基于MODISNDVI多年时序数据的农作物种植识别

为了获取陕西省农作物种植模式和类型分布信息,实现对于多年农作物长势分析及精确的估产和耕地生产力的估算,该文以2003-2012年的MOD09Q1时间序列遥感数据集为数据源,以陕西省主要农作物冬小麦、夏玉米、春玉米、水稻和油菜为研究对象,利用Savitzky-Golay滤波方法重建NDVI长时间序列数据集,充分利用农作物的物候信息,构建农作物年际间动态阈值方法,实现了农作物种植模式和类型的识别。通过对混合像元进行分解,更精确地提取农作物种植面积信息。利用空间和定量2种方式对农作物类型识别结果进行分析验证,空间对比分析得到分类的总体精度和Kappa系数为88.18%和59.64%,定量对比分析得到分类的总体一致性为87.56%。研究结果表明,结合物候信息与时间序列数据利用该文的分类方法可以有效的识别大尺度农作物信息。     

中国能源作物生产生物乙醇的潜力及分布特点

基于中国后备土地资源潜力,该文分析了在不影响现有粮食和经济作物种植结构的前提下,利用宜耕边际性土地资源发展生物乙醇能源的生产潜力及空间分布.结果显示:长期而言,中国能源作物生物乙醇的总生产潜力在7400×104t以上;中短期而言,如果仅考虑其中集中连片的土地资源,则可生产生物乙醇2170×104t,约占中国2006年汽油消费量的41.4%;中国生物乙醇产量潜力区域差异悬殊,潜力最大的几个省(区)依次为新疆、甘肃、山东、江西和宁夏.     

Changes in soil carbon and crop yield over 60 years in the Zurich Organic Fertilization Experiment,following land‐use change from grassland to cropland

Changes in land‐use and agricultural management affect soil organic C (SOC) storage and soil fertility. Grassland to cropland conversion is often accompanied by SOC losses. However, fertilization, crop rotation, and crop residue management can offset some SOC losses or even convert arable soils into C sinks. This paper presents the first assessment of changes in SOC stocks and crop yields in a 60‐year field trial, the Zurich Organic Fertilization Experiment A493 (ZOFE) in Switzerland. The experiment comprises 12 treatments with different organic, inorganic and combined fertilization regimes. Since conversion to arable land use in 1949, all treatments have lost SOC at annual rates of 0.10–0.25 t C ha^?1, with estimated mean annual C inputs from organic fertilizers and aboveground and belowground plant residues of 0.6–2.4 t C ha^?1. In all treatments, SOC losses are still in progress, indicating that a new equilibrium has not yet been reached. Crop yields have responded sensitively to advances in plant breeding and in fertilization. However, in ZOFE high yields can only be ensured when mineral fertilizer is applied at rates typical for modern agriculture, with yields of main crops (winter wheat, maize, potatoes, clover‐grass ley) decreasing by 25–50% when manure without additional mineral fertilizer is applied. ZOFE shows that land‐use change from non‐intensively managed grassland to cropland leads to soil C losses of 15–40%, even in rotations including legumes and intercrops, improved agricultural management and organic fertilizer application.     

上海农田生态系统碳源汇时空格局及其影响因素分析

以1990—2009年上海市农作物产量、农田面积、农业投入等相关统计数据为依据,对上海农田生态系统主要碳源汇进行了测算,分析了上海农田生态系统碳源汇的时空变化特征,并探讨了农田生态系统碳源汇的影响因素。结果表明,1999—2009年上海农田生态系统碳吸收总量总体处于逐步下降趋势,且经济作物和果蔬作物碳吸收比例分别下降和上升明显;碳排放总量则呈逐步下降并趋于稳定的趋势,农用化学品投入是其主要排放源;单位面积碳吸收和排放量则一直处于波动状态。2009年上海各区县农田生态系统碳吸收量、碳排放量和单位耕地面积碳吸收量均为远郊大于近郊,而单位耕地面积碳排放量则为近郊大于远郊。碳源汇影响因素相关性分析表明,碳吸收与粮食作物和经济作物产量显著正相关,而与果蔬作物产量显著负相关;碳排放与农用化学品投入和燃料动力使用以及耕作灌溉管理均显著正相关。     

