摘要：耕地集約化利用是人類作用下的一種耕地發(fā)展模式，對(duì)于國(guó)家糧食安全、農(nóng)產(chǎn)品供給保障、生態(tài)安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展等具有重要作用，開展耕地集約化利用研究具有重要的科學(xué)意義。
論文基于文獻(xiàn)回溯和綜合概括的方法，從科學(xué)內(nèi)涵、描述指標(biāo)、時(shí)空格局探測(cè)、歸因分析、環(huán)境效益評(píng)估等方面對(duì)國(guó)內(nèi)外耕地集約化利用的研究進(jìn)展進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)和評(píng)述，并提出了未來耕地集約利用研究的重點(diǎn)方向。
從現(xiàn)有的研究進(jìn)展來看，耕地集約化利用研究呈現(xiàn)如下特點(diǎn)：
（1）集約化利用的科學(xué)內(nèi)涵既涉及到社會(huì)經(jīng)濟(jì)層面，也涉及到自然地理層面，不同學(xué)者從不同學(xué)科角度逐漸豐富其內(nèi)涵，但尚未形成廣泛認(rèn)可的、綜合自然屬性和社會(huì)經(jīng)濟(jì)屬性的耕地集約化利用內(nèi)涵。
（2）集約化利用的評(píng)價(jià)指標(biāo)具有多樣性，不同指標(biāo)描述了不同的特性，實(shí)際應(yīng)用需要根據(jù)研究目標(biāo)和區(qū)域特點(diǎn)，對(duì)各類指標(biāo)進(jìn)行篩選，選取具有典型代表性的單一或多指標(biāo)。
（3）集約化利用時(shí)空格局及其變化的研究方法多樣，統(tǒng)計(jì)方法和空間技術(shù)法是現(xiàn)有的主流方法，兩種方法各有優(yōu)勢(shì)和不足，兩者的結(jié)合是未來重要的發(fā)展方向。
（4）影響耕地集約化利用的因素具有復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性，由于區(qū)域差異和尺度效應(yīng)，尚不存在統(tǒng)一的主導(dǎo)因素。
（5）耕地集約化利用具有多功能和多效應(yīng)，目前研究多關(guān)注于集約利用的糧食產(chǎn)出功能，對(duì)生態(tài)環(huán)境效應(yīng)分析較為薄弱。未來研究需要注重社會(huì)經(jīng)濟(jì)科學(xué)和自然科學(xué)等多科學(xué)、多方法的交叉，重點(diǎn)加強(qiáng)耕地集約化利用的研究范式、時(shí)空格局探測(cè)技術(shù)、綜合效應(yīng)評(píng)估等方面的研究，實(shí)現(xiàn)耕地“可持續(xù)集約化利用”的最終目標(biāo)。
前言：作為人類賴以生存和發(fā)展的資源基礎(chǔ)，耕地具有食物供給、環(huán)境保護(hù)和生態(tài)服務(wù)等多功能，直接影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和全球環(huán)境變化。耕地利用伴隨著人類發(fā)展處于不斷動(dòng)態(tài)變化之中，尤其受人口不斷增加、消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化、城市化和生態(tài)退耕、全球變化等因素驅(qū)動(dòng)，全球很多國(guó)家或地區(qū)的耕地資源呈現(xiàn)數(shù)量減少和質(zhì)量下降的趨勢(shì)，直接威脅中長(zhǎng)期糧食生產(chǎn)和有效供給。如何有效緩解這種人地矛盾，利用有限的耕地資源生產(chǎn)和滿足人類日益增長(zhǎng)的糧食需求，受到國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注。
在國(guó)際土地利用/土地覆蓋（LUCC） 變化計(jì)劃和全球土地計(jì)劃（GLP） 兩大科學(xué)計(jì)劃的推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者圍繞耕地資源利用和管理開展了大量研究。很多研究認(rèn)為，在當(dāng)前耕地增長(zhǎng)空間有限的背景下，除了加強(qiáng)現(xiàn)有的耕地資源數(shù)量與質(zhì)量嚴(yán)格保護(hù)，通過優(yōu)化耕地利用模式、科學(xué)增加投入等手段，提高耕地集約化利用是緩解目前耕地資源矛盾、保障未來糧食供給和糧食安全的必然選擇。很多國(guó)家相繼出臺(tái)了一系列激勵(lì)政策，推動(dòng)和促進(jìn)耕地利用集約化程度的提升。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，耕地集約化和生態(tài)環(huán)境存在正負(fù)雙向效益，耕地長(zhǎng)期高強(qiáng)度的集約化利用帶來的生態(tài)環(huán)境負(fù)效應(yīng)日益顯著，影響耕地資源的可持續(xù)利用。
