四川省县域耕地多功能性（CLM）演变的时空格局与协同驱动机制——基于2012—2022年176个县的数据

《Frontiers in Environmental Science》：Spatiotemporal patterns and driving mechanisms of cultivated land multifunctionality evolution: evidence from county-level data in Sichuan Province, China

　　

对社会经济发展、粮食安全与生态可持续性的追求，推动了耕地多功能演变。在耕地资源有限约束下，实现耕地经济、粮食安全与生态功能之间的协同，已成为四川省农业现代化面临的主要挑战。研究人员评估耕地多功能性（CLM）的时空演变，并考察CLM协同水平背后的驱动机制。结果表明：（1）研究期内四川省CLM总体发展水平上升，经济贡献与粮食安全功能为主要驱动因素。然而，CLM发展总体质量仍相对较低，并伴随显著区域差异、发展不平衡与功能不协调。（2）CLM协同水平表现出明显极化与区域不平衡，并具有显著空间集聚。（3）区域背景条件因素对CLM协同水平的解释力逐渐减弱，而经济发展条件因素的解释力增强。区域GDP、农村居民人均纯收入、农村就业人口、建设强度、城市化率和耕地集聚度6个因素对CLM协同水平具有显著解释力。为促进四川省CLM协同发展，政策应聚焦保障粮食生产与供给、促进农业高质量发展、推动景观生态功能价值实现，并实施差异化区域策略。该研究为中国及其他面临类似耕地约束地区的CLM发展提供科学依据与实践启示。

论文主体解读

研究背景与问题：耕地是人类文明延续与发展的基础资源，具有生产与生态等固有功能。随着社会经济发展，耕地功能由单一食物生产或经济产出逐步转向多功能并重，耕地多功能性（cultivated land multifunctionality, CLM）成为耕地功能研究的关键概念。四川省是中国西南重要农业省和主产粮区，总面积486,000 km²，耕地仅占省级行政区面积11.37%，人均耕地仅447 m²，低于全国平均水平；同时承担粮食安全、经济发展与生态保护多重压力，具有丘陵山区耕地约束的典型性。已有研究多集中于省级或城市群尺度，县级单元长期不足；定量评价多依赖单一赋权，主观与客观权重系统整合不足；驱动机制多关注CLM发展水平而非协同水平，且自然与人文因素交互的县级实证有限。研究人员因此以四川省176个县为对象，选取2012、2017、2022年三个观察年份，评估CLM发展水平、区域差异、协同水平、空间集聚及驱动机制，旨在为四川及类似地区协调耕地多功能、缓解人地冲突提供依据。

关键技术方法：研究人员以四川省176个县为样本队列，选取2012、2017、2022年三个等距年份。数据主要来自四川统计年鉴、中国县域统计年鉴、21个市州统计年鉴、四川省统计局等；耕地数据来自资源环境科学与数据中心，DEM来自ASTER GDEM，气温降水来自国家地球系统科学数据中心，土壤侵蚀和建设强度来自地球资源数据云平台。方法包括：构建“三功能一系统”框架；组合赋权—TOPSIS评价；Dagum基尼系数分解区域差异；耦合协调度模型测协同水平；Moran’s I分析空间集聚；地理探测器模型及交互探测驱动因子。

研究结果：

3.1 四川省CLM发展水平演变的时空格局。通过评价指标体系测算，2012—2022年耕地经济贡献功能（economic contribution function, FEC）均值先降后升、总体下降13.29%；粮食安全功能（food security function, FIC）均值先增后降、总体增加42.16%；景观生态功能（landscape ecological function, FSC）持续缓增1.15%。CLM均值由0.453升至0.481，持续增长，但极化由3.52倍增至6.29倍。空间上，经济贡献功能多处于低水平；粮食安全功能在成都平原、川南、川东北由低向中提升并集聚；景观生态功能中水平占比最大，川西北低值集中，到2022年约50%川西北县域仍低于中水平。

3.2 四川省CLM发展水平演变的区域差异。通过Dagum基尼系数分析，五大经济区区域内差异为0.0610—0.1181；川东北区域内差异增幅最大，达80.96%，川南和川西北下降。总体差异为0.1577、0.1686、0.1653，变化不足1%。区域间差异贡献为67%—69%，是总体差异主导来源；川西北与成都平原、川南、川东北差异超过0.32并在后期高于0.35。超变密度贡献2017年最低16.16%，2022年最高17.98%，表明核心—边缘扩散过程存在。

