一、基本信息
标题：中国建设用地扩张对优质耕地偏好占用的时空动态及其对粮食生产潜力的影响 Spatiotemporal dynamics of preferential occupation of high-quality cropland by construction land expansion in China and its implications for food production potential
发表时间：2026-06-02（网络首发）
作者：Shuangqing Sheng、Wei Song、Xiangzheng Deng
作者机构：
1. 中国科学院地理科学与资源研究所陆地表层格局与模拟重点实验室
2. 中国农业大学土地科学与技术学院
3. 北京工商大学
4. 中国科学院大学资源与环境学院
期刊：Land Use Policy
DOI：https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2026.108143
二、摘要
人口增长、耕地减少与快速城镇化正共同挤压全球粮食安全，其中建设用地扩张对优质耕地的占用是影响粮食生产潜力的关键一环。既有研究大多只盯着耕地数量的变化，很少追问建设用地是否在"挑好地占 来自耕地，被占耕地中 55.8% 是优质耕地，占用集中在京津冀、长三角、珠三角与成渝等城市群；其二，偏好占用存在显著的时空异质性，东部、东北与中部长期维持高强度集聚，西部则在多数时段保持接近 60% 的显著县占比；其三，被占耕地（CLOC）与 ITPO 的空间重心在研究期内双双西移，且 ITPO 的位移更大，意味着优质耕地承受的压力正在向西再分配；其四，1985—2020年建设用地扩张造成的粮食生产潜力累计损失约 4.59×10^10 kg（占耕地总潜力的 0.15%），其中优质耕地贡献 2.69×10^10 kg（0.09%）。总体上，偏好占用的相对强度虽随时间下降，但由于优质耕地单位产能更高、空间上更集中，其绝对损失依然可观。
三、引言
研究背景
全球粮食安全正承受多重叠加压力：约每九人中仍有一人处于粮食不安全状态；联合国统计显示，2020年有粮食产量记录的 127 个国家中，81 个国家的粮食安全状况恶化。与此同时，人口仍在增长而耕地面积持续萎缩，预计到 2050年全球人口将超过 90 亿、粮食需求大幅上升。城镇化带来的建设用地扩张已成为耕地流失的主导驱动力，它通过"占地"过程直接侵蚀农业生产空间。
中国的矛盾更为尖锐。作为世界最大的发展中国家与主要粮食生产国之一，中国以不到全球 9% 的耕地支撑近 20% 的全球粮食产量，而人均耕地仅约 0.1 ha，远低于全球平均水平。更关键的是，优质耕地天然条件好、开发适宜性高，在空间上往往与城市扩张带高度重合，因而更容易在扩张中被优先占用，对粮食生产潜力的冲击也更大。
本文的研究目标与创新点
已有研究大多聚焦耕地总量流失与城市扩张的关联，对"是否存在优质耕地的选择性占用"缺乏系统识别与定量刻画；跨国证据虽已确认城市扩张对耕地流失的普遍影响，但各国在占用强度与空间格局上差异显著——发达国家的占地压力总体下降，发展中国家则仍以农地转换为主、占用压力居高不下。这引出一个关键问题：在快速城镇化背景下，建设用地扩张对耕地质量是否存在结构性的选择机制？
本研究因此提出三个问题：1985—2020年中国建设用地扩张占用耕地与优质耕地的时空格局如何演变？是否存在对优质耕地的偏好占用，其空间异质性怎样？这对粮食生产潜力意味着什么？
"偏好倾向"这一概念源自生态学与资源选择理论，用以描述个体或系统在多种备选资源中优先选择更高质量、更高回报者的倾向。本研究把它引入土地系统科学，将"偏好占用"定义为：土地利用主体在自然条件与社会经济需求的共同约束下，依据土地适宜性与利用效益，优先占用具有比较优势的土地资源。这一过程具有非随机性、可测度性与空间异质性，揭示的是人地耦合系统内部的结构性竞争。
四、研究方法
数据来源与类型
研究范围为中国大陆，以县级行政单元为基本分析单位——这一尺度与耕地管理和农业生产治理相匹配。按既有分类将全国划分为东部、中部、西部与东北四大区域。
