fā)展演化過程中的協(xié)調一致程度[25]。本文構建耕地多功能耦合協(xié)調度模型，用以定量評價耕地生產(chǎn)功能、生活功能和生態(tài)功能的交互作用。在耦合協(xié)調度模型中，耦合度表征子系統(tǒng)之間的相互作用強弱程度；協(xié)調度表征子系統(tǒng)相互作用關系中良性互動強弱程度[26-27]；最終，耦合協(xié)調度表征子系統(tǒng)耦合交互的協(xié)同程度。耦合協(xié)調度具體計算方法及類型劃分依據(jù)可參考文獻[28-29]。

1.1.4 地理探測器

耕地多功能耦合協(xié)調度時空演變受內生驅動和外在驅動的雙重影響，識別耕地多功能耦合協(xié)調度時空演變的驅動因素對實現(xiàn)耕地充分利用和有效保護具有重要的參考意義。依據(jù)現(xiàn)有研究[4,18,30-32]，本文從經(jīng)營主體條件、農(nóng)業(yè)發(fā)展水平、工業(yè)發(fā)展水平和城鎮(zhèn)化水平4個方面考察各因素對耕地多功能耦合協(xié)調度時空演變的影響程度（表2）。依據(jù)代表性和數(shù)據(jù)可獲取性原則，在經(jīng)營主體條件方面，選取農(nóng)村居民人均純收入和農(nóng)村居民消費水平作為表征指標，反映耕地綜合利用理念的認知程度和功能實現(xiàn)程度的保障條件[33]；在農(nóng)業(yè)發(fā)展水平方面，選取第一產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員數(shù)和第一產(chǎn)業(yè)增加值占比作為表征指標，反映農(nóng)業(yè)發(fā)展集約化、現(xiàn)代化水平。為與上文耕地多功能評價指標體系中的農(nóng)業(yè)從業(yè)人員比重進行區(qū)分，此處采用第一產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員數(shù)和增加值占比共同反映農(nóng)業(yè)發(fā)展水平驅動作用；在工業(yè)發(fā)展水平方面，選取第二產(chǎn)業(yè)增加值占比和規(guī)模以上工企業(yè)個數(shù)作為表征指標，反映工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀對耕地多功能發(fā)揮的經(jīng)濟支撐和需求引導；在城鎮(zhèn)化水平方面，選取城鎮(zhèn)人口占比和城鎮(zhèn)道路面積作為表征指標，反映城鎮(zhèn)化發(fā)展對耕地資源本底條件及其功能水平的外力改造和強度加載。

表2 耕地多功能耦合協(xié)調度驅動因素指標選取

地理探測器（geographical detector）是探析地理現(xiàn)象空間分異形成機理的重要方法，其優(yōu)勢在于不設置線性假設和條件限制，可客觀探測定性因子和定量因子的驅動作用及不同因子間的交互作用[34]。因此，本文首先運用自然斷點法對驅動因素進行離散化和類別化處理，進而采用地理探測器定量識別各驅動因素作用程度及因素交互作用。地理探測器具體計算過程和驅動因素交互作用類型判別依據(jù)可參考文獻[34]。

1.2 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

由于西藏、香港、澳門及臺灣數(shù)據(jù)缺失，本文選取中國30個省級行政區(qū)為研究單元，其中包括22個省、4個自治區(qū)、4個直轄市。本文使用的數(shù)據(jù)包括統(tǒng)計數(shù)據(jù)與行政區(qū)劃數(shù)據(jù)。其中，統(tǒng)計數(shù)據(jù)均來源于2001－2019年《中國統(tǒng)計年鑒》《中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》、中國環(huán)境數(shù)據(jù)庫。因上述指標相鄰年份數(shù)據(jù)具有關聯(lián)性、較少發(fā)生異常變動，因此個別年份缺失數(shù)據(jù)采用趨勢外推或插值法進行近似獲取[35]。行政區(qū)劃數(shù)據(jù)來源于中科院地理科學與資源研究所資源環(huán)境科學與數(shù)據(jù)中心（http:// www. resdc.cn/）。

