农作物分布格局动态变化的遥感监测——以东北三省为例

【目的】当前对涉及到耕地内部不同作物空间分布及其变化的研究较少。本文旨在探讨大尺度作物种植面积和分布格局遥感提取方法及景观生态学中景观格局指数在作物格局动态变化分析中的应用。【方法】基于2005年和2010年作物生育期内遥感影像全覆盖的MODIS-NDVI数据,利用RS、GIS技术,通过分析东北地区主要作物（水稻、玉米、大豆）的种植结构、物候历及NDVI曲线特征,建立不同作物面积遥感提取模型,提取大尺度农作物空间分布格局信息。同时,利用景观格局指数方法分析农作物格局动态变化特征和变化规律。【结果】与多年平均统计数据比较,基于MODIS遥感数据提取的作物面积信息,2005年和2010年平均精度达到了90%以上;5年间,东北地区主要作物种植结构发生了较大变化。其中大豆平均斑块面积减少,面积年动态度为-4.47%,水稻和玉米平均斑块面积均增加,且5年的变化幅度均超过20%。【结论】成本和收益是作物面积增加或减少的主要原因;用中等分辨率的遥感数据进行大尺度作物面积提取的方法是可行的;景观生态学中格局指数可以用来分析耕地内部作物格局的动态变化规律。     

松嫩平原中部农作物空间格局时空变化

【目的】在国家一系列农业供给侧政策,如大豆目标价格、大豆生产者补贴、水稻最低保护价下调、"玉米调减"、"轮作休耕"等实施的背景下,对松嫩平原中部地区主要农作物年际空间格局时空变化进行分析,为国家相关农业政策的制定提供依据。【方法】选择松嫩平原中部(海伦市)为研究区域,利用2014、2015、2016、2017和2018年5年农作物空间分布数据,选取水稻、玉米、大豆和其他作物为研究对象,分析年际间农作物空间格局变化、作物面积转换、作物轮作等。【结果】 (1)水稻2014—2017年面积持续增加,2018年水稻面积减少,大豆、玉米5年间年际波动较大,其他作物面积持续增加。(2)2014—2015、2015—2016、2016—2017和2017—2018年这4个时段旱田轮作区域的面积占5年间旱田公共面积的51.72%、50.36%、45.57%、55.32%;玉米和大豆之间的轮作分别占轮作面积的94.42%、93.54%、84.28%、81.76%。(3)4个时段旱田公共区作物轮作次数分别为0次、1次、2次、3次和4次的旱田面积分别为28 248.60、48 695.32、96 812.60、69 538.50、25 731.23 hm~2,分别占旱田公共区面积的10.50%、18.10%、35.99%、25.85%、9.56%。【结论】(1)5年间海伦市作物空间格局发生了较大变化,水稻总体呈增长趋势,其种植面积和比例2017年之前持续增加,年增长率超过10%,2018年略有降低;玉米、大豆种植面积和比例总体呈下降趋势,年际间波动剧烈,且变化趋势相反;其他作物种植面积和比例持续增加,种植比例提高近5倍。(2)2014—2015、2015—2016、2016—2017和2017—2018年这4个时段中旱田轮作区域面积高于45%,2017—2018年轮作面积最高,达到55.32%;玉米和大豆之间的轮作比例总体呈下降趋势,但玉米大豆轮作为主要的轮作方式,高于轮作面积的80%;4个时段均轮作的区域面积不足旱田公共区面积的10%,玉米、大豆的重茬和迎茬仍较为普遍。     

