《Agriculture》：Patch–Terrain Coupling and Resistance-Based Connectivity Adjustment for Assessing Contiguous Cropland Consolidation Potential in Hilly Terraced Regions: A Case Study of Huangzhong District, China
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耕地破碎化仍然是丘陵山区农业机械化、土地整治和耕地保护的主要制约因素。在梯田景观中，在平面空间中看似邻近的耕地斑块可能因陡坡、地形起伏、沟壑和河网而难以连通。因此，主要基于二维邻近性或斑块面积的传统评估，在忽略地形和水文相关阻力的情况下，可能会高估耕地用于空间
耕地破碎化仍然是丘陵山区农业机械化、土地整治和耕地保护的主要制约因素。在梯田景观中，在平面空间中看似邻近的耕地斑块可能因陡坡、地形起伏、沟壑和河网而难以连通。因此，主要基于二维邻近性或斑块面积的传统评估，在忽略地形和水文相关阻力的情况下，可能会高估耕地用于空间协调整治的相对适宜性。在本研究中，连片耕地整治潜力被定义为一种区域筛选尺度的度量，反映现有耕地斑块用于空间协调整治的相对适宜性，而非项目级土地整治可行性的综合评估。以中国西宁市湟中区为案例，研究人员开发了一个整合耕地斑块空间特征、地形-水文适宜性和阻力基连通性调整的区域筛选框架。耕地评价单元定义为矢量耕地斑块，独立来源于2025年Esri Sentinel-2 10 m土地利用/土地覆盖时间序列产品，而单日期Sentinel-2影像仅用于辅助可视化和制图表达。分析遵循三阶段逻辑。首先，利用AHP-熵权法整合耕地空间特征与地形-水文适宜性，估算每个耕地单元的初始区域整治适宜性。其次，将相对有利的耕地斑块识别为核心源地，并采用最小累积阻力(MCR)分析量化每个单元到核心源地网络的阻力基连通性。最后，利用所得的阻力基连通性指标对初始适宜性进行调整，得出最终连片耕地整治潜力指数。最终评估显示1507个耕地评价单元之间存在明显的空间分异。尽管三个潜力等级包含的斑块数量相近，但高潜力等级占耕地总面积的88.285%，表明潜力等级间的面积分布极不均匀。高潜力区主要集中在中北部和中南部农作区，这些区域地形条件相对有利且累积阻力较低，而较低潜力单元更多出现在地形切割较强、阻力较高的南部和边缘地区。经阻力基连通性调整后，88.334%的耕地面积保持其原有潜力等级，10.733%被下调。这一格局表明，调整并未大范围推翻初始评估，而主要影响那些斑块-地形条件有利但模拟的核心源地网络连通性较差的耕地单元。这些发现证明了在丘陵梯田区筛选连片耕地整治潜力时，区分内在斑块-地形适宜性与阻力基连通性的价值。
在丘陵山区，耕地破碎化长期制约农业机械化和土地整治。梯田景观中，平面空间上相邻的耕地斑块可能因陡坡、地形起伏、沟壑和河网而难以实际连通，传统基于二维邻近性或斑块面积的评估忽略了地形和水文阻力，易高估整治潜力。因此，研究者需要区分耕地的内在斑块-地形适宜性与以阻力表征的连通条件。研究人员以中国西宁市湟中区为案例，提出了一个整合耕地斑块空间特征、地形-水文适宜性和阻力基连通性调整的区域筛选框架，并应用于1507个耕地评价单元。结果显示，最终潜力指数范围为0.1029～0.8295，高潜力耕地面积占88.285%，主要分布在中北部和中南部；阻力连通性调整后88.334%面积保持原等级，10.733%被下调。该框架为丘陵梯田区连片耕地整治潜力的区域筛选提供了可复现方法。
主要关键技术方法包括：耕地评价单元独立取自2025年Esri Sentinel-2 10 m土地利用/土地覆盖时间序列产品，经几何修复并剔除小于0.10 ha的多边形后得到1507个矢量斑块；数字高程模型(DEM)来自地理空间数据云，河网由DEM经填洼和水文分析提取；单日期Sentinel-2影像仅用于辅助可视化。构建耕地空间特征（面积、形状指数、平面最近邻距离、邻域聚集度）和地形-水文（高程、平均坡度、局部起伏度、大于25°坡地比例、排水密度、距河距离）候选指标，经相关分析和方差膨胀因子(VIF)筛选，最大VIF由235.750降至3.774。采用层次分析法(AHP)-熵权组合权重，计算耕地空间特征指数与地形-水文适宜性指数，耦合得初始潜力指数。识别147个核心源地（面积≥1.52 ha、形状指数≤2.0、平均坡度≤15°），构建包含坡度、起伏度、排水密度、河流缓冲和土地利用五要素的加权阻力面（权重依次0.25、0.15、0.20、0.20、0.20），用最小累积阻力(MCR)模型计算阻力基连通性代理(CONNECT)，最终将初始潜力与CONNECT按η=0.7加权得最终潜力指数。
