引言：我国耕地资源总量大，但人均耕地少，质量不高。近几年，土地资源的供需矛盾加剧，粮食安全问题更加突出。为了保护有限的土地资源，实现土地资源的可持续利用，必须实施耕地保护和土地利用优化管理。通过优化土地利用结构和布局，实现土地资源的可持续发展。本文在对耕地保护与土地利用优化相关研究文献调研基础上，运用系统分析法和相关模型研究方法对耕地保护与土地利用优化进行分析和研究，提出相应的解决策略和方法。

一、土地利用与耕地保护的关系

1.1 土地利用的概念与特点

土地利用是指在一定的时间和空间内，依据土地的自然属性和社会属性，按照特定的目的和要求，将土地利用对象通过物理变化、化学变化和生物变化，合理地调整土地资源利用结构、空间布局、时序安排和利用方式，实现对土地资源的高效利用。我国目前所说的土地利用是指以一定地域范围为载体的人类经济活动与自然过程之间相互作用、相互制约、相互影响，最终实现土地资源合理利用的过程。

1.2 耕地保护的重要性和现状

从我国的耕地保护现状来看，其对我国经济发展、社会稳定等方面具有非常重要的意义。但是由于各种原因，我国目前的耕地保护工作还存在一定的问题，主要表现在以下几个方面：1.耕地资源分布不合理。从全国范围来看，耕地资源分布不合理现象普遍存在。许多地区由于经济发展缓慢、人口增长过快等原因，导致耕地资源日益减少，对我国的粮食安全造成一定威胁2.耕地利用效率低。由于我国人口众多，人均土地少，耕地资源相对不足。

二、构建耕地保护土地利用的优化模型

2.1 优化模型的基本原理

以耕地保护为目标，根据当地的自然条件、社会经济等条件，结合实际情况，利用数学的方法进行规划，建立一个数学模型。将模型中的约束条件以及目标函数设定为约束条件。在数学模型中，变量控制为目标函数，约束条件为土地利用结构和土地利用变化趋势的限制。模型的目标函数设定为：式中，Y表示耕地保护目标函数；X表示耕地保护约束条件；W表示耕地保护目标值；E表示耕地保护约束概率；C表示耕地保护目标值的模拟值；G表示模拟值与实际值之差的范围；K表示约束系数。通过对模型进行优化，可以得到各年土地利用结构和耕地保护目标下的最优方案。

2.2 模型变量和约束条件的选取

本模型的变量和约束条件主要包括：（1）经济变量。本文以我国的国民经济总量为参考值，同时考虑到我国各地区之间的差异性，把各地区的 GDP作为经济变量来进行分析；（2）耕地保护约束条件。本文主要对耕地保护约束条件进行分析，分别从耕地占用和建设用地占用两方面进行分析，在此基础上提出耕地保护约束条件。在研究中，耕地生态约束条件是指在耕地利用过程中，耕地的质量会受到一定的影响，为了确保耕地质量不下降，本文将其作为生态约束条件。

三、耕地保护土地利用优化模型的应用研究

3.1 数据来源和处理方法

数据来源主要包括：土地利用变更调查数据、耕地保护相关规划、统计年鉴等。基于 GIS技术对研究区进行空间数据处理，主要包括栅格数据处理、栅格到矢量的转换等。数据处理主要包括：栅格数据处理、栅格图层属性与属性值的转换、栅格图层栅格坐标与空间坐标的转换、栅格空间属性与矢量空间属性的转换等。在上述的数据处理过程中，我们需要利用 Arcgis软件对模型所需的图形进行制作，然后利用 ArcGIS中的 Fragstats模块对图形进行计算，并输出相应的图件。

3.2 案例分析

为了使土地利用的规划方案能够满足耕地保护的要求，笔者在此以江苏省南京市为例，进行了土地利用的规划优化。根据江苏省土地利用总体规划（2006-2020）中制定的耕地保护目标，基于 GIS技术进行耕地保护决策支持系统（ARDCOMM）中的模型优化结果。ARDCOMM的核心模块是模拟过程，模型能够输出模拟结果。由于土地利用优化的目标是满足耕地保护要求，所以其输出的结果必须是经过 GIS进行处理后的结果。

3.3 结果和讨论

为了验证耕地保护土地利用优化模型的有效性，将其应用于南京市江宁区的土地利用优化问题中。首先，使用 ArcGIS软件进行空间分析，得到江宁区的耕地资源利用分布情况。其次，利用模拟退火算法得到耕地保护的最优方案，并与原有的耕地保护方案进行对比，结果表明该优化模型能有效地优化土地利用结构，以提高土地资源的利用率。最后，对优化结果进行了对比分析。根据不同情景下耕地保护数量、质量、生态的变化情况。江宁区在耕地保护数量上取得了一定程度的提高，在耕地质量和生态上也有较大幅度地提高。

四、模型的评价和改进

4.1 评价指标的选取和计算方法

根据以上模型及优化的结果，选取了2个耕地保护评价指标：土地利用综合效益、土地利用可持续性。在应用过程中，这2个指标可以同时应用，也可以单独应用。根据这2个指标的计算方法，可以把土地利用综合效益划分为3类：高效利用耕地的效益、高生态环境效益的耕地效益和低生态环境效益的耕地效益。高效利用耕地的效益又可以进一步划分为5类：高效利用农用地的经济效益、高效利用建设用地的经济效益、高生态环境效益、低生态环境效益和低生态环境效应；高生态环境效益又可以进一步划分为2类：高生态环境效应。

4.2 模型的优缺点分析

本模型在设定目标函数的时候，加入了经济因素和社会因素的影响，使得目标函数不再是一个单纯的经济目标，同时还兼顾了生态环境目标。本模型将耕地保护与经济发展、社会发展和生态环境综合考虑，充分体现了土地利用系统的复杂性。此外，本模型还加入了用地潜力的计算。由于耕地保护是一个多因素约束下的决策问题，本模型在优化过程中加入了用地潜力这一约束条件，使得决策更加符合实际情况。但是在指标赋权和约束条件设定上还需要进一步改进，以提高模型的可靠性和准确性。

4.3 模型的改进方法

本文对模型进行了一定程度上的改进，主要是针对土地利用变化的模拟预测结果与实际值之间的误差较大，利用改进后的优化模型对土地利用变化进行模拟预测，得到耕地保护优先序，从而对耕地保护策略进行调整。具体是：通过分析土地利用变化数据之间的相关性，采用灰色关联度法，从土地利用变化与粮食安全之间的关系出发，采用灰色关联度法计算影响粮食安全的各因素对耕地保护优先序的权重。

五、总结

本研究主要是基于系统分析方法，采用了多目标规划和系统动力学的基本理论，构建了耕地保护和土地利用优化的模型，并对模型进行求解和分析。将该模型应用于实际案例中，计算结果表明，模型能够较好地满足耕地保护和土地利用的要求。在实际应用中，要重视土地利用规划的实施，在对土地利用规划进行调整的同时，也要对土地利用结构和布局进行调整，促进土地资源的可持续发展。

参考文献

[1] 如何加强农村耕地利用与保护的措施研究[J]. 李玉科.河北农机,2023(19)

[2] 关于耕地保护与利用的新思考[J]. 柯新利.中国土地,2023(09)

[3] 耕地内涵的演变与耕地保护[J]. 穆荣；郧文聚；张超.中国农业综合开发，2022(11)