彭煥智, 周國華,2, 崔樹強(qiáng),2, 尚 鵬

(1.湖南師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院, 長沙 410081;2.湖南師范大學(xué) 地理空間大數(shù)據(jù)挖掘與應(yīng)用湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 長沙 410081)

土地作為人類社會(huì)賴以生存的重要載體，為人類社會(huì)的發(fā)展提供了諸多產(chǎn)品和服務(wù)，不同的產(chǎn)品和服務(wù)是土地不同功能的狀態(tài)表現(xiàn)，即土地利用具有多功能特性[1]，當(dāng)前，隨著城市化進(jìn)程的不斷加劇，區(qū)域建設(shè)用地日顯緊張，耕地保護(hù)面臨的壓力持續(xù)加大，人們對生態(tài)優(yōu)化的需求層次也在逐步提高，導(dǎo)致社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間矛盾日益凸顯，土地可持續(xù)利用面臨的挑戰(zhàn)越來越大。土地多功能利用為實(shí)現(xiàn)土地資源高效、持續(xù)利用，緩解土地供需矛盾和促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展提供了新的途徑與方法[2]。因此，如何高效地開發(fā)和利用有限的土地資源，充分發(fā)揮土地利用的多功能性，將成為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

土地利用多功能研究最早起源于農(nóng)業(yè)多功能[3]，是指一定區(qū)域內(nèi)土地利用過程中，能為人類提供的各方面的產(chǎn)品和服務(wù)，包括社會(huì)、生產(chǎn)和環(huán)境3大功能[4]。隨著研究的不斷深入，其內(nèi)涵和概念在景觀多功能和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的基礎(chǔ)上得到擴(kuò)展[5]，并逐漸成為土地科學(xué)和地理學(xué)研究的重要科學(xué)命題[6]。國外開展土地利用多功能的研究較早，相關(guān)研究主要集中在利用SENSOR的分析方法構(gòu)建土地利用變化影響評估的框架[7]、不同政策情景下土地利用功能的變化及其可持續(xù)發(fā)展的限制[8-9]、利用模型框架，選取土地利用功能評價(jià)指標(biāo)，評估不同區(qū)域政策對土地利用功能變化的影響等[10]方面。國內(nèi)對土地利用多功能的研究起步相對較晚，興起于20世紀(jì)80年代，在功能分類上，主要分為兩種，一種是基于SENSOR項(xiàng)目，分別從社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境3個(gè)方面劃分[11]，另一種是基于“三生”功能理論，將土地利用多功能劃分成生產(chǎn)、生活、生態(tài)3種功能[12]；在研究方法和模型上，主要采用綜合指數(shù)法[13]、灰色關(guān)聯(lián)投影法[11]和全排列多邊形綜合圖示法[14]等方法對土地利用多功能進(jìn)行測度和評價(jià)；在研究尺度上，主要從全國、省、市等中宏觀尺度以及圖斑、格網(wǎng)等微觀尺度展開[15]。

總的來看，已有研究在土地利用多功能的概念和內(nèi)涵、功能分類以及評價(jià)方法和模型等方面取得積極進(jìn)展，但仍存在諸多不足。土地利用多功能性概念和相關(guān)理論略顯不足，缺乏深層次的探討。不同的學(xué)者基于不同的學(xué)科背景對土地利用多功能概念進(jìn)行了詮釋和完善，但總的來說土地利用多功能研究時(shí)間較短，在理論基礎(chǔ)與內(nèi)涵方面的研究較為薄弱；對河流流域、湖泊等生態(tài)區(qū)域的關(guān)注不足，流域是人類文明的發(fā)源地，是人類社會(huì)與自然環(huán)境相互作用最為劇烈的地區(qū)之一，對河流流域的土地利用多功能狀態(tài)及趨勢進(jìn)行分析，對于實(shí)現(xiàn)土地利用系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義；構(gòu)建的評價(jià)指標(biāo)體系還不夠完善，土地利用多功能研究尺度可分為宏觀、中觀和微觀3個(gè)層次，不同層次的研究選取的評價(jià)指標(biāo)應(yīng)當(dāng)有所差異，當(dāng)前大多數(shù)土地利用多功能評價(jià)指標(biāo)的選取未充分考慮到研究區(qū)域的實(shí)際情況，選取的指標(biāo)未體現(xiàn)出層次性。鑒于此，本研究以湖南省湘江流域?yàn)檠芯繀^(qū)域，從縣域尺度上選取土地利用多功能評價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建基于生產(chǎn)、生活以及生態(tài)功能的土地利用多功能性評價(jià)指標(biāo)體系，并采用改進(jìn)TOPSIS模型和障礙度模型，對2010—2018年湖南省湘江流域土地利用多功能進(jìn)行評價(jià)并識別障礙因子，藉此為實(shí)現(xiàn)湘江流域土地可持續(xù)利用和高質(zhì)量發(fā)展提供決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

