摘要：研究目的：基于適宜性視角挖掘研究區(qū)耕地與林地布局優(yōu)化潛力，分析空間布局優(yōu)化對林地和耕地系統(tǒng)韌性的潛在影響。研究方法：隨機(jī)森林法，適宜性評價與系統(tǒng)韌性評價。研究結(jié)果：（1）永康市林地與耕地的空間布局存在較高優(yōu)化潛力；（2）以適宜性提升和面積平衡為原則，80.81%的陡坡耕地可與平原林地在空間上進(jìn)行置換；（3）空間布局優(yōu)化提升了耕地的抵抗性和適應(yīng)性與林地的抵抗性和穩(wěn)定性，卻在一定程度上降低了耕地的穩(wěn)定性與林地的適應(yīng)性。研究結(jié)論：林—耕布局優(yōu)化的實(shí)施要在兼顧適宜性的同時，進(jìn)一步結(jié)合耕作條件優(yōu)化與用途管制制度，以降低對系統(tǒng)韌性的干擾。

關(guān)鍵詞：布局優(yōu)化；耕地；林地；適宜性；韌性

中圖分類號：F301.24 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-8158（2024）08-0124-11

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（42071269）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助（S20240008）；浙江省哲學(xué)社會科學(xué)規(guī)劃項(xiàng)目（21WZQ H12YB）。

糧食安全是維持世界和平與繁榮的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是關(guān)系人類命運(yùn)前途和永續(xù)發(fā)展的資源保障[1]。耕地安全是糧食安全的“航船舵”，實(shí)現(xiàn)糧食安全的根本途徑在于維持耕地持續(xù)利用[2]。我國實(shí)行了最為嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度，推動了人民由“吃得飽”向“吃得好”的有序轉(zhuǎn)變[3]，然而在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)關(guān)系轉(zhuǎn)型下，耕地持續(xù)利用依然面臨諸多威脅。

自然地理環(huán)境決定了面積有限的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)優(yōu)勢區(qū)。城鎮(zhèn)化發(fā)展占用的優(yōu)質(zhì)耕地資源規(guī)模愈發(fā)顯著，而后備耕地資源開墾不僅引發(fā)水土資源配置失衡[4-5]，還進(jìn)一步導(dǎo)致補(bǔ)充耕地呈現(xiàn)顯著“上山”趨勢。2002—2019年補(bǔ)充耕地坡度達(dá)5.1°，明顯高于2001年基線耕地的3.4°[6]。鑒于劣勢利用條件，此類耕地生產(chǎn)需要投入更多人力物力，使得耕地“邊際化”和撂荒等低效現(xiàn)象頻繁發(fā)生[5，7-8]。另外在平原地區(qū)，農(nóng)戶為追求農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率最大化，開始在優(yōu)質(zhì)耕地上從事“非糧化”生產(chǎn)，導(dǎo)致林地“下山”趨勢蔓延。過去10年間，全國6 200多萬畝2°以下的平地被林地所占用①，浪費(fèi)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)配套設(shè)施。高坡度耕地生產(chǎn)邊際化與平原耕地利用低效化的普遍存在，引發(fā)了水土資源分布與利用不均衡，這顯然有違國家“藏糧于地、藏糧于技”的耕地保護(hù)理念。為了提升糧食保供能力穩(wěn)定性，中共中央提出“堅(jiān)持良田糧用，良田好土要優(yōu)先保糧食，果樹苗木盡量上山上坡”的用地優(yōu)化原則[9]。在此背景下，有必要開展“山上”耕地與“山下”林地的布局優(yōu)化研究。

利用有限的土地資源，通過布局優(yōu)化，重構(gòu)耕地和生態(tài)用地的空間分布，是確保糧食安全和生態(tài)安全的重要路徑。已有研究多基于土地適宜性開展土地結(jié)構(gòu)或耕地布局的優(yōu)化模擬研究，以緩解土地利用沖突[10]、協(xié)調(diào)城鎮(zhèn)與農(nóng)業(yè)空間布局[11-12]、提升資源利用效率[13]以及推進(jìn)優(yōu)質(zhì)耕地保護(hù)[14-15]等目標(biāo)。然而，基于系統(tǒng)模擬的研究傾向構(gòu)建土地適宜的綜合性框架，容易忽視具體地類對生存條件的特殊性要求[10，13]。耕地布局優(yōu)化較少考慮替代覆被的土地適宜性，布局優(yōu)化是否影響了系統(tǒng)韌性也尚未得到剖析[16-17]?？偟膩碚f，人類活動與自然演替的雙重作用使得耕地利用系統(tǒng)面臨高度不確定性[18]。布局優(yōu)化不僅要考慮覆被適宜性，還要盡可能維持系統(tǒng)韌性[19-20]。為此，從適宜性視角探索耕地和林地的合理布局，探究布局優(yōu)化對系統(tǒng)韌性的影響，有利于優(yōu)化地區(qū)水土資源配置。

