基于空间决策模型的耕-果错位空间分析与协调布局优化

当前农业生产“空间错位、功能错乱”问题严重,优化耕地果园布局,实现耕地下山果树上山,对改善耕地质量、优化耕地空间布局具有重要意义。该研究以林果业为主导农业的江西省赣州市寻乌县为例,在耕-果空间错位矛盾下,以耕地质量评价为基础,耦合地形空间与地理学定义划定“山上山下”以识别耕-果错位空间,在矛盾优化原则下应用GIS技术构建空间决策模型协调优化果园与耕地的空间布局。研究表明：1）寻乌县耕地细碎,质量评价结果为Ⅰ级的耕地面积为2227.02 hm²,占总耕地面积的24.17%;Ⅴ级面积为671.70 hm²,占7.29%;地形空间划分的“山下”空间占24.06%,“山上”空间占48.19%。 2）以“山上山下”为分区标准,在耕地适宜性评价结果下初划耕地空间为保护区与拟调区,初划林果空间为宜耕区、宜果区与保留区,拟调区与宜耕区为耕-果发生错位的空间,耕地错位面积1221.77 hm²,果园错位面积5169.39 hm²。3）按矛盾协调原则在空间决策模型下优化耕-果错位空间,最终结果为1247.25 hm²的“山下”果园调为耕地,1221.77 hm²的“山上”耕地调整为果园。研究结果优化了耕-果空间布局,提高了耕地质量,可为当前“山上”换“山下”优化耕地布局工作提供参考与理论依据。     

进出平衡视角下耕地恢复潜力重点区域识别

科学识别耕地恢复潜力重点区域，对落实耕地进出平衡、保障国家粮食安全与优化国土空间格局具有重要意义。该研究以山东省济宁市汶上县为研究区，基于“三调”数据，综合农业生产适宜性、新增耕地恢复潜力、地类集聚连片性与经济发展水平4个维度，构建进出平衡视角下栅格尺度的耕地恢复潜力重点区域识别模型，定量识别耕地恢复潜力重点区域并探究其空间分布格局。结果表明：1）汶上县农业生产适宜性较高，适宜性指数为[0.33,0.79]，呈现自东向西逐级递减的地带性分异规律，地域差异较明显；耕地恢复潜力类型以工程恢复为主，可恢复地类中林地分布广泛，占比72.89%；地类集聚连片程度整体较好，高、中连片性区域占比达71.85%，呈“中部低、四周高”的分布态势；经济发展水平存在空间差异性，分布特征与新增耕地恢复潜力和地类连片性互补。2）结合耕地恢复综合评价，共识别23处耕地恢复潜力重点区域，总面积56.31 km²，分布于县域中部、南部与东西边缘地带，重点区域分布广泛。该模型可用于以平原为主的农业主产区重点区域的识别，可为耕地恢复整治项目筛选、耕地进出平衡方案编制与实施提供科学依据，对促进耕地进出平衡制度的落地、耕地可持续利用与国土空间格局优化有重要意义。     

基于PLUS空间决策模型的城镇与农业空间协调布局优化

正确处理好农业空间与城镇空间之间的矛盾，对保障国家粮食安全、促进城镇可持续发展具有重要意义。该研究以江西省赣州市南康区为例，应用GIS技术，在耕地与建设用地适宜性评价的基础上，引入PLUS模型、凸壳模型预测城市扩张范围及类型，初步划定城镇开发边界与永久基本农田布局，并根据城市发展规律和冲突矛盾协调原则，对永久基本农田和城镇开发边界进行优化。结果表明：1）南康区综合质量高的耕地主要集中于唐江镇、镜坝镇、凤岗镇等乡镇；建设开发适宜性评价综合得分由高到低呈现出中心城区向四周乡镇圈层式扩散的分布情况，东山街道、蓉江街道的分值最高。2）PLUS模型预测至2035年南康区新增建设用地为3362.85 hm²（其中城镇建设用地2023.06 hm²），凸壳模型得出南康区扩张类型属于外延型，蓉江街道和东山街道是未来城区扩张发展的重点区域。3）以耕地国家利用等平均值为标准，将农业空间划分为保护区、储备区与一般耕地，当城镇开发边界与保护区发生空间冲突时，调整城镇开发边界，优先保护农田；当城镇开发边界与储备区、一般耕地发生空间冲突时，调出农田，保障城镇发展。研究结果可为耕地资源保护提供参考，为永久基本农田与城镇开发边界优化协调提供借鉴。     

