《Land Use Policy》：Massive hidden cropland transitions undermine China's agricultural sustainability
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Nufang Fang|Renjie Zong|Qiongdan Liang|Yi Zeng|Wei Dai中国陕西省杨凌市新农路26号，西北农林科技大学水土保持科学与工程学院，土壤与水保持及沙漠化控制国家重点实验室，邮编712100摘要在实现可持续粮食生产的过程中，如何平衡耕地
Nufang Fang|Renjie Zong|Qiongdan Liang|Yi Zeng|Wei Dai
中国陕西省杨凌市新农路26号，西北农林科技大学水土保持科学与工程学院，土壤与水保持及沙漠化控制国家重点实验室，邮编712100
摘要
在实现可持续粮食生产的过程中，如何平衡耕地保护与废弃问题是一大挑战。目前，耕地废弃与复垦之间的关联尚不明确，这使得人们难以准确评估二者对土地使用的综合影响。本研究利用1992年至2020年的30米分辨率遥感数据以及地理加权回归方法，分析了中国343个县级行政区的耕地变化情况。研究结果表明，耕地废弃面积（56.28百万公顷）和复垦面积（55.72百万公顷）均远超过净耕地变化量，反映出大量隐性的耕地变化。空间分析显示，在生态较为脆弱的地区，存在耕地废弃与复垦同时发生的现象，且这类区域正在不断扩大。研究表明，耕地废弃与后续复垦之间存在较强的正相关关系，这种关系可解释63%至84%的复垦现象，其影响力远远超过自然因素和社会经济因素的综合影响（61%至78%）。这些发现表明，看似稳定的耕地总量实际上可能掩盖了隐性耕地变化以及潜在的适宜性差异，因此有必要将整体耕地变化和土地质量纳入可持续耕地管理之中。
引言
耕地废弃与复垦是两种相互对立的力量，它们共同影响着全球的农业景观（Potapov等人，2021年）。大规模的耕地废弃会导致粮食产量下降，而废弃土地上的自然演替则有助于碳封存、防止土壤侵蚀并提升生物多样性（N?ss等人，2021年；Yang等人，2020年；Zhong等人，2022年）。相反，耕地复垦虽然能够扩大耕地面积并提高粮食产量，但会以破坏自然栖息地为代价，干扰生态演替，还对生物多样性和气候调节功能造成负面影响（Jiang等人，2023年；Crawford等人，2022年）。这种内在矛盾表明，耕地废弃与复垦都在争夺有限的土地资源。因此，可持续的农业管理关键在于如何在二者之间找到平衡点。
耕地废弃与复垦之间的关系并非孤立存在，而是反映了在不断变化的社会经济条件、生态政策以及耕地保护目标作用下形成的动态土地使用调整过程（Lichtenberg和Ding，2008年）。近几十年来，中国经历了前所未有的土地使用变化，正是耕地废弃与复垦的典型体现（Ma等人，2019年）。20世纪后半叶，中国为实现粮食自给而大规模开展耕地复垦，进入21世纪后，中国的政策方向发生了转变。城市化和工业化提高了农业的生产成本，导致大量人口向城市迁移，进而引发耕地废弃现象（Liu等人，2025年；Ding，2003年）。过度耕作加剧了土地退化，为此中国实施了“退耕还林还草”计划，旨在让那些生产力较低的耕地停止耕作（Bryan等人，2018年）。与此同时，中国政府还采取了诸如“农用地占补平衡”制度和“1.2亿亩耕地红线”等措施，以维持全国耕地总量稳定（Chen等人，2022年；Cai等人，2021年）。需要注意的是，这些政策措施并非彼此独立，而是在不同时间和空间上相互叠加、相互作用，从而可能引发隐性的耕地变化（Wang等人，2018年；Zuo等人，2018年）。如果不明确耕地废弃与复垦之间的关系，就无法准确评估各项土地管理政策的实际效果。因此，有必要超越单纯计算净耕地变化量的方式，采用更为动态的耦合分析方法，以便为政策优化提供科学依据。