2 結果與分析

2.1 耕地多功能評價

2.1.1 時序演變特征

依據(jù)耕地各功能水平評價結果，繪制2000－2018年耕地生產(chǎn)、生活和生態(tài)功能水平核密度曲線圖（圖2）。1）從耕地生產(chǎn)功能核密度曲線來看，曲線重心經(jīng)歷“右-左-右”遷移軌跡，曲線始終為單一波峰且高度逐漸下降，表明研究期內中國耕地生產(chǎn)功能水平整體呈現(xiàn)上升-下降-上升的波動趨勢，各省生產(chǎn)功能處于極化狀態(tài)且差異有所擴大；2）從耕地生活功能核密度曲線來看，2000－2015年重心持續(xù)向右遷移，2015－2018年重心輕微向左遷移，曲線保持單一波峰且高度持續(xù)下降，表明研究期內中國耕地生活功能水平整體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，各省生活功能呈現(xiàn)兩極分化狀態(tài)且差異逐漸擴大；3）從耕地生態(tài)功能核密度曲線來看，曲線重心輕微向右遷移，曲線單一波峰于2000－2015年持續(xù)下降，后于2015－2018年上升，表明中國耕地生態(tài)功能水平整體呈現(xiàn)小幅提升，省域間耕地生態(tài)功能水平差異呈現(xiàn)先擴大后縮小的特征。

圖2 2000－2018年中國耕地多功能時序特征

2.1.2 空間格局特征

為直觀展現(xiàn)各功能空間分布，繪制耕地生產(chǎn)功能、生活功能和生態(tài)功能空間格局圖。從耕地生產(chǎn)功能來看，研究期內中國耕地生產(chǎn)功能水平處于[0.030, 0.608]范圍，高水平區(qū)集中位于黃淮海平原并逐漸向東北平原和長江中下游地區(qū)延伸，低水平區(qū)則分散位于西北地區(qū)和西南地區(qū)，大體呈現(xiàn)“東高西低”的空間非均衡格局（圖3）。具體來看：1）2000年，耕地生產(chǎn)功能高水平區(qū)集中在黃淮海平原，得益于其平坦廣闊的地形和較為完善的農(nóng)業(yè)設施；2）2005－2015年，耕地生產(chǎn)功能高水平區(qū)集中在黃淮海平原和長江中下游地區(qū)，四川盆地耕地生產(chǎn)功能有所下降而云貴地區(qū)、華南部分地區(qū)則有所提升；3）2018年，耕地生產(chǎn)功能高水平區(qū)集中位于東北平原、黃淮海平原和長江中下游地區(qū)，低水平區(qū)位于西北地區(qū)和西南地區(qū)，耕地生產(chǎn)功能受限于崎嶇地形、水熱條件較差、農(nóng)業(yè)設施等條件[36-37]。總體而言，研究期內耕地生產(chǎn)功能空間格局以黃淮海平原、長江中下游地區(qū)等重要農(nóng)業(yè)區(qū)為核心輻射延展，耕地生產(chǎn)功能整體水平有所提升。

從耕地生活功能來看，研究期內中國耕地生活功能水平處于[0.042, 0.672]范圍，高水平區(qū)分散位于黃淮海平原、東北平原和新疆地區(qū)，隨后延伸至江漢平原和長江中下游地區(qū)，低水平區(qū)則位于京津地區(qū)、云貴地區(qū)和華南地區(qū)，大體呈現(xiàn)“北高南低”的空間非均衡格局（圖4）。1）2000－2005年，耕地生活功能高水平省份為新疆、黑龍江和江蘇，新疆產(chǎn)業(yè)結構以第一產(chǎn)業(yè)為主，其余兩省為重要的糧食主產(chǎn)區(qū)，耕地資源可為農(nóng)民生活提供較大保障；2）2010－2015年，耕地生活功能高水平區(qū)以上述三省為核心延伸至北方干旱半干旱區(qū)、東北平原、黃淮海地區(qū)和長江中下游北部地區(qū)；3）2018年，耕地生活功能較高水平區(qū)向長江中下游南部地區(qū)拓展，該空間格局與耕地生產(chǎn)功能高水平區(qū)布局具有相似性。研究期內，耕地生活功能低水平區(qū)分散位于云貴地區(qū)、華南地區(qū)和西北三省。其中，華南地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達、農(nóng)民生計選擇多樣，云貴地區(qū)和西北三省人口外遷嚴重，耕地生活保障作用較為薄弱。

