潘佩佩
, 杨桂山
PAN Pei-pei, YANG Gui-shan
中图分类号: F301
文献标识码: A
文章编号: 1000-0690（2015）08-0990-09
收稿日期: 2015-01-6
修回日期: 2015-04-5
网络出版日期: 2015-08-20
版权声明: 2015 《地理科学》编辑部 本文是开放获取期刊文献，在以下情况下可以自由使用：学术研究、学术交流、科研教学等，但不允许用于商业目的.
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作者简介:
作者简介：潘佩佩（1986-）,女,河南开封人,博士,讲师,主要从事土地利用及其资源环境效应与区域发展研究。E-mail:panpeipei626@163.com
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摘要
以城镇化过程持续加速而耕地流失及粮食供需形势日趋严峻的太湖流域为研究区,结合遥感、土壤、气象及农业统计数据,借助AEZ模型和GIS开展1985~2010年土地利用变化对耕地生产力的影响分析及评价。结果表明：① 流域耕地生产力水平较高,高产耕地分布广泛;② 近30 a来就地城镇化和工业化发展导致流域建设用地快速扩张,耕地数量锐减;③ 由于减少的多为城市周边及交通沿线水土条件优越的优质耕地,新增的则多是来源于土地复垦或整理的低产耕地,“高产耕地锐减-低产耕地缓增”导致流域耕地生产力水平下降,且在不同发展阶段下降格局不同;④ 高产田锐减导致流域粮食大幅减产,不同县域由于经济发展水平和耕地利用条件不同,粮食减幅呈现显著空间差异。
关键词：
Abstract
With gradual population increase and rapid economic development,the change of land use patterns continued to accelerate and the cropland resources were fast dwindling in Taihu Lake Basin.As a result,these changes significantly impact arableland productivity and regional food security. This article attempts to carry out factor analyses and assessments of the effect of land use change on cultivated land productivity in Taihu Lake Basin.It has been done by grid processin and spatially superposed operating through combining climate data derived from spatial interpolation,digitized soil data,remote sensing data derived from multi-source inversion,and agricultural statistics data.In addition,this study employed AEZ model simulation and GIS technology.The main results can be obtained as follows: 1) The grading results of cultivated land productivity show that the level of productivity of arable land is high and high-quality arable land is widely distributed; 2) The local industrialization and urbanization lead to the rapid expansion of construction land and the significant decline of cultivated land in 1985-2010; 3) The change of cultivated land is characteristized by the feature that “a sharp drop in high-yield cultivated land and a slow increasing in low-yield cultivated land”.Since those reduced cultivated land that along cities and traffic always have high quality after long-term cultivation,whereas those new cultivated land that generated from land reclamation always have low soil quality.Thus it lead to the decline in the level of overall productivity of cultivated land and the decline pattern is different in the two different stages of 1985-2000 and 2000-2010; 4) The food production reducing of Taihu Lake Basin can be mainly contributed by the decrease of cultivated land with high quality. Besides, the reduction of food production is different varies in different counties owing to different economic development levels and various condition of cultivated land use.
Keywords：
当前的资源与生态环境问题都与经济快速发展带来的土地利用变化有关[1,2]。土地利用变化通过改变土地资源类型和质量,直接影响其生产力高低,进而影响区域粮食供给[3~10]。中国土地资源人均占有量少,且匹配严重错位,受人口快速增长及工业化和城市化发展等因素影响,耕地资源减少与粮食需求增加已成为一对不可避免的矛盾[11,12]。耕地是保障粮食安全的基础,地之不存,粮将焉出,据预测2050年中国人口将超过16.5亿人,而维系粮食生产的耕地数量却日益减少[13,14]。加之中国土地利用的空间复合性,即最强劲经济发展区与最需要保护优质耕地分布区是复合的。这些地区“铁公基”等基础设施逐渐铺开,不断突破农田红线,由于建设占用完全改变了耕地的物理及生物特性,将给区域耕地生产力带来不可逆的损失[15,16]。而当前耕地保护多注重数量平衡,对耕地质量考虑不足,大部分新开垦耕地生产力低下,且多以损失林地和湿地为代价,极易引起土壤退化等生态环境问题,耕地生产力下降带来的耕地“隐形损失”对粮食生产影响显著[17]。特别是经济发展快速且耕地产出较高的太湖流域,肩负着区域粮食安全和经济发展的双重责任,人地矛盾尤为突出,人均耕地不到全国平均水平的1/3。近些年乡镇企业发展及农村城市化推进导致土地利用剧烈变化,耕地非农化形势严峻,城镇周边大量高产耕地流失,许多地区从粮食赢余变为粮食短缺,传统的太湖平原粮仓瓦解,作为全国重要商品粮基地的称号已不复存在。随着流域逐步迈进工业化中后期,经济高速发展对土地的需求依然强劲,土地利用变化带来的耕地生产力退化问题持续存在,若无重大措施调整,上述趋势有可能从根本上危及区域社会经济持续发展。
目前关于土地利用和耕地生产力的研究较多,但土地利用变化对耕地生产力影响机制的研究因数据资料不足多限于定性描述,或仅针对单一土地利用要素变化对耕地生产力和粮食产量的影响进行评价,流域相关地区研究多局限在耕地数量或土壤性状变化上,总体上缺乏时空尺度下土地利用变化对耕地生产力分布格局和粮食生产影响的定量及动态评价[18~24]。鉴于此,从空间上定量评估流域土地利用变化过程对耕地生产力的影响格局和时空分布规律,探讨耕地生产力变化对粮食生产的影响,不仅为经济快速发展下流域有限耕地资源合理利用及保护提供研究依据,还为快速城镇化发展背景下的中国在土地资源利用与粮食安全上所面临的新问题提供解决思路。