基于空间决策的城镇空间与农业生产空间协调布局优化

科学划定城镇空间和农业生产空间的空间开发管制边界,是兼顾城市发展与粮食安全的重要举措.该文以鹰潭市中心城区为例,借助GIS平台进行建设开发适宜性评价和耕地综合质量评价.基于2个评价结果开展城镇空间和农业生产空间协调优化布局研究.通过城市发展方向预测、新增建设用地规模、基本农田保护面积和耕地国家利用等四方面修正,形成城市开发边界和基本农田保护红线初步方案.根据空间矛盾协调原则做出空间决策,优化协调城镇空间和农业生产空间布局.研究结果为:中心城区建设开发适宜性分值由高到低呈现出以中心城区中心为圆心的“圈层”式的空间分布,中心城区耕地综合质量高的耕地主要分布在西部和东部;综合建设用地重心移动分析、凸壳原理分析城市扩张模式、基础设施与产业布局分析得出中心城区北部的夏埠乡、志光镇和鸿塘镇是中心城区未来发展的重点方向;引入耕地国家利用等指标,将基本农田保护红线方案划分为可调区和不可调区,城市开发边界方案与耕地保护红线方案不可调区布局冲突的空间决策为调整城市开发边界,优先保障耕地.城市开发边界方案与耕地保护红线方案可调区布局冲突的空间决策为调整耕地保护红线,优先保障城市发展.     

基于国土空间"三线"划定与耕地质量自相关的耕地空间布局优化

结合国土空间规划与耕地质量自相关属性优化耕地保护空间布局，对于耕地质量提升、保障粮食安全具有重要意义。该研究采用改进空间自相关模型，将生态环境作为耕地质量空间相关性分析框架的"第四维"，从地块尺度模拟位于"三线"内地块耕地质量指数的空间自相关性，据此提出优化耕地保护空间布局的方案。结果表明：1）高淳区高质量耕地呈现出东部集中连片、西部零散分布的特征，低质量耕地集中分布在高淳东部，各耕地自然指数均呈现出"西高东低"的特征。2）各耕地质量指数正、负相关型分别与高、低质量耕地的空间高度吻合，均表现出较强正相关性的空间聚集特征。自然质量、利用管理、经济价值及生态环境指数的Moran''s I值分别为0.79、0.92、0.89、0.77，空间集聚性从大到小的顺序为利用管理、经济价值、自然质量与生态环境指数。3）结合国土空间规划与耕地质量自相关优化耕地布局，永久基本农田新增968.15hm2，等级提升0.94，确定永久基本农田保护区、城镇发展缓冲区、生态环境保护区及综合调节区4个一级类与14个二级类。其中，永久基本农田保护区综合质量最优，耕地质量表现出较强的空间扩散效应，应禁止非农建设；城镇发展缓冲区耕地质量较差但区位优势突出，是城镇建设理想区；生态环境保护区耕地综合质量较差但生态优势明显，应开展生态防护工程，形成生态保护格网；综合调节区应判明耕地障碍因素的作用机理，有序开展田间整治，实现向永久基本农田的跃迁。     

基于地质环境适宜性的基本农田布局优化研究

基本农田划定及布局受自然、经济社会、生态环境等多元因素的影响,但是当前基本农田布局研究中仍然缺少对地质环境因素的系统考察。该文试图从耕地利用的地质环境约束出发,以徐州市城市规划区为例,开展面向耕地的地质环境适宜性评价,通过GIS空间叠加分析对现行基本农田布局方案进行优化。研究结果表明:1)依据耕地利用与地质环境的关系,整合地形、土壤、水文、地质灾害、地质环境问题等要素开展区域地质环境适宜性评价,是进行基本农田布局优化的前提。2)研究区地质环境适宜性评价等级为较不适宜、不适宜的基本农田面积共2 431.69 hm~2,研究区基本农田存在明显的地质环境约束。3)通过将较不适宜、不适宜的基本农田调出,再从一般农地中调入适宜、较适宜的耕地形成新的布局方案,从地质环境角度看研究区基本农田布局实现了优化。该研究探索了基于地质环境约束的区域基本农田布局优化路径,还可以在城乡建设用地、工矿用地等类型的土地布局优化中进行应用,从而为空间规划编制和管理中实现"矿地融合"服务。     