為科學(xué)推進(jìn)耕地和林地空間布局優(yōu)化策略，解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)“空間錯配、功能錯配”的矛盾沖突，2023年浙江省開展耕地“山上”換“山下”的布局優(yōu)化試點(diǎn)，并編制了《統(tǒng)籌推進(jìn)陡坡與平原農(nóng)用地布局優(yōu)化和整治提升試點(diǎn)方案》（以下簡稱《試點(diǎn)方案》）[21]。根據(jù)第三次國土資源調(diào)查，浙江省永康市存在普遍的陡坡耕地低效化與平原耕地“非糧化”現(xiàn)象，以“山上”耕地置換“山下”林地具備較高實(shí)施潛力。為此，本文依據(jù)《試點(diǎn)方案》要求，以永康市6°以下林地和25°以上耕地為分析對象，借鑒耕地和林地質(zhì)量評價和分等技術(shù)規(guī)程，探究林—耕布局優(yōu)化潛力，并從抵抗性、適應(yīng)性和穩(wěn)定性三方面分析布局優(yōu)化對系統(tǒng)韌性的影響，為土地資源優(yōu)化配置和可持續(xù)利用提供參考。

1 理論框架

布局優(yōu)化既要考慮覆被適宜性，也要盡可能維持系統(tǒng)韌性。本文以陡坡耕地（25°以上）和平原林地（6°以下）為評價對象，基于適宜性提升和耕地面積平衡原則，構(gòu)建了林—耕布局優(yōu)化潛力和韌性影響評估的分析框架（圖1）。

適宜性評價是開展林—耕布局優(yōu)化的基礎(chǔ)性工作。借鑒《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》（GB/T 28407—2012）、《耕地質(zhì)量等級》（GB/T 33469—2016）、《林地分等定級技術(shù)規(guī)范》（T/CREVA 3101—2021）和《自然資源分等定級通則》（TD/T1060—2021）等規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)研究的指標(biāo)框架，充分考慮數(shù)據(jù)的代表性、可獲得性。本文從土壤性狀、地形狀況、利用條件以及生產(chǎn)能力4方面構(gòu)建了耕地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)導(dǎo)向的適宜性評價體系[22-23]，從地形狀況、氣候條件、土壤性狀以及覆被特征4方面構(gòu)建了林地生態(tài)保育導(dǎo)向的適宜性評價體系[24-25]。

系統(tǒng)韌性最初用來表示生態(tài)系統(tǒng)在外界干擾下，最大程度吸收壓力沖擊，并逐漸恢復(fù)到新的平穩(wěn)狀態(tài)的能力[26]。一個系統(tǒng)由若干相互作用和耦合的要素組成，其韌性的強(qiáng)弱主要從組成要素的結(jié)構(gòu)和功能來體現(xiàn)，具體為各要素系統(tǒng)呈現(xiàn)的抵抗性、適應(yīng)性和穩(wěn)定性的變化。已有研究多采取指標(biāo)綜合方式開展系統(tǒng)韌性評估[19，27]。然而這種評價模式空間表征能力不足，也容易忽視布局優(yōu)化對覆被系統(tǒng)韌性的影響[28]。

耕地是人與自然共同干預(yù)的半自然生態(tài)系統(tǒng)。農(nóng)戶需要根據(jù)耕地本底條件調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程，以抵抗和適應(yīng)外界干擾，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)[27，29]。本文從糧食安全視角，以耕地持續(xù)耕作、復(fù)種潛力和規(guī)模經(jīng)營三方面指標(biāo)，分別表征耕地系統(tǒng)韌性的抵抗性、適應(yīng)性和穩(wěn)定性。具體來說，首先，當(dāng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到內(nèi)外壓力沖擊時，若系統(tǒng)抵抗性較差，農(nóng)戶傾向于放棄農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，致使耕地撂荒，從而干擾持續(xù)耕作能力。其次，農(nóng)戶以追求生產(chǎn)效益最大化為目標(biāo)來適應(yīng)生產(chǎn)關(guān)系轉(zhuǎn)變，通常在地力優(yōu)渥、生產(chǎn)高效的地塊上最大化生產(chǎn)潛力，這在利用上體現(xiàn)為復(fù)種能力的滿載。故本文以現(xiàn)狀復(fù)種指數(shù)衡量耕地系統(tǒng)的適應(yīng)性。最后，耕地布局優(yōu)化不僅要確保適宜性提升，還要盡可能維持長期利用。隨著農(nóng)業(yè)與非農(nóng)收入差距增大，推進(jìn)農(nóng)業(yè)規(guī)模經(jīng)營成為提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定性的重要方式，潛在規(guī)模經(jīng)營能力則成為量化耕地系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要參考。

