中国广义农业水土资源匹配及利用状况动态评价

作为农业发展的核心要素,水土资源匹配态势与利用程度决定着中国农业可持续发展及食物安全。为优化中国农业水土资源配置,该研究基于2000—2020年全国31个省市的统计数据,采用基尼系数评价中国农业水土匹配状况,提出广义农业水土匹配系数揭示各省农业水土资源匹配状况及配比程度,联合匹配特征与水土利用状况确定各省农业水土资源利用类型区。结果表明：1）研究期内,中国灌溉水与耕地分布差距较大（基尼系数均值0.424）,匹配情况变差;广义农业水资源与耕地资源分布相对合理（基尼系数均值为0.360）,无显著变化趋势。地理区及省际间农业水土匹配程度存在较大差异。华北、西北和东北地区匹配状况为“土多水少”,华东、华中和西南地区匹配状况为“水多土少”,广东（广义农业水土匹配系数均值为2.06）和云南（广义农业水土匹配系数均值为1.02）匹配程度分别为各省市最低和最高,匹配状况均为“水多土少”;2）农业水土资源利用程度空间异质性明显,垦殖率东南高西北低,农业水资源利用程度北高南低;3）吉林、新疆、江苏水土资源配置情况变差（转为低匹配高开发区）,北京水土资源配置情况有所好转（转为高匹配低开发区）。研究结果能够为国家农业水土资源优化配置相关决策提供支撑,对实现国家食物安全及农业可持续发展具有重要意义。     

黑龙江省农业水土资源匹配格局与区域调控

[目的]揭示黑龙江省市域尺度农业水土资源匹配协调水平及区域差异性,为区域农业水土资源优化配置及农业生产格局提升提供科学指导.[方法]基于2009-2019年黑龙江省13个地市农业水土资源数据,采用基尼系数及农业水土资源匹配系数法,分析农业水土资源空间分布特征及其匹配时空演变格局.依据农业水土资源匹配系数多年平均值划分水...     

河南省农业水土资源时空分异与匹配格局

水土资源是人类生产、生活的核心资源,其空间分布对区域粮食生产和耕地可持续利用有重要影响。河南省是我国重要的粮食主产区,为了解河南省水土资源的空间分布与匹配状况,在构建农业水土资源匹配模型的基础上,对河南省18个地市1999—2013年水土资源时空匹配程度进行了分析评价。结果表明:(1)研究期内,河南省耕地面积增加了19%,净增131.3万hm~2,农业用水比重降低了13%、净减少23.8亿m~3;河南省耕地资源优势明显,而水资源匮乏;水土资源数量不匹配。(2)河南省水资源主要分布在河南省北部和南部,耕地资源主要分布在河南省东部和南部,水土资源空间不匹配。(3)河南省水土资源匹配系数为0.21万m~3/hm~2,仅为全国平均水平(0.56万m~3/hm~2)的38%;研究期内河南省水土资源匹配系数降低了25%。(4)河南省水土资源匹配空间差异显著,呈现出"北部最优、南部东部优于中部和西部"的格局。全省76%耕地水土资源匹配程度为"较差"(0.33R≤0.50)或"极差"(0.09R≤0.15),仅有6%的耕地水土资源匹配程度"较优"(0.33R≤0.50)。水资源是河南省农业的主要限制因子,全面加强水利基础设施建设、加强节水农业技术综合运用、优化农业水土资源配置是提高河南省水土资源匹配程度,保障粮食生产的重要途径。     

延安市农业水土资源匹配及承载力

为客观分析延安市农业水土资源空间匹配状况,根据耕地、水资源量等数据,在分析延安市水土资源空间分布格局的基础上,通过构建洛伦兹曲线以及农业水土资源匹配计算模型,对延安市及其13个区县农业水土资源的匹配程度进行评价。结果表明:延安市农业水土资源匹配系数0.26×104 m3/hm2,匹配程度较差,低于全国同期平均水平0.54×104 m3/hm2,并且空间匹配程度存在明显的差异,总体上呈现出南优北差的匹配格局。在全面分析影响农业水土资源承载力多种因素的基础上,建立延安市农业水土资源承载力评价体系,将粒子群优化算法与投影寻踪模型结合在一起,对延安市各区县农业水土资源承载力进行了评价。结果表明,子长县和延长县农业水土资源承载力最低,承载力IV级;黄龙县农业水土资源承载力最高(II级),其他大部分区县农业水土资源承载力处于中等偏低水平(III级),研究可为提高粮食生产效益及区域农业水土资源可持续利用提供依据。     