因此，耕地集約化利用成為了農(nóng)業(yè)土地系統(tǒng)科學(xué)研究的焦點(diǎn)之一，促進(jìn)可持續(xù)的耕地集約化利用、實(shí)現(xiàn)耕地利用與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)發(fā)展成為重要研究目標(biāo)。目前，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者圍繞耕地集約化利用開展了大量研究，取得了豐富成果。然而，由于耕地集約化利用內(nèi)涵廣泛、指標(biāo)繁雜、方法多樣，使得耕地集約化利用研究尚未系統(tǒng)梳理，沒有系統(tǒng)準(zhǔn)確把握目前的總體研究進(jìn)展、存在的不足和發(fā)展趨勢(shì)。
基于此，本研究嘗試從耕地集約化利用的科學(xué)內(nèi)涵、描述指標(biāo)、時(shí)空格局探測(cè)、歸因分析、環(huán)境效應(yīng)評(píng)估等方面系統(tǒng)歸納和總結(jié)目前的研究進(jìn)展，討論存在的關(guān)鍵問題，并對(duì)未來發(fā)展趨勢(shì)和重點(diǎn)進(jìn)行展望，以饗讀者。
1、耕地集約化利用的科學(xué)內(nèi)涵
耕地集約化利用的內(nèi)涵最早源于經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)外許多經(jīng)濟(jì)學(xué)家首先強(qiáng)調(diào)耕地集約化利用與農(nóng)業(yè)投入、產(chǎn)出之間的關(guān)系。如大衛(wèi)·李嘉圖將農(nóng)地集約利用定義為通過加大生產(chǎn)資料和勞動(dòng)力在單位土地上的投入，輔之以先進(jìn)技術(shù)和管理，最終達(dá)到單位面積土地獲得高產(chǎn)的一種農(nóng)地經(jīng)營(yíng)方式。馬克思從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度出發(fā)認(rèn)為耕地集約化是資本集中在同一片土地上，而不是分散在若干毗連的土地；Ely 等將集約化定義為對(duì)已經(jīng)開發(fā)利用的土地增加勞力和資本，即土地利用的集約。土地詞匯手冊(cè)的界定綜合了上述科學(xué)思想，認(rèn)為土地集約利用是相對(duì)于粗放利用而言，以增大土地資本和勞動(dòng)力投入的方式來提高土地產(chǎn)量和承載能力的經(jīng)營(yíng)方式。需要說明的是，這些經(jīng)典的耕地集約化內(nèi)涵凸顯“增加投入”，但過分強(qiáng)調(diào)了投入增加和集約利用之間的關(guān)聯(lián)，忽視了“土地報(bào)酬遞減規(guī)律”，會(huì)導(dǎo)致一味片面高投入而產(chǎn)生的系列生態(tài)問題。
為此，國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)耕地集約化的“高投入”的早期概念提出了有效投入的科學(xué)內(nèi)涵。如鄧楚雄等認(rèn)為集約化利用是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中適當(dāng)增加農(nóng)業(yè)投入、達(dá)到保護(hù)耕地利用和提高產(chǎn)量的過程；林英彥從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本投入入手，表明土地利用集約度是指單位面積土地在一個(gè)經(jīng)營(yíng)期間所消費(fèi)的有效資本、工資與資本利息貨幣額。之后，在有效投入增加的基礎(chǔ)上，有學(xué)者從產(chǎn)出角度進(jìn)一步豐富了耕地利用集約化的內(nèi)涵。如Stone 等認(rèn)為土地集約化是土地生產(chǎn)率和生產(chǎn)功能增長(zhǎng)的過程?？傊?，以上的定義多從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度出發(fā)，探討了耕地集約化與投入、產(chǎn)出之間的關(guān)系，強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)力的資本存在價(jià)值。
近年來，隨著土地系統(tǒng)科學(xué)的深入發(fā)展，地理學(xué)家發(fā)展了耕地集約化利用的新內(nèi)涵，重點(diǎn)關(guān)注其地理時(shí)空分異。如李瑩等考慮到不同區(qū)域的農(nóng)業(yè)水平差異性，建立新的集約化程度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)探究了耕地集約利用及時(shí)空變異特征；王向東等考慮土地集約化利用的時(shí)間動(dòng)態(tài)性，強(qiáng)調(diào)集約化利用要以“土地生產(chǎn)的變化率”為原則；Wu 等認(rèn)為，耕地集約化是指“相比較于耕地的外延式擴(kuò)張，糧食增產(chǎn)主要依靠耕地內(nèi)涵式集約利用和生產(chǎn)力”，著重探討了不同區(qū)域集約化利用差異性。
