耕地利用系统的理论解析与研究框架

耕地利用系统对全球变化和人类福祉具有巨大影响。论文运用系统科学的理论与方法,探究耕地利用系统的概念、构成、运行、功能和特点,并构建耕地利用系统研究框架,对于深化土地系统科学、解决耕地利用中存在的各种问题具有重要的理论和现实意义。主要结论有：(1)耕地利用系统是农业生产经营者在一定数量和质量的耕地上投入适量生产要素种植农作物,进而获得农产品及相应效益的自然—人工复合系统,由耕地子系统、经济子系统及社会子系统构成,具有显性和隐性双重结构。(2)耕地利用系统运行及演化是自然生态过程、经济发展过程、社会演化过程耦合行进的结果,并涌现出经济、社会、生态功能,具有复合性、开放性、韧性和多等级性等特征。(3)耕地利用系统研究应遵循要素—结构—功能—机制—调控的理论框架,从各要素组成、作用关系及变化特征揭示不同要素的演化特征;从显性与隐性结构2个方面探索耕地利用系统结构及其转型规律;从经济、社会和生态功能3个方面探索功能演化及其对于结构转型的响应特征;从系统对外界环境变化的适应与调整机制、系统要素的相互影响与竞争替代机制、系统运行的信息传导机制、不同等级耕地利用主体协同与组织运行机制、耕地利用功能的涌...     

多尺度视角下耕地利用功能转型及驱动力分析——以甘肃省为例

根据诱致性生产替代理论,构建耕地利用功能转型的理论分析框架,并运用其综合分析方法从省域、区域、县域尺度揭示了甘肃耕地利用功能转型的特征与规律。结果表明：① 甘肃省耕地利用功能正处于从经济社会型向生态经济型转型的过渡期;5大区域耕地利用功能均已转型并呈现出两种状态;86个县区耕地利用功能转型结果呈现出4种状态、差异较大,但空间分布具有一定的规律性。② 耕地利用功能转型结果在不同尺度上呈现出较大的差异,空间尺度效应显著,且尺度越小其转型结果的差异越复杂。③ 耕地利用功能转型的驱动力主要体现在城镇化率与经济水平、社会发展与技术进步等方面。可以通过提高城镇化率与经济发展水平来增加收入、提升消费水平和改善饮食结构,同时,依靠技术进步、政策调节来保障耕地利用功能的合理转型。最后,从利益调配和考核评价两方面提出了耕地利用功能转型管理的建议。     

耕地转型的研究路径探讨

当前,土地利用转型研究总体上处于“描述-解释”阶段,高度集中在森林转型研究领域及空间形态研究路径。学术界亟须推动土地利用转型研究向科学调控阶段发展。对此,本文尝试提出耕地转型的研究路径,以期带动土地利用转型研究领域向半人工半自然复合土地系统乃至人工土地系统拓展、研究路径向非空间形态延伸。耕地转型诊断可以从空间形态转型与功能形态转型两条路径开展。其中,前一路径关注耕地的空间分布及其收缩与扩张,可以从耕地数量变化或格局变化视角开展研究;后一路径关注耕地功能的变化过程,可以从外部性或政策演进视角开展研究。由社会-生态负反馈驱动的耕地功能形态转型,主导着由社会-经济动态驱动的耕地空间形态转型进程。据此,作者构建了耕地转型调控框架及其层次分析体系。     

京津冀地区耕地利用转型时空分异及驱动机制

耕地利用转型代表耕地利用形态的趋势性变化。论文以京津冀地区157个县域空间为基本研究单元,从显性形态与隐性形态双重属性出发构建耕地利用形态指标体系,运用冷热点、空间变差函数等方法分析1990—2015年耕地利用形态变化的时空特征,在此基础上,利用空间误差模型(spatial error model, SEM)对耕地利用转型的驱动机制进行了定量分析。结果表明：① 京津冀地区耕地利用形态指数空间分布呈东南高、西北低的格局,与该地区地形分布格局基本一致,且因坝上高原特色农业发展形成独立高值区。② 京津冀地区耕地利用形态指数空间分异呈现逐渐缩小的趋势,显著热点区与显著冷点区分布相对稳定且面积不断缩小,耕地利用转型较为平稳。显性形态值普遍呈现先升高后降低趋势,隐性形态值则呈升高趋势,表明京津冀耕地出现空间收缩、功能优化式转型。③ 高程是影响京津冀地区耕地利用形态空间特征的主要自然环境因素,二三产业占比、地均固定资产投资与城镇化率等经济发展和城镇建设因素则是驱动1990—2015年京津冀地区耕地转型的主导因素,但不同时段、不同县域单元耕地转型动力机制存在差异,各驱动因子作用强度也不完全一致。     