多情景模拟下城市周边耕地功能分区

科学划定耕地功能分区有助于制定区域差别化的耕地保护措施,是协调耕地保护与经济发展,维护城市粮食安全的重要手段。以常州市主城区为例,综合运用斑块生成土地利用模拟（patch-generating land use simulation model,PLUS）模型、热点分析、k-means 空间聚类等方法,系统分析自然发展、耕地保护、可持续发展3种情景下未来耕地变化冷热点区域与现状耕地综合适宜性,在可持续发展情景下耦合两类分析结果,规划耕地功能分区。结果表明：1）在不同情景下,研究区各用地类型整体空间分布格局保持稳定,未来不稳定耕地冷热点分布具有差异性;2）基于生产适宜性、空间集聚性、区位便利性指标综合评价,按聚类结果初步将研究区划分为4类,耕地面积占比分别为38.71%、32.73%、19.80%、8.76%;3）结合两类评价结果,组合不同层次特征,将研究区耕地归并划分为粮食主产区、都市农业区、农地改善区、城乡过渡区,因地制宜地提出相应管控措施。研究结果可以为中国类似城市周边耕地分区分类利用与保护提供参考。     

城镇-农业-生态协调的高原湖泊流域土地利用优化

为了解高原湖泊流域土地利用布局现状,探究在"城镇-农业-生态"协调下的高原湖泊流域土地利用空间优化配置方案,该文以抚仙湖流域为例,基于3S技术,运用MCR-CLUE-S模型,研究流域城镇建设情景、农业开发情景、生态保护情景和综合优化情景4种模式下2030年国土空间的结构和布局,最终提出抚仙湖流域"城镇-农业-生态空间"协调下的土地利用空间优化分区。结果表明:1)2005、2010和2015年抚仙湖流域城镇空间呈上升趋势,农业空间呈下降趋势,生态空间先升后降,10 a间空间分布格局基本一致;2)以重要水源地、湖滨湿地和大面积自然林地为保护源,选取高程和坡度等8个阻力因子,采用最小累积阻力模型和累积耗费距离模型构建抚仙湖流域生态安全格局,以及有利于生态保护的"源"核心区、生态保护区、生态边缘区、农业开发区、农业边缘区和城镇建设区;3)以生态功能分区面积为约束条件,通过Markov模型结合CLUE-S模型模拟抚仙湖流域2030年城镇建设、农业开发和生态保护情景下"城镇-农业-生态空间"的优化布局。城镇建设情景综合考虑生活需要以及政策指导下以开发城镇空间为主导的"城镇-农业-生态空间"数量及空间结构的发展方向;农业开发情景控制城镇空间规模,开发部分生态空间潜力;生态保护情景下农业空间面积有所减少,城镇空间面积少量增加;4)抚仙湖流域2030年综合优化情景模式下,根据土地功能的不同,划为城镇空间、农业空间、生态空间、城镇-农业空间、城镇-生态空间、农业-生态空间和城镇-农业-生态空间,其中农业-生态空间最小,生态空间最大;5)通过分析4种情景下区域发展的特点,结合抚仙湖流域耕地保护、生态保护和经济社会发展等多种因素,认为综合情景方案更合理并更适合当地的发展,其他3种单要素情景方案可为综合情景方案的实施进行相关的补充和调整。研究结果可为抚仙湖流域国土空间规划和生态保护战略决策提供参考依据。     

区域虚拟休耕规模与空间布局研究

在分析国内耕地利用现状和国外休耕研究成果的基础上,提出开展土地休耕是中国未来耕地保护的可选模式,以提高耕地质量,改善区域生态环境,促进耕地可持续利用,保障国家长期的粮食生产能力和食品安全。结合中国粮食安全需求保障确定休耕现实规模,并综合自然质量条件、耕地利用强度和经济保障水平3个方面进行休耕区域适宜性空间评价,确定休耕空间布局。以江苏省通州市为例对不同发展情景下休耕规模和布局的虚拟实证分析结果表明,不同发展情景下通州市休耕现实规模在661～6 410hm2之间,休耕区域主要分布在石港镇、骑岸镇、川姜镇等镇。虚拟研究为中国未来开展土地休耕提供了有益的参考。     

基于生态安全格局的干旱内陆河流域土地利用优化配置分区

为提高干旱内陆地区土地利用效率,促进土地资源可持续利用,该文以典型干旱内陆河流域石羊河为例,将GIS技术和土地利用优化空间配置模型应用到该流域土地利用优化配置研究中,提出了一种基于生态安全格局的土地利用优化配置新方法,并借助1986年、2000年和2014年3期土地利用数据对石羊河流域生态安全格局情景、耕地保护情景和自然发展情景3种模式下2030年的土地利用结构和布局进行了优化配置研究。研究结果表明：在生态安全情景下2030年耕地面积减少314.41 km2（5.32%）,但林地和草地面积分别增加1424.17 km2（33.85%）和1485.13 km2（12.05%）,同时未利用地也有较大幅度减少;而耕地保护情景则以土地开发和整治及宅基地还耕为主要目标,使得耕地到2030年增加5.85%（386.53 km2）,林地和草地分别增加7.61%（229.38 km2）和0.77%（84.58 km2）,而未利用地则减少3.91%（789.92 km2）;自然发展情景下其耕地、林地和草地到2030年均有减少,建设用地则有较大幅度增长。通过对3种综合考虑石羊河流域社会经济、生态及耕地保护等多方面的因素,研究结果认为耕地保护情景更为合理,既能保持耕地面积不减少,又能兼顾考虑生态恢复和城镇发展等方面的需求,而其它2种可为耕地保护情景进行补充和局部修正。     

