【文献分享】转型农业系统中农村居住与工业功能的权衡及其生态影响：来自中国大都市郊区的证据

1. 农村居住与工业用地时空变化格局

2005 - 2020年，农村居住用地和工业用地均呈现减少和空间收缩的趋势。居住用地面积由70.58万公顷减少到49.54万公顷，减少29.81%。居住用地除了被城市扩张占用外，大部分主要被改造为农田和商业服务性用地。这种现象很容易发生在城郊和主要公路沿线。主要原因是，当村庄位于市中心、道路和高速公路附近时，可用资源的驱动效应可能会影响当地土地利用的变化。工业用地面积由24.61万公顷减少至13.30万公顷，减少47.05%。工业用地大幅减少的地区主要集中在北京的中南部，特别是通州和大兴地区，在这些地区，快速的城市扩张占据了大量以前用于工业储存和农业的土地。相反，西部地区工业用地变化较为稳定。

居住用地和工业用地的内部格局变化如图2所示，即居住用地、工业和仓储用地、耕地减少，商业服务用地增加。耕地面积减少幅度最大，从34.39万公顷减少到93.55万公顷，向其他土地利用类型的转换相对均衡。工业和仓储用地面积从2333万公顷减少到1800万公顷，以典型的商业用地为主。虽然大部分土地利用类型面积减少，但由于城市化进程的加快和对公共设施需求的增加，商业服务用地面积呈增加趋势。从704万公顷增加到1493万公顷，耕地可以看作是增加的主要来源。

2. 转型农业系统居住和工业功能之间的权衡

（1） 权衡的总体特征

通过对农村居住用地和工业用地变化格局的分析，发现这两种土地利用系统之间存在显著的交互作用。当不同土地利用通过时空相互作用系统地联系起来时，现有研究总是使用土地利用功能之间的“权衡”一词。本文采用了居住和工业功能之间的权衡来表征这种相互作用。此外，权衡强度被用来衡量居住和工业功能之间的权衡。城镇层面的权衡强度为0.02 ~ 2.4，平均值为0.53。然后，采用自然断裂法对农村工业用地与居住用地的权衡强度进行了分类：低强度（0 ~ 0.76）、中强度（0.76 ~ 1.37）、高强度（1.37 ~ 2.4）。如图3所示，低强度城镇169个，占64.26%，主要分布在远郊地区。中等强度城镇66个，占25.10%，主要分布在高强度城镇周边。高强度镇28个（10.65%），主要分布在中心城区周边。总体而言，权衡强度较高的城镇主要分布在城市周边，农村地区可以从优越的地理位置和快速城市化中受益。而密云、延庆、延庆等远郊地区的城镇则表现出较低的权衡强度、较低的人口密度和土地利用格局。

如图4a和附录图C所示，北京市共有16种权衡类型，主要的权衡类型为农业生产与生活功能之间、农业生产与非农业生产功能之间的权衡：有76个乡镇（28.90%）存在农业生产与生活功能之间的权衡。同时，农业生产与公共服务权衡的空间格局与10个乡镇农业生产与生活功能权衡的空间格局相似。这些交换类型在整个地区广泛分布。这是因为近年来人口的快速增长导致郊区对居住功能和公共服务的需求不断增加。有38个乡镇（14.45%）存在农业生产与非农生产功能的权衡关系，且大部分集中在东北远郊地区。在这些地区，从第一产业到第二产业的显著转型升级引发了越来越多的农业生产与非农业生产功能之间的权衡。

Appendix Fig. C. Classification and percentage of trade-off types between residential and industrial functions in rural areas.

（2）转型农业系统中权衡的变化

为了更好地解决转型农业系统中居住和工业功能权衡的变化，首先根据附录表B对转型农业系统进行了识别。如图5所示，17个城镇（6.55%）被归类为传统农业系统，主要位于北京北部和西南部。这些地区远离城市中心，经历了传统的社会经济结构模式；也就是说，农业部门仍然以传统的耕作技术为主导，使用手工劳动而不是拖拉机。低容量科技农业系统乡镇67个（25.55%），多数与传统农业城镇呈交叉分布。在产业从第一产业向第二产业转型的过程中，这些地区很可能出现资本密集型农业企业的扩张，这些企业的生产将具有供养城市集中度上升的目的。在半自给农业系统中，有81个镇（30.79%）分布在北京东部和北部郊区。大多数从事经济活动的人口从事农业活动，以维持生计和商业目的。农民经常从事部分非农业活动。有98个镇（37.11%）被划分为现代农业系统，主要分布在北郊（如平谷区、延庆区）和东南郊（如通州区、大兴区）。这个农业系统是高度市场化、资本密集和高度机械化的。此外，还有从事农场活动的专业农民，这些地区生产的食品主要是为了销售以获取利润。此外，由于合理的土地利用规划和大规模耕作，农业生产力相对较高。

Appendix Fig. B. Area change of residential and industrial land in rural areas between 2005 and 2020

如图4b-e和附录图C所示，在转型农业系统中，居住和工业功能之间的权衡类型各不相同：在传统农业系统中，由于居住和农业生产功能是主要和基本的功能，因此农村以居住和农业生产功能之间的权衡为主（占73.68%），并且权衡强度较低（约为0.13）。低产能技术农业系统的平均权衡强度为0.26。农业生产功能与非农生产功能、农业生产功能与居住功能存在权衡关系，占比分别为35.86%和25.38%。此外，还有部分农业生产与商业功能并重的城镇，占比仅为9.65%。

