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基于国家粮食安全与区域农业可持续发展的要求，本文在归纳总结土地承载力研究理论与方法的基础上，以1km×1km栅格数据为基础，以分县为基本研究单元，从分县、分省到全国，系统研究了基于人粮关系的中国土地承载力的过去、现在和未来，试图为国家粮食安全与区域农业可持续发展提供科学依据和决策支持。
(1)论文系统总结了土地承载力研究的理论与方法。明确了开展不同尺度土地承载力研究的国家需求，系统分析了土地承载力研究进展。认为土地承载力研究应基于GIS技术，从土地生产潜力、土地现实生产力与土地承载能力和土地承载潜力与人口发展空间等三方面进行综合研究，并据此确立了论文的研究框架和技术路线。
(2)土地生产潜力是土地承载力研究的核心内容。论文以1km×1km栅格为基本计算单元，运用月均气象观测数据、农业气象观测数据、数字高程模型和农业统计数据，基于FAO推荐的AEZ模型，采用农田水分平衡法，借助GIS技术，改进了AEZ模型中的水分生产潜力公式，引入土壤有效系数订正土地生产潜力，建立了基于GIS的农业气候-土地生产潜力模型，逐级计算了中国主要粮食作物的光合、光温、光温水和土地资源生产潜力；根据区域热量条件与熟制，利用ARC/INFO空间分析模块，逐步集成中国1km×1km栅格土地生产潜力;以1999-2001年为基础，计算了现实种植制度下中国不同县域的土地生产潜力，定量揭示了中国不同地区粮食生产潜力的地域分异规律，实现了从栅格到区域的土地生产潜力尺度转换。
(3)土地现实生产力与承载能力是土地承载力研究的基础。论文以人粮关系分析为主线，在历史回顾1949年以来中国土地现实生产力时序演变的基础上，扼要评估了中国土地承载力的总体变化趋势;采用土地现实承载力指数LCCI等指标系统分析了1970年代以来的中国分省(区)的土地承载状况与空间格局;以分县为基本研究单元，运用人口粮食匹配曲线、基尼系数和土地现实承载力指数LCCI等指标，以1980、1990、2000年为代表年份，研究了中国县域尺度的人粮平衡关系和土地现实承载能力；从分县、分省到全国三个尺度，定量揭示了中国不同地区土地现实承载力的地域特征与空间格局。
(4)土地承载潜力与人口发展空间是土地承载力研究的最终目的。论文根据耕地、复种、粮作比例、播面单产、人均消费需求等不同条件组合，讨论了不同情景下中国分县的粮食产量和人口承载力，由分省向国家汇总，对2020年(全面小康)和2035年(人口高峰期)中国土地承载力的地域格局与未来前景进行了系统分析，从分县、分省到全国，揭示了2020年和2035年中国不同地区的土地承载能力和人口发展空间。研究认为，未来20-30年中国不同地区的人粮关系与土地承载格局基本稳定，实现人粮平衡的关键在于国家层面上的区域协调。