從耕地生態(tài)功能來看，研究期內中國耕地生態(tài)功能水平處于[0.058, 0.897]范圍，高水平區(qū)集中位于東北地區(qū)和西南地區(qū)并逐漸延伸至黃淮海平原和四川盆地及周邊地區(qū)，低水平區(qū)則位于京津冀地區(qū)和長江中部地區(qū)，大體呈現(xiàn)“西高東低”的空間格局（圖5）。具體來看：1）2000－2005年，耕地生態(tài)功能高水平區(qū)集中位于東北地區(qū)和西南地區(qū)，其中，東北地區(qū)耕地資源豐富、規(guī)模經(jīng)營較為成熟，西南地區(qū)化肥、農(nóng)藥等農(nóng)資投放量較少。同時，內蒙古人均耕地資源較多且規(guī)模經(jīng)營范圍較廣，因而耕地生態(tài)功能穩(wěn)定保持高水平。耕地生態(tài)功能低水平區(qū)則位于京津冀地區(qū)、長三角地區(qū)和長江中部地區(qū)，上述地區(qū)耕地資源約束趨緊且利用強度增大，因而其耕地生態(tài)系統(tǒng)愈加脆弱、生態(tài)功能逐漸退化；2）2010－2015年，耕地生態(tài)功能高水平區(qū)向黃淮海平原和四川盆地及周邊地區(qū)拓展，同時在生態(tài)文明理念倡導與經(jīng)濟發(fā)展基礎保障的雙重作用下，低水平區(qū)生態(tài)逐漸改善；3）2018年，耕地生態(tài)功能仍然保持“西高東低”的格局特征。

注：西藏、香港、澳門、臺灣數(shù)據(jù)暫缺。下同。

圖4 2000－2018年中國耕地生活功能空間格局

2.2 耕地多功能耦合協(xié)調度評價

從耕地多功能耦合協(xié)調時序演變來看，研究期內中國耕地多功能耦合協(xié)調水平處于[0.093, 0.554]范圍，整體呈現(xiàn)穩(wěn)步提升趨勢但水平仍然較低，多數(shù)省份耕地多功能為失調狀態(tài)，表明中國耕地多功能正在由無序沖突轉為有序發(fā)展，但耕地多功能耦合協(xié)調水平仍存在較大提升空間。從耕地多功能耦合協(xié)調空間格局來看，研究期內中國耕地多功能耦合協(xié)調度逐漸呈現(xiàn)集聚提升的演化特征（圖6）。具體來看：1）2000年，除內蒙古、黑龍江和江蘇耕地多功能為輕度失調外，中度失調省份多位于京津冀地區(qū)、東南沿海地區(qū)和中部地區(qū)，嚴重失調和極度失調省份位于西北地區(qū)；2）2005－2015年，吉林耕地多功能提升至勉強協(xié)調類型，黑龍江和上海提升至瀕臨失調類型，輕度失調省份多位于四川盆地和長江中下游地區(qū)；3）2018年，東北地區(qū)耕地多功能耦合協(xié)調水平較高，西北地區(qū)雖有所提升但耦合協(xié)調水平仍然較低。由此可見，耕地多功能退耦現(xiàn)象有所改善，多功能逐漸形成協(xié)同提升的良性演化關系。

