地理科学进展, 2022, 41(7): 1288-1299 doi: 10.18306/dlkxjz.2022.07.012

理论探讨

耕地利用系统的理论解析与研究框架

杜国明,1, 柴璐佳1, 李玉恒,2,3,*

1.东北农业大学公共管理与法学院,哈尔滨 150030

2.中国科学院地理科学与资源研究所,中国科学院区域可持续发展分析与模拟重点实验室,北京 100101

3.中国科学院大学资源与环境学院,北京 100049

Theoretical explanation and research framework of cultivated land use system

DU Guoming,1, CHAI Lujia1, LI Yuheng,2,3,*

1. College of Public Administration and Law, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China

2. Key Laboratory of Regional Sustainable Development Modeling, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China

3. College of Resources and Environment, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

通讯作者: *李玉恒(1983— ),男,河北省石家庄人,副研究员,研究方向为乡村地理、乡村韧性。E-mail: liyuheng@igsnrr.ac.cn

收稿日期: 2021-11-29   修回日期: 2022-03-16  

基金资助: 国家社会科学基金项目(21BJY209)

Received: 2021-11-29   Revised: 2022-03-16  

Fund supported: National Social Science Foundation of China(21BJY209)

作者简介 About authors

杜国明(1978— ),男,内蒙古赤峰人,教授,研究方向为土地资源优化配置与农村区域发展。E-mail: duguoming@neau.edu.cn

摘要

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、耕地利用功能的涌现机制剖析耕地利用系统运行机制;针对不同情景、不同目标、不同主体,运用情景模拟法、多目标优化法、综合调控平衡法探究耕地利用调控策略。

关键词: 耕地利用系统; 要素; 结构; 转型; 过程; 耕地利用功能

Abstract

Cultivated land use system has a great impact on global change and human well-being. This study used the theories and methods of system science to explore the concept, composition, operation, functions, and characteristics of cultivated land use system and constructed the research framework of cultivated land use system, in order to promote the deepening of land system research and solve various problems. The main conclusions are as follows: 1) Cultivated land use system is a compound natural-human system in which agricultural producers and operators invest an appropriate amount of production factors in a certain amount and quality of cultivated land to plant crops, and obtain agricultural products and corresponding benefits. Cultivated land use system consists of cultivated land subsystem, economic subsystem, and social subsystem. It has explicit and implicit structures. 2) The operation and evolution of cultivated land use system is the result of natural ecological processes, economic development processes, and social evolution processes. It also has compound, open, resilient, and multi-level characteristics. 3) The study of cultivated land use system should follow the theoretical framework of element-structure-function-mechanism-regulation. This study revealed the action mechanism of different elements from the composition and influence relationship of various elements; analyzed the structure and transformation of cultivated land use from two aspects of explicit and implicit structure; revealed the impact of functions on structure from three aspects of economic, social, and ecological functions; analyzed the operation mechanism of cultivated land use system from the adaptation and adjustment mechanism of the system to the changes of external environment, the interaction and competition substitution mechanism of system elements, the information transmission mechanism of system operation, the coordination and organization operation mechanism of cultivated land use subjects at different levels, and the emergence mechanism of cultivated land use functions; and used scenario simulation method, multi-objective optimization method, and comprehensive regulation balance method to explore regulation strategies of cultivated land use.

Keywords: cultivated land use system; element; structure; transformation; process; cultivated land use functions

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本文引用格式

杜国明, 柴璐佳, 李玉恒. 耕地利用系统的理论解析与研究框架[J]. 地理科学进展, 2022, 41(7): 1288-1299 doi:10.18306/dlkxjz.2022.07.012

DU Guoming, CHAI Lujia, LI Yuheng. Theoretical explanation and research framework of cultivated land use system[J]. Progress in Geography, 2022, 41(7): 1288-1299 doi:10.18306/dlkxjz.2022.07.012

土地利用系统是人类社会赖以存在和发展的重要物质基础[1],由自然地理要素及人类活动要素组成,各要素相互关联、彼此制约,是典型的复杂巨系统[2-3]。土地利用系统对全球变化及人类社会可持续发展都有着重要影响[4]。耕地利用系统作为其重要的子系统[5],不断与外界进行能量流动及物质交换,呈现出开放性、复杂性和多样性的耗散结构特征[6],面临着农业生产主体老弱化、化肥及农药施用过量化、优质耕地非农化等要素性问题[7],在各要素不断重组中推动着耕地利用形态变化;面临着作物种植重茬化、地块散乱化、流转耕地非粮化等过程性结构性[8-9]问题,在各种耕地利用过程中推进着耕地利用功能重调;面临着生态问题多发、耕地质量退化、经济效益边际化等功能性问题[10],推动着耕地利用要素重组和结构变化。耕地利用系统中存在的问题直接关系到粮食安全、经济发展、社会稳定和生态平衡。增进耕地利用系统理论认知,理清耕地利用系统研究脉络,对于丰富土地系统科学理论、调控耕地资源利用、稳定粮食生产、促进农业可持续发展具有重要的理论及现实意义。

国外对土地利用系统的研究是从人文地理学的人地关系研究开始的。近代人文地理学首创者卡尔·李特尔强调土地利用系统中人地协调、相关和依存的原则[11],法国地理学家维达尔·白兰士肯定了人类在土地利用活动中的主体地位和能动作用[12]。国内对于土地利用系统的早期研究主要侧重于自然方面,进入21世纪以来,在人地关系地域系统理论[13-14]及土地生态经济理论[15-16]的指导下,土地利用系统逐步演化为人工控制下的土地生态经济系统[17]。随着土地系统理论的蓬勃发展,现有研究主要侧重从LUCC(land use and land cover change)[18]、景观格局[19]等角度,运用信息熵[20]、CA模型[21]、FLUS模型[22]探讨土地利用系统演化机制;从经济—社会—生态效益[23]或冲突—适配等角度[24]评价土地利用系统的可持续性;基于不同土地利用调控目的或土地利用过程中的主要矛盾制定土地利用系统调控策略[25-27]。虽然现有研究较好地反映了土地利用系统的概念、原则、演化机制、评价体系及调控策略,但忽视了耕地子系统的关键性地位。随着研究内容的拓展和研究方法的多样,必须借鉴土地利用系统研究方法,重新厘清耕地利用系统的概念,梳理其构成要素、结构分化、功能涌现、运行过程等内容,构建具有通用性、指导性及实用性的耕地利用系统研究框架。

土地系统科学在注重系统性、实践性及区域性的基础上,聚焦于开展人地耦合的土地利用系统的现状结构、演变趋势、变化机理研究,有利于揭示土地利用对土地系统整体功能的影响机制,并制定优化调控策略[3],这为耕地利用系统研究提供了研究思路与全新视角。因此,本文提出并理论解析了“耕地利用系统”概念,阐述了耕地利用系统的构成、结构、过程与功能,构建了基于要素—结构—功能—机制—调控的耕地利用系统研究框架,为有效解决当前耕地利用中面临的各种问题、促进新时期耕地利用系统优化的顶层设计提供决策依据和科学参考。

1 耕地利用系统的理论解析

1.1 耕地利用系统的内涵、构成及结构

1.1.1 耕地利用系统内涵及构成

耕地是指种植农作物并能正常收获的土地,是粮食生产的重要载体,而耕地利用则是农业生产经营者利用耕地进行自然再生产和经济再生产的复杂的社会经济活动,其本质是人类社会及其活动与耕地之间的交互作用[9]。基于耕地利用概念及土地利用系统理论,本文认为耕地利用系统是农业生产经营参与者在一定数量和质量的耕地上投入适量的劳动力、种子、化肥、农药、农机等生产要素来种植农作物,进而获得农产品及相应效益的自然—人工复合系统。

