付永虎，劉俊青，魏范青，宗 婷，姚瑩瑩

（1淮海工學(xué)院法律與公共管理學(xué)院，連云港222005；2香港中文大學(xué)地理與資源管理學(xué)系，中國香港999077；3湘潭大學(xué)公共管理學(xué)院，湘潭411105）

過去四十多年來，中國普遍實(shí)行的高投入產(chǎn)出、高利用強(qiáng)度的集約化農(nóng)業(yè)土地利用模式，在提高土地收益和保障糧食安全的同時(shí)導(dǎo)致了嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)環(huán)境問題，高集約化農(nóng)區(qū)同時(shí)也是高環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域。未來十年，高集約化的農(nóng)業(yè)土地利用方式既面臨著糧食不斷增產(chǎn)的客觀需求，又面臨著生態(tài)環(huán)境逐步惡化的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)［1］。因此，探討立足于高投入產(chǎn)出條件下如何構(gòu)建投入減量化與低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的可持續(xù)土地利用模式，已成為中國集約農(nóng)業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展和解決農(nóng)區(qū)環(huán)境問題的重要課題。

物質(zhì)流分析（Material flow accounting and analysis，MFA）是指在一定時(shí)空范圍內(nèi)，關(guān)于特定系統(tǒng)的物質(zhì)通量和分布情況的系統(tǒng)度量［2-3］，MFA集成了整體物質(zhì)流分析（Bulk-MFA）、材料流分析（Substance flow analysis，SFA）、生命周期評(píng)價(jià)（Life cycle analysis，LCA）等研究方法；通過計(jì)算物質(zhì)在環(huán)境-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)輸入-貯存-輸出的實(shí)物量變動(dòng)，解析物質(zhì)在系統(tǒng)內(nèi)的流動(dòng)特征和轉(zhuǎn)化效率，進(jìn)而可揭示環(huán)境壓力的直接來源，系統(tǒng)量化和調(diào)控物質(zhì)流動(dòng)特征與提升轉(zhuǎn)化效率［4-7］。MFA具有數(shù)據(jù)采集簡(jiǎn)單、定量化分析與客觀分析等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于全球、國家、區(qū)域等不同尺度和產(chǎn)業(yè)部門、工業(yè)園區(qū)及企業(yè)等層面［8-15］。物質(zhì)流過程作為考察系統(tǒng)屬性的重要維度，通過物質(zhì)流分析方法與其他理論和方法的有機(jī)結(jié)合，拓展了物質(zhì)流分析的時(shí)空維度［16-17］，從多尺度MFA研究框架、物質(zhì)流動(dòng)過程的時(shí)空集成研究到MFA的時(shí)空設(shè)計(jì)與管理，將不同尺度和不同學(xué)科的研究成果落實(shí)到具體的物質(zhì)、時(shí)空、過程和行為主體已成為MFA的應(yīng)用目標(biāo)和重點(diǎn)研究方向［18-19］。隨著可持續(xù)發(fā)展理念的深入研究，MFA廣泛應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)［20-21］，重金屬分析與管理［22］，工業(yè)園區(qū)循環(huán)改造［23-24］，鄉(xiāng)村環(huán)境衛(wèi)生規(guī)劃［25］、廚余垃圾和畜禽糞便管理［26-27］，區(qū)域與流域養(yǎng)分管理［28-29］等方面。MFA已成為低碳社會(huì)、清潔生產(chǎn)［30-31］及社會(huì)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境管理與規(guī)劃的重要工具［32-33］。