太湖流域位于长三角核心地区,水热条件十分优越,年太阳辐射量平均可达4 686 MJ/m2,年均气温18℃,河湖水系密布,平原面积广,是中国传统粮食高产区。水稻（Oryza sativa）和小麦（Triticum aestivum）是该区主要粮食作物,粮食单产比同期全国平均水平约高36%。该区又是中国典型经济核心区和城市密集区,流域内分布有特大城市上海,大中城市苏州、无锡和常州（苏锡常）,杭州、嘉兴和湖州（杭嘉湖）及众多迅速发展的小城市,区内交通便利,以沪、宁、杭为节点的交通运输网贯穿全区。
1.2.1 数据收集与处理
土地利用数据来源于1985年、2000年和2010年3期TM和ETM+多光谱遥感影像。将上述影像运用RS和GIS进行解译并转换为统一的坐标系和投影。在人机交互方式下获取土地利用空间和属性数据库。结合流域土地利用/覆被特点,将土地类型分为耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地6个一级类。同期土地利用详查资料和典型区野外实地抽样调查验证表明水域、建设用地、耕地、林地解译精度在92%以上,未利用地、草地解译精度在85%左右,表明分类结果较为可信,可利用上述数据开展土地利用变化研究。
气象数据来源于流域周边16个国家站和宜兴站、无锡野外定位观测站①【① 站点数据分别由中国气象科学数据共享服务网、宜兴市气象局和中科院南京地理与湖泊研究提供。】共18个站点1985年以来日照时数、温度、降水月值数据,根据研究需要求取3 a气象数据年均值,经过空间插值和数据处理生成与空间数据库相匹配的栅格图。由于流域太阳辐射观测站较少,本文运用气候学方法计算流域太阳辐射,经验系数选择参考该区域已有研究[25],并据此计算流域光合和光温生产潜力。
土壤数据是在收集第二次土壤普查资料基础上,结合中国耕地土壤调查成果[26],根据流域土地利用、土壤类型及地形格局分布特点,利用近些年地方土肥站土壤调查和课题组实地野外测量的典型样点土壤监测数据对土壤性状变化较大区域进行修正而得。
1.2.2 耕地生产力估算
AEZ模型是当前世界上应用范围最广的生产力评估模型之一,计算采用光合生产潜力-光温生产潜力-气候（光温水）生产潜力逐级订正的方法,土地生产力是气候生产潜力和土壤有效性系数的乘积。太湖流域年降水量约为1 300 mm,降水对耕地利用基本未形成限制作用。因此,本研究直接将AEZ模型估算的光温生产潜力作为气候生产潜力。为保证研究科学性,将灌溉保证率作为土壤有效性系数的影响参数。
土壤有效性系数是影响耕地土壤质量的关键性参数（取值范围0~1）,它除受土壤理化性质影响外,还受地形地貌、农业基础设施等影响。因此,本文从立地条件、耕层养分状况、耕层理化性状3个方面建立指标体系计算土壤有效性系数（表1）,并依据各指标对土壤质量的影响及在产量形成中的作用进行标准化处理。本研究利用AHP层次分析模型建立评价因素层次结构（目标层、准则层和指标层）,分析准则层各因素对目标层、指标层各因素对准则层的相对重要性,通过构造因子重要性判断矩阵确定各因素权重,分析过程参考了太湖地区已有研究成果并充分总结应用了专家知识和经验（选取了中科院土壤所和南京地理与湖泊研究所的相关土壤学和地理学专家）。
AEZ模型原理、气候生产潜力计算及参数获取参照参考文献[27,28],结合流域种植制度本文以水稻和小麦的平均气候生产潜力反映流域气候生产力水平。将计算得到的气候生产潜力与土壤有效性系数进行空间运算可得到覆盖整个流域耕地生产力图层,并用ArcGIS自然断点法（结合专家意见和实地农户调查情况进行调整）将流域耕地生产力分为 5个等级,不同等别反映了耕地自然条件及管理利用差异,其中一、二等地属于高产田,三等地为中产田,四、五等地为低产田。
表1 土壤有效性系数参评指标及权重
Table 1 Indicators and weight of soil efficient factors
| 目标层 | 准则层 | 权重 | 指标层 | 权重 |
|---|---|---|---|---|
| 土壤有效 性系数 | 立地条件 | 0.3202 | 高程 | 0.1067 |
| 灌溉保证率 | 0.2134 | |||
| 耕层养分状况 | 0.4009 | 土壤有机质 | 0.2330 | |
| 全N | 0.0945 | |||
| 有效磷 | 0.0735 | |||
| 耕层理化性状 | 0.2789 | 土壤质地 | 0.1333 | |
| 土壤pH | 0.0645 | |||
| 土壤容重 | 0.0811 |
1.2.3 影响评价
将1985年、2000年和2010年的耕地利用数据与耕地生产力图层叠加提取不同年份耕地生产力及等级空间分布数据,进而评价不同区域土地利用变化引起的耕地生产力空间分布变化。不同等级耕地生产力不同,其粮食产出亦不同,减少单位面积高产田比减少低产田对粮食生产影响更大,根据各等地平均粮食单产,分析流域粮食生产变化。
各等级粮食单产计算是在收集农业统计数据基础上,利用流域典型区实地农户调查得到单产数据进行修正而得,方法如下：① 利用历年统计数据计算近5 a各地粮食单产平均值,以县域平均粮食单产为基准生成单产分布图,与耕地生产力等级图叠加,并对落到各等级耕地范围内的粮食单产取平均值;② 上述单产是基于县域尺度的平均,等级是基于栅格尺度的划分,计算结果会有一定误差,因此,将通过实地调查得到的不同等级耕地样点附近5 a粮食单产的平均值对步骤1中单产进行修正得到各等耕地的平均单产。
耕地生产力反映了其粮食生产能力,它将直接影响粮食单产水平。通过分析1985~2010年县域平均耕地生产力与粮食单产双轴曲线可见（图1）：两者走势大体一致（由于实际单产还受区域农户用地行为等影响,两者也会存在一定的差异）,峰值和谷值及其变化格局基本对应,相关性较好,说明本研究计算的耕地生产力能够较好的反映流域耕地等级和粮食生产能力差异。
良好的经济基础及多年农业开发经验使得流域能较大程度利用其光热和水土优势,耕地生产力水平较高,高等级耕地分布广泛。但由于自然环境条件和耕作水平差异,高值区和低值区耕地生产力相差较大（图2）：东部平原区气候条件优越、土壤质量高,高产田分布较广,该区也是土地利用变化最剧烈的地区;西北部丘陵山区受热量、水分等条件制约,气候潜力较低,土壤条件较差,耕地生产力较低。其中1985年高产田呈集中连片分布趋势;2000年以来城镇周边高产田耕地开始呈现减少趋势;至2010年,城镇周边和交通沿线高产田大量减少,尤其是东部平原区优质耕地集中化趋势明显降低。可见,太湖流域持续的经济增长导致的耕地数量递减背后是高产耕地分布大幅缩减及耕地生产力水平明显下降。
图1 研究区县域粮食单产与平均耕地生产力双轴曲线
Fig.1 The average grain yield and cultivated land productivity curve of county in study area
图2 研究区不同年份耕地生产力等级空间分布
Fig.2 Spatial distribution of cultivated land productivity level in study area in 1985, 2000 and 2010
2.2.1 时间变化
流域耕地面积比例较高,但强大的经济基础和有利的区位条件使得耕地资源得以高速开发利用,耕地成为减幅最大的用地类型。1985~2010年耕地面积占流域比例由68.4%减少到43.6%,减少了36.2%,其中1985~2000年递减率为0.8%,2000~2010年增加到2.8%。1985~2010年建设用地增加了约4倍,占流域面积比例由5.1%增加到25.6%,年递增率达16.0%,增长速度较快,其他用地变化不明显。
2.2.2 空间变化
从空间分布上看（图3）,流域呈现显著的耕地分布萎缩和建设用地快速增加趋势,建设用地以城镇为中心向外扩张,侵占了周边的大量耕地。1985年除西南部丘陵山区,耕地几乎遍布全区。伴随经济发展,尤其是苏南小城镇迅速崛起,至2000年建设用地已有明显增加趋势,耕地集中连片分布区开始减少;2000年以后流域工业化与城镇化迅速发展及农业结构调整步伐加快,至2010年各地以市辖区为中心呈现建设用地大量扩张趋势,尤其是苏锡常和上海地区,直接导致城镇周围大量长期耕作的良田流失,集中连片耕地大量减少,耕地破碎化程度增加。
图3 研究区1985~2010年土地利用空间分布
