土地利用空间格局研究是土地利用/覆盖变化（LUCC）理论和实践的基础,对土地利用空间格局进行有效刻画有利于国土资源空间优化,提升土地利用规划和管理水平。由于土地利用空间格局的研究范畴尚不明晰,目前土地利用空间格局的研究对形状、斑块分布和结构等方面关注较少,缺乏对不同土地利用类型间相互关系的研究;同时,格局指标繁多且存在较大的相关性,如何建立指标与土地利用空间格局的对应关系值得进一步研究。本文在深刻理解土地利用空间格局内涵的基础上,将面积、形状和斑块分布总结为土地利用几何特征,将结构和多样性总结为土地利用类型特征,建立了土地利用空间格局刻画指标体系,利用模糊C均值聚类分析,明确了指标与空间格局间的对应关系。结果表明,中国土地利用几何特征可以划分为简单大斑块型、复杂大斑块型、复杂小斑块型、简单小斑块型和散布型五种,不同的几何特征反映了不同土地利用类型的面积、形状和斑块分布的特点,体现了区域土地利用类型的组合关系。2010年中国土地利用共存在61种不同的结构,但主要的结构类型仅有14种,结构特征具有明显的空间聚集性,体现了不同土地利用类型的空间分异性。中国土地利用多样性以3~5类为主,占比达66.69%,其特征总体上呈现“东北、东南高,西北低”的态势。该研究丰富了土地利用空间格局研究的理论体系,填补了中国土地利用整体空间格局刻画的空白。

区域生境质量决定了区域内生物多样性状况,是生态系统服务功能和生态系统健康程度的重要体现,生境质量变化研究对区域生态安全具有重要的意义,重建区域生境质量空间格局可以还原历史时期的生态环境本底,为揭示区域生态环境质量演变规律提供科学支撑。选取高程、坡度、坡向、GDP、人口、温度、降雨量、河流距离、城市距离和海岸线距离10个土地利用变化驱动因子,构建CA-Markov模型参数,模拟得到历史土地利用空间数据。在此基础上,运用InVEST模型重建泛长三角地区生境质量空间格局,并对计算得到的生境退化度指数和生境质量指数进行等级划分与统计分析。结果表明：① 土地利用模拟精度验证结果显示Kappa系数为0.88,土地利用空间格局重建方法可行,可以在此基础上开展生境质量模拟研究。② 泛长三角地区1975—2010年生境退化度逐期上升,生境退化等级在空间分布上呈圈层递变分布规律。生境质量则表现为逐期下降,高值区主要分布于山区,低值区大部分位于建成区;1975—2010年期间,低值区逐渐向周边高值区域演变,生境高值区域趋于破碎化。③ 1975—2010年生境质量时空变化特征表明：生境质量差等级区域,其生境难以修复,维持原状居多;生境质量较差等级区域易继续恶化,且易发生在建成区周边区域,占比为研究区总面积的6.40%;生境等级为良好和优等的区域,其生境等级易转换为差等和较差等级,使得该区域的生境破碎化,该类型的面积占比为研究区总面积的5.68%。④ 1975—2010年期间,研究区土地利用变化显著,对生境质量造成了巨大的影响;研究区生境质量逐期变差,其生境质量等级位于较差及以下区域面积占比均达到了60%以上,建设用地为生境质量最大的威胁因子。

土地城镇化是地理学与土地科学交叉的核心研究领域。随着中国城镇化水平不断提升,土地城镇化作为城镇化在空间的具体体现,已经成为学者和政府共同关注的焦点。土地城镇化受到省、市多层面因素影响,单一层面的影响因素并不能完全有效解释中国特殊行政体系下的多层级关系。本文采用熵值法对中国省、市两个层面影响因素的不同指标进行客观赋权,建立两层线性模型,对2005年和2016年全国102个具有代表性的城市土地城镇化影响因素进行实证研究。结果表明：① 市级层面,2005年要素投入和公共服务是影响城市土地城镇化的主要因素,其中以要素投入最重要。2016年经济发展水平成为最关键的影响因素,要素投入、公共服务、人口集聚对土地城镇化的影响程度依次降低。② 省级层面,区域经济发展水平差异是土地城镇化的主要影响因素。政府资源保护态度、生态和农业资源与市级因素以及城市建成区面积呈显著负相关。根据区域所处发展水平的不同,政府开发态度、地理区位与市级因素存在复杂的影响关系。③ 1978年改革开放以来,中国土地城镇化是工业化和城镇化共同作用的结果,土地城镇化进程逐步由政府主导转向经济驱动。多层级土地城镇化研究,可以更好地解析不同层面影响因素对土地城镇化水平影响机制和跨级关系,为更合理精准的城镇化政策制定提供理论依据。

