摘要：有效的景观管理对于促进耕地生态系统可持续性和缓解土地退化具有关键作用。传统研究主要关注耕地生态系统功能（CLEFs）的供给端，却往往忽视了社会需求的复杂动态，尤其是整合供需关系的耕地系统景观管理理论框架、需求端多情景模拟的非线性模型与参数，以及精确的阈值边界而非简单的影响效应。本研究通过构建“格局-过程”理论框架、开发多情景下CLEFs供需预测方法体系，并运用阈值回归分析武汉在不同共享社会经济路径（SSPs）与典型浓度路径（RCPs）组合情景下景观格局对CLEFs影响的边界阈值，填补了这一研究空白。研究发现，不同错配类型会产生异质性效应，景观调控措施的有效性和阈值存在显著差异。具体表现为：景观格局通过单阈值和双阈值机制影响CLEFs。在供给不足区域，SSP1-1.9情景下的阈值到达时间晚于SSP2-4.5情景，而供给过剩区域的阈值到达速度更快。此外在SSP5-8.5情景下，供给不足地区粮食生产错配从加剧到缓解的转变，取决于技术进步水平和对极端气候适应能力的提升。通过揭示景观格局与CLEFs之间的非线性作用机制，本研究为协调人地系统可持续发展、应对城镇化与气候变化挑战提供了科学依据。
研究结果：
2000-2020年间，武汉市CLEFs的供需错配状况总体改善，但空间异质性持续增强（图1）。其中，土壤保持功能（SC）区域除外。中心城区及周边耕地的粮食生产（GP）和碳固存（CS）功能呈现显著赤字，而SC的整体错配程度较低，仅在城市北部存在轻度盈余。水源涵养功能（WY）在河流外围区域表现出大量盈余，且过去二十年间WY赤字显著减少。基于多情景土地利用模拟的2030年预测结果显示，空间分布格局基本相似，但GP和CS功能的供需错配将进一步加剧，而WY和SC功能的错配程度预计仍将维持在较低水平。
图1 四种耕地生态系统功能匹配空间分布
2000至2020年间，耕地总面积（TA）、最大斑块指数（LPI）、景观形状指数（LSI）、邻近斑块连接度（PLADJ）和聚集度指数（AI）均呈下降趋势。这一变化反映出建设用地持续侵占耕地，导致耕地斑块分散化和破碎化程度加剧，连通性与集聚性降低。值得注意的是，LSI呈现上升趋势，表明耕地斑块形状趋于复杂化。在不同情景模拟下：SSP2-4.5和SSP5-8.5情景中，LPI、PLADJ和AI的变化趋势预计将保持相对稳定；而在SSP1-1.9情景下，TA和LSI的变化表明耕地利用将呈现更广域的分布特征，且斑块形状复杂度有所降低（图2）。
图2 2000-2030年耕地景观格局变化情况
总体而言，TA对不同类型CLEFs的供需错配均产生负向影响。LPI的降低会加剧错配程度，但在特定阈值范围内，错配呈现下降趋势，表明受控的破碎化可能有助于平衡供需关系。LSI的影响具有差异性：会加剧GP、SC和CS功能的错配，但能缓解WY功能的错配。值得注意的是，LSI与LPI的影响曲线呈现相似分布特征。研究识别出PLADJ的临界阈值，当超过该阈值后，连通性提升能有效降低错配程度。AI与错配呈非线性关系：初期随集聚度提升错配减轻，但超过特定拐点后反而加剧。随时间推移，这些景观指数的影响强度趋于缓和，但景观复杂度增加的负面效应更为凸显。就动态特征而言，蔓延度、复杂度、连通性和集聚度的作用总体呈倒N型曲线，而破碎化则表现为N型曲线（图3，以2020年为例）。
图3 2020年耕地景观格局对耕地生态系统功能的约束效应
结论与讨论：
本研究揭示了LPs与CLEFs之间复杂的非线性阈值关系，为可持续土地管理提供了重要依据。研究发现，2000-2020年间武汉耕地景观呈现破碎化加剧趋势，TA、LPI等指标持续下降，导致GP和CS供需错配加剧。通过约束线分析，识别出TA、LSI等指标对CLEFs的倒N型或N型影响曲线，表明适度景观调控可有效缓解错配。研究提出三大作用机制：破碎化导致的效率损失（高LSI破坏资源分布）、连通性驱动的韧性提升（高PLADJ阈值促进农业网络整合）以及气候敏感阈值（TA和PLADJ变化决定系统抗冲击能力）。在不同气候情景下，SSP1-1.9可持续路径使供给不足区域的阈值响应延迟，而SSP5-8.5极端气候情景则加速阈值到达，凸显技术创新和气候韧性建设的重要性。基于此，研究提出景观管理的三类策略：通过土地整治控制破碎化、建立生态廊道增强连通性、采用智慧农业技术实现适应性集群，这些发现为协调农业生产与生态保护提供了科学依据，对全球土地退化防治具有借鉴意义。
原文链接：Gao, Y., Yin, R., Chai, J., Li, Z., & Deng, X., 2025. Landscape management strategy for cultivated land ecosystem: New evidence from differentiation of supply and demand dynamics. Environmental Impact Assessment Review, 115, 107980. https://doi.org/10.1016/j.eiar.2025.107980