本文以湘江流域?yàn)檠芯繀^(qū)域。依據(jù)2013年出臺的《湘江流域科學(xué)發(fā)展總體規(guī)劃》，湘江流域包括長沙、湘潭、株洲、衡陽、郴州、永州6市全境，婁底市的婁星區(qū)、冷水江市、雙峰縣、漣源市，邵陽市的邵東縣、邵陽縣、新邵縣、新寧縣，岳陽市的湘陰縣、汨羅市等9市67個(gè)縣(區(qū)、市)，區(qū)域總面積8.5萬km2，占湖南省國土面積的40.3%，位于東經(jīng)110°28′—114°16′，北緯24°38′—29°04′。湘江流域內(nèi)自然資源豐富，交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)、區(qū)位優(yōu)勢十分突出，因而成為湖南省經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)、人口密度最高、土地利用活動(dòng)最頻繁的地區(qū)之一。截至2018年，湘江流域GDP總量為25 973.50億元，總?cè)丝? 990.43萬人，分別占湖南省的71.73%，57.84%，城鎮(zhèn)化率接近60%。伴隨著城市的擴(kuò)張和工業(yè)的發(fā)展，湘江流域大量的農(nóng)用地特別是耕地被征轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，土地利用結(jié)構(gòu)也發(fā)生了巨大的變化，功能由早期關(guān)注的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能和家園居住功能為主轉(zhuǎn)向經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源供給、社會(huì)保障、文化休閑、生態(tài)保育等多功能并存。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文以2010—2018年作為研究時(shí)段，主要數(shù)據(jù)類型和來源如下：(1) 社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，來源于《湖南統(tǒng)計(jì)年鑒(2011—2019)》《湖南年鑒(2011—2019)》《湖南農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒(2011—2019)》及《湖南省國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)(2010—2018)》；(2) 土地利用數(shù)據(jù)主要來源于各縣市區(qū)自然資源局土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)；(3) NDVI(歸一化植被指數(shù))數(shù)據(jù)，來源于地理空間數(shù)據(jù)云(http:∥www.gscloud.cn/)，時(shí)間為2010—2018年，空間分辨率500 m；(4) NPP(凈初級生產(chǎn)力)數(shù)據(jù)，來源于美國國家海洋和大氣管理局(https:∥www.noaa.gov/)，時(shí)間為2010—2018年，空間分辨率1 km；(5) PM2.5數(shù)據(jù)，來源于達(dá)爾豪斯大學(xué)大氣成分分析組(http:∥fizz.phys.dal.ca/～atmos/martin/?page_id=140)，時(shí)間為2010—2018年。

