黄淮海地区耕地资源利用特征、模式分区与演化机制

《Land》：Cropland Resource Utilization Characteristics, Pattern Zoning, and Evolutionary Mechanisms in the Huang–Huai–Hai Region

　　

在工业化和城市化背景下，中国耕地资源利用发生了显著变化，然而现有研究缺乏整合性分区与形成机制分析。以黄淮海地区为案例，研究人员从土地利用主导转型（cultivated land dominant transition, CLDT）与隐性转型（cultivated land recessive transition, CLRT）视角，构建了涵盖数量禀赋、景观形态、自然本底和生产功能的指标体系。基于不同耕地资源利用形态的总体特征与时空演化，利用3S技术和CART算法（Classification and Regression Tree algorithm）将黄淮海地区52个城市划分为五种耕地资源利用模式。从2000年到2020年，这些模式由碎片化粗放型向规模化、集约化和功能化演变。市场改革与土地产权干预与此演化密切相关，因其影响了劳动力配置、产权安排、耕作方式、技术采用以及农户风险规避行为。该研究丰富了耕地资源利用理论，并支持该区域高质量农业的国土空间优化。

黄淮海地区耕地资源利用特征、模式分区与演化机制——基于《Land》论文的解读

在工业化和城市化快速推进的背景下，中国耕地资源利用发生了显著变化，但现有研究多聚焦单一维度的模式分类，缺乏将模式识别与形成机制整合的动态分析，难以揭示耕地利用退化的系统性根源。黄淮海地区作为我国重要的粮食主产区，面临耕地数量减少、质量下降、景观破碎化、生态退化等问题，亟需从多维视角揭示耕地资源利用模式的演化规律与驱动机制。针对这一缺口，研究人员以黄淮海地区52个地级市为案例，引入土地利用转型（cultivated land-use transition, CLUT）理论中的耕地主导转型（CLDT）与耕地隐性转型（CLRT）框架，构建了涵盖数量禀赋、景观形态、自然本底和生产功能的四维评价指标体系，利用3S技术和CART算法（Classification and Regression Tree algorithm）将各城市划分为五种耕地资源利用模式：集约高产粮食主产区（intensive high-yield staple crop region, IHR）、稳产粮食与生态保育区（stable grain yield and ecological conservation region, SER）、粮经复合高值稳产区（grain–cash crop composite high-value stable-yield region, GCR）、功能受压区（functionally stressed region, FSR）和资源约束区（resource-constrained region, RCR）。研究揭示2000—2020年间这些模式由碎片化、粗放型向规模化、集约化和功能化演变，市场改革与土地产权干预通过影响劳动力配置、产权安排、耕作方式、技术采用和农户风险规避行为驱动了上述演化。该研究发表于《Land》，丰富了耕地资源利用理论，为区域高质量农业的国土空间优化提供了科学依据。

在关键技术方法上，研究人员整合了多源长时序数据库，包括武汉大学中国土地覆盖数据集（CLCD）、降水与土壤属性数据、DEM数据、路网数据、行政区划及社会经济统计年鉴数据，统一投影至WGS 1984 UTM Zone 49N坐标系并重采样为1 km×1 km网格。方法上采用土地利用转移矩阵分析数量变化，利用FRAGSTATS计算景观格局指数（斑块密度PD、面积加权平均形状指数AWMSI、聚集度指数AI、景观分割指数DIVISION），通过CRITIC方法客观赋权并合成综合景观指数（CLI），采用Jenks自然断点法分级；基于复种指数和种植结构划分耕作制度类型，最后应用CART决策树算法进行分类，并以70%/30%训练测试集和10折交叉验证评估模型，总体精度达87.33%，Kappa系数为0.82。

3.1 不同耕地资源利用模式识别结果

决策树分类结果显示，衡水、邢台、石家庄在研究期内始终属于RCR；FSR数量变化较小且空间分布分散；GCR数量持续减少，由2000年的12个降至2020年的5个，主要分布于天津、徐州等市场区位优越地区，其空间质心明显向西南迁移；IHR和SER覆盖面积最大，集中在中部和南部。2000年IHR和SER分别占所有城市的40.38%和23.08%，2010年变为25%和44.23%，2020年又调整为46.15%和30.77%，表明两者间存在频繁的市域尺度转换。

