名家观点 | 龙花楼：土地利用转型研究的前沿探索②
来源：武大城市化研究室（wurg2016） 作者：戈大专
编者按
本期推送的主题是龙花楼研究员及其团队的戈大专博士生关于土地利用转型研究的前沿探索：【耕地利用转型及其对粮食生产的影响】，系龙花楼研究员主持的国家自然科学基金重点项目“我国农区城镇化进程中土地利用转型及其环境效应研究：以黄淮海平原为例” （41731286）的阶段成果。
龙花楼研究员系中国科学院地理科学与资源研究所研究员，博士生导师，中国土地学会常务理事、青年工作委员会主任，中国自然资源学会土地资源研究专业委员会副主任兼秘书长，全球土地计划（GLP）北京节点办公室研究员，国际农业发展基金会（IFAD）顾问。现任国际权威刊物《Habitat International》副主编、《Land Use Policy》编委及客座主编、《Journal of Rural Studies》编委及客座主编、以及国内诸多核心刊物编委。龙老师主要从事城乡发展与土地利用转型的研究，具体方向包括：乡村转型发展与乡村重构、土地利用变化与土地利用转型、统筹城乡发展与农村土地整治。近年来发表了一系列有国际影响力的论文及著作。
01 背景介绍
土地利用转型研究
林地转型与耕地利用转型
土地利用转型研究的关键环节是揭示社会经济转型过程中土地利用形态的变化趋势，进一步剖析土地利用转型过程中不同土地利用形态格局演变的关系。土地利用转型包含显性形态和隐性形态的转型，二者都受到社会经济转型的影响。同时，通过土地资源管理制度的优化可以调控土地利用转型的进程和趋势，进而协调土地利用形态之间的冲突，维持社会经济系统和生态环境系统的良性发展。土地利用转型研究可为优化调控经济社会发展过程中出现的“人地关系”紧张格局提供理论及实践指导。因此，深入研究土地利用转型过程及其与社会经济转型的互馈效应具有重要现实意义。
林地和耕地作为土地利用两个核心地类一直是土地利用转型研究的热点。土地利用转型首先源于林地转型的研究，随后进一步扩展到其他土地利用类型。耕地利用转型与林地转型的核心区别在于人类的参与程度更高，耕地与人类生产生活的关系较之林地更为密切。当前，针对林地转型的理论及实证研究较多，而耕地利用转型的理论研究较少。人口数量是表征人类活动的重要指标，人均耕地面积的变化是耕地利用转型研究的核心内容之一，既可以反应出耕地面积的变化趋势，也可以衡量经济社会发展进程中人口的流动趋势，进而可以揭示区域人地关系的演化过程。通过分析城镇化进程中人均耕地面积变化及其影响机制与模式，为有效保护耕地资源和保障区域粮食安全提供理论指导。
02 理论模型
耕地利用时间转型理论模型
耕地利用空间转型理论模型
耕地利用转型与粮食生产转型
✿✿耕地利用时间转型理论模型✿✿
城镇化进程中我国乡村人均耕地面积变化的理论假设，符合“U”型转折趋势。研究构建了基于人口和耕地在微观空间耦合分布的人均耕地利用转型理论模型。人均耕地资源数量受到耕地资源和乡村地区人口数量及其分布的双重影响。
图1 耕地利用时间转型理论模型
农业社会环境下人口转型初期，较高的出生率导致乡村地区人口数量持续增加，城乡人口迁移趋势尚未呈现，乡村人口数量不断增加，导致农村居民点用地需求迅速提高，乡村地区耕地被建设占用的比率提高，导致耕地面积不断减少。因此，这一阶段单位面积上人口数量的增加，耕地面积的下降，促使人均耕地面积不断下降。
城镇化进程中，人口的城乡迁移导致乡村人均耕地面积由下降转变为上升。人口转型过程中，人口出生率率先实现下降，人口净增长速率下降。此外，农业剩余劳动力转移过程中，人口逐渐向城镇集聚，乡村地区人口密度逐渐下降。同时，人口居住空间逐渐向城镇集聚，农村建房需求下降，耕地被村庄建设用地占用的比率下降。随着城镇化不断推进，城乡建设用地占用耕地的规模和耕地减少的速率由快速增加到逐渐趋缓，并最终稳定在一个均衡的水平上。人口城乡流动过程中，加速了耕地利用方式的变革，土地流转趋势明显，农业生产的规模化和专业化趋势不断加强。乡村地区人口密度的下降，耕地被占用速率的减少，耕地利用方式的变革等多种因素共同促成了乡村人均耕地面积由下降扭转为上升。因此，这种人均耕地面积的趋势性转折构成了耕地利用时间转型的“U”型模式。