Fig.3 Spatial distribution of land use in study area in 1985-2010
2.3.1 耕地利用变化对耕地生产力影响
流域就地工业化的经济发展模式及农业结构大幅调整导致耕地数量锐减,且减少的多是经过长期耕作和培育、生产力水平较高的平原耕地,导致高等地减少明显。1985~2010年一等地减少占总减少耕地面积的46.6%,二等地减少占35.3%,高产田共减少81.9%;中产田减少占13.7%,低产田减少占比较小（表2）。分阶段看,1985~2000年经济发展速度较缓,耕地面积减幅较小,仅占1985~2010年耕地减少面积的32.7%,高产田减少面积比略低于1985~2010年;2000年以来,流域社会经济发展突飞猛进,耕地面积减幅增加到67.3%,10 a间耕地面积减幅是前15 a的2倍多,同时高产田减少比上升到82.1%,流域耕地生产力水平下降明显。
表2 研究区1985~2010年耕地等级变化
Table 2 Changes of cultivated land productivity level in study area in 1985-2010
| 耕地等级 | 耕地面积减少（km2） | 耕地面积减少占总减少比例（%） | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1985~2010年 | 1985~2000年 | 2000~2010年 | 1985~2010年 | 1985~2000年 | 2000~2010年 | |
| 一 | -4155.7 | -1313.2 | -2842.5 | 46.6 | 45.0 | 47.4 |
| 二 | -3146.3 | -1063.4 | -2082.9 | 35.3 | 36.4 | 34.7 |
| 三 | -1224.6 | -392.1 | -832.5 | 13.7 | 13.4 | 13.9 |
| 四 | -270.1 | -117.8 | -152.3 | 3.0 | 4.1 | 2.5 |
| 五 | -121.3 | -33.0 | -88.3 | 1.4 | 1.1 | 1.5 |
| 合计 | -8918.0 | -2919.5 | -5998.5 | 100.0 | 100.0 | 100.0 |
利用GIS空间叠加得到1985~2010年耕地增加和减少区生产力的等级分布图（图4）可见：耕地减少区高产耕地分布广泛,耕地斑块连片分布程度较高,且多集中在耕地质量较好的太湖东部平原区,尤其是在苏南地区呈现市县城区“面”的边缘扩散和乡镇“点”的散布流失热点格局,这与苏南乡镇模式飞速发展关系密切。耕地流失特征表现为：一是城市建设对周边优质农田的占用,以城市周边集中连片一、二等地为主,上海浦东、松江区、京沪沿线较为显著,其次是苏锡常和沪宁、沪杭沿线;二是部分市区发展对耕地的占用,包括镇江、昆山、常熟、张家港、嘉兴、宜兴和溧阳等地市辖区;三是远离城区的开发区建设导致部分低产耕地开始减少。耕地增加区土地斑块破碎,无明显集中分布趋势,新增耕地零散分布在远离市区的乡镇或者山区边缘,如昆山北部、吴江、湖州等地的乡村及西部丘陵地区,这些耕地多由沿河和沿山的滩涂、林地及建设用地转移而来,外部生产条件劣化,土壤熟化程度低,耕地生产力一般较低。
图4 研究区1985~2010年耕地减少区和增加区生产力
Fig.4 Productivity level in area of reduction and increasing of cultivated land in study area in 1985-2010
利用GIS统计耕地增加区和减少区各等级耕地数量表明（表3）,1985~2010年耕地减少区面积为10 199.2 km2,增加区仅为1 281.2 km2,流域耕地呈现“高产耕地锐减-低产耕地缓增”的格局：一是各等级耕地减少量远大于增加量,耕地净减幅较大;二是高低产田增减比例不平衡,高产田面积减少比例明显大于增加比例,而中低产田面积增加比例明显高于减少比例,其中减少区高产田面积占78.3%,而增加高产田仅占53.3%,减少中产田占15.0%,而增加中产田为24.1%;减少低产田比例仅为6.7%,增加低产田达22.6%。结合图4和表4可知：71.5%的耕地被建设占用,尤其是沿江-沪宁-沪杭城市与工业密集带及苏锡常都市密集区和上海特大城市建设占用了大量高产的平原耕地,是导致流域耕地生产力下降的重要原因。由于耕地后备资源有限,流域新增耕地面积中76.7%来源于水域围垦或毁林开荒,这些耕地分布零散,不利于集中化管理和耕作,且表土多为熟化程度低的生土,若大量施肥、不合理灌溉等又易造成土壤质量退化等问题,此类耕地与高等地仍有一定差距。此外,22.0%的新增耕地来源于建设用地整理或复垦,该类耕地地形条件较差,开发时往往仅关注灌溉条件、土层厚度、平整程度等因素,以目测直观感觉作为验收依据,加之长期缺乏耕作和管理,土壤质量较低,在这些限制因素下即使通过增加投入和采取改良措施也不能达到中高产田水平,多为低产田。
表3 研究区1985~2010年耕地增减区各等地面积（km2）和所占比例（%）
Table 3 Number and proportion in area of reduction and increasing of cultivated land in study area in 1985-2010
| 等级 | 耕地减少区 | 耕地增加区 | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1985~2010年 | 1985~2000年 | 2000~2010年 | 1985~2010年 | 1985~2000年 | 2000~2010年 | |||||||
| 面积 | 比例 | 面积 | 比例 | 面积 | 比例 | 面积 | 比例 | 面积 | 比例 | 面积 | 比例 | |
| 一 | -4536.5 | 44.5 | -1484.1 | 45.0 | -3782.0 | 44.8 | 380.8 | 29.7 | 170.9 | 45.2 | 939.5 | 38.4 |
| 二 | -3448.4 | 33.8 | -1165.3 | 35.4 | -2805.5 | 33.2 | 302.1 | 23.6 | 101.9 | 27.0 | 722.6 | 29.5 |
| 三 | -1533.3 | 15.0 | -442.8 | 13.4 | -1267.4 | 15.0 | 308.7 | 24.1 | 50.8 | 13.5 | 434.9 | 17.8 |
| 四 | -485.5 | 4.8 | -151.0 | 4.6 | -414.7 | 4.9 | 215.4 | 16.8 | 33.2 | 8.8 | 262.4 | 10.7 |
| 五 | -195.5 | 1.9 | -53.6 | 1.6 | -175.3 | 2.1 | 74.2 | 5.8 | 20.6 | 5.5 | 87.0 | 3.6 |
| 合计 | -10199.2 | 100.0 | -3296.8 | 100.0 | -8444.9 | 100.0 | 1281.2 | 100.0 | 377.4 | 100.0 | 2446.4 | 100.0 |
表4 研究区1985~2010年耕地转移比例
Table 4 Proportion of cultivated land transfer in study area in1985-2010
| 用地类型 | 不同年份间转移比例（%） | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 耕地增加 | 耕地流失 | |||||
| 1985~2010年 | 1985~2000年 | 2000~2010年 | 1985~2010年 | 1985~2000年 | 2000~2010年 | |
| 林地 | 46.0 | 24.6 | 25.8 | 10.0 | 4.6 | 11.3 |
| 草地 | 1.3 | 0.3 | 0.9 | 0.4 | 0.2 | 0.5 |
| 水域 | 30.7 | 63.4 | 18.4 | 18.1 | 11.2 | 20.0 |
| 建设用地 | 22.0 | 11.7 | 54.8 | 71.5 | 84.0 | 68.2 |
