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SCI期刊：Land

英文題目：Assessing the Multifunctional Potential and Performance of Cultivated Land in Historical Irrigation Districts: A Case Study of the Mulanbei Irrigation District in China

中文題目：歷史灌區耕地多功能潛力與績效評估——以中國木蘭陂灌區為例

發表時間：2025年12月15日

文章鏈接：https://doi.org/10.3390/land14122421

研究背景

歷史灌區（HIDs）是連續運行超過50-100年的水文流域單元，擁有規整的水系、連通的渠網和水工遺產，形成了彈性高效的人地關系網絡，是農業文化遺產和文化景觀的重要載體。然而，全球工業化和城鎮化導致耕地面積減少、農業投入下降，HIDs面臨嚴峻威脅。與此同時，城鄉對生態、文化服務的需求不斷增長，推動耕地從單一生產功能向多功能轉變。但現有研究多聚焦于省市級尺度，缺乏對HIDs內耕地微觀尺度“潛力-績效”差異的系統評估。

研究目的

1. 構建歷史灌區耕地多功能的“潛力-績效”評估框架，區分“自然本底+社會經濟條件”所能支撐的最大潛力與實際轉化效果；

2. 以福建木蘭陂灌區為案例，評估生產、生態、社會、景觀文化四類功能的潛力與績效空間分布；

3. 利用雙變量空間自相關分析，揭示潛力與績效之間的空間匹配類型（高-高、高-低、低-高、低-低）；

4. 為歷史灌區耕地的分區治理、遺產保護和可持續發展提供科學依據。

研究意義

本研究首次將“潛力”與“績效”作為兩個獨立維度引入歷史灌區耕地多功能評估，突破了傳統研究僅用靜態指標直接表征多功能性的局限。研究發現：木蘭陂灌區生產功能潛力呈高值均質分布，生態功能高值聚簇但受建設用地擠壓，社會和景觀文化功能長期被低估。在潛力-績效匹配上，生產與生態功能以“高-高”協同為主（分別占19%和20%），而社會與景觀文化功能則大量處于“高潛力-低績效”狀態（分別占33%和27%），表明優質文化遺產資源未能有效轉化為社會服務效益。研究為歷史灌區耕地差異化治理和遺產活態保護提供了可操作的空間決策工具。

? 研究內容

• 構建耕地多功能“潛力-績效”評估框架，涵蓋生產、生態、社會、景觀文化四個維度。

• 以福建省木蘭陂世界灌溉遺產區為案例，劃分2614個350m×350m網格。

• 潛力評估：從地理（坡度、高程）、基礎設施（田間道路密度、距高速/農村居民點距離）、歷史（土壤肥力、灌渠密度、距歷史遺跡距離）、土地管理（耕地集聚度、距市中心/其他建設用地距離）四類因素提取10個指標，采用AHP法確定權重。

• 績效評估：

• • 生產功能：基于NDVI與糧食總產空間化。

  • 生態功能：InVEST模型計算生境質量、水源涵養、土壤保持、碳固持。

  • 社會功能：POI密度（居住承載、農產品服務、醫療康養）。

  • 景觀文化功能：POI密度（科普研學、游憩生態旅游）。

• 利用雙變量空間自相關（GeoDa）分析各功能潛力與績效的局部空間匹配類型（HH、LL、HL、LH）。

研究區概況

木蘭陂歷史灌區位于福建省莆田市，核心區域面積約373 km2，其中耕地約197 km2。木蘭陂壩始建于1064年（北宋），位于木蘭溪感潮河段，兼具拒咸、蓄淡、灌溉、防洪等功能。2014年被列入首批世界灌溉工程遺產（WHIS）。灌區水網密布、土壤肥沃，是福建省重要的糧食生產基地，同時地處沿海快速城市化地區，面臨生產、生態、游憩、文化等多功能競爭，具有典型代表性。