2 研究方法

2.1 土地利用功能類型劃分

因研究的角度與側(cè)重點(diǎn)不同，土地利用功能類型的劃分也各不相同。本文從土地可持續(xù)利用的角度出發(fā)，結(jié)合土地的“三生”功能理論，并借鑒前人研究成果，將土地利用功能類型劃分為生產(chǎn)功能、生活功能和生態(tài)功能。生產(chǎn)功能反映土地利用為人們提供物質(zhì)產(chǎn)品和服務(wù)的能力[12]，主要是具備農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和非農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能，因此將生產(chǎn)功能劃分為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能、工業(yè)生產(chǎn)功能和服務(wù)業(yè)生產(chǎn)功能。生活功能是指土地在人類生存和發(fā)展過程中所提供的各種空間承載、物質(zhì)和精神保障功能[16]，主要包括人們居住、就業(yè)和收入等方面需求，故將生活功能劃分為空間承載功能、就業(yè)與社會(huì)保障功能和生活質(zhì)量功能。生態(tài)功能是土地利用系統(tǒng)為人類提供維持人類生存和社會(huì)良性發(fā)展的自然條件的能力[12]，主要體現(xiàn)在凈化污染、維持生態(tài)系統(tǒng)平衡和提供自然資源，因此將生態(tài)功能劃分為生態(tài)維持功能、環(huán)境凈化功能和資源供給功能。

2.2 構(gòu)建評價(jià)指標(biāo)體系

為科學(xué)、合理、客觀地評價(jià)土地利用多功能狀況，首要任務(wù)是構(gòu)建表征土地利用功能的指標(biāo)體系[11]。當(dāng)前土地利用多功能評價(jià)指標(biāo)的選取尚未形成共識，往往造成選取的指標(biāo)不盡合理。本研究基于湘江流域自然資源條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r和土地利用現(xiàn)狀特點(diǎn)，遵循“要素-功能”的構(gòu)建思路[17]，并考慮數(shù)據(jù)的可得性和評價(jià)方法的可操作性，從縣域尺度上選取20個(gè)評價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建湘江流域土地利用多功能評價(jià)指標(biāo)體系(表1)。其中通過農(nóng)業(yè)多樣化指數(shù)和第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值2個(gè)指標(biāo)來表征農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能；通過反映企業(yè)數(shù)量的規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)單位數(shù)指標(biāo)和反映工業(yè)產(chǎn)值的第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值指標(biāo)來表征工業(yè)生產(chǎn)功能；反映服務(wù)業(yè)生產(chǎn)總值的第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值指標(biāo)來表征服務(wù)業(yè)生產(chǎn)功能；反映人們生活用地面積大小的城鄉(xiāng)建設(shè)用地比重指標(biāo)和反映單位面積土地承載人口的人口密度指標(biāo)來表征空間承載功能；通過反映從業(yè)人口的城鎮(zhèn)單位從業(yè)人口指標(biāo)和鄉(xiāng)村從業(yè)人口指標(biāo)以及反映社會(huì)保障水平的參加失業(yè)保險(xiǎn)人數(shù)比例指標(biāo)來表征就業(yè)與社會(huì)保障功能；通過反映居民收入的城鎮(zhèn)居民可支配收入和農(nóng)村居民可支配收入指標(biāo)以及人民消費(fèi)水平的人均社會(huì)消費(fèi)品零售額指標(biāo)來表征生活質(zhì)量功能；通過人均耕地面積、人均水資源和單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值來表征土地的資源供給功能；通過PM2.5濃度和固碳量指標(biāo)來表征土地凈化環(huán)境的功能；通過植被覆蓋度和生境豐度指數(shù)指標(biāo)來表征土地的生態(tài)維持功能。

2.3 改進(jìn)的TOPSIS模型

TOPSIS模型是一種逼近于理想的排序方法，是系統(tǒng)工程中有限方案多目標(biāo)決策分析的一種常用的決策技術(shù)[23]。該方法的核心是確定現(xiàn)有方案中各指標(biāo)的正、負(fù)理想解，建立評價(jià)指標(biāo)與正、負(fù)理想解之間距離的二維數(shù)據(jù)空間，再計(jì)算各評價(jià)方案接近正理想解和遠(yuǎn)離負(fù)理想解的程度來評估土地利用多功能水平。與傳統(tǒng)的TOPSIS模型相比較，改進(jìn)的TOPSIS模型主要針對評價(jià)對象與正、負(fù)理想解的評價(jià)公式進(jìn)行了改進(jìn)[24]。本文采用改進(jìn)的TOPSIS模型對湘江流域土地利用多功能進(jìn)行評價(jià)，具體步驟如下：