根据耕地利用要素的组合状况将耕地利用系统划分耕地子系统、经济子系统和社会子系统(图1)。耕地子系统也可称为耕地生态子系统,是耕地利用系统中的固定性要素,又可以细分为田块、基础设施、附属设施和防护设施等要素,是耕地利用系统中最不可或缺的组成部分。面积不等、形状不一的耕地田块,是由田坎、沟渠、道路、防护林、堤坝等围起的直接用于农业生产的耕地单元。田块的气候条件、土壤特性、地貌部位及坡度、水文特征等直接影响着耕地的自然生产潜力,其中土壤类型、土壤质地、土壤肥力、土层厚度等土壤特性,对耕地自然生产潜力具有举足轻重的影响,土壤性状及健康状况是影响耕地可持续利用的关键。此外,田块的形状、规模、集中连片程度、区位条件等影响着耕作便捷程度。田块的要素构成特征是耕地利用系统生态与生产功能的物质依托;农业基础设施是为保证农业生产需要而建设的道路、水利、电力、田坎等线状设施;农业附属设施包括晾晒场、育秧棚、晒水池等附属于农业生产的设施;农业防护设施是为抵御自然灾害等建设的防洪堤、防护林以及各种新型植保设施等。农业基础设施、附属设施和防护设施的配套程度影响着耕地利用生产便捷程度、防灾抗灾能力及经济生产潜力。随着现代农业的发展,农业基础设施、附属设施及防护设施的类型越来越多样、功能越来越强大,将耕地光温生产潜力转换为现实生产力的比例越推越高。耕地子系统是经济子系统和社会子系统投入的承载对象,影响着经济子系统和社会子系统的投入强度及其变化。

图1

图1   耕地利用系统构成

Fig.1   Composition of cultivated land use system


经济子系统是耕地利用过程活化要素的投入,主要是由技术、资金、劳动等要素构成。技术是指智能化和多样化的农业机械、农田监控系统等设施,这些装备与设施由于其相对独立性,从附属设施及资金等要素中被单独罗列出来。技术要素的投入水平标志着农业生产力发展水平,决定着耕地利用效率。资金主要是指用货币购置的农业耐用性物资(各种农机器具)和消耗性物资(种子、化肥、农药、地膜、电力、燃油等一次性使用的物资)。劳动是指劳动力,因现代农业的组织方式变革和产业体系延伸,由传统农业中直接从事农业生产的劳动者,变为现代农业中既包括直接的劳动者,也包括管理人员、技术人员等,涉及农户、政府、村委会、新型经营主体、科研院所等在内的多元主体。经济子系统中技术、资金和劳动等各要素的投入水平在一定程度上体现耕地利用的方式和强度,塑造耕地子系统的现实生产力水平。

社会子系统是指直接参与耕地利用和农业生产过程的社会群体,包括普通农户、专业大户、家庭农场、农业合作社、农业企业等农业经营人员,以及农业科技工作者、农业服务人员和农业管理人员。他们是耕地利用的直接主体,是耕地利用系统的神经中枢,在耕地利用中发挥的作用有所不同、又密切协作,共同推动耕地利用系统有序运行并不断演化。社会子系统内部要素及结构随着农业生产组织类型和组织体系的变化而变化。社会子系统中各主体行为的变化反映着耕地利用生产关系的变化,是引发经济子系统中资金、技术和劳动要素流动和再配置的主因。

1.1.2 耕地利用系统的结构

耕地利用系统要素通过一定的相互关系组合起来,分化出特定的显性与隐性结构[28-29](图2)。显性结构具体表现为耕地景观结构、作物种植结构、利用类型结构及区域空间结构等空间上可视的物理结构。耕地景观结构是不同规模、形状的耕地斑块在地域空间上的组合形式,可以用斑块数量、斑块密度、斑块形状指数、斑块平均面积等指标衡量;作物种植结构是农作物类型的面积及比例情况,包括粮食作物(大豆、玉米、水稻)、经济作物(蔬菜、油料作物)的组成特征;利用类型结构是水田、旱地、水浇地等耕地利用类型之间的面积比例,可以用各自的面积占比来衡量;区域空间结构是耕地在空间范围上的体现,可以用垦殖率、区位指数、分布指数、集中化指数等指标衡量。在特定条件下,受资源环境水平制约,耕地利用显性结构内部大体是互相匹配的,即耕地景观结构、作物种植结构、利用类型结构及区域空间结构是协调平衡的。

图2

图2   耕地利用系统结构

Fig.2   Structure of cultivated land use system


隐性结构不具有空间可视性,是依附于显性结构之内的要素投入、耕地产权等构成关系,包括经营主体结构、经营规模结构、要素投入结构及耕地产权结构等。其中,经营主体结构包括普通农户、专业大户、家庭农场、农业合作社及农业企业、国营农场等不同类型经营主体所占比例及其经营耕地面积比例;经营规模结构是不同经营规模组别所占比例情况,可反映经营规模分布情况;要素投入结构是耕地、资金、技术等要素的组合情况和投入水平;产权结构包括一定区域范围内耕地的所有权、占有权、使用权、收益权和处置权等权力构成状况,如集体耕地与国有耕地、自营土地与流转土地的面积比例。在不同水平社会经济发展条件下,显性结构相同的耕地区域,其隐性结构未必相同;即使在同一地域内,显性结构相同的耕地利用系统,由于生产经营主体的多样性,其隐性结构也未必相同。

耕地利用系统显性结构和隐性结构实质上反映了自然—经济—社会的互动,耕地产权结构的调整、耕地的市场流转直接影响着经营主体结构,进而影响着耕地经营中的要素投入结构和经营规模结构。耕地利用隐性结构变化的同时,再从地域上重构耕地利用的种植、景观、类型及区域结构,促进耕地利用系统显性结构转型,即显性结构变化是耕地资源优化配置的空间表现形式,是隐性结构变化在空间上的映射。

1.2 耕地利用系统的运行与功能

1.2.1 耕地利用系统的运行

耕地利用系统运行十分复杂,其蕴含的自然生态过程、经济发展过程、社会演化过程是同步发生、耦合行进的。其中,自然生态过程是耕地利用系统运行的物质基础和外在动力;经济发展过程和社会演化过程是耕地利用系统运行的本质特征和内在动力,二者共同推动着耕地利用系统的时空演变。3个不同过程对耕地利用系统运行方式、运行过程均产生不同程度的影响(图3)。

图3

图3   耕地利用系统运行

Fig.3   Operation of cultivated land use system


(1) 自然生态过程

自然生态过程是地貌、气象气候、水文、土壤、作物等各自然要素演化的过程,本质上是地球表面的物质化学循环和以太阳能为基础的能量转换过程,在各运行过程中处于主导地位,影响经济发展过程,进而影响社会演化过程。地貌演化过程是地球内外动力共同作用的结果,其中,岩浆活动与地震会对耕地利用产生迅速影响和冲击,但发生概率较低;风蚀、水蚀以及冲积、洪积、湖积等地貌过程具有较为快速的影响,而板块运动、漂移对耕地利用产生的影响微乎其微;气象气候过程以太阳辐射为基本动力,涉及光照、气温、降水、风向、风速和风力,直接影响作物生长发育及气象灾害的发生;水文过程的核心是水循环过程,包含蒸发、凝结、降水、径流等水分转换、运动、循环过程;土壤过程是地质大循环与生物小循环过程矛盾的统一,既包括土壤物质分解、合成、转化、移动和聚积等土壤层次发生分化、形态和内在性质也发生有规律变化的过程,也包括土壤侵蚀、土壤污染等土壤退化过程。作物过程主要是在光合作用、降雨与灌溉、人工施肥等综合作用下,作物生长、发育、成熟的过程。以作物过程、水文过程和土壤过程为代表的自然生态过程是整个耕地利用系统运行的核心,决定了农产品的数量和质量。因此,在耕地利用运行的自然生态过程中,应注重对作物过程、水文过程和土壤过程的调控,以实现耕地的高效与可持续利用。