中国耕地利用隐性形态转型的多学科综合研究框架

当前,18亿亩耕地“红线”的划定对中国耕地数量保护成效显著,但要实现保障粮食安全、促进农民增收的战略目标,更多的研究仍需聚焦在既定资源数量下的耕地利用隐性形态转型上。耕地利用隐性形态包含涉及不同学科的多重属性,其转型规律的刻画需建立在多学科综合研究框架基础之上。为此,研究结合中国耕地资源管理实践,分析了1949年以来耕地利用隐性形态转型历程,梳理了分散于管理学、经济学和社会学中的相关研究进展。结果表明,当前研究在区域性、综合性、多尺度性方面表现不足,这些不足不仅影响分析结果的准确性,也弱化了研究结论在耕地管理实践中的可推广性和可操作性。因此,本文提出在现有研究基础上引入地理学的研究理念和分析方法,通过开展多学科的综合研究弥补以上不足,并进而从概念框架、具体设计、实践运用三个层次,逐步深入和细化,提出了中国耕地利用隐性形态转型研究的多学科综合研究框架,阐述了这一框架的具体应用思路。     

中国耕地和农村宅基地利用转型耦合分析

土地利用转型,即在社会经济变化和革新的驱动下,某一区域在一段时期内由一种土地利用形态转变为另一种土地利用形态的过程。在中国,耕地和农村宅基地乃土地利用转型的重要源头。本文综合利用2000 年和2008 年两期Landsat TM 影像解译土地利用数据及2000-2008 年国土资源部土地利用年度变更调查数据,分析了中国耕地和农村宅基地利用转型的时空耦合特征。研究表明：① 2000-2008 年期间,中国耕地面积与农村宅基地面积变化的相关系数为-0.921,呈现出明显的增减逆协同演进格局;② 耕地—宅基地变化相关系数与农村宅基地利用变化率的Spearman 等级相关分析结果表明,在耕地和农村宅基地利用的相互转化过程中,农村宅基地利用的变化起主导作用;③ 通过计算全国各省2000-2008 年间的耕地—宅基地变化耦合系数,发现期间耕地和农村宅基地利用变化耦合程度高的省份主要分布在胡焕庸线的东南部。社会经济—生物自然—土地管理三维驱动因素通过“农村人口—耕地—农村宅基地”三者之间的相互联系与相互作用驱动着耕地和农村宅基地利用的转型。然而,耕地和农村宅基地利用转型的时空耦合现象及其发生机制在很大程度上要归因于中国特殊的城乡二元结构社会体制。     

耕地利用转型中的生物灾害脆弱性研究

学术界迫切需要探索新的领域以提升耕地利用转型综合研究水平。本文从农业生物灾害切入,耦合耕地利用“趋利避害”动机与农业诱致性生产替代行为,基于“经济社会环境—耕地利用活动—生物灾害反馈—灾害防治应对”社会生态交互逻辑,建立了耕地利用生物灾害脆弱性转型理论框架。在国家、农业区、省级尺度开展了1988—2017年脆弱性转型研究。结果表明：① 脆弱性在国家、省级尺度发生了转型。在国家尺度,1988—2009年,脆弱性值从15.33%增长到22.45%,而2010—2017年从22.40%下降到19.49%。在省级尺度,脆弱性存在2条典型转型路径;② 在农业区尺度,脆弱性转型主要源自因城乡收入比缩小和劳均耕地提升而带来的暴露度下降,其次源自因生物灾害损失挽回率提升和生物灾害防治失控率下降而带来的应对能力提升。脆弱性转型后,主要源自作物多样性下降和化肥使用强度上升带来的敏感性继续增强。本文发展了耕地利用转型研究的综合性,论证了耕地利用生物灾害脆弱性有望成为耕地利用转型综合研究的新领域,并探讨了脆弱性管控政策。     

基于要素视角的耕地"三生"功能理论建构与实证研究

基于要素视角考察耕地功能还处于探索阶段,并且已有的耕地功能分类体系与国家乡村振兴战略及国土空间规划体系衔接性较弱。论文通过对耕地构成要素的系统分析,界定了耕地、耕地功能及耕地生产-生活-生态功能的内涵,理论上建构了耕地“三生”功能的测评框架及分区概念模型。实证表明,南安市80%的耕地生产与生活功能以及60%的耕地生态功能为中等及以上,说明耕地利用功能强度较高。耕地生产、生活与生态功能分别在自然生产潜力与地理区位条件、耕作可达水平与耕地依赖程度、生态基底条件与生态保护政策等因素的影响下,表现出较为明显的地域趋同性。南安市耕地多功能利用水平较低且耕地开发已经危及区域生态安全,为此需要依据耕地功能分区的空间分布、组合结构及功能强度采取差异化的利用、保护与管理策略。     