可見，不同學(xué)者從不同角度賦予了耕地集約化利用的不同內(nèi)涵。經(jīng)濟(jì)學(xué)家強(qiáng)調(diào)從耕地的投入與產(chǎn)出描述集約化，追求合理增加投入，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)出和生態(tài)綜合效益的權(quán)衡和優(yōu)化。不可否認(rèn)，經(jīng)濟(jì)學(xué)角度的耕地集約化利用內(nèi)涵簡(jiǎn)潔明晰，有利于定量化研究和對(duì)比研究分析。但該內(nèi)涵過度強(qiáng)調(diào)了耕地利用的社會(huì)經(jīng)濟(jì)屬性，沒有很好區(qū)分“耕地利用效率”和“耕地集約化利用”兩個(gè)概念；忽視了耕地利用的自然屬性，對(duì)于不同時(shí)空尺度下耕地集約化的地理差異和時(shí)空動(dòng)態(tài)變異等重要因素描述不夠。因此，目前尚未形成廣泛認(rèn)可的、綜合自然屬性和社會(huì)經(jīng)濟(jì)屬性的耕地集約化利用的科學(xué)內(nèi)涵。這迫切需要加強(qiáng)自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的交叉融合，對(duì)耕地集約化利用的科學(xué)范疇和概念進(jìn)行凝練，在現(xiàn)有科技水平和經(jīng)濟(jì)條件下，重構(gòu)具有科學(xué)邏輯、系統(tǒng)綜合性的耕地集約化利用科學(xué)內(nèi)涵。
2、耕地集約化利用的描述指標(biāo)
根據(jù)耕地集約化利用的科學(xué)內(nèi)涵，其描述或評(píng)價(jià)指標(biāo)可以歸納為投入指標(biāo)、產(chǎn)出指標(biāo)和頻度指標(biāo)等三大類。評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取直接反映了評(píng)價(jià)結(jié)果的科學(xué)性和適用性。最初國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用單一類型指標(biāo)對(duì)耕地集約化利用進(jìn)行了大量研究。投入指標(biāo)通常包括與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高度相關(guān)的農(nóng)藥化肥、勞動(dòng)力、機(jī)械動(dòng)力、資金的投入以及用電量等指標(biāo)。Kühling 等選取包括化肥投入、播種面積、糧食作物播種面積等投入指標(biāo)，利用這些指標(biāo)表征西西伯利亞地區(qū)耕地集約化程度并完成空間分布制圖；王國(guó)剛等在中國(guó)區(qū)域選取勞動(dòng)力數(shù)量、化肥投入、農(nóng)藥投入等指標(biāo)，在省域尺度上構(gòu)建耕地利用集約度指數(shù)和驅(qū)動(dòng)力模型，進(jìn)行耕地利用集約度動(dòng)態(tài)變化特征分析。
農(nóng)業(yè)產(chǎn)出指標(biāo)包括糧食單產(chǎn)、產(chǎn)量差、產(chǎn)出潛力等。如Niedertscheider 等選取單產(chǎn)、種植面積作為研究因子，建模計(jì)算潛力NPP和實(shí)際NPP，進(jìn)行集約化空間分布制圖；Dietrich 等則利用糧食單產(chǎn)作為單一描述指標(biāo)對(duì)耕地利用集約度進(jìn)行了分析。頻度指標(biāo)包括復(fù)種指數(shù)、墾殖指數(shù)、休耕周期等，這類指標(biāo)往往應(yīng)用于大區(qū)域尺度的耕地集約化利用研究，用以說明不同區(qū)域間時(shí)空差異特征。如Wu 等利用氣象數(shù)據(jù)和時(shí)間序列NDVI數(shù)據(jù)分別計(jì)算耕地潛力復(fù)種指數(shù)和實(shí)際復(fù)種指數(shù)，進(jìn)而分析全球耕地集約化利用提升潛力；Estel 等在歐洲區(qū)域選取復(fù)種指數(shù)、休耕指數(shù)、種植年份時(shí)長(zhǎng)和墾殖指數(shù)4 個(gè)指標(biāo)，利用MODIS-NDVI時(shí)序數(shù)據(jù)對(duì)4 種指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算及空間分布制圖，研究證明頻度指標(biāo)可以較為準(zhǔn)確地反映不同地區(qū)耕地集約化程度的差異。這些單一類型指標(biāo)的耕地集約化利用研究數(shù)據(jù)獲取相對(duì)容易，方法簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，但單一指標(biāo)研究往往僅描述其某一特定內(nèi)容，缺乏綜合性，無法全面反映耕地集約化利用的總體特征。