數據概況

• 土地利用：Landsat 8，30m，2020年，中科院資源環境科學數據中心。

• DEM：30m，NASA。

• 土壤數據：全球土壤數據庫，1km。

• 氣象數據：2020年逐日觀測，國家青藏高原科學數據中心。

• NPP：MODIS MOD17A3HGF，500m。

• NDVI：Landsat 5/7/8/9，30m，國家生態系統科學數據中心。

• 糧食產量：莆田統計年鑒2021。

• 路網、灌渠：OpenStreetMap。

• POI：高德地圖，1km緩沖區密度。

• 歷史文獻：地方志、水利志（《木蘭陂水利志》《興化府莆田縣志》等），用于功能識別。

?? 研究方法

• 潛力評估指標權重：AHP法，22位領域專家兩兩比較（1-9標度），幾何平均綜合，CR<0.1。

• 績效評估指標權重：同樣采用AHP，結合前人研究確定。

• 土壤肥力：改進的Nemerow指數法，綜合有機質、全氮、速效磷鉀、pH、陽離子交換量。

• 耕地集聚度：Fragstats計算。

• 水源涵養：InVEST模型公式：WR = NPP_mean × F_sic × F_pre × (1 - F_slo)。

• 土壤保持：RUSLE方程。

• 碳固持：C_i = 1.63×NPP_i + 1.2×NPP_i。

• POI密度：移動窗口法，1km緩沖區，統計各類POI數量/面積。

• 空間匹配：雙變量局部Moran‘s I（GeoDa），識別HH（高潛力-高績效）、LL（低-低）、HL（高-低）、LH（低-高）。

研究結果

1. 多功能潛力空間分布

• 生產功能潛力：高值集中在中部平原，低值在北部、南部山地及東部濱海灘涂。

• 生態功能潛力：低于生產功能，高值呈離散團塊分布在山地與農田過渡帶，低值分布在城市邊緣。

• 社會功能潛力：高值分布于西部和北部城郊、緊鄰人口密集鄉村的耕地，低值在西南、北部偏遠山地。

• 景觀文化功能潛力：高值集中于中部平原環繞城市建成區的地帶。

多功能績效空間分布

• 生產功能績效：高值連片分布在中部和東南部，低值散落在北部山地邊緣和濱海灘涂。

• 生態功能績效：高值沿木蘭溪兩岸及西南、東北部林地水體附近聚集；低值集中在建設用地邊緣。

• 社會功能績效：高值主要分布在城市外圍耕地，遠離城鎮的耕地績效極低。

• 景觀文化功能績效：高值呈點狀分布在城市邊緣和主要交通干線周邊，整體水平較低。

潛力-績效空間匹配

• 生產功能：HH占19%，集中在城市周邊和南部連片水田；LL占4%，在北部山地碎片化耕地；HL（高潛低效）和LH（低潛高效）比例低。

• 生態功能：HH占20%，分布在北部、西部靠近林地水體的區域及中部水網密集區；HL和LH極少。

• 社會功能：HH占10%，散落在城市-耕地過渡帶；HL占33%，在木蘭溪中游兩岸和東南部耕地廣泛分布；LL占10%。

• 景觀文化功能：HH占12%，集中在城市過渡帶和北部沿海；HL占27%，分布在木蘭溪中游和東南沿海連片耕地；LL占13%。

代表性功能績效細節

• 糧食生產（FP）：全區域高績效均勻。

• 碳固持（CS）：高值靠近北部城區和中南部水田，低值在北部山地和東南旱地。

• 生境質量（HQ）：南高北低，高值散落于南北林地附近，低值集中于城區和旱地。

• 水源涵養（WC）：高值沿灌區中河流通道呈帶狀，低值在北部山地和西南旱地。

• 土壤保持（SC）：整體較高，低值在陡坡和水網密集區。

• 農產品服務（AS）：高值集中在城市周邊耕地，中值沿交通走廊延伸。

• 醫療康養（HW）：高值零星分布在中部，大部分耕地績效低。

• 游憩生態旅游（RE）與科普研學（SRE）：高值點狀分布于城市邊緣和交通干線，整體水平很低。

主要討論

• 為什么生產功能實現了“高潛-高績”？ 木蘭陂灌區平原地形平坦、土壤肥沃、灌渠系統完善，疊加長期農業投入，形成了高潛向高績的成功轉化。相比之下，北京碎片化耕地因缺水和大都市強烈的休閑需求，功能向非生產轉變，說明社會經濟背景差異導致功能轉型。