基于FCS及EPIC模型的未来情境下作物空间竞争模拟

该文模拟了未来2030年气候变化和社会经济情景下东北地区粮食作物玉米、水稻和大豆空间竞争情况,并将竞争结果空间化,以期为相关研究和农业区域布局政策制定提供参考。该文设置A2C1D1(IPCCA2 CO2排放气候变化情景、农民无打工收益、3种作物政府收购价格翻一番)、A2C1D2(IPCCA2 CO2排放气候变化情景、农民无打工收益、3种作物政府价格翻二番)、B2C2D1(IPCC B2 CO2排放气候变化情景、农民无打工收益、3种作物政府收购价格翻一番)和B2C2D2(IPCC B2 CO2排放气候变化情景、农民无打工收益、3种作物政府价格翻二番)等4种IPCC气体排放气候变化和社会经济混合情景,与2009年3种作物空间竞争结果比较,可以得到如下结论:1)在A2C1D1情景下,玉米面积所占粮食作物农田面积比例由82.3%下降到77.36%,大豆由7.7%上涨至8.93%,水稻则由10%上涨到13.71%,空间上,玉米在小兴安岭与嫩江平原区之间的过渡地带及辽宁省腹地水系较为发达地区的周边地区有所减少,而大豆在小兴安岭与嫩江平原区之间的过渡地带,水稻在辽宁省腹地辽河平原面积相应有所增加;2)在A2C1D2情景下,玉米面积比例由82.3%下降到75.56%,而大豆由7.7%上涨至9.52%,水稻则由10%上涨至14.92%,空间上,这一情景的变化与A2C1D1非常相似;3)在B2C2D1情景下,玉米所占面积比例由82.3%上升到84.16%,而大豆由7.7%下降至7.27%,水稻由10%则下降到8.57%,空间上,玉米面积在小兴安岭与嫩江平原区之间的过渡地带和辽宁水系较为丰富的腹地地区,大豆种植区在小兴安岭与嫩江平原区之间的过渡地出现萎缩,而水稻在辽宁腹地种植面积逐渐减少,这一现象与A2C1D1和A2C1D2相反;4)在B2收购价格翻两番的情景下,玉米所占面积比例由82.3%下降到80.06%,而大豆由7.7%上升至9.01%,而水稻由10%则上涨到10.93%,空间上分布没有明显变化。从指导实际生产的角度分析,在中国经济发展呈现新常态特征的情况下,2030年B2C2D1和B2C2D2的情景预测可能更加符合实际情况,从农产品相对平衡发展的角度出发,收购价格无差别化提高2倍对于优化农产品布局更加有利。     

The use of halophytes to sequester carbon

Wild salt tolerant plants, halophytes, could be grown on 130×10⁶ ha of potentially arable land in the world's coastal deserts, inland salt deserts and areas of secondary salinization in irrigation districts. Halophytes have potential as biomass crops to directly sequester up to 0.7 Gt C, similar to tree plantations, or they can play an indirect role in absorbing C from the atmosphere by providing food, fodder and energy crops from a new land base. To the extent new cropland can be developed from unused saline land, further land clearing and loss of C storage in forest fallow and old growth forests can be spared, thereby adding to the carbon sequestering potential of all usable ecosystems.     

