休耕是保护和修复耕地生态环境、维持和提升耕地地力、调整农业结构的一种耕作方式。长期以来,在世界第一人口大国和粮食安全的“双重高压”下,我国耕地资源开发利用强度过大,严重制约着耕地的可持续利用和农业的可持续发展。尽管中国历史上建立了一套用地养地相结合的耕作制度,但现代休耕制度的建设起步较晚,休耕的许多问题亟待深入研究。近年来,我国农业资源环境透支严重、粮食供需结构性矛盾突出,以及农业供给侧结构性改革和生态文明建设对耕地利用与保护提出了新要求。在此背景下,党的十八届五中全会首次提出“探索实行耕地轮作休耕制度试点”的重大决策部署。习近平总书记在《关于〈中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议〉的说明》中指出,“在部分地区实行耕地轮作休耕,既有利于耕地休养生息和农业可持续发展,又有利于平衡粮食供求矛盾、稳定农民收入、减轻财政压力”,同时指出“要以保障国家粮食安全和不影响农民收入为前提”。2016年6月,农业部等十部委联合印发《探索实行耕地轮作休耕制度试点方案》,中国正式开启耕地休耕制度的探索和建设,并于当年在全国开展休耕试点7.73×10~4 hm~2(116万亩)。石漠化区的云南省砚山县是国家首批休耕制度试点县,2016年休耕试点面积666.67hm~2(1万亩),2017年增至1333.33 hm~2(2万亩),云南省则增至13333.33 hm~2(20万亩)。随着石漠化区休耕试点工作走向深入,对于选择哪些耕地进行休耕、如何确定休耕规模、如何分区分类实施休耕等一系列理论和实践问题的研究和解决变得日益迫切。石漠化区是我国典型的生态脆弱区,也是我国重要的生态屏障。该区生态保护和粮食保障矛盾突出,耕地长期处于高强度、超负荷利用状态,得不到休养生息,且已有的石漠化治理措施并未有效降低耕地利用强度,因此,石漠化区传统的耕地利用方式和治理方式未能从根本上实现耕地保护转型。休耕使耕地暂时退出生产领域,进行积极的休养生息,休耕结束后重新投入生产,是实现“藏粮于地”战略的重要手段,是维持石漠化区生态安全和粮食保障的平衡点。当前,我国休耕实行的是“中央统筹、省级负责、县级实施”的工作机制。但由于县级尺度研究的不足,给“县级实施”的休耕机制造成很多障碍,石漠化区在“县级实施”的过程中就暴露出休耕耕地选择的科学性、休耕规模的确定性、休耕政策的精准性不足等问题。同时,国家明确实行休耕要以保障国家粮食安全和不影响农民收入为前提。因此,休耕既要以生态安全、保护和修复耕地生态为前提,又不能威胁区域粮食保障。本研究以石漠化区国家休耕制度试点县——砚山县为研究区域,以生态安全为视角,对砚山县25°以下的耕地地块进行休耕迫切度评价,以明确每块耕地休耕迫切情况;进而构建休耕规模预测模型,预测粮食保障约束下研究区2020年的休耕规模;最后将基于生态安全的休耕迫切度和基于粮食保障的休耕规模进行统一,从乡镇和村两个层面进行休耕空间分区,实现对砚山县休耕区域空间的优化,为石漠化区休耕试点和制定休耕规划计划提供决策参考。本文的主要内容与研究结论如下:(1)以生态安全为视角,基于脆弱性域图(Vulnerability Scoping Diagram,VSD)和压力—状态—响应(Pressure—State—Response,PSR)评价模型,从生态脆弱性和人地协调性两个维度,从暴露度(E)、敏感度(S)、耕地压力(P)和休耕响应(R)四个方面构建砚山县耕地休耕迫切度评价指标体系,建立综合评价模型,依托ArcGIS平台,对砚山县25°以下的36806个耕地图斑进行休耕迫切度测算,并根据测算结果按照自然间断点分级法分为5个等级。其中,综合得分在0.1966~0.2905为“不迫切”等级,面积9188.77 hm~2,占耕地总面积的6.96%,图斑5818个,占图斑总个数的15.81%;综合得分在0.2905~0.3375为“一般迫切”等级,面积28725.13 hm~2,占耕地总面积的21.76%,图斑9713个,占图斑总个数的26.39%;综合得分在0.3375~0.3830为“比较迫切”等级,面积48786.89 hm~2,占耕地总面积的36.95%,图斑10406个,占图斑总个数的28.27%;综合得分在0.3830~0.4333为“非常迫切”等级,面积36456.37 hm~2,占耕地总面积的27.61%,图斑7763个,占图斑总个数的21.09%;综合得分在0.4333~0.6214为“极度迫切”等级,面积8862.34 hm~2,占耕地总面积的6.71%,图斑3106个,占图斑总个数的8.44%。