昆明北部生态涵养区乡村功能空间特征及权衡协同分析

彭 文，杨宇亮，徐艳芳

(云南师范大学 地理学部，云南 昆明 650500)

乡村功能是指乡村为满足乡村居民各种需求所提供的各类服务的总和，涉及社会、经济、文化、生态等多方面内容[1].近年来社会经济的快速发展，居民需求结构的调整要求乡村提供更多的产品和服务，促使乡村功能不断发生变化[2]，乡村功能间的权衡和协同关系的复杂性越来越明显[3].“权衡”是指两两功能间因区域总体资源供给有限而出现对资源的冲突或竞争，表现为两两功能此消彼长；“协同”是指两两功能间同增或同减[4].如何通过城乡之间人口、产业、基础设施、生态环境等方面的统筹[5]，协调乡村各功能间关系，使乡村功能重构和格局优化成为乡村振兴面临的重大问题.生态涵养区是指承担涵养水源、保持水土和生态休闲等生态功能的区域[6]，对于区域的可持续发展具有基础性的支撑作用.然而，除了区域生态安全外，生态涵养区还同时承担着农产品供给、休闲旅游等多种功能，乡村作为数量最多的基层人居环境，往往直面发展功能与生态功能之间的显著矛盾，妥善处理乡村的权衡与协同关系，对于践行习近平生态文明思想、完善区域功能、实现地区的高质量发展等，具有极为重要的意义.

国外对乡村功能的评价与分区研究较早，其中波兰对这方面的研究较多[5].国内学者对乡村功能类型划分、功能评价、空间格局、特征等方面进行了大量探讨[7-12]；对权衡协同关系研究较多关注时间权衡、空间权衡、可逆权衡[13-15]，运用数学统计、空间分析、多目标决策分析、情景模拟、模型构建和服务性流动分析等方法[16-17]，基于流域、农牧交错区、长江经济带等不同尺度类型区[18-20]，对林地、耕地、草地等不同土地利用类型[21-23]开展了大量研究；对生态涵养区的研究较为关注生态系统服务价值、环境问题及生态补偿机制、经济与生态耦合度等[24-26].

由此可知，乡村功能研究得到进一步完善，但也存在一些问题：①乡村功能评价多基于“三生”视角进行，强调各功能的强弱，而各功能间关系研究少见，事实上功能间关系会影响整个乡村功能结构协调发展；②权衡协同关系研究对象多针对特定生态系统，针对乡村功能较少；③生态涵养区生态系统研究较多，而生态涵养区乡村功能不仅关系生态稳定，而且关系区域可持续发展；④研究尺度多基于栅格单元开展，而行政尺度较少，乡镇作为宏观与微观尺度的衔接，能够更好地探讨乡村功能.基于此，本文基于乡镇尺度研究乡村功能权衡协同关系及强度，有利于更好地通过政策调控，准确定位乡村发展方向，促进功能间协同发展，推动乡村振兴建设.

1 研究区概况

昆明北部生态涵养区（图1）包括东川区、禄劝彝族苗族自治县和寻甸回族彝族自治县3 个县级行政区，地域面积9 681.08 km2，占全市总面积的46.07%，是保障昆明市生态化建设和可持续发展的绿色屏障，也是昆明城市发展格局的三大板块之一.截至2020 年，北部生态涵养区地区生产总值380.22 亿元，占全市的5.87%；户籍总人口138.16万人，占全市总人口的23.88%；森林覆盖率为50.32%.为全力开创昆明生态化、国际化和现代化发展新局面，昆明市第十二次党代会提出北部生态涵养区要在加大生态保护力度的基础上，着力发展绿色经济，促进乡村振兴与城乡融合发展.在这一目标指引下，北部生态涵养区为形成经济−生态协同发展新格局，乡村功能必然进行较大重构和格局优化.