針對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展議題，目前國內(nèi)外已有諸多報(bào)道，積累了大量的理論和實(shí)踐成果。然而，從高集約化農(nóng)區(qū)土地利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)角度，以投入減量與低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)為目標(biāo)的可持續(xù)土地利用模式理念尚處于起步階段，理論和方法體系整體而言尚未形成。因此，在推進(jìn)我國高集約化農(nóng)業(yè)土地利用過程中缺乏理論指導(dǎo)，土地利用模式的設(shè)計(jì)策略科學(xué)尚不規(guī)范，存在相關(guān)研究滯后于當(dāng)前高集約化農(nóng)區(qū)發(fā)展的問題。鑒于此，本研究基于MFA方法，從土地利用系統(tǒng)的角度，以投入減量化與低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)為目標(biāo)，系統(tǒng)研究高集約化農(nóng)區(qū)土地利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論與方法體系，嘗試構(gòu)建可持續(xù)土地利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論框架、研究?jī)?nèi)容與評(píng)價(jià)準(zhǔn)則、設(shè)計(jì)模式及其圖式。研究成果可為當(dāng)前集約農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展起指導(dǎo)作用，并對(duì)于農(nóng)業(yè)發(fā)展方式向減量投入與低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的集約可持續(xù)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型具有一定的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 理論闡釋

農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)是人類生存最為重要的陸表生態(tài)系統(tǒng)之一。“投入減量化”“低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)”與保障糧食安全及提供有效供給看似矛盾的命題，相關(guān)討論多集中于以“高產(chǎn)、高值、高效”農(nóng)業(yè)為特征的土地利用模式與追求可持續(xù)發(fā)展之間。目前有關(guān)集約農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域，面對(duì)環(huán)境問題已有文獻(xiàn)提出了生態(tài)農(nóng)業(yè)、循環(huán)農(nóng)業(yè)等諸多觀點(diǎn)，且傳遞出一個(gè)明確的信息：集約化農(nóng)業(yè)土地利用模式下，生產(chǎn)條件及其驅(qū)動(dòng)力產(chǎn)生了根本變化，集約可持續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必須面對(duì)和立足于高投入和高產(chǎn)出這一基本觀點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上有效解決高環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)問題。然而，農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)具有多尺度和多維度特征，這增加了解決問題的難度，研究者常常陷入厚此薄彼的窘境。

MFA的觀點(diǎn)認(rèn)為［8］：人類從事農(nóng)業(yè)活動(dòng)所產(chǎn)生的環(huán)境影響在很大程度上取決于進(jìn)入農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)的數(shù)量與質(zhì)量，以及從系統(tǒng)排入環(huán)境的物質(zhì)的數(shù)量與質(zhì)量。前者產(chǎn)生對(duì)環(huán)境的擾動(dòng)，引起資源的耗竭和環(huán)境的退化；后者則引起環(huán)境的污染，同時(shí)物質(zhì)輸入量很大程度上決定著輸出量。將集約農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)視為一個(gè)高物質(zhì)流動(dòng)的生態(tài)系統(tǒng)，重點(diǎn)關(guān)注人類投入對(duì)農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)物質(zhì)流動(dòng)過程的影響及其可能產(chǎn)生的環(huán)境問題，通過研究物質(zhì)流在土地利用系統(tǒng)輸入-貯存-輸出的實(shí)物量變動(dòng)，分析物質(zhì)在特定區(qū)域內(nèi)的流動(dòng)特征和轉(zhuǎn)化效率，揭示物質(zhì)流背后的環(huán)境流、經(jīng)濟(jì)流之間的關(guān)系，可為投入減量化與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)降低的土地利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供思路借鑒?；诖?，農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的操作方法應(yīng)以流動(dòng)關(guān)系調(diào)控來連接農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、自然環(huán)境和人類社會(huì)，并創(chuàng)造共生關(guān)系。在此理念下，投入減量化與低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的土地利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以稱之為一種生態(tài)的介入，借由此調(diào)整農(nóng)戶土地利用方式，優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)和協(xié)調(diào)區(qū)域系統(tǒng)內(nèi)及系統(tǒng)與系統(tǒng)間的關(guān)系，來改變物質(zhì)流動(dòng)的方式，實(shí)現(xiàn)投入減量化與低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。立足于解決高集約化農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展問題，從土地利用系統(tǒng)優(yōu)化、設(shè)計(jì)的角度，基于物質(zhì)流調(diào)控理論的農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)通過優(yōu)化各種維度的組織策略，提升物質(zhì)使用效率、降低環(huán)境污染物質(zhì)輸出及尋求機(jī)會(huì)嵌入匹配的政策導(dǎo)向，改變物質(zhì)流動(dòng)的方式。物質(zhì)減量化與低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的土地利用系統(tǒng)，應(yīng)遵循以物質(zhì)流調(diào)控與優(yōu)化的設(shè)計(jì)思想。

