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)同時也是高環(huán)境風(fēng)險的區(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）、生命周期評價（Life cycle analysis，LCA）等研究方法；通過計算物質(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，解析物質(zhì)在系統(tǒng)內(nèi)的流動特征和轉(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)流動特征與提升轉(zhuǎn)化效率［4-7］。MFA具有數(shù)據(jù)采集簡單、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)流分析的時空維度［16-17］，從多尺度MFA研究框架、物質(zhì)流動過程的時空集成研究到MFA的時空設(shè)計與管理，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［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、清潔生產(chǎn)［30-31］及社會經(jīng)濟(jì)與環(huán)境管理與規(guī)劃的重要工具［32-33］。

針對農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展議題，目前國內(nèi)外已有諸多報道，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)計角度，以投入減量與低環(huán)境風(fēng)險為目標(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)計的理論框架、研究內(nèi)容與評價準(zhǔn)則、設(shè)計模式及其圖式。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，并對于農(nóng)業(yè)發(fā)展方式向減量投入與低環(huán)境風(fēng)險的集約可持續(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?！巴度霚p量化”“低環(huán)境風(fēng)險”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)生對環(huán)境的擾動，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)視為一個高物質(zhì)流動的生態(tài)系統(tǒng)，重點(diǎn)關(guān)注人類投入對農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)物質(zhì)流動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，分析物質(zhì)在特定區(qū)域內(nèi)的流動特征和轉(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)險降低的土地利用系統(tǒng)設(shè)計提供思路借鑒?；诖耍r(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)設(shè)計的操作方法應(yīng)以流動關(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，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)險的土地利用系統(tǒng)設(shè)計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)流動的方式，實(shí)現(xiàn)投入減量化與低環(huán)境風(fēng)險的設(shè)計目標(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)會嵌入匹配的政策導(dǎo)向，改變物質(zhì)流動的方式。物質(zhì)減量化與低環(huán)境風(fēng)險的土地利用系統(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)流動的地理空間層面與效應(yīng)評估是系統(tǒng)分析的核心，設(shè)計過程中的物質(zhì)流動分析需結(jié)合地理信息系統(tǒng)、環(huán)境類足跡或生命周期評估等方法來操作，應(yīng)用多層次的環(huán)境效應(yīng)評價與經(jīng)濟(jì)-社會-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、存量、分布以及物質(zhì)減量化和環(huán)境風(fēng)險降低潛勢。其次，設(shè)計過程中的物質(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關(guān)系。因此，集約化農(nóng)區(qū)的物質(zhì)流動分析過程還應(yīng)包含與之相關(guān)的空間地理環(huán)境和社會、人口等系統(tǒng)間的物質(zhì)流動分析。通過各維度的物質(zhì)流分析，可準(zhǔn)確識別集約農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)各投入要素對農(nóng)業(yè)產(chǎn)值增長的影響，科學(xué)評判農(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)地評價各措施的經(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“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)計層面將人類土地利用活動，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)、時空、過程和行為主體，將有助于評估物質(zhì)流過程中生態(tài)環(huán)境效率的時空分異，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)計方案。因此，在設(shè)計層面，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，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)計理念，旨在考查農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的物質(zhì)流動過程，而這一過程是在各個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，將不同層級劃分為不同的優(yōu)化與設(shè)計單元，而不同的優(yōu)化與設(shè)計單元又對應(yīng)特定的行為主體，通過對不同單元的物質(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)險的土地利用模式。

2 設(shè)計原則與目標(biāo)

2.1 設(shè)計原則

集約化農(nóng)區(qū)土地利用系統(tǒng)設(shè)計原則應(yīng)圍繞農(nóng)戶的經(jīng)濟(jì)效益、決策者的社會與環(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)計所遵循的基本原則［7，25］。投入減量化與低環(huán)境風(fēng)險的土地利用系統(tǒng)設(shè)計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，要堅持兼顧環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會效益的原則［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)和社會三大效益的有機(jī)統(tǒng)一。因此，在土地利用系統(tǒng)設(shè)計中必須正確地運(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)效益和社會效益的辯證關(guān)系，做到三大效益兼顧。

2.2 設(shè)計目標(biāo)

系統(tǒng)設(shè)計的目標(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)計具有物質(zhì)、流動、尺度、人類需求、時間及空間格局等諸多影響因素，涉及物質(zhì)流動及其環(huán)境效應(yīng)、跨尺度系統(tǒng)復(fù)雜性以及時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)計的層級不同，其設(shè)計目標(biāo)也各有不同。

本研究的設(shè)計內(nèi)容及評價準(zhǔn)則見表1。

表1 設(shè)計目標(biāo)、設(shè)計內(nèi)容及其評價準(zhǔn)則Table 1 Design objective，design content and evaluation criteria

3 設(shè)計模式及其圖式

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)計圖式（圖2）是系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)化的思維操作的程序和規(guī)則，在對物質(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?；谖镔|(zhì)流調(diào)控理論框架，遵循土地利用系統(tǒng)分析、效應(yīng)評價、定量模擬、模式優(yōu)化及實(shí)證應(yīng)用的設(shè)計模式（AESOP模式），對研究區(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，將有效地調(diào)控物質(zhì)投入促進(jìn)物質(zhì)流動過程的良性循環(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，增強(qiáng)物質(zhì)流動過程的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會效益。

圖2 AESOP設(shè)計圖式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)的社會效益、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益是一個非常復(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，過多的營養(yǎng)元素又會累積、遷移和轉(zhuǎn)化，對土壤和周邊環(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物質(zhì)的輸入和輸出，為農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)設(shè)計和農(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)會嵌入匹配的政策導(dǎo)向，以投入減量化與低環(huán)境風(fēng)險為目標(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)計思路上有別于以往研究?；谖镔|(zhì)流調(diào)控的設(shè)計理論與傳統(tǒng)設(shè)計之間存在一種根本差異。傳統(tǒng)的設(shè)計手法，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-經(jīng)濟(jì)為一體的耦合關(guān)系及物質(zhì)流動的循環(huán)規(guī)律，從而導(dǎo)致土地利用空間格局與物質(zhì)流動的矛盾、系統(tǒng)間和子系統(tǒng)間與物質(zhì)流動的沖突，提高了環(huán)境風(fēng)險。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)計理論應(yīng)用于集約農(nóng)業(yè)土地利用系統(tǒng)的設(shè)計過程可使我們更有能力精準(zhǔn)預(yù)測各種設(shè)計的環(huán)境后果及社會經(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)流的動態(tài)關(guān)系，來預(yù)測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)而評價相關(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，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)視為一個高物質(zhì)流動的生態(tài)系統(tǒng)，以降低環(huán)境風(fēng)險為目標(biāo)，以物質(zhì)減量化為驅(qū)動，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)險的可持續(xù)土地利用模式。