中国耕地转型与土地整理:研究进展与框架

土地利用转型研究是开展土地利用/覆被变化( LUCC) 综合研究的一条新途径。通过整合 社会和环境变化的时间尺度与历史背景, 开展中国耕地转型与土地整理方面研究, 属于IGBP 和 IHDP 联合发起的全球土地计划(GLP) 的重要研究内容。本文在综述土地变化科学( LCS) 的理论 与模型、土地利用转型、耕地变化与土地整理的研究进展基础上, 提出中国耕地转型与土地整理 的研究框架： 运用GIS 技术, 通过综合分析遥感解译的土地覆被数据及建国以来国土资源系统的 耕地面积变化数据, 探讨中国耕地变化的空间格局, 结合自然要素和社会经济要素分析耕地转型 的影响因子; 借鉴国外相关研究, 通过分析特定时期内中国耕地变化的影响因素及相应的管理政 策, 在了解中国耕地变化过程的基础上提出中国耕地转型的理论假设; 结合中国耕地的时空变化 模拟, 进而确定中国耕地变化的区域类型及其所处的转型阶段, 并以此作为指导我国耕地保护的 重要举措———土地整理的理论基础和科学依据。     

黄淮海平原耕地功能演变的时空特征及其驱动机制

本文以县域为基本研究单元,从经济、社会及生态三个维度构建了耕地功能评价指标体系,分析了黄淮海平原耕地功能演化的时空特征,利用耦合动态度模型探讨了耕地功能间耦合关系的演变。在此基础上,利用空间计量模型,对耕地功能演化的驱动机制进行了定量分析。研究结果表明：① 1990-2010年间,冀中南及豫东地区部分欠发达县市耕地经济功能明显增强,发达的城市群及其腹地受工业化及城镇化影响较大,耕地经济功能持续下降;60.29%的县域单元耕地的社会功能下降,增强区主要集聚于郑州北部、德州及沧州西部、烟台、威海等区域;生态功能变化在空间格局上基本形成了以豫北、山东中部山地丘陵区为核心的增长区以及以环京津、环济南地区为核心的持续下降区。② 黄淮海平原耕地经济、社会及生态功能的耦合度及协调度空间差异显著,且退耦化现象日渐突出;经济发达地区耕地的社会及生态功能演化速率普遍滞后于经济功能。③ 黄淮海平原耕地的功能演化是区域本底因素与外部驱动因素综合作用的结果;城镇化与工业化进程中人口、产业的转型对耕地经济、社会及生态功能演化的强度及方向起决定性作用。并指出：黄淮海平原应激活农业现代化、产业化发展动力,促进传统农业的转型升级,充分考虑耕地功能演化的区域分异特征,实行由发达城市地区到欠发达传统农区的差异化、多元化的耕地多功能利用与管理模式。     

区域土地利用转型诊断与调控的分析路径

土地利用转型正表现为城乡地域系统演变的重要特征,土地利用转型分析的意义在于发现土地利用形态转变指示的土地利用问题。本文尝试解析了区域人地耦合关系下的土地利用形态转型逻辑,系统阐释了区域土地利用转型的诊断分析路径,重点探讨了乡村土地利用转型问题诊断与调控途径。研究指出：① 区域土地利用转型侧重考察土地变化趋势性转折对应的土地利用方式的转变要求,阐释转型分析所指示的土地利用问题及其表现特征,以此找寻转型调控的应对策略。② 应依据尺度和梯度分异方式揭示区域土地利用转型特征,理解不同尺度上转型调控的融合过程,研判区域土地利用转型调控措施。③ 土地服务供给变化是引发乡村土地利用显性形态和隐性形态转型发生错位的关键原因,土地利用显性形态与隐性形态之间的互适关系,则反映了土地利用形态空间关系构成的问题特征。④ 基于乡村地域尺度和梯度分异原则、基于城乡融合发展背景、重构农村土地权利体系和开展国土空间规划是探索乡村土地利用转型调控的四个重要分析路径。⑤ 不同尺度区域土地利用转型认知与转型调控对策的融合仍需要进一步拓展,而激活乡村土地资源要素是调控乡村土地利用转型的关键途径。     