1.1 物質(zhì)流分析

各維度的物質(zhì)流分析是物質(zhì)流調(diào)控理論的基礎(chǔ)。首先，物質(zhì)流動(dòng)的地理空間層面與效應(yīng)評(píng)估是系統(tǒng)分析的核心，設(shè)計(jì)過程中的物質(zhì)流動(dòng)分析需結(jié)合地理信息系統(tǒng)、環(huán)境類足跡或生命周期評(píng)估等方法來操作，應(yīng)用多層次的環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)與經(jīng)濟(jì)-社會(huì)-環(huán)境綜合分析，將不同尺度的土地利用系統(tǒng)由大至小視為主系統(tǒng)與次系統(tǒng)的關(guān)系，估算單一土地利用系統(tǒng)，區(qū)域、流域景觀復(fù)合土地利用系統(tǒng)等不同層面在集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中物質(zhì)流動(dòng)的輸入輸出特征，追蹤污染物遷移與轉(zhuǎn)化等過程，并可據(jù)此推算關(guān)鍵污染物（如氮、磷等物質(zhì)）的流動(dòng)、存量、分布以及物質(zhì)減量化和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)降低潛勢(shì)。其次，設(shè)計(jì)過程中的物質(zhì)流分析體現(xiàn)了區(qū)域集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在陸表生態(tài)系統(tǒng)中進(jìn)行大尺度的時(shí)空轉(zhuǎn)型及其效應(yīng)。集約化農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)的物質(zhì)流動(dòng)其實(shí)跨越了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門所生產(chǎn)的物質(zhì)空間，在更大范圍內(nèi)與自然環(huán)境、人類需求及消費(fèi)之間有著極為密切的互動(dòng)關(guān)系。因此，集約化農(nóng)區(qū)的物質(zhì)流動(dòng)分析過程還應(yīng)包含與之相關(guān)的空間地理環(huán)境和社會(huì)、人口等系統(tǒng)間的物質(zhì)流動(dòng)分析。通過各維度的物質(zhì)流分析，可準(zhǔn)確識(shí)別集約農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)各投入要素對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)值增長的影響，科學(xué)評(píng)判農(nóng)業(yè)土地利用水平、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入產(chǎn)出特征及其關(guān)鍵投入要素的環(huán)境效應(yīng)，進(jìn)而為構(gòu)建投入減量化與低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的土地利用模式提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1.2 物質(zhì)流調(diào)控

物質(zhì)流分析具有多維度特征，反映在設(shè)計(jì)層面則需要整合“熱點(diǎn)”（土地利用單元）的物質(zhì)投入、區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)、景觀過程格局、土地利用系統(tǒng)內(nèi)部及陸表生態(tài)系統(tǒng)間物質(zhì)循環(huán)在設(shè)計(jì)過程中的作用。