| 未利用地 | 0.0 | 0.0 | 0.1 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| 总计 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 | 100.0 |
分阶段看,1985~2000年增减区一等地比例基本一样,但减少区二等地比例较高,使得减少区高产田面积比例（80.4%）高于增加区（72.2%）,增加区中低产田面积比例（27.8%）明显大于减少区（19.6%）,主要是由于此阶段城镇化发展使得84.0%的流失耕地用于城乡与工矿建设,城镇周边高产田大幅减少。此外,该时段增加区高产田面积比例（72.2%）高于1985~2010年（53.3%）,是由于此时新增耕地源于农业结构调整的占88.3%,仅有11.7%来源于建设用地整理,农业结构调整的耕地生产力水平一般高于建设用地整理出的耕地。
2000~2010年各等级耕地减幅递增,增加量虽有所上升,但仍远低于减少量。其中减少区高产田面积比例（78.0%）高于增加区（67.9%）,增加区中低产田面积比例（32.1%）大于减少区（22.0%）。此阶段建设占用比由前15 a的84.0%减少到68.2%,是由于2000年来流域发展模式由乡镇大面积扩张向发展大城市和开发区的经济新模式转移,乡镇地区耕地非农化变缓,加之国家开始采取各种措施保护耕地,占用高等级耕地的成本提高。相比前15 a,乡镇周边高产田得到一定程度保护,减少区高产田面积比例由80.4%降低到78.0%,但高等耕地净减少的趋势并未改变。此时,新增耕地源于农业结构调整的比例减少到45.1%,建设用地增减挂钩政策的实施使得建设用地整理增加的耕地面积比例增加到54.8%,导致增加区高产田面积比例由前15 a的72.2%下降到67.9%,中低产田面积比例由27.8%上升到32.1%。可见,流域土地利用变化对耕地生产力空间分布影响显著,各等级耕地减少量远大于补充耕地量,尤其是高产耕地减幅较大。
2.3.2 耕地生产力变化对粮食生产影响
1） 对粮食总产的影响（表5）。1985~2010年耕地减少使流域粮食产出共减少655.0×104t,其中一等地减少占46.6%,带来的粮食减产量却占49.6%,引起的粮食减少量几乎为其他等级耕地减少带来粮食减产的总和;一、二等地减少使得该区粮食减产了83.9%,是驱动流域粮食减产的重要原因;三等地减少占13.7%,引起的粮食减产仅占12.5%,低产田减少占4.4%,其对粮食产出的影响也仅占3.6%;高产田减少量为中低产田的4.5倍,而其引起粮食减产量则是低产田的5.2倍。分阶段看,1985~2000年耕地变化引起粮食减产约占1985~2010年总减少的1/3,中高产田引起粮食减产比例比整个阶段略低;2000~2010年耕地和粮食减产幅度都有所上升,粮食减产量约占总减少的2/3,高产田减少比例增加到82.1%,减产比例则增加到84.1%;三等地减少引起的粮食减产比例高于前15 a;低产田变化引起粮食减产比例有所下降,但由于减幅较大,导致的粮食减少量是前15 a的1.6倍。可见,高产田减少对流域粮食生产影响显著,高产田减少引起的粮食减产比例大于耕地减少比例,中低产田减少引起的粮食减产比例则小于耕地减少比例,高产田减少对粮食生产的影响远高于低产田,尤其是后10 a高产田递减导致流域粮食大幅减产。
表5 研究区1985~2010年粮食减少量和比例
Table 5 Amount and proportion of grain reduction in study area in 1985-2010
| 等级 | 粮食单产 （kg/hm2） | 粮食产量净变化 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 减少量（×104t） | 减少量占总量比（%） | ||||||
| 1985~2010年 | 1985~2000年 | 2000~2010年 | 1985~2010年 | 1985~2000年 | 2000~2010年 | ||
| 一 | 7817.1 | -324.9 | -102.7 | -222.2 | 49.6 | 48.0 | 50.4 |
| 二 | 7132.5 | -224.4 | -75.9 | -148.6 | 34.3 | 35.5 | 33.7 |
| 三 | 6692.6 | -82.0 | -26.2 | -55.7 | 12.5 | 12.2 | 12.6 |
| 四 | 6159.0 | -16.6 | -7.3 | -9.4 | 2.5 | 3.4 | 2.1 |
| 五 | 5312.7 | -7.1 | -1.9 | -4.7 | 1.1 | 0.9 | 1.2 |
| 合计 | - | -655.0 | -214.0 | -440.6 | 100.0 | 100.0 | 100.0 |
2） 粮食生产变化县域差异。图5可见,1985年来各地不同等级耕地面积减少格局与其粮食减产格局基本一致,高等地减幅较大地区粮食减幅亦较大;各地耕地增幅较少,有限的增加面积带来的粮食增产也很难抵消大量耕地减少带来的粮食减产,导致各地粮食产量都有不同程度减少。分地区看,耕地面积减少最明显地区集中在经济发展水平较高的苏锡常市辖区,耕地减幅大于500 km2,其粮食减幅也都高于40×104t;其次是杭嘉湖市辖区,耕地减幅在200 km2以上,粮食减产量也高于15×104t;流域北部的常熟、江阴、张家港以及西部的溧阳、宜兴耕地面积和粮食减幅也较大;上海大部分地区耕地总量较少,粮食产量减幅相对不高。分等别看,无锡及苏州的常熟、昆山、吴江和上海等区域一等地减少导致的粮食减产都在15×104t以上;苏州、杭州、嘉兴和湖州的市辖区及张家港、德清、长兴地区二等地减少引起的粮食减产基本都超过10×104t;常州市、临安市、安吉县三等地减少引起的粮食减产量较大;镇江市辖区四等地减少是其粮食减产的重要原因。常州市辖区三等地减少明显大于二等地,但两者对粮食的减产量却相当,镇江四等地减少大于三等地,但对粮食产量的影响却低于三等地,说明较高等耕地变化对粮食产量的影响更为显著。
图5 研究区1985~2010年县域耕地变化对粮食产出影响
Fig.5 Impact of cultivated land use change on grain production in different county in study area in 1985-2010
1） 太湖流域是中国典型的粮食高产区,近些年来,随着流域人口增长和社会经济高速发展,土地利用变化快速,耕地非农化形势严峻。就地城镇化和工业化发展占用了大量交通沿线和城镇周边地势平坦且水土条件优越的高产耕地。而新增耕地多来源于农业结构调整和建设用地的复垦和整理,耕作时间短,土壤熟化程度低,不利于集中化耕作与管理,多为中低产田。“高产耕地锐减-低产耕地缓增”的格局导致流域耕地生产力水平显著下降。
2） 耕地数量和耕地生产力共同构成粮食生产稳定发展的基础,在研究土地利用变化对粮食生产影响时,需综合考虑耕地生产力空间分布差异这一重要因素。流域土地利用变化带来的耕地数量递减背后是高产耕地分布的大幅缩减,将不可避免对粮食生产带来显著影响。2000年以前,流域经济发展速度较缓,高产耕地减幅小,粮食减产量较少;2000年以来,在高速经济发展背景下,高等级耕地减幅递增,粮食大幅减产。随着流域逐步迈进工业化中后期,经济增长对耕地占用压力仍较大,城镇化过程持续加速导致的高产田流失形势短期内很难转变,耕地“占补平衡”在数量和质量上都难以实现,未来该区仍受到耕地数量减少和生产力退化的威胁。
3） 作为中国经济发展的前沿阵地,流域土地利用变化不可避免,需理性看待特定经济发展阶段耕地的减少。但从全国粮食安全大局看,典型粮食高产区耕地保护成本要远低于中低产区耕地开垦成本,高产区耕地保护意义重大。为保障区域粮食安全及社会经济可持续发展,缓解当地粮食骤减局势,流域要充分利用其水热条件优势,有步骤地开发并保护耕地资源,特别是加强高产田保护。同时结合经济发展特点因地制宜实施区域耕地保护差别化策略,苏锡常等东部平原区经济发展水平高,资金、肥料、农机等资源充足,重点是将经济发展优势转移支付给农业生产,强化优质耕地产出;安吉、长兴等西部丘陵山区,农业投入增产有限,需着重配置基础设施,优化农业生产条件,在保障生态安全前提下,确保粮食稳产。该研究为流域协调经济发展和耕地保护提供了可靠依据,但本文耕地生产力计算仅分析了流域主要粮食作物,计算过程也并未考虑区域发展政策和农户用地行为影响,后续研究还需深化。
The authors have declared that no competing interests exist.
