基于近20年土地利用變化的武漢市都市農業功能水平研究

韓平陽 汪民

摘要：隨著經濟發展，城市化的進程對城市內部及其周邊的土地利用形態造成了巨大的影響。為探究城市化過程中土地利用變化對武漢市都市農業功能水平產生的影響，從生產經濟、社會文化、生態保護等3個方面構建了武漢都市農業功能評價指標體系。通過對1994—2019年武漢市相關統計數據收集，以5年為1個階段分析城市都市農業功能水平的變化，并與通過遙感影像解譯獲得的土地利用數據結合研究，得出武漢市都市農業各項功能的演變和土地利用變化之間的相關性，進而分析了都市農業各項評價指標與土地利用變化之間的相關性，從而對武漢市都市農業的發展方向和土地利用的規劃方向提出建議，以期深化我國都市農業研究內容，并且推動都市農業的可持續發展。

關鍵詞：武漢市;都市農業功能評價;土地利用;相關性分析;土地利用規劃

中圖分類號：F327 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）12-0209-06

收稿日期：2020-10-23

基金項目：中央高?；究蒲袠I務費專項資金（編號：2662020YLPY013）。

作者簡介：韓平陽（1996—），男，河南駐馬店人，碩士研究生，主要從事風景園林規劃設計和都市農業發展規劃研究。E-mail：305522920@qq.com。

通信作者：汪 民，博士，副教授，碩士生導師，主要從事風景園林規劃設計和都市農業發展規劃研究。E-mail：39347747@qq.com。

都市農業是由工業化和城市化進程快速推進而產生的，是城市社會經濟發展水平達到較高階段的必然產物，是集生產、生活、生態功能于一體的新型農業[1]。都市農業的建設區域包括城市的中心地區、城市郊區以及城市行政管轄范圍內的所有區域，無論是城市中心的建設還是城市的擴張都對都市農業的用地以及農業景觀和農業生態環境造成了嚴重的影響[2]，進而引發一些生態問題[3]，如水土流失[4]、熱島效應、水域面積減少、土壤污染[5]等。如何協調城市的用地避免這些潛在問題的發生，影響著都市農業的可持續發展。

1 研究區概況

武漢市作為重要的國家中心城市之一。建設與武漢大都市發展目標相配套、具有國內先進水平的現代都市農業，是新時期武漢市農業發展戰略定位的重要選擇[6]。武漢市作為中部崛起的重要戰略城市，將城郊農業轉型為都市農業的口號始于20世紀90年代，并率先出臺一系列都市農業發展意見和規劃[7]?！段錆h市都市農業發展規劃（2006—2020年）》要求實現居民收入增長，居民生活成本減少，實現社會和經濟的長久發展;城鄉融合共同發展，以工商業和科技產業帶動農業增長;保障都市農業發展和生態保護的兼容?！段錆h現代都市農業遠景規劃（2014—2049年）》要求積極優化產業功能，建立高質量農業供給基地;著力提升社會文化功能，營建居民休閑空間;建設農業示范功能，打造展示世界城市新窗口?！段錆h市土地利用總體規劃（2006—2020年）》要求轉變經濟增長和土地利用的模式，實現資源集約型發展;控制非農用地占用農用地;注重生態和諧，實現可持續發展;協調城鄉結構等。

2 武漢市都市農業功能評價體系構建與評價

結合武漢市農業發展狀況和武漢市都市農業發展規劃的要求，將都市農業的多種功能主要確定為生產經濟、社會文化和生態保護3個方面。

都市農業的生產經濟功能是一個產業最重要、最基本的功能，其中包括5個次級指標。人口密度由區域的總人口數量占土地面積的比例得出;耕地生產率能反映土地利用水平，可以衡量農產品供給的功能;都市農業總產值由當地農業總產值得到;人均國內生產總值（GDP）反映了當地的經濟發展水平，是人們了解和把握一個國家或地區宏觀經濟運行狀況的最有效工具和最重要的經濟指標[8];農民人均純收入是體現都市農業經營效益的指標，都市農業也是通過提升產業經營的效益從而促進經營者收入增長。