3.1 耕地评价单元与基本地形-水文特征：1507个评价单元的地形统计显示，平均坡度中位数12.715°，局部起伏度中位数118.030 m，大于25°坡地比例中位数83.330%，排水密度和距河距离变化显著，表明研究区地形强烈异质，仅凭平面尺寸无法解释耕地潜力。
3.2 指标权重与初始耦合潜力：AHP-熵权组合权重显示，耕地空间特征中斑块面积权重最大(0.466673)，邻域聚集度次之；地形-水文特征中距河距离(0.262365)、陡坡比例(0.212451)、排水密度(0.191084)和平均坡度(0.181292)占主导。初始耦合潜力指数(P_COUPLE)的分布表明，单一指标未完全主导评估结果。
3.3 阻力基连通性与最终连片潜力：综合阻力面范围为1.000～4.850；MCR经缩尾后得到CONNECT中位数为0.7336；高CONNECT集中在核心源地周围的连续耕地带，低值出现在南部边缘和切割地形。最终连片整治潜力指数(P_FINAL)范围为0.1029～0.8295。
3.4 最终潜力等级的空间分异：按33%和66%分位数划分低、中、高三级，三个等级斑块数量相近，但高潜力等级占耕地面积88.285%，低潜力仅2.086%。高潜力区主要分布在中北部和中南部，平均坡度10.699°、平均MCR 1117.260、平均CONNECT 0.894；低潜力区平均坡度14.418°、平均MCR 7931.394、平均CONNECT 0.379。
3.5 阻力基连通性调整的效果：等级转移矩阵显示，61.646%的斑块数量（929个）和88.334%的面积保持不变；10.733%的面积被降级，主要从初始高变为最终中，降级面积远大于升级面积(0.933%)。P_COUPLE与P_FINAL的Pearson和Spearman相关系数分别为0.757574和0.742809，表明调整是空间约束而非全面重排。
3.6 敏感性与稳健性分析：改变斑块-地形耦合系数α、线性组合和形状权重时，Spearman相关系数介于0.971203～0.994190，Top 20%高优先级重叠率85.76%～94.37%；η从0.5到0.9时，高潜力面积比例在15.52%～97.19%之间变化，表明排序较稳定但面积型分区对η较敏感。
讨论部分总结四点：第一，该框架强调平面邻近不等于阻力基连通，通过先描述空间特征、再叠加地形-水文约束，避免了二维邻近性的误判。第二，高潜力区面积占比过大，建议采用两阶段优先策略，先以连续潜力指数和CONNECT筛选高优先级单元，再进行项目级可行性评估。第三，阻力基连通性调整主要作为空间约束，降级面积高于升级面积，识别出被沟河或陡坡割断的斑块。第四，不确定性来源于10 m分辨率对窄梯田和地埂的漏提、12.5 m DEM对微地形的限制、排水密度的尺度依赖性、阻力权重的人为设定以及CONNECT作为代理指标的性质，未来需引入田间道路、灌渠、权属边界和高分辨率数据。
研究结论：本研究提出了一个用于评估丘陵梯田区耕地连片整治潜力的斑块-地形耦合框架，并将其应用于中国西宁市湟中区。该框架将耕地空间特征与地形-水文适宜性相分离，并进一步引入基于MCR的阻力基连通性调整，从而汇入了斑块面积或平面邻近性未代表的模拟累积阻力信息。研究区共识别出1507个耕地评价单元。最终潜力指数范围为0.1029～0.8295。高、中、低潜力耕地面积分别为51,460.032 ha、5,612.767 ha和1,215.728 ha，占总耕地面积的88.285%、9.629%和2.086%。高潜力耕地主要分布在中北部和中南部农业区，这些区域耕地斑块相对集中、坡度较缓、排水密度较低，且与核心源地的模拟阻力基连通性较有利。低潜力耕地主要位于受较强地形破碎化和较高累积阻力影响的南部及边缘坡地。阻力基连通性调整保持了整体空间格局，同时改善了对局地受限斑块的识别。调整后，88.334%的耕地面积保持原有潜力等级，10.733%被降级，0.933%被升级。降级斑块主要出现在平面邻近性被沟壑、河流或陡坡削弱的区域，表明基于MCR的阻力基连通性调整能更明确地将模拟阻力基连通条件纳入最终筛查结果。敏感性分析显示，在备选的斑块-地形耦合和指标权重情景下，排序稳定性较高，Spearman相关系数介于0.971～0.994之间；然而，对η的额外敏感性分析显示，面积型潜力区划存在较大不确定性，在五种情景下高潜力耕地面积比例从15.52%到97.19%不等。总体而言，所提框架为识别丘陵梯田区耕地连片整治潜力提供了可复现的方法。在实际实施中，应利用连续潜力分数和阻力基连通性代理(CONNECT)对大面积高潜力区域进行进一步排序，随后进行施工成本、基础设施条件、预期效益和生态约束等层面评估。这一两阶段策略可支持在有限地方预算下分阶段投入土地整治。未来研究应进一步纳入田间道路、灌溉设施、土地权属边界和更高分辨率的梯田边缘数据，以更真实地反映农业可达性和工程成本。
