摘要随着科学技术的迅猛发展，围绕着可持续发展的主题，土地资源优化配置研究得到了快速的发展。该研究在对国内外土地资源优化配置研究全面回顾的基础上，系统概括了其研究历程与阶段，总结了其理论与模型研究的主要进展，提出了今后研究的发展趋势，以期促进土地资源优化配置研究的创新和深化。
关键词土地资源；优化配置；研究进展；发展趋势
中图分类号S28文献标识码A文章编号0517-6611（2014）01-00322-05
基金项目国家自然科学基金项目（41161062，41261043）。
作者简介张万强（1982-），男，云南沾益人，博士研究生，研究方向：GIS理论及应用、土地资源规划等，Email：27098793@qq.com。
收稿日期20131121土地作为具有自然属性和社会经济属性的共同体，是一切资源和环境要素的载体，是人类生存、繁衍和发展的物质基础。土地资源作为一种不可再生的稀缺资源，对社会经济的发展做出了重要贡献。随着经济的快速发展和工业化、城市化进程的加快，人们对土地资源的需求与日俱增，土地资源承受的压力越来越重，土地的供需矛盾日益加剧。土地资源优化配置作为可持续发展研究的一个重要内容，它能够有效缓解土地供需矛盾，实现土地的可持续利用，为土地规划、管理、决策提供重要依据，因而成为当前世界各国研究的热点课题之一。笔者从研究历程与阶段、理论研究、模型研究3个方面对前人研究成果进行了评述，并提出了今后研究的发展趋势。
1 研究历程与阶段
土地资源优化配置研究最早可追溯到杜能的农业区位论。杜能在对土地利用的研究中引入了区位因素，并初步阐述了位置级差地租的概念。随着世界各国土地制度的建立及相继开展的土地制度改革，土地利用布局的理论得到了快速发展，其中以德国区位布局理论的形成与发展最具影响力。此时的土地资源优化配置研究是在区位布局理论指导下的实践。
20世纪50～80年代，经济的快速发展和城市化进程的加快导致资源紧缺、环境污染和土地退化等一系列问题的凸现。在此背景下，学者们研究了土地利用政策对土地资源优化配置的影响，并将土地用途分区管制、土地整理作为土地资源优化配置的方式和土地资源管理的手段应用于实践。由于各个国家经济发展水平、政治体制和自然地理条件的差异，各国土地资源优化配置的方式也各不相同。例如：美国通过土地用途分区，明确规定各分区范围、利用方式和允许开发的最大强度，并依法规条例给予实施，限制土地开发和产业发展，并且在充分考虑地区特征和未来发展计划的基础上将城市分为特殊保护区、特殊目的发展区、特别发展区和混合用途区等[1]；荷兰采用土地整理的方式实现农村土地综合开发利用；德国利用现代化的土地信息采集系统建立了土地管理信息系统，为土地管理和整理提供实时动态的参考；日本以提高农业生产力和高效集约利用土地为目的进行土地资源配置，有效地消除城乡差别，改善人居环境。
20世纪90年代以后，随着可持续发展战略的提出，计算机技术和“3S”技术的发展并趋于成熟，土地资源优化配置作为区域可持续发展的重要途径和手段受到广泛重视，土地类型与土地评价、土地利用规划、土地利用系统工程、“3S”技术、可持续发展等方面研究的广泛开展，并应用于实践，使得土地利用及其配置的基础理论研究得到了进一步加强。可持续战略的提出促进了以土地持续利用为准则的区域土地资源优化配置模式研究地蓬勃发展[2]；城市土地有偿使用制度深化改革实施，推动了城市土地资源优化配置模式、配置途径等方面的研究[3-4]；“3S”技术的发展促进了区域土地利用调查与土地资源资源优化配置的研究[5]。这一时期土地资源优化配置的研究呈现以下特点：①研究领域更加广泛，从单一领域向多领域渗透。土地资源优化配置研究实现了由理论研究到应用研究的过渡，从微观的自然科学领域到宏观的政策制定层面，从最初的农业用地到城市土地、水土资源等土地资源空间各相关领域的深入。