土地覆被数据取自武汉大学发布的中国土地覆被数据集（CLCD），空间分辨率 30 m，覆盖 1985年与 1990—2020年逐年产品。该数据集在 Google Earth Engine 平台上整合了 335,709 景 Landsat 影像，用时空特征结合随机森林分类框架构建，并作了跨传感器定标：2013年之前用 Landsat 5 TM 与 Landsat 7 ETM+，之后用 Landsat 8 OLI。研究以不透水面作为建设用地的代理，涵盖居住、工业、交通及其他公共基础设施相关的不透水地表。选择不透水面而非行政或规划口径的城市边界，理由有二：不透水化通常意味着农业生产能力的不可逆丧失；除城市居住扩张外，工业发展与交通基础设施也是耕地流失的主要驱动。
耕地生产潜力数据取自中国科学院资源环境科学与数据中心，空间分辨率 1 km，基准年为 1980年。该数据用 FAO 与 IIASA 联合开发的全球农业生态区（GAEZ）模型估算，整合太阳辐射、温度、水分可得性、大气 CO2 浓度、土壤特性与地形条件等多重生物物理约束，逐级模拟农业气候潜力、农业生态潜力与农业经济潜力，覆盖小麦、玉米、水稻、大豆与甘薯等主要作物（合计约占作物总产量的 97.7%），并进一步纳入一年一熟、三年两熟、一年三熟等复种情景以得到综合生产潜力。
研究方法
优质耕地的识别：优质耕地定义为土壤条件良好、水热匹配、地形较平、粮食生产潜力高的耕地，操作上界定为同一县域内生产潜力相对较高的耕地像元。为保证全国可比、削弱自然禀赋异质性的干扰，采用县域相对评价框架：以 1980年粮食生产潜力为基准，计算各县均值 Pc，将像元潜力 Pc,i 归一化为 Pc,i / Pc；再把县域数据集镶嵌为全国栅格，把 1980年潜力数据重采样到 30 m，与 1985、1991、1996、2001、2006、2011、2016、2020年的 CLCD 数据叠加，超过归一化阈值的耕地像元识别为优质耕地。为保证时序可比，全程以 1980年潜力数据为归一化参照。
占用格局的刻画：用土地利用转移矩阵表征各地类之间的转换关系，提取耕地与优质耕地向建设用地的转换，再结合 GIS 空间叠加分析量化其时空动态。
偏好占用的度量：ITPO 用于检验建设用地扩张是否偏好占用优质耕地，而非按随机或等比例方式分配。其定义为
ITPO = PHce / PHwl，其中 PHce = CEhigh / CEwhole，PHwl = TChigh / TCwhole
PHce 为被占耕地中优质耕地的比重（CEhigh 为被占优质耕地面积，CEwhole 为被占耕地总面积），PHwl 为耕地系统中优质耕地的本底比重（TChigh 为优质耕地总面积，TCwhole 为耕地总面积）。ITPO ≥ 1 表示存在偏好占用倾向——即相对于优质耕地在耕地系统中的可得比例，建设用地扩张不成比例地占用了优质耕地，数值越大偏好越强；ITPO < 1 则表示无显著偏好，耕地转换大体与耕地质量分布成比例。
空间演化的验证：用标准差椭圆刻画空间中心性、离散程度与主导方向，并结合重心分析分别考察 CLOC 与 ITPO 的空间中心及其迁移轨迹。因 ITPO 已整合耕地质量与占用结构，其重心迁移可间接反映被偏好占用的优质耕地的空间移动。
生产潜力损失的核算：为剔除技术进步与时序不一致的干扰，以 1980年耕地生产潜力为基准。把各期耕地与优质耕地分布重采样到 1000 m 后叠加掩膜，得到分期的格网粮食生产潜力；每个格网代表 100 ha，故格网值（kg/ha）乘 100 转为 kg，加总得该期总潜力。1985—2020年的累计生产能力，用八个时点的均值乘以 35 年近似。损失核算则按 1985—1990、1991—1995、1996—2000、2001—2005、2006—2010、2011—2015、2016—2020 七个时段，把各期转为建设用地的耕地与优质耕地与 1980年基准潜力数据叠加，加总被占格网的潜在产量即得该期损失。
五、结果
结果1：86.28% 的新增建设用地来自耕地，但这个比例在下降
1985—2020年，中国新增建设用地累计 127,800 km2，其中 110,271 km2 来自耕地，占 86.28%——耕地始终是建设用地扩张的主要来源地。作者给出的参照是：这片被转换的耕地面积，相当于希腊、尼加拉瓜或保加利亚的国土面积。
但这一比例呈显著下降趋势：由 1985—1990年的 95.9% 降至 2016—2020年的 77.3%，整体降幅约 1.2 倍。建设用地扩张总量与耕地占用量的时序轨迹大体一致，均呈先升后降：扩张强度在 2006—2010年达到峰值，耕地转换比例则在 2011—2015年见顶，此后明显回落，2016—2020年降至最低。总体而言，建设用地扩张对耕地的依赖在减弱，但耕地仍是整个研究期内新增建设用地的首要来源。
