中国城镇化之路取得了极大成效,但部分乡村空心化的现象也随之出现,直接导致大量耕地撂荒,对粮食安全及产业发展形成一定阻碍。四川是国家粮食主产区和优质耕地保护区,也是劳务输出大省,农村空心化现象突出,又以丘陵和盆周山区为最。区域耕地撂荒问题已不容忽视,尤其涉及到国家粮食安全、农村经济发展、农户精准脱贫、区域耕地轮休制度建立、坚守耕地保护红线、实施藏粮于地的战略决策。但还有诸多问题亟待探讨:什么样的技术手段或方式可以有效查清四川省的耕地撂荒数据?四川省耕地撂荒是否存在地域分异规律?地理学的不同研究尺度问题是否在耕地撂荒中存在?耕地撂荒的内在动因和机制是什么?撂荒耕地的动态监测如何开展?遏制耕地撂荒的最有效方法和途径有哪些?以上问题的解决,可以我国类似地区耕地撂荒普查(调查)提供技术支撑,为我国粮食安全问题提供数据参考和佐证,为类似地区开展耕地撂荒的系统研究提供参考,为四川省和类似地区的耕地轮休提供空间格局的指导,为分区域开展耕地保护研究和制定耕地保护措施、策略提供启示。四川盆地、西南丘陵山区受云雾、光照等条件影响,传统遥感影像获取的地表信息量和遥感产品的合格率均较低。同时,受地形影响,四川盆周山区和丘陵地区的地块细碎和零散程度高,低分辨率遥感调查难以识别撂荒耕地。论文在对比分析分辨率为5.8m、2m的卫星遥感影像和分辨率为12cm的无人机遥感影像的基础上,发现5.8m分辨率的遥感影像数据目视解译完全无法区分耕地撂荒与否,2m和12cm分辨率的影像可以在图斑和地块尺度区分土地利用类型和耕地撂荒与否。但是,耕地撂荒后受到植物生长期、地表下垫面含水量的影响,仍然有部分地块无法通过目视解译正确判读。故,在省域尺度的耕地撂荒研究中,基于高分辨率遥感影像采用外业实地调查法获取撂荒地块的空间信息。首先,选定南充市顺庆区坦山铺村作为实验村,基于无人机影像面向对象进行撂荒耕地地块信息提取,并开展撂荒耕地和未撂荒耕地图斑信息采集,共获得1379个撂荒耕地地块(其中水田569个、旱地810)、770个未撂荒耕地地块(其中水田302个、旱地468个),为后续研究积累经验。然后,在四川省省域范围内随机选择501个调查样本区(1km~2/个),开展撂荒耕地图斑及影响因素的地类调查,共获得9895个撂荒耕地图斑(其中水田3880个、旱地6015个)、15276个未撂荒耕地图斑(其中水田6104个、旱地9172个)信息,构建省域尺度耕地撂荒图斑数据库。接着,选择典型案例区基于高分辨率遥感影像开展乡镇尺度的村域撂荒图斑调查,分别在金源乡、保平镇获得537个撂荒耕地图斑(其中水田264个、旱地273个)、730个未撂荒耕地图斑(其中水田161个、旱地569个)、1044个撂荒耕地图斑(其中水田413个、旱地631个)、860个未撂荒耕地图斑(其中水田224个、旱地636个),并构建乡镇撂荒耕地图斑地理信息数据库。接着选取2个典型案例村开展撂荒地块和农户信息采集,在位于盆周山区的广元市剑阁县江石乡天堂村获得了398个撂荒耕地地块(其中水田149个、旱地249个)、2390个未撂荒耕地地块(其中水田733个、旱地1657个)信息,在位于盆中丘陵的南充市营山县朗池镇凤凰村获得930个撂荒耕地地块(其中水田212个、旱地718个)、1651个未撂荒耕地地块(其中水田714个、旱地937个),并构建村域农户承包地块尺度的耕地撂荒地块数据库。