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耕地边际化指在社会、经济、政治及环境因素驱动下，特定区域内的耕地停止其当前利用活动的过程[1].耕地边际化影响粮食安全和生态安全，耕地的完全边际化[2](撂荒或弃耕) 是耕地边际化过程中农户作出的理性响应[3-4].20世纪后半叶，全球山区人口持续减少，大面积土地退耕[5].直到今天，全球的抛荒现象仍在持续.国土资源部调查显示[6]，全国每年撂荒耕地近200万hm2.即使在当前惠农政策背景下，我国丘陵山区仍有大面积耕地被边际化，而当前划定的基本农田涵盖广大山区[8]，造成花费巨资建设的基本农田最后陷于被完全边际化的窘境，粮食安全得不到保障.
目前，对耕地边际化的研究主要集中在耕地边际化状况、形成原因、造成影响及治理对策等方面[7, 9-10]，国内外学者[10-11, 13-14]从自然、社会、经济、制度等方面对耕地边际化进行广泛研究，并基于农户角度分析农户抛荒的影响因素[15-16].山区耕地常因地形起伏、地块零碎、交通不便等限制性因子而被“边际化”[7]，李秀彬[5]认为越难以机械化耕作的坡耕地，被边际化的可能性越高.农业劳动较高的机会成本[17]、丘陵山区农业生态条件差和国家惠农政策在丘陵山区的相对失灵[18]是我国丘陵山区农地边际化的主要原因.何威风、阎建忠等[19]分析认为重庆市两翼地区耕地质量好、坡度小、离家近、灌溉条件好的地块更易转为耕地.
耕地流转 (包括使用权的流转和利用方式的流转) 是一种被普遍认可的重要而有效的治理耕地边际化的对策，邵景安、张仕超等[20-21]以重庆市石柱县为例的研究发现，耕地流转与撂荒之间存在较强的负相关关系，对撂荒具有明显的反向性.根据森林转型有关理论，山区被边际化耕地向林地的转移有助于生态恢复[5, 22]，从而有效解决“粮食—生态”安全矛盾[10, 23-24].
从已有研究成果看来[5, 18, 19-21]，耕地本身的立地条件是影响耕地保留其本身属性的重要影响因素.本研究以重庆市涪陵区为例，从耕地本身的立地条件出发，深入分析耕地边际化的影响因素，对其进行定量研究，提取耕地边际化总体格局；并从地块本身的立地条件适宜性出发探讨被边际化耕地的转移方向，对结果进行生态价值评估.转移结果可为涪陵区土地利用总体规划和永久基本农田划定提供依据.
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三峡工程是大规模改造自然的空前壮举，区内土地类型多样、结构复杂、差异明显，丘陵、山地面积大，水土流失严重，生态环境脆弱，自然灾害时有发生，库区内的耕地资源更是备受关注.涪陵区位于重庆市中部、三峡库区腹地，29°21′N-30°01′N，106°56′E-107°43′E之间，境内地势以低山丘陵为主，属山地系统与岩溶系统叠加的生态脆弱区.全区海拔大于1 000 m的耕地面积2 389.50 hm2，坡度大于25°的耕地面积10 515.18 hm2，起伏度大于50的耕地面积146.00 hm2，灌溉距离大于500 m的耕地面积4 059.92 hm2，距离村庄分布半径大于500 m的耕地面积156.94 hm2，与居民点相对高差大于200 m的耕地2 770.93 hm2，距离道路大于500 m的耕地面积1 253.58 hm2.全区劣等耕作条件的耕地较多，边际化可能性较大，适合进行耕地边际化研究.
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本研究以涪陵区耕地作为研究对象，相关数据来自涪陵区国土资源局，包括2013年土地利用变更调查数据和5 m分辨率DEM数据；多年平均气温降水数据来自重庆市气象局.
1.1. 研究区域
1.2. 数据来源
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本研究综合考虑评价指标选取的基本原则以及评价指标的可获取性和差异性.构建了评价指标体系，利用极差标准化方法对指标进行标准化，并利用熵权法确定指标权重，通过基于联系度改进的TOPSIS (Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution) 法对耕地边际化进行预测，然后采用邻域评估、极限条件和综合指数模型相结合的方法对边际化耕地进行转移预测，最后通过生态系统服务价值评估模型对转移结果进行生态价值评估.
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评价指标的选取要求能够综合反映研究区情况，遵循综合性原则、代表性原则、稳定性原则和可操作性原则，同时考虑数据的可获取性和差异性，由于本文研究对象是立地条件对耕地边际化的影响，故不考虑社会经济因素；而自然因素包括光、温、水、热、土，分析研究区内气温、降水、土壤数据，发现其在区内差异不明显，故本文未作考虑；海拔、坡度、起伏度、灌溉半径、耕作半径 (水平距离和垂直距离) 和交通便利度对耕地边际化具有反向作用.故最终确定的耕地边际化评价指标和耕地转移评价指标见表 1、表 2.
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计算中，由于各评价指标属性值的背景和量纲不一致，难以直接比较，为消除各指标间的差异，需要对评价指标进行标准化处理[25].本研究采用极差标准化方法进行标准化处理.
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权重是评价因子对评价对象的影响程度或贡献率[26]，熵权法根据指标的变异程度确定指标的权重[27]，可避免主观因素的干扰，使评价结果更贴合实际.本研究采用熵权系数法确定各项指标权重，通过熵权系数法得到的各评价因子的权重见表 3.