圖5 2000－2018年中國耕地生態(tài)功能空間格局

圖6 2000－2018年中國耕地多功能耦合協(xié)調度空間格局

耕地多功能是耕地利用的內在屬性和客觀需求，其實質是耕地系統(tǒng)與經(jīng)濟、社會和環(huán)境持續(xù)交換物質、能量與信息的過程[9]。耕地多功能是單項功能關聯(lián)反饋、互動融合而形成的有機整體，并非單項功能的獨立發(fā)揮與機械疊加。在耕地資源長期稀缺的前提下，耕地利用需求不斷衍生引致耕地功能競爭消長、損益平衡，宏觀政策制定執(zhí)行與微觀農(nóng)戶決策行動均折射為耕地多功能耦合協(xié)調水平的動態(tài)演化和區(qū)域異質分布[9]。京津冀地區(qū)、長三角地區(qū)等經(jīng)濟發(fā)達區(qū)農(nóng)業(yè)機械化、專業(yè)化程度較高，同時，其綠色的市場消費導向和先進的生態(tài)保護理念進一步促進耕地多功能有序分化[11,38]。東北地區(qū)具有優(yōu)越的資源稟賦條件和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎，加之其積極推廣采用保護性耕作技術和治理修復措施，因而該地區(qū)耕地多功能水平較高。西北地區(qū)耕地利用與改造難度較大，同時該地區(qū)技術推廣較為滯后、市場化程度提升緩慢，相對滯后的耕地利用認知程度和改造能力阻礙了耕地多功能優(yōu)化提升，仍需合理引導和積極促進。

2.3 耕地多功能耦合協(xié)調度驅動因素

2.3.1 單因子驅動探測

在揭示中國耕地多功能耦合協(xié)調度演變規(guī)律的基礎上，采用地理探測器模型探析各驅動因素對耕地多功能耦合協(xié)調度的驅動力（表3）。各驅動因素均通過1%的顯著性水平檢驗，表明經(jīng)營主體條件、農(nóng)業(yè)發(fā)展水平、工業(yè)發(fā)展水平和城鎮(zhèn)化水平對耕地多功能耦合協(xié)調度演變均具有驅動作用，但不同因素的驅動力不盡相同，經(jīng)營主體條件和城鎮(zhèn)化水平對耕地多功能耦合協(xié)調度演變的驅動力較強，農(nóng)業(yè)發(fā)展水平和工業(yè)發(fā)展水平的驅動力次之。

2.3.2 雙因子交互探測

在識別耕地多功能耦合協(xié)調度演變驅動因素的基礎上，進一步探究各驅動因素交互作用對其影響（圖7）。具體如下：1）研究期內，各驅動因素交互作用類型均為雙因子增強或非線性增強，表明雙因素交互作用正向強化了各驅動因素對耕地多功能耦合協(xié)調度演變的驅動力。同時，雙因子增強類型由8組減至2組，非線性增強類型由20組增至26組，表明驅動因素交互作用漸趨增強、合力作用趨勢逐漸顯現(xiàn)；2）農(nóng)村居民人均純收入（1）、農(nóng)村居民消費水平（2）、第一產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員數(shù)（3）與其他驅動因素交互作用有所增強，第一產(chǎn)業(yè)增加值占比（4）、第二產(chǎn)業(yè)增加值占比（5）與其他驅動因素交互作用有所減弱，進一步驗證，經(jīng)營主體條件和城鎮(zhèn)化水平對耕地多功能耦合協(xié)調度演變的驅動力較為主導，兩者與農(nóng)業(yè)發(fā)展水平、工業(yè)發(fā)展水平共同作用引致耕地多功能耦合協(xié)調度呈現(xiàn)上述演變規(guī)律。因此，本文將從經(jīng)營主體條件、農(nóng)業(yè)發(fā)展水平、工業(yè)發(fā)展水平和城鎮(zhèn)化水平四個方面具體闡述耕地多功能耦合協(xié)調度演變驅動機制。

表3 耕地多功能耦合協(xié)調演變驅動因素探測結果

圖7 耕地多功能耦合協(xié)調演變驅動因素交互作用探測結果

2.3.3 驅動機制解析

耕地系統(tǒng)是開放的、受人為干預明顯的復雜巨系統(tǒng)，其多功能耦合協(xié)調度演變受社會經(jīng)濟諸多要素影響，即內生驅動和外生驅動綜合作用（圖8），具體驅動機制如下：

1）經(jīng)營主體條件反映農(nóng)村居民對耕地綜合利用理念的認知程度和對耕地綜合利用開展的保障條件，是影響耕地功能發(fā)揮的基礎因素。一方面，農(nóng)村居民開始適應并追求多元化從業(yè)方式，農(nóng)村剩余勞動力加快析出并逐步獲取穩(wěn)定就業(yè)機會，以致農(nóng)村居民逐漸脫離對耕地資源的生存依賴，有助于激發(fā)耕地流轉行為，實現(xiàn)規(guī)?；?jīng)營，對耕地生產(chǎn)功能和生活功能提升具有促進作用[32,39]；另一方面，農(nóng)村居民感知市場需求信息和消費升級導向的敏銳性增強，逐漸關注耕地生態(tài)功能提升和生態(tài)效益挖掘，進一步促進了耕地多功能相互融合與良性互饋。

