劉紹雄，張小棟，陳亞恒

(1河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 國土資源學(xué)院，河北 保定 071000；2河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河北 保定 071000)

耕地作為寶貴的自然資源，是保障國家糧食安全、實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興和推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的基礎(chǔ)[1]。如何保護(hù)耕地和實(shí)現(xiàn)耕地可持續(xù)利用一直都是學(xué)術(shù)界熱議問題。我國耕地保護(hù)工作從最初的數(shù)量保護(hù)發(fā)展到數(shù)量與質(zhì)量保護(hù)，再發(fā)展到耕地資源數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)保護(hù)“三位一體”[2]，體現(xiàn)出對耕地資源保護(hù)從單一功能向多功能轉(zhuǎn)型，并且隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類對農(nóng)用地需求加重，耕地的生態(tài)、旅游休閑等景觀文化功能也逐漸凸顯[3]。

耕地的多功能性已受到學(xué)術(shù)界重視，大量學(xué)者對耕地多功能的概念、評價(jià)、功能關(guān)系和管理方面進(jìn)行了大量研究[4-12]。耕地的多功能評價(jià)是耕地利用優(yōu)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]。耕地的基本功能為糧食生產(chǎn)，同時(shí)其作為生態(tài)系統(tǒng)的重要部分，自身具有天然生態(tài)功能[14]，可發(fā)揮對氣候、水土資源、生物多樣性等方面的維護(hù)及調(diào)節(jié)作用[15]。景觀功能主要體現(xiàn)在耕地作為文化景觀，通過人類對其多樣化的利用方式所展現(xiàn)出的旅游觀光、農(nóng)事教育、文化傳承等能力[16]。從耕地總體屬性與人類需求等方面出發(fā)，明晰耕地生態(tài)系統(tǒng)形成過程，確定耕地各功能價(jià)值，對區(qū)域耕地功能定位及合理利用具有重要意義[17]。目前多數(shù)學(xué)者從農(nóng)用地功能基礎(chǔ)理論入手，探索耕地功能內(nèi)涵、價(jià)值測度方法及評價(jià)指標(biāo)體系研究等。由于對耕地功能的研究聚焦于耕地為人類社會提供的支持與服務(wù)，其涉及到自然生態(tài)、社會經(jīng)濟(jì)、精神文化等多重方面。從自然地理學(xué)角度出發(fā)，耕地功能研究還處于起步階段，對耕地功能類別定義繁多，不夠統(tǒng)一，并且對耕地功能的研究多為耕地利用功能評價(jià)，從而忽視對耕地自身功能屬性的認(rèn)識。

基于此，以耕地多功能性為基礎(chǔ)，在耕地生產(chǎn)、生態(tài)、景觀和人文功能分類體系下，選取阜平縣低山丘陵區(qū)為研究對象，通過對耕地功能評價(jià)，探索耕地功能存在的空間差異，并將耕地功能與農(nóng)業(yè)發(fā)展緊密相連，按照限制耕地功能的指標(biāo)因素組合進(jìn)行耕地功能疊加，根據(jù)不同區(qū)域資源特點(diǎn)和耕地功能傾向，配置農(nóng)作物，多項(xiàng)耕地功能同時(shí)發(fā)揮作用，創(chuàng)造產(chǎn)值率較高的耕地多功能產(chǎn)品，增長財(cái)富，為阜平縣及其他山區(qū)耕地多功能利用提供借鑒，為促進(jìn)耕地資源可持續(xù)發(fā)展提供新視角。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1.1 研究區(qū)概況 阜平縣位于太行山東麓，保定市西端，屬山區(qū)縣。阜平縣為暖溫帶半濕潤、半干旱大陸性東部季風(fēng)氣候區(qū)。年平均氣溫12.7 ℃，有效積溫4 846.8 ℃，年累計(jì)日照時(shí)數(shù)2 801.3 h，無霜期191 d，年降水量654.8 mm。耕地有褐土、草甸土和水稻土3個(gè)土類。