黑龙江省宾县农作物格局时空变化特征分析

【目的】农作物时空格局特征分析是微观层面农户农作物选择影响机制研究的基础。通过分析宾县乡镇尺度农作物格局的时空变化特征,为农作物种植结构变化机理机制研究提供依据。【方法】基于黑龙江省宾县1996—2010年乡镇级统计数据,运用数理统计和GIS空间分析等方法,分析宾县过去15年玉米、大豆、水稻3种主要粮食作物和经济作物播种面积数量变化及空间变化特征。【结果】1996—2010年宾县农作物总播种面积增加22.86%,主要是由粮食作物播种面积变化引起。粮食作物播种面积增加32.80%,经济作物减少52.84%,粮经比从88﹕12调整到96﹕4。玉米种植面积大幅增加73.82%,种植比例不断提高,大豆种植面积减少1.05%,水稻种植面积减少29.78%。主要粮食作物空间变化呈现较强的规律性,即玉米种植在全县范围内分布较均衡,大豆种植中心向东南部集中,水稻种植集中到宾县北部和西部地区。【结论】过去15年宾县农作物格局时空变化明显,分析掌握其变化特征,有助于进一步探究其变化的原因,为科学调整县域农作物种植结构、提升农业综合生产能力提供科学依据。     

1980—2010年东北地区种植结构时空变化特征

【目的】探讨过去30年东北地区像元尺度种植结构的时空分布特征和演变规律,为东北地区农业政策的调整提供科学基础。【方法】基于1980—2010年东北三省的玉米、大豆、水稻和小麦种植面积的县级统计数据,利用SPAM-China模型获取10 km像元尺度上种植结构的分布信息,构建以像元内种植面积比例超过30%和占比前三位的种植结构类型的判定方式,利用空间叠加方法分析种植比例及其结构类型的时空变化特征。【结果】运用像元结果初步阐明了东北地区的种植结构变化特征,首先种植规模的优先顺序在2000年左右发生了变化,由玉米大豆小麦水稻变为玉米大豆水稻小麦;其次,30年间共出现14种组合类型,包括6种水稻及其组合类型由1980年的8.30%增至2010年18.64%,主要分布于辽河平原、松嫩平原和三江平原等地;7种玉米及其组合类型占比超过三分之二,累积比例增长3.7%,主要分布在东北的中西部,是该地区的主要种植作物;5种大豆及其组合类型累积比例减少4.2%,空间上发生了显著的置换,由散布在三省的格局迅速北移集中于黑龙江;7种小麦及其组合类型累积比例从26.82%降为3.17%,是变化最为显著的种植结构类型,现有少量集中于黑龙江嫩江附近。再次,3种种植结构类型变化较多,一是由开垦耕地带来的新类型,占所有变化类型比例为20.91%,特别是黑龙江省拓荒带来的大规模水稻种植;二是单一作物型变化为两种或以上作物类型组合,占比为34.90%,组合作物主要为水稻和大豆;三是多种作物组合型变为单一作物型,将种植结构类型集聚,占比为41.36%,主要为玉米种植区的调整。【结论】过去30年种植结构类型变化规律为种植结构类型分布受玉米和大豆主导,其中大豆空间转移至黑龙江,水稻正成为东北地区重要种植类型,而小麦则持续萎缩至局部地区,种植结构类型变化趋势将以玉米、大豆和水稻为主,单一化趋势显著。种植结构调整方向应从减少单一玉米型和增加水稻和大豆组合型入手。     

江苏省水稻主产区水稻种植面积时空动态变化分析

【目的】揭示江苏省水稻种植时空格局及动态变化特征,评价其稳定生产水平和种 植结构的空间变化规律,为江苏省水稻生产空间布局的优化调整和可持续发展提供决策依 据。【方法】文章选择江苏省水稻主产区50 个1∶50 000 比例尺标准地形图图幅单元为研究 区域,基于江苏省5 m 空间分辨率耕地遥感数据库,利用2011—2019 年水稻生长期内多源 遥感卫星影像,提取研究区当年的水稻种植面积及空间分布信息。运用数理统计和GIS 空间 分析功能,研究水稻面积变化幅度、变异系数以及转非水稻面积的时空分布特征,继而分析 2011—2019 年水稻种植面积的时空动态变化。【结果】研究区内50% 的地区水稻种植面积 仍然保持相对稳定,42% 的地区水稻种植面积缓慢下降,仅8% 的地区水稻种植面积急剧下 降。2011 年以来,累计有11.6 万hm2 水稻田逐年转为非耕地或持续种植其他作物,占2011 年研究区内水稻种植面积的13.7%。【结论】2011—2019 年研究区内水稻种植面积变化趋势 线斜率为-0.88,总体呈下降趋势,水稻面积平均变化率为-1.03%,变异系数为2.99%。     