都市農業的社會文化功能包括城鄉融合共同發展，基礎設施的同步完善以及休閑文化產業的活力，共有2個次級指標。道路網密度反映了過境交通的密集化布局對鄉鎮休閑旅游業、農副產品的加工運輸以及農業產業化升級有著顯著的帶動作用;鄉村旅游業的總收入可以直接反映都市農業對于周邊居民精神文化生活活躍程度的影響。

都市農業生態環境功能包括系統本身提供給居民的環境條件和農業生產對環境造成的影響，以及生態系統本身的價值，包括4個次級指標。人均耕地面積指標由耕地與人口的比例得到，是農業生產的基本要素;森林覆蓋率是城市內部的森林保有情況;都市農業生態服務價值體現了直接或間接提供給人類的各種環境或物質條件;化肥施用強度和農藥施用強度反映了農業生產對生態系統的影響。

2.1 評價指標數據獲取

都市農業的功能評價體系中的指標數據從1994—2019年《武漢市統計年鑒》、統計局資料、衛星圖像和相關資料中獲取，不能直接取得的可以對其原始數據進行計算得到。都市農業生態系統服務價值總量則是由Costanza等構建并且經孫能利等學者本土化調整之后，結合前人研究并進行運算調整得到武漢市生態系統服務價值測算當量表[9-10]（表1）。

2.2 指標數據歸一化處理

正向數據進行正向運算公式如下：

Xij′=Xij-minXjmaxXj-minXj;

負向數據進行逆向運算公式如下：

Xij′=maxXj-XijmaxXj-minXj。

式中：Xij為第i個評價單元（1994年、1999年、2004年、2009年、2014年、2019年）第j項指標（A11、A12、A21、 A22、A23、B11、B12、B21、C11、C12、C13）的原始數據，標準化后每個指標因子的數據都介于[0，1]之間。

2.3 都市農業功能水平指標權重確定

數個指標參與的評價中，須要合理計算指標權重。本研究選擇熵權法確定指標權重從而進行綜合評價得到各項指標的權重[11]（表2）。

2.4 都市農業功能水平綜合評價指數的計算方法

具體方法如下：

（1）第j項指標下第i個單元的評價指數Iij為

Iij=Xij′wj

式中，wi為第j項指標的權重系數。

（2）第i個單元綜合評價指數Iir為

Iir=∑ni=1Iij。

通過Excel運行以上公式進行計算，運算得到都市農業功能水平指數的評價結果位于[0，1]之間。評價數值越大，說明對應的功能的發展水平越高。

評價結果（圖1）表明，1994—2019年武漢市都市農業的生產經濟功能和社會文化功能不斷提高，生態環境功能在城市發展的過程中受到了一定的削弱，生態環境功能的迅速下降趨勢在2006年《武漢市生態環境保護“十一五”規劃》編制并實施后得到了控制，在2009年到達最低點后開始上升，實現了生態建設與修復的規劃目的，但是依然遠低于1994年的水平。

3 武漢市土地利用面積比重與都市農業功能水平相關性分析

研究不同系統之間影響程度的計量模型有很多，本研究在選擇模型時，經過多方面因素的考慮，研究數據具有時間性，涉及2個系統，包括土地利用結構中的6個要素和都市農業功能中的3個要素，因此采用灰色關聯法探究二者之間的關系。

3.1 土地利用數據獲取與標準化

湖北省武漢市土地利用數據是在對1994—2019年云量少且處于耕作期為標準進行影像篩選的Landsat遙感影像處理并解譯，可獲取相應的動態圖斑數據以及1994—2019年的土地利用數據，通過計算得到標準化土地利用數據（表3）。該數據使用劉紀遠建立的LUCC分類系統[12]（圖2）。