本研究為了從中觀尺度更加細(xì)化耕地的多重功能及其限制因素，選取低山丘陵地區(qū)5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)作為研究區(qū)。研究區(qū)地貌溝谷切割較深，黃土沉積較普遍，巖石以片麻巖為主，其次有少量石灰?guī)r分布，此類巖石風(fēng)化形成的土壤以褐土性土為主。

1.1.2 數(shù)據(jù)來源 所需數(shù)據(jù)來自阜平縣自然資源局、農(nóng)業(yè)局等部門。收集的數(shù)據(jù)資料主要包括阜平縣土地利用總體規(guī)劃(2010—2020年)、阜平縣土地調(diào)查更新數(shù)據(jù)(2018)、阜平縣耕地等別更新(2018)、阜平縣1∶25萬土壤圖、阜平縣地貌圖、阜平縣1∶5萬地質(zhì)災(zāi)害分布與易發(fā)區(qū)圖、阜平縣志等資料。阜平縣高程、坡度等指標(biāo)數(shù)據(jù)通過地理空間數(shù)據(jù)云下載阜平縣DEM遙感影像數(shù)據(jù)資料，植被覆蓋度等相關(guān)數(shù)據(jù)采用Landsat 8遙感影像數(shù)據(jù)資料，借助ENVI與ArcGIS軟件空間分析與處理功能，得到阜平研究區(qū)各指標(biāo)狀況。

1.2 研究方法

1.2.1 生產(chǎn)功能潛力等級判定 自然條件作為土地資源形成的自然背景，其是影響耕地功能的基礎(chǔ)因素[18]。地形地貌及土壤是影響低山丘陵耕地生產(chǎn)功能的主要因素。根據(jù)研究區(qū)土地自然地理特征，從地形地貌角度選擇高程、坡度、坡向指標(biāo)，土壤條件選擇土層厚度、有機(jī)質(zhì)含量、剖面構(gòu)型指標(biāo)，依據(jù)農(nóng)用地質(zhì)量分等對指標(biāo)進(jìn)行分級。

研究采用“等級加和法”確定耕地生產(chǎn)功能潛力等級，如根據(jù)地形地貌3個(gè)影響因子等級對其加和劃分為D1、D2、D3等級，再將土壤等級和地形地貌等級加和，確定生產(chǎn)功能潛力等級Sc1、Sc2、Sc3。采用限制因子法對初步劃分結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，如果某一個(gè)分級標(biāo)準(zhǔn)為1級，則將其綜合生產(chǎn)功能潛力劃分為低等級。

1.2.2 生態(tài)功能潛力等級判定 水體是重要的自然地貌生態(tài)系統(tǒng)，可以為動(dòng)植物提供生存水源維持生物物種多樣性，還能夠凈化環(huán)境，提高生態(tài)質(zhì)量[19]。根據(jù)研究區(qū)水體的實(shí)際情況，利用ArcGIS對河流和水源建立多環(huán)緩沖區(qū)，將研究區(qū)內(nèi)的水環(huán)境劃分等級。土壤的形成受氣候、地形地貌、成土母質(zhì)及人類活動(dòng)等多方面影響[20]，參考《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》[21]、地質(zhì)環(huán)境敏感性評價(jià)相關(guān)規(guī)程[22]與區(qū)域生態(tài)環(huán)境特征，將研究區(qū)土壤類型、地質(zhì)災(zāi)害及地貌類型劃分不同等級并加以賦值。同理采用“等級加和法”確定耕地生態(tài)功能潛力等級St1、St2、St3。

1.2.3 景觀功能潛力等級判定 地形起伏度對耕地景觀觀賞價(jià)值的提高尤為重要，耕地與林地和水域等形成的具有起伏的景觀組合、高植被覆蓋景觀更能體現(xiàn)耕地的景觀功能價(jià)值[23]。研究以25 km2內(nèi)的最大高程差小于等于30 m為平地判斷標(biāo)準(zhǔn)[24]，通過GIS軟件處理分析獲得耕地地形起伏度。公式如下所示。

