中国优质耕地被建设用地扩张优先占用的时空动态及其对粮食生产潜力的影响

《Land Use Policy》：Spatiotemporal dynamics of preferential occupation of high-quality cropland by construction land expansion in china and its implications for food production potential

　　

双庆生|宋伟|邓向正

中国科学院地理科学与自然资源研究所陆地表面格局与模拟重点实验室，北京100101，中国

摘要

全球粮食安全日益受到人口增长、耕地减少和快速城市化等问题的挑战，其中建设用地扩张及其对优质耕地的占用已成为影响粮食生产潜力的关键因素。然而，现有研究主要集中在耕地数量的变化上，对优质耕地被选择性占用的情况及其对粮食安全的影响关注较少。为了弥补这一空白，本研究基于中国土地覆盖数据集（CLCD）和农田生产潜力数据，开发了一个“建设用地扩张对优质耕地选择性占用倾向指标”（ITPO），该指标能够定量评估城市扩张对耕地质量结构的选择性影响，希望能为“土地利用与粮食安全”之间的关系提供新的见解。研究结果发现：（1）建设用地扩张所占用的耕地呈现出从东部沿海地区向内陆地区扩散的明显空间格局。1985年至2020年间，新增建设用地中有85.93%来自耕地，其中55.8%为优质耕地；这种占用主要集中在京津冀、长江三角洲、珠江三角洲和成渝地区等主要城市聚集区；（2）优质耕地的选择性占用存在显著的空间和时间异质性，中国东部、东北部和中部地区的高强度占用现象持续存在，而西部地区在大多数时期也有相当比例的统计显著县（1991-2000年间约为55%）；（3）在研究期间，建设用地占用耕地的空间中心向西移动，ITPO的位移更为明显，表明对优质耕地的压力正在向西转移；（4）1985年至2020年间，建设用地扩张导致的粮食生产潜力累计损失估计为4.59×10^10公斤（占总耕地潜力的0.15%），其中2.69×10^10公斤为优质耕地。总体而言，尽管优质耕地被选择性占用的相对强度有所下降，但由于单位生产力较高和空间集中，其绝对损失仍然很大。通过将耕地质量结构纳入分析，本研究加深了对建设用地扩张与粮食安全之间关系的理解，为差异化的耕地保护和区域空间治理策略提供了定量证据。

引言

当前全球粮食安全面临着多重且相互交织的压力，包括人口增长、耕地减少和城市化加速，仍有约九分之一的人口面临粮食不安全问题（Alberti等人，2022年；Hinz等人，2020年；Li等人，2020年），这为实现可持续发展目标2（零饥饿）带来了巨大挑战（Yao等人，2023年；Zhang等人，2021年）。联合国统计数据显示，2020年有127个有粮食生产记录的国家中有81个国家的粮食安全状况恶化，表明全球粮食系统日益脆弱（Yao & Fan，2023年）。与此同时，尽管全球人口持续增长，但可耕地面积却在稳步减少（Foley等人，2011年；Li等人，2021年）。在这种背景下，人口增长与耕地资源收缩之间出现了结构性失衡。预计到2050年，全球人口将超过90亿，粮食需求将大幅增加（Filippini等人，2019年；Godfray等人，2010年；Graziuso等人，2022年；Kummu等人，2012年；Tilman等人，2011年）。

在这种多重压力下，由于城市化导致的建设用地扩张已成为耕地损失的主要驱动因素，通过“占用地”过程直接侵占农业生产空间，从而削弱了粮食生产潜力（Sheng等人，2025年）。现有研究表明，这一过程不仅减少了耕地数量，还可能导致生态系统服务的重大损失，使其成为全球土地系统变化研究中的关键问题（Agency，2006年；Sheng和Huang，2025b；Sheng和Huang，2025a）。