主要涉及特殊地段土地资源配置研究与产业用地优化布局研究，研究内容包括旅游用地、农村住宅用地、城市边缘区、湿地、废弃地等[6-9]；研究产业涉及农业、林业、交通运输业等[10-12]。②研究方法呈现多样化，各种数学模型引入到土地资源优化配置的研究中。如线性规划法[13]、多目标规划法[14]、系统动力学[15]等数学模型在土地资源优化配置研究中应用。③基于不同目标、不同视角的研究日趋宽广。研究目标由单目标优化向多目标优化渗透，由最初的实现土地利用系统效益最大化到生态、社会、经济多种优化目标；如土地使用政策对土地资源优化配置作用研究[16]，土地优化配置机理、机制的研究等[17-19]。
2理论研究进展
土地资源优化配置研究最早来源于区位布局理论，随着研究的深入，诸多理论体系被应用于土地资源优化配置的研究中。目前，土地资源优化配置的理论基础主要包括：土地区位论、区域空间结构理论、景观生态学理论、可拓学理论及人地协调理论等。
2.1土地区位论区位论是关于人类活动的空间分布及其空间中的相互关系的学说[20]。不同地理位置的土地具有不同的物理、化学和生物学特性；与中心城市、交通枢纽或干道距离不同的土地或同一城市内部到商贸中心的距离不同的土地具有不同的经济价值或用途，这便是土地的区域性或者说土地的区位[21]。在进行土地资源配置时，必须充分遵循土地区位理论，优化土地数量结构与空间结构，使地域内有限的土地资源发挥出最大的整体效益。
2.2区域空间结构理论不同的土地利用类型在空间分布上都各有其相应的位置，但是他们彼此之间又是相互作用、相互影响、相互联系的，不断地进行物质、能量、信息等方面的相互交换。区域空间结构是指在区域内各种经济活动在相互作用下所形成的空间集聚程度和集聚形态。区域空间结构理论中的中心地理论、“点-轴”系统理论、成长三角理论和双核结构模式等是当前土地资源空间优化布局中应用较为广泛的理论[22-23]。土地资源优化配置目标就是使区域内的土地资源在时间上得到合理安排，达到结构协调、空间协调、土地生态经济系统功能最大化的目标。
2.3景观生态学理论景观生态学的概念是德国植物学家Troll提出的，随后由Forman和Godron对其深化及丰富，当前越来越多的生态学家将景观生态学理论引入到土地景观格局的研究中。景观格局是指景观的空间结构特征，它是由自然或人为形成的，一系列大小、形状各异，排列不同的景观镶嵌体在景观空间的排列，它即是景观异质性的具体表现，又是包括干扰在内的各种生态过程在不同尺度上作用的结果[24]。对区域内的景观空间格局进行研究，能够揭示该区域内生态状况及空间变异的特征，为区域的土地利用规划、土地资源优化配置研究提供参考。
2.4可拓学理论可拓学是由蔡文等于1983年创立，是研究事物拓展的可能性和开拓创新的规律与方法，并用以解决矛盾问题，其基础理论包括物元可拓性理论、物元和物元变换理论、可拓集合理论、共扼分析理论等[25]。张光宇应用可拓学的理论和方法， 对土地资源的特征及优化配置进行了研究， 建立了土地资源优化配置的物元模型，并指出土地资源具有可拓性（发散性、可扩性、相关性和共轭性）[26-27]。由于土地资源具有多宜性，同一地块可能是耕地的适宜区，也会是建设用地、林地、园地等其他土地利用类型的适宜区，在土地利用的过程中就会出现不同利用目标的冲突与矛盾；然而，土地利用类型的变化也会引起相邻其他土地利用类型的改变，这说明土地利用类型之间具有很强的相关性。因此运用可拓学理论研究土地资源的可拓性，能够有效揭示土地资源的特征，探索土地资源合理利用的影响因素，为土地资源优化配置提供理论依据。
2.5人地协调理论人地协调理论作为地理学的基础理论，体现了地理学的研究视角和根本定位，人地协调理论强调的是人口、资源、环境的协调，土地系统是土地经济系统和土地生态系统的耦合，具有多目标性。而人地协调理论强调人地系统中的各个组成要素能够达到一种理想的组合，即优化状态[28]。因此，人地协调理论能够为土地资源优化配置多目标协调优化提供理论依据，能够从人地关系角度更好地理解土地资源的可持续利用，探索土地利用中的问题，为土地利用规划、管理、决策提供依据。