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

(1)

式中，RDLS為地形起伏度；Max(H)為區(qū)域內(nèi)最高高程值；Min(H)為區(qū)域內(nèi)最低高程值；P(A)為區(qū)域內(nèi)平地面積；A為區(qū)域總面積。

植被覆蓋度反映出植被茂密的程度，生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境直接受植被覆蓋率的影響[25]。采用遙感測量方法，得出研究區(qū)植被覆蓋度狀況：

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

(2)

其中，NDVIsoil為完全是裸土或無植被覆蓋區(qū)域的NDVI值，NDVIveg則代表完全被植被所覆蓋的像元的NDVI值，即純植被像元的NDVI值。采用自然斷點(diǎn)法分級賦分。

同理將耕地景觀功能潛力等級分為J1級、J2級、J3級。

1.2.4 人文功能潛力等級判定 從人文角度，耕地可以間接塑造和孕育各種各樣的人文景觀[7]。本研究以村莊為單位，通過村內(nèi)座談及文化資料搜集，如村內(nèi)人文古跡、歷史故事、農(nóng)耕文化、民俗活動(dòng)等，根據(jù)其是否存在具有觀賞和科學(xué)價(jià)值的人文資源對耕地文化功能分級W1、W2、W3。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕地多功能潛力結(jié)果分析

2.1.1 生產(chǎn)功能結(jié)果 研究區(qū)耕地生產(chǎn)功能潛力空間分布情況如圖1。

圖1 耕地生產(chǎn)功能潛力等級空間分布圖Figure 1 Spatial distribution map of cultivated land production function potential grade

研究區(qū)耕地生產(chǎn)功能潛力評價(jià)中Sc2級別分布面積最大，為7 005.42 hm2，占研究區(qū)總面積的67.08%，從各鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布面積來看，Sc2級主要分布于研究區(qū)周邊的城南莊鎮(zhèn)、阜平鎮(zhèn)及平陽等鄉(xiāng)鎮(zhèn)；研究區(qū)Sc1級別耕地面積次之，為2 452.68 hm2，占研究區(qū)總面積的23.50%，該部分耕地主要分布于城南莊鎮(zhèn)及阜平鎮(zhèn)；研究區(qū)Sc3級別耕地面積最少，為984.78 hm2，僅占研究區(qū)總面積的9.42%，該部分耕地主要分布于阜平鎮(zhèn)與王林口鎮(zhèn)，研究區(qū)生產(chǎn)功能評價(jià)結(jié)果具體見表1。綜合分析上述研究結(jié)果可以看出，研究區(qū)耕地的生產(chǎn)功能潛力整體處于中等水平，研究區(qū)耕地在包括坡度、有機(jī)質(zhì)含量等在內(nèi)的自然條件方面存在可進(jìn)一步改造的空間來提升耕地生產(chǎn)功能潛力。

表1 研究區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地生產(chǎn)功能潛力等級結(jié)果Table 1 Grade results of productive function potential of cultivated land in each township of the study area

2.1.2 生態(tài)功能結(jié)果 研究區(qū)耕地生態(tài)功能潛力空間分布情況如圖2。

圖2 耕地生態(tài)功能潛力等級空間分布圖Figure 2 Spatial distribution map of cultivated land ecological function potential grade

