跨尺度地理过程耦合的农业土地利用变化模拟模型

As an essential component of land system, agricultural land use change (ALUC) and its consequences present significant scale effect. It is not effective to reveal the complex relationship between human and environment through using land use modeling approach at certain scale. It thus becomes an urgent issue that recognizing and quantifying the coupled effect among geographical processes across scales. The research logit of this project follows three typical management scales, from household to basin and to region. At the household scale, a simulation model of land use decision is developed, to express the complex process of “drivers-land use decision-land use pattern”. At the basin scale, a method is proposed to couple household decision process and ecological process, to solve the difficulty in quantifying the consequences of ALUC. At the regional scale, a simulation model of agricultural land use change is constructed by incorporating coupled geographical processes across scales. Using the model, ALUC and consequences can be simulated under different policy scenarios, revealing the coupled mechanism among geographical processes across scales. The conduct of this project would advance the knowledge of the scale effect and complexity of ALUC, and thus present theoretical and practical significance.

作为土地系统最为重要的组成部分，农业土地利用变化及综合效应具有显著的尺度特征。单一尺度的土地利用建模策略不能有效揭示农业生产过程中“人类—环境”的综合复杂关系。认识和定量表达跨尺度地理过程的耦合作用，是模拟农业土地利用变化亟需突破的关键问题。本项目以农户—小流域—区域3种管理尺度为研究主线，构建农户土地利用决策模拟模型，实现“驱动因素—农户决策—土地利用时空格局”复杂过程的表达；提出耦合农户决策过程与生态过程的技术方案，解决在小流域尺度上农业土地利用变化综合效应定量测度的难题；模拟不同政策情景下区域农业土地利用变化及其综合效应，建立跨尺度地理过程耦合的农业土地利用变化模拟模型，集成和定量表达农户土地利用决策过程、小流域生态过程与区域政策调控过程之间的传递—反馈机制，揭示跨尺度地理过程的耦合效应。本项目的开展有助于厘清农业土地利用变化的尺度敏感性和复杂性，具有重要的理论与现实意义。

作为土地系统最为重要的组成部分，农业土地利用变化及综合效应具有显著的尺度特征。单一尺度的土地利用建模策略不能有效揭示农业生产过程中“人类—环境”的综合复杂关系。认识和定量表达跨尺度地理过程的耦合作用，是模拟农业土地利用变化亟需突破的关键问题。本项目首先解析了农户土地利用的决策过程，将农户土地利用决策与地块进行空间关联，实现了农户尺度土地利用变化模拟；其次，通过对农户决策过程与生态过程进行耦合，实现对农业土地利用变化综合效应的测度，揭示了农业土地利用变化经济效应与生态效应的权衡机制；最后，集成和定量表达农户土地利用决策过程、小流域生态过程与区域政策调控过程之间的传递—反馈机制，模拟了不同政策情景下农业土地利用变化与综合效应，定量比较了不同政策情景的综合效益，揭示跨尺度地理过程的耦合效应。取得的关键技术进展主要包括：（1）农业土地利用变化综合效应的高精度、细粒度、多年份制图方法；（2）全国尺度农业土地细碎化测度指标体系构建；（3）大尺度国土监测数据的并行计算方法；（4）跨尺度地理过程耦合的农业土地利用变化模拟模型。本项目的开展，实现了“土地利用变化—综合效应—政策干预”三位一体的综合分析与模拟，为模拟区域土地利用变化提供了新的方法。