结果2：被占耕地中 55.8% 是优质耕地，几十年纹丝不动
1985—2020年，被建设用地占用的耕地中优质耕地的比重保持相对稳定，在 55% 上下窄幅波动，均值 55.8%。这说明优质耕地在整个研究期内承受着持续而结构稳定的占用压力。
从量级看，耕地占用总量在 2006—2010年达峰（19,518 km2），优质耕地占用量则在 2011—2015年达到最大（11,771 km2），较前期显著上升。尽管 2016—2020年占用总规模大幅回落，优质耕地的占比仍维持在 54.8% 的高位。整个研究期累计被占耕地 110,271 km2，其中优质耕地 61,523 km2，超过总量的一半——大致相当于克罗地亚的国土面积（图 1）。
图 1 1985—2020年中国被建设用地占用的耕地与优质耕地面积变化。柱体与散点为各时段被占用的耕地（CLOC）与优质耕地（CLOHQC）面积（左轴，km2），红色三角连线为优质耕地占被占用耕地的比重（右轴，%）（原文图 5）
结果3：偏好占用先升后降，西部始终最高
县域尺度上，偏好占用呈现多区域并存、强度高度异质的空间格局。东部、中部与东北长期维持较高的 ITPO 水平，热点区相对稳定连续；西部的时序波动最为剧烈。总体上，ITPO 热点自东向西逐步扩散，而核心区始终集中在东部沿海、京津冀、东北平原与中部各省。
1985—1995年，ITPO 显著的县相对稀疏，主要集中在京津冀、东北、山西、江西与新疆的部分城市；1996—2015年，显著区域在全国范围内加密，西部尤为明显，云南、四川、贵州以及新疆天山南北坡增幅突出；2016—2020年显著区域略有收缩，但热点格局大体稳定（图 2）。
图 2 1985—2020年建设用地扩张对优质耕地偏好占用的空间格局。ITPO 度量建设用地扩张偏好占用优质耕地的程度，ITPO ≥ 1 表示存在显著偏好占用，< 1 表示无显著偏好（原文图 8）
时序上，县域偏好占用呈清晰的非线性轨迹——先升后降。各时段 ITPO 显著的县数依次为 827、991、1062、1076、1170、1183、1095 个，在 2011—2015年达到峰值（1183 个县），2016—2020年回落至 1095 个。分区域看，东部累计显著县数最多（2394），其次为中部（2300）、西部（1900）与东北（810）。结构性拐点的出现时间存在明显的区域分化：东部最早，出现在 1996—2000年；中部、西部与东北的拐点都落在 2011—2015年。
各区域显著县占比总体呈波动下行，但水平差异稳定：西部在多数时段接近 60%（1991—2000年为 55% 左右），中部稳定在 55% 上下，东部与东北平均在 50% 附近——东部在 1991—2000年短暂超过 50%，东北则在 2006—2015年越过这一水平（图 3）。
图 3 1985—2020年中国县域优质耕地偏好占用的时序与区域动态。(a) 各时段 ITPO 显著的县数；(b) 四大区域 ITPO 显著县的累计数；(c) 四大区域显著县数的逐期变化；(d) 四大区域显著县占比的逐期热力图（原文图 9）
结果4：占用重心持续西移，且 ITPO 比 CLOC 走得更远
1985—2020年，CLOC 与显著 ITPO 都呈东北—西南向的空间取向，且沿东西轴的扩展明显强于南北轴。标准差椭圆显示，X 轴标准距离持续增大，反映空间格局在经度方向上持续扩散；Y 轴标准距离先增后减，说明纬度方向经历了先扩张后收缩。旋转角与椭圆面积同样先升后降，呈现"扩散加剧—趋于稳定"的过程。2016—2020年的 X 轴标准距离与椭圆面积均显著大于 1985—1990年，长期空间扩展明显。ITPO 的空间扩展比 CLOC 更显著，西移趋势也更清晰。
重心迁移的结论一致：两者总体都在西移，但 ITPO 的位移远大于 CLOC。CLOC 的重心 1985—1995年由东部西移，2001—2020年只在中部小幅移动，空间流动性偏弱；ITPO 的重心波动则大得多——1985—1990年位于东部，1991—2000年明显移向中部，2001—2005年继续西移，2006—2015年回摆至中部，2016—2020年再度西移（图 4）。
图 4 1985—2020年 CLOC 与 ITPO 的空间分析。(a) CLOC 的标准差椭圆；(b) ITPO 的标准差椭圆；(c) 椭圆参数的逐期变化；(d) 两者重心的迁移轨迹（原文图 10）