隨著集約化內(nèi)涵研究和統(tǒng)計(jì)學(xué)研究的深入，許多學(xué)者嘗試綜合利用多類型指標(biāo)開展研究并漸漸成為主流方法。如柯新利等在綜合使用投入指標(biāo)、產(chǎn)出指標(biāo)和頻度指標(biāo)的基礎(chǔ)上分析武漢市10 a 耕地利用集約度時(shí)空格局差異變化?？紤]到多類型指標(biāo)之間相關(guān)性的存在及指標(biāo)獲取難度，有學(xué)者嘗試對(duì)多指標(biāo)進(jìn)行降維處理，取得了較好的效果。此外，還有部分學(xué)者基于耕地是自然、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的綜合體，通過耦合和相關(guān)性分析耕地集約化利用程度，如王佼佼利用統(tǒng)計(jì)分析和耦合模型研究發(fā)現(xiàn)，城鎮(zhèn)化的提高會(huì)導(dǎo)致耕地集約化利用程度的提高。
總之，不管是利用單一指標(biāo)或多指標(biāo)，甚至社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子側(cè)向論證，耕地集約化利用的描述指標(biāo)越來越豐富，評(píng)價(jià)體系和權(quán)重的確定方法不斷完善。實(shí)際應(yīng)用中，如何根據(jù)“投入-頻度-產(chǎn)出”選擇單一或多指標(biāo)，需要根據(jù)具體研究目標(biāo)和研究區(qū)域，充分考慮不同尺度下的耕地質(zhì)量、種植結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境差異等因素，選取具有典型代表性的描述指標(biāo)進(jìn)行研究。
3、耕地集約化利用的時(shí)空格局探測(cè)
3.1研究尺度和數(shù)據(jù)源
耕地集約化利用的時(shí)空格局探測(cè)與分析是耕地集約化利用研究的首要任務(wù)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在不同時(shí)空尺度上開展了耕地集約化利用特征及其時(shí)空變化。在當(dāng)前耕地資源逐漸稀缺的背景下，耕地集約化關(guān)乎全球糧食安全，其研究區(qū)域逐漸有向大范圍擴(kuò)展的趨勢(shì)。目前全球、洲域、國(guó)家或流域的宏觀大區(qū)域范疇研究約占所有研究的57%；省和市級(jí)尺度的研究約占38%，重點(diǎn)位于糧食主產(chǎn)區(qū)；相對(duì)而言，農(nóng)戶或地塊等小尺度研究較少開展。
現(xiàn)有研究主要數(shù)據(jù)源包括農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料、農(nóng)戶調(diào)查數(shù)據(jù)和遙感觀測(cè)數(shù)據(jù)等?；诮y(tǒng)計(jì)資料的耕地集約化利用較為常見，由于其數(shù)據(jù)相對(duì)容易獲取、指標(biāo)類型多樣，已廣泛應(yīng)用于大區(qū)域尺度和長(zhǎng)時(shí)間序列的耕地集約化利用及其變化特征分析。但是，統(tǒng)計(jì)資料的可靠性和準(zhǔn)確性往往受到質(zhì)疑，尤其在長(zhǎng)時(shí)間序列分析中不同年份容易出現(xiàn)異常值，分析結(jié)果忽視了統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)部異質(zhì)性。農(nóng)戶調(diào)查數(shù)據(jù)精度高，但數(shù)據(jù)獲取需要大量人力物力，該數(shù)據(jù)僅適用于小區(qū)域研究，抽樣調(diào)查的科學(xué)性對(duì)研究結(jié)果具有重要影響。
近年來，隨著對(duì)地觀測(cè)技術(shù)的迅速發(fā)展，多傳感器、多時(shí)間和多空間分辨率的遙感數(shù)據(jù)成為了大區(qū)域耕地集約化利用研究的重要數(shù)據(jù)源。但是，遙感數(shù)據(jù)存在混合像元、大氣校正、尺度轉(zhuǎn)換等諸多亟待解決的問題，而且其僅能描述耕地集約化的頻度和產(chǎn)出等指標(biāo)，對(duì)經(jīng)濟(jì)投入無法較好地描述。
3.2耕地集約化利用時(shí)空格局研究方法
早期最為常用的耕地集約化利用研究方法是統(tǒng)計(jì)計(jì)量法。統(tǒng)計(jì)計(jì)量法適用廣泛，存在較少限制。如孔祥斌等、Lü等利用農(nóng)戶調(diào)查資料在小尺度進(jìn)行耕地集約化利用分析，結(jié)果表明統(tǒng)計(jì)分析能夠較好地反映尺度的微觀性和機(jī)制的復(fù)雜性；在時(shí)間尺度上，Chen 等利用長(zhǎng)時(shí)間序列統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析了耕地集約度演變特征和規(guī)律。此外，如曹銀貴等通過選取復(fù)種指數(shù)、耕地有效灌溉率、土地墾殖率等指數(shù)，利用主成分分析確定3 個(gè)主成分用以衡量三峽庫區(qū)的耕地利用集約化程度。