3.2 不同利用模式下耕地资源利用模式的时空演化特征

对于IHR，遥感数据显示其耕地面积先减后增，2000—2010年减少54128 km²，之后十年大幅增加，2020年占区域耕地45.66%。该模式CLI中位数和均值稳定在0.7左右，景观集中规则，自然适宜性以中等适宜为主，复种指数接近2，实行一年两熟制，是黄淮海地区粮食安全的核心支撑。

SER的耕地面积在2010年较2000年增加19.23%，占比达43.50%，之后回落；其自然适宜性以中等或条件适宜为主，条件适宜城市比例从58.33%升至68.75%，但平均复种指数由1.58降至1.46，部分城市由两年三熟转为一年一熟，景观破碎化依然存在。

GCR呈整体收缩趋势，耕地总面积减少56036.52 km²，2010年前流失较快；平均CLI基本稳定，至2020年所有保留城市均为中等适宜，复种指数从1.65降至1.57，反映种植强度下降。

FSR受城市扩张影响严重，耕地面积先增后减，净流失5211.04 km²，但景观破碎化未持续加剧，平均CLI变化不足0.01；复种指数从1.548大幅降至1.285，其中北京降幅最大（0.87），生产功能明显弱化。

RCR空间格局稳定，耕地面积减少1389.49 km²，自然本底均为勉强适宜，但平均CLI和复种指数分别增加0.04和0.15，表明在政策驱动下粮食生产潜力有所提升。

在讨论部分，研究人员总结了模式形成机制。2000年之前，家庭联产承包责任制确立和社会主义市场经济建立引发劳动力外流和耕地分散；此后政府陆续出台“耕地占补平衡”和“退耕还林”等政策，形成了五种模式的初始格局。2000—2010年间，农业税取消后土地流转市场发展缓慢，劳动力流失导致IHR收缩、SER扩张。2010年后，“三权分置”改革降低了土地流转交易成本，家庭农场和农民合作社迅速发展，推动规模经营和技术集约化，使IHR重新扩张。不同模式的形成机制各有侧重：IHR依托良好自然条件和规模经营实现高产；SER受生态约束和老龄化劳动力影响，土地流转不畅，维持稳产粗放经营；GCR受市场开放和价格波动影响，设施农业推动部分城市高值化转型；FSR因城市扩张和征地制度导致生产功能弱化；RCR受水资源短缺制约，依赖南水北调等大型基础设施投资被动改善。

结论部分（翻译）：本研究从耕地主导转型（CLDT）和隐性转型（CLRT）视角，考察了黄淮海地区52个地级市耕地资源利用模式的时空演化，从数量禀赋、景观形态、自然本底和生产功能四个维度进行分析，并利用CART算法将其划分为五种模式：IHR、SER、GCR、FSR和RCR。研究发现，2000—2020年间五种模式的时空演化呈现出明显的阶段性特征。2000—2010年，大规模非农劳动力转移与IHR收缩、SER扩张相关联，表现为退化性演化。2010年后，随着“三权分置”改革推进，土地流转和规模经营加速，推动部分SER城市向IHR转化，GCR向质量导向转型，FSR呈现清晰的功能分化，RCR土地利用效率有限提升。该演化的根本驱动力在于市场机制与政策干预的相互作用：市场力量通过价格信号和非农就业机会促使农户调整种植决策，但其作用方向受到土地产权制度及相关政策的调节。两种力量的组合差异，在很大程度上解释了各城市在劳动力流失冲击下能否通过土地流转和规模经营实现利用模式转型，这也是理解黄淮海地区耕地利用模式空间分异的关键。因此，耕地保护政策应从统一面积管控转向差别化措施：IHR应通过高标准农田建设和灌溉设施升级巩固产能；SER需通过土地整治和互换并地缓解破碎化约束；GCR可依托农业保险和区域公用品牌强化市场风险防范；FSR应严格管控永久基本农田并落实占补平衡；RCR则需推广节水灌溉和改造中低产田以提高资源利用效率。本研究深化了对耕地资源利用模式形成机制的理论认识，揭示了快速城市化背景下农业空间组织由分散粗放向规模化、集约化、功能化演变的基本趋势，为制定差别化耕地保护政策和选择农业转型路径提供了科学依据。研究局限包括：机制分析以定性为主，缺乏定量驱动分析；土壤属性缺乏年度观测数据，自然本底仅作为静态变量；研究期截至2020年，未来可进一步评估不同模式在碳汇、水源涵养、土壤保持等生态系统服务功能上的差异及其演化规律，以促进耕地保护与生态功能提升的协同。