城市规划建设用地标准是科学配置城市各类建设用地的技术规范和编制、修订城市总体规划的基础。针对中国现行城市规划建设用地标准存在的用地指标控制阈值高低差距较大、气候修订缺乏地域分异和地形地貌因素缺失等问题,本文按照“总量—结构”控制的建标思路,提出了标准建立、修订的分步式流程框架和定量测算方法,通过条件设定建立了普适性的建设用地基础标准,进而选择城市人口规模、日照间距系数、河谷地（山间盆地）宽度、地形坡度等关键指标,定量分析了各指标与基础标准之间的关系,形成与基础标准配套的气候和地形地貌修订标准。主要研究结果包括：确定了设定条件下适用于全国不同地区的由人均建设用地面积和人均单项用地类型结构控制的建设用地基础标准;按城市人口规模等级对基础标准进行了量化修订;定量测算了人均居住用地面积随日照间距系数变化的情况,提出了按纬度方向变化的人均建设用地气候修订标准;阐释了河谷地（山间盆地）宽度变化与公园绿地的配置,量化分析了地形坡度与人均建设用地面积变化的关系,建立了针对山地、丘陵地区城市规划建设用地的地形地貌修订标准。

地形地貌通过分配地表水分和热量制约耕地的利用形式和成效,对耕地质量具有非常重要的决定意义,以地貌分区的视角研究中国耕地变化具有重要意义。根据1990-2015年中国6期土地利用空间数据和地貌分区数据,运用GIS空间叠加分析方法,分析中国耕地1990-2015年的面积变化和空间分布格局,进一步探讨不同地貌分区下的耕地新增与流失方向。结果表明,中国耕地面积略有增加,但总体变化不大,耕地面积从1990年的17715万hm²增加到2015年的17851万hm²,平均每年增加5.44万hm²,每年增幅仅为0.03%。耕地主要分布在平原地区,台地、丘陵次之;新增耕地主要来源为草地、林地和未利用地。东部平原低山丘陵区（I）耕地面积最大,而西北高中山盆地高原区（IV）耕地动态度明显高于其他地貌区。空间上呈现“南减北增,新增耕地的重心向西北移动”的特征。1990-2015年间,西北高中山盆地高原区（IV）和东部平原低山丘陵区（I）为耕地面积增长区,平均每年增加耕地面积分别为8.9万hm²和5.4万hm²;东南低山丘陵平原区（II）和西南中低山高原盆地区（V）为耕地面积减少区,平均每年减少耕地面积分别为5.9万hm²和2.8万hm²;而华北—内蒙东中山高原区（III）和青藏高原高山极高山盆地谷地区（VI）耕地面积几乎没有变化,平均每年变化仅为0.15 万hm²和0.06万 hm²。耕地流失主要发生在东部平原低山丘陵区（I）和东南低山丘陵平原区（II）,主要原因为城镇化进程加快带来的建设用地对优质耕地的大量占用;而新增耕地主要发生在西北高中山盆地高原区（IV）,多来自于对草地和未利用地的开垦。

探讨库区农地利用的转型及其机制,可反映中西部结合带、山区、库区的农村变化和人与环境关系的变化,为典型山区的农业多功能转型发展方向提供科学依据。选取三峡库区腹地5个区县为研究区,通过定义“规模农地”相关概念,利用ArcGIS 10.2软件并结合SPSS、地理空间探测器等技术手段对规模农地的变化与机制进行分析。研究发现：规模农地的转移来源主要由耕地和灌木林地组成,除部分高山反季节蔬菜,规模农地的增长一般发生在低海拔地区,且在坡度30°范围内均有分布;不同类型的规模农地空间变化有所不同,但均与道路和乡镇级行政中心的关系明显。斑块水平上,高程、坡度等自然因素对规模农地的贡献相对较大;乡镇水平上以道路交通、农业人口密度等社会经济与人文因素驱动力为主;区域水平上,各区县的驱动因子影响力较研究区整体尺度更为显著。规模农地的变化与发展受多种因素驱动,但农业政策始终是各驱动因素的主导,不同水平的行为主体会促使规模农地发展趋向不同的方向,但原则上均受国家农业发展现状与政府政策导向影响。

本文认为,此前一直被当作城市化地区的土地利用结构信息熵快速上升,应是指城市化地区郊区的土地利用结构信息熵上升。城市化时期郊区土地利用结构向均衡化方向的明显变动,引起了郊区土地利用结构信息熵的上升;城市建成区的土地利用结构信息熵却未有上升,其各种土地利用类型的面积占比在城市化时期基本稳定,或向居民点及工矿用地、交通用地类型有所集中,导致其土地利用结构信息熵基本不变或有所下降。郊区的局部城市化区域对郊区土地利用结构信息熵的上升有着主要贡献。数据分析显示,城市化时期郊区的农用地较多较快地转化成了城市建设用地,且后者的面积占比与土地利用结构信息熵之间具有高度正相关关系,说明城市建设用地的快速增加是引起郊区土地利用结构信息熵上升的主要原因。熵变化分析表明,城市化时期郊区系统的熵变化与郊区土地利用结构信息熵的变动方向一致,均大于零,表征了郊区的自然地理环境演化在此期间是向着有序性降低的方向发展的。