综合适宜性与迫切性的非粮化耕地整治分区方法

非粮化耕地治理是实现田块复耕复种的重要措施。科学确定非粮化耕地整治的优先次序及分区对提高非粮化耕地复耕复种治理工程空间布局的合理性具有重要意义。该研究以行政村为评价单元，从立地、耕作和利用状态3个维度建立了非粮化耕地整治适宜性评价模型，以功能管制区内非粮化比率建立了非粮化耕地整治迫切性评价模型，利用四象限分区法，构建了综合整治适宜性和迫切性的非粮化耕地整治分区方法体系，并以陵水县为案例区开展了非粮化耕地整治分区划定和整治策略研究。结果表明：1）恢复耕地用于粮食作物耕作，提高稳定利用耕地规模和质量，满足区域耕地保护任务和保障粮食供给是非粮化耕地整治的核心。2）通过整治适宜性评价筛选出优质耕作地块，利用整治迫切性评价明确整治的优先次序，两者的综合能有效明确复耕复种的工作指向；3）陵水县非粮化耕地整治可分了4个区，即优先整治区、重点整治区、后备整治区和限制整治区，建议基于耕作状态、自然地貌和利用条件的组合差异，制定差别化的非粮化耕地整治策略。研究结果可为编制耕地保护专项规划及引导耕地"进出平衡"空间布局提供科学依据。     

基于生态适宜度模型的城乡土地利用分区与优化布局——以鄱阳湖生态经济区为例

开展城乡土地利用功能分区和空间布局优化,是促进城乡一体化发展的有效途径。以鄱阳湖生态经济区为例,通过构建城乡土地利用生态位适宜度模型,对鄱阳湖生态经济区土地利用生态位适宜度进行了分区,并在此基础上提出了优化布局策略。结果表明:(1)鄱阳湖生态经济区布局优化为商业发展主导区、工业发展主导区和农业发展主导区以及环境保护主导区;(2)鄱阳湖生态经济区城乡土地利用空间布局可划分为核心增长极、区域中心城市、一级扩散圈、二级扩散圈和二级扩散带;(3)应从发展高新技术产业、提升都市圈核心竞争力、保障城乡用地需求、加快农田水利建设和优化生态开发利用模式等方面优化城乡土地利用空间布局。基于生态适宜度模型探讨城乡土地利用布局,为实现区域城乡均衡发展提供了新视角。     

基于三象限法的县域高标准基本农田建设布局与发展模式研究

[目的]探讨三象限法在高标准基本农田建设中的应用,为县域高标准基本农田建设布局与发展模式提供一定依据。[方法]以安徽省宿松县为例,采用三象限法对高标准基本农田的建设区域进行划分,从耕地质量适宜性及社会经济条件可行性2方面对其高标准基本农田建设进行评价。其中,耕地质量从立地条件、耕地理化性状及利用条件等方面选择评价指标,社会经济条件从耕地农业生产力、耕地建设利用状况及群众意愿等方面构建评价指标体系。[结果]高适宜高可行区域的耕地面积为3 046.67hm^2,占建设耕地总面积的14.89%,高适宜低可行区域的耕地面积为10 974.53hm^2,占建设耕地总面积的53.62%,低适宜高可行区域的耕地面积为6 445.73hm^2,占建设耕地总面积的31.49%。在对3个区域的耕地限制性因素及高标准基本农田分布情况进行分析的基础上,提出了高标准基本农田的空间布局和建设模式。[结论]运用三象限法,耕地质量与社会经济条件组合成3个区域。宿松县的高标准基本农田建设布局及发展模式与3个区域动态联系。     

