城镇用地扩张与耕地功能演变的时空耦合机理研究——以武汉市为例

Urban expansion, farmland functions change and their interaction are the key points of international Land Change Science. It's urgent to scientifically understand the spatial-temporal coupling mechanism between urban expansion and farmland functions change. This is of great significance for the coordination of the conflicts between urban land expansion and farmland protection during the period of rapid urbanization. However, it is lack of in-depth study on the spatial-temporal patterns of farmland functions change and the interaction mechanism between farmland functions change and urban land expansion. In this project, we will take Wuhan city as the study area, fellow the logic thread such as "urban land expansion - farmland functions change - influence of stakeholder's cognitive of farmland functions - change of stakeholder's decision-making behavior - urban land expansion - …", on the basis of spatial-temporal patterns study on urban land expansion, take the evaluation and its specialization of farmland functions as the basement, employ spatial statistical methods to study the impact of urban expansion on farmland functions change, Case-Based Reasoning methods to study the impact of urban land expansion and farmland functions change on the stakeholders' cognitive of farmland functions change, employ Partitioned & Asynchronous Cellular Automata Model and Agent Based Model as the methods to analysis spatial-temporal coupling mechanism between urban land expansion and farmland functions change. This study will be helpful to disclosure the interaction mechanism between urban land expansion and farmland functions change and recognize the key process in the interaction mechanism. In general, this research will provide scientific evidence for rational allocation of regional land resources and its regulation.

城镇用地扩张与耕地功能演变及它们的相互作用是国际土地变化科学的研究重点，科学认识城镇用地扩张与耕地功能演变的时空耦合机理对协调我国城市扩张与耕地保护的矛盾具有重要意义。但耕地功能变化的时空格局及其与城镇用地扩张在空间上的相互作用机理目前缺乏深入的研究。本项目以武汉市为案例区，以"城镇用地扩张-耕地功能变化-利益主体耕地功能认知响应-利益主体决策行为改变-城镇用地扩张…"为逻辑主线，在武汉市城镇用地扩张时空规律研究的基础上，以耕地功能评价及其时空差异分析为基础，采用空间统计方法研究城镇用地扩张对耕地功能的影响，采用案例推理方法研究利益相关主体耕地功能认知对城镇用地扩张与耕地功能演变的响应机制，依托分区异步元胞自动机模型和多主体模型，解析城镇用地扩张与耕地功能演变的时空耦合机理。本研究有助于揭示城镇用地扩张与耕地功能演变的相互作用规律，辨识其关键作用过程，为区域土地资源的合理配置提供科学依据。

城镇用地扩张与耕地功能演变及它们之间的相互作用是国际土地利用变化科学的研究重点。但是耕地功能变化的时空格局及其与城镇用地扩张在空间上的相互作用机理目前缺乏深入的研究。本项目以武汉市为案例区，以“城市扩张-耕地功能变化-利益主体耕地功能认知响应-利益主体决策行为改变-城镇用地扩张…”为逻辑主线，开展城镇用地扩张与耕地功能演变时空耦合机理研究，以期为区域土地资源的合理配置和可持续利用提供科学依据。.本项目的主要研究内容有：（1）武汉市城镇建设用地扩张的时空特征与区域差异研究；（2）武汉市耕地功能评价及其时空分异规律研究；（3）武汉市城镇用地扩张对耕地功能的影响及利益主体耕地功能认知响应研究；（4）武汉市城镇用地扩张与耕地功能演变的时空耦合机理研究。.本项目主要取得了如下重要结果：（1）武汉市城镇建设用地扩张以外延式扩张为主要形式，占用了大量的耕地资源，城镇建设用地扩 - 张对耕地资源的侵占在中心城区周边表现得尤为明显；（2）武汉市耕地功能以生产功能为主，耕地生态功能较弱；从空间上看，耕地生产功能沿城乡梯度变强，而耕地生态功能沿城乡梯度呈现先增强再减弱的空间模式；（3）武汉市城镇用地扩张一方面使得耕地功能总量下降，另一方面将耕地生产功能和生态功能向远离城市的地区挤压，生态功能下降尤为明显；（4）城市扩张与耕地功能演变是一个连锁反应过程，两者通过土地利用行为主体的响应，可以形成反馈环。.本项目的关键数据主要有：（1）武汉市1990、1995、2000、2005、2010和2015年6期土地利用数据；（2）对应年份武汉市TM遥感影像数据；（3）武汉市各主体土地利用决策行为调查数据；（4）武汉市社会经济统计数据。.本项目的科学意义：厘清城镇建设用地扩张与耕地功能演变的时空耦合机理，从城镇建设用地扩张与耕地功能演变反馈环的角度解释区域土地利用变化，为区域土地资源的可持续利用提供科学依据。