华南农业大学
胡月明
，以通讯作者身份，在
国际顶级环期刊Land Use Policy(中科院1区,IF=6.0)发表
题为
“Sustainable utilization of cultivated land resources based on "element coupling-function synergy" analytical framework: A case study of Guangdong, China
”研究论文。
在此，我们对文章进行了总结，再分析。希望对您有所帮助！
https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2024.107316
耕地作为自然-人为复合系统，承载着粮食生产、生态调节、社会保障等多重功能，是维系人类福祉与生态平衡的核心资源。
然而，
传统耕地管理长期聚焦单一生产功能，导致土壤退化、环境污染、耕地边缘化等问题，
与联合国可持续发展目标（SDGs）中“零饥饿”（SDG 2）、“陆地生态保护”（SDG 15）、“可持续城市与社区”（SDG 11）等目标相悖。尤其在快速城市化地区（如中国广东省），耕地资源面临数量锐减与质量下降的双重压力：
自然要素退化：
亚热带红壤的酸性强、有机质低，叠加高侵蚀风险，威胁耕地生产力；
人为干预失衡：
化学投入过量（化肥、农药、农膜）导致耕地清洁度下降，生态功能受损；
功能冲突加剧：
城市扩张挤占优质耕地，生产、生态与生活功能的空间竞争激烈。
现有
研究多采用相关性分析（如相关系数、因子分析）或协调性模型（如耦合协调度）评估多功能关系，但这类数据驱动方法难以揭示因果机制，易受随机性干扰，导致政策设计偏离实际需求。
因此，
亟需构建基于系统因果关系的分析框架，指导耕地资源的多目标协同管理。
1、因果机制缺失：
如何解析耕地系统内“要素耦合”与“功能协同”的因果链？
传统方法无法明确要素（如土壤养分、植被覆盖率）如何通过耦合过程影响功能（如生产、生态）的相互作用。
2、动态权衡量化：
多功能间的权衡/协同关系是否具有空间异质性？例如，山区梯田的生产-生态协同效应是否在平原地区失效？
3、分区管理适配性
：如何基于功能关系差异制定精准管理策略？现有分区多依赖行政边界或单一功能阈值，缺乏多目标优化导向。
4、政策落地瓶颈：
如何将理论框架转化为可操作的政策工具？例如，生态补偿标准如何与功能协同度挂钩？
要素层：
划分为自然要素（地形、气候、土壤养分）、人为要素（化学投入、土地整治）、社会经济要素（人口、农业产值）；
功能层：
定义6项核心功能——粮食生产（FP）、耕地清洁（FC）、生态调节（ER）、人类聚居（HM）、游憩文化（LC）、社会保障（SS）；
耦合路径：
构建要素→子功能→主功能的因果网络（如“土壤有机碳（SOC）→土壤保持能力→ER”）。
图1.
耕地资源可持续利用的 “要素耦合 - 功能协同” 分析框架。
2、因果贝叶斯信念网络（BBN）
网络构建：
基于专家知识与历史数据，定义节点状态（低/中/高）及条件概率表（CPT），利用Netica软件实现动态推理；
关系识别：
通过强制改变某功能节点状态，观测其他功能的后验概率变化，判定权衡（反向变化）或协同（同向变化）；
敏感性分析：
量化要素对功能的影响权重，识别关键调控因子（如SOC对ER的敏感性高于气候因子）。
图2.
基于要素 - 功能因果关系的贝叶斯信念网络
（注：黄色节点表示区位要素，蓝色节点表示生产要素，绿色节点表示生态要素，紫色节点表示社会要素，粉色节点表示经济要素，白色节点表示耕地下功能，橙色节点表示耕地功能）
3、功能分区与优化
热点分析：
采用Getis-Ord Gi*统计量识别功能空间集聚特征，叠加权衡/协同区域；
情景模拟：
设定多目标优化情景（如“提升ER同时维持FP”），反推要素调整方案（如增加植被覆盖率、减少化肥投入）；
分区策略：
划分8类功能区（如绿色农业区、都市农业区），匹配差异化管理措施。
4、数据与验证
多源数据融合：整合遥感（Sentinel-2 NDVI）、土壤采样、社会经济统计（农业年鉴）数据，空间分辨率1km×1km；
模型验证：10%样本验证BBN推理精度（平均83%），通过热点分析与实地调研匹配分区合理性。
4.1 多功能评价
广东省粮食生产（FP）
能力较高区域集中在西部和东部部分地区，珠江三角洲与山区因耕地碎片化FP能力低。
耕地清洁（FC）总体好
，但粤西粤东部分FP高的地区清洁度低。
生态调节（ER）能力高的区域主要在山区且向外扩散。人类聚居（HM）能力高的区域沿城镇扩张。游憩文化（LC）高值区呈 “靶心” 分布。社会保障（SS）高值区与FP能力分布相似，大城市因农业非主导产业SS能力低，粤东部分地区受农业影响大。
4.2 多功能权衡/协同关系
1 权衡/协同关系的识别
经检验贝叶斯信念网络性能满足需求。分析
发现FC - FP、FC - SS间存在权衡关系，FP - ER、FP - SS、ER - LC、ER - HM、LC - HM间存在协同关系。
2关系分析
敏感性分析表明子功能对功能影响大。
化肥等是影响FP和FC的关键要素，高FP常伴随低FC。FP与ER协同源于地形等要素促进二者子功能关系，尤其在山区。
SS与FP协同因FP对社会稳定直接影响，但SS还受多种社会经济要素影响，山区因农民依赖农业生产，FP与SS协同。LC、HM与ER协同主要归因于山区高植被覆盖率。
综上，
权衡关系。
FC-FP：化学投入增加提升FP但降低FC（如粤西高产区的耕地污染）。
FC-SS：高社会保障依赖FP，间接加剧化学投入与清洁度冲突。
协同关系。
FP-ER：山区梯田因高SOC和植被覆盖，同时实现高产与碳汇（如茂名、潮州）。
ER-LC/HM：高植被覆盖区（如韶关）兼具生态调节与景观美学价值，吸引生态旅游。
4.3 功能分区
基于热点分析结果叠加各功能冷热区域，将研究区域划分为八个功能区：
绿色农业区（GAZ）FC好、FP低、SS差，FC - FP/FC - SS权衡明显；