3.2 關聯系數計算

將都市農業功能水平評價結果作為標準數據序列，n代表第n年，X0代表3種功能的評價結果，3個標準數據序列記為

X0=[X0（1），X0（2），…，X0（k），…，X0（n）]。

將標準化土地利用數據作為參評數據序列，i為土地利用類型，則測算數據序列記為

Xi=[Xi（1），Xi（2），…，Xi（k），…，Xi（n）]。

灰色關聯系數計算公式為

ζi（k）=mini|x0（k）-i（k）|+ρmaxi|x0（k）-i（k）||x0（k）-i（k）|+ρmaxi|x0（k）-i（k）|

其中：|x0（k）-i（k）|是第一級最小差;mini|x0（k）-xi（k）|是第二級最小差;maxi|x0（k）-i（k）|第二級最大差;ρ為分辨系數，ρ∈[0，1];一般取ρ=0.5。

關聯度公式為

Ri=1n∑nk=1ζi（k）

3.3 武漢市都市農業3種功能與土地利用面積占比變化的相關性結果

參照郭秀云等的計算方法，針對都市農業3個方面的功能和土地利用面積占比變化進行相關性運算，并基于關聯度提供分析參考，使用灰色關聯度分析時，分辨系數取0.5，結合關聯系數計算公式計算出關聯系數值，并根據關聯系數值，然后計算出關聯度結果（表4）[13-14]。

3.3.1 與生產經濟功能相關性結果

其中水域、城鎮工礦及建設用地對都市農業生產經濟功能的影響最大，而耕地、草地對都市農業生產經濟功能的影響最小。

3.3.2 與社會文化功能相關性結果

其中城鎮工礦及建設用地和林地與都市農業社會文化功能關聯度較高，耕地和水域與都市農業都市農業社會文化功能的關聯度較低。

3.3.3 與生態環境功能相關性結果

其中耕地、水域與都市農業生態環境功能關聯度較高，草地與未利用地與都市農業生態環境功能相關性較低。

通過計算得到1994—2019年都市農業各種功能與土地利用類型相關性強弱，能夠結合各項功能的變化并對其相關性進行初步分析，但是并不足以充分了解各種功能指標與土地利用的具體關聯程度和正負向影響，須采用更深入的方法來探究其間的影響機制。

3.4 基于皮爾遜相關系數法的武漢市土地利用面積占比變化和都市農業各指標相關性分析

采用Pearson相關系數法，選擇的指標是都市農業評價各指標數據和土地利用結構的比例。將研究區數據導入 SPSS 軟件中計算得到相關系數r，并通過r判斷它們之間的相關性關系（表5）。該計算有助于了解各種具體功能指標與土地利用之間的正負關系和相關性。

以武漢市都市農業各種功能指標為自變量，土地利用面積占比為因變量。計算結果見表6。

4 結論與討論

4.1 1994—2019年武漢市土地利用面積占比變化與都市農業功能各項指標間相關性結果分析

具體到都市農業功能的各項指標與土地利用面積占比有以下幾點呈現出較為明顯的相關性。

耕地比例與耕地生產率、都市農業總產值、人均GDP以及農民純收入呈現強負相關 結合市內耕地占比下降的現狀下仍然保證了農業經濟收益以及農民收入的穩定增長的實際情況，說明武漢市的耕地綜合生產能力得到了不斷的優化，實現了生產經濟功能增長。

林地占比與人口密度、人均GDP相關系數分別為0.731、0.698，呈現中度正相關關系，與耕地生產率、都市農業生產總值相關系數分別為-0.686、-0.746，呈現中度負相關，與農民純收入和道路面積相關系數分別為-0.819、-0.839，呈現強負相關。體現了當前社會條件下都市農業經濟功能的提升伴隨著較大程度對林地的侵占，以當下的經濟利益損害了長久的武漢市都市農業發展。

城鎮工礦及建設用地面積占比和人口密度、人均耕地面積呈現高度負相關，相關系數分別為 -0.968、-0.942，與耕地生產率、都市農業生產總值、人均GDP、農民純收入、道路面積、旅游業收入呈強正相關。說明建設用地擴張帶來了更大的內需，更便捷的交通及貨運，以及更充分的科技支持，對生產經濟功能的提升以及對社會文化功能的發展有很強的帶動作用，雖然短期來看并沒有在社會文化功能和生態環境功能上體現出較大的負面影響，但長遠來看這損害了農業最基礎的自然資源，影響了都市農業長期多功能發展的潛力。

