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| 基于CA和NSGA-II模型耦合的关中地区农用地多目标布局优化 |
| Multi-objective spatial optimization of agricultural land allocation in the Guanzhong region based on coupled CA and NSGA-II models |
| 投稿时间：2025-12-29 修订日期：2026-04-01 |
| DOI： |
| 中文关键词: 耕地保护 多目标优化 三位一体 农用地配置 关中地区 |
| 英文关键词: cropland protection multi-objective optimization quantity–quality–ecology agricultural land allocation Guanzhong Region |
| 基金项目:业科技陕西省自然科学基础研究计划项目（2025JC-YBMS-289）；陕西省林创新重点专项（SXLK2023-02-15）；陕西省耕地保护监测监管工程技术创新中心科技创新开放基金（2025GDBHJCJG06） |
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| 中文摘要: |
| 针对关中地区耕地数量减少、质量下降及空间破碎化问题，本研究构建农用地空间布局优化模型，以实现耕地、园地、林地与草地的数量与空间协同优化。在30 m栅格尺度下开展宜耕性评价，并将其引入元胞自动机（CA）模型生成空间可行解集，再结合非支配排序遗传算法（NSGA-II），以最大化耕地宜耕性、最小化耕地坡度和最大化耕地空间聚集度为目标，同时纳入数量守恒、坡度限制与生态红线等约束条件，实现农用地多地类协同优化。结果表明：宜耕性评价显示，Ⅰ、Ⅱ级高适宜性农用地占59.34%，主要集中于渭河冲积平原，但存在5 821.52 km2的非耕农用地挤占优质耕地资源。优化后，高适宜性耕地净增357.43 km2，坡度≤15°耕地净增810.98 km2，而坡度>25°的陡坡耕地实现全面退出并转为生态用地，形成“耕地下坡、园林草地上坡”的空间格局。耕地聚集度由0.786提升至0.851，破碎化问题得到有效缓解，形成更加规整、连片的耕地布局。该模型突破了传统“占优补劣”模式，引入非耕地适宜性评价与空间约束机制，实现了数量、质量与空间格局的协同优化，兼顾了政策约束、资源条件与生态需求，为资源约束型区域的土地利用优化与可持续发展提供了有力支持。本研究构建的模型具有良好的优化效果，为耕地保护向“数量-质量-生态”三位一体的转型提供可行路径，并为资源约束型农业区的粮食安全与生态安全的协同管理提供了有力的方法支撑。 |
| 英文摘要: |
| 创新点1：传统研究往往侧重于现有耕地数量的维持，容易导致“占优补劣”，即优质耕地被占用，而不适宜的土地被补充。本研究突破这一局限，提出了以园地、林地与草地为新评价对象的框架，量化了这些非耕地资源转化为耕地的适宜性差异，为“进出平衡”政策提供了科学依据，避免了低适宜性区域的盲目开垦。
创新点2：在面对大规模栅格数据时，传统的多目标优化方法（如单独使用NSGA-II）面临较大计算压力与搜索盲目性。本文创新地提出了“先约束、后权衡”的优化策略。首先，通过元胞自动机（CA）生成符合自然条件和政策约束的空间可行解集，缩小了搜索范围，再进行NSGA-II的多目标优化，提升了计算效率。这种优化流程不仅在数学上实现最优，还增强了结果的地理空间合理性和政策可解释性，使得优化结果既符合自然规律，也契合政策目标，具有更高的实践指导意义。
创新点3：许多土地利用优化模型得出的结果常呈现零散的格局，难以实施。本文引入了聚集度指数（AI），作为耕地形态管控的重要约束条件，避免了传统模型结果的碎片化问题。优化后的耕地形成了更加“集中连片”的空间格局，直接响应了高标准农田建设与农业机械化对土地规模与完整性的要求。 |
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