基于MODIS NDVI数据的复种指数监测--以环渤海地区为例

复种指数反映了耕地的实际利用强度,提高农田复种指数是区域粮食增产的重要途径之一,因此,监测和分析复种指数在时间和空间上的变化对粮食安全评估、农业发展规划科学决策有重要意义。NDVI的时间序列蕴涵着植被生长的年循环节律,耕地NDVI时间序列曲线的峰值个数和耕地的种植收割次数相对应,因此耕地的复种指数可通过分析NDVI时间序列曲线来获取。本研究以环渤海地区2000—2009年MODISNDVI时间序列数据为数据源,采用邻域比较法提取耕地NDVI年时间序列曲线的峰值频数,进而计算环渤海地区2000—2009年的复种指数,并对复种指数的时空变化及变化原因进行初步分析。结果显示,在环渤海地区,一年两熟的耕种模式主要分布在长城以南,长城以北基本上为一年1熟;环渤海地区各省份中,山东省具有最高的复种指数,辽宁省的复种指数最低;平原地区的复种指数远高于其他地形条件下的复种指数;区域复种指数存在明显的年际变化,主要是受耕地收益和农作物轮作的影响;混合像元的存在会影响复种指数提取结果。     

近20年海南省耕地林果化的时空分异及驱动因素分析

耕地林果化是指原本种植粮食作物的耕地被用于植树种果的现象,揭示耕地林果化时空分异及驱动因素对科学管理耕地、稳定粮食生产具有重要意义。基于土地类型变化视角,以海南省2000、2010和2020年3期土地利用数据为基础,综合利用转移矩阵、地理探测器和多元线性回归模型,系统分析了近20年海南省土地类型变化视角下的耕地林果化利用总体态势、时空分异特征及其驱动因素。研究表明：2000－2020年海南省林果化耕地规模呈降低态势,耕地林果化增量规模从2000－2010年的1 314.35 km2下降到了2010－2020年的472.45 km2,且前时段的林果化耕地有397.61 km2在后时段转回为了耕地。两个时段内,市县尺度耕地林果化利用现象空间差异明显,文昌、儋州的耕地林果化规模较高;网格尺度的耕地林果化空间分布格局基本相似,但格网耕地林果化比例具有明显差异。各时段驱动因子的解释能力不同,GDP增速、自然地形、区位因素是解释力较强的驱动因子;驱动因子是通过因子间交互作用影响耕地林果化利用,表现为双因子增强或非线性增强。     

面向省级农作物种植面积遥感估算的分层方法

针对当前遥感抽样估算中分层标志缺乏遥感识别误差描述的问题,该文探讨了基于农作物遥感识别结果的不同分层方法的抽样效率。以江苏省为研究区,采用2阶段分层,采用数字高程模型(digital elevation model,DEM)标准差进行一阶段分层,在一阶段分层的基础上,分别采用农作物识别种植规模、遥感识别破碎度、种植结构以及种植结构与破碎度指标进行二阶段分层。试验结果表明:种植结构与破碎度指标的分层效率最高,相对效率达到5.90,该分层指标融合了遥感分类结果反演出的种植结构和破碎度,不但能够有效地反映出农作物区域的景观特征,同时也较为合理地反映出区域间作物种植的差异性,为提高省级农作物种植面积遥感抽样估算效率提供有力的参考。     

广东省1949~2006年粮食生产的时序变化研究

利用1949～2006年广东省粮食生产的长时间序列统计数据, 分析了全省50多年来粮食生产的变化趋势, 并从粮食单产与播种面积、作物种植结构、复种指数、农业技术及农业投资等方面剖析了全省粮食生产变化的主要机制.结果表明:建国以来, 随着人口增加和产业发展, 在耕地与粮食播种面积逐年减少的情况下, 广东省粮食总产量一直在波动中增长, 主要原因在于:(1)影响粮食生产的主要因子--粮食单产的提高使全省粮食总产保持稳步增长;(2)广东省粮食作物以稻谷为主, 其种植面积的波动不大, 且单产逐年增加;(3)在耕地面积减少的情况下, 提高复种指数可提高区域的粮食生产;(4)农业机械总动力、化肥和农药的施用等农业技术的提高及农业基本建设投资的增加很大程度上促进了粮食生产的良好发展.     