(1) 數(shù)據(jù)規(guī)范化處理。采用極值標(biāo)準(zhǔn)化法對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化決策矩陣Yij=(Xij-Xmin)/(Xmax-Xmin)(正向指標(biāo))或Yij=(Xmax-Xij)/(Xmax-Xmin)(負(fù)向指標(biāo))。式中：Xij為第i年j項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)際值；Xmin為指標(biāo)最小值；Xmax為指標(biāo)最大值。

(2) 確定指標(biāo)權(quán)重，構(gòu)建加權(quán)的決策矩陣。指標(biāo)權(quán)重表征各指標(biāo)間的相對重要性，當(dāng)前土地利用多功能評價(jià)主要采用主觀和客觀兩種方法確定指標(biāo)權(quán)重。土地利用多功能評價(jià)是一種具有一定復(fù)雜性和不確定性的定量評價(jià)，因此本文采用熵權(quán)法確定評價(jià)指標(biāo)權(quán)重，由于該方法目前較為成熟，本文就不再闡述，各指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果見表1。當(dāng)計(jì)算土地利用多功能貼近度時(shí)權(quán)重取wa，計(jì)算生產(chǎn)功能、生活功能和生態(tài)功能貼近度時(shí)分別取wb中相對應(yīng)的權(quán)重。確立各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重W=(W1,W2,…,Wj)，建立加權(quán)的規(guī)范化矩陣：

(1)

(3) 確定指標(biāo)正理想解V+和負(fù)理想解V-。

(2)

(3)

(4) 計(jì)算距離。分別計(jì)算不同年份評價(jià)指標(biāo)到正理想解的距離D+和負(fù)理想解的距離D-。

(4)

(5)

(5) 計(jì)算歷年評價(jià)結(jié)果與最優(yōu)方案的貼近度Ci。貼近度Ci的取值范圍為0～1，當(dāng)Ci越接近1時(shí)，土地利用功能水平越高；反之當(dāng)Ci越接近0時(shí)，土地利用功能水平越低。

(6)

(6) 為了表征土地利用多功能的程度，在參考其他學(xué)者研究成果的基礎(chǔ)上，本文依據(jù)貼近度Ci的大小將土地利用功能程度劃分為4個(gè)等級(表2)。

表1 湘江流域土地利用多功能性評價(jià)指標(biāo)體系

表2 土地利用功能性評判標(biāo)準(zhǔn)

2.4 障礙度模型

有效提高土地利用多功能水平，有必要對評價(jià)指標(biāo)的障礙作用大小進(jìn)行評估，尋找出制約土地利用多功能性提升的障礙因素。障礙度模型是一種采用指標(biāo)偏離度(評價(jià)指標(biāo)對土地利用多功能的權(quán)重)、因子貢獻(xiàn)度(評價(jià)指標(biāo)因素標(biāo)準(zhǔn)化值與100%之差)和障礙度(表示指標(biāo)和子目標(biāo)層對土地利用多功能的影響程度)3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析診斷，通過對障礙度大小排序確定各障礙因子的主次關(guān)系及其對人地耦合系統(tǒng)脆弱性的影響程度的模型[25]。本文借鑒障礙度模型，來研究土地利用多功能指標(biāo)對湘江流域土地利用多功能性的影響程度。

(7)

(8)

(9)

式中:Aij為第i年第j個(gè)評價(jià)指標(biāo)的障礙度,障礙度越大,影響越大;yij為第i年第j個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)的無量綱化值；wj為其相對應(yīng)權(quán)重,由熵權(quán)法求得,這里采用前文計(jì)算的wa;Aj為子目標(biāo)層和準(zhǔn)則層的障礙度,它等于各功能對應(yīng)指標(biāo)相加的和;Bj為第j個(gè)因子m年間的平均障礙度。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用多功能變化分析