首先，從源頭上優(yōu)化物質(zhì)投入、提高物質(zhì)利用率是構(gòu)建投入減量化與低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)土地利用系統(tǒng)的首要環(huán)節(jié)。不同的農(nóng)業(yè)土地利用模式及結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的資源使用效率和污染物輸出強(qiáng)度，高投入的地塊是區(qū)域土地嵌合體架構(gòu)中物質(zhì)流高度集中的“熱點(diǎn)”（也稱“源”）。在設(shè)計(jì)與調(diào)控階段，應(yīng)考慮如何減量化物質(zhì)消耗及提高養(yǎng)分利用率以降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的策略。農(nóng)戶是土地利用的具體實(shí)施者和經(jīng)營者，“熱點(diǎn)”的物質(zhì)流調(diào)控可通過農(nóng)戶土地利用模式的篩選，提高環(huán)境友好型技術(shù)的采用率來調(diào)控物質(zhì)的流量與流向，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效應(yīng)的改善。針對(duì)當(dāng)前農(nóng)民不合理的肥料投入方式，田塊尺度已經(jīng)建立了一系列的農(nóng)田管理措施，如測(cè)土配方施肥技術(shù)、精細(xì)養(yǎng)分管理技術(shù)和相關(guān)政策措施。然而，這些研究大多僅關(guān)注于經(jīng)濟(jì)或者環(huán)境單一方面的研究，未能系統(tǒng)地評(píng)價(jià)各措施的經(jīng)濟(jì)-環(huán)境綜合效應(yīng)。農(nóng)戶采用何種土地行用行為取決于經(jīng)濟(jì)收益的最大化，針對(duì)“熱點(diǎn)”的物質(zhì)流調(diào)控，應(yīng)從農(nóng)戶投入行為角度，以提高環(huán)境友好型技術(shù)的土地收益水平為目標(biāo)，進(jìn)行農(nóng)戶土地利用單元的設(shè)計(jì)和農(nóng)戶土地利用行為的調(diào)整。因此，為有效促進(jìn)農(nóng)戶對(duì)新技術(shù)、新模式的采納，保障最佳土地利用模式的順利實(shí)施，土地利用模式的篩選及其最佳政策和管理措施的匹配應(yīng)成為“熱點(diǎn)”物質(zhì)流調(diào)控的關(guān)鍵。

其次，土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化與景觀格局優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)宏觀層面對(duì)物質(zhì)流調(diào)控的有效方法之一。生態(tài)農(nóng)業(yè)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)及低碳社會(huì)等可持續(xù)發(fā)展理念均可融于MFA指標(biāo)體系的構(gòu)建過程。依據(jù)物質(zhì)流調(diào)控理論，在設(shè)計(jì)層面將人類土地利用活動(dòng)，景觀生態(tài)過程的“源”“匯”理論、分布式水文模型等不同學(xué)科的研究成果落實(shí)到區(qū)域或流域?qū)用婢唧w的物質(zhì)、時(shí)空、過程和行為主體，將有助于評(píng)估物質(zhì)流過程中生態(tài)環(huán)境效率的時(shí)空分異，進(jìn)而為調(diào)控區(qū)域或流域尺度關(guān)鍵環(huán)境問題提供依據(jù)和方法支撐。區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化取決于區(qū)域物質(zhì)總量、污染物輸出總量及關(guān)鍵環(huán)境問題。針對(duì)數(shù)量結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，在立足于解決當(dāng)?shù)仃P(guān)鍵環(huán)境問題的基礎(chǔ)上，應(yīng)充分吸納當(dāng)?shù)馗鲗哟稳藛T的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)確定各類效應(yīng)的權(quán)重。景觀格局優(yōu)化取決于區(qū)域受保護(hù)地的空間位置與不同景觀類型污染物流動(dòng)的強(qiáng)度和距離，應(yīng)采取多種方式和措施阻控污染物進(jìn)入受保護(hù)地的設(shè)計(jì)策略。