江苏典型灌区农业水土资源匹配现状及其承载力特征

[目的]客观分析灌区农业水土资源匹配状况和承载力水平,进而促进灌区农业高质量发展和保障国家粮食安全。[方法]以江苏典型灌区为研究对象,通过计算基尼系数与农业水土资源匹配系数进行水土资源匹配现状分析,通过构建涵盖水土资源、经济、生态和社会子系统的灌区农业水土资源承载力评价体系,运用熵权法TOPSIS(technique for order preference by similarity to ideal solution)、障碍度和耦合协调度模型,对典型灌区农业水土资源承载力系统健康度、影响因子和耦合协调度开展了研究。[结果](1)典型灌区基尼系数G=0.26,优于同期全国水土资源匹配水平,各灌区水土资源匹配系数为2 800～11 500 m³/hm²,水土资源匹配水平差异显著;(2)各灌区水土资源承载力系统处在中低等水平,现状条件下开发潜力有限,社会子系统为影响承载力系统健康度的关键因素;(3)各灌区水土资源承载力系统处在基本协调发展状态,耦合协调度与承载力系统健康度呈正相关关系,系统耦合协调性很大程度地限制了农业水土资源承载力的发展。[结...     

区域基尼系数及其在区域水土资源匹配分析中的应用

水土资源的匹配对于农业生产非常重要,因此如何定量测度区域水土资源的总体匹配 程度,对于合理开发利用水资源和耕地资源具有战略意义.通过区域基尼曲线及系数的构建 ,为区域水土资源的匹配研究提供了新的思路.研究结果表明,我国(省际间)的水土资源 匹配程度与世界(国际间)的水土资源匹配程度以及亚洲(国际间)的水土资源匹配程度相当.     

河套灌区农业水土资源时空匹配格局研究

为了客观地评价内蒙古河套灌区农业水土资源时空匹配情况,在分析灌区水土资源利用现状和空间分布格局的基础上,以灌溉用水量作为水资源量的表征参数,构建了农业水土资源匹配测算模型,评价了河套灌区及5个县域的农业水土资源匹配程度,并对其匹配程度进行了划分。结果表明:河套灌区农业水土资源匹配一般,耕地资源优势明显,水资源问题突出;10a来农业水土资源匹配程度逐渐降低,匹配程度空间差异性较为显著,总体呈现出"自西向东依次变差"的特点。针对河套灌区农业水土资源匹配程度差、区域差异明显的情况,应加强该区水利工程建设和加快水务管理体制改革,同时兼顾农业水土资源优化配置,提高河套灌区农业水土资源匹配程度。     

国际荒漠化协会联合主席，水土保持专家王飞先生论基于土盐-水盐双分离的旱区盐碱地水土资源管理模式

[目的]从区域资源综合利用与水土资源管理角度探讨干旱地区土壤盐碱地治理问题,旨在寻求旱区盐碱地治理与开发利用新模式,以创新旱区盐碱地治理观念与技术,为旱区农业可持续发展、生态保护和环境治理提供支撑。[方法]根据在陕西、宁夏和新疆等省区的野外调查和研究经验,结合有关水土资源高效利用研究成果,通过综合分析目前国内外盐碱地治理方法中存在的主要问题,提出了一种旱区盐碱地水土资源高效利用的管理新模式。[结果]旱区盐碱地水土资源管理新模式是通过高效水调控促进土盐—水盐分离(简称:旱区盐碱地双分离治理模式),可以综合概括为"减少区域水损失,低耗水充分洗盐,集约化水盐分离,水土资源高效利用"。其中"减少区域水损失"是旱区水资源管理与生态保障的前提,"低耗水充分洗盐"是节省洗盐的时间成本和水资源成本的基础,"集约化水盐分离"是实现水盐分离和水盐分别再利用的核心技术,"水土资源高效利用"是旱区农业发展用水的核心经济原则。[结论]旱区盐碱地双分离治理模式通过集约化水土资源管理,可以提高水盐分离效率,提升土地和水资源利用效率,其资源、环境和生态风险小,治理效益持续时间长,有助于维持和提升盐碱地治理的区域经济功能和生态系统服务价值。     