2010—2018年湘江流域土地利用多功能值及多功能程度見表3和圖1，2010—2018年湘江流域土地利用多功能雖呈現(xiàn)波動(dòng)性變化但整體上在提高，多功能值由2010年的0.392 5上升到2018年的0.574 5，并且多功能程度經(jīng)歷了從中等到較強(qiáng)的過程；生產(chǎn)功能和生活功能總體呈現(xiàn)提高，功能值分別由2010年的0.180 3，0.120 9增加到2018年的0.886 5，0.604 4；而生態(tài)功能指數(shù)呈波動(dòng)下降，功能值由2010年的0.567 7下降到2018年的0.441 1。根據(jù)土地利用多功能程度的變化，可將2010—2018年湘江流域土地利用多功能變化過程劃分為兩個(gè)階段：

表3 湘江流域2010-2018年土地利用多功能值及多功能程度

圖1 湘江流域2010-2018年土地利用功能時(shí)序變化過程

第一階段：2010—2013年，湘江流域的土地利用多功能總體上升并且多功能程度一直保持在中等狀態(tài)。該階段生產(chǎn)功能和生活功能偏弱，生態(tài)功能較強(qiáng)，但隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生產(chǎn)功能和生活功能逐漸增強(qiáng)，而生態(tài)功能逐漸減弱。生產(chǎn)方面，該階段湘江流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，GDP呈高速增長的狀態(tài)，GDP年均增長率達(dá)到16.21%，使湘江流域成為帶動(dòng)湖南經(jīng)濟(jì)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力不斷增強(qiáng)，糧食生產(chǎn)保持穩(wěn)步增產(chǎn)，農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值持續(xù)增長，故該階段生產(chǎn)功能不斷增強(qiáng)；生活方面，自2008年次貸危機(jī)以來，國家對基礎(chǔ)設(shè)施投入了大量的資金，使得湘江流域在交通、醫(yī)療、學(xué)習(xí)等方面愈發(fā)便利，與此同時(shí)人們收入在該階段也持續(xù)增長，2013年城鎮(zhèn)居民和農(nóng)村居民可支配收入首次均突破10 000元大關(guān)，從業(yè)人口保持增加，城鎮(zhèn)化率不斷提高，2012年首次達(dá)到50%以上，因而生活功能不斷增強(qiáng)；生態(tài)方面，該階段為了發(fā)展社會(huì)經(jīng)濟(jì)，新增大量建設(shè)用地，導(dǎo)致包括濕地在內(nèi)的生態(tài)用地持續(xù)減少，同時(shí)隨著城鎮(zhèn)化的提高，產(chǎn)生大量污水和生活垃圾，因此該階段的生態(tài)功能總體呈現(xiàn)下降。

第二階段：2014—2018年，湘江流域土地利用多功能值呈波動(dòng)性增強(qiáng)，多功能程度從中等狀態(tài)提升到較強(qiáng)狀態(tài)。該階段生產(chǎn)功能和生活功能繼續(xù)增強(qiáng)，生態(tài)功能開始減弱隨后增強(qiáng)，土地利用3種功能中生態(tài)功能相對偏弱。生產(chǎn)方面，該階段湘江流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)繼續(xù)保持增長，2018年人均GDP首次突破1萬美元大關(guān)，糧食產(chǎn)量達(dá)到1 908.61萬t；生活方面，該階段人民生活水平持續(xù)提高，城鄉(xiāng)居民收入與2013年相比增長了將近50%，社會(huì)保障能力持續(xù)增強(qiáng)，參加失業(yè)保險(xiǎn)人數(shù)比例逐年提高，生活基礎(chǔ)設(shè)施日趨完善；生態(tài)方面，該階段生態(tài)功能值先下降后上升，與前一階段相比，生態(tài)功能下降的幅度有所減緩，一方面相關(guān)政府部門制定了更加嚴(yán)格的耕地和生態(tài)用地保護(hù)政策從而減少了由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展對生態(tài)用地和耕地的侵占面積，另一方面隨著人們對保護(hù)生態(tài)環(huán)境的意識增強(qiáng)，污水處理率和生活垃圾無公害化處理率正在逐年提高，大氣環(huán)境治理效果逐漸呈現(xiàn)。