基于时序Sentinel-2数据的马铃薯遥感识别研究

【目的 】文章以黑龙江省北大荒农垦集团克山农场为研究区域,以当地马铃薯全生育期为研究时段,以早熟马铃薯、晚熟马铃薯及其他主要农作物大豆、玉米、水稻为研究对象,开展基于时序Sentinel-2数据的识别差异性研究。【方法 】基于早熟马铃薯、晚熟马铃薯及大豆、玉米、水稻各时期各波段光谱反射值,利用光谱差异性指数,创建了光谱振幅指数,结合各种作物生育期数据,评价不同波段、不同时间序列对早熟马铃薯、晚熟马铃薯识别的差异性;筛选出可以较好区分早熟马铃薯、晚熟马铃薯、大豆、玉米、水稻的波段和时间序列组合。【结果 】在该文的时序内,能够同时区分早熟马铃薯、晚熟马铃薯与大豆、玉米、水稻的Sentinel-2数据时段为2022年8月9日和8月31日,波段为Band 5、Band7和Band 11。利用计算机自动分类,结合人工目视解译方式获得2022年克山农场种植结构,马铃薯、大豆、玉米、水稻、其他作物比例为13∶57∶27∶0∶2 （其中的水稻比例不足0.30%）。【结论 】综合Sentinel-2数据各波段反射值、光谱差异性指数,结合生育期资料,使用单一时相识别马铃薯时,最佳时段为晚熟马铃薯的成熟期后...     

21世纪以来三江平原农作物种植结构演化研究

客观分析农作物种植结构演化是优化调整农作物种植结构、推进农业供给侧改革和实现农业现代化的重要基础。基于2000—2015年遥感影像反演数据,利用数理统计分析和GIS空间分析方法,刻画三江平原农作物种植结构时空演变特征及规律。结果表明:1)2000—2015年三江平原大豆与其他作物的种植面积明显减少,而玉米和水稻种植面积显著增加。2)从时序看,15 a间三江平原县域农作物种植结构类型向水稻与玉米等单一化类型演变,且以大豆与其他作物组合型为主导的县域农作物种植结构类型向水稻和玉米组合型转变。3)从空间看,玉米与水稻的单一化类型与组合型主要扩张于东北部河流沿岸及中部地势低平的平原县域,而大豆与其他作物组合型则萎缩至西北和南部地势较高的山地丘陵县域。4)自然环境、社会经济状况、科学技术等因素共同作用推动了三江平原农作物种植面积和种植结构类型时空变化。在国家/区域农业供给侧结构性改革中,三江平原需要调减玉米种植规模,适当调增大豆种植规模,稳定水稻种植规模,形成合理种植结构与布局。     

2015—2020年徐州市农业用地时空变化分析

【目的】 分析徐州市2015—2020年农业用地的时空变化,厘清徐州市农用地时空变化特征,为相关部门土地政策的宏观调控提供数据支持。【方法】 基于2015—2020年徐州市地理国情监测数据,采用单一土地利用动态度、地理空间数据可视化以及景观格局指数对徐州市农业用地时空变化情况进行分析。【结果】 研究表明：①2015—2020年,旱地、水田、果园是徐州市主要农业用地类型,占总农业用地的94%;②在时间序列分布上,农业用地总面积逐年增长,水田、桑园种植面积逐年减少,旱地、设施农用地种植面积逐年增加,果园和苗圃呈现先减少后增加的变化趋势,其他农业用地呈波浪性上升趋势;③在空间分布上,徐州市水田种植有明显的河湖集聚现象,桑园和果园种植较为集中,桑园分布在中心城区南部,果园主要分布在徐州市西北部的丰县以及东北部的邳州市,设施农用地集中分布在徐州市西北部的沛县以及与沛县相邻的铜山区的西北部区域;④在景观格局上,徐州市农业用地破碎度加强,但是斑块边缘有效性和稳定性增强。【结论】 2015—2020年,徐州市农业用地面积逐年增长,整体景观破碎化加剧。其中,水田、桑园面积逐年减少,旱地、果园、苗圃、设施农用地、其他农用地整体呈增加趋势。     