图1 昆明北部生态涵养区位置示意图Fig.1 Schematic diagram of the location of the ecological conservation area in northern Kunming

2 数据处理与研究方法

2.1 乡村功能评价

2.1.1 指标体系构建及功能核算 乡村具有多功能的客观属性，不仅为城乡居民提供食物保障，也是大量农村人口的居住地和传统农业文化保留地，更是维系城乡生态安全的重要开敞空间，具有生产、生活、经济、文化、生态等多功能[8].参考谭雪兰[5]、唐林楠[11]的类似研究，结合昆明市北部生态涵养区的实际自然、社会条件，考虑数据的可获取性，遵照客观性和可操作性原则，本文拟从经济发展、农产品生产、社会保障、生态服务和休闲旅游5 个方面构建乡村功能评价指标体系（表1）.

表1 生态涵养区乡村功能评价指标体系Tab.1 Evaluation index system of village functions in ecological conservation area

（1）经济发展功能由农村人均纯收入[2]、乡镇从业人员比例[27]、人口城镇化率[28]、企业数量表征.其中农村人均纯收入、乡镇从业人员比例、人口城镇化率来自各县市统计年鉴；企业数量源于昆明市POI 数据进行选取.

（2）农产品生产功能选用耕地面积、人均粮食拥有量[29]、人均果品拥有量[30]、人均蔬菜拥有量[29]表征.其中，土地利用现状数据源于中国科学院空天信息创新研究院（http://www.aircas.ac.cn/）发布的2020 年全球30 m 精细地表覆盖产品（GLC_FCS 30-2020），其总体精度为82.5%，Kappa 系数为0.784，经裁剪、重分类与计算后得到；人口、产量数据来自各县市统计年鉴.

（3）社会保障功能选取路网密度[31]、医疗服务水平[32]和文化教育服务水平表征.其中道路数据提取G85、G245、S23、X84 等国道、省道、县道、乡道，依据不同级别道路的运输保障能力，计算时对其分别赋权为4、3、2、1，再乘以道路长度进行求和汇总.医疗服务设施包括医院、社区卫生服务中心、乡（镇）卫生院、村卫生室、私人诊所等.将其划分为“二甲、二乙、一级”共3 个类别，依据医疗水平及保障人数分别赋分为4、3、1，其中二甲、二乙源于昆明市卫生健康委员会官网公布的医院评级名单，一级则包括社区卫生服务中心、乡（镇）卫生院、村卫生室、私人诊所.文化教育服务设施包括公共文化设施（图书馆、文化宫、展览馆）和各类教育设施（科研机构、高等院校、成人学校、职业技术学校、中学、小学）.其中，对公共文化设施依据保障人数与时间长短分别赋分为3、2、1；对各类教育设施依据教育层次分别赋分为4、4、3、3、2、1.

（4）生态服务功能由生态服务价值总量、地均化肥使用量[33]、森林覆盖率[7]表征.其中生态服务价值总量参照陈俊成等[34]的研究，森林、草地、水域、耕地的生态服务价值分别取34 641.0、14 376.3、55 866.6、9 732.0/（元·hm−2·a−1）；化肥使用量来自各县市统计年鉴.

（5）休闲旅游功能由景观用地面积比例[35]、旅游景点数量表征.其中，景观用地面积根据区域土地利用现状数据进行核算；旅游景点包括特色小镇、遗址故居、山水风景区、寺庙、休闲度假区等.通过比对云南省A 级旅游景区名录及省级特色小镇名单，对5A、4A、3A、2A、1A、特色小镇、普通景点分别赋分为6、5、4、3、2、3、1.

2.1.2 权重确定及功能指数计算 由于各指标的量纲不同，将上述指标采用极值标准化方法进行无量纲化处理.其中，指标效应为正采用正向标准化方法（公式（1））；指标效应为负则采用负向标准化方法（公式（2））.

式中，xij、xmaxj、xminj、分别表示第i个 乡镇第j项指标评分的实际值、最大值、最小值、标准化值.参考已有研究[36]，指标权重确定采用均方差决策法（公式（3）～（5））.

2.2 权衡与协同分析方法

2.2.1 相关性分析 参考已有研究[35]，并结合地理空间数据的非线性、非正态的特点[37]，本文采用SPSS 软件的Spearman 相关分析方法判定乡村功能间的权衡协同关系.当相关系数为负值，且具有显著性时（P<0.05）,则表明2 种功能间呈权衡关系，反之，则呈协同关系[38]；当相关系数的绝对值小于0.3，且不显著（P>0.05）时，则表明2 种功能间作用不明显.