研究區(qū)耕地生產(chǎn)功能潛力評價(jià)中St3級別分布面積最大，為4 432.50 hm2，占研究區(qū)總面積的42.25%，從各鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布面積來看，St3級主要分布于研究區(qū)南部的城南莊鎮(zhèn)、北果園鄉(xiāng)鎮(zhèn)；研究區(qū)St2級別耕地面積次之，為3 723.39 hm2，占研究區(qū)總面積的35.65%；研究區(qū)St1級別耕地面積最少，為2 286.99 hm2，僅占研究區(qū)總面積的21.90%，該部分耕地主要分布于平陽鎮(zhèn)與城南莊鎮(zhèn)，研究區(qū)生態(tài)功能評價(jià)結(jié)果具體見表2。綜合分析上述研究結(jié)果可以看出，研究區(qū)耕地的生態(tài)功能潛力整體處于偏高水平。研究區(qū)北部高海拔區(qū)域生態(tài)功能主要受地質(zhì)災(zāi)害影響呈現(xiàn)偏低效果，需加以防范，部分城區(qū)對耕地生態(tài)功能的保護(hù)應(yīng)減少人為干擾，維持好生境質(zhì)量，做好水域防護(hù)工作。

表2 研究區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地生態(tài)功能潛力等級結(jié)果Table 2 Grade results of ecological function potential of cultivated land in each township of the study area

2.1.3 景觀功能結(jié)果 研究區(qū)耕地景觀功能潛力空間分布情況如圖3。

圖3 耕地景觀功能潛力等級空間分布圖Figure 3 Spatial distribution map of cultivated land landscape function potential grade

研究區(qū)耕地面積J1級別分布面積最大，為4 329.99 hm2，占研究區(qū)總面積的41.46%；從各鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布面積來看，J1級主要分布于研究區(qū)北果園鄉(xiāng)、阜平鎮(zhèn)及王林口鎮(zhèn)；研究區(qū)J2級別耕地面積次之，為3 785.22 hm2，占研究區(qū)總面積的36.25%，該部分耕地主要分布于城南莊鎮(zhèn)及阜平鎮(zhèn)；研究區(qū)J3級別耕地面積最少，為2 327.67 hm2，僅占研究區(qū)總面積的22.29%，該部分耕地主要分布于阜平鎮(zhèn)及城南莊鎮(zhèn)，研究區(qū)生態(tài)功能評價(jià)結(jié)果見表3。綜合分析上述研究結(jié)果可以看出，研究區(qū)耕地景觀功能潛力整體處于中等偏下水平。研究區(qū)中心耕地地形相對平緩，景觀功能效果較弱，另外受人類活動(dòng)干擾，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受到輕度破壞，區(qū)域植被覆蓋度較低影響其景觀功能，耕地景觀功能的發(fā)揮應(yīng)充分結(jié)合地形優(yōu)勢，提高耕地作物景觀美學(xué)質(zhì)量。

表3 研究區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地景觀功能潛力等級結(jié)果Table 3 Grade results of cultivated land landscape function potential in each township of the study area

2.1.4 人文功能結(jié)果 研究區(qū)耕地景觀功能潛力空間分布情況如圖4。

圖4 耕地人文功能潛力等級空間分布圖Figure 4 Spatial distribution map of cultivated land humanities function potential grade

阜平縣現(xiàn)有市級非物質(zhì)文化遺產(chǎn)6項(xiàng)，縣級非遺項(xiàng)目12項(xiàng)。阜平縣作為紅色革命老區(qū)，傳承著紅色革命精神，研究區(qū)紅色故事豐富，其中城南莊鎮(zhèn)擁有晉察冀邊區(qū)革命紀(jì)念館，并保留著舊址。將調(diào)查結(jié)果及資料匯總整合，按各村文化資源數(shù)量賦予其耕地文化功能潛力等級，以行政區(qū)人文功能潛力評價(jià)結(jié)果為基礎(chǔ)，提取研究區(qū)耕地面積W1級別分布面積最大，為4 047.39 hm2，占研究區(qū)總面積的38.76%；研究區(qū)W2級別耕地面積次之，為3 513.33 hm2，占研究區(qū)總面積的33.64%；研究區(qū)W3級別耕地面積最少，為2 882.16 hm2，僅占研究區(qū)總面積的27.60%。

2.2 耕地功能疊加

研究區(qū)耕地多功能潛力等級空間分布情況如圖5。

圖5 耕地多功能潛力等級空間分布圖Figure 5 Spatial distribution map of cultivated land multi-functional potential grade