安徽省1995-2013年粮食生产与耕地压力动态变化特征及驱动因素

[目的]探索安徽省粮食安全与耕地压力动态变化及驱动因素,为管理层制定粮食安全政策提供决策参考.[方法]运用耕地压力指数模型、C-D生产模型,采用偏最小二乘回归方法,对安徽省1995-2013年粮食生产与耕地压力的动态特征及驱动因素进行综合分析.[结果](1)人口增长与耕地面积减少的矛盾突出.人口由1995年6 000万,增至2013年6 929万,呈线性增长态势,而耕地面积则由1995年4.29×106 hm2减少至2013年4.19×106 hm2,呈下降态势;(2)研究时序内,耕地压力指数均值为0.345,承载力指数均值为0.747,耕地资源禀赋尚处盈余状态,为全国商品粮盈余地区,平均盈余率达25.32％;(3)粮食作物播种面积、农业固定资产投资对粮食生产具有正向影响,边际弹性系数分别为0.001 458,0.116 508,有效灌溉面积、劳动力、农机总动力、化肥、农膜、农药、农村用电量对粮食生产具有弱负向影响.[结论]加大财政支持力度,加快推进农业现代化进程,增强科技对粮食生产的贡献率,是保障安徽省粮食生产可持续发展的重要途径.     

山区县耕地"非粮化"空间分异规律及关联因素

准确测算耕地“非粮化”率，掌握耕地“非粮化”的空间分异规律及其影响因素，对于科学管控耕地“非粮化”、保障粮食安全具有积极意义。研究以江西省信丰县为例，从种植结构和产业结构2个方面测算耕地“非粮化”率，综合运用空间关联分析研究山区县耕地“非粮化”的空间分异特征，并采用空间计量模型揭示影响耕地“非粮化”生产的关联因素。研究表明：1)信丰县耕地总体“非粮化”率为30.28%，其中种植结构“非粮化”和农业产业结构“非粮化”面积分别为6 601.94 hm²和7 679.98 hm²,“非粮化”率分别为13.84%和16.44%。但不同地形区“非粮化”空间分布异质性明显，高山丘陵区主要为农业产业结构“非粮化”，而低丘岗地区域主要表现耕地种植结构型“非粮化”。2)信丰县耕地“非粮化”呈集聚型空间格局，种植结构“非粮化”在中部低丘岗地区域呈高值集聚，农业产业结构“非粮化”在高山丘陵区域呈高值集聚。3)严格的耕地管护政策对于“非粮化”生产具有抑制作用。4)“非粮化”生产存在空间扩散效应。自然资源禀赋差异和社会经济发展的不均衡性，对山区县不同类型的耕地“非粮化...     

重庆市合川区土地利用状况定量分析

基于重庆市合川区2005年土地详查和2006年土地变更调查数据,采用计量地理学定量模型和空间分析方法,从土地利用的多样化指数、集中化指数、组合类型、区位熵以及土地综合利用程度等方面对合川区及各乡镇的土地利用状况进行了定量分析。结果表明:（1）土地利用呈现明显的地域差异性,土地利用的多样性指数和集中化指数在空间上呈现较显著的南北反向趋势;（2）研究区土地利用类型组合数少,大多数乡镇的土地类型组合数仅2~3种,区域土地整体功能较弱。在数量上耕地比重大,高达47.2%,且共有28个乡镇的土地利用类型以耕地为首,在一定程度上可为农业产业化和多种经营提供支持;（3） 土地利用综合指数值均小于300,区域土地综合利用程度不高。具有区位意义的农业土地资源类型和数量较为齐全,未利用地相对充足。     