基于四象限法的县域高标准基本农田建设布局与模式

高标准基本农田建设是土地整治规划的重要组成部分,需要综合考虑耕地的基本条件和所在区域的社会经济建设适宜性。为了提高高标准基本农田建设布局的科学性及合理性,该文以广东省五华县为例,首先对耕地质量与高标准基本农田建设适宜性进行了评价,其中,耕地质量从立地条件、耕地物理性状、耕地化学性状及利用条件4个方面选择评价指标。高标准基本农田建设适宜性从农田基础条件、区域社会经济综合条件及群众意愿等方面选择评价指标,据评价结果分析了五华县耕地质量等级分布的不同及高标准基本农田建设适宜程度的差距及其原因。在此基础上,采用四象限法对高标准基本农田的建设区域进行了划分,其中,"高质量高适宜"区域的耕地面积为15 460.51 hm2,占到五华县耕地总面积的37.65%,"高质量低适宜"区域的耕地面积为8 771.85 hm2,占耕地总面积的21.36%,"低质量高适宜"区域的耕地面积为7 508.73 hm2,占耕地总面积的22.71%。在对3个区域的耕地限制性因素、基本农田分布情况进行分析的基础上,提出了基本农田的空间调整措施及高标准基本农田建设的建设模式及建设方向。研究结果可为县域土地整治规划和高标准基本农田建设提供科学依据。     

顾及尺度效应的矿粮复合区耕地非粮化空间异质性及其关联因素

深入研究耕地非粮化空间异质性及其关联因素，有助于科学管控耕地非粮化和有效保障粮食安全。该研究以矿粮复合区德兴市为例，从尺度效应和空间近邻效应出发，综合采用莫兰指数、最小二乘法、空间自相关等方法，借助空间自相关模型探讨了耕地非粮化在不同尺度下关联因素的变化情况。结果表明：1）矿粮复合区的耕地非粮化存在3种形式，整体非粮化分布呈现强空间自相关性和强空间异质性，多数尺度下呈现显著的空间溢出效应；2）矿粮复合区耕地非粮化空间异质性存在明显的尺度效应，依据情况可以划分为4个区块尺度等级；3）耕地非粮化关联因素在不同尺度上呈现的显著性不一致，小尺度等级下耕地非粮化回归结果的显著率为90.2%，拟合度平均值为0.236，优于其他尺度等级，集水区尺度优于行政村尺度；4）耕地非粮化的关联因素强弱程度也具有明显的尺度效应，在小尺度下最显著，主要因素的回归系数平均值均大于0.250，显著率达到92%。研究结果可为耕地非粮化管控和农业高质量发展提供依据。     

大兴安岭南麓山地丘陵区生态-生产范式研究——以内蒙古林西县为例

从地理或景观单元上看,我国北方农牧交错区突出的特点是在草原或森林的景观背景上,星散分布着粗放耕作的农田与村落的景观单元.因此,北方农牧交错带优化生态-生产范式的研究可以理解为土地利用方式和空间分布格局的优化研究.本文根据3个不同区域农户生产优化模式的土地需求,结合生态经济功能转移与区域土地利用空间格局优化原则与控制条件,基于林西县森林草原过渡区的植被类型及"河谷平川-低山丘陵-中山山地"的地貌特征,得出区域尺度土地利用优化分配范式.确定河谷平川区可作为林西县今后发展高效集约化农业生产的核心区;低山丘陵生态生产交错区,一部分土地作为生产用地,另一部分作为生态用地,整体发展定位于牧粮综合发展区;中山区主要土地利用方式为生态用地,部分生产活动要转移到河谷平川区和低山丘陵区等地势平坦并有灌溉条件保证的区域,从而使山地森林与草地得以修养生息,恢复其涵养水源、保持水土的生态系统服务功能,整体发展定位于生态保育、林果旅游区.     

中国土地资源的可耕性评价及其保护策略

人多地少是中国的基本国情，人均耕地面积大约只有世界平均水平的1/3。突破现有耕地保护内涵对重新认识耕地保护具有重要意义，能更大程度保障国家粮食安全。该研究界定可耕地内涵，运用生态位模型和GIS空间分析法对全国范围内的土地开展可耕性评价，测算可耕地规模和空间布局，分析可耕地与现状耕地空间冲突，并提出耕地保护转型策略。结果表明：1）可耕地数量充足，约为现状耕地的2.05倍，主要分布在胡焕庸线以东区域。2）可耕地质量从东南向西北呈阶层分布，质量逐渐降低。3）可耕地与现状耕地存在空间错配，16.83%的现状耕地分布在不可耕作区。可耕地的提出为耕地保护转型提供了方向，可耕性评价有助于摸清中国可以耕作的土地资源本底，开展可耕地分级分区保护并依据分级分区结果适当调整现状耕地、新增耕地布局，进而实现良田粮用，确保国家粮食出现危机时及时提供足量的耕地投入农业生产。