耕地利用水土资源优化配置旨在通过调整耕地利用水土资源匹配关系,保证耕地产能及其可持续生产能力,进而保障国家粮食安全,其研究对于水土资源高效利用具有重要作用,对于区域社会、经济、生态环境可持续发展具有深远影响。挠力河流域是黑龙江省三江平原重要商品粮产区,随着耕地不断开垦、水田面积比例快速增长,耕地灌溉水资源需求骤增,过度开采地下水灌溉导致地下水位逐年降低、水质恶化等生态环境问题,耕地灌溉水资源利用与生态环境保护之间的矛盾逐渐凸显,以过度开采地下水资源为代价获取耕地粮食产能的提升不利于耕地资源和水资源的可持续利用与发展。已有关于水土资源优化配置研究已经取得一定成果,但仍存在一些不足:已有研究多从单一耕地利益主体、单一空间尺度或单一耕地利用类型进行研究;对水土资源优化配置研究仅局限于从数量角度进行水土资源优化配置,而水土资源空间优化配置研究较少;同时,在已有水土资源数量优化配置研究中,仅以水资源为约束条件,根据不同土地利用类型需水量对土地资源进行优化配置.而水资源并未参与到优化配置中,未实现土地资源与水资源的同时优化配置;综上所述,关于多尺度水土资源数量和空间双重优化配置研究亟待解决。本研究以有限水资源约束下保证耕地粮食产能及其可持续生产能力为目标,构建基于多耕地利益主体、多空间尺度、多耕地利用类型的多尺度耕地利用水土资源数量优化配置模型,在完善耕地利用水土资源空间优化配置方法基础上,提出耕地利用水土资源数量和空间双重优化配置方案,以期为流域耕地利用水土资源优化配置提供重要参考,为耕地资源、水资源、社会经济、生态环境的可持续发展提供科学指导。本研究以挠力河流域为研究区,分析耕地资源的数量和结构的时空动态,分析降水、地表径流、地下水的时空分布与动态,进而确定水资源总量的动态变化;从系统理论视角和宏观尺度,运用哈肯模型探析耕地资源子系统和水资源子系统之间的协同变化关系。基于耕地水量平衡原理的供给和需求视角,以30m×30m网格为研究单元的微观尺度,运用耕地利用水资源有效供给量与耕地需水量的比值法测算作物全生育期和各生育期的耕地利用水土资源匹配指数,在此基础上,综合考虑耕地利用水资源有效供给量在各生育期的分配比例对于耕地产能的影响以及耕地产量在各生育期对水分的敏感程度差异后,测算耕地利用水土资源匹配综合指数。运用潜力衰减法测算耕地水分产能,并探析耕地水分产能与耕地利用水土资源匹配现状下的耕地实际产能之间的耕地水分产能潜力;运用耕地实际产能与耕地水资源有效供给量的比值法,探析耕地水分利用效率;构建耕地产能与水分供给之间的响应方程,探析水分亏缺对作物生长发育和耕地产量形成的影响程度。基于以上,在划分研究区的区域和灌区基础上,确定耕地利用灌溉水资源供给量阈值和灌溉定额阈值,并在此约束下,以2015年为现状年.以2020-2025年为规划年,运用多目标规划和动态规划的方法,构建多尺度耕地利用水土资源数量优化配置模型;基于耕地利用水土资源匹配综合指数、耕地实际产能和耕地水分产能潜力的研究成果,提出研究区耕地利用水土资源空间优化配置策略集;运用AgentLA空间优化模型,依据耕地利用水土资源空间优化配置策略集,实现耕地利用水土资源数量分配在空间上的布局规划:提出现状年和规划年多尺度耕地利用水土资源数量和空间双重优化配置方案。研究结论如下:（1）明晰了耕地资源与水资源的现状。2000-2015年研究区耕地面积持续增长,水田面积逐渐增加而旱地面积逐渐减少,增加耕地（特别是水田）主要分布在流域的中下游。研究期内,年均降水量、各季节降水量（除春季外）和作物生育期降水量均呈上升的变化特征,但从长时间序列（1957-2015年）来看,研究区的降水量总体呈明显下降的变化趋势。受降水、温度和植被覆盖等多因素影响,2000-2015年研究区地表径流量和地下水可开采量均呈升高的变化特征。2000-2015年研究区耕地资源和水资源之间未形成有序的协同变化关系,其呈现有序程度降低、无序化发展的特征。（2）阐明了作物全生育期和各生育期的耕地利用水土资源匹配指数时空动态以及作物全生育期的耕地利用水土资源匹配综合指数时空动态。①2000-2015年物全生育期耕地利用水土资源匹配程度总体较低,但呈现出升高趋势且差异化增强;②2000-2015年作物各生育期耕地利用水土资源匹配指数变化复杂.以2010年为界,表现出明显的阶段性特征;③2000-2015年作物全生育期耕地利用水土资源匹配综合指数集中在0.40以下,水土资源匹配综合程度较低,但旱地和水田的水土资源匹配综合指数呈逐渐升高的变化趋势;④2000-2015年研究区耕地需水量、水资源有效供给量、耕地利用水土资源匹配指数以及耕地利用水土资源匹配综合指数均呈现出其高值区由流域中游东部向流域中游西部和流域下游转移并扩张的空间动态特征。（3）测算了耕地水分产能及其潜力、耕地水分利用效率以及耕地产能对水分响应的比例因子,进而阐明了耕地产能及其水分响应的时空动态。