同時(shí)，為克服現(xiàn)有的統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)方法中存在的權(quán)重設(shè)置主觀性強(qiáng)等缺點(diǎn)，鄧楚雄等以長(zhǎng)株潭城市群地區(qū)1996—2009 年各縣農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)樣本，采用投影尋蹤模型對(duì)長(zhǎng)株潭城市群地區(qū)耕地集約利用空間分布變化進(jìn)行定量綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果表明投影尋蹤法客觀可靠，輸出結(jié)果具有有效性，但是投影尋蹤法對(duì)指標(biāo)依賴過高，選取結(jié)果直接影響到最終結(jié)果。統(tǒng)計(jì)計(jì)量方法的主要優(yōu)點(diǎn)在于數(shù)據(jù)易獲取，統(tǒng)計(jì)模型較為成熟，能夠快速得到研究結(jié)果。但是由于計(jì)算過程中直接輸出結(jié)果，忽略具體的理論機(jī)理解釋和實(shí)際環(huán)境解釋，導(dǎo)致研究對(duì)數(shù)據(jù)依賴程度過大。另外，不同的統(tǒng)計(jì)模型不考慮統(tǒng)計(jì)結(jié)果的尺度差異性，尚不存在普適性的統(tǒng)計(jì)模型。
空間監(jiān)測(cè)法是近年來廣泛應(yīng)用于宏觀尺度的耕地集約利用研究的技術(shù)方法。利用遙感觀測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合GIS 技術(shù)，可以進(jìn)行耕地集約化利用的空間制圖、時(shí)間變化過程探測(cè)和地理區(qū)域差異分析。如朱傳民等在構(gòu)建耕地集約利用指數(shù)的基礎(chǔ)上采用以空間關(guān)聯(lián)測(cè)度為核心的方法，研究了江西耕地集約利用的空間自相關(guān)問題，提出采用空間關(guān)聯(lián)測(cè)度法可以判別耕地集約利用水平在空間上呈現(xiàn)出區(qū)域集聚或分散特點(diǎn)；Pei 等基于空間對(duì)比模型的方式研究了多驅(qū)動(dòng)因素對(duì)中美兩大重要糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)集約化程度的影響差異性，研究結(jié)果表明了空間模型對(duì)不同區(qū)域農(nóng)業(yè)集約化程度研究的可行性；Kirchner 等選取土壤分類地圖和高程地圖作為參數(shù)，采用EPIC 和PASMA模型評(píng)估奧地利農(nóng)業(yè)政策和氣候變化對(duì)包括耕地集約化利用在內(nèi)的農(nóng)業(yè)集約化影響程度，研究表明空間數(shù)據(jù)以及空間分析模型能更好地用于國(guó)家尺度的農(nóng)業(yè)集約化程度評(píng)估；Wu 等基于AVHRR-NDVI 數(shù)據(jù)和氣候數(shù)據(jù)，繪制了全球耕地復(fù)種指數(shù)提升潛力空間分布，反映全球耕地集約化利用的總體狀況和可提升空間；Gray 等基于MODIS數(shù)據(jù)，采用SVI 植被指數(shù)繪制了亞洲耕地集約化程度空間分布圖。遙感和GIS 相結(jié)合的技術(shù)方法有助于開展大區(qū)域尺度的研究，能獲得耕地的自身屬性，也考慮到不同耕地地塊的空間關(guān)系，使研究具有一定的復(fù)合型。但目前多數(shù)研究?jī)H利用遙感的信息獲取、GIS 技術(shù)的數(shù)據(jù)處理和空間分析功能，且空間數(shù)據(jù)的不連續(xù)性導(dǎo)致數(shù)據(jù)缺失。
因此，空間網(wǎng)絡(luò)分析、空間插值與統(tǒng)計(jì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等相結(jié)合的方法，可以推動(dòng)具有時(shí)空尺度特征的耕地集約利用深入研究，將會(huì)成為未來技術(shù)方法的重要發(fā)展方向。
此外，近年來還涌現(xiàn)了一些新的技術(shù)方法。如基于多智能體的技術(shù)方法，適宜于小尺度區(qū)域研究。這類方法多涉及農(nóng)戶勞動(dòng)力投入等參數(shù)，在耕地集約化的行為模擬和預(yù)測(cè)方面具有特點(diǎn)，但是要求研究人員具有較為復(fù)雜的數(shù)理建模能力。另外，基于能值理論的技術(shù)方法能更好地解決耕地投入?yún)?shù)的量綱問題。如謝花林等利用能值理論把鄱陽湖生態(tài)區(qū)耕地投入?yún)?shù)轉(zhuǎn)換為能值形態(tài)進(jìn)行集約化利用研究。但是由于投入?yún)?shù)數(shù)量多，總能值的分配具有不確定性。三角模型作為一種新的平臺(tái)能夠很好地反映耕地集約化的評(píng)價(jià)結(jié)果和發(fā)展趨勢(shì)，模型結(jié)果簡(jiǎn)明、直觀、易于理解。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在權(quán)重賦予方面更加接近實(shí)際狀況，但模型需要多次調(diào)整以達(dá)到最佳狀態(tài)。雖然這些新方法為耕地集約化利用研究提出了新思路，但新參數(shù)的準(zhǔn)確程度會(huì)影響最終結(jié)果；同時(shí)，很難通過統(tǒng)一的模型建立參數(shù)與耕地集約化程度的定量關(guān)系。