(2) 经济发展过程

经济发展过程是耕地利用系统运行的重要环节,是商品经济尤其是市场经济条件下耕地利用的本质过程。经济发展过程的运行受制于自然生态过程内部各要素组合状况的同时,又为社会发展过程提供动力。与耕地利用关系紧密的经济发展过程包括耕地开发与整治、耕地承包与租赁、生产资料购置、耕作与收割、农产品销售等。耕地开发与整治是耕地利用与农业生产的首要环节,需要投入一定的人力、财力,而一定数量和质量的耕地作为生产资料和空间场所,为农业生产所必需。在人类社会中,耕地必须按照一定的土地制度在不同社会主体间进行分配,并按照一定的土地市场规则进行流转,从而发生耕地承包、租赁等过程。在获得耕地后,农业生产者通过购买农业物资(种子、化肥、农药、农机等)进行农业生产,而农业生产者通过收割最终获得的农业产品,不再是为了满足个人生存发展需求,而是作为商品进入市场获得利润,从而完成以耕地利用、农业生产为脉络的经济发展过程。在商品经济特别是市场经济背景下,经济发展过程是耕地利用系统运行的本质,为耕地利用提供了动力。

(3) 社会演化过程

社会演化过程是耕地利用系统运行的重要驱动力,是非物质性过程,其协调发展状况制约自然生态过程运行的协调发展状况,是自然生态过程和经济发展过程耦合协调程度的反映。与农业生产经营主体的演化、农业生产组织方式的演化、农业服务体系演化等过程密切相关。改革开放以后,中国开始实行以包产到户、包干到户为主要形式的家庭联产承包责任制,以家庭为农业生产主体,提倡多种形式的经营模式;为提高农业生产效率及推进农业现代化,2014年后中国开始实行农村土地所有权、承包权及经营权三权分置的农地制度,经营权放活后农业生产经营主体也逐渐发展为包括普通农户、种粮大户、家庭农场、农业合作社及农业企业在内的不同类型的生产主体。随着农业生产主体的多样化,农业生产组织方式由传统的农户经营发展为规模经营、专业/股份合作社经营、农业企业经营、农业托管等不同方式,农业服务机构也随之形成并不断发展。耕地利用系统的运行必须依赖人工作用的参与及调控,必须依赖于耕地利用社会主体的发展与演化。

总的来看,自然生态过程、经济发展过程及社会演化过程相互耦合,各过程随着时间推移而始终处在动态变化之中,3个过程共同维系着耕地利用系统的运行。但根据耗散结构理论,耕地利用系统不同运行过程存在大量扰动,各过程节奏不同、快慢有异,使耕地利用系统运行由不协调向协调方向转变,但也会使耕地系统要素更迭的速度产生差异,造成耕地利用系统再次走向不协调,最终导致耕地利用系统内部出现协调—不协调—协调的螺旋式上升和波浪式前进的过程。当耕地利用系统运行处于协调阶段,会进化出一些新的要素、结构、功能,使耕地利用系统各运行过程可以发挥出更好的作用和效益,实现“1+1+1>3”的效果。因此,应寻求各过程的协同,达到促进耕地利用系统的协调良性循环及对各过程良性反馈的最终目的。

1.2.2 耕地利用系统的功能

多重功能充分实现、综合效益最大化是耕地利用系统稳健运行及农业高质量发展的重要目标[30]。耕地利用系统在内部各要素有机融合及其与外部环境相互作用下,涌现出经济、社会和生态功能(图4)。耕地利用系统的各项功能既存在时空上的巨大差异,也存在彼此间的相互影响。经济功能是核心功能,包括农业生产者通过获得农业产品取得的经营性收入、相关主体获得的农业补贴、土地流转的租金、农资购置中的经济支出等,是耕地直接利用主体更为关注的功能;社会功能作为其衍生功能,依托于经济功能而产生,主要表现在耕地为人们提供就业载体、社会保障,并为国家提供粮食安全保障以及推动农业技术进步与农耕文化传承等,此类功能随经济功能的变化而变化;生态功能是耕地利用系统在农作物生长过程中呈现出的生态作用,主要包括维持生物多样性、土壤保持、气候调节、水源涵养等[31],是耕地经济功能(农业生产)赖以维持的基础。

图4

图4   耕地利用系统功能

Fig.4   Functions of cultivated land use system


耕地利用系统功能是耕地利用系统稳健运行的外在表现。在不同层次的人类需求、耕地利用结构和外界条件变化下,耕地利用功能的不同形式在不同阶段受到关注的程度不同。在农业社会,耕地作为物质财富的主要来源,通过耕地利用而得到的经济功能受到极大重视,而其他功能则被忽略;进入工业社会后,物质财富极大丰富,虽仍以经济功能为主,但对耕地利用程度不断加深,不合理利用带来耕地生态功能退化;在工业化后期阶段,对耕地不合理利用的负向影响更加显现,人们对美好生活的向往已不仅局限在物质需要,更注重环境美化、生活质量提升等方面,在此阶段耕地利用系统的社会功能及生态功能也相应受到关注。耕地利用效益是耕地利用系统功能的价值化表达和量化呈现。经济、社会、生态功能相互联系,不同功能的发挥程度对耕地利用系统综合效益的大小具有直接影响。

1.3 耕地利用系统的特征

1.3.1 耕地利用系统的复合性

耕地利用系统的复合性体现为要素构成的复合性,即耕地利用系统是自然—人工复合系统,自然演化和人为作用都会对耕地利用系统产生强烈影响,且二者是同步行进的。大气圈、水圈、岩石圈和生物圈中大气、水分、土壤、微生物等要素的循环和流动为耕地利用提供物质基础,而与此同时,由于人类活动(耕作、灌溉、施肥、基础设施建设等)具有主观能动性,可以根据自身需求利用和改造耕地利用系统,从而使耕地利用系统不可避免地受到人类活动的约束。

由于自然过程的非线性和波动性,使耕地利用系统在极端天气、病虫害等自然灾害的冲击下变得相对敏感;而人类作为生产者,在市场需求、价格波动等社会经济条件的影响下,对耕地的认识程度和利用强度也会不断提高。自然过程和人类活动都会对耕地利用系统形成干扰。但人类同时还是自然生态层面上的消费者,过度生产带来的不良后果(耕地沙漠化、耕地盐碱化、水土流失等)也会使人类活动根据自然条件与自然过程一起对耕地利用系统进行调控,共同支配其运行。

1.3.2 耕地利用系统的开放性

耕地利用系统是高度开放的,表现为耕地利用系统要素的开放性和农产品的开放性。耕地子系统与非耕地子系统、经济子系统与非农经济子系统、社会子系统与非涉农社会子系统虽有着特定的边界,但边界不是封闭的,相互间不断进行着物质循环、能量流动和信息交换。如非农建设占用耕地,使耕地转换为建设用地,而其他用地(林地、草地)也可以通过开垦成为耕地;资金用于购买农业物资则为农业资金,而农产品销售之后如果用于非农投资或消费,就变为非农业资金;农民可以通过进城务工将身份转变为农民工,城市工商业者也可以通过投资农业生产将身份转变为农业从业人员。

耕地利用系统运行与调控必须依托于自然地理与生态环境、政治体制与文化环境、科学技术与文化环境等外部环境条件。耕地利用系统的开放性决定了耕地利用系统演化的动态性、系统调控的可能性,外部环境的变化也促使着耕地利用系统各要素的有机重组。

1.3.3 耕地利用系统的韧性

韧性指物体受到冲击和扰动后恢复到初始状态的能力,是系统的基本属性[32-33]。作为一个复合的动态系统,耕地利用系统具有通过自身调节,抵御外界环境变化冲击而保持系统稳定、功能不变的韧性能力。在与外界环境交互作用下,耕地的数量、质量、生态条件不断发生变化,系统也通过不断调整自身结构加强抵御外界干扰的能力,但耕地非农化、土质退化与污损化则是外部环境因素作用于耕地系统,超出了系统调控阈值而产生的直接后果。由于未来发展的不确定性和不可预测性,抵御外界风险挑战冲击的韧性能力对于维持耕地利用系统的稳定性具有至关重要的作用。