由于城镇化的快速发展和农村劳动力不断流失,中国部分地区出现大面积的撂荒现象。利用遥感技术可以间接提取撂荒耕地的规模和数量,对耕地的保护和粮食安全有重要意义。以山东省庆云县和无棣县为研究区,基于Landsat数据和HJ1A数据,采用CART决策树分类方法,制作了1990-2017年的土地利用图,制定了撂荒地的识别规则,在此基础之上提取了研究区的撂荒地空间分布、持续撂荒时间分布和撂荒地复垦区域。结果显示：1990-2017年基准期影像的CART决策树分类精度高于85%;1992-2017年间,研究区撂荒地面积最大值为5503.86 hm²,最大撂荒率为5.37%,其中1996-1998年撂荒率最高,2006-2017年撂荒地面积的整体趋势逐年降低;1992-2017年间最大持续撂荒时间为15年,大部分耕地持续撂荒时间在4年之内,少数耕地持续撂荒时间超过10年;1993-2017年撂荒耕地复垦面积最大为2022.3 hm²,最小复垦面积约为20 hm²,复垦率最大值为67.44%,年均复垦率为31.83%。研究结果不仅能够为研究区撂荒驱动因素分析提供数据支撑,而且也可以为其他地区的撂荒耕地识别提供参考。

土地流转是实现农业适度规模经营的必经之路,理解土地流转的空间差异及影响因素具有重要意义。基于2003-2013年农业部农村固定观察点系统的169511个住户样本,本文揭示了中国土地流转的区域差异,并采用Heckman两阶段模型识别土地流转区域差异的影响因素,旨在为促进土地流转提供科学参考。结果发现：① 2003-2013年间,土地流转率从17.09%上升到24.1%,年均增幅近0.7个百分点;南方土地流转较为活跃,比如福建等地流转率超过30%,而北方土地流转率较低;② 转入土地支付租金平均为283.74元/亩,55.05%的转入户并未支付租金;相反,转出土地获得租金为243.23元/亩,52.63%的农户转出土地未获得租金;目前中国土地的“零租金”流转率超过50%;③ 土地质量、地理区位、交易费用、家庭及村庄特征等对土地流转的区域差异具有显著影响;土地质量和地理区位在平原地区的边际效应较大,但在丘陵和山区,交易成本已成为影响土地流转的重要因素。土地“零租金”流转的实质是土地资源错配的一种表现,丘陵和山区边际化及交易费用偏高降低了土地资源的潜在价值。政府应努力降低土地流转中面临的各类交易费用,建立健全土地流转的补偿机制,同时关注丘陵和山区的土地资产贬值和撂荒现象。

山区土地开发及其导致的资源环境问题是农业社会人地关系紧张的体现,工业化、城镇化进程中劳动力转移减轻了山区农村土地的人为扰动,由此驱动土地利用发生转型,引发一系列自然和社会经济效应。按照“土地利用转型—驱动力—效应—响应”的分析框架,剖析中国山区农村土地利用转型的特征和规律,提出山区农村土地整治的响应措施。研究表明：① 山区农村土地利用转型体现出土地利用形态在长期变化过程中的趋势性转折,显性形态转型即由农业社会的耕地扩张和林地收缩演变为城镇化进程中的耕地收缩和林地恢复性增长,隐性形态转型即伴随上述过程发生的土地边际化及生态功能恢复;② 社会经济因素主导山区农村土地利用转型过程,劳动力转移引发土地人为扰动减轻是直接驱动力,务农机会成本上升、恶劣的生存环境等引发劳动力转移的因素是更为根本的驱动力;③ 山区农村土地利用转型降低了土地生态系统脆弱性并提高了其生态安全屏障功能,其社会经济效应应聚焦山区农村发展与农户生计安全层面,并亟需实证研究的支撑;④ 当前山区农村土地利用转型是自然恢复和生态优化的良性过程,有着经济社会发展的必然规律,山区农村土地整治要顺应其土地利用转型规律,目标导向从耕地数量增加转向生态环境保护与社会经济福祉协同提升。