3.3 四川省CLM协同水平演变的时空格局。通过耦合协调度模型，176县协同值介于0.228—0.713。2012年平均0.4529，低协同县占65.34%，中协同占33.52%；2017年平均0.4672，中协同增至40.34%；2022年平均0.4807，中协同占44.32%，但48.3%县域低于省均。整体由低协同向中协同略升，但整体仍低、极化持续。空间上，2012年低协同覆盖最广，仅甘孜、色达等为弱协同；2017年中协同向川西扩展；2022年中协同继续在攀西增加，东西差异明显。

3.4 CLM协同水平演变的空间集聚特征。通过Moran’s I分析，全局Moran’s I均大于0且约0.7，1%水平显著，表明正空间自相关。2012—2022年Moran’s I由0.753降至0.691，降幅9%，Z值由16.553降至15.386，P=0.000，空间集聚略弱但格局仍强。局部Moran’s I中，2012年91县显著，2017年88县，2022年81县；高—高（HH）集聚主要在成都平原和川东北，低—低（LL）集聚主要在川西北，如阿坝州、甘孜州；约50%县域存在显著局部自相关。

3.5 四川省CLM演变的驱动力。3.5.1 驱动因子测度结果：地理探测器显示，10个因子中仅土壤侵蚀因子（soil erosion factor）在2017和2022年未通过显著性检验，其余多通过p<0.01。平均q值排序为耕地斑块密度（patch density）0.715＞耕地集聚度0.713＞农村就业人口0.712＞区域GDP 0.587＞建设强度0.569＞降水0.555＞地形起伏度（relief amplitude）0.533＞农村居民人均纯收入0.355＞土壤侵蚀因子0.188＞城市化率0.182。区域GDP、农村居民人均纯收入、建设强度、城市化率解释力增强；降水、地形起伏度、土壤侵蚀、斑块密度、集聚度、农村就业人口解释力下降。3.5.2 驱动因子间交互作用：45类交互中，2012年38类为双因子增强、7类为非线性增强；2017年43类为双因子增强、2类为非线性增强；2022年39类为双因子增强、6类为非线性增强。较强交互包括农村就业人口与耕地集聚度、斑块密度与城市化率、斑块密度与集聚度、土壤侵蚀与农村居民人均纯收入等。交互类型显示景观格局协同增强、劳动力与空间结构跨维匹配、自然约束与经济发展条件补偿，跨维交互总体强于维度内交互。

讨论与结论总结：讨论认为，四川CLM三功能及发展水平存在显著区域差异，川西是未来提升关键；FEC和FIC提升是CLM增长主动力，但与基础设施、高标准农田建设、农业绿色技术等有关；发展质量仍有限，区域差异、不平衡和功能不协调明显。协同水平总体由低协同向中协同转变，但高协同县少，极化持续；高协同区与高发展、内部差异小、局部集聚显著区一致，提升过程呈先局部集聚后扩散。驱动机制上，经济发展条件因素日益重要，区域背景条件解释力减弱；四川“一平原、二坡、七山”地貌使空间结构约束突出，因此土地整治和高标准农田建设对协同提升关键。研究结论翻译：基于FEC、FIC、FSC三个核心子系统建立CLM评价体系，以四川176县2012、2017、2022年数据，结合Dagum基尼系数、耦合协调度、Moran’s I和地理探测器，主要结论为：一是经济功能贡献下降，粮食安全功能显著提升，景观生态功能促进其他功能；总体CLM持续上升，但质量有限、区域差异大、功能不协调。二是协同水平提升但极化和区域不平衡持续，空间集聚显著，集聚区地理接近、地形相似、社会经济差异较小。三是区域GDP、农村居民人均纯收入、农村就业人口、建设强度、城市化率、耕地集聚度显著影响协同水平；区域背景条件影响减弱，经济发展条件影响增强。政策建议包括保障粮食生产供给、促进农业高质量发展、推动景观生态功能价值实现，并依据五大经济区差异实施分区策略，以促进四川CLM系统整体优化。