最后，農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)是人類與自然耦合最為緊密的子系統(tǒng)之一。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)直接影響著食物供給-消費(fèi)和系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。土地利用系統(tǒng)概念本身就隱含著人與自然交互影響的思想，其利用模式直接影響著人類消費(fèi)、畜牧養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖及生命支持系統(tǒng)，且從土地利用模式中反饋出來；區(qū)域農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)的形成是資源稟賦、社會(huì)與經(jīng)濟(jì)背景綜合因素促成的結(jié)果。集約農(nóng)業(yè)土地利用加速了物質(zhì)循環(huán)，從耦合系統(tǒng)的角度去研究其各子系統(tǒng)及系統(tǒng)間的物質(zhì)流動(dòng)的關(guān)系，將產(chǎn)業(yè)、政策、效益有機(jī)結(jié)合起來，才能制定有效的系統(tǒng)調(diào)控與設(shè)計(jì)方案。因此，在設(shè)計(jì)層面，需要整合系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)間物質(zhì)循環(huán)在設(shè)計(jì)過程中的作用，將物質(zhì)流分析拓展至和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)緊密聯(lián)系的人類消費(fèi)與生命支持子系統(tǒng)，從系統(tǒng)間物質(zhì)循環(huán)的角度進(jìn)行物質(zhì)調(diào)控與尋求提升物質(zhì)使用效率的機(jī)會(huì)，以期構(gòu)建以集約農(nóng)業(yè)耦合系統(tǒng)物質(zhì)流調(diào)控為核心的區(qū)域生態(tài)共生系統(tǒng)。

總之，基于物質(zhì)流調(diào)控理論的設(shè)計(jì)理念，旨在考查農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的物質(zhì)流動(dòng)過程，而這一過程是在各個(gè)行為主體的特定土地利用方式下自然與人為改造過程。通過改進(jìn)和構(gòu)建不同維度的農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)，將原本被視為“黑箱”的農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)劃分為不同層級(jí)，將不同層級(jí)劃分為不同的優(yōu)化與設(shè)計(jì)單元，而不同的優(yōu)化與設(shè)計(jì)單元又對(duì)應(yīng)特定的行為主體，通過對(duì)不同單元的物質(zhì)流解析與調(diào)控，最終構(gòu)建基于投入減量化與低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的土地利用模式。

2 設(shè)計(jì)原則與目標(biāo)

2.1 設(shè)計(jì)原則

集約化農(nóng)區(qū)土地利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則應(yīng)圍繞農(nóng)戶的經(jīng)濟(jì)效益、決策者的社會(huì)與環(huán)境效益為核心，以物質(zhì)流調(diào)控為主線；采用多學(xué)科的研究視角和綜合各尺度與多維度的設(shè)計(jì)策略。一方面，物質(zhì)流的調(diào)控和優(yōu)化是土地利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)所遵循的基本原則［7，25］。投入減量化與低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的土地利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論的基本原則是人為介導(dǎo)和調(diào)控物質(zhì)輸入、遷移與轉(zhuǎn)化，減少環(huán)境污染物輸出，提高系統(tǒng)的有效產(chǎn)出。另一方面，要堅(jiān)持兼顧環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益的原則［34-35］。集約可持續(xù)土地利用模式的根本目的是科學(xué)利用土地資源，其最終目標(biāo)是獲取環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)三大效益的有機(jī)統(tǒng)一。因此，在土地利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須正確地運(yùn)用生態(tài)經(jīng)濟(jì)規(guī)律和相關(guān)理論，處理農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的辯證關(guān)系，做到三大效益兼顧。

2.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)在于投入減量化的前提下，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展能力之間達(dá)到一種理想的優(yōu)化組合。土地利用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有物質(zhì)、流動(dòng)、尺度、人類需求、時(shí)間及空間格局等諸多影響因素，涉及物質(zhì)流動(dòng)及其環(huán)境效應(yīng)、跨尺度系統(tǒng)復(fù)雜性以及時(shí)間變遷管理與可持續(xù)進(jìn)程等方面。