本文以县域为基本研究单元,从经济、社会及生态三个维度构建了耕地功能评价指标体系,分析了黄淮海平原耕地功能演化的时空特征,利用耦合动态度模型探讨了耕地功能间耦合关系的演变。在此基础上,利用空间计量模型,对耕地功能演化的驱动机制进行了定量分析。研究结果表明：① 1990-2010年间,冀中南及豫东地区部分欠发达县市耕地经济功能明显增强,发达的城市群及其腹地受工业化及城镇化影响较大,耕地经济功能持续下降;60.29%的县域单元耕地的社会功能下降,增强区主要集聚于郑州北部、德州及沧州西部、烟台、威海等区域;生态功能变化在空间格局上基本形成了以豫北、山东中部山地丘陵区为核心的增长区以及以环京津、环济南地区为核心的持续下降区。② 黄淮海平原耕地经济、社会及生态功能的耦合度及协调度空间差异显著,且退耦化现象日渐突出;经济发达地区耕地的社会及生态功能演化速率普遍滞后于经济功能。③ 黄淮海平原耕地的功能演化是区域本底因素与外部驱动因素综合作用的结果;城镇化与工业化进程中人口、产业的转型对耕地经济、社会及生态功能演化的强度及方向起决定性作用。并指出：黄淮海平原应激活农业现代化、产业化发展动力,促进传统农业的转型升级,充分考虑耕地功能演化的区域分异特征,实行由发达城市地区到欠发达传统农区的差异化、多元化的耕地多功能利用与管理模式。

为缓解黄淮海平原区地下水水位的持续下降,国家提出耕地资源休养生息的战略,而实施耕地资源休养生息的关键,是确保水平衡下的耕地资源可持续生产能力。本文从可持续理论和水平衡的条件出发,将黄淮海划分成12个自然条件、社会经济条件相对均一的农业生态区,采用不同农业生态区代表实验站限水高产的产量和管理经验,以水定产并逐步修正,得到了黄淮海平原区耕地可持续生产能力,并与现实产量对比得到产量差。结果表明：① 水平衡条件下黄淮海平原区耕地的可持续粮食生产能力为1.16亿t/年;② 可持续总产产量差为-67.85万t/年,由于限水灌溉造成的粮食产能损失为小麦331.84万t/年,玉米不存在产能损失;③ 小麦主要压产地区为黑龙港地区、鲁西平原、豫东平原以及京津唐平原,而徐淮低平原、豫东平原以及胶西黄泛平原具有一定的提产潜力。通过测算,进一步认识了黄淮海平原区耕地可持续产能状况,为区域粮食生产的合理布局以及农业限水限产提供可靠依据。

定量重建历史时期城市土地利用规模、结构和城市化水平数据集有助于更好地模拟土地覆被变化的环境效应。根据日本侵华战争军事地形图资料,在ArcGIS平台定量重建民国时期江西省范围内县级以上城市用地规模和结构,取得了一套可用于历史时期土地利用模型的城垣周长、城市用地面积、城垣内非建设用地、城垣外建设用地情况的综合数据集,并在此基础上分析了县域尺度下的土地城市化水平。与更为详细的大比例尺地图的比较表明,本套数据集误差在±10%之内。有“城内田”现象的城市为20个,有“城外市”现象的城市为28个,分别占江西省全部城市数的25%和35%。城市用地重建结果表明,江西省80个县级及以上城市总建设用地面积为87.99 km²,约占全省总面积的0.053%。民国时期江西的整体城市化率为0.047%,最高的南昌为0.19%,最低的遂川县仅为0.007%,城市化水平与县域人口总量呈正相关（r = 0.457,P < 0.001）。空间格局分析表明,江西省县域城市化水平具有北高南低的特点。江西省民国时期城市用地和城市化水平数据集可以为相关全球环境变化模型提供直接的用地基础数据。

土地集约利用反映了土地利用的综合状态,是协调土地供需平衡的重要指标。运用系统动力学（SD）构建城市建设用地供需反馈关系回路以及指标变量函数,在此基础上,建立长株潭城市群建设用地供需系统模型,仿真模拟低土地集约利用度、中等土地集约利用度、高土地集约利用度三种不同状态条件下,2016-2030年区域的建设用地、工业用地和居住用地供需变化趋势。结果表明：① 研究区用地规模仍处于扩张状态,城市建设用地数量增长速度总体较快。但三种发展状态下用地增长规模、速度存有差异;② 在低集约度模式下,建设用地规模及供地数量大,易造成土地资源的浪费;高集约度模式下,建设用地供给紧缩,用地规模增长缓慢,总规模偏小,不利于城镇化的良性发展;中等集约度模式则在用地规模和供给量上均与社会经济发展相适应,能体现现代城市发展理念;③ 工业用地占建设用地比例保持在15%~21%之间,其中低集约度模式下比例逐年上升,中等和高集约度模式下呈缓慢下降并趋于稳定之势;居住用地占建设用地的比例维持在27%~35%之间,其中低集约度和中等集约度模式用地占比呈下降趋势,高集约度模式比例总体维持在较高水平。研究通过对三种发展模式的设定,确定了不同指标在三种模式下的变化趋势,可为土地供需决策优化、城市建设规划及土地供给侧结构性改革提供科学参考。