3.2 土地利用多功能性障礙因子識別

為了更一步了解土地利用多功能，提高土地利用多功能性，本文在測度土地利用多功能值的基礎(chǔ)上，利用障礙度模型剖析制約土地利用多功能得到進(jìn)一步提升的障礙因子，其中障礙度越大，對土地利用多功能性提高的制約也就越強(qiáng)。本文將土地利用多功能測度指標(biāo)作為障礙因子，并分為2個(gè)層次進(jìn)行分析，第一層次為子目標(biāo)層，各子目標(biāo)層的障礙度等于該子目標(biāo)層對應(yīng)指標(biāo)的障礙度的和；第二層次為指標(biāo)層，即20個(gè)評價(jià)指標(biāo)。

3.2.1 子目標(biāo)層的障礙度 利用公式(7)—(8)可以測算出土地利用多功能子目標(biāo)層的障礙度。如圖2—3所示，生產(chǎn)功能、生活功能和生態(tài)功能的障礙度隨時(shí)間變化狀況不一，各功能的變化幅度很大，生產(chǎn)功能與生活功能的障礙度呈下降的狀態(tài)，而生態(tài)功能的障礙度呈現(xiàn)上升的狀態(tài)，表明2010—2018年湘江流域生產(chǎn)功能和生活功能對土地利用多功能性提高的制約在降低，而生態(tài)功能在升高。生產(chǎn)功能中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能、工業(yè)生產(chǎn)和服務(wù)業(yè)生產(chǎn)功能的障礙度都在逐漸減??；生活功能中就業(yè)與社會(huì)保障功能的障礙度在增加，空間承載和生活質(zhì)量功能在減小；生態(tài)功能中生態(tài)維持、資源供給和環(huán)境凈化功能的障礙度都在一定程度上增加。2010—2018年湘江流域生態(tài)功能的障礙度以年均18.67%的速度增加，而生產(chǎn)功能和生活功能的障礙度以年均22.41%，10.30%的速度下降?？梢灶A(yù)見，未來的一段時(shí)間內(nèi)生態(tài)功能還將是制約土地利用多功能提升的主要障礙因子。因此，今后湘江流域要想持續(xù)實(shí)現(xiàn)土地資源的有效利用、土地利用多功能性的持續(xù)提高，必須在保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)進(jìn)一步關(guān)注土地利用生態(tài)功能，加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

圖2 湘江流域2010-2018年土地利用多功能子目標(biāo)層障礙度

為了研究不同階段制約土地利用多功能提升的障礙因子，本文將2010—2018年湘江流域子目標(biāo)層障礙度變化過程分為2010—2013年和2014—2018年兩個(gè)階段。2010—2013年，生產(chǎn)和生態(tài)功能年均障礙度較小，生活功能的年均障礙度較大，生產(chǎn)和生活功能障礙度在減小，生態(tài)功能的障礙度在增加，該階段湘江流域城鄉(xiāng)居民人均可支配收入偏低，恩格爾系數(shù)大，城鄉(xiāng)差距明顯，但此時(shí)生態(tài)環(huán)境處于相對良好的狀況，生態(tài)用地的比例均超過60%，人均自然資源也維持在較高的水平，故生態(tài)功能相對于生產(chǎn)功能和生活功能處于優(yōu)勢地位；2014—2018年，生態(tài)功能總體在持續(xù)增加，生產(chǎn)和生活功能障礙度繼續(xù)減小，并且從2016年開始生態(tài)功能的障礙度大于生產(chǎn)功能和生態(tài)功能之和，該階段湘江流域經(jīng)濟(jì)總量得到穩(wěn)步提高，先進(jìn)裝備制造、新能源裝備和軌道交通等高科技產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的促進(jìn)了生活水平的提高，但是經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高對土地生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了負(fù)面影響，大量耕地轉(zhuǎn)化成建設(shè)用地，導(dǎo)致人均耕地面積持續(xù)減小，采礦和工程項(xiàng)目的建設(shè)造成生態(tài)用地被破壞，人口的急劇增加和工業(yè)化的發(fā)展帶來了水資源的短缺和“三廢”的大量排放，導(dǎo)致生態(tài)功能反而成為制約湘江土地利用多功能提升的主要因素。