土地系统是一个复杂的巨系统，是由多层级子系统组成的整体，具有综合性、整体性、动态性和区域性的特征。理论为研究的科学性提供重要的依据和指导作用，但是目前关于土地优化配置的理论研究多数从某一视角或某一领域着手，整体性、系统化的研究较少，还未形成系统化的研究理论。
3 模型研究进展
土地资源优化配置是一项复杂的系统工程， 是一个多目标、多层次的持续拟合与决策过程。土地资源优化配置模型的构建涉及多学科、多种方法耦合， 包括动态仿真模拟、数学建模、工程学、系统动态学等理论与方法的相互融合[29]。土地资源配置既包括宏观的数量配置，也包含微观的空间布局优化配置。因此，土地资源优化配置的模型也包括数量结构优化配置模型和空间布局优化配置模型。
3.1数量结构优化配置模型
3.1.1线性规划法。线性规划方法是土地资源优化配置建模研究中最为常用的一种方法， 它能够求解多方面的问题，除了解决线性问题之外， 还可以使用对数法等方法解决一些非线性的问题。许多学者运用线性规划模型优化地块尺度和区域尺度上的土地资源[30-32]，尤其在地块尺度下的土地利用结构优化的研究中应用较多。如Aalders等基于社会经济目标，运用线性规划法建立的LUAM（The Reading Land Use Allocation Model）模型[33]。虽然线性规划法在土地资源优化配置建模研究中应用范围较广，但也存在一定局限性。如它不能反映约束条件随时间动态变化的过程，是一种静态模型；不能兼顾所有的优化目标及其约束条件，一些难以量化的因子也不能加入模型中，因此得出的最优方案也不一定完全符合实际情况[34]。
3.1.2系统动力学方法。系统动力学是一门基于系统论、控制论、信息论和计算机仿真技术的新兴学科[35]。系统动力学方法自创立以来，已成功地应用于企业、城市、地区、国家甚至世界规模的许多战略与决策等分析中，用以研究复杂的社会经济系统，后来逐步运用于区域和国家尺度上的土地资源配置建模研究中。系统动力模型能够灵活地进行决策模拟和多方案比较，特别是对于模拟大型非线性动态多重反馈系统能力很强，适用于解决复杂系统的结构功能协调和中长期系统动态发展问题[36]。如赵小敏等[37]、刘钦普等[38]、何春阳等[39]运用该模型对土地利用结构优化进行了研究。
系统动力学模型将研究对象看成一个闭合系统，其建模程中必须充分研究系统的内部结构，掌握系统内部的各种反馈机制。其优点为：采取定性和定量相结合的情景模拟模式，能更精确模拟系统的运行方式，对数据的依赖性较小，操作灵活，可塑性强；注重一般的动态趋势，突出系统结构域反馈结构，不关心系统变量在特别年份的精确数值；既能够对未来进行预测，也能够对系统的历史行为进行回顾，能够反映数学形式难以表达的过程。其局限性为：中、短期预测和分配问题精度差，建模难度大。
3.1.3多目标规划方法。多目标规划是数学规划的一个分支，它是在线性规划的基础上，为解决多目标决策问题而发展起来的一种科学管理的数学方法[40]。多目标规划方法广泛应用于经济、管理、科学、军事和工程设计等多个领域的研究，近30年来，多目标规划方法也广泛应用于土地资源的研究中，主要涉及土地利用评价研究、空间土地利用规划、土地资源优化配置等。在可持续发展的主题下，多目标规划方法应用目标决策理论，优化用地系统，在土地资源优化配置建模中发挥了重要的作用。决策者可以依据不同标准选择比较满意的优化配置方案，从而提高土地资源优化配置方案与决策的科学性[41-42]。如Huizing等[43]、Wang Xinhao等[44]、郑新奇等[45]运用多目标规划方法实现了土地资源的优化配置。