2）農(nóng)業(yè)發(fā)展水平反映農(nóng)業(yè)發(fā)展集約化、現(xiàn)代化水平，是影響耕地功能發(fā)揮的重要因素之一。伴隨著傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)發(fā)展理念的逐步改觀，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)不僅要求耕地資源發(fā)揮糧食供給作用，同時提倡耕地利用經(jīng)濟-社會-生態(tài)效益的統(tǒng)籌兼顧。農(nóng)業(yè)發(fā)展水平提高為耕地多功能利用創(chuàng)造了良好的基礎保障，促進多功能協(xié)調發(fā)展并正向反饋于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。但是，農(nóng)業(yè)發(fā)展水平加速了農(nóng)業(yè)機械化推廣與水利化改造建設，雖有助于高效利用耕地，但一定程度上破壞了耕地本底生態(tài)，加重了耕地利用負擔，進而影響生態(tài)功能的保持和發(fā)揮，以致耕地多功能難以有效協(xié)同。

3）工業(yè)發(fā)展水平反映工業(yè)發(fā)展對耕地多功能顯化的支撐能力和引導作用，是影響耕地功能發(fā)揮的誘導因素。工業(yè)發(fā)展刺激消費需求增長和消費結構升級，誘發(fā)耕地利用投入結構、種植結構、經(jīng)營方式等發(fā)生改變[30]，驅動傳統(tǒng)耕地利用方式轉型。另一方面，工業(yè)快速發(fā)展會攫取甚至破壞耕地資源，對耕地資源數(shù)量和質量均產(chǎn)生負面影響。為穩(wěn)定并提高有限耕地資源的經(jīng)濟產(chǎn)出，大量追加化肥、農(nóng)藥等化學生產(chǎn)要素是促進生產(chǎn)的直接手段之一。但是，高強度、高能耗的耕地利用方式抑制了耕地生態(tài)功能的發(fā)揮，從而影響耕地多功能全面協(xié)調發(fā)展。

4）城鎮(zhèn)化水平反映城鎮(zhèn)化發(fā)展對耕地利用的改造方向和強度，是影響耕地功能發(fā)揮的關鍵因素。城鎮(zhèn)化發(fā)展逐漸破除城鄉(xiāng)發(fā)展壁壘，城鎮(zhèn)人口聚集增加和生活水平改善提升對耕地利用提出了更高品質的效益需求，推動了耕地多功能協(xié)調發(fā)展[4,30]。但同時，城市空間擴張迫使耕地向城鎮(zhèn)建設用地轉變，對耕地生產(chǎn)本底造成了負面影響。另外，城鎮(zhèn)化發(fā)展也會導致農(nóng)業(yè)勞動力質量降低、農(nóng)業(yè)發(fā)展活力喪失，雖耕地多重效益需求膨脹但多功能利用開展存在一定難度，因此城鎮(zhèn)化發(fā)展會對耕地多功能培育和發(fā)展產(chǎn)生負向影響。

圖8 耕地多功能耦合協(xié)調演變驅動機制分析框架

3 討 論

耕地是自然-人工充分交互的復雜巨系統(tǒng)，其多功能發(fā)揮具有明顯的階段分化和地域分異特征。因此，本文從時空二維視角綜合評價耕地多功能水平及其演變規(guī)律，同時進一步考察耕地多功能耦合協(xié)調關系，通過定量探測驅動因素和定性解構驅動機制相結合的方法深入探究耕地多功能耦合協(xié)調演變的作用機理，嘗試遵循“表征刻畫-動因識別-機理剖析”的研究邏輯豐富耕地多功能理性認識。耕地多功能為耕地利用提供了合理方向并為耕地價值顯化提供了具體路徑，耕地多功能管理應結合資源優(yōu)勢與發(fā)展環(huán)境以制定精細化、差異化的管控方案及保障措施。

