耕地是支撑人类生存发展的基础土地资源之一,关乎国家安全。近三十年来,中国耕地资源呈现出规模缩减、质量下降的趋势,对中国的粮食安全造成了一定程度的威胁。耕地景观格局变化是耕地规模与质量下降与否的直观空间表现形式。通过空间形态、系统结构以及系统功能转变等特征变化,耕地景观格局可指示出耕地景观健康水平。因此,了解耕地景观格局特征、演变过程和功能转化规律,可为耕地资源综合监测提供参考依据。探索耕地景观格局变化的动力机制,能够为耕地资源保护提供决策依据,而建立在格局变化规律与动力机制分析基础上的耕地空间管控研究,则可以为协调国土空间开发与保护之间的关系,实现耕地资源的更好保护等提供理论、技术与方法参考。目前,耕地景观格局变化机理分析主要围绕耕地形态、规模以及单一尺度动力机制定量分析展开,实现了耕地外部特征变化的准确分析与相对均质地理背景下的格局变化机理研究。然而,对于耕地景观结构转变引起的格局变化,以及地理环境时空分异背景下的格局变化动力机制研究等缺乏足够重视。在耕地资源保护方面,当前研究集中体现在面向保护对象的基本农田保护区划定,对于限制驱动耕地景观格局变化的动力机制方面考虑不足。在耕地保护与建设发展已成为人地矛盾关系主题之一的大背景下,开展耕地景观格局变化机理分析,研究发展与保护协调的耕地空间管控模式,这已经成为地理学研究亟需解决的重要科学问题之一。本研究综合多源、多分辨率空间数据、统计数据、普查数据以及实地观测数据,构建了多尺度耕地景观结构分类体系,研发并验证了耕地景观结构分类模型,解决了耕地景观结构分解的技术难题。设计并分析了多尺度多情景下的耕地景观格局变化驱动分异规律,揭示了时空层面耕地景观格局变化的动力机制,进而提出了“两线两区”的耕地空间管控结构。本研究的主要内容与结论如下:(1)多尺度耕地景观结构分类与耕地景观格局特征变化-时空过程演变-功能转换分析。针对现有指数模型难以实现景观格局变化的定位刻画,无法准确反映耕地景观结构特征变化等问题。研究以位置、邻接关系等空间属性为判断基准,综合地理距离衰减定律、生态边缘效应理论和“斑块-廊道-基底”模式,定义了国家、省域、市域耕地景观结构类型体系,并据此应用数学形态学思想、地理空间分析技术等,研发并验证了像元尺度的耕地景观结构类型分类模型,从耕地景观格局空间分异、过程时空演变、景观类型功能转换等视角出发,分析了多尺度耕地景观格局变化规律。结果表明,耕地景观结构分类模型可以反映耕地景观格局变化及其对耕地景观生产功能的影响,而且不同尺度耕地景观格局变化存在显著的地带性、区域性和城乡差异特征。(2)复杂地理背景下,耕地景观格局变化驱动机制分析模型构建与空间分异特征分析。地域分异背景下,耕地景观格局变化驱动机制存在显著时空分异特征,难以在单一情景和单一尺度背景下量化分析。对此,本研究从中国东西经济社会梯度分异、局地气候差异、省域层面综合差异、市域层面人文背景差异等多角度出发,设计了人口、气候、自然与人文综合、人文主导等四种情境下的耕地景观格局变化驱动力分析模型。研究发现,人口、自然与人文综合、人文主导情景下,模型对于耕地景观格局变化的解释率呈现U型波动和线性递减等空间分异。其中,人文因素主导情景对于耕地景观格局变化解释率最高,达58.87%,具体驱动因素集中表现为开发强度、建设占用耕地规模和土地管理政策因素等方面。而且,其作用机制在时空层面分别表现为城镇化进程和城市扩张模式差异。(3)立足集中保护与削弱非农干扰的思想,通过研发基本农田保护区和城市开发边界划定模型,设计耕地空间管控结构。针对如何协调耕保与建设之间冲突的土地空间管理难题,提出耕地集中管护与削弱非农干扰机制相结合的设计思想。研究首先以协调城市建设与耕地保护的空间布局关系为目标导向,基于“功能→质量→权属→环境识别”的单要素逐层排除法,研发了基本农田保护区划定模型。然后立足刚性管制与弹性调控相结合的思想,研发了城市开发边界划定模型,提出并划定了理论“弹性城市开发边界”与“刚性城市开发边界”。进而提出了“以弹性和刚性城市开发边界为城市空间扩张管制线,以基本农田保护区为耕地集中管护区,以弹性可调控区为耕保和建设缓冲空间”的耕地空间管控结构。