最后,基于上述地理空间数据和DEM数据,选用空间探索分析、冷热点探测分析、空间自相关分析、分形计算、地理集中度、核密度分析,分别在省域、县域、乡镇(村域)、地块四个尺度上,进行不同尺度的撂荒耕地空间异质性研究,并通过回归分析方法判断县域、村域、农户及地块尺度耕地撂荒的影响机理。论文主要创新成果:(1)探索出适合不同地理尺度研究耕地撂荒空间格局的方法。在省域尺度基于数据的不可获得性,应该用随机抽样的方法,依据样本计算撂荒率,进而基于变异函数、空间探索分析、冷热点测算分析省域耕地撂荒的空间格局。在县域尺度,可以依据随机样本的撂荒率进行地理空间插值,选用空间自相关分析评价耕地撂荒的空间差异。乡镇和村域尺度在研究内容上更为详细,地块尺度更适合选用地理集中度和核密度探测,找到耕地撂荒的集中区域;地块或图斑尺度更适合基于分形理论和统计计算,基于空间干扰要素的集中程度的对比分析,找到地块和图斑撂荒的空间异质性。(2)开展省域尺度的撂荒耕地空间格局研究,补充和完善国内省域尺度耕地撂荒研究的不足。在撂荒耕地研究中,学者主要以地貌类型区、国家、县、乡镇、村为研究尺度。当前研究中,国内外学者无人开展过省域尺度和平原地区的撂荒耕地研究。四川省具有高原、山地、平原、丘陵、平行岭谷区5中地貌类型,同时又是国家粮食主产区。在四川省开展耕地撂荒研究,弥补了我国撂荒地研究中缺省域尺度和平原地貌类型区的研究不足。同时,也有助于完善和总结不同地貌类型区耕地撂荒的空间特征:四川省东部的盆中丘陵耕地撂荒严重,其次是盆周山区,成都平原和川西南山区耕地撂荒相对较低,川西高原耕地撂荒的随机性较大。水田和旱地的撂荒程度在地貌单元间略有差异。(3)基于省域、县域、乡镇(村域)、农户及地块尺度的耕地撂荒空间异质性和形成机理研究,是在系统论的指导下对地理信息科学多尺度研究的一次新尝试。以高分辨率遥感影像为数据源,开展撂荒地块实地调查,获得撂荒耕地的大样本数据,以此开展不同尺度的撂荒耕地空间异质性研究,并讨论其形成机理,这是在地理信息技术支撑下,开展不同地理尺度的耕地撂荒研究的新尝试,同时也完善了耕地撂荒的地域单元和研究体系。受研究尺度的影响,耕地撂荒在不同研究尺度表现出的空间格局特征和驱动机理有所差异:在省域尺度上,四川省耕地撂荒同地貌分区一样存在地域空间分异;在县域尺度上,水田、旱地和耕地综合撂荒的县域集聚特征比省域尺度解答得更详实,且与省域尺度撂荒率的冷热点分异略有差异;在乡镇及村域尺度上,耕地撂荒具有村域间的空间差异;在地块尺度上,耕地撂荒受到自身地形、灌溉、通勤距离和其他家庭经济因素的干扰,表现出一定空间分异特征。(4)多尺度、系统总结撂荒地块的空间格局特征,弥补当前国内缺乏耕地撂荒空间格局定量分析的不足。论文通过对撂荒地的地形要素(海拔、坡度、坡向)和空间干扰要素进行系统分析,发现四川省撂荒耕地图斑受自身地形条件和周边地类影响,表现出:耕地撂荒率随地形坡度增加而逐渐加大;撂荒率自阳坡、半阳坡、阴坡半阴坡依次递增;在邻近道路200m地域范围内,撂荒率随距道路距离的增加而逐渐增加;距离水系0-600m的范围内,旱地撂荒率大于水田撂荒率;在距离居民点0-250m的地域范围内,耕地撂荒随着距居民点距离的增加逐渐加大;水田和旱地均表现出离林地越近撂荒率越高的空间格局特征。