林地系統(tǒng)韌性維持是保障生態(tài)系統(tǒng)健康的主要措施。參照已有研究[30-31]，本文從生態(tài)安全的視角，以林地的覆被變化、空間連通與人類干擾三方面指標(biāo)，分別量化林地系統(tǒng)韌性的抵抗性、適應(yīng)性和穩(wěn)定性。與耕地系統(tǒng)相似，當(dāng)受到外界干擾時，若林地能維持原有的生長狀態(tài)和趨勢，則表明其具備較高的抵抗性。本文以覆被變化測度林地生長趨勢，以反映林地壓力是否超出系統(tǒng)抵抗能力。在適應(yīng)性層面，自然林地與鄰近林地斑塊構(gòu)成錯綜復(fù)雜的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)，以發(fā)揮提升系統(tǒng)功能的效用。為此，本文借助林地連片性，從空間連通的視角量化林地適應(yīng)性。從種群結(jié)構(gòu)來看，復(fù)雜多樣的自然林地具備較高的系統(tǒng)穩(wěn)定性，主要原因在于這類斑塊遠(yuǎn)離農(nóng)村居民點(diǎn)，受人類活動干預(yù)較弱。居民點(diǎn)周邊種植的經(jīng)濟(jì)林木，其結(jié)構(gòu)單一，穩(wěn)定性相對較弱。為此，本文以距居民點(diǎn)距離量化受人類干擾程度，以表征林地系統(tǒng)穩(wěn)定性。

2 數(shù)據(jù)與研究方法

2.1 研究區(qū)概況

本文以浙江省永康市作為案例區(qū)開展林—耕布局優(yōu)化研究。永康市是金華市代管的縣級市，空間上位于浙江省中部，介于北緯28°45′39″～29°06′25″、東經(jīng)119°53′18″～120°20′41″之間。永康市東鄰磐安縣，西接武義縣，南抵縉云縣，北靠義烏市和東陽市，行政區(qū)劃總面積1 049 km2。截至2022年，永康市下轄11個鎮(zhèn)共計(jì)戶籍人口62.30萬人。永康市地形地貌與浙江省相似，均呈“七山一水二分田”的數(shù)量結(jié)構(gòu)，仙霞山脈余脈由東北和東南延伸入境，中部的河谷平原與四周的山地丘陵相互連接，構(gòu)成開口式盆地的整體格局。永康市地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，氣候溫和，年均氣溫17.5℃，年均降水1 387 mm，年日照時數(shù)1 909 h，無霜期245天。

多元的地貌特征和溫和的氣候條件適合多樣化農(nóng)產(chǎn)品種植和自然林草生長。永康市是全國林業(yè)百強(qiáng)縣，森林覆蓋率從1945年的23.65%增長到2022年的53.4%。市域內(nèi)盆地區(qū)地勢平坦，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)施完善，已建成“田成方、樹成行、渠成網(wǎng)、路相通”的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)格局。鑒于普遍存在的耕地“非糧化”與低效化利用現(xiàn)象，該地區(qū)在開展林—耕布局優(yōu)化研究上具有一定代表性。

2.2 數(shù)據(jù)來源

本文使用的數(shù)據(jù)包括土地覆被數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)以及其他輔助數(shù)據(jù)等。其中，土地覆被數(shù)據(jù)來源于2018—2022年ESRI全球土地覆被數(shù)據(jù)（https：// livingatlas.arcgis.com/landcoverexplorer/），空間分辨率10 m，包含耕地和林地在內(nèi)的9種覆被類型，整體分類精度超過75%[32]。遙感影像數(shù)據(jù)來源于GEE平臺收錄的2019—2023年Sentinel 2與Landsat 8數(shù)據(jù)集，空間分辨率分別為10 m和30 m，時間分辨率分別為5 d和16 d。土壤數(shù)據(jù)來源于Harmonized World Soil Database數(shù)據(jù)集（https：//www.fao.org/），包括土壤類別、表層（0～30 cm）和底層（30～100 cm）土壤的各種理化性質(zhì)，空間分辨率為1 km。數(shù)字高程數(shù)據(jù)來源于ALOS衛(wèi)星獲取的地形數(shù)據(jù)（https：//search.asf.alaska.edu/#/），空間分辨率為12.5 m。氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)來源于國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：//www.geodata.cn/），包括1990—2020年月均降水和氣溫數(shù)據(jù)，空間分辨率為1 km[33]。道路數(shù)據(jù)來源于OpenStreetMap （https：//www. openstreetmap.org/），利用ArcGIS 10.2的歐氏距離工具，制作距道路距離的柵格數(shù)據(jù)。本文將處理后的數(shù)據(jù)均重采樣為10 m，與土地覆被數(shù)據(jù)保持一致。

2.3 研究方法

2.3.1 隨機(jī)森林分類

隨機(jī)森林分類法（Random Forest）是Breiman基于分類回歸樹CART（Classification and Regression Tree）提出的一種集成學(xué)習(xí)方法。其原理是通過自助采樣法從訓(xùn)練集有放回地隨機(jī)抽取樣本形成訓(xùn)練決策樹，并重復(fù)運(yùn)行多次該步驟，生成多棵相互獨(dú)立的決策樹，進(jìn)而組成隨機(jī)森林，根據(jù)決策樹投票形成分類結(jié)果[34]。因?qū)Ξ惓Ｖ岛驮肼暰哂休^高的容忍性，隨機(jī)森林的預(yù)測精度更加準(zhǔn)確，還可以根據(jù)分類結(jié)果貢獻(xiàn)度計(jì)算變量的相對重要性。