秦巴山区土地利用时空格局及地形梯度效应

自然景观的垂直地带性为区域土地利用的垂直景观格局奠定了基础,同时也决定了垂直景观带上土地利用的强度及其变化情况。该文采用地形位指数、分布指数、土地利用程度综合指数和土地利用信息图谱法等,分析了1989-2010年秦巴山区土地利用格局的地形梯度效应和图谱信息,揭示地形控制下土地利用时空格局和土地转移的变化规律。结果表明:1)秦巴山区土地利用以林地和耕地为主,呈西林东耕分布;1989-2010年间林地减少显著,建设用地增加明显,其中耕地是建设用地主要转入来源,林、草地是耕地主要转入来源。2)秦巴山区各生态亚区用地类型差异明显,各生态亚区土地利用转移方向也存在差异性。3)秦巴山区土地利用强度指数呈东高西低,中高周低的态势;土地利用强度变化率稳定少动,增加趋势不明显;土地利用动态度呈中高周低的态势,整体变化不大。4)水域、建设用地和耕地主要集中在地形起伏度小和坡度小的低地形位,且耕地主要转移为其他两种用地类型,建设用地有向中低地形位分布的趋势。林地和草地集中在地形起伏大、坡度陡的中高地形位,且存在着相互转移演替现象,中低地形位往往是耕地、林地、草地间的相互转换,未来势必加强坡耕地和低山丘陵区林草地的管治工作。     

基于遥感评价城市扩张对耕地质量等级结构及产能的影响

快速的城市化过程占用大量的优质耕地资源,引发耕地质量下降和产能损失已成为中国耕地保护面临的重要问题。该文利用遥感影像和耕地质量等级数据评价了近30 a来江苏城市扩展对耕地质量和产能的综合影响。研究发现江苏的城市扩张迅速,因城市建设引起的耕地损失约占耕地总量的7%。其中被占用耕地中以优质耕地为主,一、二、三等级耕地约占60%。从质量等级结构上来看,耕地质量结构有恶化的趋势,表现在一、二、三等优质耕地比例下降1.5%,而四、五、六、七等劣质耕地同比例上升。耕地数量和质量的同步降低引起生产能力下降14%。城市占用农地对耕地质量和生产能力的综合影响应该给予足够的重视。     

河南省土壤及地形与耕地多样性格局的特征

耕地分布受众多自然因素的影响,土壤、地形与之密切相关。选取河南省作为研究区,利用改进的仙农熵测度法和互熵关联分析法对河南省地形、土壤与耕地多样性格局特征进行分析。结果表明:河南省18个地市的地形、土壤的构成组分多样性与各要素的类别丰富度有关,与面积大小呈弱相关;其中地形、土壤与其丰富度值的相关系数分别为0.79和0.35,而与面积大小的相关系数小于0.1。基于土壤空间分布多样性指数大小的分级划分河南省的优势土类是潮土和褐土,劣势土类是盐土和碱土,且不同地市的土壤空间分布多样性格局有显著差异,显示河南省土壤类型的丰富性。土壤及地形要素与耕地多样性格局的相关性表现为:地形与耕地的空间分布多样性相关关系除豫南的盆地和豫西丘陵、山地外,整体为平原丘陵山地;土壤与耕地的空间分布多样性之间的关联度与河南省土壤空间分布多样性的格局特征具有基本一致性。     

侵蚀环境撂荒地植物群落恢复动态研究

以侵蚀环境不同退耕撂荒年限样地为研究对象,采用空间代替时间序列的方法调查植物群落特征,分析植物恢复过程。结果表明：植物群落覆盖度和地上生物量随退耕撂荒年限的增加,恢复演替的推进逐渐增大;群落物种多样性指数与撂荒年限呈正相关,而群落优势度指数与撂荒年限呈负相关;物种多样性指数能极好地反映群落物种丰富度,并能客观表达物种的动态变化,其演变呈升—降—升的趋势,退耕撂荒3、10和25 a左右时为物种多样性指数的高峰。植物群落结构稳定性与物种多样性、群落生物量、覆盖度和优势度关系密切,随着退耕撂荒地植被恢复演替的进展,植被结构稳定性呈阶梯式增强,从而为侵蚀环境生态恢复提供了基础保障。     