2.2.2 均方根偏差（RMSD）相关系数的大小和正负只能定性说明乡村功能间作用关系的强弱和方向，均方根偏差法将单一功能标准差和平均功能标准差之间的平均差异进行量化，用以描述距平均乡村功能标准差的分散服务[39].计算方法如下：

式中，Si为i乡 村功能标准化值，为n个乡村功能的平均值.RMSD 的物理意义表示成对的功能坐标点到1∶1 的线的距离（图2），而坐标点的相对位置（在1∶1 线的左上或右上方）表示其中一种功能的相对收益大小[40].图2 中权衡的大小顺序为A=B>C，A 点代表乡村功能1 的收益，B 点、C 点代表乡村功能2 的收益.

图2 乡村功能间权衡收益Fig.2 Weighing benefits among rural function

3 结果与分析

3.1 乡村功能空间特征根据以上指标体系及分析方法，基于ArcGIS 10.5 软件的自然断点法对生态涵养区乡村各项功能指数及综合功能指数进行分级，绘制出昆明北部乡村功能空间分布图（图3）.

（1）经济发展功能指数介于0.032～0.182，分布格局呈现“由行政中心向四周递减”的特点.其中，中高值区域集中于东川大部、寻甸和禄劝南部，该区域区位优势明显，企业分布较密，工业生产相对集中，受乡镇企业改革的良好政策影响，提供了较高农村人均纯收入和较多就业机会，人口城镇化率高，经济发展质量高，以铜都街道、屏山街道、仁德街道、汤丹镇、羊街镇较强；地势较高、对外交通不便、企业分布数量少的乌蒙乡、雪山乡、则黑乡等工业生产相对集中，区域则较弱（图3（a））.

（2）农产品生产功能指数介于0.010～0.149，整体格局呈“西高东低、南高北低”的特征.禄劝、寻甸两县功能指数较高，主要因为耕地资源较丰富、光热水土条件优越、农业机械化水平高、农产品产量高，以团街镇、皎平渡镇、六哨乡较强；东川区较低，该区域城市化及工业化程度较高，受耕地资源限制，耕地数量及质量严重影响了农产品生产，且受矿产资源开采等影响，山地林果业生产较为滞后，以阿旺镇、舍块乡偏弱（图3（b））.

（3）社会保障功能指数介于0～0.180，空间分布呈现出“四周高、中间低”的特点，南—北纵向分布明显.其中，铜都街道、屏山街道、仁德街道等社会保障功能最强，阿旺镇、云龙乡、羊街镇等次之，马鹿塘乡、金源乡、因民镇等最差.社会保障功能与各县（区）经济发展水平及城镇化率等因素具有较大关系，凭借较强经济实力和城乡统筹发展政策，基础配套设施不断完善，社会保障功能较强；受G245、S23 等道路呈南北向贯穿影响，其南—北纵向分布明显（图3（c））.

（4）生态服务功能指数介于0.032～0.321，空间上呈“由禄劝东北部向寻甸东南部、东川大部减弱”的分布特征，空间差异明显.其中，中屏镇的生态服务功能最强，转龙镇、凤合镇、因民镇等次之，六哨乡、七星镇、拖布卡镇最弱.高值区多分布在地势较高、林草资源丰富、化肥使用量少等生态良好区，林地或水域调节作用突出，生态服务价值总量高，生态功能明显；受城镇化建设和农业面源污染等影响，铜都街道、拖布卡镇等生态服务功能较差，功能指数较低（图3（d））.

图3 昆明北部生态涵养区乡村功能空间分布Fig.3 Spatial distribution of rural functions in ecological conservation area in northern Kunming

（5）休闲旅游功能指数介于0.028～0.108，空间上高低相间分布，其大小排序为禄劝东北部、寻甸西南部、东川西部、禄劝西部、东川东部、寻甸东南部.其中，乌蒙乡、柯渡镇、红土地镇等休闲旅游功能最强，该区域交通条件便利、山水风景资源富集，发展旅游业条件好，随着绿色理念的实践，红土地等特色观光农业资源条件优厚的乡镇现代化观光农业发展迅速，休闲旅游功能指数较高；城镇建设较快、城镇用地多的乡镇休闲旅游功能相对较弱（图3（e））.