本文篩選研究區(qū)2018—2022年ESRI覆被數(shù)據(jù)中未發(fā)生變化的像元，提取訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)。首先，根據(jù)各類覆被面積，在研究區(qū)內(nèi)隨機(jī)分層選擇耕地、林地、草地、水體、不透水面和裸地6類樣本，共計(jì)450個樣點(diǎn)。其次，為保證驗(yàn)證樣本與訓(xùn)練樣本間的獨(dú)立性，本文從Google Earth高分辨率影像上選擇相同覆被類型樣點(diǎn)，共計(jì)200個作為驗(yàn)證數(shù)據(jù)集（圖2）。然后，本文篩選了永康市2023年內(nèi)云量小于30%的所有可用Sentinel 2影像，經(jīng)云掩膜等預(yù)處理環(huán)節(jié)，計(jì)算各影像的NDVI、NDWI和BSI等指數(shù)，以及各波段和指數(shù)的年度均值、中值、方差以及分位數(shù)等作為分類特征集。最后，應(yīng)用隨機(jī)森林法分類研究區(qū)2023年土地覆被，計(jì)算分類結(jié)果的生產(chǎn)者精度、用戶精度、整體精度以及Kappa系數(shù)。

2.3.2 適宜性評價

本文以陡坡耕地和平原林地為評價對象，分別開展適宜性評價。

（1）耕地適宜性評價。參考耕地質(zhì)量和分等定級等規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)，本文構(gòu)建了耕地適宜性評價體系（表1）。其中，土壤是決定耕地生產(chǎn)能力的本底要素，能直接反映耕地的肥力狀況。本文以有效土層厚度、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤pH和土壤容重量化土壤性狀。地形不僅影響耕作效率，還決定作物種植類型?？紤]到市域耕地主要分布在低丘山坡，本文僅以坡度表征地形狀況。耕作距離用來代表耕地利用條件?？臻g距離越短，投入的人力物力成本越低，越適合進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。本文以距建設(shè)用地距離、距道路距離以及距水體距離作為利用條件量化指標(biāo)。

（2）林地適宜性評價。參考林地質(zhì)量和分等規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建了林地適宜性評價體系（表2）。地形狀況是反映自然植被分布的重要因素，地勢平坦的地貌更多被用于建設(shè)開發(fā)或農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而山地丘陵區(qū)則以林地為主，本文以海拔和坡度表征地形狀況。不同程度的水熱條件對林木類型、分布和生長產(chǎn)生重要影響，本文以多年年均氣溫和降水表征地區(qū)的氣候條件。土壤性狀是量化林地適宜性的重要方面，但由于林木類型多樣，適宜條件不一，本文以有效土層厚度和有機(jī)質(zhì)含量來表征土壤性狀。覆被特征用來反映自然林木生長狀況，長勢越好的林地其覆蓋水平通常越高，本文以近三年林木年NDVI最大值計(jì)算的植被覆蓋度表征覆被特征。參考已有的賦分準(zhǔn)則，指標(biāo)權(quán)重綜合規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)和德爾菲法進(jìn)行計(jì)算[36，38-39]。

2.3.3 布局優(yōu)化原則

考慮到布局優(yōu)化前后林—耕系統(tǒng)的抵抗性、適應(yīng)性和穩(wěn)定性指標(biāo)并非正態(tài)分布，且數(shù)據(jù)離散程度較高，本文以Wilcoxon非參數(shù)檢驗(yàn)法計(jì)算林—耕布局優(yōu)化前后系統(tǒng)韌性差異的顯著性。

3 結(jié)果分析

3.1 土地覆被分類結(jié)果

本文根據(jù)隨機(jī)森林分類結(jié)果，結(jié)合驗(yàn)證樣本構(gòu)建永康市2023年土地覆被分類混淆矩陣（表4）。結(jié)果顯示永康市土地覆被分類整體精度達(dá)0.91，kappa系數(shù)達(dá)0.88，表明分類結(jié)果具備較高的可信度。其中，草地識別精度相對較低，生產(chǎn)者和使用者精度均僅為0.7，主要原因在于特征相似性使得部分草地被漏分或錯分，而其他地類的生產(chǎn)者和使用者精度均超過0.8。圖3（a）顯示了隨機(jī)森林分類過程中，相對重要性排名前十的特征波段。各波段年10%分位值在分類中呈現(xiàn)出較高的重要性，波段4（B4_p10）、波段1（B1_p10）、ENDISI（ENDISI _p10）、波段12（B12_p10）以及波段11（B11_p10）的年10%分位值的重要性均排在前列。地形特征也是識別土地覆被類型的重要指標(biāo)，坡度（Slope）和高程（Elevation）的相對重要性分別為5.76和5.39，處于第4位和第9位。前10位中，年內(nèi)NDVI方差（NDVI_stdDev）的相對重要性最低，僅為5.35。波段1（B1）及其年50%分位值（B1_p50）的重要性分別為5.43和5.47，略高于年內(nèi)NDVI方差。