耕地集約化利用主要研究方法的代表性論文見表 1。
4、耕地集約化利用的歸因分析
耕地集約化利用時(shí)空格局探測(cè)可以揭示耕地集約利用的時(shí)空格局及其變化特征，但難以很好地解釋其變化機(jī)理機(jī)制。因此，開展耕地集約化利用的歸因分析是該領(lǐng)域的核心研究?jī)?nèi)容，有助于加深對(duì)耕地集約利用的原因、內(nèi)部機(jī)制和基本過程的理解，實(shí)現(xiàn)對(duì)其未來變化發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)和調(diào)控，為耕地資源的可持續(xù)利用提供決策參考。
耕地利用集約度是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者在自然條件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、政治制度、社會(huì)人文等環(huán)境約束下，結(jié)合自身資源條件對(duì)農(nóng)田利用效果的評(píng)價(jià)。由于耕地集約化利用的變化特征與時(shí)空尺度具有緊密聯(lián)系，因此不同區(qū)域、不同尺度的耕地集約化利用影響因子不盡相同，十分繁雜，但歸納起來主要包括農(nóng)戶內(nèi)部因素、自然環(huán)境因素、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素（含政策因素） 三類。在小區(qū)域研究中，由于農(nóng)戶在耕地研究中的主導(dǎo)性地位，則更多考慮農(nóng)戶自身行為和農(nóng)業(yè)規(guī)模。如吳郁玲等基于湖北省農(nóng)戶統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)探究農(nóng)戶視角的耕地資源集約化利用的影響因素及其作用機(jī)理，結(jié)果表明耕地利用集約度的差異實(shí)質(zhì)上是農(nóng)戶不同耕種行為的表現(xiàn)結(jié)果；在一些特殊的區(qū)域如山區(qū)，花曉波等通過研究表明河谷區(qū)和半山區(qū)在耕地利用集約度上存在顯著差異，家庭農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力數(shù)量是導(dǎo)致集約度差異的關(guān)鍵因素，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件或環(huán)境和家庭收入水平對(duì)其有重要影響；Chagunda 等在非洲調(diào)研農(nóng)戶行為后得出結(jié)論，認(rèn)為農(nóng)戶家庭管理能力的提高會(huì)有效增加農(nóng)田的集約化程度。
大區(qū)域研究更多考慮自然因素對(duì)耕地集約化利用的影響程度，如燕群等通過定量評(píng)價(jià)全國(guó)30 個(gè)省的農(nóng)用地集約度和農(nóng)業(yè)氣候適宜度，表明農(nóng)業(yè)氣候適宜度制約著我國(guó)農(nóng)用地集約度的空間布局，同時(shí)集約度的提高可以改變農(nóng)用地集約利用對(duì)氣候條件的依賴性；顏丙金等通過研究甘肅省耕地的集約化程度與自然災(zāi)害之間的相關(guān)性，認(rèn)為自然災(zāi)害的持續(xù)性很大程度上制約著耕地的集約利用。社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素則存在于各研究尺度，如鄒金浪等通過對(duì)比江西省和江蘇省不同城市化水平，判斷出不同城市化水平下耕地集約化水平有較大差異；Vliet 等對(duì)歐洲地區(qū)耕地集約化歸因后得出結(jié)論，認(rèn)為農(nóng)業(yè)市場(chǎng)的全球性發(fā)展是驅(qū)動(dòng)耕地集約化的最主要因素。
學(xué)者在不同尺度下較為深入地探討了某種特定因子對(duì)耕地集約化利用的影響，但目前的作用機(jī)理探討還不夠系統(tǒng)，很難找到具有通用性的主導(dǎo)因素。說明耕地集約化利用影響因子的復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性，一些不斷出現(xiàn)的新的社會(huì)發(fā)展模式和技術(shù)模式對(duì)集約化影響的機(jī)制尚未引起重視，另外耕地集約化驅(qū)動(dòng)因子和特定的研究尺度有很大關(guān)聯(lián)。未來研究需要進(jìn)一步加強(qiáng)多尺度、多學(xué)科的綜合交叉研究。
耕地集約化的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子的代表性論文見表 2。
5、耕地集約化利用的環(huán)境效應(yīng)評(píng)估