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1986-2012年抚顺市土地利用动态变化及热点分析 [J].
<p>以抚顺市为研究区域，利用GIS和RS技术，对抚顺市1986~2000 年、2000~2012 年2 个时期的土地利用动态变化及驱动力进行研究。结果表明：1986~2012 年抚顺市主要的土地利用方式是林地、农田、水域和居民用地，其中林地面积逐渐减少，农田和居民用地面积逐渐增加，水域面积呈先减少后增加的趋势，单一土地利用动态度最大的是是居民用地，其次为水域和草地，而林地最小；抚顺市1986~2000 年综合土地利用动态度较大且空间差异小，而2000~2012 年综合土地利用动态度较小但空间差异大，表明抚顺市1986~2000 年全区均在开发且开发强度大，而2000~2012 年仅在局部地区进行大规模的开发活动；1986~2000 年土地利用动态变化的热点地区主要有3 个且分布范围较大，而2000~2012 年土地利用动态变化的热点地区仅有1 个且分布范围较小，4 个“热点地区”均位于抚顺市内的居民地集中分布区。自然因素是土地利用变化的基础条件，相对自然因素，人类活动对土地利用的时空变化具有决定性的影响，是导致抚顺市土地利用快速集中变化的主因。</p>
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Global consequences of land use [J].https://doi.org/10.1126/science.1111772 URL PMID: 16040698 [本文引用: 1] 摘要
Land use has generally been considered a local environmental issue, but it is becoming a force of global importance. Worldwide changes to forests, farmlands, waterways, and air are being driven by the need to provide food, fiber, water, and shelter to more than six billion people. Global croplands, pastures, plantations, and urban areas have expanded in recent decades, accompanied by large increases in energy, water, and fertilizer consumption, along with considerable losses of biodiversity. Such changes in land use have enabled humans to appropriate an increasing share of the planet's resources, but they also potentially undermine the capacity of ecosystems to sustain food production, maintain freshwater and forest resources, regulate climate and air quality, and ameliorate infectious diseases. We face the challenge of managing trade-offs between immediate human needs and maintaining the capacity of the biosphere to provide goods and services in the long term.
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20世纪90年代LUCC过程对中国农田光温生产潜力的影响:基于气候观测与遥感土地利用动态观测数据 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1006-9267.2005.06.001 URL [本文引用: 1] 摘要
在20世纪90年代中国气候观 测数据和遥感土地利用动态观测数据的支持下,计算了中国20世纪90年代农田光温生产潜力的变化.结果表明:20世纪90年代的LUCC过程直接导致了中 国农田光温生产潜力总量和区域分布的变化,总体趋势是南减北增,总量净增加2622万吨;在各种土地利用类型之间的相互转变和转化过程中,耕地扩张和农田 损失是导致全国农田光温生产潜力总量净变化的主要原因,耕地扩张使全国农田光温生产潜力总量净增加8335万吨,占全国农田光温生产潜力总量的 3.50%,主要分布在东北、西北和华北等农林、农牧交错区和沙漠绿洲区,主要是由于该地区大面积的农田开垦所导致;农田损失使全国农田光温生产潜力总量 净减少
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Bloor J M G,Louault F,et al. Effects of land-use change on productivity depend on small scale plant species diversity [J].https://doi.org/10.1016/j.baae.2009.09.001 Magsci 摘要
<h2 class="secHeading" id="section_abstract">Abstract</h2><p id="">Understanding the interplay between land-use change, species diversity and ecosystem function is critical for the prediction of global change impacts on ecosystem services. Biodiversity experiments with artificial species assemblages have shown that community-scale species richness may affect ecosystem productivity and spatial stability. However, the use of synthetic communities with controlled levels of species density for biodiversity experiments has been criticised and their relevance for natural communities has been questioned. Here, we use a land-use change experiment to investigate the biodiversity effects on production within managed, upland grasslands. We examine species diversity and productivity at both the small plant-neighbourhood scale (14×14 cm) and the field scale (15 m×25 m) for two land-use trajectories under field conditions: intensification through fertilisation, and extensification through the cessation of mowing. Both intensification and extensification were associated with a decrease in species number, but the magnitude of this decrease was greater at the small scale. Extensification was associated with a decrease in small-scale productivity whereas intensification had no significant effect on small-scale productivity. Effects of land-use treatments on biomass production were mediated by variation in small-scale species number; species number showed a significant positive relationship with small-scale productivity within each land-use treatment. Furthermore, species number was associated with a decrease in the variance of small-scale green biomass. In contrast, no species diversity effects were found on productivity at the field scale. Instead, field-scale species diversity decreased with increase in the total above-ground biomass (green biomass+litter). This study demonstrates that biodiversity effects can be observed under field conditions at the small scale and may play an important role for ecosystem functioning and stability even in low-diversity plant communities.</p><h2 class="secHeading" id="section_abstract">Zusammenfassung</h2><p id="">Ein Verständnis der Zusammenhänge zwischen veränderter Landnutzung, Artendiversität und Ökosystemfunktionen ist entscheidend für die Vorhersage des Einflusses der globalen Veränderungen auf die Ökosystemleistungen. Biodiversitätsexperimente mit künstlichen Artenzusammensetzungen haben gezeigt, dass der Artenreichtum auf der Lebensgemeinschaftsebene die Produktivität und räumliche Stabilität von Ökosystemen beeinflussen kann. Der Gebrauch von synthetischen Lebensgemeinschaften mit kontrollierten Niveaus der Artendichte bei Biodiversitätsexperimenten wurde jedoch kritisiert und die Relevanz für natürliche Gemeinschaften in Frage gestellt. An dieser Stelle benutzen wir ein Experiment zur Landnutzungsänderung um die Auswirkungen der Biodiversitätseffekte auf die Produktion von bewirtschafteten Hochlandgrünflächen zu untersuchen. Wir untersuchen die Artendiversität und die Produktivität sowohl auf einer kleinen Pflanzennachbarschaftsskala (14 cm×14 cm) und auf einer Feldskala (15 m×25 m) entlang von zwei Landnutzungstransekten unter Freilandbedingungen: Intensivierung durch Düngung und Extensivierung durch das Einstellen der Mahd. Sowohl die Intensivierung als auch die Extensivierung waren mit einer Abnahme der Artenzahl verbunden, die Größenordnung der Abnahme war jedoch auf der kleinen Skala größer. Die Extensivierung war mit einer Abnahme der Produktivität auf der kleinen Skala verbunden, während die Intensivierung auf der kleinen Skala keinen signifikanten Effekt auf die Produktivität hatte. Die Auswirkungen der unterschiedlichen Landnutzungen auf die Biomassenproduktion wurde durch die Variation der Artenzahl auf der kleinen Skala vermittelt. Die Artenzahl zeigte eine signifikante positive Beziehung mit der Produktivität auf der kleinen Skala bei beiden Landnutzungstypen. Darüber hinaus war die Artenzahl mit einer Abnahme in der Variation der grünen Biomasse auf der kleinen Skala verbunden. Im Gegensatz dazu wurden keine Effekte der Artendiversität auf die Produktivität auf der Feldskala gefunden. Stattdessen nahm die Artenzahl auf der Feldskala mit zunehmender absoluter oberirdischer Biomasse (grüne Biomasse und Streu) ab. Diese Untersuchung demonstriert, dass Effekte der Biodiversität auf der kleinen Skala unter Freilandbedingungen beobachtet werden können und eine wichtige Rolle für die Ökosystemfunktion und -stabilität auch bei Pflanzengemeinschaften mit wenigen Arten spielen.</p>
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Assessing the consequence of land use change on agricultural productivity in China [J].https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2008.12.012 URL 摘要
China's cultivated land has been undergoing dramatic changes along with its rapidly growing economy and population. The impacts of land use transformation on food production at the national scale, however, have been poorly understood due to the lack of detailed spatially explicit agricultural productivity information on cropland change and crop productivity. This study evaluates the effect of t...