多目标规划模型作为20世纪后期迅速发展起来的一门新兴科学，主要研究在某种意义下多个目标的同时最优化问题，具有多目标性、多方案的特点。其最大的优势在于能够有效解决多方利益冲突，可以充分地反映决策者的愿望， 给决策者提供期望的最佳目标，在实际的生产应用中具有积极的意义，特别是在土地资源利用中具有重要意义。
3.1.4灰色预测方法。线性规划模型是静态模型，还常常无解，不能适宜技术条件、社会经济状况和自然环境发展变化的要求，在其他的一些规划方法在解决实际困难时算法实现也比较困难的情况下，灰色预测方法就成为不错的选择[46-47]。灰色预测方法是通过鉴别系统因素之间发展趋势的相异程度，即进行关联分析，并对原始数据进行生成处理来寻找系统变动的规律，生成有较强规律性的数据序列，然后建立相应的微分方程模型，从而预测事物未来发展趋势的状况。典型研究如康慕谊等运用灰色线性规划模型研究了区域尺度上的土地利用结构优化问题[48]；吴绍洪等灰色线性规划模型对首都圈水土资源空间优化配置问题进行了研究[49]。灰色预测方法可用以解决线性规划法无法解决的优化动态性问题，对复杂系统中时间序列单调增长且速度慢的情况下拟合效果较好，适宜数据少、波动不大数据列的预测研究。其缺点在于预测的预测结果不是特别准确，只能作为指导性的参考[50]。
3.2土地资源空间优化配置模型随着数量结构优化配置模型研究及应用的不断深入，土地资源空间布局的优化配置研究成为了相关人员的研究热点，推进了土地资源空间优化配置的研究，进一步推动了土地资源优化配置科学研究的发展。
3.2.1结合GIS的优化方法。计算机技术和GIS的兴起与快速发展，为土地资源利用和决策过程中分析空间数据提供了重要的技术支撑， 学者们将数量结构优化配置模型与GIS 进行耦合， 从而实现土地资源在数量上、空间上的合理配置，使得土地资源决策和管理更加科学有效。例如Fuhu Ren在适宜性评价的基础上，建立了GIWINLRA模型，实现土地资源的优化配置[51]；Chuvieco在土地适宜性分析的基础上，将GIS与线性规划模型相结合，实现土地资源的优化配置[52]；郑新奇等在对土地适宜性评价的基础上，将GIS与系统动态学模型和多目标规划模型结合实现土地资源的优化配置[53]。
安徽农业科学2014年3.2.2CA模型。元胞自动机（Cellular Automata，简称CA）模型是20世纪40年代由Ulam 、Hawkins 、Von neumann提出来的一类并行计算模型，它是一种时空状态均离散、空间上相互作用及时间上因果关系皆局部的网格动力学模型。CA模型是基于栅格邻域关系的土地利用变化模拟，标准的元胞自动机通常包括4个基本要素：元胞、元胞空间、邻域范围和转换规则。例如Almeida C. M.等采用随机CA 模型考虑随机因素对城市土地利用变化动力的影响[54]；刘小平等将生态位引入CA模型，给CA 模型中每一个元胞赋予不同的生态位，并以此模型实现土地资源的动态配置和空间分配[55]；杨青生等将Agent引进元胞自动机模型中实现土地资源变化模拟与空间配置[56]。CA模型的应用研究侧重模拟城市用地扩张过程及规律性，其优点在于它可以模拟复杂系统的行为，并能实现对系统未来发展状况的情景分析，能够有效地进行土地资源的空间配置，为土地资源的管理和决策提供依据。其缺点主要体现在模型结构、变量以及参数估计方面存在着较大的不确定性，其配置精度和可靠性有待提高。