（6）乡村综合功能指数介于0.257～0.594，总体呈“由南向北递减”的过渡式分布格局，空间分异较大.主要由于铜都街道、屏山街道、仁德街道等区域，经济发展水平高，企业分布数量较多，基础设施保障水平高，农业及休闲旅游业发展条件好，从而影响综合功能较强；雪山乡、舍块乡等受综合限制性因素影响，综合功能较差（图3（f））.

3.2 乡村功能权衡协同关系分析

3.2.1 乡村功能的相关分析 生态涵养区5 项乡村功能间的相关系数如表2 所示，10 对乡村功能中，4 对乡村功能呈显著权衡，即经济发展−生态服务/休闲旅游、社会保障−生态服务/休闲旅游；2 对乡村功能呈显著协同，即生态服务−休闲旅游、经济发展−社会保障；4 对乡村功能呈权衡或协同作用，但不显著，即农产品生产−经济发展/社会保障/生态服务/休闲旅游.

表2 生态涵养区乡村功能相关性分析Tab.2 Correlation analysis of rural functions in ecological conservation area

具体来看，生态服务−社会保障/经济发展功能之间权衡最明显（显著性水平0.01，相关系数分别为−0.473、−0.436），表明生态涵养区乡村为追求经济高质量发展，在城镇化建设过程中侵占生态与休闲旅游发展用地，土地利用方式不断发生变化，生态服务与休闲旅游功能的发挥受到不同程度的限制，与经济发展功能之间的权衡矛盾日益突出.生态服务−休闲旅游、经济发展−社会保障功能之间均显著协同，其中生态服务−休闲旅游功能的协同关系最强（相关系数为0.508），说明区域生态建设为休闲旅游发展提供了更多景观资源与用地，推动了观光农业的快速发展；经济发展促进了企业集聚及人口城镇化率的提高，更多的财税收入有效带动了城乡基础设施与公共服务建设.综上，为实现生态涵养区发展目标具有较好的现实基础，同时协调经济发展、生态服务等功能间的关系也面临较大压力.

3.2.2 乡村功能权衡关系量化 选取上述具有显著性的经济发展−生态服务/休闲旅游功能、社会保障−生态服务/休闲旅游功能的权衡组合以及经济发展−社会保障、生态服务−休闲旅游的协同组合，采用均方根偏差法量化表达组合间关系，绘制生态涵养区乡村功能对散点图（图4）和乡村功能对权衡强度指数空间分布图（图5）.

从图4 来看，经济发展−生态服务/休闲旅游功能、社会保障−生态服务/休闲旅游功能间离散点的离散程度虽各不相同，但都明显呈东南—西北或东—西向位于1∶1 线的两侧（图4（a～d）），说明4对功能组合均呈权衡关系；经济发展−社会保障、生态服务−休闲旅游功能间的离散点大致呈东北—西南向位于1∶1 线的两侧（图4（e、f）），说明2 对功能组合虽呈现为协同关系，但存在相对收益的一方，故仍存在一定程度的权衡.

图4 生态涵养区乡村功能对散点图Fig.4 Scatter diagram of rural functions in ecological conservation area