空間分布上（圖3（b）），隨機(jī)森林分類結(jié)果顯示2023年永康市林地面積最高，達(dá)54 687.14 hm2，面積占比52.15%，主要分布盆地四周山區(qū)。其次為耕地，面積達(dá)23 146.58 hm2，占比22.07%。耕地除了在河谷地帶圍繞建設(shè)用地分布外，也在山區(qū)溝谷有明顯集聚。建設(shè)用地面積為15 594.33 hm2，占行政區(qū)劃總面積的14.87%。除在市域與鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心集聚分布外，其余建設(shè)用地在空間上的分布相對分散。草地、水體和裸地面積相對較小，占比僅為6.05%、2.95%和1.90%，并且只有水體空間分布較為集聚。分類結(jié)果與坡度疊加顯示，永康市陡坡耕地面積達(dá)171.07 hm2，占區(qū)域耕地總面積的0.74%；平原林地面積達(dá)4 848.29 hm2，占林地總面積的8.87%。從數(shù)量對比來看，平原林地面積顯著高于陡坡耕地，表明林—耕布局存在較高優(yōu)化潛力。

3.2 林—耕布局優(yōu)化潛力

本文將耕地和林地適宜性評價結(jié)果按照表3劃分為5個等級（圖4）。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明當(dāng)以耕地適宜性為參照時，陡坡耕地的適宜性級別主要處于在較適宜到不適宜之間。其中較不適宜面積占比最高，達(dá)57.65%，不適宜和一般適宜面積占比較為接近，分別為21.89%和19.66%，較適宜的面積占比僅為0.80%。平原林地的一般適宜級別面積占比最高，達(dá)46.81%，其次為較不適宜和較適宜，面積占比分別達(dá)34.01%和15.75%，不適宜和適宜的占比最少，分別僅為3.29%和0.13%。當(dāng)以林地適宜性為參照時，平原林地一般適宜級別面積占比更高，為76.42%，其次為較適宜等級的22.96%。陡坡耕地的適宜性級別分布在適宜到較不適宜之間。其中一般適宜的面積占比最高，達(dá)67.18%，其次為較不適宜級別，面積占比為29.98%，較適宜和適宜級別面積占比僅為2.84%和0.01%。對比來看，若將全部陡坡耕地置換為林地，平均適宜性等級呈現(xiàn)一定提升，但林地向耕地的置換卻沒有表現(xiàn)出適宜性的一致提升，這表明并不是所有的平原林地都適合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

本文依據(jù)2.3.3小節(jié)布局優(yōu)化原則，以陡坡耕地為分析對象，計(jì)算林地適宜性與耕地適宜性差異，確定擬退出耕地斑塊。結(jié)果表明138.25 hm2的陡坡耕地轉(zhuǎn)換為林地后，其適宜性等級得到提升，占此類耕地總面積的80.81%?；诖耍谄皆值胤秶鷥?nèi)，根據(jù)擬退出耕地面積和適宜性提升潛力降序排序，以累加面積與擬退出耕地總面積相等為限制確定擬退出林地。核密度統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示（圖5），擬退出耕地主要分布在市域西北山區(qū)的花街鎮(zhèn)、象珠鎮(zhèn)以及唐先鎮(zhèn)，以及中部河谷南側(cè)的前倉鎮(zhèn)和西溪鎮(zhèn)，擬退出的林地則主要分布在中部河谷平原，且下游集聚更加顯著，如花街鎮(zhèn)、江南街道、前倉鎮(zhèn)和石柱鎮(zhèn)等。

3.3 系統(tǒng)韌性影響分析

圖6為布局優(yōu)化前后系統(tǒng)韌性差異的顯著性分析。擬退出林地年NDVI最大值在過去5年的動態(tài)變化呈褐化趨勢。林—耕置換盡管沒有扭轉(zhuǎn)這一趨勢，但顯著減緩了林地褐化程度，在一定程度上提升了林地系統(tǒng)抵抗性。空間連通上，擬退出林地距山區(qū)林地距離較近，林—耕布局優(yōu)化顯著增加了補(bǔ)充林地距山區(qū)林地的距離，降低了系統(tǒng)適應(yīng)性。此外，林—耕布局優(yōu)化提高了林地距建設(shè)用地距離，即降低了受人為干擾的可能性，增強(qiáng)了林地系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性。擬退出耕地距撂荒耕地的距離相對近于擬退出林地，表明擬退出耕地的耕作條件與已撂荒地塊更加相似，因而布局優(yōu)化將改善耕地利用條件，有利于增強(qiáng)耕地系統(tǒng)的抵抗性。其次，擬退出耕地因耕作條件相對較差，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中難以被完全開發(fā)利用，復(fù)種程度相對較低，而置換的耕地具備明顯的耕作條件優(yōu)勢，適應(yīng)性得到顯著提升。平原地貌區(qū)的林地面積是有限的，以適宜性提升為原則的林—耕布局優(yōu)化將在一定程度上增加置換耕地距平原耕地的距離，從而降低耕地空間連片度，導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性有所下降。整體上，林—耕布局優(yōu)化增強(qiáng)了耕地系統(tǒng)抵抗性和適宜性、林地系統(tǒng)的抵抗性和穩(wěn)定性，但在一定程度上削弱耕地利用穩(wěn)定性和林地適應(yīng)性。