✿✿耕地利用空间转型理论模型✿✿
人均耕地面积在立体空间上随着海拔高度的升高变化趋势明显。相对完整的地貌单元里，随着海拔高度的升高，人均耕地面积变化曲线呈现抛物线特征，即人均耕地面积先逐步提升后快速下降（图2）。这一现象是人地相互作用产生的结果。
图2 耕地利用空间转型理论模型
水土条件和耕作条件较好的耕地往往被优先开发，由于人口扩张或战乱等原因，人口会向高海拔地区迁移，随着海拔的升高人均耕地资源逐渐提高。但是，达到一定海拔高度后，耕地耕作条件受限，开发难度加大，可供开发的耕地资源迅速减少，人均耕地资源快速减少。
✿✿耕地利用转型与粮食生产转型✿✿
耕地利用转型受到农业劳动力变化的影响，同时也带来了农业生产方式的转型。以技术变革为特征的农业生产“绿色革命”，促使农户在粮食生产过程中不断提升单位面积上资本的投入。因此，耕地利用转型使得粮食生产的专业化和规模化成为可能。耕地利用空间转型推动粮食生产空间分布格局逐步优化。海拔较高地区，耕地耕作条件较差，边际收益低，率先退出粮食生产，逐渐变更土地利用方式（如耕地转变为林地，粮食生产活动逐渐向海拔较低；水土条件较好的地区集中）。耕地利用的时空转型，推动了粮食生产时空格局及生产方式的转化。
03 研究方法
人均耕地面积
耕地利用转型与粮食生产转型关系
✿✿研究区域✿✿
图3 研究区耕地面积示意图
✿✿人均耕地面积✿✿
人均耕地面积（ha/人）（PCFA）代表每个栅格像元内承载的人口数量和耕地面积的比值，计算公式如下：
其中Farmarea 代表每个像元上的耕地面积，Popdensity 表示相应单元内的人口数量，PCFT（Per capita farmland transition）代表人均耕地面积的转型，计算公式为：
PCFAt1和PCFAt2分别代表栅格像元基期和末期人均耕地面积。
✿✿耕地利用转型与粮食生产转型关系✿✿
为了探讨耕地利用转型与粮食生产转型的关系，构建了PFGC系数，用以揭示人均耕地面积与人均粮食占有量变化之间的耦合关系。PFGC系数的计算公式如下：
04 研究结果
耕地利用时间转型
耕地利用空间转型
耕地利用转型与粮食生产转型关系
✿✿1990-2010年中国耕地利用时间转型✿✿
图4 1990-2010年人均耕地面积时空格局
城镇化进程中，我国人均耕地面积的变化趋势基本符合构建的耕地利用时间转型过程模型，即人均耕地面积经历下降后再缓慢回升。1990-2000年我国50.15%耕地覆盖区人均耕地面积在减少，而2000-2010年全国53.26%的耕地覆盖区人均耕地面积在增长。从全国宏观区域可以判断，在2000年左右，我国人均耕地的变化趋势发生了转型。
图5 1990-2010年分区人均耕地面积平均变化率
为了进一步验证各区域人均耕地利用转型的区域特征，分别汇总统计了11个分区1990-2000年和2000-2010年分时段人均耕地面积平均变化率，除内蒙区、东北区、珠三角区和青藏区人均耕地面积变化的整体趋势不符合理论构想外，其他7个区域人均耕地面积的转型趋势符合理论构想，即1990-2000年人均耕地面积处于减少趋势，而在2000-2010年间人均耕地面积的变化趋势发生了趋势性转折，由渐进减少到不断增加。这些区域耕地面积占全国的比重达71%以上，基本上可以验证我国耕地利用时间转型的理论构想（图5）。
✿✿1990-2010年中国耕地利用空间转型✿✿
图6 1990-2010年我国人均耕地面积随海拔变化分布格局
我国人均耕地面积随着海拔高度的提升逐步增加，海拔1000米左右达到峰值，之后逐步下降。从前文理论分析可以得出，海拔超过一定高度后，宜耕地区迅速减少，人类活动的强度不断衰减，人均耕地面积不断减少，直至难以进行农业开发。
图7 1990-2010年我国人均耕地面积随海拔变化趋势