东北地区高标准农田利用现状分析

【目的 】分析东北地区高标准农田粮食作物种植分布及空间变化情况,为高标准农田的监测监管提供依据。【方法 】文章选取中国东北地区为研究范围,利用卫星遥感影像提取2017—2021年水稻、玉米和大豆等主粮作物的空间分布,并将其与已建成的高标准农田项目空间数据以及一般耕地数据进行叠加分析,以对高标准农田和一般耕地上的主粮作物种植面积和占比进行分析对比。【结果 】2017—2021年东北地区高标准农田种植的主粮作物比例平均高出一般耕地约14%。高标准农田建设比例高、且主粮作物占比增加的地区主要分布在黑龙江东部及东北部、吉林西部;而高标准农田建设比例低、且主粮作物占比降低的县有23个,主要分布在山脉附近。【结论 】2017—2021年东北地区高标准农田主粮作物面积占比高于一般耕地,高标准农田在落实“良田粮用”政策和保障粮食供给方面成效显著。     

新疆抗虫棉区域棉铃虫庇护所的评估

【目的】转Bt基因抗虫棉大规模种植以来,棉铃虫对转基因棉花抗性风险在逐渐上升,"庇护所"是抗性治理的有效策略之一,玉米被认为是我国棉区重要的庇护所,在新疆兵团和地方作物结构、耕作制度不同的情况下,系统评估玉米的庇护所功能。【方法】基于新疆作物种植统计数据(2002~2012),通过时间序列分析、评估不同地区和不同管理模式下(兵团规模化种植和地方小农户模式下),玉米种植面积变化对庇护所功能的影响,并采用方差分析南、北疆的兵团和地方之间是否存在差异性。【结果】南、北疆的庇护所—玉米种植面积间无明显差异性(P>0.05),兵团和对应地方间存在差异性(P<0.01),兵团种植比例小于地方。【结论】玉米作为棉铃虫有效庇护所不仅需要在景观尺度上考虑其种植规模和空间分布,同时在田间尺度上结合棉铃虫的生物学特性,合理布局不同的品种资源(不同熟性)和种植模式(春玉米和夏玉米;条带种植和条块种植)。     

国土空间规划体系下乡村空间治理与规划实践

在国土空间规划背景下乡村治理作为空间规划的实施手段,需重新认识其作为优化配置资源的基本单元、多方利益磋商和协调三农问题的平台等作用,本研究以西部某地区实用性村庄规划为例,提出建立镇村布局和村庄规划的规划体系,明确村庄分类及用地布局,同时以农村“三块地”改革和国土空间整治修复等政策推动实施,为乡村空间治理和编制乡村地区国土空间规划、实用性村庄规划提供借鉴。     

Chimpanzee spatial memory organization

Juvenile chimpanzees, carried around an outdoor field and shown up to 18 randomly placed hidden foods, remembered most of these hiding places and the type of food that was in each. Their search pattern approximated an optimum routing, and they rarely rechecked a place they had already emptied of food.     