• 社會與景觀文化功能的“高潛-低績”困境：盡管木蘭陂擁有千年灌溉歷史、豐富的水文化遺產和獨特的圩田景觀，但其社會服務（農產品、醫療、居住承載）和景觀文化服務（游憩、研學）績效遠低于潛力。微原因在于小農經營結構、市場對接不足、配套設施落后，阻礙了文化資本轉化為社會經濟效益。

• 城市化影響的“雙重性”：社會與景觀文化功能的高值區集中在城市邊緣，印證了“輻射效應”；但宏觀區域上城市化可能產生“虹吸效應”，導致外圍鄉村功能資源流失。潛力-績效框架揭示這種尺度和區位依賴性，有助于避免一刀切評估。

• 管理啟示：

• • 對HL型（高潛低效）的生產功能區，應推進規模化經營和農藝強化，實現從“粗放開發”到“提質增效”。

  • 對HL型的社會/文化功能區，應激活潛力節點，通過綠道和旅游線路連接，構建協同網絡。

  • 對LH型（低潛高效）的區域（如某些生態功能依賴外部輸入），需加強可持續性監測，減少對外依賴。

  • LL型區域需評估是否應轉向生產或生態任務以優化資源配置。

? 創新點

• “潛力-績效”雙維框架：將耕地的自然生成本底與人類干預下的實際產出分離評估，揭示了“高潛力未兌現”和“低潛力過度開發”兩類管理失靈問題。

• 歷史文獻+現代POI融合：首次結合古代水利文獻（地方志、水利志）關鍵詞挖掘與當代POI大數據，識別耕地的歷史文化功能。

• 網格尺度精細分析：350m網格，優于以往省市級宏觀研究，適應HIDs小尺度景觀異質性。

• 雙變量空間自相關應用：區分四類匹配狀態（HH/LL/HL/LH），為分區差異化治理提供直接空間指引。

• 案例典型性：木蘭陂是千年仍在運行的灌溉遺產，地處沿海城市化區域，兼具傳統農業保護與多功能轉型的典型矛盾。

?? 不足與展望

• 歷史文獻覆蓋不全：僅使用了部分地方志和水利志，民間文獻、碑刻等未系統納入，功能識別有待完善。

• 機制分析較淺：僅通過衛星影像判讀了匹配區典型地物，未定量分析驅動因素（如地理探測器、結構方程模型）。

• 土地管理指標受限：因數據可獲取性，未能納入國土空間規劃“三條紅線”等直接政策變量。

• 時間動態缺失：僅有2020年截面數據，無法揭示潛力-績效匹配的長期演變軌跡。

• 未來方向：整合多源歷史文獻；引入地理探測器和SEM分析驅動機制；納入“三區三線”等規劃數據；建立長時序監測。

總結

本研究提出了歷史灌區耕地多功能“潛力-績效”評估框架，并以福建木蘭陂世界灌溉遺產區為案例，定量評估了生產、生態、社會、景觀文化四類功能的潛力與績效及其空間匹配。主要結論：（1）生產功能潛力高值均質分布，績效高值連片；生態功能高值聚簇但受建設用地擠壓；社會和景觀文化功能整體績效偏低，高值僅限城市邊緣。（2）潛力-績效匹配呈現顯著分化：生產與生態功能以“高-高”協同為主（19%、20%）；社會與景觀文化功能以“高-低”錯配為主（33%、27%），反映出文化遺產資源未有效轉化為社會服務。（3）“低-低”簇中社會與景觀文化占比均超10%，需關注邊緣區功能衰落。“低-高”簇極少，說明低潛力支撐高績效不可持續。研究為歷史灌區耕地差異化治理、遺產活化利用和國土空間規劃提供了新的分析工具和科學依據。