耕地集約化會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)，尤其是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生正負(fù)雙向效應(yīng)。從已有的事實(shí)看，過去很多國(guó)家或地區(qū)通過盲目增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的投入來提高耕地集約化利用程度和維持作物高產(chǎn)化，帶來顯著的環(huán)境效應(yīng)，尤其以負(fù)面效應(yīng)為主。
一方面，耕地集約化利用對(duì)其所依托的水資源、土壤和大氣具有重要影響。很多研究表明，由于速溶性化肥的頻繁施用，使得多余的氮和磷從土壤進(jìn)入水體，農(nóng)業(yè)活動(dòng)成為水體氮和磷的最大來源，造成農(nóng)業(yè)區(qū)域水質(zhì)下降；化肥和地膜的大量使用殘留使得土壤質(zhì)量、層次結(jié)構(gòu)等受到破壞；此外，化肥中含氮化合物使用增加溫室氣體的排放，對(duì)大氣對(duì)流層和同溫層的化學(xué)性質(zhì)以及空氣組成造成嚴(yán)重影響。另一方面，耕地集約化利用對(duì)于植物和動(dòng)物生態(tài)系統(tǒng)具有重要影響。過度施用農(nóng)藥和機(jī)械化改變土壤生物多樣性，造成土壤中蚯蚓、微生物等生物數(shù)量減少，土壤生物群落多樣性程度降低，這間接影響作物之間的授粉和昆蟲多樣性，影響作物生長(zhǎng)狀況和產(chǎn)量。此外，耕地集約化程度提高伴隨著種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整，農(nóng)田作物種植栽培趨向單一高產(chǎn)化，作物多樣性降低，造成嚴(yán)重的農(nóng)作物“基因流失”，加大作物種植的風(fēng)險(xiǎn)。
為此，耕地集約化利用的環(huán)境效應(yīng)提出了一個(gè)新的科學(xué)問題：如何進(jìn)行耕地集約化利用的產(chǎn)出功能和環(huán)境效益的科學(xué)權(quán)衡（trade-off） 。隨著研究的不斷深入和認(rèn)識(shí)逐步深化，學(xué)者提出了耕地可持續(xù)集約化（Sustainable Intensification），即“在提高現(xiàn)有耕地單位面積產(chǎn)出的同時(shí)，減輕集約化利用過程對(duì)生態(tài)環(huán)境的壓力，最小化集約化利用的影響”。保證耕地集約化的可持續(xù)發(fā)展可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的良好發(fā)展。但是，如何實(shí)施推進(jìn)可持續(xù)性集約化利用仍需要深入研究。
現(xiàn)有的研究強(qiáng)調(diào)可持續(xù)集約化的核心是強(qiáng)化農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)管理，優(yōu)化或重建生態(tài)系統(tǒng)功能，維持現(xiàn)有甚至減少外部投入，達(dá)到保護(hù)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)和周圍環(huán)境的目的。這需要從系統(tǒng)性分析耕地集約化利用多功能、多效應(yīng)之間的協(xié)同耦合關(guān)系，不僅關(guān)注單向擾動(dòng)過程，更要考慮雙向或多向的復(fù)雜反饋過程和機(jī)制。
6、研究展望
在當(dāng)前耕地資源數(shù)量有限的背景下，要以較低的環(huán)境壓力增加耕地面積的產(chǎn)出最有效的途徑就是提高耕地集約化利用程度。近年來，耕地集約化利用無論是在理論研究，還是在實(shí)際應(yīng)用中都取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。然而，耕地集約化利用覆蓋面廣，涉及多學(xué)科，具有復(fù)雜性和系統(tǒng)性特點(diǎn)，尚有很多科學(xué)難點(diǎn)問題需要進(jìn)一步深入研究。
首先，耕地集約化利用的研究范式需要盡快規(guī)范。研究范式就是科學(xué)群體在開展特定領(lǐng)域研究時(shí)所共同遵守的準(zhǔn)則。集約化利用最先從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度提出，強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)學(xué)的投入產(chǎn)出，后來地理學(xué)家對(duì)其內(nèi)涵進(jìn)行了延伸，賦予其地理景觀格局以及區(qū)域差異等特性?？梢姡丶s化利用的內(nèi)涵廣泛、指標(biāo)多樣，既關(guān)注社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素，也關(guān)注自然要素，既關(guān)注時(shí)間過程，又關(guān)注空間過程，既關(guān)注格局，也關(guān)注功能和效應(yīng)。雖然眾多學(xué)者開展了大量研究，但這些研究或僅形成特定的研究范式（如經(jīng)濟(jì)學(xué)角度），或尚未形成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的研究范式，如指標(biāo)選擇、時(shí)空尺度等。因此，未來研究需要加快耕地集約化利用研究范式的歸納、凝練，建議規(guī)范的研究模式與參照系，推進(jìn)該領(lǐng)域的研究進(jìn)展。