分析結果表明，武漢市都市農業的建設中武漢市耕地、林地、水域等用地類型和文化休閑功能相關性較低，說明雖然已經大力推動了農旅產業的建設，但是與其他產業相比，并沒有充分利用農、林、水資源發展出具有較高水平的文化休閑產業。自2016 年起武漢市社會消費品零售總額占 GDP 總量的比例常年超過20%，這一數據作為區域消費力的表征，象征著武漢市消費市場蘊含著極大的外部需求[15]。這也意味著武漢市都市農業的文化休閑功能須要更大的提升來滿足武漢市消費市場的需求。

4.2 武漢市都市農業和土地利用規劃發展

4.2.1 武漢市都市農業發展方向

《武漢現代都市農業遠景規劃（2014—2049年）》要求都市農業多元化布局，要實現農產品供給、生態環境、農業觀光、文化教育并重。結合分析數據可以看出，相比生產經濟和生態建設的功能，武漢市以農旅、休閑、科教為主的第三產業與農業資源、自然資源、文化資源的結合十分薄弱，同時由于農林用地連年減少，生態環境功能也受到了極大的影響。武漢市都市農業須要保持科技化的優勢，進而發掘本土文化以及歷史通過傳承、發展、創新來提升社會文化的功能，既提供城市居民物質上的保障，也滿足居民們精神文化生活的需求，形成具有武漢本地文化特征的產業形式。

4.2.2 武漢市土地利用規劃方向

根據土地利用現狀，《武漢市土地利用總體規劃（2006—2020年）》以及尚未最終定稿的《武漢市城市總體規劃（2017—2035年）》和《武漢2049遠景發展戰略規劃框架》結合相關性結果提出以下建議：（1）保護農林用地，保障都市農業發展的基礎條件，合理規劃建成區建設用地，節約集約建設。（2）保護城市水域，退耕還湖，重塑城市水網提升城市水系生態價值。（3）借助都市農業發展進行產業結構調整與優化，鼓勵環境友好型產業的發展，杜絕資源浪費、破壞環境的經營活動。

4.2.3 武漢市土地利用和都市農業協調策略

武漢市未來的都市農業與尚未最終定稿的土地利用思路在宏觀層面上不謀而合。（1）土地利用規劃要求尋求經濟增長新模式，優化土地利用結構和布局，而都市農業未來在生產功能的提升上則主要依靠建設高科技、集約化的生產供給基地，來實現農產品供給保障和生產經濟功能的提升。（2）土地利用規劃一貫要求嚴格保護耕地，有限利用閑置地，避免占用農林用地，在以后的土地利用規劃中更嚴格地保護農林用地，將會對都市農業的基礎資源有更好的保護。（3）土地利用規劃要求協調農村與城市的發展，優化武漢市及周邊鄉村的用地結構，助力美麗鄉村建設，這與都市農業所需要的提升休閑功能、構筑城鄉居民活動空間也相適應。

但武漢市土地利用規劃與都市農業在某些方面也須要調和：（1）目前2020年土地利用規劃的建筑用地規?？刂坪透乇Ｗo指標均未能實現，解決這個問題不僅須要提升土地集約利用水平，更應該增強規劃的實施力度和后期的審核，真正實現對都市農業資源的保護。（2）都市農業的發展不僅包括第一產業，規劃過程中還須要提高站位，協調農業經濟發展和建設用地需求的關系，為都市農業的發展預留相應建設用地指標。（3）武漢市土地利用規劃限制高污染和資源利用率低的產業發展，支持科技主導、低能耗、無污染產業的發展，但是對于都市農業這種具有較高生態系統服務價值的產業并沒有更充分的補貼政策。（4）都市農業的發展也應該積極調整自身模式實現高附加值資本技術密集型發展，自身價值的提升可以有效抑制占用都市農業用地的行為。（5）都市農業和土地利用的關系不僅包括土地本身，還需要較好的生態格局，在規劃中做好城市內部森林、濕地、水域的保護，既能為農業生產提供良好的基礎環境，又能實現都市農業生態環境和社會文化功能的同步提升。

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