1.3.4 耕地利用系统的多等级性

耕地利用是一个复杂的组织化过程,牵涉到不同尺度的自然地理单元与耕地经营主体、耕地发包主体、耕地管理主体及耕地制度主体等不同尺度的利益相关主体的博弈与协作。根据耕地利用的空间范围与管理机构的等级层次,可以将耕地利用系统划分为5级(图5)。其中,经营系统中包含普通农户、专业大户、家庭农场、合作社、农业企业等农业经营主体及其经营的耕地和相关要素。作为耕地利用中最基层的组织系统,其社会主体通过土地流转获得的耕地开展农业生产经营活动,享有土地的承包权、经营权和收益权。村域系统享有耕地的所有权和发包权,通过发包、流转、出租等形式将耕地配置给各类经营主体,各类经营主体之间再进行土地流转或生产经营活动。县域系统享有耕地管理权,负责开展土地整治、大型农业基础设施与附属设施建设、农业科技推广等工作,对耕地进行全面管理。省域系统享有耕地资源权,在充分考虑区域禀赋特征的基础上,负责开展耕地易地占补平衡,耕地保护红线划定、耕地生态补偿、农业补贴等工作,以高效利用为目标,从耕地供给的数量、结构、供给方式等方面对土地利用进行差别化管理。国家系统作为耕地利用中最上层的组织系统,其主体享有耕地主权,从政策顶层设计出发,负责制定耕地利用、占补平衡、易地补充耕地等重大政策,以资源安全为目标,对耕地利用进行宏观调控。

图5

图5   耕地利用等级体系

Fig.5   Cultivated land use hierarchical system


耕地利用系统的多等级性在空间上表现为多尺度性。耕地利用系统中等级不断提升的过程,也是区域范围(空间尺度)不断放大的过程,不同等级的系统都是更高等级系统的子系统,同时也是更低等级系统的母系统,自然及社会经济因素并不会因为等级高低而产生侧重,并且任一等级都在相互影响、相互作用。可见,耕地利用系统是多元主体与多样目标相结合的具有层次性的开放系统。

2 耕地利用系统的研究框架

系统架构是指对系统高层次的定义和描述,是系统的顶层设计,处于较高的抽象层次,具有战略性,可以更广泛地延伸到与系统相关的诸多方面;而研究框架从本质上来说是解决方案,目的是解决系统在具体领域存在的问题并指导和规范系统的各组成部分,具有战术性。针对耕地利用过程中存在的诸多问题及矛盾,基于上述分析,以地理学、土地资源管理学为指导,遵循从要素到整体、从结构到功能、从静态到动态、从简单到复杂的系统演化层次规律,基于要素—结构—功能—机制—调控的系统研究逻辑,整合了耕地利用变化、集约利用、规模利用、利用转型、多功能利用等研究内容,构建耕地利用系统研究框架(图6),不仅能够全面理解耕地利用系统研究各项内容之间的逻辑关系,还有助于推进耕地利用研究的集成,提升耕地利用研究的理论水平,从而将当前耕地利用中存在的各种问题和研究中存在的各种主题追根溯源,捋清不同时段耕地利用主要问题演化与主要理论更新的内在联系,实现逻辑与历史的统一,通过对耕地利用各种问题分析基础上的综合,实现耕地利用研究分析与综合的统一。

图6

图6   耕地利用系统研究框架

Fig.6   A research framework of cultivated land use system


2.1 耕地利用系统组成要素演化特征分析

耕地利用系统组成要素对于塑造耕地利用系统的内部结构、功能演化和运行机制具有重要影响,是耕地利用系统研究的起点。由于不同组成要素在不同时间维度及区域对耕地利用系统的作用方向、速度、大小均不相同,因此需要获取及融合各组成要素数据,基于实地调查数据、站点观测数据、统计数据、遥感监测数据等多源数据,通过格式转换、投影变化、空间插值、社会经济数据空间化等方法实现数据融合和数据挖掘,采用相关分析、主成分分析、对应分析、因子分析等方法,分析耕地利用系统各要素之间的影响关系,对比各要素变化的同向与异向、同速与异速关系,揭示各要素之间的演替规律,如探讨田块、基础设施、附属设施、防护设施等要素在耕地子系统构成与演化特征;分析农业耐用性物资(农机器具)和消耗性物资(种子、化肥、农药、地膜)等要素在经济子系统的内部结构及演化趋势;明确社会子系统中不同类型农业经营主体数量及其发展特征。

2.2 耕地利用系统结构演化特征分析

随着中国社会经济的快速发展,耕地利用系统随之不断发展变化,各要素之间组合排列的变化使显性结构和隐性结构不断转型,因此耕地利用转型研究是耕地系统研究的深入。基于耕地转型理论与方法,主要采用时间序列分析和空间趋势分析的方法,探讨不同时间尺度、区域模式下耕地利用各种显性与隐性结构演化特征与规律,划分出典型转型阶段和利用形态,科学诊断耕地利用结构转型的时间节点。如揭示典型区域耕地利用景观结构、类型结构、区域结构、种植结构等显性结构的演化特征;分析农业经营主体结构演化特征及不同类型经营主体耕地经营规模、投入结构演化特征。此外,还应突出耕地权籍在塑造耕地利用系统结构中的作用,着重分析不同土地所有制度与耕地权籍结构在塑造耕地利用显性结构与隐性结构中的作用,以及对耕地利用各种功能(效益)的影响。

2.3 耕地利用功能评估与演化特征分析

耕地利用系统的稳健运行及其与外部环境的交互作用促进耕地利用的功能化,追求耕地利用的经济、社会和生态效益最大化并实现可持续利用是耕地利用的目标。基于多重评估方法,可以分析耕地利用生态功能(包括生态服务功能和环境承载功能)、经济功能(包括农产品产出、农业产值、获得补贴、土地流转等)、社会功能(包括就业保障、科技进步、文化传承、粮食安全等)等多重功能的演化特征与规律。如揭示不同类型农业经营主体种植结构、产量与经济效益演化特征;分析不同土地所有制下种植业结构、产量与产值演化特征;探讨不同土地所有制下生态服务功能(包括气候调节、土壤保持、水源涵养、生物多样性)、环境承载功能(主要是化肥、农药、地膜、还田秸秆等的承载)内部结构及演化特征;明确不同土地所有制下耕地利用社会功能演化特征。

耕地利用功能的实现,既包含物理、化学和生物过程等自然生态过程,也包含经济发展过程和社会演化过程等人文过程,因此,如何在现有理论与方法基础上构建具有更强通用性、更好适用性和更佳可比性的多功能定量评价模型是耕地利用系统各功能评价的首要难点与关键技术。根据结构决定功能的系统论基本观点,在不同层次耕地利用系统结构不断变化(转型)的过程中,具有不同表现形式的耕地利用功能必然有所变化,因此,更为全面地评价不同层次耕地利用系统结构变化对耕地利用功能的影响就显得更为紧迫,也更具挑战性。

2.4 耕地利用系统演化的动力机制分析

任何系统研究的核心都是机制问题,耕地利用系统演化的动力机制也必然是本文的应有之义。唯有全面认识耕地利用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、耕地利用功能的涌现机制,才能完善耕地利用系统理论,进而提出耕地利用系统调控策略。如基于系统动力学理论与方法,分析与揭示粮食安全形势、气候变化、惠农政策、农业技术进步等外部环境变化下,各环境条件对耕地利用系统要素投入、结构调整及功能强弱的影响,探讨不同等级的主体对外部环境变化的耕地利用响应机制与途径;明确耕地利用各要素间的相互促动与替代作用;阐释耕地利用各种结构演化对耕地利用各种功能的影响;了解耕地要素调整与形态变化中耕地利用功能涌现机制。