從農(nóng)戶單一土地利用系統(tǒng)看，設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是在滿足農(nóng)戶經(jīng)濟(jì)訴求的前提下，轉(zhuǎn)變土地利用方式，尤其是物質(zhì)投入方式，實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好型土地利用模式的經(jīng)濟(jì)收益最大化，因此土地利用模式的優(yōu)選及匹配的環(huán)境政策是農(nóng)戶土地利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)。從區(qū)域或流域復(fù)合土地利用系統(tǒng)看，在關(guān)鍵污染物總量控制的約束下，經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益最大化的土地利用結(jié)構(gòu)及空間布局則應(yīng)成為土地利用優(yōu)化的關(guān)鍵目標(biāo)。從區(qū)域各農(nóng)業(yè)子系統(tǒng)與人類消費(fèi)系統(tǒng)和生命支持系統(tǒng)的關(guān)系（亦可稱為農(nóng)業(yè)耦合系統(tǒng)）看，在滿足人類消費(fèi)需求的用地規(guī)模下，協(xié)調(diào)系統(tǒng)間物質(zhì)流動(dòng)過程，提高物質(zhì)循環(huán)效率，減少耦合系統(tǒng)環(huán)境輸出是其主要目標(biāo)。因此，土地利用系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的層級(jí)不同，其設(shè)計(jì)目標(biāo)也各有不同。

本研究的設(shè)計(jì)內(nèi)容及評(píng)價(jià)準(zhǔn)則見表1。

表1 設(shè)計(jì)目標(biāo)、設(shè)計(jì)內(nèi)容及其評(píng)價(jià)準(zhǔn)則Table 1 Design objective，design content and evaluation criteria

3 設(shè)計(jì)模式及其圖式

將物質(zhì)流調(diào)控理論、方法和維度等諸多要素構(gòu)建和組織起來，形成物質(zhì)流調(diào)控理論的設(shè)計(jì)模式（圖1）。作為統(tǒng)攝、整理物質(zhì)流調(diào)控理論的一種抽象的思想結(jié)構(gòu)，AESOP設(shè)計(jì)圖式（圖2）是系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)化的思維操作的程序和規(guī)則，在對(duì)物質(zhì)流調(diào)控理論進(jìn)行加工的過程中起著圖形、框架和模式的作用。基于物質(zhì)流調(diào)控理論框架，遵循土地利用系統(tǒng)分析、效應(yīng)評(píng)價(jià)、定量模擬、模式優(yōu)化及實(shí)證應(yīng)用的設(shè)計(jì)模式（AESOP模式），對(duì)研究區(qū)農(nóng)戶土地利用單元、區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)與景觀過程格局，以及農(nóng)業(yè)耦合系統(tǒng)等不同層面開展優(yōu)化與設(shè)計(jì)，將有效地調(diào)控物質(zhì)投入促進(jìn)物質(zhì)流動(dòng)過程的良性循環(huán)，提高系統(tǒng)的投入產(chǎn)出效率，從而最大限度降低土地利用過程的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)物質(zhì)流動(dòng)過程的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