顾及空间自相关的农作物面积空间抽样研究进展

【目的】对当前农作物面积空间抽样调查在空间自相关研究方面存在不足与发展趋势进行总结与展望。【方法】文章简要概括了空间自相关的科学内涵与研究方法,并根据其在不同领域的实践应用对空间自相关的基本特征进行了系统总结;通过对国内外专家学者研究进展的评述,指出目前考虑空间自相关的农作物面积空间抽样调查方法仅从抽样精度、抽样费用、抽样单元设计和分层效率方面对空间抽样效率进行评价,并未考虑农作物面积单元间空间自相关性的存在会对其空间抽样造成影响的发展现状。【结果 /结论】国内外学者在抽样单元间空间自相关性的理论研究与综合应用方面做了大量的研究,但涉及空间自相关性对农作物面积空间抽样效率影响方面的研究则鲜有报道,缺乏空间自相关性对农业资源空间抽样效率影响的定量评价方法和指标,影响了农作物面积空间抽样方案的优化与实施。可进一步开展关于抽样单元空间自相关性对农作物抽样效率影响的定量研究,为进一步改善农作物空间抽样调查方法在不同地区应用适宜性评价和抽样效率提供理论依据。     

安徽省热量资源空间分布模型及插值方法研究

【目的】对安徽省热量资源进行栅格化处理,解决无测站地区的热量资源估算问题,为区域农业气候资源评估提供依据。【方法】利用安徽省1971~2000年气象站地面资料,在地理信息系统技术(GIS)支持下,采用多元回归结合空间插值方法,建立安徽省热量资源要素空间分布模型,并比较反距离权重法(IDW)、克里格和样条函数3种空间插值方法的精度。【结果】基于GIS平台,建立了安徽省250 m×250 m分辨率的温度和积温栅格化数字地图。对空间插值方法的交叉验证结果表明,3种空间插值方法的平均绝对误差、平均误差平方的平方根排序均为IDW<克里格法<样条函数法,IDW法效果最优。【结论】应用GIS空间内插技术,构建高分辨率的栅格化热量资源要素集,可有效提高农业气候资源分析和利用的精细化程度。     

Cerebellum shapes hippocampal spatial code

Spatial representation is an active process that requires complex multimodal integration from a large interacting network of cortical and subcortical structures. We sought to determine the role of cerebellar protein kinase C (PKC)-dependent plasticity in spatial navigation by recording the activity of hippocampal place cells in transgenic L7PKCI mice with selective disruption of PKC-dependent plasticity at parallel fiber-Purkinje cell synapses. Place cell properties were exclusively impaired when L7PKCI mice had to rely on self-motion cues. The behavioral consequence of such a deficit is evidenced here by selectively impaired navigation capabilities during a path integration task. Together, these results suggest that cerebellar PKC-dependent mechanisms are involved in processing self-motion signals essential to the shaping of hippocampal spatial representation.     

Spectral analysis of zooplankton spatial heterogeneity

Continuous estimates were obtained of zooplankton abundance, chlorophyll fluorescence, and water temperature along 10-to 100-kilometer transects of the North Sea. Spectral analysis methods were applied to the data. The "patchiness" of the plankton was distributed over all the length scales resolved with no indication of a characteristic patch size. The relative intensity of the zooplankton patchiness was greater than that of the phytoplankton at all spatial scales, with this difference becoming progressively greater for finer-scale features. In the North Sea data, the concentrations of phytoplankton and zooplankton consistently showed negative spatial correlations.     

The spatial dimension in population fluctuations

Theoretical research into the dynamics of coupled populations has suggested a rich ensemble of spatial structures that are created and maintained either by external disturbances or self-reinforcing interactions among the populations. Long-term data of the Canadian lynx from eight Canadian provinces display large-scale spatial synchrony in population fluctuations. The synchronous dynamics are not time-invariant, however, as pairs of populations that are initially in step may drift out of phase and back into phase. These observations are in agreement with predictions of a spatially-linked population model and support contemporary population ecology theory.     

The spatial structure in liquid water

Liquid state structure has traditionally been characterized with the radial distribution functions between atoms. Although these functions are routinely available from x-ray diffraction and neutron scattering experiments or from computer simulations, they cannot be interpreted unambiguously to provide the spatial order in a molecular liquid. A direct approach to determining the spatial structure in the liquid state is demonstrated here. Three-dimensional maps representing the local atomic densities are presented for several water models. These spatial maps provide a picture of the short-range order in liquid water which reveals specific details of its local structure that are important in the understanding of its properties.