陕西关中地区农业水土资源时空匹配格局研究

为了分析关中地区农业水土资源的时空匹配情况,应用农业水土资源匹配系数,评价了关中地区及所辖5个地级市的农业水土资源匹配程度。结果表明:关中地区水资源短缺、人水矛盾和人地矛盾突出;农业水土资源匹配格局的时间变化不明显,而空间匹配存在明显的差异,宝鸡市和西安市的匹配程度优于其他市区,咸阳市的匹配程度最差。因此,应该通过跨流域调水工程、提高有效灌溉面积、改进农业结构等措施,提高关中地区农业水土资源的匹配程度。     

基于多准则妥协解排序法的安徽省矿业城市水土生态安全评价

[目的] 探究矿业城市生态安全状况,厘清制约生态安全发展因素,为安徽省矿区可持续开采提供科学依据。[方法] 以安徽省9个矿业城市水土生态安全为例,构建基于经济—环境—社会的综合评价指标体系,通过乘法归一化法结合优化后的G1和CRITIC赋权法实现主客观赋权,再运用多准则妥协解排序法(VIKOR)模型,基于折中规划考虑了群体效应和个体妥协,兼顾不同权重指标实测值的差异性,利用障碍度模型对其进行障碍因子诊断。[结果] 多指标交互作用下的G1-CRITIC-VIKOR综合模型与实际数据匹配良好,安徽省矿业城市水土生态安全水平由高到低排序为池州、宣城、滁州、铜陵、马鞍山、宿州、亳州、淮北和淮南地区;其中工农就业人员比例、水土资源匹配系数、人均用水量、土地垦殖比例、城乡人均可支配收入是制约安徽省矿业城市水土生态安全水平的关键因素。[结论] 安徽省矿业城市应积极进行生态文明建设,努力把经济向集约型经济转变;实施植树造林,做好受损矿区生态修复、重建工作,保障其在水土生态安全的基础上科学合理地开采煤矿资源。     

张掖市典型绿洲农田生态系统生产力时空分布特征

[目的]以甘肃省张掖市甘州区典型绿洲为例,研究绿洲农田生产力的时空格局及其全球变化对农田生产力的影响,为区域农业资源管理决策与规划提供决策依据。[方法]利用MOD17A3NPP产品、气象数据及甘州区农业统计等数据,结合GIS空间分析技术开展研究。[结果]甘州区不同农田类型净初级生产力(NPP)均值最小值均出现在2001年,最大值出现在2007年。甘州区农田净初级生产力年均值变化范围为109.3~420.5g/(m~2·a),其分布特征与农田类型的空间分布基本一致;同一农田类型,高海拔区农田生产力小于海拔较低区,即农田生产力的大小是由农田类型及海拔高度共同决定的。NPP变化趋势存在明显的空间异质性,农田生产力增加的面积占总面积的40.9%,主要是旱地和高海拔地区的水浇地。海拔1 800m以上的旱地和水浇地年降水量的增加趋势远大于平均气温,其NPP呈明显的增加趋势。[结论]近10a来甘州区农田生态系统生产力存在明显的时空差异,整个旱地和水浇地年均NPP呈增加趋势,水田年均NPP呈下降趋势。     

河南省水土资源与经济发展耦合效应及其时空分异

为了对河南省经济发展与水土资源承载力的耦合关系及时空分异进行分析,采用信息熵权法,压力—状态—相应框架和耦合协调度模型等方法对河南省18个地市1999—2013年的水土资源和经济发展状况进行了量化研究。结果表明:(1)河南省经济发展速度高于水土资源承载阈值的增长,水土资源与经济发展缺乏同步性;(2)河南省水土资源与经济发展的耦合协调程度总体为良好协调类型;水土资源与经济发展对比关系主要为水土资源略微滞后型;(3)河南省水土资源与经济发展耦合协调度的空间分布特征为豫东、豫南协调水平最高,豫北次之、豫西最低。该研究不仅能够揭示二者的动态关系,减小水土资源对经济增长的阻尼效应,还能为河南省经济、社会与环境可持续发展提供理论和技术支撑。     