通过分析人均耕地面积随着海拔高度变化的曲线及人均耕地面积增加曲线可以发现，1000米和500米是两个重要分界线，分别是人均耕地面积变化趋势和人均耕地面积增长率的拐点。人均耕地面积随着海拔高度的变化趋势，基本揭示了理论分析构建的人均耕地利用空间转型模型。
✿✿1990-2010年耕地利用转型与粮食生产转型耦合关系✿✿
图8 1990-2010年粮食生产地域类型演变
1990-2000年，粮食生产地域类型“开拓型”主要分布在东北的大兴安岭、西北的新疆和西南片区的部分地区，耕地利用转型发生之前，这些地区人均耕地资源的增加主要源于开垦新的耕地。“集约型”耦合关系主要分布在黄淮海地区及长三角北部地区和松嫩平原地区，这些地区人均粮食占有量的提高，主要依靠增加单位耕地面积的投入，实现粮食增产。“衰退型”耦合关系主要分布在华南区、珠三角区和胶东半岛，由于这些地区率先开始社会经济发展转型，粮食生产地位不断下降（图8A）。
2000-2010年，耕地利用转型背景下，“现代型”耦合关系主要分布在黄淮海和东北等粮食主产区。“集约型”耦合关系主要分布在西北地区。“衰退型”耦合关系大面积分布于长江以南各区，南方地区粮食生产地位迅速衰落。我国传统农区中的黄淮海平原区、两湖平原和东北平原逐步由“集约型”向“现代型”转变，人均粮食占有量不断提高，粮食生产转型趋势明显（图8B）。
05 讨论
耕地利用转型调控
耕地利用转型与粮食生产转型
耕地利用转型与城乡转型发展
✿✿耕地利用转型调控✿✿
图9 耕地利用转型调控概念模型
社会经济发展转型是耕地利用转型发生的宏观背景和源动力。中国耕地利用转型的发生是在整个社会经济体系发生巨变背景下，人口转型过程在耕地利用方式上的映射，具体表现为人均耕地面积由转型前的下降，到转型后的回升，整体上呈现出“U”型的转折趋势（图9A）。T作为耕地利用转型的临界点，并不代表一个具体时间点而是耕地利用转型期的一个整体概括。耕地利用转型发生的充分条件是人口的城乡自由流动（图9A Mode3）。耕地利用转型进程可以进行有效的调控，进而优化耕地利用转型模式。图9A Mode1和Mode2描述了耕地利用时间转型的差异化进程，而图9B Mode1和Mode2则呈现了耕地利用空间转型发生时边际耕地退出的差异化模式。
✿✿耕地利用转型与粮食生产转型✿✿
耕地利用转型理论模型为确定我国粮食生产的合理规模提供了科学依据。我国最优农户生产规模，“新型农业经营主体”和 “土地流转”等均与耕地利用转型密切相关。粮食生产合理规模的确定与耕地利用转型进程联系密切，二者协同可推进是确保粮食生产转型进程的合力推进。过快的推进耕地资源向少部分人集中，将导致失地农民增加，可能导致严重的社会经济问题。如耕地的流转进程滞后于耕地利用转型进程，将降低农业生产效率，造成耕地资源的浪费。
✿✿耕地利用转型与城乡转型发展✿✿
人均耕地面积与人均粮食占有量之间的耦合关系，既可反映出耕地利用转型与人口转型过程中我国粮食安全供给情况，也可反映出城乡转型发展过程中不同地区所处的发展阶段和发展模式的差异。中国粮食生产的转型，既包含了农业生产方式的转型，也蕴含了整个社会由农业社会向工业社会的转型过程，是城乡转型发展的重要载体和表现。耕地利用转型和人口转型背景下，我国粮食生产转型是我国实现农业现代化转型的关键环节。
中共十九大报告中提到“实现小农户和现代农业发展有机衔接”，为我国农业现代化指明了方向。人均耕地视角下的耕地利用转型是人口转型和耕地利用变革的综合结果，人均耕地面积变化与农业生产合理规模的耦合研究，充分说明了我国城乡转型发展进程中要协调好耕地利用转型与粮食生产转型的关系，对于保障我国粮食安全，维护社会经济发展平稳转型具有重要意义。
如想进一步了解“土地利用转型”研究前沿，请点击文后“猜你喜欢”栏目中链接：土地利用转型研究的前沿探索（龙花楼研究员）①
06 参考文献
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资料来源：武大城市化研究室
本期编辑：张英男 王张悦 王聪
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