其次，耕地集約化利用時(shí)空格局及其變化過程研究仍待深入。弄清耕地集約化利用時(shí)空格局及其變化過程是基礎(chǔ)，未來仍然有很多問題需要加以解決。第一，集約化利用評(píng)價(jià)指標(biāo)的科學(xué)選擇問題。部分重要指標(biāo)的數(shù)據(jù)不易獲取，不同指標(biāo)的匹配也是難點(diǎn)。第二，研究方法的適宜性問題。常用的統(tǒng)計(jì)法容易獲取多類型指標(biāo)，但多基于行政單元分析，使得空間描述能力較弱。空間技術(shù)方法適宜于大區(qū)域研究，可以包含多類別統(tǒng)計(jì)單元，可以較好地描述空間異質(zhì)性。但空間方法往往僅能獲取描述耕地集約化利用的部分指標(biāo)（如頻度指標(biāo)和地塊破碎化），對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)等屬性特性描述不夠。因此，綜合利用多元指標(biāo)，研究統(tǒng)計(jì)方法和空間技術(shù)方法相融合的方法是耕地集約化利用時(shí)空格局研究需要進(jìn)一步探討的問題。第三，研究對(duì)象的擴(kuò)展選擇。目前研究多探討整個(gè)耕地大類的利用集約化，但水田、旱地等不同耕地利用子類的集約化研究十分欠缺。
再次，耕地集約化利用的多功能效應(yīng)綜合評(píng)估需要重點(diǎn)加強(qiáng)。耕地集約化利用是人類進(jìn)行耕地開發(fā)利用、獲取物質(zhì)產(chǎn)品和服務(wù)的活動(dòng)，必然會(huì)產(chǎn)生重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境影響。因此，科學(xué)評(píng)估和分析耕地集約化利用的綜合效應(yīng)是重要研究任務(wù)。目前已有研究更多關(guān)注于集約利用的糧食產(chǎn)出功能，而對(duì)其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)分析較為薄弱。實(shí)際上，耕地集約化利用通過改變地表覆蓋和利用強(qiáng)度狀況，影響地表物理特征和生物地球化學(xué)循環(huán)過程，反饋于農(nóng)業(yè)氣候、水和土壤等資源環(huán)境。因此，未來研究需要進(jìn)一步加強(qiáng)耕地集約化利用的綜合效應(yīng)分析，系統(tǒng)全面地弄清耕地集約化利用帶來的綜合影響。
最后，多學(xué)科交叉的耕地可持續(xù)集約化利用途徑研究亟待加強(qiáng)。耕地可持續(xù)集約化利用的目標(biāo)是以最小的生態(tài)環(huán)境代價(jià)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的耕地利用產(chǎn)出，但如何實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)面臨諸多挑戰(zhàn)。耕地集約化過程的主體、結(jié)構(gòu)、發(fā)展模式等對(duì)區(qū)域土地資源配置、土地生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)提出了新的要求，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境產(chǎn)生一定的擾動(dòng)。因此，迫切需要進(jìn)行環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)、土壤學(xué)、地理學(xué)等多學(xué)科、多方法的交叉，根據(jù)區(qū)域特點(diǎn)研究提出耕地可持續(xù)集約化利用的優(yōu)選途徑，實(shí)現(xiàn)科學(xué)高效投入，避免土地地力下降甚至荒廢，減少土壤污染、退化和溫室氣體排放等，達(dá)到可持續(xù)集約化或生態(tài)集約化。
作者：龍禹橋1,2，吳文斌1,2*，余強(qiáng)毅1,2，胡瓊1,2，陸苗1,2，陳迪1,2 單位：1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所；2. 農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
中國(guó)鄉(xiāng)村發(fā)現(xiàn)網(wǎng)轉(zhuǎn)自：《自然資源學(xué)報(bào)》2018 年第 2 期
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