模型模拟和情景变化分析是未来土地利用变化研究的核心内容,本文以2000年三峡库区土地利用现状为基期数据,利用Binary Logistic模型回归分析驱动因子与土地利用间的关系,利用CLUE-S模型对2010年土地利用进行模拟,校验并确定影响库区土地利用驱动因素的主要参数后,基于自然增长、粮食安全、移民建设和生态保护对2020年、2030年库区土地利用情景予以模拟。结果表明：① 通过Binary Logistic模型分析和检验,水田、旱地、林地、草地、建设用地和水域的ROC曲线下面积值均大于0.8,表明所选驱动因子对土地利用的解释能力较强,可用来估算土地利用概率分布;② 2010年各地类模拟结果经验证得Kappa系数分别为水田0.9、旱地0.92、林地0.97、草地0.84、建设用地0.85和水域0.77,总体上能满足模拟与预测需求;③ 多情景模拟显示库区不同土地利用类型在空间上的竞争关系,以及所带来的对库区粮食安全、移民建设、生态保护的影响,包括水田大量转换为旱地（“水改旱”）、耕地与林草地被建设占用、林草地开垦为耕地、陡坡耕地退为林草地等行为,需要在土地利用优化中平衡各方面的需求;④ 多因素、多情景模拟能为库区土地利用提供更为清晰的、可供抉择的政策调控思路。

基于垦田和户口史料及耕地分布影响因子的分析,本文建立了北宋册载垦田数据的订正方法以及路域耕地分布倾向模型和分配模型,重建了北宋4个时点的路域耕地面积。结果表明：① 北宋开宝九年（976年）、至道三年（997年）、治平三年（1066年）和元丰元年（1078年）的耕地总量分别为468.27×10⁶今亩、495.53×10⁶今亩、697.65×10⁶今亩和731.94×10⁶今亩,百年间耕地面积增加了约2.64亿今亩;垦殖率从开宝九年（976年）的10.8%,增加至元丰元年（1078年）的16.9%,提高了约6个百分点;而人均耕地面积由15.7今亩降至8.4今亩。② 从空间变化特征看,东南地区是北宋土地垦殖发展最快的地区,土地垦殖率增加了约12.0%,北宋中期长江中下游平原局部地区垦殖率高达40%;其次是北方地区,土地垦殖率增加了5.2%,北宋中期黄淮海平原的土地垦殖率也超过了20%;西南地区农业发展相对落后,区域土地垦殖率仅增加1.2%,除成都府路外,各路垦殖率均低于6%。③ 从评估结果看,本文所构建的路域耕地分配模型具有一定的可行性,相对误差绝对值小于20%的路域占总路数的84.2%,结果能较好地反映北宋时期路域耕地面积的时空变化特征。

本文以天山北坡三工河流域为例,利用1958年、1968年和1978年3期航片、1987年彩红外航片、1998年Landsat TM、2004年SPOT 5和2014年Landsat OLI影像,构建绿洲及其外围荒漠7期土地利用/土地覆被数据集,综合分析1950s屯垦戍边以来现代绿洲演变和外围荒漠植物群落变化。结果表明：①1950年以来,屯垦戍边使位于三工河冲洪积扇中下部的老绿洲不断向冲积平原扩张,老绿洲外围以柽柳和梭梭为建群种的土质荒漠景观不断转变为新绿洲,绿洲面积增加了4倍多。其中1958-1968年和2000s以来是绿洲变化最为显著的两个阶段,这两个阶段分别对应了农业用地和建设用地增幅最大的时期。② 三工河流域的现代绿洲演变过程中存在“地方管辖区”和“兵团农场区”两种基本管理模式,也正是这两种模式相互渗透、相互交叉融合,共同推动了现代绿洲演变。③三工河流域1950s-2004年现代绿洲演变具有干旱区绿洲演变的普遍特征,但2004年以后的演变仅适用于有较大规模跨流域调水或新增水源的绿洲演变情形。现代绿洲的扩张以荒漠植被的砍伐和破坏为代价,导致绿洲外围植物群落结构发生了显著的变化,这使得绿洲外围荒漠生态系统的保护愈加困难

网格化历史耕地数据集能为历史时期耕地变化研究提供更精确的支持,并且为全球环境气候变化研究模型模拟提供驱动数据。本文综合考虑了中国历代土地利用开发的特点及自然人文因子对耕地的影响,设计了一套对中国耕地先分区再分层分配的网格化方法。基于国内3个主流区域耕地数据研究成果,采用上述方法建立了1820年（清仁宗嘉庆二十五年）和1936年（民国二十五年）中国10 km×10 km分辨率的耕地数据集,并绘制了分布图。本文还利用国内具有代表性的区域数据集对重建结果进行对比验证。结果表明,该方法可以保证耕地数量的权威性,并且建立具有区域性的高精度历史耕地数据集。