从权衡强度指数空间分布图5 来看，经济发展−生态服务功能RMSD（图5（a））中高值区主要分布于铜都街道、屏山街道、仁德街道等经济相对发达地区，表现为经济发展功能相对收益，分布格局与社会保障−生态服务功能基本相似；低值区主要在3 县（区）交界的山区，经济发展与生态服务功能间权衡较弱，属生态盈余区，如转龙镇、舍块乡等.经济发展−休闲旅游功能RMSD（图5（b））中高值区主要集中在城市建设较快、土地资源相对紧张的乡镇，表现为2 种服务间的强烈权衡，如铜都街道、红土地镇等，分布格局与社会保障−休闲旅游功能基本相似.社会保障−生态服务功能RMSD（图5（c））中高值区呈现出南—北和西北—东南走向，与路网分布及山脉走向基本一致，表现为社会保障功能相对收益.社会保障−休闲旅游功能RMSD（图5（d））中高值区集中分布在土地资源丰富、基础设施配套相对较差的乡镇，表现为休闲旅游相对收益，如茂山镇、转龙镇等.经济发展−社会保障功能间（图5（e））为协同关系，RMSD 低值分布在禄劝大部、寻甸东部，经济发展较快、配套设施良好，具有较好的协同作用，此消彼长的权衡关系较弱，如屏山街道、仁德街道等；中高值分布在因民镇、马鹿塘乡等基础设施配套相对欠完善区域，表现出经济发展相对收益，故仍存在一定的权衡程度.生态服务−休闲旅游功能间（图5（f））为协同关系，RMSD 低值主要分布在东川大部、寻甸南部，该区域生态环境良好、发展观光旅游等资源条件优越，如乌蒙乡、红土地镇等.

图5 昆明北部生态涵养区乡村功能对权衡强度指数空间分布Fig.5 The spatial distribution of the trade-offs intensity index of rural functions in ecological conservation area in northern Kunming

3.3 乡村功能优化策略以实现乡村多功能综合与协同发展为导向，基于生态涵养区乡村功能间权衡强度指数大小，结合昆明市第十二次党代会对北部生态涵养区的发展目标和东川区长江上游生态修复示范区、禄劝县生态涵养示范区与特色农旅创新区、寻甸县乡村振兴示范区与绿色产业示范区的功能定位，选取上文的经济发展−生态服务/休闲旅游、社会保障−生态服务/休闲旅游功能4 对权衡组合，参考刘玉等[32]的研究，运用自然断点法将乡村功能权衡强度指数划分为高、中、低三级，分别编码为3、2、1 进行组合，然后得到Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等3 种发展类型（表3），进而提出对应的乡村功能协同发展策略（图6）.

图6 昆明北部乡村功能协同发展优化策略空间分布Fig.6 Spatial distribution of optimization strategies for coordinated development of rural functions in northern Kunming

表3 乡村功能对权衡组合编码及对应内涵Tab.3 Coding and corresponding connotation of rural functions to trade-offs combination

Ⅰ类区共计4 个乡镇，组合编码为1 111，表现为经济发展−生态服务/休闲旅游、社会保障−生态服务/休闲旅游功能对的权衡强度指数均低，包括团街镇、阿旺镇、七星镇、甸沙乡.这些乡镇经济发展较好，地势相对平坦、耕地资源丰富、农产品生产具有一定优势,林果业资源丰富，休闲旅游发展用地充足，各功能间权衡矛盾弱，持续发展4 种功能仍能促进乡村功能的综合发展和功能间的协同.针对当前现状，可依托生态优势，以生态文化促进产业发展，增加技术投入提升粮食蔬果产量，严控农业面源污染，坚持城乡一体发展，推进城乡公共资源配置均衡，坚持生态保育、建设与恢复并重，逐步建立生态补偿机制.

Ⅱ类区共计30 个乡镇，可细分为4 类，即Ⅱ-1类区（经济发展−生态服务功能对权衡程度中等且经济发展/社会保障−休闲旅游功能对权衡程度低）、Ⅱ-2 类区（经济发展−休闲旅游功能对权衡程度强且社会保障−生态服务/休闲旅游功能对权衡程度低）、Ⅱ-3 类区（社会保障−生态服务功能对权衡程度中等且经济发展−生态服务/休闲旅游功能对权衡程度低）及Ⅱ-4 类区.其中，Ⅱ-1 类区包括云龙乡、功山镇、金源乡，这些乡镇经济发展过程中较多占用生态用地，生态功能发挥受到限制，对此可加强生态保护红线管控、细化生态用地分类、提升基础设施服务水平、引导田园综合体等新业态发展，从而促进社会保障、生态服务、休闲旅游功能的协同发展；Ⅱ-2 类区包括屏山街道、羊街镇、红土地镇，这些乡镇城镇扩张与产业发展占用较多耕地，致使耕地资源破碎化，休闲旅游与经济发展之间权衡突出，对此可充分利用生态本底，严控非法农用地流转、推进育林造林工程、加强路网和教育、医疗设施建设，从而减轻休闲旅游与经济发展之间权衡程度，促进经济发展、生态服务、社会保障功能的协同发展；Ⅱ-3 类区包括鸡街镇、马鹿塘乡、因民镇、联合乡，这些乡镇生态环境良好、总体生态盈余，对此可加强区域规划的多规合一，发展生态友好型产业，提高生态服务价值总量，从而促进经济发展、生态服务、休闲旅游功能的协同发展；Ⅱ-4 类区包括20 个乡镇，这些乡镇可针对权衡程度较轻的功能组合，可任意选取3 种功能进行重点发展.