在半自保农业系统中，平均权衡强度为0.68，主要包括居住与商业功能、非农业生产与商业功能、农业生产与生活功能之间的权衡类型（分别约为25.93%、16.05%和16.05%）。当农村地区进入经济和工业衰退期时，这种农业制度很容易出现。面对这种情况，农民倾向于探索从农产品加工业向旅游、娱乐和服务业的转型。因此，许多居住和工业用地逐渐转变为商业服务用地，提供更多的娱乐和休闲功能。在现代农业系统中，居住功能与工业功能的平均权衡强度为0.59，非农业与农业生产功能（22.45%）、非农业生产与商业功能（16.33%）、居住功能与农业生产功能（18.37%）、农业与非农生产功能（15.31%）的权衡类型占主导地位。优越的经济区位——靠近市中心和工业园区，农业生产资源丰富——为农业生产功能的发展提供了更多的机会。

3. 农村居住与工业功能权衡的生态影响

上述结果表明，转型农业系统之间的权衡存在显著差异。此外，居住功能与工业功能的权衡对农村发展产生了生态影响。为此，首先利用生态质量指数探讨了农村生态质量的时空变化，然后分析了居住和工业功能之间每种权衡类型的贡献。

（1）农村生态质量时空变化研究

2005 - 2020年，农村生态质量指数从0.05上升到0.19，表明不同类型的居住功能与工业功能之间的权衡对生态质量有正向影响。采用自然断点法将生态质量指数划分为低（0-0.05）、较低（0.05-0.15）、中等（0.15-0.25）、高（0.25-0.35）4个等级（表3）。在空间上，受自然条件约束的北京近郊生态质量指数存在显著的梯度分异（见附录图D），生态质量呈现由远郊到近郊再到市区的递减趋势。北部和西部山区的EQI值明显高于平原地区。有趣的是，这些高EQI值的地区主要位于生态红线内。然而，相对较低的EQI区域主要位于海淀区和朝阳区的城乡结合部，良好的自然地理条件和社会经济基础加速了人口的持续增长和城市的扩张，人地关系因此面临着显著的变化。具体而言，城市扩张与农村萎缩的冲突导致自然和半自然生态系统被占用，土地退化严重，生态质量下降。

Appendix Fig. D. Spatiotemporal change of ecological quality in rural areas between 2005 and 2020.

2005年，中高生态质量镇（EQI≥0.15）主要分布在北部山区，占52.09%。生态质量较差的城镇（EQI <0.15，占47.91%）主要分布在城市中心附近。与2005年相比，2020年全区生态质量优秀区规模显著扩大，尤其是东北郊区（包括顺义、平谷区）和南部郊区（包括房山、大兴区）。由表3可以看出，EQI高、中等水平的乡镇数量增加了27%，EQI低水平的乡镇数量减少了29.37%。

（2）探索转型农业系统中居住和工业功能权衡的生态贡献

通过对农村生态质量时空变化的研究，研究发现这一结果还与功能区划、“北京减少非首都功能”政策和“平原区新植林”等政策有关。为了更好地识别农村居住与工业功能权衡的生态影响，本研究计算了不同类型的居住与工业功能权衡对生态质量的贡献率。

在研究期间，对生态质量有正贡献的权衡类型有几种，即非农业生产功能与农业生产功能、居住功能与农业生产功能、生活功能与公共服务功能之间的权衡：随着越来越多的乡镇企业因农业转型而被放弃，工业废物排放减少，土地污染得到缓解。此外，这些废弃的工业用地被开垦为农田，从而改善了生态质量。近年来，随着农村人口向城市迁移，农村出现了空置房屋和废弃宅基地，这些废弃宅基地很容易被开垦为农用地。此外，通过将新增的农业用地与非农业用地联系起来，创造了更多的农业生产空间。实施“改善农村人居环境”，增加农村绿地面积，实现了居住功能与公共服务功能的权衡。这些权衡对提高农村生态质量起到了积极作用。相反，农业生产与其他功能之间的权衡对生态质量产生了负贡献。

通过对不同权衡类型的生态贡献率的比较，发现在不同的转型农业系统中，居住功能与工业功能权衡的生态影响存在差异。这种对比如图6所示：在传统农业系统中，居住功能和农业生产功能之间的权衡对生态质量有积极的贡献。在低容量技术农业系统中，农业生产与非农业生产功能、农业生产与居住功能之间的权衡对生态质量有负向贡献。由于重视经济增长而忽视生态环境保护，加上居民缺乏生态环保意识，生态质量不升反降。研究发现，半自给农业系统的权衡类型对生态质量的贡献率也为负。就业结构的多样化在一定程度上促进了农村经济繁荣的同时，这些活动（特别是非农和部分非农活动）减少了大规模耕作，从而增加了闲置和废弃土地，以及土地的无序利用。这对生态质量造成了不利影响。在现代农业系统中，权衡具有积极的生态贡献。在乡村振兴战略的影响下，乡村有可能实现生态与产业的融合。

4. 耦合协调度的估计

在此基础上，通过对耦合协调度的估算，揭示了转型农业系统之间的耦合关系、居住功能与产业功能之间的权衡关系及其对农村生态的影响。为每个城镇确定度，其平均值如图7所示。北京市的耦合协调度为0.51，约11.79%的城镇处于轻度协调状态。结果表明，30个乡镇呈现出较好的协调发展态势，且以现代农业系统为主。111个镇（其中传统农业体系镇28个，现代农业体系镇83个）发展略显协调，分布在北京近郊和南郊。相对较低的耦合协调度可归因于居住和工业功能之间的简单权衡。低容量科技农业系统乡镇总体上表现出发展不协调的特点，86个乡镇表现出发展不协调的特点。其中大部分位于东部地区。考虑到工业污染的严重程度，较差的生态质量降低了耦合协调度。发展不协调严重的城镇集中在城乡结合部，有36个。这些城镇大多处于半自给农业系统，其居住与工业功能的无序复杂权衡以及生态环境的恶化造成了严重的不协调发展。