基于生态位理论的黄土丘陵区耕地整治优先度及模式研究

[目的]从生态适宜性角度构建耕地整治适宜性评价体系,确定耕地整治优先度及其模式,为制定差别化耕地整治政策提供科学依据。[方法]以生态位理论为基础,以山西省太谷县为例,从生产潜力、空间形态、区位条件3个维度构建了黄土丘陵区耕地整治生态位适宜度评价体系,通过评判耕地现实生态位与最适生态位的贴近程度确定各研究单元耕地整治生态位适宜度,并采用GIS标准分类法对此进行耕地整治优先度划分,最后结合关键指标组合法确定不同区域的耕地整治模式。[结果]研究区耕地整治生态位适宜度范围介于26.02～93.57之间,且整体分布非均衡性突出。根据耕地整治生态位适宜度评价结果,可将研究区划为优先、一般和限制整治区域,分别占研究区耕地面积的49.50%,30.28%和20.22%。划分结果与研究区耕地利用现状基本吻合。通过对关键指标的组合分析确定了耕地整治的3种模式:坡改梯模式、农田水利建设及完善模式和道路通达度提升模式。[结论]运用生态位适宜度模型研究耕地整治优先度科学合理,是一种可行的方法。     

超大城市水土流失空间分布格局及其防治策略——以武汉市为例

[目的]研究超大型城市水土流失的空间格局,提出针对性的防治策略,为新时代推进绿色发展和建设美丽中国提供科学依据。[方法]以武汉市为例,利用DEM提取坡度,通过遥感影像解译土地利用类型、计算植被覆盖度,采用土壤侵蚀强度分级指标判定土壤侵蚀强度等级,制作空间分布图。[结果]武汉市水土流失具有"4圈"分布格局:(1)内圈,主城区,地面硬化程度高,以微度流失为主;(2)第2圈层,主城区周边城市拓展区,是城市建设等生产建设项目水土流失最严重的区域;(3)第3圈层,城市拓展区外围平原农业生产区,水土流失面积小,强度低,但农业面源污染严重,又是山地、丘陵区的地表径流进入主城区的必经区域;(4)第4圈层,远郊山地、丘陵区,以林地为主,兼有少量坡耕地和采石采矿迹地。[结论]根据武汉市水土流失"4圈"分布格局,制定针对性的水土流失防治策略:内圈需要加强城市绿地管理维护和地下排水系统的清理管护;第2圈层要加大生产建设项目水土保持监督执法,最大限度地扼制人为水土流失,加大施工迹地的恢复和城市生态景观建设;第3圈层需加强面源污染治理,建设生态清洁型小流域;第4圈层需要严守生态红线,大力保护森林资源,继续开展坡耕地治理、生态恢复和治理工作,注意控制旅游开发导致的人为水土流失。     

湖北省水土保持监测站点的空间优化布局

[目的]对湖北省水土保持监测站点空间优化布局进行探究,为该区水土保持监测系统的完善、水土保持科学管理与决策提供支撑。[方法]收集湖北省土壤侵蚀相关资料,利用GIS空间分析功能开展湖北省土壤侵蚀强度分级评价,在此基础上应用尺度理论对监测站点进行空间优化布局,并对优化结果进行分析验证。[结果]经过优化研究,湖北省共需布设86个监测点,其中一级尺度12个监测点,二级尺度26个监测点,三级尺度布设48个监测点。经泰森多边形验证,优化后的站点布设合理,控制突出,层次分明。[结论]湖北省丹江口水库周边山地丘陵水质维护保土区、南阳盆地及大洪山丘陵保土农田防护区和鄂渝山地水源涵养保土区水土流失严重,需要在现有基础上进一步增加水土保持监测站点密度;江汉平原及周边丘陵农田防护人居环境维护区等地区水土流失轻微,可适当减少水土流失监测站点数量。     