在“高效利用+高度保護”的可持續(xù)理念引導下，耕地多功能管理不僅應該針對性滿足區(qū)域社會經(jīng)濟增長和居民生活改善對農(nóng)業(yè)和耕地的適度要求，充分利用社會多元需求和現(xiàn)代化發(fā)展提供的有利機遇顯化自身價值，同時應強調耕地質量提升和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定以實現(xiàn)耕地永續(xù)利用。在耕地多功能利用發(fā)展較為活躍的地區(qū)，政府和各經(jīng)營主體應充分利用地區(qū)資源優(yōu)勢和市場優(yōu)勢，通過釋放市場消費潛力、激發(fā)耕地多功能利用活力。在耕地資源有限但市場需求旺盛的背景下，該類地區(qū)應充分利用發(fā)展耕地多功能的先行條件，著力打造生態(tài)綠色農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代設施農(nóng)業(yè)、典型特色農(nóng)業(yè)等，通過推動多樣化、高端化、綠色化的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)融合，保障經(jīng)營主體收益、助力耕地多功能價值顯化。同時，這類地區(qū)應自下而上地推進耕地多功能管理制度完善和路徑創(chuàng)新，為耕地可持續(xù)利用提供良好的制度支撐。在耕地多功能耦合協(xié)調水平較低的地區(qū)，決策者可以通過加強規(guī)劃布局引導、指標控制、經(jīng)濟補貼、監(jiān)測預警等多種方式實行耕地多功能管理，在不降低耕地商品性生產(chǎn)功能的前提下，激勵農(nóng)戶參與耕地衍生功能的培育和挖掘，發(fā)揮農(nóng)戶保護與利用耕地的主觀能動性，因勢利導、因地制宜地實現(xiàn)耕地利用轉型。

4 結 論

本文以2000－2018年中國30個省級行政區(qū)為研究單元，開展“生產(chǎn)-生活-生態(tài)”三維耕地多功能評價并采用核密度估計和可視化制圖刻畫耕地多功能時空演進特征，進而采用耦合協(xié)調度模型分析耕地多功能耦合協(xié)調關系及其演變規(guī)律，最終采用地理探測器識別耕地多功能耦合協(xié)調演變的驅動因素。研究主要結論如下：

1）從時序演變特征來看，耕地生產(chǎn)功能水平呈現(xiàn)上升-下降-上升的波動變化，生活功能水平先上升后下降，生態(tài)功能水平則整體小幅提升，各功能均具有極化特征。從空間格局特征來看，耕地生產(chǎn)功能、生活功能和生態(tài)功能分別呈現(xiàn)“東高西低”“北高南低”和“西高東低”的空間非均衡格局。

2）從時序演變來看，中國耕地多功能耦合協(xié)調水平整體穩(wěn)步提升但水平仍然較低，多數(shù)省份耕地多功能為失調狀態(tài)，表明中國耕地多功能正在由無序沖突轉為有序發(fā)展，但耕地多功能耦合協(xié)調水平仍需進一步提升。從空間格局來看，中國耕地多功能耦合協(xié)調度逐漸呈現(xiàn)集聚提升的演化特征。

3）耕地多功能耦合協(xié)調度演變受經(jīng)營主體條件、農(nóng)業(yè)發(fā)展水平、工業(yè)發(fā)展水平和城鎮(zhèn)化水平影響顯著，但不同因素的驅動力不盡相同。各驅動因素交互作用類型均為雙因子增強或非線性增強，且非線性增強類型逐漸增多，表明耕地多功能耦合協(xié)調演變?yōu)閮壬寗雍屯庠隍寗与p重影響的結果。

本文針對長時序、省級尺度耕地多功能開展實證研究，受限于統(tǒng)計數(shù)據(jù)和調研資料的可獲取性，并未于更細尺度、更長時序揭示耕地多功能時空規(guī)律及演化機理，也未能將耕地多功能評價結果與農(nóng)戶走訪調查情況進行對比修正。因此，未來研究將采用多源數(shù)據(jù)、多種技術手段全面考察并深入挖掘耕地多功能演化表征和驅動機制，同時借助專家訪談、實地調研等多種研究方法輔助修正研究結果，以期充分揭示中國耕地多功能結構性、趨勢性、系統(tǒng)性的發(fā)展規(guī)律和內在機理，為實現(xiàn)耕地資源優(yōu)化配置和功能協(xié)同提升提供決策支撐。