近25年临汾市耕地资源与粮食安全动态分析

利用耕地、人口和粮食统计数据,采用耕地相对变化率和敏感度分析模型,研究了山西省临汾市近25a县域尺度耕地资源时空变化规律和粮食安全趋势。结果表明:(1)耕地总面积呈增加趋势,而人均耕地面积却呈减少趋势;(2)耕地资源空间变化差异明显,东西部山区相对变化较大,而中部平原区相对变化较小。东西部山区耕地资源对粮食产量的敏感度高,而中部平原区由于科技水平提高,单产增加,耕地面积对粮食产量变化不敏感。人口数量和粮食总产量持续增加,而人均粮食占有量减少,劳动力资源对粮食产量和耕地面积影响很大。保障粮食安全的主要措施是保护基本农田、提高耕地质量和科技水平等。     

Perennial energy cropping systems affect soil enzyme activities and bacterial community structure in a South European agricultural area

In recent decades, perennial rhizomatous grasses have been introduced in the Po Valley (Northern Italy), not only to produce bioenergy, but also to face the loss of soil organic carbon due to intensive crop management. Given the dual purpose of perennial energy crops, this work was intended to evaluate changes induced by the introduction of these crops on soil microbial community structure and on soil functionality. We compared a 9 year-old land conversion to two perennial energy crops, giant Miscanthus (Miscanthus sinensis × giganteus) and giant reed (Arundo donax L.), with two 40-year old annual arable systems, continuous wheat and maize/wheat rotation. The structure of the bacterial community was studied by the fingerprinting method of denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE) amplifying 16S rRNA fragments, while the functional aspects of soil were investigated through the determination of three soil enzyme activities involved in soil carbon, nitrogen, and phosphorous cycles (β-glucosidase, urease, and alkaline phosphatase, respectively). Introduction of perennial energy crops positively stimulated the three soil enzymes, especially in the shallow soil layer (0–0.15 m), where accumulation of carbon and nitrogen was stronger. Enzyme activities were also positively correlated with organic carbon, apart from β-glucosidase. A significant but weaker correlation was also observed between enzyme activities and total nitrogen. The DGGE profiles revealed the relationship between crop types and soil microbial communities. Community richness was higher in perennial than in annual crops, but no effect of soil depth was observed. In opposition, Shannon index of diversity was not influenced by crop type, but only by soil depth with a 32% increase in the shallow layer. We conclude that the introduction of perennial energy crops in a South European soil increases both soil biochemical activity and microbial diversity, related to the ability of these crops to stabilize organic matter in soil. It is thereby evidenced that perennial rhizomatous grasses for energy uses could represent a sustainable choice for the recovery of soils depleted by intensive agricultural management.     

云南作物生产潜力的海拔修正对耕地自然等别评价结果的影响

作物光温生产潜力(thermal potential productivity,TPP)、气候生产潜力(climatic potential productivity,CPP)是农用地质量分等技术体系中的重要参数,其客观性对分等结果的准确性有很大影响。在耕地分布海拔差异较大的区域,实际工作中以县级气象站点TPP、CPP代替全县域TPP、CPP的取值方式导致耕地质量评价结果的准确性不足。该文旨在通过对气象站点指定作物TPP、CPP进行海拔修正,获取陆良县气象站点以外区域的指定作物潜力值并探讨其对耕地自然质量等的影响。首先,以第1轮云南省农用地分等工作中陆良县归属的滇中高原盆地区56个县级气象站点指定作物的TPP、CPP为基础,生成区域内一季稻、夏玉米、冬小麦TPP、CPP的海拔修正模型;其次,在陆良县县域范围内,每村各选取一块质量最好的旱地和水田,以样点旱地、样点水田作物实际单产验证模型的合理性;最后,验算陆良县范围内所有耕地采用修正后的TPP、CPP评定的自然质量等与采用修正前的TPP、CPP评定的自然质量等的差异。结果显示:各样点一季稻、夏玉米、冬小麦的实际单产均低于修正前和修正后的TPP、CPP,且与修正后的TPP、CPP随海拔的变化趋势一致;修正后的一季稻、夏玉米、冬小麦TPP、CPP较修正前更符合自然实际;全县修正后的耕地自然质量等较修正前变化范围为?0.8~1.7等,且99.76%的耕地自然质量等较修正前降低值在1.5等以内。