①2000-2015年耕地水分产能逐渐升高,其空间分布表现出由西部高、东部低变化为由南部向北部逐渐降低的特征;②2000-2015年耕地水分产能潜力呈现出集聚化特征,空间分布的高值区明显缩小而低值区明显扩大,其空间差异性逐渐降低;③2000-2015年耕地水分利用效率表现出明显的阶段变化特征,并且呈明显升高并逐渐集聚的态势,空间分布差异性逐渐减弱,其高值区的面积持续扩大且主要分布在流域中上游部分区域和流域下游零星区域;④2000-2015年耕地产能对水分响应的比例因子呈现出由多峰分布逐渐变为近似正态分布的动态变化特征;其中,旱地产能随水分变化而变化幅度减小且差异性较小,而水田产能随水分变化而变化幅度增大且差异性较大;耕地产能对水分响应的空间分布差异性呈现先减弱后增强的变化特征,至2015年.耕地产能对水分响应的高值区空间分布与水田空间分布一致。（4）构建了以耕地利用灌溉水资源可供给量为约束,以保证耕地产能及其可持续生产能力为目标.基于多耕地利益主体、多空间尺度、多耕地利用类型的多尺度耕地利用水土资源数量优化配置模型,并根据耕地利用水土资源匹配综合指数、耕地实际产能、耕地水分产能潜力等研究成果综合分析后提出的耕地利用水土资源空间调配策略集,实现了耕地利用水土资源的数量和空间的双重优化配置。（5）提出了现状年（2015年）多尺度耕地利用水土资源优化配置方案。①区域尺度优化配置后,水田和旱地的总面积分别为5.00×109m2和9.31×109m2。集贤区等4个区域的水田灌溉定额为0.4950m3/m2,旱地灌溉定额在0.02 m3/m2～0.07m3/m2之间。宝清区等3个区域的旱地无灌溉,水田的灌溉定额在0.2476m3/m2～0.3486m3/m2之间。在5.09%旱地生态退耕的同时,7.28%水田转为旱地,其调整部分主要分布在宝清区,其次是饶河区。区域尺度优化配置后,耕地粮食产能为7.92×109kg。②灌区尺度优化配置后,水田和旱地的总面积分别为4.70×109m2和9.60×109m2。饶河县灌区等4个灌区的水田灌溉定额为0.4950m3/m2.旱地灌溉定额在0.0295m3/m2～0.1014m3/m2之间。其余13个灌区的旱地无灌溉,水田灌溉定额在0.2476m3/m2～0.4052m3/m2之间。在5.09%旱地生态退耕的同时,11.95%水田调整为旱地,其调整部分主要分布在八五三农场灌区,其次是创业农场灌区。灌区尺度优化配置后.各灌区耕地产能之和为7.55×109kg,耕地粮食总收益为229.27亿元。（6）提出了 RCP4.5未来气候情境下规划年（2020-2025年）多尺度耕地利用水土资源优化配置方案。①区域尺度优化配置后,水田和旱地的总面积分别为4.48×109m2和9.83×109m2。集贤区等3个区域的水田灌溉定额为0.4950 m3/m2,旱地的灌溉定额在0.0048m3/m2～0.0811m3/m2之间。宝清区等4个区域的旱地无灌溉,水田的灌溉定额在0.2476m3/m2～0.2891m3/m2之间。在5.09%旱地生态退耕的同时,16.5%水田转为旱地,其调整部分主要分布在富锦区.其次是宝清区。区域尺度优化配置后,耕地粮食产能预计可达到7.39×109kg。②灌区尺度优化配置后,水田和旱地的总面积分别为4.26×1 09m2和1.0×1010m2。饶河县灌区等4个灌区的水田灌溉定额为0.4950m3/m2,旱地灌溉定额在0.0047 m3/m2～0.0811m3/m2之间。其余13个灌区的旱地,水田灌溉定额在0.2476m3/m2～0.3275m3/m2之间。在5.09%旱地生态退耕的同时,20.04%水田调整为旱地,其调整部分涉及八五三农场灌区等15个灌区:灌区尺度优化配置后,各灌区的耕地产能之和预计可达到7.13 × 109kg,耕地粮食总收益预计可达到220.18亿元。（7）提出了 RCP8.5未来气候情境下规划年（2020-2025年）多尺度耕地利用水土资源优化配置方案。①区域尺度优化配置后,水田和旱地的总面积分别为5.02×109m2和9.30×109m2。集贤区等3个区域的水田灌溉定额为0.4950m3/m2,旱地灌溉定额在0.0691m3/m2～0.1349m3/m2之间。宝清区等4个区域的旱地无灌溉.水田的灌溉定额在0.3135 m3/m2～0.4464 m3/m2之间。在5.09%旱地生态退耕的同时,6.55%水田调整为旱地,其调整部分主要分布在宝清区,其次是饶河区。区域尺度优化配置后,耕地粮食产能预计可达到8.81×109kg。②灌区尺度优化配置后,水田和旱地的总面积分别为5.05×109m2和9.26×109m2。饶河县灌区等5个灌区的水田灌溉定额为0.4950m3/m2,旱地灌溉定额在0.0036m3/m-～0.1349m3/m2之间。其余12个灌区的旱地无灌溉,水田灌溉定额在0.2476m3/m2～0.4538 m3/m2。在5.09%旱地生态退耕的同时,5.77%水田调整为旱地,其调整部分涉及八五三农场、红旗岭农场灌区、八五二农场灌区等13个灌区。灌区尺度优化配置后,各灌区的耕地产能之和预计可达到8.55×109kg,耕地粮食总收益预计可达到241.41亿元。