土地利用强度直接反映了人类活动对自然生态系统的影响程度,成为全球环境变化的重要驱动力,也是土地利用可持续程度的重要测度指标。当前土地科学研究主要关注土地覆被变化及其对生态环境的影响,而土地利用强度的高分辨率时空表达尚在探索阶段。本文基于土地利用栅格成分数据、遥感数据、社会经济数据等空间化指标要素,根据地表被人类活动干扰程度及其可逆性分为人工地类、半人工地类、半天然地类、天然地类4个一级类型;依据耕作强度、人口密度等人类活动强度指标分为22个二级类型,获得空间分辨率为1 km的中国土地利用强度图。21世纪初全国人工地类、半人工地类、半天然地类和天然地类的面积比例分别为0.71%、19.36%、58.93%和21%,人口分布密集的东南部土地利用强度类型多样,且整体高于人口稀疏的西北部;随着经度的增加,土地利用强度类型由以天然地类和半天然地类为主转变为半天然地类和半人工地类为主;东部省市区土地利用强度高于中、西部,西部省市区土地利用强度最低;土地利用强度类型呈区域性集聚分布。与已有研究相比,该研究有效刻画了中国土地利用强度的空间异质性,有助于深入理解人类与自然生态系统的交互格局及其生态环境效应,为可持续土地利用政策的制定提供科学依据。

20世纪后半叶以来许多发达国家发生明显的耕地撂荒现象,并逐渐演变为全球性土地利用现象,深刻地改变了广大农村地区土地景观.本文以"土地利用变化--驱动机制--环境效应--政策响应"的框架系统梳理耕地撂荒主要研究进展.研究表明:① 全球耕地撂荒仍主要发生在欧美发达国家,但发展程度的区域差异很大;② 社会经济要素变化是耕地撂荒最主要驱动力,务农机会成本上升等原因引起的耕地边际化是撂荒发生的根本原因,而劳动力析出是造成耕地撂荒的直接原因;③ 耕地撂荒与否,撂荒程度以及撂荒地空间分布受村镇,农户,地块三个尺度的自然条件,劳动力特征,农业生产条件和区域社会经济条件等多方面因素的综合影响;④ 生态环境效应是当前撂荒效应研究的焦点,但该效应是以积极还是消极为主仍存争议;⑤ 增加农业补贴是当前减缓耕地撂荒的主要措施,但并非唯一和最合理的措施.未来,快速城镇化进程将促使中国耕地撂荒现象愈演愈烈,所以当前研究有待加强,本文认为应加强大范围耕地撂荒信息提取和监测,撂荒趋势预测和风险评估,社会经济效应评估及政策设计等方面研究.

21世纪以来,随着中国社会经济的快速发展,城乡建设用地不断扩张,对社会经济和生态环境造成了一系列影响.为了国家可持续发展目标的实现,必须对国土开发空间布局做出科学的规划.为此,一些学者开展了国家主体功能区规划方案研究,其研究成果支持了国家主体功能区规划的制定,该规划于2010年底颁布实施.为分析各类主体功能区在规划颁布前后城乡建设用地变化的特征,评估规划对区域开发的指导作用,及时发现规划实施中的问题,有必要采取有效手段对不同类型主体功能区的国土开发活动进行监测和评估.为此,本研究团队在已完成的2000年和2010年两期全国土地利用变化数据库的基础上,更新了2013年全国土地利用数据库,生成分期的城乡建设用地空间数据集;并对国家尺度各类主体功能区,以及东部,中部,西部,东北4大区域在主体功能区规划颁布前10年间(2000-2010年)和后3年内(2010-2013年)城乡建设用地扩张特征与差异进行了对比分析.结果表明:① 总体而言,2013年优化开发区,重点开发区,农产品主产区和重点生态功能区城乡建设用地在该类主体功能区国土面积中的占比明显不同,体现了国土开发按照不同主体功能布局的梯级特征.② 与2000-2010年相比,2010-2013年优化开发区城乡建设用地年增长率明显降低,重点开发区,农产品主产区和重点生态功能区建设用地年增长率均大幅增加;其中重点开发区和农产品主产区的城乡建设用地年均扩张面积已经超过了优化开发区;重点生态功能区城乡建设用地年均扩张面积和动态度仍处于最低的水平.③ 在区域尺度,优化开发区中,长江三角洲地区建设用地年均增量明显高于其他优化开发区;重点开发区中,西部地区在年增加面积和增加速率两方面均高于其他区域;农产品主产区中,东部,中部和西部地区内城乡建设用地年增加面积均超过前10年的2倍,西部地区的年增加速率更是达到前10年的3倍以上;重点生态功能区中,中部地区城乡建设用地的年变化率和动态度的增长均最为显著.④ 2010-2013年中国城乡建设用地扩张的空间格局和变化特征,在总体上体现了主体功能区规划的梯级开发特征.但是,局部优化开发区,农产品主产区和重点生态功能区建设用地的扩张速度过快,必须切实加强空间管控.研究表明,采用空间格局变化的分析方法,开展主体功能区规划颁布前后两个时期城乡建设用地扩张特征与分阶段区域差异的分析,清晰刻画出不同功能区和不同地区建设用地变化规律及其与主体功能区规划的契合程度,证明了该分析方法的有效性,可据此为未来国土开发空间格局的优化和城乡建设发展提供科学依据.