圖3 湘江流域2010-2018年土地利用多功能準(zhǔn)則層障礙度變化雷達(dá)圖

3.2.2 指標(biāo)的障礙度 根據(jù)公式(7)—(9)可以算出研究區(qū)各指標(biāo)的平均障礙度。由于指標(biāo)層因子較多，本文選取障礙度前8的指標(biāo)，同時(shí)年份選擇與土地利用多功能子目標(biāo)層障礙度變化過程一致，即2010—2013年和2014—2018年。由表4可知，制約湘江流域土地利用多功能的指標(biāo)在時(shí)間維度上并不是靜態(tài)的，指標(biāo)類別、障礙度大小都處于動(dòng)態(tài)變化之中。結(jié)果顯示，2010—2013年期間，制約湘江流域土地利用多功能性的指標(biāo)從大到小為PM2.5濃度、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、人口密度、人均社會(huì)消費(fèi)品零售額等指標(biāo)；2014—2018年，制約湘江流域土地利用多功能性的指標(biāo)從大到小為單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值、鄉(xiāng)村從業(yè)人口、人均耕地面積、生境豐度指數(shù)等指標(biāo)。通過對比可以發(fā)現(xiàn)，制約湘江流域土地利用多功能性的指標(biāo)主要由生活和生產(chǎn)指標(biāo)轉(zhuǎn)向生態(tài)指標(biāo)，由此可見湘江流域在未來一段時(shí)間內(nèi)土地利用方面的主要問題是土地生態(tài)環(huán)境壓力較大，林地、草地、水域和濕地在內(nèi)的生態(tài)用地退化嚴(yán)重，從而導(dǎo)致研究區(qū)域土地固碳能力的降低，土地生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能減弱，同時(shí)隨著城鎮(zhèn)化的提高和工業(yè)化的發(fā)展，越來越多農(nóng)村勞動(dòng)力涌入城市，導(dǎo)致鄉(xiāng)村從業(yè)人口的減少，越來越多耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，導(dǎo)致人均耕地占有量持續(xù)減少。

表4 湘江流域2010-2018年土地利用多功能指標(biāo)層障礙度

3.3 土地利用多功能性提升路徑

根據(jù)改進(jìn)TOPSIS模型測度的土地利用多功能值，可以預(yù)見未來湘江流域的土地利用多功能將持續(xù)提高。為繼續(xù)提升土地利用的多功能化程度，實(shí)現(xiàn)土地利用的生產(chǎn)、生活、生態(tài)的最佳功能效益。以土地利用多功能性評價(jià)結(jié)果為依據(jù)，結(jié)合土地利用多功能的發(fā)展趨勢以及障礙因素，今后湘江流域發(fā)展應(yīng)該著重關(guān)注以下幾個(gè)方面:

(1) 嚴(yán)格耕地保護(hù)。最小人均耕地面積是指在一定區(qū)域范圍內(nèi)，一定食物在自給水平和耕地綜合生產(chǎn)能力條件下，為滿足每個(gè)人正常生活的食物消費(fèi)所需的耕地面積[26]。2010—2018年湘江流域的人均耕地面積從0.056 0 hm2/人下降至0.053 1 hm2/人，已經(jīng)低于聯(lián)合國糧農(nóng)組織所確定的人均耕地0.053 3 hm2的警戒線。未來一段時(shí)間湘江流域人口還將持續(xù)增加，對糧食的需求也將不斷提高，加強(qiáng)耕地保護(hù)對于實(shí)現(xiàn)糧食安全至關(guān)重要。

(2) 增加鄉(xiāng)村從業(yè)人口。人才是發(fā)展的核心要素。湘江流域鄉(xiāng)村從業(yè)人口從2010年的1 773.22萬人下降到2018年的1 757.65萬人，鄉(xiāng)村從業(yè)人口的減少一方面是因?yàn)槌錾实南陆?，另一方面是因?yàn)樵絹碓蕉嗟霓r(nóng)村勞動(dòng)力涌入到城市中。鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略是我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展的新戰(zhàn)略，要想實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興需提高鄉(xiāng)村的吸引力，應(yīng)制定相關(guān)激勵(lì)政策吸引更多人才去鄉(xiāng)村，提供更多的就業(yè)機(jī)會(huì)。

