基于农户决策行为的农作物时空格局动态变化机理机制研究

In this study,BinXian County in Heilongjiang Province is selected as the study area to investigate and understand the mechanisms of dynamic changes in spatio-temporal cropping patterns.To do that,an agent-based model is construcuted to study the households'decisions on crop choices at the micro level and further to understand the macro-level spatial patterns of major crops including maize,soybean and rice. .The household agents are classsied into several types based on the household interview. For each category of household agent,decision on crop choice is determined by multiple driving forces including the endogenetic and exogenetic factors. A utility function is finally introduced to parameterize the decision process for each type of agent.Using this model,the historical changing processes of cropping patterns over past 20 years can be simulated and its mechanism can be understood.This study will help to propose the key scientific issues in Agricultural Land Change Science and to promote the development of theories, methodologies and techniques in related disciplines.

针对目前国内外农业土地利用科学中农作物时空格局动态变化机理机制研究欠缺的现状，项目以东北黑龙江省的宾县为研究区域，引入Agent模型的理论和技术，从微观智能体(农户)决策行为机理研究入手，进行农户类型划分，并分析影响农户农作物选择决策的关键因子；在此基础上，构建耦合自然和社会经济因素的农作物选择决策模拟模型，实现对农户作物选择决策过程和途径的科学表达，进而科学阐明过去20年(1990-2010年)农作物时空格局动态变化的机理机制。本研究有利于科学揭示微观主体土地利用行为与宏观农业景观格局之间的互动机理，促进农业土地利用科学有关理论、技术和方法的发展和完善；有利于东北区域农户土地利用行为的调控和农业生产格局的优化，保障国家和区域粮食安全和促进农业可持续发展。

项目选择黑龙江省哈尔滨市宾县为研究区域，从人类决策行为的角度出发，研究农户农作物选择决策过程及影响机理机制，基于Agent理论和技术方法研发了农户农作物选择决策模拟模型，科学揭示微观主体土地利用行为与宏观农业景观格局之间的互动机理。项目取得的主要成果如下：（1）收集、整理和建立了一套研究区域基础地理数据、遥感数据、气象观测数据、社会经济数据和农户调查数据。（2）利用农户调查数据系统分析了农作物时空格局动态变化特征：研究区土地流转普遍发生，户均土地面积由1980年代初期的1.3公顷增加至2010年代初期的2.6公顷；作物选择表现出多样性减少，以及主导性增加的趋势；灌溉条件格局与河流的分布极为相关，而农资投入、土地流转、以及作物选择的空间的格局与道路通达性相关。（3）利用“农户态度得分”分析了农户农作物选择决策的驱动机制：各因子的得分进行累加并排序直观判断各因子对土地流转与作物选择的影响程度；利用二元logit回归模型定量表达农户态度与其真实决策之间的统计关系。结果表明大多数被农户认为重要的因子对其真实的行为产生了影响。其中，内部因素是影响土地流转的重要因素，而作物选择主要受外部因素的影响。（4）提出了基于农户Agent的农作物选择决策模拟模型框架，将农户态度作为影响决策行为的关键驱动机制；模型包括Agent生成模块、分类模块、以及决策模块3个子模块，利用MATLAB编程技术实现模型构建。（5）将空间耕地网格作为个体Agent进行模型模拟，2010年与2015年土地流转率分别为51.85%与58.90%，模拟结果与时空特征分析结果基本保持一致；研究区2010年玉米、水稻、大豆、烤烟的模拟结果分别为26055.9、3506.75、5192.2、3983.85（公顷），模型总体模拟精度达90%以上。（6）利用模型进一步分析了农户对环境变化的感知及其种植行为适应分析，结果表明：个体农户大多能够对所处环境变化进行正确感知，并根据自身感知进行了农作物种植结构调整或作物播种期/收获期调整，以适应这种环境变化。（7）项目共发表了28篇论文，其中：SCI论文12篇、EI论文2篇、国内核心期刊论文14篇；获得国家科学技术进步二等奖1项；获得计算机软件著作权3项；培养博士后1名、博士研究生5名、硕士研究生2名。