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TOPSIS (Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution) 法是一种常用于解决多属性决策问题的方法，首先被Hwang和Yoon用来研究多属性决策问题[28].其基本思想是：首先确定指标标准化值与权重构成的规范化矩阵，然后根据指标性质拟定最优、劣解，通过比较方案与最优、劣解的欧式距离进行排序.但传统的TOPSIS法是按相对欧氏距离对方案进行排序，距离正理想点近的解可能与负理想点也近[29].而基于联系度改进的TOPSIS法是一种将最优、劣解视为确定不确定系统中相互对立的集合，在考察目标方案与最优、劣解的联系度时，充分考虑了对立集合的存在，克服了传统TOPSIS法的不足，它能保证距离最优解的联系向量距离近的方案，距离最劣解的联系向量远，反之也如此[30].
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本研究采用邻域评估、极限条件和综合指数模型相结合的方法对边际化耕地进行转移评估，对受周围地类影响较大的地块类型作为其优先转移方向 (本研究设置邻域统计半径为500 m)，对不受周围地类影响的地块，采用模糊隶属度函数确定其隶属度[31-34]，通过综合评价模型得到每一评价单元的综合指数.通过比较综合指数和邻域统计结果确定耕地的最终转移方向.
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Xie等[36]在Costanza等[35]提出的生态系统服务价值估算的原理和方法基础上，制定了适合我国国情的生态系统单位面积生态服务价值表，并得到成功应用[37-38].本研究根据公式 (1) 确定的涪陵区单位面积农田生态系统食物生产这项服务功能的经济价值，参考“中国陆地生态系统单位面积生态服务价值当量表”[39-40]，根据公式 (2) 计算得到涪陵区其他生态系统当年生态服务功能单价 (表 4)，最后根据公式 (3) 计算生态系统服务总价值.单位面积农田生态系统食物生产服务功能生态价值E(E=1 167.23元/hm2) 为：
式中：i为主要粮食作物种类；mi为i种农作物的面积 (hm2)；pi为i种作物的平均价格 (元/t)；qi为i种农作物的单产 (t/hm2)；M为研究区的主要粮食作物总面积 (hm2).
单位面积生态服务功能价值VC为：
式中：eij表示第j种生态系统第i种生态功能相对于农田生态系统提供食物生产生态服务功能单价的当量因子.
生态服务价值ESV的测算：
式中：ESV表示生态系统服务功能价值；S表示面积；VC表示生态系统服务功能单价.
3.1. 评价指标体系的建立
3.2. 指标数据的标准化处理
3.3. 评价指标权重的确定
3.4. 耕地边际化评价方法——基于联系度改进的TOPSIS法
3.5. 耕地转移评价
3.6. 生态系统服务价值评价
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本研究利用基于联系度改进的TOPSIS法与自然聚类法得到涪陵区耕地边际化情况 (图 1).由图 1可知，耕地完全边际化的区域主要分布在大木乡、武陵山乡、马武镇和清溪镇等耕作条件较差的乡镇.全区预测完全边际化总面积为21 455.78 hm2.
从立地条件看 (表 5)，随海拔上升、坡度增加，边际化程度越高，海拔大于1 500 m高海拔地区，耕地完全边际化率达96.82%；大于25°的区域，完全边际化率达到58.66%；起伏度介于50°~100°之间时，耕地完全边际化率达82.77%，大于100°时，耕地完全边际化率达68.36%.而耕地完全边际化程度与坡向变化未呈现良好相关性.同样，耕地完全边际化率随距道路距离、耕作半径 (水平距离和垂直距离) 和灌溉半径的增加而增加，在距离道路500 m以外的区域，耕地完全边际化程度达到74.36%；水平距离大于500 m的区域，耕地完全边际化率达98.15%；相对高差为200~500 m时，耕地完全边际化程度达91.06%，相对高差大于500 m的区域，耕地完全边际化程度高达100%；在灌溉距离大于500 m时，完全边际化程度达65.64%.
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采用邻域评估与综合评价模型相结合的方法，发现全区预测完全边际化耕地中有9 519.73 hm2耕地适宜转为林地，47.01 hm2耕地适宜转为园地，11 889.04 hm2耕地适宜转为草地 (图 2).
如表 6所示，耕地转移后的生态系统服务总价值为34.39千万元，其中林地24.27千万元，草地10.05千万元，园地0.08千万元.从生态系统服务总价值来看，转移后的生态系统服务价值比转移前上涨17.08千万元，涨幅近1倍.转移后，除废物处理功能和食物生产功能分别减少0.84千万元和1.97千万元外，其他生态系统功能服务价值均有所增加，其中涨幅最大的是原材料和娱乐文化，分别为1 088.00%和4 833.33%，其次是气体调节功能、水源涵养功能和生物多样性保护功能，而涨幅较小的是气候调节功能和土壤形成与保护功能.
4.1. 涪陵区耕地边际化预测
4.2. 涪陵区耕地转移评估
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本研究有效预测了涪陵区耕地边际化和转移方向，耕地转移后生态系统服务价值明显提高，转移结果可为涪陵区的下一次土地利用总体规划提供参考意见；其次，本研究从耕地立地条件分析了耕地边际化的影响因素，其中，海拔、坡度、起伏度、到道路的距离、耕作半径 (居民点水平距离和居民点相对高差) 等因素是影响耕地边际化的主导因素，这与邵景安[20-21]、ZHAO[41]等研究结果相似；再次，本研究从自然适宜性角度分析发现林地是边际化耕地最适宜转移方向，而ZHAO[41]等倡导种植核桃、茶等生态经济作物，实现产业发展与生态保护；最后，耕地边际化影响因素、驱动因素较多，各地耕地抛荒存在区域差异，Matthias Baumann等[7]将西乌克兰地区的耕地抛荒归根于社会主义的解体，而西欧地区的耕地抛荒源于其社会经济的转变，本研究从立地条件分析耕地边际化，各区域如何因地制宜地建立科学合理的、可行的、易用且适用的评价指标体系还需综合考虑各地实际情况.
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