耕地是土地的精华,是保障我国粮食安全非常重要的农业生产资料和物质基础。在我国社会经济发展、城镇化和人口增长的过程中,耕地数量不断减少、质量不断降低、生态遭到破坏,耕地后备资源严重不足,耕地系统安全遭受严重威胁。耕地系统安全包括数量安全、质量安全和生态安全三方面,其中数量是基础,足够数量的耕地才能满足我国13亿人口的巨大需求;质量是根本,有质量的耕地才能提供各类安全的农产品;生态是保障,处于良好生态环境中的耕地才能维持耕地质量。只有当三者同时达到安全状态,耕地才是安全状态。从系统角度综合考虑耕地保护,比单一的耕地数量或质量保护具有更重要的意义。鉴于此,本文结合耕地数量、质量、生态“三位一体”思想,开展耕地系统安全变化和格局优化研究,以鹰潭市为研究区域,应用空间分析、空间回归、神经网络和元胞自动机等方法,对鹰潭市耕地系统安全演化趋势、驱动机理、耕地系统安全空间格局预测和优化等进行系列研究,达到土地资源空间优化配置,提高耕地系统安全性和稳定性的目的,对制定耕地保护对策,促进土地资源可持续利用具有重要意义。研究取得主要成果如下:(1)1995-2015年耕地系统安全评价与变化研究中,考虑耕地数量、质量、生态安全的离散情况,运用改进TOPSIS方法进行安全评价表明:耕地数量和生态安全均先经历急速降低后缓慢变化的过程,耕地质量安全因基础设施的改善整体呈缓慢上升趋势,综合后耕地系统安全表现为先急速下降后缓慢上升。其中:1995年鹰潭市耕地系统安全临界状态占耕地面积的91.32%,到2005年降到48.96%,但危险耕地增加到37.55%,主要分布在中北部主要中心城镇建设区域,2015年高、低等级耕地面积均减少,趋向中间水平,临界状态耕地增加至60.72%。从县域看,贵溪市呈小幅变化,月湖区和余江县较不稳定,先急速下降后小幅下降。空间变化上,热点分析和稳定性分析表明耕地系统安全空间自相关性逐渐增强,低值区域从中部不断向西部扩大范围延伸,高值区域集中分布在人为影响较小的南北部山地区域。稳定性高的耕地由零散分布在东、西部,成多个核状中心布局到集中分布在中东部和西北部,多中心镶嵌分布。(2)1995-2015年耕地系统安全变化驱动研究中,利用空间回归模型从自然、社会经济、区位和政策4方面的26个因子中研究耕地系统安全变化驱动力。对比1995-2005年和2005-2015年两个时期,不变耕地中,自然因子的影响程度越来越弱;社会经济因子中耕地投入环境负荷影响趋势加大,其他社会经济因子影响程度有减弱趋势;区位因素影响由不显著到显著,但整体影响程度偏弱;政策因素影响由不显著到显著,且影响程度较大。要提升不变耕地中耕地系统安全,要提倡科学耕种,合理施肥打药,提升产能的同时不能破坏耕地生态系统安全,控制工业污染,同时政策上要加大农业投入和环境治理的投入。增加耕地中,自然因素的限制越来越明显,社会经济因素影响较大,区位因素影响下降。要提升增加耕地耕地系统安全水平,更多地要从耕地自然条件和耕作基础设施条件上进行改善,同时要加大资金和技术投入。减少耕地系统安全的变化主要指空间位置上耕地变为非耕地,主要因社会经济发展和人口增长对用地需要,及耕地的自然区位条件,影响耕地的减少。要减少对耕地的占用,应加强存量建设用地的高效利用,提升建设用地的集约度,杜绝粗放、闲置利用行为,严格执行耕地保护措施。(3)利用ANN-CA模型预测鹰潭市2025年耕地系统安全格局。预测结果中不变耕地中耕地系统安全等级稳定性增强,原有高等级部分降低,而较低等级总体呈上升趋势,最终耕地系统安全表现为升高趋势,较2015年有所改善。鹰潭市未来建设占用仍是耕地减少的主要原因,而南北部林地是维持耕地占补平衡的主要来源。在空间布局上,耕地破碎度降低,集中连片性更强。但在维持耕地系统安全稳定的同时,挤占了其他生态空间,导致区域生态系统服务价值降低,易引发土地退化等问题。在未来的发展中,加大农业投入,通过土地整治等技术措施增加耕地,严格审理建设占用耕地行为,合理规划建设用地,提高建设用地的集约节约利用水平,在不打破区域生态平衡的前提下维持耕地系统安全稳定提升发展。(4)通过ArcGIS和MATLAB平台,建立耕地系统安全格局优化模型(Cultivated Land System Security Pattern Optimitation Model,简称 CLSSPOM),以土地利用适宜性、土地利用空间兼容性、土地利用优先性和耕地系统安全总体控制构成的优化规则,并以用地变化率进行数量控制,在草地、水域和未利用地不参与优化的前提下优化鹰潭市耕地系统安全格局。优化后耕地和林地面积减少,建设用地面积增加。南北山地丘陵区域耕种条件相对恶劣的坡耕地优化为林地;位于中心城镇建设用地群周边、耕作环境遭人为负面影响较大、耕地系统安全水平低下,能更好地发挥用地经济效益的耕地优化为建设用地;位于樟坪乡和塘湾镇耕地集中连片区域周边的低效林地优化为耕地。优化后的耕地系统安全等级中,中上等耕地面积增加,低等耕地面积降低,整体耕地系统安全水平得到提升,同时达到土地资源优化配置和提升耕地系统安全的目的。在鹰潭市土地利用中,要处理好南北丘陵山地区域耕作区域和生态林地的边界划分,保护中心城镇建设用地周边耕地的耕作环境,防止耕地系统安全降低和流失耕地。(5)根据耕地系统安全及其稳定性划分耕地系统安全核心保护区、适度保护区、适度改良区、综合改良区,不同保护区施加不同保护模式,并应加大经济投入,加强土地管理,完善土地政策法规,提高人们耕地保护意识,协调耕地与建设、生态空间,改善耕地质量安全和生态安全,提升耕地系统安全性和稳定性,促进区域可持续发展。本研究主要的创新有:(1)从耕地数量、质量、生态“三位一体”的角度进行耕地系统安全研究,从重耕地数量到耕地数量、质量、生态均重要;(2)通过MATLAB编程构建耕地系统安全格局优化模型,融入耕地系统安全总体控制的约束条件,同时实现了土地资源数量结构和空间格局优化,提升耕地系统安全的目的。