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土地利用变化对土地生产力的影响研究进展 [J].https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2012.05.001 URL Magsci 摘要
土地利用变化对土地生产力的影响是土地利用/覆被变化(LUCC)效应研究的重要内容之一。本文基于对土地利用变化和土地生产力概念的辨析,着重从土地利用变化对土地生产潜力、粮食生产能力和土壤质量3个方面的影响,总结梳理了当前的主要研究内容和方法,探讨了研究的影响尺度特征。最后指出今后的研究应加强土地利用结构、方式和强度变化对小尺度范围内耕地生产力的影响,强化不同尺度的综合以及空间分析和动态评估方法的应用。
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Cultivated land conversion and potential agricultural productivity in china [J].https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2005.07.003 URL 摘要
In China there is a growing debate on the role of cultivated land conversion on food security. This paper uses satellite images to examine the changes of the area of cultivated land and its potential agricultural productivity in China. We find that between 1986 and 2000 China recorded a net increase of cultivated land (+1.9%), which almost offset the decrease in average potential productivity, or bioproductivity (-2.2%). Therefore, we conclude that conversion of cultivated land has not hurt China's national food security. We also argue that more recent change in cultivated area likely has had little adverse effect on food security. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.
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Rapid urbanization in China: A real challenge to soil protection and food security [J].https://doi.org/10.1016/j.catena.2006.04.019 URL Magsci 摘要
To feed its 1.3billion population with a per capita cultivated land far below the world average, China is already facing a great challenge of land scarcity. Accelerated urbanization along with explosive economic growth has further worsened the shortage of agricultural land over the last two decades. Increasing concern over land is expressed in terms of soil availability for grain production and soil quality degradation. Based on official statistics and data derived from satellite imagery, dynamics of China's cultivated land over the past two decades is outlined and the causes and destinations of cultivated land loss are analyzed in this paper. Particularly, urbanization-related land-use changes and their spatial variation across the country are demonstrated. Furthermore, impacts of urbanization and associated waste disposals, consequent shifts of soil utilization on areal soil quality are expatiated. It is initially concluded that China's cultivated land is shrinking at a rather shocking rate. Although conversion to urban and industrial uses took up a comparatively small share of total cultivated land loss, urbanization should still be considered as a great threat to future agricultural production for several reasons. Urbanization is increasing the risk of soil pollution through waste disposal and acid deposition derived from urban air pollution. Facing rapid urbanization, China is making positive policy responses to the challenge of decreasing availability of cultivated land and offering unremitting efforts towards the goal of national food security.
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黄土丘陵沟壑区县域耕地生产力与粮食自给能力变化差异——以安塞县为例 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1007-7588.2004.04.018 URL Magsci 摘要
水在生态环境建设中具有重要的地位 ,同时生态环境建设也对水文情势产生重要影响 ,两者密切相关 .黄土丘陵沟壑区属于资源性缺水地区 ,水土流失非常严重 ,同时这一地区也是生态环境建设特别是植被恢复与重建的重点区域 ,研究这一地区的水与生态环境建设间的相互关系具有更加重要的意义 .根据黄土丘陵沟壑区的典型流域———延河流域的社会经济统计数据、水文站监测数据及土壤水分和植被生长的有关研究 ,综合分析后认为 ①人口快速增长和社会经济高速发展需要更多的水资源支持 ,生态环境建设用水受到直接威胁 ;②生态环境建设特别是建成植被减少了河川径流 ,由于植被蒸腾过度消耗土壤水库中的水分 ,一些地方出现土壤干层...
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过去20年中国耕地生产力区域差异变化研究 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-0690.2009.04.002 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
依据县域农业统计数据,以单位 耕地面积的粮食产量作为衡量耕地基本生产力的指标,对比分析了1985~1987和2002~2004两个时段的耕地生产力空间变化情况。结果表明:①过 去20年全国大部分地区耕地生产力普遍提高,在农牧交错带及其以西地区耕地生产力增加幅度尤为显著,这些地区耕地生产力的提高对全国粮食总产量增加具有重 要意义;②受中国降水空间分异影响,耕地生产力的东西差异依然显著,农牧交错带耕地生产力最低;农牧交错带以东,自西北向东南耕地生产力逐渐增高,耕地生 产力区内差异在2002~2004年已表现得不明显;农牧交错带以西,耕地生产力相对增长速度明显快于东侧和农牧交错带;东部地区,由于北方耕地生产力增 幅明显,以温度为主导的南北差异已经缩小。
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中国水土资源态势与可持续食物安全 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-3037.2002.03.003 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
21世纪前期是中国工业化、城 市化迅速推进的重要时期,也是中国走向国际贸易一体化和进入社会经济持续发展的关键时期。未来人口持续增长与消费水平的提高、工业化与城市化进程的加快、 全球贸易一体化格局的形成、国内体制和制度的转型,使中国人地矛盾更趋尖锐、市场竞争空前激烈,这无疑对中国农业生产的资源基础和农产品的供需平衡产生巨 大影响,进而影响到中国食物安全。论文重点分析了我国水土资源态势及其对可持续食物安全的影响,指出水土资源总量短缺及其空间上的不匹配状况将直接影响着 中国可持续食物安全,到2030年中国粮食缺口可能在760×108kg左右;实现中国可持续食物安全应立足21世纪中国农业与农村经济的可持续发展,重 点选择产业化、生态化、国际化和地区专业化的发展方向与模式,并须在优化制度环境、完善保障体系和突破结构制约等几个方面进行深化改革与创新。
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基于县域的生态脆弱区人均粮食时空格局变动及驱动力分析—以南水北调中线水源区为例 [J].
粮食问题是关系生态脆弱区发展的关键问题。在耕地面积有限、城市化加速、人口增长和生态保护急需加强的背景下，人均粮食的区域差异和驱动力研究对生态脆弱区生态安全具有重要意义。县级行政区是粮食生产和消费的基本单元，县域人均粮食变化的机制对于生态脆弱区发展至关重要。以南水北调中线水源区37 个县为研究单位，借助ESDA和GWR模型，揭示南水北调中线水源区人均粮食区域差异的空间异质性及变化的驱动力。结果表明：2000~2011 年，研究区县域人均粮食空间自相关特征明显，区域人均粮食变化的驱动因素呈现非均衡联动的局域性特征，单位面积产量对人均粮食变化的影响最大，耕地面积变动是第二大影响因素，都呈正相关。影响因素具有明显的平原向山区、亚热带向暖温带过渡的特征。因此，应结合南水北调中线水源区当前人均粮食的现状和驱动因子的效应机理，积极采取相应的有效措施，保障其粮食安全，促进区域生态保护。生态脆弱区自然生态环境复杂，在社会经济发展决策时，要充分考虑小尺度地理单元的特性，才能保证脆弱的生态环境能持续发展。
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Cultivated land and food supply in China [J].https://doi.org/10.1016/S0264-8377(00)00008-9 URL [本文引用: 1] 摘要
The study utilizes official statistics at the national and provincial level to examine changes in cultivated land in China during the past two decades. The environmental impact of the changes and the consequent effect on China's short- and long-term food supply are tackled. The study finds that while the decline in cultivated land was a trend evident at the national level, a provincial investigation reveals that this was mainly the result of a drastic reduction of fertile land in the southeast areas. The conversion of cultivated land to other types of agricultural uses and the encroachment of various constructions were the major causes of the loss there. Cultivated land increased in some northwest and frontier provinces, which partially offset the loss in the southeast. Reclamation was the primary source of the increase. This gain, however, has been made at the expense of environment, indicated by a substantial abandonment of damaged land in the major reclaiming provinces. The study argues that under the current land management system, the enforcement of the strategy of maintaining a dynamic balance of cultivated land can only intensify the existing regional trend. To this end, the strategy could potentially do more harm than good to China's long-term food security.