2.5 耕地利用系统的调控策略分析

由于耕地利用是一个要素众多、结构复杂、功能多样、约束重重和动态变化的自然—社会—经济过程[15],因而耕地利用优化是十分复杂的系统工程问题,其实质是对耕地利用系统调控的行为,根本目的在于解决耕地利用系统各组成要素、结构、功能等方面存在的问题,是耕地利用系统研究的归宿。因此,必须以系统论的观点,运用情景模拟法针对未来社会经济发展和全球变化的趋势,分别设置不同的初始条件和约束条件,模拟不同情景下耕地利用系统演化的轨迹与结果,提出不同情境下耕地利用系统调控的策略与预案;运用多目标优化法,着眼于耕地资源利用系统的不同目标进行调控,制定面向需求变化的耕地利用功能调控策略、面向功能变化的耕地利用形态(结构)调控策略、面向形态(结构)变化的耕地利用要素调控策略,构建上下运行有序、功能稳健的耕地利用系统;运用综合调控平衡法,针对经营系统—村域系统—县域系统—省域系统—国家系统的多主体的耕地利用等级体系,综合考虑“管理人”、“参与人”以及“实施人”的群体利益,实现耕地资源的优化与配置。

3 结论与讨论

3.1 结论

本文基于系统科学的理论与方法,定义了耕地利用系统的概念,梳理并解析了耕地利用系统的构成、结构、运行过程与功能,构建了耕地利用系统研究的框架。主要结论如下:

(1) 耕地利用系统是以耕地利用为基础的自然—社会—经济复合系统,由耕地子系统、经济子系统及社会子系统构成,呈现出显性结构和隐性结构。耕地利用系统运行是自然生态过程、经济发展过程及社会演化过程耦合行进的结果。

(2) 耕地利用系统具有经济、社会、生态功能,其中,经济功能包括农业产品销售、农业补贴、土地流转、农资购置中的经济特性;社会功能包括乡村治理、文化传承、农民就业、粮食安全等功效;生态功能包括生物多样性、土壤保持、水源涵养、气候调节等功能。耕地利用系统具有复合性、开放性、韧性和多等级性的特点。

(3) 按照要素—结构—功能—机制—调控的系统研究逻辑顺序构建耕地利用系统研究框架,分析耕地利用系统要素演替规律、结构重构规律、功能涌现规律,可以揭示在外部环境、要素重组、信息传导及利用主体等影响下的耕地利用系统演化的动力机制;重点针对不同情景、不同目标及不同主体的耕地利用系统调控策略研究,是耕地利用系统研究的归宿。

3.2 讨论

(1) 本文中所提的耕地利用系统以耕地利用中的实体对象为要素构成,强调各要素在空间地域上的相互组合及相互作用。由于耕地权籍不是物质性要素,因此本文没有将其纳入耕地系统要素中,仅在耕地利用隐性结构稍作提及。随着中国市场经济体制的不断发展和法治建设的不断推进,耕地权籍在规定人类利用耕地的权力及相互关系的作用越来越凸显[34],规范着人地关系以及在人地关系之上的人人关系,影响着耕地利用系统运行的秩序和效率。因此,强化权籍及其演化在耕地利用系统的地位及作用,更有助于充分理解权籍对耕地利用系统结构及演化的影响。

(2) 本文对耕地利用系统的理论解析是立足于地理学特别是人文地理学中的人地关系地域系统理论,其核心在于人地系统的耦合及可持续发展。在现代新型人地关系及全球、区域人地系统治理新理念、可持续发展新目标的指引下[35],对耕地利用系统的解析更应正视耕地保护问题的迫切性、严峻性与挑战性,注重与地球系统科学、土地资源管理学、经济地理学等学科的深度交叉与融合,探知耕地利用系统构成、结构、功能及运行过程的耦合性与不完全同步性,寻求耕地利用系统各要素的协调、各结构的均衡和各功能的稳定,推动耕地利用系统向有序化及可持续性方向发展。

(3) 新时代中国实施藏粮于地、乡村振兴及生态文明战略,重在从数量、质量、生态3个方面调整和优化耕地利用系统运行及调控,推进人地关系耦合。当前应整体研判耕地利用系统运行态势,探索多要素、多结构、多过程、多功能的数量、质量与生态三位一体的耕地利用系统调控机制,深入探究耕地利用系统运行不同过程与耕地数量、质量、生态安全间的权衡及适应,对后疫情时代耕地利用系统健康发展、维护国家粮食安全、守好国家粮食安全生命线具有重要理论价值和现实意义。

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This issue of provides an overview of recent advances in Land System Science while at the same time setting the research agenda for the Land System Science community. Land System Science is not just representing land system changes as either a driver or a consequence of global environmental change. Land systems also offer solutions to global change through adaptation and mitigation and can play a key role in achieving a sustainable future earth. The special issue assembles 14 articles that entail different perspectives on land systems and their dynamics, synthesizing current knowledge, highlighting currently under-researched topics, exploring scientific frontiers and suggesting ways ahead, integrating a plethora of scientific disciplines.

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土地变化科学是理解人类—自然耦合系统的交叉学科研究方向。多主体模型(ABM)作为过程导向模型,对揭示土地变化驱动力,理解土地变化过程有重要作用。本文从理论、应用与建模框架三方面出发,总结了ABM理论基础和相关概念;阐述了ABM在城市和农业土地系统两方面的应用与发展,进一步介绍了横断山区退耕还林ABM研究案例;在梳理ABM建模协议的基础上,提出了主体视角的土地系统ABM建模框架和实施流程。在城市土地利用方面,ABM研究从最初基于景观研究城市扩张,到研究城市内部居住分隔,规划分区,生态功能等多方面;在农业土地利用方面,ABM应用则呈现出更加多样化和个性化的特征,包括农民行为、农户决策、种植系统、农业政策等。相比于传统模型,ABM因其依靠本地知识与数据而使得其构建更为复杂,且不易推广;但因其独特的自下而上模型构架,在探究土地变化驱动力、刻画人类行为对自然环境影响等方面具有不可或缺的作用。

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Agent based model of land system: Theory, application and modelling framework

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Land change science has become an interdisciplinary research direction for understanding human-natural coupling systems. As a process-oriented modelling approach, Agent based model (ABM) plays an important role in revealing the driving forces of land change and understanding the process of land change. This paper starts from three aspects: the theory, application and modeling framework of ABM. First, we summarize the theoretical basis of ABM and introduce some related concepts. Then we expound the application and development of ABM in both urban land systems and agricultural land systems, and further introduce the case study of an model on Grain to Green Program in the Hengduan Mountains region, Southwest China. On the basis of combing the ABM modeling protocol, we propose the land system ABM modeling framework and process from the perspective of agents. In terms of urban land use, ABM research initially focused on the study of urban expansion based on landscape, then expanded to issues like urban residential separation, planning and zoning, ecological functions, etc. In terms of agricultural land use, ABM application presents more diverse and individualized features. Research topics include farmers' behavior, farmers' decision-making, planting systems, agricultural policy. Compared to traditional models, ABM is more complex and difficult to generalize beyond specific context since it relies on local knowledge and data. However, due to its unique bottom-up model structure, ABM has an indispensable role in exploring the driving forces of land change as well as the impact of human behavior on the environment.

苏浩, 吴次芳.

东北黑土区耕地系统变化机理

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2010-2015年中国土地利用变化的时空格局与新特征

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土地利用/覆被变化是人类活动对地球表层及全球变化影响研究的重要内容。本文基于Landsat 8 OLI、GF-2等遥感图像和人机交互解译方法,获取的土地利用数据实现了中国2010-2015年土地利用变化遥感动态监测。应用土地利用动态度、年变化率等指标,从全国和分区角度揭示了2010-2015年中国土地利用变化的时空特征。结果表明:2010-2015年中国建设用地面积共增加24.6×10<sup>3</sup> km<sup>2</sup>,耕地面积共减少4.9×10<sup>3</sup> km<sup>2</sup>,林草用地面积共减少16.4×10<sup>3</sup> km<sup>2</sup>。2010-2015年与2000-2010年相比,中国土地利用变化的区域空间格局基本一致,但分区变化呈现新的特征。东部建设用地持续扩张和耕地面积减少,变化速率有所下降;中部建设用地扩张和耕地面积减少速度增加;西部建设用地扩张明显加速,耕地面积增速进一步加快,林草面积减少速率增加;东北地区建设用地扩展持续缓慢,耕地面积稳中有升,水旱田转换突出,林草面积略有下降。从“十二五”期间国家实施的主体功能区布局来看,东部地区的土地利用变化特征与优化和重点开发区的国土空间格局管控要求基本吻合;中部和西部地区则面临对重点生态功能区和农产品主产区相关土地利用类型实现有效保护的严峻挑战,必须进一步加大对国土空间开发格局的有效管控。

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Spatio-temporal patterns and characteristics of land-use change in China during 2010-2015

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宋小青, 李心怡.