4 結(jié)論與政策啟示

本文以適宜性提升為原則，從抵抗性、適應(yīng)性和穩(wěn)定性三方面，構(gòu)建林—耕布局優(yōu)化對系統(tǒng)韌性影響的評估框架，并以永康市為例，開展案例分析。研究的主要結(jié)論如下：（1）基于隨機(jī)森林的分類結(jié)果顯示永康市存在較多陡坡耕地，平原地貌上也分布大面積林地，表明林—耕布局存在較大優(yōu)化空間。（2）基于適宜性提升可有效指導(dǎo)林—耕布局優(yōu)化，但并非所有的耕地都能匹配到置換林地。陡坡耕地中80.81%可通過平原林地置換實(shí)現(xiàn)布局優(yōu)化。（3）林—耕布局優(yōu)化能在一定程度上改善耕地和林地系統(tǒng)的韌性，但對系統(tǒng)抵抗性、適應(yīng)性以及穩(wěn)定性的作用方向和程度存在差異。

在現(xiàn)階段優(yōu)質(zhì)耕地“非糧化”、劣質(zhì)耕地低效化利用背景下，以有限的土地資源，兼顧糧食安全和生態(tài)穩(wěn)定是促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。本文的研究結(jié)果，對土地利用布局優(yōu)化整治有以下政策啟示：（1）以適宜性評價結(jié)果引導(dǎo)耕地空間布局調(diào)整，避免“山上”耕地“一刀切”退出。地形特征和農(nóng)業(yè)分化導(dǎo)致永康市存在大量需退出生產(chǎn)的耕地，然而本文發(fā)現(xiàn)部分陡坡耕地的林地適宜性相對較低，且部分平原林地也不具備農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的條件，“一刀切”的布局優(yōu)化方式顯然不符合林—耕系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的理念。因此，布局優(yōu)化要在評估林地和耕地適宜性的基礎(chǔ)上開展，以提高系統(tǒng)整體效益。（2）優(yōu)化耕地利用與林地保護(hù)，提升系統(tǒng)整體韌性。研究發(fā)現(xiàn)在土地面積有限性的約束下，以適宜性提升最大化為目標(biāo)的布局優(yōu)化削弱了耕地穩(wěn)定性以及林地適應(yīng)性，難以全面提升系統(tǒng)韌性。為提高系統(tǒng)長期穩(wěn)定性，需要在布局優(yōu)化基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)配套，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，并依托優(yōu)勢地形條件，降低林地人為干擾，提高系統(tǒng)恢復(fù)自然度，提升系統(tǒng)整體韌性。（3）加強(qiáng)耕地與林地用途管制，避免優(yōu)質(zhì)耕地“林—果非糧化”。研究發(fā)現(xiàn)盲目追求生產(chǎn)條件提升將導(dǎo)致優(yōu)化對象利用的低適宜性，這顯然有悖于系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展。為此，未來要在“三區(qū)三線”的限制下，利用永久基本農(nóng)田和生態(tài)保護(hù)紅線等工具，提高耕地和林地監(jiān)管力度，嚴(yán)格限制土地用途轉(zhuǎn)換。綜上，本文構(gòu)建的林—耕布局優(yōu)化評估框架，可為指導(dǎo)耕地利用和穩(wěn)定生態(tài)提供借鑒，但研究尚未考慮耕地和林地及其產(chǎn)權(quán)主體在空間地域上的對應(yīng)關(guān)系，這需要在未來研究中進(jìn)一步討論。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] 黃季焜，楊軍，仇煥廣.新時期國家糧食安全戰(zhàn)略和政策的思考[J] . 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)問題，2012，33（3）：4 - 8.

[2] 馬永歡，許憬秋，郭瑞雪，等.我國的糧食生產(chǎn)態(tài)勢與耕地保護(hù)[J] . 宏觀經(jīng)濟(jì)管理，2023（9）：61 - 70.

[3] 孔祥斌，陳文廣，黨昱譞.中國耕地保護(hù)現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)與轉(zhuǎn)型[J] . 湖南師范大學(xué)社會科學(xué)學(xué)報，2023，52（5）：31 -41.

[4] 原晉濤，陳萬旭，曾杰.中國耕地利用變化時空分異特征及對耕地NPP的影響[J] . 自然資源學(xué)報，2023，38（12）：3135 - 3149.