(3) 加強(qiáng)生態(tài)用地保護(hù)。生態(tài)用地是指林地、草地、水域和濕地，生態(tài)用地比例即為生態(tài)用地占全部土地的百分比[27]。生態(tài)強(qiáng)省是湖南省“十四五”規(guī)劃的重要目標(biāo)，2010年湘江流域生態(tài)用地的面積為654.991 3萬hm2，而到了2018年生態(tài)用地的面積下降至647.096 1萬hm2，年均減少將近1萬hm2。生態(tài)用地具有凈化環(huán)境污染、調(diào)節(jié)氣候變化等功能，對于實(shí)現(xiàn)流域碳中和目標(biāo)具有重要的影響。因此，湘江流域在未來的一段時(shí)間應(yīng)當(dāng)出臺相關(guān)政策和法規(guī)，遏制生態(tài)用地的過度變更。

4 結(jié)論與展望

(1) 2010—2018年期間湘江流域土地利用多功能程度逐漸提高，其中生產(chǎn)功能和生活功能在增強(qiáng)，生態(tài)功能在減弱。土地利用多功能從0.392 5提高到0.574 5，土地利用多功能程度經(jīng)歷了從中等到較強(qiáng)的過程，生產(chǎn)功能由0.180 3增加到的0.886 5，生活功能由0.120 9增加到0.604 4，而生態(tài)功能由0.567 7下降到0.441 1。

(2) 2010—2013年，PM2.5濃度、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、人口密度、人均社會(huì)消費(fèi)品零售額等指標(biāo)是制約土地利用多功能提升的主要障礙因子；2014—2018年，單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值、鄉(xiāng)村從業(yè)人口、人均耕地面積、生境豐度指數(shù)等指標(biāo)是制約土地利用多功能提升的主要障礙因子，制約湘江流域土地利用多功能提高的指標(biāo)主要由生活和生產(chǎn)指標(biāo)轉(zhuǎn)向生態(tài)指標(biāo)。

(3) 2010—2018年期間湘江流域生產(chǎn)和生活功能的障礙度在減小，生態(tài)功能的障礙度在增加，生產(chǎn)和生活功能對土地利用多功能性提高的制約在降低，而生態(tài)功能對土地利用多功能性提高的制約在升高。生產(chǎn)功能中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能、工業(yè)生產(chǎn)和服務(wù)業(yè)生產(chǎn)功能的障礙度在逐漸減?。簧罟δ苤芯蜆I(yè)與社會(huì)保障功能的障礙度在增加，空間承載和生活質(zhì)量功能在減?。簧鷳B(tài)功能中生態(tài)維持、資源供給和環(huán)境凈化功能的障礙度都在一定程度上上升。近期來看，生態(tài)功能減弱將是制約土地利用多功能提升的主要因素。

開展河流流域土地利用多功能性評價(jià)對促進(jìn)區(qū)域土地可持續(xù)利用具有重要意義。本研究仍存在一些問題，突出表現(xiàn)在：因數(shù)據(jù)可獲取性和科學(xué)性，本文建立的指標(biāo)體系、尤其是評價(jià)服務(wù)業(yè)生產(chǎn)功能、就業(yè)與社會(huì)保障功能、生活質(zhì)量功能方面的指標(biāo)尚顯不足，使得指標(biāo)構(gòu)建方面替代了一些具有代表性的指標(biāo)；研究以流域整體為空間單元，流域內(nèi)上中下游社會(huì)經(jīng)濟(jì)和土地利用現(xiàn)狀差異較大，障礙因子對上中下游的制約程度也有所差異，因此所得結(jié)果僅能反映流域整體的狀況，針對流域內(nèi)上中下游土地利用多功能的差異化研究尚待進(jìn)一步深化。