结果表明,比较迫切、非常迫切和极度迫切三个等级共计94105.60 hm~2,占全县耕地面积比重达71.28%。因此,砚山县耕地生态状况相对而言较为严峻,休耕迫切性较强,且应首先休耕生态脆弱、耕地本底条件差的耕地,同时兼顾农户休耕响应等社会经济因素。耕地休耕迫切度评价能有效提高休耕地选择的客观性。(2)以县域粮食保障为约束,综合考虑人口数量、粮食单产、复种指数、粮播比、粮食自给率、人均粮食需求量等因素,构建研究区目标年耕地保有量预测模型和休耕规模预测模型。根据时间序列数据,运用GM(1,1)灰色模型和5种线性回归模型(指数回归、一次线性回归、对数回归、二次多项式回归和幂回归)分别对研究区目标年人口数量、粮食单产、复种指数和粮播比进行预测,结果分别为514882人、3988.20kg/hm~2、234.83%和43.00%;结合已有研究成果,对粮食自给率设置低自给率(80%)、中自给率(90%)和高自给率(100%)3档,对人均粮食需求量设置低需求(500 kg/人)、中需求(550 kg/人)和高需求(600 kg/人)3档,得到9种情景下研究区目标年的耕地保有量和可休耕规模,其中,低自给率、低人均粮食需求情景下可休耕规模为80878.57 hm~2,占全县耕地面积的61.26%;高自给率、高人均粮食需求情景下可休耕规模为55308.09 hm~2,占全县耕地面积的41.89%。综合来看,研究区可休耕规模为55308.09 hm~2~80878.57 hm~2,占全县耕地总面积的41.89%~61.26%。因此,休耕试点不会对砚山县粮食保障造成大的冲击,在当前的国家试点规模外,砚山县亦可安排较大规模的自主休耕。此外,结合耕地休耕迫切度,可得到各乡镇(村)的可休耕规模。休耕规模研究打破了休耕指标自上而下单向传递的局限性。(3)考虑在高粮食自给率、高人均粮食需求情景下,将基于生态安全的休耕迫切度和基于粮食保障的休耕规模进行统一,以乡镇和村为单元进行休耕区域空间分区,实现休耕区域空间优化。发展出综合休耕指数(Comprehensive fallow index,CFI)概念,建立综合休耕指数计算模型,通过乡镇(村)休耕迫切度总和、乡镇(村)可休耕面积、乡镇(村)可休耕面积占辖区耕地面积比重3个指标,根据综合休耕指数将研究区划分为优先休耕区、重点休耕区、有条件休耕区、后备休耕区和不休耕区5种类型,针对不同的类型提出差异化的休耕策略。(1)在乡镇尺度,优先休耕区只有维摩乡,重点休耕区包括平远镇、阿猛镇和阿舍乡,有条件休耕区包括八嘎乡、蚌峨乡和稼依镇,后备休耕区包括者腊乡、干河乡、盘龙乡和江那镇。(2)在村级尺度,优先休耕区包括2个村,重点休耕区包括12个村,有条件休耕区包括41个村(社区),后备休耕区包括35个村(社区),不休耕区包括8个村(社区)。通过将砚山县2016、2017年休耕试点区域与研究结果进行对比检验,两者有较好的一致性,研究结果可为砚山县休耕规划计划的制订提供决策参考,可为县域实施分区分类休耕、实现精准管理提供方案和策略,提高休耕的空间效率。综合上述研究,休耕迫切度评价、休耕规模预测、休耕区域空间分区是一个逻辑渐进的技术体系。论文的创新点:(1)基于生态安全视角评价了石漠化区地块尺度的耕地休耕迫切度,发展了石漠化区耕地生态安全评价方法,为石漠化区选择哪些耕地休耕、如何确定地块休耕次序提供了可行方法,有效避免了休耕耕地选择的主观性;(2)预测了不同粮食保障情景下的县域可休耕规模,结合休耕迫切度评价结果,反演出各乡镇和村的可休耕规模及其可休耕耕地的空间分布,实现了休耕规模“定量”与休耕耕地“定位”的统一,为进一步修正休耕空间布局提供了思路,为各乡镇和村进行休耕提供了规模依据和空间依据;(3)基于生态安全和粮食保障的双重约束,建立休耕区域空间分区规则,从乡镇和村两级尺度划分不同类型的休耕区域,提出了不同类型休耕区域的休耕策略,解决了休耕地块空间分布与休耕规模相脱离的问题,在一定程度上实现了县域范围内休耕区域的空间优化,为休耕空间分区,以及分区分类施策、实现精准管理提供了方法指引。总的来说,本研究在县域范围内为休耕耕地选择(在哪休耕及其次序)、休耕规模调控(休耕多少)、休耕分区布局(如何分区休耕)提供了可行的方法论,发展了休耕区域空间分区方法,丰富了土地利用分区理论,亦可为县域休耕规划计划的制定和实施提供决策参考。