將研究區(qū)耕地多功能潛力等級加和匯總，采用自然斷點(diǎn)法將耕地多功能加和結(jié)果分為高中低3級。其中功能疊加等級小于6的為低等級；等級大于8的為高等級；其余定義中等級。結(jié)果低等級耕地面積2 297.43 hm2，占比22%；中等級耕地面積4 722.48 hm2，占比45.22%；高等級耕地面積3 422.97 hm2，占比32.78%。

以耕地各功能評價(jià)評價(jià)結(jié)果分為3個(gè)等級為基礎(chǔ)，依據(jù)耕地生產(chǎn)、生態(tài)、景觀、人文功能順序進(jìn)行耕地多功能排列組合，來加強(qiáng)阜平縣低山丘陵區(qū)耕地多功能對比研究，耕地功能組合類型具體見表4，結(jié)果顯示2311組合類型面積最大為607.32 hm2，占總研究區(qū)總耕地面積5.82%；其次2321組合類型面積603.36 hm2，占總面積5.78%；再次2322組合類型面積552.78 hm2，占總面積5.29%。其中占比最少的為3332組合類型，面積僅有8.37 hm2，占0.08%。

表4 低山丘陵區(qū)耕地多功能組合Table 4 Multifunctional Combination of Cultivated Land in Low Mountain and Hilly Area

2.3 耕地多功能利用

根據(jù)耕地地塊各項(xiàng)功能潛力等級形成的區(qū)域資源條件，匹配相對應(yīng)作物種類，形成耕地多功能利用，使耕地產(chǎn)出農(nóng)產(chǎn)品、人文產(chǎn)品、材料產(chǎn)品、旅游產(chǎn)品、學(xué)習(xí)產(chǎn)品、生態(tài)產(chǎn)品等。

對于耕地生產(chǎn)功能的利用，生產(chǎn)功能的高低對應(yīng)了區(qū)域自然條件的優(yōu)劣，是耕地多功能利用的基礎(chǔ)，生產(chǎn)功能利用應(yīng)充分保證糧食產(chǎn)量，農(nóng)業(yè)種植可匹配玉米、谷類為基礎(chǔ)糧食作物；豆類、土豆為輔助作物；結(jié)合本地香椿植物苗培育及早春植物種植，形成香椿采摘及綠色蔬菜產(chǎn)業(yè)。在保證糧食產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，結(jié)合阜平縣定位旅游為第一產(chǎn)業(yè)的背景，可通過高生態(tài)功能、高景觀功能地塊匹配甘藍(lán)、金銀花、黃麻桔梗、黃花菜等具有藥用價(jià)值、食用價(jià)值、觀賞價(jià)值的植物來服務(wù)旅游產(chǎn)業(yè)，使土地生產(chǎn)功能效率最大化的同時(shí)，兼顧其他功能，形成新型多功能農(nóng)業(yè)。

對于生態(tài)及景觀功能潛力的發(fā)揮利用，應(yīng)依托綠色產(chǎn)業(yè)，充分利用特色突出的旅游資源，發(fā)展集生態(tài)觀光、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為一體的多功能農(nóng)業(yè)。生態(tài)及景觀功能利用可配置棉花、油菜花、油葵、豆類等經(jīng)濟(jì)作物，以及茭白、絲瓜、甘藍(lán)、向日葵、玉米、黃花菜等景觀效益較高的作物，發(fā)揮觀光農(nóng)業(yè)、休閑農(nóng)業(yè)和生態(tài)農(nóng)業(yè)潛力，提高農(nóng)業(yè)技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展。展現(xiàn)以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為基本要素的生態(tài)農(nóng)業(yè)，通過農(nóng)業(yè)的正常生產(chǎn)與生活以及進(jìn)一步加工活動(dòng)，使耕地產(chǎn)出可供給游客的綠色、特色、健康產(chǎn)品，滿足群眾的物質(zhì)需求。