1990—2020年淮河生态经济带耕地资源分布变化特征与驱动机制

探索淮河生态经济带耕地资源分布变化特征，可为保护耕地、保障国家粮食安全提供规划和决策依据。基于1990—2020年遥感影像数据，利用空间探索、统计分析等方法，揭示该区域耕地资源在过去30年的时空分布变化及其驱动机制，并进一步对2030年土地利用进行情景预测。结果表明：1）淮河生态经济带土地利用结构以耕地为主，平均占比为68.70%；近30年来研究区耕地面积剧烈缩减8.63×10⁵ hm²，年均减少2.88×10⁴ hm²，其中旱地减少占耕地总减少量的82%；耕地的流失主要在于建设用地的侵占。2）耕地资源具有明显的集聚特征，以淮河为分界线集聚分布，呈现“东南水田、西北旱地”的典型分布特征。3）耕地资源分布变化的主导驱动因子包括农业机械化水平、粮食产量、人口等社会驱动力；生态驱动力各要素对耕地资源变化的驱动力则相对较为稳定。4）自然发展情景下，2030年耕地面积持续减少1.10×10⁵ hm²，在积极的耕地保护情景下，耕地面积将显著增加5.29×10⁵ hm²；采取耕地保护情景，鲁中南低山丘陵区以及桐柏—伏牛山通过开垦部分疏林地和低覆盖草地将其整治为耕地，东部沿海可将沿海水域合理建设为建设用地，中部区域可通过减少建设用地的碎片化，较大程度上使耕地资源的连片化，从而在一定程度上提高耕地的利用效率。研究对于优化淮河生态经济带耕地资源结构以及空间优化配置具有重要意义。     

Optimization of land use structure and spatial pattern for the semi-arid loess hilly–gully region in China

The semi-arid loess hilly–gully region in China has an extremely vulnerable ecological environment. Inappropriate land use — crop farming, overgrazing, and plantation forestry - has worsened soil erosion, intensified water shortage, and hence impeded the ecological conservation and agricultural development of the entire region in the past. Optimizing land use and vegetation cover and spatial pattern is conducive to achieving both ecological and economic goals in terms of controlling soil erosion, using water resources rationally and raising agricultural productivity. Changchuan Watershed, a typical small catchment in the semi-arid loess hilly region, was selected as the case study area to analyze the impacts of land use and land cover structure and associated spatial pattern on soil erosion and water consumption in the Watershed, through field investigation and model simulation. Land use structure was optimized by multi-objective programming, using remote sensing (RS) and geographical information system (GIS) techniques, analytic hierarchical programming (AHP) and expert consultancy. The digitized optimum spatial pattern embodying rationally-proportioned land use structure was obtained through GIS-aided redistribution of land use types. The optimized land use structure re-apportioned woodlands, shrublands, grasslands, and croplands at 3.7%, 38.6%, 49.4%, and 6.3% of the land area respectively, compared to the current land use structure of 2.4%, 38.6%, 24.0%, and 12.6%, respectively, in the Changchuan Watershed. In the optimized land use spatial pattern, croplands are mainly located in the riverside plain and check-dammed valleys and grasslands are widely distributed in the lower reaches of the basin, while shrublands are appropriately established in the middle and upper reaches of the river. A comparative analysis shows that the optimized land use structure, with well-designed spatial pattern is able to reduce soil erosion, enhance the utilization of water resources and raise agricultural productivity.     

粮食主产区煤炭资源开发与农用地生态补偿机制

[目的]定量测算煤炭资源开采对农用地生态环境影响,构建矿产资源开发与农用地生态补偿新机制。[方法]以黑龙江省粮食主产区鸡西市东山煤矿为例,采用市场价值法、排污费及机会成本法。[结果](1)煤炭资源开发直接影响农用地完整性及粮食生产,间接影响生态环境及矿区居民健康。(2)资源开发企业造成生态损失由破坏及受益企业承担补偿,不明确破坏主体及历史遗留矿山生态环境损害由政府作为生态补偿主体;矿产资源开发对现代农业产区水土资源造成长期及不可逆转性的生态环境损害,土地整理复垦及高标准农田建设是粮食主产区重要补偿客体,生态环境治理区及矿区居民也是补偿客体。(3)鸡西市东山煤矿开采与农用地生态补偿为947.20万元/a,补偿标准为煤炭产值的2.92%。(4)政府以财政转移支付作为生态补偿方式,矿产开发企业以资源开采与农业生态补偿标准形成保证金制度,保证履行生态治理义务。[结论]粮食主产区煤炭资源开发与农用地生态补偿机制应构建以受益企业及政府为补偿主体、土地整理复垦及高标准农田建设项目区、生态环境治理区及矿区居民为补偿客体,测算煤炭开发对农用地的直接及间接影响作为补偿标准,建立多元化的补偿方式。