发展草食家畜养殖是推动中国耗粮型畜牧业向节粮型畜牧业转型、解决人畜争粮矛盾的关键。本文运用探索性空间数据分析技术和计量模型方法,系统考察了中国草食家畜养殖的时序变化过程、地理集聚特征及其影响因素。研究表明：① 中国草食家畜养殖量整体增长态势明显,但畜种间养殖量存在较显著的差异。1978-2012年中国草食家畜养殖量增长了92.5%;同期养殖量肉牛>肉羊>奶牛。② 县域尺度上,草食家畜养殖量增长区数量多于减少区,而且北方地区养殖量增长明显快于南方地区,初步形成了“北热南冷”的空间格局。③ 空间杜宾模型显示,人均粮食产量、生产性土地面积比重、城镇人均可支配收入、农业机械化水平、农业劳动生产率与政策因素五项指标,对草食家畜养殖的发展有着正向效应,而人均GDP、城镇化水平和非农收入比重有着显著的负向效应。④ 中国草食家畜养殖可划分为6大类型区,各类型区应根据“区情、农情”从不同的侧重点加以调控。此外,还应优化调整区域种养结构、实行差别化的区域发展对策及重视养殖集聚区非农产业发展,稳定、促进草食家畜养殖业的发展。

耕地复种是中国普遍的农业种植制度,对保障国家粮食安全和促进农村经济发展十分必要。本文基于1999-2013年1 km×1 km旬SPOT-NDVI数据和3期耕地数据,利用S-G （Savitzky-Golay）滤波方法,重建了农作物生长NDVI曲线;基于二次差分算法及相关阈值限定,提取了各时相复种指数;分析了1999-2013年中国耕地复种指数的时空变化过程。结果表明：① 中国耕地复种指数从北到南逐渐增加,其中种植制度上43.48%的耕地实行一年一熟,56.39%的耕地实行一年两熟,仅有0.13%的耕地实行一年三熟。② 1999-2013年间,中国耕地复种指数整体上呈现显著上升趋势,年均增加约为1.29%（P < 0.001）;但空间差异明显,复种指数显著降低（P < 0.1）的耕地仅占全国耕地的2.12%,主要分布在河北、北京、天津交界地区,安徽中部,四川的成都平原,江西的鄱阳湖平原,湖南的北部和南部以及广西的中部;16.40%的耕地复种指数显著上升（P < 0.1）,主要分布在甘肃的东部,陕西的渭河平原,山西的西部,河北、山东和天津交界处,山东的山东半岛和湖北的江汉平原。③ 耕地复种指数年际变化率与地形起伏和经济发展水平具有较好的相关关系：起伏度增强,复种指数上升;经济发展水平提高,复种指数降低。

耕地功能变化具有明显的阶段性。日本、韩国、美国及欧洲发达国家耕地功能已普遍转型。中国农业发展及土地利用需求变化与以上国家颇为相似。那么，目前中国耕地功能变化是否也在发生转型？对此，在构建耕地功能变化分析框架与度量方法的基础上，分析1949年以来中国耕地功能变化过程。结果表明，中国耕地功能总体上于2006 年开始转型，转型前后耕地功能供需协调与供需错位、供给滞后、形态扭曲并存。在综合考虑以上发达国家经验与中国耕地功能变化过程的基础上，尝试提出耕地多功能管理建议。此外，从耕地功能变化研究框架出发探讨了土地利用转型的研究路径。

揭示过去100年尺度上的土地利用/覆盖变化是认识人类活动对气候和环境影响的基础。本文在充分吸收既有成果的基础上，利用历史文献中的县（府、州、厅） 级耕地面积记录，通过构建综合聚落、地形和水系信息的垦殖倾向指数模型，在1 km×1 km像元尺度上重建了黑龙江省19 世纪末的耕地覆盖，并与基于卫星遥感反演的2009年的耕地覆盖进行了对比。结果表明，黑龙江省19世纪末的耕地总面积为25397.00 km²，主要分布于中南部，其中在海伦市、巴彦县、五常市、呼兰区、双城市、望奎县有集中分布；2009年的耕地面积为163808.70 km²，广布于西南部、中南部和东北部。20 世纪期间，黑龙江省耕地面积增加了138411.70 km²，与之对应，垦殖率由5.60%增加至36.20%，增幅为30.6%。这意味着，20世纪农业开垦改变了黑龙江省30.6%的自然地表性质，其中，大约60962.00 km² （约占新增耕地的44.00%） 来自对森林的开垦，这部分新增耕地主要出现在东北部和西部边缘地区。本文的重建结果为进一步研究20世纪农业垦殖的气候、生态和环境效应提供了高分辨率的基础数据。

本研究以现存民国和田地区洛浦垦区多种地图为基础,充分利用该区档案史料记载的历史地理信息,梳理复原民国时期洛浦垦区的行政区划沿革,以及该区垦荒地、撂荒地的时空变化序列,重建相应的空间格局示意图,为揭示该区民国时期耕地变化的人文因素与自然物理动因因果关联提供空间分析的基础.结果表明：民国洛浦垦区垦荒为外延式开发,垦荒地点主要分布于绿洲主垦区的西北、东北至东部的绿洲荒漠过渡带.垦荒与撂荒斑块叠加度高,证明撂荒地主要为新垦地,垦荒与撂荒强度具有较明显正相关关联.撂荒诱因是人类驱动与自然生物物理效应复合作用.

