耕地生态系统景观管理的供需动态分化：多情景阈值调控新策略

本研究针对耕地生态系统功能(CLEFs)供需失衡问题，创新性地构建了"格局-过程-阈值"理论框架，集成PLUS-SD模型与SSP-RCP情景模拟，揭示了武汉地区景观格局(LPs)对CLEFs的非线性调控机制。研究发现LPs通过单/双阈值效应影响功能供给，其中SSP1-1.9情景下供给不足区域的阈值响应滞后于SSP2-4.5，而SSP5-8.5情景中技术突破可缓解粮食生产错配。该研究为协调城市化与耕地可持续管理提供了科学依据，成果发表于《Environmental Impact Assessment Review》。

　　

在全球城市化浪潮下，耕地资源正面临前所未有的"三重挤压"：过去20年全球耕地面积缩减1.8%-2.4%，而FAO预测2050年粮食需求将激增70%，叠加气候变化导致的极端天气频发，形成"面积萎缩-需求激增-生态退化"的恶性循环。中国作为用8%耕地养活18%人口的典型代表，其武汉地区近20年城市化率飙升64.72%，城市扩张吞噬优质耕地的同时，景观破碎化加剧了生态系统功能(CLEFs)的供需空间错配。传统研究多聚焦供给端单一维度，忽视需求端动态变化，更缺乏量化景观格局(LPs)调控阈值的非线性模型，导致管理策略与实际需求脱节。

中国科学院团队通过整合多学科方法，开创性地建立"供给-需求-格局"耦合分析框架。研究采用PLUS模型(基于元胞自动机的土地利用模拟)精准预测2030年土地利用变化，结合系统动力学(SD)模型量化社会经济驱动因子，在CMIP6框架下融合SSP1-1.9、SSP2-4.5、SSP5-8.5等情景。创新性应用约束线法识别LPs与CLEFs的非线性关系，通过阈值回归模型捕捉关键转折点，首次实现从"定性描述"到"定量阈值"的管理升级。

研究结果揭示：武汉市中心区持续存在粮食生产(GP)和碳储存(CS)功能赤字，而水域调节(WY)功能盈余带沿长江分布。景观形状指数(TA)与供给错配呈倒N型关系，最大斑块指数(LPI)则呈现N型曲线，证实中等复杂度景观最利于功能平衡。阈值分析发现：SSP1-1.9情景下供给不足区需TA>6.5才能触发功能改善，比SSP2-4.5延迟1.2个指数单位；而SSP5-8.5中技术效率提升可使GP错配缓解阈值提前达到，显示科技创新对气候适应力的关键作用。

结论部分强调三个突破性发现：一是首次量化LPs对CLEFs的"双阈值"效应，为精准调控提供"临界值"导航；二是证实SSP1-1.9路径虽延缓阈值但可持续性更优，而SSP5-8.5依赖技术进步实现"弯道超车"；三是构建的PLUS-SD耦合模型能模拟政策干预效果，如生态红线制度使CS功能赤字缩小37%。该研究不仅为长江经济带耕地保护提供"空间诊断-阈值预警-情景推演"的全链条解决方案，其方法论框架更被越南、埃塞俄比亚等发展中国家借鉴，助力实现UN生态系统恢复十年计划(2021-2030)的陆地生态系统保护目标。

讨论部分指出三个未来方向：需深化LP配置对城乡迁移人口的生计影响研究；当前模型在生物多样性指标量化存在局限；建议将阈值管理纳入国土空间规划"一张图"系统。这些发现推动景观生态学从"格局优化"向"供需协同"范式转变，为破解全球耕地保护的"生产-保护"悖论提供中国方案。