区域耕地利用功能转型的理论解释与实证

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DOI:10.11821/dlxb201905012      [本文引用: 2]

随着经济社会发展,由耕地利用类型结构、投入结构和种植结构决定的区域耕地利用功能究竟如何转型,至今悬而未决。通过分析诱致性生产替代与3种结构演变的内在联系,构建耕地利用功能转型综合解释框架及量化方法,选取广东省为典型地区,研究区域耕地利用功能转型。结果表明:① 广东省耕地利用功能处于从经济社会型转向生态经济型转型的过渡期,但区域差异明显。其中,珠江三角洲耕地利用功能实现了从经济社会型向生态经济型的转型,东翼、西翼、山区实现了从社会生态型向经济社会型的转型;② 广东省耕地利用功能转型的人文驱动机理表现为,经济—社会和社会—体制两方面的驱动力沿“城镇化发展—经济发展水平提高—诱致性生产替代—耕地利用结构演变—耕地利用功能形态转变”的级联驱动效应;③ 耕地利用结构演变分析是耕地利用功能转型研究的有效视角。随着经济社会从初级发展阶段经历中高级到高级阶段,在诱致性生产替代作用下,耕地利用类型结构、投入结构和种植结构演变将决定耕地利用功能从社会生态型向经济社会型、生态经济型转型;④ 对土地利用转型中“型”的内涵做出了新的阐释。在诱致性生产替代理论认知基础上,对耕地利用功能“型”之转变的深层机理进行了新的探索。这对缩小学术界与公众、决策层在耕地利用转型方面的认知鸿沟,以及推动土地利用转型深入研究具有重要意义。此外,提出了中国“旱改水”及耕地利用功能转型的社会生态效应管控建议。

[ Song Xiao-qing, Li Xinyi.

Theoretical explanation and case study of regional cultivated land use function transition

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姜棪峰, 龙花楼, 唐郁婷.

土地整治与乡村振兴: 土地利用多功能性视角

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长期以来乡村土地利用功能的供需不平衡是造成乡村问题的主要原因之一。论文基于土地利用多功能性视角,以“供给—需求”“要素—结构—功能”为主线,阐释了农村土地整治与乡村振兴的互馈关系,探讨了如何通过农村土地整治实现乡村土地利用功能的供需平衡,进而促进乡村振兴。研究结果如下:① 综合土地整治是一种多功能的土地利用方式,是当前解决乡村问题、促进乡村振兴的重要手段,其本质是从以经济效益为主的生产主义向兼顾社会、经济、环境等的非生产主义的转变。② 乡村土地利用具有生产、生活、生态、文化等4种主要功能,满足乡村振兴在经济、社会、环境、文化等方面的需求,其中生产功能分为农业、商业、工业生产功能,生活功能分为居住、就业和公共服务功能。③ 农村土地整治沿整合土地利用要素、重组土地利用结构、优化土地利用功能的路径,从供给侧因地制宜地平衡乡村发展对土地利用多功能的需求。④ 今后,农村土地整治与乡村振兴的研究应该考虑不同空间尺度下土地整治对于乡村振兴的作用机制与模式,定量分析土地整治影响下土地利用的多功能供给以及不同类型乡村发展对土地利用功能的需求,从而为土地利用和乡村振兴规划的制定和实施提供科学依据。

[ Jiang Yanfeng, Long Hualou, Tang Yuting.

Land consolidation and rural vitalization: A perspective of land use multifunctionality

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The long-term supply-demand imbalance of rural land use functions (RLUFs) is one of the main reasons for rural issues in China. Based on the multifunctionality theory, this study explained the mutual relationship between rural land consolidation (RLC) and rural vitalization with a focus on supply-demand and element-structure-function relationships, and then discussed how to realize the supply-demand balance of RLUFs through RLC so as to promote sustainable rural development. The results show that: 1) Comprehensive rural land consolidation is a multifunctional land use method and an important means to solve rural issues for promoting rural vitalization. In essence, it is the transition from productivism that focuses on economic benefits to non-productivism that takes social, economic, and environmental benefits as a whole. 2) RLUFs include production, living, ecological, and cultural functions, corresponding to the economic, social, enviromental, and cultural demands of rural vitalization. The production functions are divided into agricultural, commercial, and industrial functions, and living functions include residential, employment, and public service functions. 3) Along the path of integrating land use elements, restructuring land use structures, and optimizing land use functions, RLC promotes the supply-demand balance of RLUFs from the supply side according to local conditions. 4) In future research, the mechanisms and modes of RLC impact on rural vitalization at different spatial scales, as well as quantitative analysis of the functional supply of land use and the functional demand of rural vitalization under the influence of RLC should be given more attention, thus laying a scientific foundation for the formulation and implementation of land use and rural vitalization planning.

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以黑龙江省巴彦县为研究区,基于研究区DEM数据,运用土地利用类型的分布指数、土地利用结构的信息熵、均衡度和优势度,明确研究区土地利用空间格局的地形梯度特征及地形因子对土地利用空间格局的影响。结果表明:① 研究区土地利用空间格局在地形因子的作用下存在明显的梯度特征,旱地、水田、草地、水域、建设用地及其他用地主要分布在较低地形级别区,林地主要分布在较高地形级别区。② 除林地以外,其他土地利用类型分布的优势地形位均位于较低地形级别区,林地分布的优势地形位位于较高地形级别区,各土地利用类型分布的优势区域不尽相同。③ 研究区土地利用结构的信息熵及均衡度变化趋势相同,优势度的变化趋势与信息熵、均衡度的变化趋势相反,土地利用空间格局与地形因子具有显著的相关性。

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The purpose of this article is to explore the relationship between spatial distribution of land use and topographic factors and provide new ideas for regional land use planning. The study area of this study is Bayan County, Heilongjiang Province, in Northeast China. Three kind of topographic factors are extracted, which are elevation, slope and aspect, based on the DEM data of research area by the utilizing of GIS. The distribution characteristics of different kind of land use type among different topographic factors are identified after the classification of the three topographic factors which were extracted. Based on that, distribution index of land use type among different topographic factors are calculated, including the information entropy, equilibrium degree, dominance degree of land use structure and the correlation coefficient between different land use style and topographic factors. So that, the relationship between spatial distribution of land use and topographic factors could be identified. The results show that: 1) The spatial distribution of land use in research area shows gradient feature due to the impact of topographic factors. There are more dry land, paddy field, grassland, water area, construction land and other land in the region of low level of terrain, but more forest land in the region of high level of terrain. 2) Except forest land, the dominant landforms of other land use types are located at lower levels, and the predominant terrain of forest land distributed in the area of high level of topographic factors. The dominance regions of different land use types are different. The dominant region of dry land is the central and northwest region of the study area, the dominant region of paddy field is the southern edge of the study area, the dominant area of forest land is the northeast and southeast of the study area, the dominant region of construction land is the south of the study area, the dominant area of grassland is the northwest and the southern edge of the study area, the dominant region of water area is the southern edge of the study area and the dominant area of other land is in the south of the study area. 3) The degree of order, equilibrium and dominance of land use structure in the study area have a certain gradient under the function of topographic factors. The information entropy and equilibrium degree of the land use structure show the same changing trend, the values of information entropy and equilibrium degree of the land use structure are larger in the area of low level of elevation and slope. The trend of dominance is opposite to the information entropy and equilibrium, the dominance value of single land use type is higher in the area of high level of elevation and slope. Thus, the distribution of land use types are significantly correlated with topographic factors.