[5] 楊智慧，路欣怡，孔祥斌，等. 中國耕地剛性管制與彈性調(diào)控框架構(gòu)建[J] . 中國土地科學(xué)，2021，35（6）：11 - 19.

[6] CHEN H， TAN Y Z， XIAO W， et al. Assessment of continuity and efficiency of complemented cropland use in China for the past 20 years： a perspective of cropland abandonment[J] . Journal of Cleaner Production， 2023. doi： 10.1016/ j.jclepro.2023.135987.

[7] KUANG W H， LIU J Y， TIAN H Q， et al. Cropland redistribution to marginal lands undermines environmental sustainability[J] . National Science Review， 2022， 9（1）. doi： 10.1093/nsr/nwab091.

[8] ZUO L J， ZHANG Z X， CARLSON K M， et al. Progress towards sustainable intensification in China challenged by land-use change[J] . Nature Sustainability， 2018， 1（6）： 304- 313.

[9] 王廣華. 切實(shí)加強(qiáng)耕地保護(hù)改革完善占補(bǔ)平衡制度[N] .人民日報，2023 - 10 - 10（10）.

[10] 曹帥，金曉斌，楊緒紅，等. 耦合MOP與GeoSOS-FLUS模型的縣級土地利用結(jié)構(gòu)與布局復(fù)合優(yōu)化[J] . 自然資源學(xué)報，2019，34（6）：1171 - 1185.

[11] 葉英聰，孫凱，匡麗花，等. 基于空間決策的城鎮(zhèn)空間與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間協(xié)調(diào)布局優(yōu)化[J] . 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2017，33（16）：256 - 266.

[12] 趙越，羅志軍，曹麗萍，等. 基于空間決策的區(qū)域城鎮(zhèn)發(fā)展與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)協(xié)調(diào)布局優(yōu)化——以江西省臨川區(qū)為例[J] . 自然資源學(xué)報，2019，34（3）：526 - 538.

[13] 游和遠(yuǎn)，張津榕，夏舒怡. 面向碳排放效率的多目標(biāo)土地利用結(jié)構(gòu)與布局優(yōu)化研究——以杭州市蕭山區(qū)為例[J] .中國土地科學(xué)，2023，37（6）：74 - 83.

[14] 梁曉玲，王璐，黎誠，等. 基于數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)三位一體的永久基本農(nóng)田快速優(yōu)化布局研究[J] . 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報，2021，38（6）：946 - 956.

[15] 周侃，李九一，王強(qiáng). 基于資源環(huán)境承載力的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間評價與布局優(yōu)化——以福建省為例[J] . 地理科學(xué)，2021，41（2）：280 - 289.

[16] 韓述，郭貫成，史洋洋，等. 基于國土空間“三線”劃定與耕地質(zhì)量自相關(guān)的耕地空間布局優(yōu)化[J] . 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2022，38（19）：237 - 248.

[17] 陳玉潔，張平宇，劉世薇，等. 東北西部糧食生產(chǎn)時空格局變化及優(yōu)化布局研究[J] . 地理科學(xué)，2016，36（9）：1397 - 1407.

[18] 胡月明，楊顥，鄒潤彥，等. 耕地資源系統(tǒng)認(rèn)知的演進(jìn)與展望[J] . 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報，2021，38（6）：937 - 945.

[19] 李玉恒，黃惠倩，郭桐冰，等. 多重壓力脅迫下東北黑土區(qū)耕地韌性研究及其啟示——以黑龍江省拜泉縣為例[J] . 中國土地科學(xué)，2022，36（5）：71 - 79.

[20] 劉婉瑩，宋戈，高佳，等. 下遼河平原典型地域耕地系統(tǒng)彈性時空分異特征[J] . 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2023，39（9）：252- 260.

[21] 賀勇. 浙江省“山上”換“山下”優(yōu)化耕地布局的實(shí)踐和思考[J] . 中國土地，2023（10）：5 - 7.

[22] 楊君，邵勁松，周鵬全，等. 基于地塊尺度的耕地質(zhì)量級別變化及農(nóng)業(yè)空間保護(hù)——以岳陽市岳陽樓區(qū)為例[J] .經(jīng)濟(jì)地理，2021，41（11）：185 - 192.

[23] 祝錦霞，潘藝，張艷彬，等. 種植類型變化對耕地系統(tǒng)韌性影響的關(guān)鍵閾值研究[J] . 中國土地科學(xué)，2022，36（4）：49 - 58.

[24] 華偉平，武健偉，于麗瑤，等. 基于森林潛在生產(chǎn)力評價模型的林地分等及應(yīng)用[J] . 林業(yè)資源管理，2023（3）：29- 37.

[25] 楊微，徐艷. 基于沙漠化和適宜性的農(nóng)牧交錯帶土地利用優(yōu)化研究——以內(nèi)蒙古科爾沁左翼后旗為例[J] . 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2018，23（3）：95 - 105.