在欧洲和其他发达国家，相关研究较为成熟。相比之下，在城市化快速发展的发展中国家，建设用地对耕地的替代效应更为显著，土地使用冲突也更为严重（Agency，2006年；Sheng和Huang，2025b）。在中国，快速城市化进一步加剧了建设用地扩张与耕地保护之间的紧张关系（He等人，2017年；Jie，2007年；Tian等人，2022年；Wei和Deng，2017年）。特别是优质耕地，由于其优越的自然条件和较高的开发适宜性，往往与城市扩张区域重合，因此在扩张过程中更可能被优先占用（Qiu等人，2020a；Song等人，2015年），从而对粮食生产潜力产生更大影响（Wu等人，2018年；Wu等人，2022年）。然而，现有研究主要集中在耕地总损失及其与城市扩张的关联上，而对“优质耕地选择性占用”的系统识别和定量描述仍不够充分。

此外，尽管跨国证据证实了城市扩张对耕地损失的广泛影响，但各国在占用强度和空间布局方面存在显著差异（D'Amour等人，2017年；Seto等人，2011年）。发达国家通常经历了土地占用压力的下降（Bengston等人，2004年；Martellozzo等人，2018年），而发展中国家仍面临持续的农业用地转换和较高的占用压力（Bondarev等人，2019年；Emadodin等人，2012年；Sheng和Song，2026年；Sobhani等人，2021年）。这种差异引发了一个关键问题：在快速城市化的背景下，建设用地扩张是否表现出对耕地质量的选择性机制？

基于此背景，本研究旨在解决三个关键问题：（1）1985年至2020年间，中国建设用地扩张对耕地和优质耕地的时空占用模式如何演变？（2）是否存在优质耕地的选择性占用，其空间异质性如何？（3）这对粮食生产潜力有何影响？为了解决这些问题，我们在中国县级尺度上构建了一个“建设用地扩张对优质耕地选择性占用倾向指标”（ITPO）。通过引入“选择性占用”的概念，本研究将土地利用选择机制纳入分析框架，为耕地保护和区域空间治理提供了定量证据。

章节片段

核心概念定义

现有文献在涉及建设用地的关键术语使用上存在相当大的概念模糊性和不一致性。不透水面在遥感研究中被广泛用作代理指标，主要代表物理表面覆盖情况。虽然它能有效反映城市化程度，但无法区分具体的土地利用类型，因此不能直接反映耕地转换过程（Moisa等人，2025年）。城市发展区域...

研究区域概述

本研究聚焦于中国大陆（图2）。中国位于东亚，太平洋西岸，地形高度异质，从西向东呈三级阶梯状下降。山区、高原和丘陵约占国土面积的67%，平原和盆地占剩余的33%。中国气候类型多样，大多数地区受到...

研究方法

本研究的分析框架包括三个相互关联的组成部分（图3）。首先，基于1980年的耕地生产潜力数据和1985年至2020年每隔五年的CLCD土地覆盖数据集，提取了建设用地、耕地和耕地转换情况。随后识别出优质耕地，并对其空间模式和时空动态进行了分析，为量化选择性占用过程提供了基础。

新增建设用地中来自耕地的比例下降

1985年至2020年间，中国新增建设用地的累计面积为127,800平方公里，其中110,271平方公里来自耕地，占比86.28%（图4；表S1）。这表明耕地一直是建设用地扩张的主要来源。然而，其贡献率呈显著下降趋势，从1985-1990年的95.9%降至2016-2020年的77.3%，总体减少了约1.2倍。

建设用地对优质耕地选择性占用的时空动态

1985年至2020年的35年间，中国建设用地累计扩张了127,800平方公里，其中约86.28%（110,271平方公里）来自耕地转换。作为参考，这一转换后的耕地面积相当于希腊、尼加拉瓜或保加利亚的国土面积。其中，61,523平方公里为优质耕地，占转换面积的一半以上，大致相当于克罗地亚的国土面积。

根据ITPO指标（图8；图9）...

结论

本研究构建了一个县级的“建设用地扩张对优质耕地选择性占用倾向指标”（ITPH）。同时系统地分析了1985年至2020年中国耕地占用的时空动态及其对粮食生产潜力的影响。结果表明，ITPH总体呈下降趋势，但地区间差异仍然明显。中国西部的县表现出更高和更...

CRediT作者贡献声明

双庆生：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、方法论、调查、正式分析、数据管理、概念化。宋伟：撰写——审稿与编辑、方法论、调查、资金获取、概念化。邓向正：验证、监督、资金获取。

资金支持

本研究得到了国家自然科学基金（批准号：42071233）的支持。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。