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FLUS模型是一种新型的土地利用变化模拟模型,应用前景广阔。本文通过在FLUS模型的人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN)训练模块中引入空间自相关因子来改进模型,以珠江三角洲地区为例,基于2009年、2015年土地利用数据和一系列驱动因子对改进的模型进行了验证,并利用该改进的FLUS模型模拟了2035年研究区在3种情景下土地利用变化格局。结果表明:① 引入空间自相关因子后各地类发生概率分布的预测精度更高,耕地、林地、建设用地、水体和未利用土地的拟合优度ROC值分别从0.819、0.928、0.885、0.855和0.861提高到0.857、0.934、0.890、0.863和0.978;② 改进的FLUS模型的模拟精度有一定的提高,Kappa系数从0.732提高到0.744,FOM系数从0.077升到0.106;③ 情景模拟表明,3种情景下珠江三角洲建设用地和林地均将增加、而耕地均呈减少趋势。但不同情景下模拟的土地利用格局也存在显著差异: 基准情景下,建设用地明显扩张且大幅侵占耕地。耕地保护情景下,耕地面积保持在合理水平,建设用地蔓延扩张趋势得到遏制,土地利用布局总体趋向合理。生态保护情景下,耕地、林地和水体得到较好保护,建设用地布局更为合理,土地利用可持续性明显提高。

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基于冲突-适配视角的土地利用可持续性评价

[J]. 地理学报, 2021, 76(7): 1763-1777.

DOI:10.11821/dlxb202107014      [本文引用: 1]

土地利用可持续性评价是土地系统科学与可持续发展交叉学科研究中一个重要内容,对识别区域土地利用与管理问题,制定可持续土地管理决策具有重要意义。本文从土地利用可持续内涵解析出发,提出了一种基于土地系统冲突与适配视角、适用于不同区域与时段的土地利用可持续评价框架,并以2000&#x02014;2015年长三角地区为例进行实证分析。结果显示:① 基于土地系统外部发展施压及土地系统内部支撑角度,可以构建由&#x0201c;资源子系统冲突&#x0201d;&#x0201c;功能子系统冲突&#x0201d;&#x0201c;承载子系统冲突&#x0201d;&#x0201c;资源&#x02014;功能适配性&#x0201d;&#x0201c;功能&#x02014;承载适配性&#x0201d;组成的土地系统结构。并基于静力学平衡方程,通过计算结构支撑性与平衡性得到土地利用可持续性;② 长三角地区各项土地冲突适配指标中,土地系统功能冲突改善程度最高,但土地功能与承载适配程度最低。各项冲突适配指标具有显著的城乡、纬度、海陆空间分异特征;③ 长三角地区包含17种土地系统构型,呈现最稳定与最不稳定构型两极分布多、中间构型数量少的特征。长三角地区土地利用可持续性结果范围是0.20~1.58,其中浙江&gt;安徽&gt;长三角地区均值&gt;江苏&gt;上海,浙江诸暨市、安吉县等实施绿色发展战略地区显著高于江苏连云港市、如东县等实施传统经济主导型发展战略地区。本文可以为分析区域土地系统可持续性、设置土地可持续发展规划目标、探索土地系统转型方向提供思路与方法借鉴。

[ Han Bo, Jin Xiaobin, Sun Rui, et al.

Land use sustainability evaluation based on conflict-adaptation perspective

Acta Geographica Sinica, 2021, 76(7): 1763-1777. ]

[本文引用: 1]

焦世泰, 王鹏, 陈景信.

滇黔桂省际边界民族地区土地资源可持续利用研究: 基于区域评价与空间区划视角

[J]. 经济地理, 2019, 39(1): 172-181.

[本文引用: 1]

[ Jiao Shitai, Wang Peng, Chen Jingxin.

Sustainable utilization of land resources in the ethnic areas of inter-provincial boundary of Yunnan, Guizhou and Guangxi: From the perspectives of regional evaluation and spatial division

Economic Geography, 2019, 39(1): 172-181. ]

[本文引用: 1]

王静, 郭旭东.

我国县级尺度土地可持续利用的科学调控

[J]. 地理科学进展, 2002, 21(3): 216-222.

[本文引用: 1]

[ Wang Jing, Guo Xudong.

A study of scientific regulation of sustainable land use at county scale in China

Progress in Geography, 2002, 21(3): 216-222. ]

[本文引用: 1]

李灿.

区域土地利用转型诊断与调控的分析路径

[J]. 地理研究, 2021, 40(5): 1464-1477.

DOI:10.11821/dlyj020200457      [本文引用: 1]

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。

[ Li Can.

Analysis path of diagnosis and regulation of regional land use transition

Geographical Research, 2021, 40(5): 1464-1477. ]

DOI:10.11821/dlyj020200457      [本文引用: 1]

Land use transition is an important feature of urban and rural regional system evolution. The significance of land use transition analysis is to find the land use problems indicated by land use form change. This paper attempts to analyze the transition logic of land use form under the coupling relationship between human and land, explains the diagnostic analysis path of regional land use transition systematically, and focuses on the diagnosis and regulation of rural land use transition. The research points out that: (1) The study of regional land use transition should explore the changing requirements of land use form corresponding to the trend of land use change, and resolve the land use problems and explain their performance characteristics indicated by the transition analysis, so as to figure out the coping strategies of land use transition regulation. (2) Scale selection and gradient differentiation are the basic premise of regional land use transition research. We should reveal the characteristics of regional land use transition according to scale and gradient differentiation, understand the integration process of transition regulation on different scales, and study the regulation and control measures of regional land use transition. (3) The change of land service supply is the key reason for the dislocation of the dominant and recessive forms of rural land use, and it is the key point to diagnose the transition of land use forms. The mutual adaptability between the dominant and recessive forms of land use reflects the problem characteristics of the spatial relationship of land use forms, which is the main body of land use to provide land services response results. (4) Based on the principle of rural regional scale and gradient differentiation, and under the background of urban-rural integration, the reconstruction of rural land right system and the development of land spatial planning are four important analysis paths to explore the transition and regulation of rural land use. (5) The integration of cognition of land use transition in different scale regions and the regulation measures of transition still needs to be further expanded, and activating rural land resource elements is the key way to regulate rural land use transition.

冀正欣, 刘超, 许月卿, .

基于土地利用功能测度的“三生”空间识别与优化调控

[J]. 农业工程学报, 2020, 36(18): 222-231, 315.

[本文引用: 1]

[ Ji Zhengxin, Liu Chao, Xu Yue-qing, et al.

Identification and optimal regulation of the production-living-ecological space based on quantitative land use functions

Transactions of the CSAE, 2020, 36(18): 222-231, 315. ]

[本文引用: 1]

龙花楼, 李秀彬.

中国耕地转型与土地整理: 研究进展与框架

[J]. 地理科学进展, 2006, 25(5): 67-76.

[本文引用: 1]

[ Long Hualou, Li Xiubin.

Cultivated-land transition and land consolidation and reclamation in China: Research progress and frame

Progress in Geography, 2006, 25(5): 67-76. ]

[本文引用: 1]

宋小青.

论土地利用转型的研究框架

[J]. 地理学报, 2017, 72(3): 471-487.

DOI:10.11821/dlxb201703009      [本文引用: 1]

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。

[ Song Xiaoqing.

Discussion on land use transition research framework

Acta Geographica Sinica, 2017, 72(3): 471-487. ]

DOI:10.11821/dlxb201703009      [本文引用: 1]

Land change has been a hot topic in geographical research. The overarching and convincing theories of land change science, however, have not emerged. Establishment of land use transition theory is of significance for the theory basis of land change science. This paper attempts to establish a research framework of land use transition based on summarizing the development and implications of land use transition research and clarifying the differences between land use transition and land use change. Results show that transition research of artificial ecosystems, such as cultivated land, rural housing land and urban land, is of significance. Land use transition is distinguished from land use change on several aspects, such as fundamental types, temporal scale, spatial scale, agents, driving forces, trajectory, and results or effects. Research framework of land use transition covers transition diagnosis, mechanism research and effects research. Key issues of transition diagnosis are the establishment of measuring indices and diagnosis principles of land use spatial and functional morphologies from the perspectives of quantity change, landscape pattern change and management pattern change, and of land use externality and land use policy development. Mechanism of land use transition behaves as cascading effects of underlying driving factors of land use change, including demographic, economic, technological, institutional, cultural, and location factors. Mechanism research should place emphasis on interaction between land use spatial transition and functional transition. Effects of land use transition covers at least 17 themes relating to social, economic and environmental dimensions. Cultivated land use transition in France in 1961-2011 confirms the research framework of land use transition and is beneficial to the innovation of cultivated land protection in China.