[26] HOLLING C S. Resilience and stability of ecological systems[J] . Annual Review of Ecology and Systematics， 1973， 4（1）： 1 - 23.

[27] 苗欣然，李澤紅，王夢媛. 糧食供應(yīng)安全下東北黑土區(qū)耕地利用系統(tǒng)韌性時空演變——以齊齊哈爾市為例[J] . 資源科學(xué)，2023，45（9）：1801 - 1816.

[28] 孟麗君，黃燦，陳鑫，等. 曲周縣耕地利用系統(tǒng)韌性評價[J] . 資源科學(xué)，2019，41（10）：1949 - 1958.

[29] 胡林影，郭杰，歐名豪，等. 耕地系統(tǒng)保護(hù)的“剛性—彈性—韌性”：理論框架與實(shí)施路徑[J] . 規(guī)劃師，2023，39（11）：7 - 13.

[30] 羅旭，梁宇，賀紅士，等. 氣候變化、林火和營林措施對寒溫帶典型森林生態(tài)彈性的影響[J] . 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2019，30（5）：1699 - 1712.

[31] 李鳳， 周文佐， 邵周玲， 等. 2000—2018年西秦嶺景觀格局變化及生態(tài)系統(tǒng)健康評價[J] . 生態(tài)學(xué)報，2023，43（4）：1338 - 1352.

[32] KARRA K， KONTGIS C， STATMAN-WEIL Z， et al. Global land use/land cover with Sentinel 2 and deep learning[C]// IEEE. International Geoscience and Remote Sensing Symposium（IGARSS）. New York： IEEE， 2021： 4704 - 4707.

[33] PENG S Z， DING Y X， LIU W Z， et al. 1 km monthly temperature and precipitation dataset for China from 1901 to 2017[J] . Earth System Science Data， 2019， 11（4）： 1931 -1946.

[34] 董靈波，梁凱富，張一帆，等. 基于Landsat 8時間序列數(shù)據(jù)的翠崗林場森林類型劃分[J] . 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2022，33（9）：2339 - 2346.

[35] 申楊，龔健，葉菁，等. 基于“雙評價”的永久基本農(nóng)田劃定研究——以黃石市為例[J] . 中國土地科學(xué)，2021，35（7）：27 - 36.

[36] 薛智超，甄霖，閆慧敏.基于土地多功能的黃土丘陵溝壑區(qū)生態(tài)保護(hù)與發(fā)展情景評估及多主體模擬[J] . 生態(tài)學(xué)報，2023，43（15）：6081 - 6098.

[37] 史云揚(yáng)，艾東，孫逸航，等. 考慮“資源-資產(chǎn)-資本”屬性的云南山區(qū)耕地質(zhì)量評價與管理分區(qū)[J] . 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2021，37（20）：277 - 286.

[38] 陳振，郭杰，歐名豪，等. “糧食—生態(tài)”雙安全約束下建設(shè)用地供需多情景模擬——以江蘇省南京市為例[J] . 中國土地科學(xué)，2024，38（2）：61 - 72.

[39] 張晶晶，臧振華，趙磊，等. 黃河流經(jīng)省域國家級自然保護(hù)區(qū)管理成效評估[J] . 生態(tài)學(xué)報，2024. doi： 10.20103/ j.stxb.202404220894.

[40] QIU B W， HU X， YANG P， et al. A robust approach for large-scale cropping intensity mapping in smallholder farms from vegetation， brownness indices and SAR time series[J] . ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing， 2023， 203： 328 - 344.

An Examination of the Layout Optimization of Forest and Farmland and Its Impact on System Resilience： Evidence from Yongkang City， Zhejiang Province

CHEN Hang1，2， XIAO Wu2， TAN Yongzhong2， MENG Fei2， XIONG Wenying2

（1. Carbon Neutrality Institute， China University of Mining and Technology， Xuzhou 221116， China； 2. School of Public Affairs， Zhejiang University， Hangzhou 310058， China）

Abstract： The purpose of the study is to explore the impact of spatial layout optimization on the resilience of both farmland and forest systems from a suitability perspective of the optimization potential of farmland and forest layout. The research methods of random forest classification， suitability evaluation and systematic resilience evaluation are employed. The research results show that： 1） there is high potential for spatial layout optimization of forest and farmland in Yongkang City. 2） Under the principles of suitability improvement and area balance， 80.81% of farmland on steep slope can be replaced spatially with flat forest. 3） Optimizing the layout of forest and farmland enhances the resistance and adaptability of farmland system and the resistance and stability of forest system， while it also leads to a decrease in farmland stability and forest adaptability. In conclusion， the spatial layout optimization of forest and farmland should be implemented， considering its suitability. Additionally， it’s crucial to integrate improvement of utilization conditions with use control to minimize disruptions to system resilience.

Key words： layout optimization； farmland； forest； suitability； resilience

（本文責(zé)編：張冰松）

①http：//www.moa.gov.cn/ztzl/gdzlbhyjs/mtbd_28775/mtbd/202202/t20220215_6388699.htm。