對于人文功能潛力的發(fā)揮，可形成面向旅游的農(nóng)事體驗(yàn)示范區(qū)，將農(nóng)耕文化及文化故事種到地里，比如以農(nóng)作物品種的起源，人格化、精神化的花草樹木，農(nóng)業(yè)觀光物的農(nóng)事風(fēng)俗、紅色故事來滿足大眾對農(nóng)村自然文化風(fēng)情的需求。通過耕地人文功能利用，提高農(nóng)村田園風(fēng)光、植物的生長以及民俗風(fēng)情等所具有的價(jià)值，使游客回歸自然，領(lǐng)略鄉(xiāng)土意境，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的文化內(nèi)涵。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

在分析低山丘陵區(qū)耕地環(huán)境及自然條件狀況下，依據(jù)不同耕地表現(xiàn)出的空間分異，選取指標(biāo)，對研究區(qū)耕地進(jìn)行生產(chǎn)功能、生態(tài)功能、景觀功能、人文功能評價(jià)，應(yīng)用ArcGIS等軟件確定了阜平縣低山丘陵區(qū)耕地多功能潛力水平及空間分布情況，為耕地多功能利用提供參考，具體結(jié)論如下：

(1)結(jié)合氣候要素、地質(zhì)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潛力強(qiáng)弱，將其各功能劃分為3個(gè)等級。受地形坡度和土壤有機(jī)質(zhì)含量等條件限制，研究區(qū)耕地生產(chǎn)功能呈現(xiàn)中等水平，有進(jìn)一步改造和提升空間；生態(tài)功能潛力水平偏高，主要分布于相對高海拔區(qū)域，需加強(qiáng)對地質(zhì)災(zāi)害的保護(hù)工作；研究區(qū)耕地景觀功能及人文功能水平偏低。

(2)將耕地多項(xiàng)功能評價(jià)結(jié)果相結(jié)合，通過疊加處理，確定了耕地地塊各項(xiàng)功能效果，綜合耕地多功能潛力，高功能耕地主要分布于研究區(qū)西部地區(qū)。該地區(qū)土質(zhì)優(yōu)良，生境質(zhì)量較高，應(yīng)該基于有利的自然條件，凸顯農(nóng)業(yè)優(yōu)勢，保持耕地多功能均衡發(fā)展態(tài)勢。

(3)結(jié)合耕地地塊各功能潛力等級，匹配生物組合，主導(dǎo)作物、輔助作物，建立農(nóng)作物組合、景觀組合，兼顧耕地各項(xiàng)功能同時(shí)發(fā)揮作用。依據(jù)土壤、氣候、地形資源優(yōu)勢配置作物，形成集農(nóng)作物生產(chǎn)、果蔬花卉等經(jīng)濟(jì)作物生產(chǎn)、觀賞性農(nóng)業(yè)、民俗農(nóng)事體驗(yàn)為一體的耕地多功能利用格局。

3.2 討論

耕地的多功能性使土地具有不同的效用，土地的多重效用推動(dòng)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。根據(jù)功能疊加形成功能組合類型，可遴選適宜的多價(jià)值農(nóng)作物及植物，建立農(nóng)作物組合、植物組合、景觀組合、人文組合。結(jié)合地塊各功能等級，由等級最高的確定為主導(dǎo)功能，根據(jù)其功能發(fā)揮優(yōu)先匹配對應(yīng)要素作物，并兼顧其他功能同時(shí)匹配對應(yīng)作物。其生態(tài)功能低、土壤貧瘠地塊對應(yīng)配置水土保持作物，來維護(hù)生態(tài)環(huán)境安全。兼顧耕地各項(xiàng)功能同時(shí)發(fā)揮作用，使土地產(chǎn)出農(nóng)產(chǎn)品、人文產(chǎn)品、材料產(chǎn)品、旅游產(chǎn)品、學(xué)習(xí)產(chǎn)品、生態(tài)產(chǎn)品等。