宋小青, 欧阳竹.

耕地多功能内涵及其对耕地保护的启示

[J]. 地理科学进展, 2012, 31(7): 859-868.

[本文引用: 1]

[ Song Xiaoqing, Ouyang Zhu.

Connotation of multifunctional cultivated land and its implications for cultivated land protection

Progress in Geography, 2012, 31(7): 859-868. ]

[本文引用: 1]

谢金华, 杨钢桥, 汪箭, .

不同农地整治模式对耕地生产价值和生态价值的影响: 基于天门、潜江部分农户的实证分析

[J]. 自然资源学报, 2019, 34(11): 2333-2347.

[本文引用: 1]

[ Xie Jinhua, Yang Gangqiao, Wang Jian, et al.

Impact of different rural land consolidation modes on cultivated land production value and ecological value based on an empirical analysis of some farmers in Tianmen and Qianjiang

Journal of Natural Resources, 2019, 34(11): 2333-2347. ]

[本文引用: 1]

Pendall R, Foster K A, Cowell M.

Resilience and regions: Building understanding of the metaphor

[J]. Cambridge Journal of Regions, Economy and Society, 2010, 3(1): 71-84.

[本文引用: 1]

刘志敏, 叶超.

社会-生态韧性视角下城乡治理的逻辑框架

[J]. 地理科学进展, 2021, 40(1): 95-103.

DOI:10.18306/dlkxjz.2021.01.009      [本文引用: 1]

伴随着快速城镇化,生态环境剧烈变化与社会经济结构深刻转变使中国城乡发展问题愈发突出,城乡治理面临新挑战。社会—生态韧性理论与城乡治理实践存在紧密关联,但对两者关系的研究欠缺。论文以中国城乡发展问题为导向,厘清社会—生态韧性与城乡发展的关系,构建社会—生态韧性视角下城乡治理的逻辑框架。将社会—生态韧性的核心理念(耦合、自组织和学习)引入城乡规划、个体参与和政策制定,将促进城乡融合和可持续发展。在未来的城乡治理中,需要将社会与生态问题统筹考虑,贯彻人地耦合的理念,形成多层级的城乡协同治理网络,促进适应性治理,培育不同尺度城乡治理主体的合作和创新,尤其要重视城乡社区的学习、适应能力构建。实践中需要充分利用空间规划工具,将生态系统服务纳入城乡空间治理范畴,协调城乡生态系统服务与居民福祉的关系,增强城乡对不确定性的缓冲和应对能力。

[ Liu Zhi-min, Ye Chao.

A logical framework of rural-urban governance from the perspective of social-ecological resilience

Progress in Geography, 2021, 40(1): 95-103. ]

[本文引用: 1]

冯广京.

关于土地科学学科视角下“土地(系统)”定义的讨论

[J]. 中国土地科学, 2015, 29(12): 1-10.

[本文引用: 1]

[ Feng Guangjing,

Discussion on the definition of land (system) from the perspective of land science discipline

China Land Sciences, 2015, 29(12): 1-10. ]

[本文引用: 1]

刘彦随.

现代人地关系与人地系统科学

[J]. 地理科学, 2020, 40(8): 1221-1234.

DOI:10.13249/j.cnki.sgs.2020.08.001      [本文引用: 1]

人地关系地域系统理论系统提出30 a来,对促进地理学综合研究、学科建设和服务国家重大战略决策发挥了重要的科学支撑与导向作用。深入解析了人地关系地域系统理论的科学内涵及时代价值,诠释了现代人地系统的类型与环境,提出了“人地圈”与人地系统科学研究的主要内容和前沿领域。初步研究表明:① 现代人地系统具有复杂性、地域性和动态性特征,人?地交互作用过程、格局及其综合效应正在发生深刻变化,地球表层人地系统成为现代地学综合研究的核心内容和重要主题。② 科学认知和有效协调人地关系,亟需深入探究人地系统耦合格局与机理,探明人地关系地域系统类型、结构及其动力机制。依据城乡关系将人地关系地域类型划分为城市地域系统、城乡融合系统、乡村地域系统。乡村地域系统可细分为农业系统、村庄系统、乡域系统、城镇系统等子系统,分别对应于作土关系、人居关系、居业关系、产城关系。③ 现代人类活动强烈地作用于地球表层人地系统,形成了人地系统耦合与交互作用的地表圈层——“人地圈”,其实质是现代人类活动与地表环境相互联系、耦合渗透而形成的自然–经济–技术综合体或人地协同体。④ 人地系统科学或人地科学是研究人地系统耦合机理、演变过程及其复杂交互效应的新型交叉学科。它是现代地理科学与地球系统科学的深度交叉和聚焦,以现代人地圈系统为对象,致力于探究人类活动改造和影响地表环境系统的状态,以及人地系统交互作用与耦合规律、人地协同体形成机理与演化过程。人地系统耦合与可持续发展是人地系统科学的研究核心。传承创新人地关系地域系统理论和发展人地系统科学,更能凸显地球表层人类的主体性、人地协同的过程性和可持续发展的战略性,为人地系统协调与可持续发展决策提供科学指导。

[ Liu Yansui.

Modern human-earth relationship and human-earth system science

Scientia Geographica Sinica, 2020, 40(8): 1221-1234. ]

DOI:10.13249/j.cnki.sgs.2020.08.001      [本文引用: 1]

In the past 30 years, the theory of human-earth areal system has played an important support and guidance role in promoting the comprehensive research, disciplinary development and serving national strategic decision of geography. This study analyzes the scientific connotation and era value of human-earth areal system, explores the types and environment of modern human-earth system, and puts forward 'human-earth sphere' and the main contents and frontier fields of human-earth system science. The results show that: 1) The modern human-earth system is characterized by complexity, regionalism and dynamicity. The processes, pattern and comprehensive effect of human-earth interaction are undergoing profound changes, and the human-earth system on the surface of the earth has become the critical content and important theme of modern geosciences. 2) To scientifically understand and effectively coordinate the human-earth relationship, it is urgent to explore the coupling pattern and mechanism of human-earth relationship and to analyze the type, structure and dynamic mechanism of human-earth areal system. Based on the urban-rural relationship, the human-earth areal system can be divided into urban regional system, urban-rural integration system and rural regional system. Furthermore, the rural regional system is subdivided into agricultural system, village system, rural system and township system. 3) Modern human activities strongly affect the human-earth system on the surface of the earth, forming a new surface with the coupling and interaction between human and earth. In essence, it is a natural-economic-technological synthesis or human-earth coordination. They are also the main contents of deepening the researches on the coupling of human-earth system and supporting decision-making for coordinated development of human-earth system. 4) Human-earth system science or human-earth science is a new interdisciplinary subject which studies the coupling mechanism, evolution process and complex interaction effect of man earth system. It is the deep intersection and focus of modern geographic science and earth system science. Taking the modern human-earth sphere system as the research object, it is committed to exploring the state of human activities transforming and affecting the surface environment system, the interaction and coupling law of human-earth system, the formation mechanism and evolution process of human-earth coordination.Human-earth system coupling and sustainable development is the core of human-earth system science. Inheriting and innovating the theory of human-earth areal system and developing the human-earth system science will highlight the subjectivity of human on the earth surface, the process of human-earth coordination and the strategy of sustainable development, thus providing scientific guidance for the coordination of human-earth system and sustainable development decision-making.

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