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Spatial-temporal evolution and driving factors of cultivated land multifunctional coupling coordination development in China

ZHANG Yue, DAI Yaqiang, CHEN Yuanyuan, KE Xinli※

(,,430070,)

To explore the spatial-temporal evolution and driving factors of cultivated land multifunctional coupling coordination development, this paper applying the data of 30 provinces in China from 2000 to 2018 evaluated cultivated land production-living-ecological functions and revealed the spatial-temporal evolution of cultivated land multifunction with kernel density estimation and visualization mapping. Furthermore, this paper adopted coupling coordination degree model to analyze the cultivated land multifunctional coupling coordination development. Finally, this paper explored driving factors and driving mechanism of cultivated land multifunctional coupling coordination development by geographical detector. The results showed that: 1) from the perspective of temporal evolution, cultivated land production function level showed a fluctuation evolution trend of “rising-falling-rising”, the living function level showed an evolution trend of “rising-falling”, and the ecological function level increased slightly. All cultivated land functions had polarized characteristics. From the perspective of spatial pattern, the cultivated land production function level changed within [0.030, 0.608], showing a non-equilibrium spatial pattern of “high in the east, low in the west”. The living function level changed within [0.042, 0.672], showing a non-equilibrium spatial pattern of “high in the north, low in the south”. The ecological function level changed within [0.058, 0.897], showing a non-equilibrium spatial pattern of “high in the west, low in the east”. The areas with high level of production and living function were concentrated in the Northeast Plain, the Huang-Huai-Hai Plain and the Yangtze Region. The areas with low level of production function were located in the northwest and southwest regions, and the areas with low level of living function were located in the Beijing-Tianjin, Yunnan-Guizhou and southern regions in China. The area with high level of ecological function areas were located in the northeast and southwest regions, while the low-level areas were located in the Beijing-Tianjin-Hebei region, the Yangtze River Delta region and the central region of the Yangtze River. 2) The cultivated land multifunctional coupling coordination level changed within [0.093, 0.554], and the overall level had steadily improved but was still low. The cultivated land multifunctional coupling coordination levels of most provinces were still out of balance. The spatial pattern of cultivated land multifunctional coupling coordination level showed an evolution trend of agglomeration and promotion. In detail, the cultivated land multifunctional coupling coordination level of the northeast China, Beijing-Tianjin-Hebei region and the Yangtze River Delta were relatively high, while that was low in the northwestern part of China. 3) The evolution of cultivated land multifunctional coupling coordination level was significantly affected by the business entities conditions, agricultural development level, industrial development level and urbanization level. In short, the driving force of the business entities conditions and urbanization level were more significant than that of the agricultural development level and industrial development level. Moreover, the interaction type of two driving factors was two-factor enhancement or nonlinear enhancement, which indicated that the driving force of various factors had obvious divergence and interaction of factors positively strengthened the single-factor driving force, indicated that the divergence and interaction of various driving factors positively strengthened the single-factor driving force. In conclusion, the research results provide the guiding effect for deepening the study on cultivated land multifunction and decision support for promoting the differential governance of cultivated land resources and mutual promotion of cultivated land functions.

land use; cultivated land; multifunction; coupling coordination degree; spatial-temporal evolution; driving factors

2022-09-23

2023-02-10

國家自然科學基金面上項目（41971240）；國家社科基金后期資助項目（19FGLB071）；中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金資助項目（2662022XCZX012）

張玥，博士生，研究方向為土地資源管理。Email：yuez@webmail.hzau.edu.cn

柯新利，博士，教授，博士生導師，研究方向為土地利用優(yōu)化。Email：kexl@mail.hzau.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.202209185

S28; F301.21

A

1002-6819(2023)-07-0244-12

張玥，代亞強，陳媛媛，等. 中國耕地多功能耦合協(xié)調時空演變及其驅動因素[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2023，39(7)：244-255. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.202209185 http://www.tcsae.org

ZHANG Yue, DAI Yaqiang, CHEN Yuanyuan, et al. Spatial-temporal evolution and driving factors of cultivated land multifunctional coupling coordination development in China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2023, 39(7): 244-255. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.202209185 http://www.tcsae.org