圖2 AESOP設(shè)計(jì)圖式Fig.2 The schema of AESOP

4 討論與結(jié)論

構(gòu)建投入減量化與低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的可持續(xù)土地利用模式，協(xié)調(diào)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)問題。涉及土地利用方式、土地利用結(jié)構(gòu)、農(nóng)戶投入行為、生產(chǎn)管理模式、環(huán)境因子背景、環(huán)境變化等諸多因子；既有人類活動(dòng)的因素，也有自然環(huán)境的因素，既有點(diǎn)上的問題，也有面上的問題。從農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)角度來說，營養(yǎng)元素的使用在滿足作物生長需要的同時(shí)，過多的營養(yǎng)元素又會(huì)累積、遷移和轉(zhuǎn)化，對(duì)土壤和周邊環(huán)境造成負(fù)面影響。由于MFA/SFA側(cè)重于量化某一物質(zhì)或某一類物質(zhì)在特定系統(tǒng)的流入、流出以及在特定區(qū)域內(nèi)的物質(zhì)流動(dòng)特征和轉(zhuǎn)化效率，可用于分析集約化農(nóng)區(qū)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主的小流域和農(nóng)戶土地利用單元等不同層級(jí)物質(zhì)的輸入和輸出，為農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的制定提供了定量化依據(jù)。本研究基于物質(zhì)流分析方法，從土地利用系統(tǒng)優(yōu)化、設(shè)計(jì)的角度，提升物質(zhì)使用效率、降低環(huán)境污染物質(zhì)輸出及尋求機(jī)會(huì)嵌入匹配的政策導(dǎo)向，以投入減量化與低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)為目標(biāo)，構(gòu)建了物質(zhì)流調(diào)控理論與方法體系，在問題選擇和系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路上有別于以往研究。基于物質(zhì)流調(diào)控的設(shè)計(jì)理論與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)之間存在一種根本差異。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)手法，國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者主要借鑒系統(tǒng)論和生態(tài)學(xué)理論，僅從單一視角或單一維度進(jìn)行，強(qiáng)調(diào)物質(zhì)流動(dòng)的自然規(guī)律或經(jīng)濟(jì)規(guī)律，未充分考慮人與自然耦合系統(tǒng)的自然-社會(huì)-經(jīng)濟(jì)為一體的耦合關(guān)系及物質(zhì)流動(dòng)的循環(huán)規(guī)律，從而導(dǎo)致土地利用空間格局與物質(zhì)流動(dòng)的矛盾、系統(tǒng)間和子系統(tǒng)間與物質(zhì)流動(dòng)的沖突，提高了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。因此，將基于源頭物質(zhì)減量化投入、土地利用空間格局的物質(zhì)調(diào)控及系統(tǒng)內(nèi)部與系統(tǒng)間物質(zhì)流循環(huán)協(xié)調(diào)的綜合調(diào)控設(shè)計(jì)理論應(yīng)用于集約農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程可使我們更有能力精準(zhǔn)預(yù)測(cè)各種設(shè)計(jì)的環(huán)境后果及社會(huì)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

物質(zhì)流調(diào)控理論的關(guān)鍵在于物質(zhì)流過程的精準(zhǔn)模擬，通過解析土地利用過程中物質(zhì)流-經(jīng)濟(jì)流的動(dòng)態(tài)關(guān)系，來預(yù)測(cè)不同土地利用方式情景下的環(huán)境效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)而評(píng)價(jià)相關(guān)措施和政策的合理性。因此，MFA與各尺度相關(guān)模型的綜合運(yùn)用，探討構(gòu)建以土地利用單元的生物-經(jīng)濟(jì)與農(nóng)戶決策過程的耦合模型為基礎(chǔ)，以土地利用變化過程模型為核心并且注重系統(tǒng)反饋與控制的跨尺度物質(zhì)流綜合動(dòng)態(tài)模擬方法體系，是物質(zhì)流調(diào)控理論研究的重點(diǎn)。同時(shí)，數(shù)據(jù)的搜集和同化是該理論實(shí)施的難點(diǎn)，如何提高多方面資料和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完善度應(yīng)成為今后研究的主要方向。

集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨確保糧食安全與環(huán)境安全的雙重挑戰(zhàn)，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的資源與環(huán)境成本在持續(xù)增加。本研究提出了物質(zhì)流調(diào)控理論，將集約農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)視為一個(gè)高物質(zhì)流動(dòng)的生態(tài)系統(tǒng)，以降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)為目標(biāo)，以物質(zhì)減量化為驅(qū)動(dòng)，通過農(nóng)戶物質(zhì)投入行為調(diào)控、區(qū)域關(guān)鍵環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)控制及系統(tǒng)和子系統(tǒng)間物質(zhì)循環(huán)等方面的物質(zhì)流調(diào)控來創(chuàng)造集約農(nóng)業(yè)與環(huán)境的共生關(guān)系。從農(nóng)戶土地利用模式篩選，區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化、景觀格局分區(qū)防控和集約農(nóng)業(yè)耦合系統(tǒng)優(yōu)化與調(diào)控為核心，構(gòu)建“三位一體”的土地利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論框架，以實(shí)現(xiàn)集約化農(nóng)區(qū)投入減量化與低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的可持續(xù)土地利用模式。