Ⅲ类区共计4 个乡镇，表现为2 种功能对权衡程度均强烈，包括铜都街道、仁德街道、乌蒙乡、中屏镇.其中，铜都街道、仁德街道、乌蒙乡的经济发展/社会保障−休闲旅游功能权衡强度高，经济发展−生态服务功能权衡程度中等，这些乡镇经济发展质量较高、基础设施较为完善，为实现生产发展、生态良好的目标，应强化水源涵养、水土保持等生态保育、开展村庄污水收集处理、推进特色小镇建设，促进文化、旅游、生态等产业融合发展；中屏镇的经济发展/社会保障−生态服务功能权衡强度高，经济发展−休闲功能权衡程度中等，应强化分区管控、严守空间底线，加大财政倾斜投入力度，利用资源优势实现绿色发展.

4 结论与讨论

本文以昆明北部生态涵养区为研究区，耦合多源数据，对生态涵养区乡村多功能和综合功能进行指数核算，揭示乡村功能空间特征，在此基础上运用相关分析和均方根偏差方法对乡村功能权衡协同关系进行度量，进而提出乡村功能的优化策略.主要结论如下.

（1）乡村功能呈现出多样化特点，空间分布差异性明显.其中，经济发展功能分布格局呈“由行政中心向四周递减”的特点，中高值区域集中于东川大部、寻甸和禄劝南部；农产品生产功能整体格局呈“西高东低、南高北低”的特征，禄劝、寻甸两县功能指数较高；社会保障功能空间分布呈现出“四周高、中间低”的特点，南—北纵向分布明显；生态服务功能空间上呈“由禄劝东北部向寻甸东南部、东川大部减弱”的分布特征，中屏镇的生态服务功能最强；休闲旅游功能空间上高低相间分布，其大小排序为禄劝东北部、寻甸西南部、东川西部、禄劝西部、东川东部、寻甸东南部；乡村综合功能总体呈“由南向北递减”的过渡式分布格局.

（2）乡村功能间权衡协同关系显著，权衡强度空间分布具有规律性.10 对乡村功能中，4 对乡村功能呈显著权衡，2 对乡村功能呈显著协同，4 对乡村功能呈权衡或协同作用，但不显著.其中，经济发展−生态服务/休闲旅游、社会保障−生态服务/休闲旅游功能之间均显著权衡；生态服务−休闲旅游、经济发展−社会保障功能之间均显著协同.权衡强度分布格局社会保障−生态服务和经济发展−生态服务之间、经济发展−休闲旅游和社会保障−休闲旅游之间基本相似.

（3）基于生态涵养区乡村功能间权衡强度指数大小和各县（区）的功能定位，提出了“Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ”3类发展区的乡村功能分区调控优化策略.通过缓解功能间权衡、促进功能间共生发展、优化资源配置，形成生态涵养区经济−生态协同发展新格局，实现生产发展、生活富裕、生态良好的区域发展目标.

本文在乡村功能空间分布、权衡协同关系、分区优化等方面作出了一些探索，但仍存在一些问题：①本文以乡镇为研究尺度，研究区内城市与乡村空间交织，如何更进一步基于微观尺度对乡村功能空间进行分析有待开展.②本文仅分析了乡村功能的现状特征，未来可结合影响因素和时序数据对乡村功能的形成机制、演变规律等进行探究.③本文仅运用了数学统计和空间分析方法对乡村功能进行分析，未来可结合多目标决策分析、情景模拟、生态系统服务簇等方法，进一步探讨其权衡协同关系.