论土地利用转型的研究框架

当前,土地变化研究尚缺乏统一的理论指导。探索土地利用转型理论对构建土地变化研究的理论基础具有重要意义。本文试图梳理土地利用转型研究的缘起、拓展及启示,辨析土地利用转型与土地利用变化的内涵差异,构建土地利用转型的研究框架。结果表明：① 耕地及城乡建设用地利用转型研究对构建土地利用转型的研究框架具有重要价值;② 土地利用转型与土地利用变化在基本类型、时间尺度、空间尺度、价值主体、驱动因素、轨迹特征和结果/影响方面存在显著差异;③ 土地利用转型的研究框架涵盖转型诊断、机制研究和效应研究。其中,转型诊断的关键在于,从数量变化视角、景观格局变化视角和经营格局变化视角,以及外部性视角和政策发展视角,构建土地利用空间形态及功能形态的分析指标和转型的诊断准则;转型机制表现为人口、经济、技术、制度、文化和区位因素等土地利用变化深层驱动因素的级联驱动效应。转型机制研究应当着重探讨土地利用空间转型与功能转型的互动机制环;土地利用转型效应包括社会、经济、环境3个方面;④ 1961-2011年法国耕地利用转型能够支撑本文提出的研究框架及中国耕地保护创新。     

Dynamic trends and driving forces of land use intensification of cultivated land in China

The aim of this study is to establish several important factors representing land use intensification in cultivated land (denoted by CII), using a multi-dimensional approach to achieve realistic and practical cultivated land use policies in China. For this reason, the theoretical framework was first built to explain the changes of land use intensification in the cultivated land, and then the variables and index were further developed for the purpose of characterizing the dynamic trends and driving forces of the land use intensification in the cultivated land at the provincial level. The study results indicate that the extent of CII significantly increased during the period of 1996 to 2008, due to the extensive use of fertilizers, machinery and pesticide, increased labor and capital input, and intensified land use. Moreover, the principal component regression results show that the productivity of cultivated land, economic benefits of cultivated land, labor productivity, and land use conversion are the main factors affecting the village development. The first three factors play a positive role, while the last one has a negative effect on the land use intensification in the cultivated land. According to these results, the main policies for sustainable intensification in cultivated land are proposed. First, the sustainable pathways for intensification should be adopted to reduce the unsustainable uses of chemical fertilizer, agricultural chemicals, etc. Second, the conditions for agricultural production should be further improved to increase the cultivated land productivity. Third, it is very necessary and helpful for improving labor productivity and land use efficiency from the viewpoint of accelerated the cultivated land circulation. The last step is to positively affect the production activities of peasants by means of reforming the subsidy standards.     

1949年以来中国耕地功能变化

耕地功能变化具有明显的阶段性。日本、韩国、美国及欧洲发达国家耕地功能已普遍转型。中国农业发展及土地利用需求变化与以上国家颇为相似。那么,目前中国耕地功能变化是否也在发生转型？对此,在构建耕地功能变化分析框架与度量方法的基础上,分析1949年以来中国耕地功能变化过程。结果表明,中国耕地功能总体上于2006 年开始转型,转型前后耕地功能供需协调与供需错位、供给滞后、形态扭曲并存。在综合考虑以上发达国家经验与中国耕地功能变化过程的基础上,尝试提出耕地多功能管理建议。此外,从耕地功能变化研究框架出发探讨了土地利用转型的研究路径。     

政策主导下的区域土地利用转型过程与机制——以中国东北地区为例

从构建政策主导下区域土地利用转型解释框架入手,以东北地区为例,探究政策主导下区域土地利用转型机制。结果表明：① 1995—2015年,东北地区经济社会发展可划分为“经济低速增长,城镇化与人口发展停滞期”与“经济波动,城镇化稳定发展,人口转型期”两大阶段。② 伴随经济社会转型,东北地区发生土地利用转型。转型特征主要表现为：在数量上,区域耕地规模持续扩张,但增速放缓,耕地内部水田占比上升;林地与草地规模持续缩减,但下降速度放缓;区域建设用地加速增长,增长主体由农村建设用地转变为城镇建设用地。在空间上,耕地分布重心持续向东北方向移动,林地与未利用地分布重心向西南方向移动,建设用地与草地分布重心呈现显著的转折特征。③ 东北地区土地利用转型是区域内不同土地利用类型在空间上由冲突到协调的持续性重构过程。区域功能定位以及经济现代化与城镇化是导致土地利用转型的核心因素。政策主导下的区域土地利用转型是政策引导下的社会-生态反馈路径与政策影响下的社会-经济变化诱发路径综合作用的结果,两者间存在耦合与拮抗过程。前者决定区域土地利用转型的方向,后者决定区域土地利用转型的速度与强度。