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20世纪80年代末以来中国土地利用变化的基本特征与空间格局 [J].https://doi.org/10.11821/dlxb201401001 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
土地利用/土地覆被变化（LUCC）是人类活动与自然环境相互作用最直接的表现形式，本文采用相同空间分辨率的卫星遥感信息源和相同的技术方法，对中国1980 年代末到2010 年土地利用变化数据进行定期更新。在此基础上，提出并发展土地利用动态区划的方法，研究土地利用变化的空间格局与时空特征。我们发现：1990-2010 年的20 年间，中国土地利用变化表现出明显的时空差异。“南减北增，总量基本持衡，新增耕地的重心逐步由东北向西北移动”是耕地变化的基本特征；“扩展提速，东部为重心，向中西部蔓延”是城乡建设用地变化的基本特征；“林地前减后增，荒漠前增后减，草地持续减少”是非人工土地利用类型变化的主要特征。20 世纪末与21 世纪初两个10 年相比，中国土地利用变化空间格局出现了一些新特征，原有的13 个土地利用变化区划单元演变为15 个单元，且部分区划单元边界发生变化。主要变化格局特征为黄淮海地区、东南部沿海地区、长江中游地区和四川盆地城镇工矿用地呈现明显的加速扩张态势；北方地区耕地开垦重心由东北地区和内蒙古东部转向西北绿洲农业区；东北地区旱作耕地持续转变为水田；内蒙古农牧交错带南部、黄土高原和西南山地退耕还林还草效果初显。近20 年间，尽管气候变化对北方地区的耕地变化有一定的影响，但政策调控和经济驱动仍然是导致我国土地利用变化及其时空差异的主要原因。2000 年后的第一个10 年，土地利用格局变化的人为驱动因素已由单向国土开发为主，转变为开发与保护并重。在空间格局变化的分析方法方面，应用“动态区划法”开展世纪之交两个10 年中国LUCC空间格局变化的分析，有效揭示了20 年来中国LUCC“格局的变化过程”，即动态区划边界的推移、区划单元内部特征的变化与单元的消长等；以及“变化过程的格局”，即土地利用变化过程与特征的分阶段区域差异，清晰刻画了LUCC动态区划中区划单元的消长，单元边界的变动，以及前后10 年的变化强度特征，揭示了土地利用“格局”与“过程”之间的交替转化规律，以及不同类型和区域的变化原因，证明了该分析方法的有效性。
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Assessing the differences in net primary productivity between pre- and post-urban land development in China [J].https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2012.12.003 URL [本文引用: 1] 摘要
Urban land development substantially alters the terrestrial carbon cycle, particularly the net primary productivity (NPP), from local to global scales. However, limited attempts have been undertaken to elucidate the differences in NPP between pre- and post-urban land development in China. In this paper, the terrestrial NPP after urbanization in China was assessed by using the Carnegie-Ames-Stan...
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Drought and flood analysis and impact on food production in Fushun [J].
Based on monthly precipitation data during 1961-2008 in 50 stations in Fushun,drought and flood indicators of three counties were calculated with Z index method. The geographical and seasonal distribution characteristics of Fushun were analyzed,and so was the impact of droughts and floods on food production. It shows that,since 1961,there are 7 poor harvest years in Fushun,with quadrennial caused by continuous seasonal floods or droughts,two years by year drought,one year by summer flood.
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中国耕地有机质含量变化对土地生产力影响的定量研究 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-0690.2002.01.005 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
在土地持续利用与管理研究中 ,土地质量变化对土地生产力影响的定量研究是核心内容之一。借助新古典经济学的生产函数法 ,构建了我国耕地的生产函数模型 ,定量模拟了我国耕地有机质含量变化的边际产出弹性和边际生产力。初步结果表明 ,由于我国长期存在耕地过度利用导致有机质含量及肥力下降问题 ,当前提高耕地质量的增产潜力十分可观。
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农牧交错带不同间套作模式的土地生产力 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-6819.2013.06.017 URL Magsci 摘要
农牧交错带不同带状间套作不但是一种高产高效的生产技术,而且还 是一种冬春季节防风固沙的生态保护措施.研究间套作对作物干物质积累过程和产量的影响,对于合理利用间套作技术提高土地生产力和改善生态环境有重要意义. 该研究从2009年到2011年在内蒙古武川县进行大田试验,通过地上部干物质质量随大于0℃有效积温增长的指数线性(expolinear)关系对不同 作物间作和单作的地上部干物质增长动态进行拟合,量化了间作模式下作物的生长速率的变化和生长与发育延缓的程度.采用土地当量比(land equivalent ratio,LER)研究了农牧交错带几种典型间作模式的土地生产力.结果表明:向日葵/马铃薯、莜麦/马铃薯和莜麦/豆类大带宽(2 m:2 m带宽)间作具有显著的产量优势,基于经济产量的土地当量比LER分别为1.12、1.09和1.05,说明间作能提高土地生产力5%~12%.窄带宽模 式(1 m:1 m带宽)间作优势小于大带宽模式,而且年际间的变幅较大.间作显著提高了向日葵收获指数,对其他作物收获指数的影响不显著.间作中高秆作物如莜麦在莜麦和 豆类的间作中具有显著的边行优势.间作和单作相比,显著降低了作物最大生长速率(cm);但相对生长速率 rm和单作的差异不显著;在间作中,矮秆作物(马铃薯和箭舌豌豆)的生长进程都有不同程度的延缓,到达冠层最大盖度时所需的有效积温比单作多 117~387℃·d,考虑到试验区作物生长季内的日平均温度为15℃左右,这2种间作作物的生长延缓了约8~26d.总体来讲,农牧交错带的这几种典型 带状间作种植模式都具有一定的间作产量优势和更高的经济效益,特别是大带宽间作模式,间作优势较为明显,而且还能降低农业生产的气候和市场风险.