本文尝试构建一套适用于清代耕地数据的修正校验体系,以清代官方册载田亩数据为基础,采用人口基数和垦殖趋势进行检验和订正,通过替换、引用、衔接对比等方法进行数据修正,重建清代耕地数据,以期为后续相关研究提供参考.在建立理论分析框架的基础上,本文以历史资料相对丰富的山东省为例,对清代山东省的耕地数据进行修正与校验,结果表明：① 清代山东省的册载田亩数据不实情况普遍,经要素法修正的数据虽然通过了人口检验,但未能通过垦殖趋势校验,有必要进行进一步的订正和校准;② 在修正和校验过程中应综合考虑不同省份间垦殖政策、种植制度、自然条件等的差异,从修正系数到校验重点进行因时因地调整;③ 清前期山东省耕地增长主要受限于劳动力供给,耕地面积接近于劳动力供给线,随着人口的增长,耕地面积逐渐趋向于温饱线.同治以后,耕地面积开始低于温饱线,需要依靠粮食输入才能满足人口需求,山东省由粮食输出省变为粮食输入省.

提出了土地利用转移流和土地利用活跃度的概念,基于Landsat 遥感影像数据,采用土地利用变化测度模型,以5 年和25 年两种时间尺度对黄土台塬区土地利用时空动态特征进行分析,并将密度制图法应用到土地利用变化的空间集聚特征识别中.研究表明：① 黄土台塬区耕地占绝对优势,后备耕地资源严重不足,林地、草地、水域比例较低,存在较大生态风险;② 耕地与建设用地、草地、林地之间的转移关系是黄土台塬区土地利用转移的关键关系,决定着台塬区土地利用变化特征;③ 1985-2010 年耕地转建设用地流高达26668.80 hm²,占土地转移流40.75%,草地转耕地流18923.90 hm²,占28.91%,建设占用耕地情况严重,耕地占补平衡主要通过挤占草地实现;④ 25 年以来,土地利用变化对水域扰动最大,其次为森林,草地第三;⑤ 土地利用变化存在阶段性,1990-2000 年土地利用变化速率高于其他时段;⑥不同时间尺度下土地利用变化的空间集聚特征不同,25 年尺度下城镇附近土地变化幅度较高,5 年尺度下土地利用变化热点区由台塬中部向东西边缘区推移.

理论解析以非农就业程度表征的农户生计转型和以人均农村居民点用地面积度量的农村土地利用特征的相互关系,应用GIS技术和空间自相关分析方法研究中国县域尺度农户生计转型的存在性、拐点值及其主导下的农村居民点用地整治适宜区域,为规范推进农村居民点用地整治与重构乡村地域的可持续性提供决策参考。结果表明,农户非农就业程度与人均农村居民点用地面积存在倒U型规律;资源禀赋、经济发展阶段、地形等外部因子影响农户生计与农村土地利用的相互关系;控制资源禀赋、地形等外部因子作用的农户非农就业程度拐点为38.36%,结合人均农村居民点用地规模,可将中国县域划分为适宜程度依次递减的优先整治区、优化调整区、适度挖潜区与限制整治区等4 种类型区;最后,提出了切实反映农户生计特征的区域农村居民点用地整治政策建议。

基于复杂系统理论与Agent 模型,分别从理论与方法的角度梳理并总结了当前土地变化科学的研究进展。复杂系统理论为研究土地变化所处的“耦合的人类—自然系统”及其复杂性问题提供理论支撑；而基于Agent 的模拟作为研究复杂系统的重要工具,为传统土地变化模拟提供新的方法支持。当前,ABMs与土地变化模型相结合(ABM/LUCC),无论是模型构建还是模型应用均取得了显著进展。然而,其也存在诸多问题,尤其是理论与应用脱节,使很多建模者容易陷入“为建模而建模”的误区。此外,现有的ABM模型设计较为随意,模型间差异太大,不利于跨区域比较研究的开展。因此,虽然ABM是认识复杂系统的有效方法,但是建模之前离不开对系统复杂性的深入研究；基于Agent 的土地变化模拟的意义在于充分表达“人类—自然”系统的综合复杂关系,从而合理的预测土地变化(结构与功能) 的动态过程,解释并评价土地变化的可能影响。