耕地废弃通常指耕地停止耕作一段时间（一般为2至5年），随后恢复为自然植被状态（Prishchepov等人，2021年）。在中国，由于定义、检测方法和数据集的不同，关于耕地废弃规模的估算也存在差异。据报道，中国的年度耕地废弃面积在2至12百万公顷之间，对应的耕地废弃比例约为2%至10%（Zhang等人，2023年；Li等人，2022年；Zhu等人，2021年）。在一些边缘的山区，这一比例甚至可高达30%至50%（Zhang等人，2024年；Zhang等人，2023年；Li等人，2018年）。由于耕地废弃，中国每年损失的粮食量约为800万吨，进一步加重了粮食生产的压力（Guo等人，2023年；Jiang等人，2023年）。与耕地废弃相反，耕地复垦是指将自然植被转化为永久性耕地。有研究估计，在1995年至2015年间，扣除耕地废弃因素后，中国耕地面积的净增加量为2百万公顷，而实际的总增加量约为8百万公顷（Zhou等人，2020年）；而在2000年至2015年间，来自森林、草地和湿地的耕地净增加量约为6百万公顷（Kong等人，2023年）。现有研究大多侧重于分析数十年来土地使用变化矩阵中的净耕地损失或增加量（Ye等人，2024年；Zong等人，2022年）。然而，目前仍缺乏在国家级尺度上连续绘制耕地废弃与复垦的时空格局，并对其统计关系进行定量分析的研究。
为此，我们构建了一个整合遥感数据与地理加权回归方法的分析框架，用于分析1992年至2020年间中国343个县级行政区内的耕地废弃与复垦关系。我们的目标是通过实证研究，揭示在生物物理约束、社会经济条件以及土地使用政策的影响下，耕地废弃与复垦是如何共同作用的。具体研究目标包括：（1）利用30米分辨率的土地使用变化数据，分析耕地废弃与复垦的时空分布特征；（2）识别与耕地废弃和复垦相关的自然因素和社会经济因素；（3）量化耕地废弃与复垦之间的空间依赖关系。
章节要点
研究区域
本研究分析了1992年至2020年间中国343个县级行政单位内的耕地变化情况。这些地区的地理范围从1098平方公里到470,965平方公里不等，其耕地面积和生物物理条件也存在很大差异。根据气候、地形和农业种植模式，这些地区被划分为九个农业区域：东北平原、北方干旱半干旱区、黄淮海平原、长江中下游平原……
耕地废弃与复垦的变化规模与时间动态
在1992年至2020年间，中国每年的耕地废弃面积和复垦面积分别达到了56.28百万公顷和55.72百万公顷。这一数值大约是净耕地变化量（0.56百万公顷）的100倍。每年的耕地废弃和复垦面积都呈上升趋势，2017年时分别达到了3.05百万公顷和2.69百万公顷的最高值（见图3）。在2005年之前，由于中国北方地区的大规模复垦，大多数年份的复垦面积都大于耕地废弃面积（见图s4和图s5）。转折点出现在……
看似稳定的耕地总量背后隐藏着巨大的土地变化
我们的研究显示，1992年至2020年间，中国的耕地废弃面积和复垦面积分别达到了56.28百万公顷和55.72百万公顷。这两者加起来所代表的隐性耕地变化量，大约是净耕地变化量（0.56百万公顷）的100倍。这一结果与Zhang等人（2023年）和Liu等人（2023年）的研究结论一致，也表明在看似稳定的耕地总量背后，实际上存在着巨大的土地使用变化。那些仅关注净变化量的研究，很可能低估了双向土地使用流动的规模及其……
结论
本研究首次对中国三十多年来耕地废弃与复垦之间的关系进行了全面分析。研究结果表明，1992年至2020年间，中国的耕地废弃面积和复垦面积分别达到了56.28百万公顷和55.72百万公顷，这些庞大的土地变化规模远远超过了净耕地变化量。我们的研究还发现，耕地废弃多发生在坡度较大、土壤水分蒸发量较高的边缘地区，而耕地复垦则多发生在土壤水分蒸发量较高、地表径流时间较长、坡度较缓且土壤有机质含量较低的地区。
作者贡献说明
Qiongdan Liang： 文章撰写——审阅与编辑，文章撰写——初稿编写，数据可视化，方法设计，正式分析，数据整理。Renjie Zong： 文章撰写——审阅与编辑，文章撰写——初稿编写，方法设计，正式分析，数据整理，概念构建。Wei Dai： 文章撰写——审阅与编辑，数据整理。Yi Zeng： 文章撰写——审阅与编辑，方法设计，数据整理。Nufang Fang： 文章撰写——审阅与编辑，文章撰写——初稿编写，研究监督，项目管理，概念构建。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号：42177335和42207405）、陕西省自然科学基础研究计划（项目编号：2024ZY-JCYJ?02–18）以及中国高校科研基金（项目编号：2452023071）的支持。