3.2.3CLUES 模型。CLUES （Conversion of Land Use and its Effects at Small region extent ）模型是荷兰瓦赫宁根大学“土地利用变化和影响”研究小组在CLUE 模型的基础上开发的[57]。CLUES模型属于一种土地利用变化及其效应模拟模型，适应中小尺度区域土地利用时空动态模拟，主要有4个输入模块（即：土地政策与限制区域、土地利用类型转换规则、需求模块、空间特征）和1个空间分配模块组成。自模型推出以来，关于其应用的研究较多，如郑新奇等以济南市长清区为研究对象，运用CLUES模型对土地利用总体规划指标进行时空配置，实现了规划指标分配时间模型和空间模型的融合[58]；张永民等运用CLUES模型对奈曼旗近15年土地利用变化进行模拟，并将模拟结果与2000年的土地利用现状图进行对比，结果较为理想，这说明CLUES模型具有成功模拟区域土地利用时空动态变化的能力[59]；蒙吉军等运用CLUES模型对城市边缘区的土地利用变化进行模拟研究[60]。CLUES模型针对土地利用时空动态变化模拟的研究较多，应用于土地利用空间格局优化配置的研究还较少。CLUES模型的优势在于具有有效模拟中小尺度区域的土地利用时空动态变化和优化土地资源空间配置的能力，对土地利用规划和土地资源可持续管理具有重要的指导作用。
可见，随着社会、科学、技术的进步与相关研究的不断深入，土地资源优化配置模型也在不断的发展与完善。土地资源优化配置模型多为应用性的优化模型，其研究主要集中于资源评价、资源分类和区域开发等层面上。如果土地资源数量结构优化的成果难以映射到相应的地理空间上，将会导致研究结论不确切、研究成果不能有效指导土地资源有效利用等一系列问题。因此，数量结构和空间结构的综合优化研究有待进一步完善，数量优化模型与空间布局优化模型耦合的关键技术、关键环节的研究有待突破，多模型综合优化和模型改进优化的研究有待进一步探索。
4研究展望
土地资源优化配置是实现土地资源可持续利用的重要方式，是缓解资源、人口、环境问题的一个重要方面，土地资源优化配置理论与数学模型的研究在不断地发展和完善，当前的研究尚有一些不足之处，有待后续研究的完善与提炼，才能满足土地管理科学发展的需求。今后研究的发展趋势主要包括以下几方面。
4.1系统化、机理化的理论研究有待突破土地资源优化配置模型是实现土地资源有效利用的手段， 而不是目的。它需要有系统化、机理化配置理论来支持， 才能从根本上解决土地资源合理配置的难题。只有加强土地资源优化配置基础理论的研究，并借鉴其他学科的理论和思想来进一步丰富土地资源优化配置的基础理论，才能实现从“刚性优化”走向“弹性优化”的蜕变，从而为土地资源管理与决策提供可靠性较高的成果依据，并能够建立更加有效的土地利用优化配置辅助决策系统。
4.2土地资源优化配置模型将向系统化、精确化、实用化方向发展土地资源优化配置模型对科学、有效、合理地利用土地资源起到了重要作用。为实现土地资源优化配置的目的，充分发挥模型的作用是非常必要的。而土地资源优化配置模型的建立需要多学科、多种方法论和大量数据的支持，怎样对模型进行合理简化，提升模型的精确性、可靠性、实用性是研究者们在今后研究中亟待解决的难题。同样地，随着“3S”技术的日益发展与成熟，在“3S”技术的支持下，如何实现多模型综合和对现有模型加以改进并应用于实践也是今后土地资源优化配置研究的重要切入点。
4.3土地资源优化配置研究将呈现目标多元化、领域多极化、视角多层次化的发展趋势土地资源优化配置是一项复杂的系统工程，它涉及自然、社会、经济等多方面的内容，如何实现生态、社会、经济多种目标有效优化是未来土地资源优化配置研究的热点之一。除传统的研究领域外，生态脆弱区、城市边缘区、农村工业化地区等领域的研究也会越来越受到学者们的重视。
4.4多尺度土地资源优化配置的耦合研究将会成为后续研究的热点土地资源配置具有多尺度的特征，可表现为宏观、中观、微观3种尺度，由于在不同的尺度模式下，不同尺度的土地资源配置的影响因子具有差异性，即使同一影响因子对不同尺度的土地资源配置影响的程度也不尽相同，因此，后续的研究应该试图找出不同尺度之间土地资源优化配置耦合的关键技术与关键点，实现土地利用优化的协调统一，使之更有效地指导土地资源管理与决策。
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