结果5：35 年累计损失 4.59×10^10 kg 粮食生产潜力
1985—2020年，耕地生产潜力与优质耕地生产潜力双双下降。优质耕地在总生产潜力中的占比由 1985年的 0.678 缓升至 2016年的 0.700，随后在 2020年跌至 0.621，提示后期优质耕地的脆弱性上升。以八个时点的均值乘以 35 年估算，耕地生产潜力累计约 3.14×10^13 kg，优质耕地约 2.13×10^13 kg，占 67.8%。
损失方面，各期耕地生产潜力损失均在数十亿千克量级，其中优质耕地所占份额由 1985—1990年的 59.2% 略降至 2016—2020年的 57.5%。整个研究期，建设用地扩张造成的耕地生产潜力累计损失为 4.59×10^10 kg，相当于耕地总生产潜力的 0.15%；其中优质耕地贡献 2.69×10^10 kg，相当于耕地总潜力的 0.09%、优质耕地自身潜力的 0.13%。
若换用生产潜力口径的偏好指标（ITPO–PCL，即优质耕地潜力损失与耕地潜力损失总量之比），其值在整个研究期始终小于 1 且稳步下降，由 0.874 降至 0.821——说明从生产潜力的角度看，偏好占用并不构成结构性主导（图 5）。
图 5 1985—2020年中国建设用地扩张下耕地与优质耕地的潜在粮食产量及其损失动态。(a) 耕地（PCY-C）与优质耕地（PCY-HQC）潜在产量的时序变化；(b) 耕地占用（PCL-CLOC）与优质耕地占用（PHQCL-CLOHQC）导致的潜力损失；(c) 生产潜力口径下的偏好占用指标 ITPO-PCL（原文图 11）
这里出现了本研究最值得玩味的一处结构性错位：相对偏好并不占主导（ITPO–PCL 始终小于 1 且在下降），但绝对损失中优质耕地始终占大头（超过一半）。作者的解释是，生产潜力损失由扩张规模与优质耕地本身更高的单位产能共同驱动，而不只取决于偏好占用的强度——鉴于优质耕地单位产能高、空间上高度集中，即便偏好占用过程并未加速，长时间尺度上仍会累积出可观的损失。因此，评估城市扩张对粮食安全的影响，不能只看比例型指标，否则会低估系统性风险。
六、结论
本研究构建了县域尺度的优质耕地偏好占用倾向指数（ITPO），系统考察了 1985—2020年中国耕地占用的时空动态及其带来的粮食生产潜力损失。结果表明，ITPO 总体呈下降趋势，但区域差异显著且持续存在——西部县域的 ITPO 值更高、显著频次更密，优质耕地承压最重；研究期内 CLOC 与 ITPO 的空间重心双双西移，且 ITPO 的位移更大，说明对优质耕地的竞争正在发生空间上的再配置。粮食生产潜力方面，建设用地扩张造成的累计损失约 4.59×10^10 kg，其中优质耕地 2.69×10^10 kg（占耕地总生产潜力的 0.09%）。偏好占用强度虽随时间下降，但优质耕地的高产能与空间集聚意味着其绝对损失依然可观，并持续对国家粮食生产能力构成压力。
这些发现意味着，建设用地扩张对粮食安全的影响不仅体现为耕地数量的减少，更体现为耕地质量结构的重组：建设用地扩张不是随机过程，而是系统性地倾向于占用更高质量的耕地。据此，作者提出的治理方向可归为四条：强化优质耕地的空间差异化保护，以 CLOC 与 ITPO 识别的高风险区优先实行严格的建设用地管控，避免"一刀切"的统一监管；把建设用地扩张管控与耕地质量治理更好地衔接，将耕地质量纳入国土空间规划、土地配置与开发审批的关键约束，从数量管控转向数量—质量协同治理；重视占用压力的空间重构，针对中西部承压上升的态势，优先推动存量建设用地的集约利用与低效用地再开发，避免复制东部曾经的优质耕地流失路径；把占用结构与生产潜力损失合并考量，而非只依赖比例型指标。未来的土地利用治理应超越单纯的数量管控，把耕地的质量与结构放到更优先的位置，并将偏好占用机制纳入土地利用模拟、预测与空间调控框架。
Sheng, S., Song, W., & Deng, X. (2026). Spatiotemporal dynamics of preferential occupation of high-quality cropland by construction land expansion in China and its implications for food production potential. Land Use Policy, 169, 108143.