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未来10a长江三角洲地区耕地数量变化对区域粮食产能的影响 [J].https://doi.org/10.11849/zrzyxb.2012.04.004 URL Magsci 摘要
基于全国农用地分等工作成果,采用定量分析法和对比分析法,研究了未来10 a长江三角洲地区耕地变化对区域粮食产能的影响。研究结果表明：①长江三角洲地区耕地利用等别处于全国中等偏上水平,耕地质量总体较优;②根据新一轮土地利用总体规划,未来10 a内长江三角洲地区耕地数量和质量均存在下降趋势,减少的耕地主要集中在利用等别较高、质量较优的区域;③长江三角洲地区最高等别、最低等别耕地的标准面积与统计面积相比,减少和增加耕地的比例为0.1∶1,减少和增加标准粮产量的比例为0.52∶1。相对于低等别耕地,高等别耕地数量变化对粮食产能影响更大;④耕地占补平衡中,由于占优补劣原因使耕地质量下降,导致补充耕地的粮食产能大大降低。
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长江三角洲典型地区土壤性质对土地利用变化的响应—以江苏省锡山市为例 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0564-3929.2007.04.005 URL 摘要
以锡山市为分析样区,对土壤pH、有机质、全氮、全磷、速效氮、 速效磷和速效钾等7个指标对旱地变为未利用地、水田变为菜地、水田变为旱地、水田变为林地和水田变为未利用地等五种变化方式的响应进行了研究.结果表明, 土地利用变化对土壤性质有显著影响,但不同变化方式对各指标的影响方向及影响程度不同:(1)水田变为菜地、旱地和林地使土壤向酸化方向发展,土壤pH分 别降低0.47、0.78和0.17;旱地和水田变为未利用地分别使土壤pH提高0.24和0.74;(2)水田变为未利用地、菜地和林地分别使有机质降 低3.83、3.18和0.35 g kg-1;水田变为旱地、旱地变为未利用地分别使有机质含量增加7.58和1.07 g kg-1;(3)旱地变为未利用地、水田变为菜地和未利用地分别使全氮降低0.31、0.08和0.11 g kg-1;水田变为旱地和林地分别使全氮提高0.41和0.04 g kg-1;(4)旱地变为未利用地使全磷有微小幅度的降低,降低量为0.01 g kg-1;水田变为菜地、旱地、林地和未利用地后不同程度地提高全磷含量,增加量分别为0.23、0.08、0.23和0.09 g kg-1;(5)旱地和水田变为未利用地分别使速效氮降低2.38和7.62 mg kg-1;水田变为菜地、旱地和林地分别使速效氮增加11.61、34.51和18.26 mg kg-1;(6)旱地变为未利用地使速效磷降低3.70 mg kg-1;水田变为菜地、旱地、林地和未利用地分别使速效磷增加45.16、7.54、40.55和10.94 mg kg-1 ;(7)旱地变为未利用地以及水田变为菜地、旱地、林地和未利用地均使速效钾含量有所增加,增加量分别为8.75、77.44、32.28、160.4和 27.59 mg kg-1.
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耕地集约利用对粮食产量变化影响的定量分析-以江苏省为例 [J].Magsci 摘要
针对粮食生产力影响因素分层结构的特点,构建粮食单产影响因素的多层线性模型,以江苏省为实证案例,定量研究耕地利用集约度及宏观政策因素对粮食单产变化影响及其内在作用机制。研究结果表明:(1)粮食单产的影响因素是多层次的,耕地利用集约度解释了平均粮食单产差异的57.04%,农业政策因素解释了平均粮食单产差异的42.96%;(2)2001～2008年江苏省的粮食单位面积产出总体呈逐年增加的趋势,其中,劳动集约度和资本集约度分别解释了县级平均粮食单产差异的19.50%和5.68%。(3)所选政策变量中,支农支出、科技支出和农业贷款三个变量对市级平均粮食单产具有显著作用。(4)所选政策变量解释了市级粮食单产均值差异的63.21%,市级层次还有36.79%的"背景效应"未得到解释。
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Production scenarios and the effect of soil degradation on long-term food security in China [J].https://doi.org/10.1016/j.gloenvcha.2009.06.002 URL 摘要
Food security in China underlies the foundation of the livelihood and welfare for over one-fifth of the world's population. Soil degradation has an immense negative impact on the productive capacity of soils. We simulated the effect of soil degradation, which occurs in combination with increases in population size, urbanization rate, cropping intensity and decrease in cropland area, on long-term food security in China using a web-based land evaluation system. Our results predict that food crops may experience a 9% loss in productivity by 2030 if the soil continues to be degraded at the current rate (business-as-usual scenario, BAU). Productivity losses will increase to the unbearable level of 30% by 2050 should the soil be degraded at twice the present rate (double-degradation scenario, 2× SD). China's capacity for producing food from agricultural crops will be either adversely affected by the loss of cropland area (130, 113 and 107 million ha in 2005, 2030 and 2050, respectively) or favorably affected by agricultural intensification (in terms of the multi-cropping index at 120, 133 and 147% in 2005, 2030 and 2050, respectively). The loss of cropland is predicted to cause a 13–18% decrease in China's food production capacity by 2030–2050 relative to its 2005 level of 482 Mt, while agricultural intensification is predicted to cause an 11–23% increase. In total, China will be able to achieve a production level of 424 and 412 Mt by 2030 and 2050, respectively, under BAU, while this production will be only 386 and 339 Mt under 2× SD, respectively. In per capita terms, the relationship between food supply and demand will turn from an 18% surplus in 2005 to 3–5%, 14–18% and 22–32% deficits by 2030–2050 under the zero-degradation (0× SD), BAU and 2× SD scenarios, respectively. Our results show that the present-day production capacity will not sustain the long-term needs of a growing population under the current management level. Technical countermeasures and policy interventions need to be enacted today in order to avoid food insecurity tomorrow.
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Spatial explorations of land use change and grain production in China [J].https://doi.org/10.1016/S0167-8809(00)00236-X URL [本文引用: 1] 摘要
Studies on land use change and food security in China have often neglected the regional variability of land use change and food production conditions. This study explores the various components of agricultural production in China in a spatially explicit way. Included are changes in agricultural area, multiple cropping index, input use, technical efficiency and technological change. Different research methodologies are used to analyse these components of agricultural production. The methodologies are all based on semi-empirical analyses of land use patterns in relation to biophysical and socio-economical explanatory factors. The results indicate that different processes and patterns of land use change are found in various parts of the country. Large inefficiencies in the use of agricultural inputs and relatively low input use are especially found in some of the rural, less endowed, western regions of China, which indicates that in these regions of China increases in grain yield are well possible. The spatially explicit results might help to focus agricultural policies to the appropriate regions.
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太湖无锡地区太阳总辐射的气候学计算及特征分析 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-7313.2003.03.009 URL [本文引用: 1] 摘要
为了便于研究水气界面辐射传输、水下光辐照度以及湖泊储热量,探讨太湖地区总辐射概况及其变 化.文章在概述当前太阳总辐射气候学计算的主要方法及公式基础上,采用最小二乘法,利用上海、南京、杭州3站1961～2000年共40年的历史资料,确 定各站的经验系数,然后内插求出太湖无锡地区的经验系数.由此推导出太湖无锡地区太阳总辐射的气候学计算公式,并利用无锡站日照百分率资料求算出近40年 到达地面的太阳实际总辐射.然后利用太湖站1998年的太阳总辐射实测资料检验其公式精度,确定公式的可信度.最后对计算值进行分析,阐述了近40年来太 湖无锡地区太阳总辐射的变化特征及其原因.研究结果表明:无锡地区太阳总辐射呈下降趋势,而这种下降主要是由于大气中悬浮物增加所致;总辐射年内变化趋势 基本上与天文辐射相吻合,但又存在差异,这主要与梅雨的存在有关.
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基于GIS的甘肃省农业生产潜力研究 [J].https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2003.04.008 URL [本文引用: 1] 摘要
在气象数据库、属性数据库和GIS支持下,采用机制法对作物生产潜力模型进行了光、温、水、 土逐级订正,得到了甘肃省的光合、光温、降水、水资源及土地的生产潜力,其结果很好的反映了甘肃省农业生产和农业资源分布的空间格局,各级订正的有效系数 进一步揭示了各种资源因子对农业生产的限制程度.
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基于AEZ模型的中国农业生产力的估算及其对耕地利用变化的响应[D] . |
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