基于生态系统服务功能视角的县域尺度土壤健康评价

土壤健康与粮食安全和农业可持续绿色发展息息相关,探索构建土壤健康评价体系,了解和定义土壤的生态系统服务功能是关键。本文根据土壤健康的内涵,从土壤生态系统服务功能视角,学习生态系统级联演化过程,采用逆向思维,在充分考虑"生态系统服务-功能-特性-质量维度-指标-健康"关系基础上,构建了基于土壤的肥力质量、环境质量和弹性质量三个维度的土壤健康评价指标体系,并以河南省温县为例,对其进行了验证。结果表明,温县土壤健康状况整体较好,健康土壤占74.94%,仅25.06%为亚健康;土壤健康等别具有明显的地域分异特征,以青峰岭为界,北部土壤本身肥力高,环境清洁,自我调节和恢复能力强,应继续保持良好的耕种行为,维持健康水平;青峰岭以南的大部分区域耕地应采取必要措施改善土壤健康状况。文章建立的评价体系与方法对开展县域尺度耕地土壤健康评价有借鉴意义,它可清晰地展示土壤的健康状况,为土壤可持续管理模式和对策的选取与构建提供参考。     

河北省黄骅市土地生态系统服务价值测算及动态变化研究

土地利用和生态系统服务价值变化对区域生态建设及可持续发展具有重要意义。以河北省黄骅市为研究区域,基于ENVI和ArcGIS软件平台,通过解译黄骅市1990年、2000年、2010年三期遥感影像图,分析了研究区土地类型及生态系统服务价值变化情况。结果表明:研究期间地类呈现"二增五减"的变化规律,园地、建设用地分别增加1 268.95,4 873.54hm2,耕地、草地、水域、盐碱地和未利用地均减少;土地生态系统服务价值构成中,耕地、水域和盐碱地3种土地生态类型贡献较大,土地生态系统总服务价值20a间减少了7 257.40万元。黄骅市土地生态类型变化对生态系统产生负面影响,生态环境质量降低。     

耕地入选基本农田评价与决策

针对当前耕地入选基本农田评价缺乏系统性和基本农田指标分解决策导向性不强等问题,该文在系统考虑耕地土壤生态质量、生产能力、利用状况以及地区经济发展等因素基础上,构建了耕地入选基本农田综合评价指标体系,并以粮食安全为导向,基于组合评价法及其组合评价结果进行基本农田指标分解决策。江苏省耕地入选基本农田评价结果表明,社会经济发展对耕地入选基本农田的影响远大于土壤质量与粮食产量等;同时,基本农田分解决策表明,江苏省大部分县市城市化、工业化侵占耕地已基本达到极限,亟需尽快转型为集约化内涵挖潜发展模式。该文研究成果对于省域尺度新一轮土地利用总体规划的基本农田划定研究,具有重要的理论和实践意义。     

GIS支持下的鄱阳湖生态经济区耕地资源可持续利用评价

以地理信息系统(GIS)叠加分析和多因素综合加权法为技术方法,从资源、环境、经济和社会等四个方面选择11个评价指标,在适宜性评价的基础上,应用实地调查和统计数据对鄱阳湖生态经济区耕地资源利用进行可持续评价。结果表明:鄱阳湖地区耕地资源的可持续利用水平较高,其中高度可持续和中度可持续利用的面积比例达到69.05%,不可持续的只有5.23%,说明鄱阳湖地区农业生产能力较强、农业生态环境较优、农业经济水平较高。研究结果可为区域耕地资源利用与保护、农业结构调整提供科学依据。     

农田土壤生态系统多功能性研究进展

健康土壤培育是耕地产能提升的先决条件,也是应对粮食安全和环境保护挑战,保障土壤可持续利用,实现农业绿色发展和构建生命共同体的基础。健康土壤培育的核心是实现土壤生态系统多功能性。在生态文明建设的新时代,土壤生态系统多功能性评价、培育过程及机制研究已成为全球土壤健康行动的焦点和前沿。本文系统梳理了土壤功能、土壤生态系统服务与土壤生态系统多功能性的概念,讨论了土壤生物多样性对多功能性的影响、土壤功能间的协同与权衡关系,总结了土壤功能评价及量化的方法,并提出了突破单一追求粮食高产目标,发展基于多功能性综合调控的农田健康土壤培育新思路。提出在不同层级上提高土壤多功能性的途径：在全国尺度调整土地利用方式及农业结构、区域尺度协调资源配置、景观尺度构建农业设施建设与景观格局、田块尺度优化田间土壤管理技术,全面提升土壤健康和多功能性。未来需要通过多学科交叉深入探索不同时空尺度的土壤多功能性形成与维持机理,与现代科技相结合,完善土壤功能管理相关政策与落地方案,强化土壤多功能性在可持续环境政策与管理中的多维作用,为山水林田湖草生命共同体协调发展和“碳达峰、碳中和”国家战略的实施提供重要支撑。     

1990-2012年榆林市土地生态风险综合评价

土地利用/覆盖变化对区域生态安全和维持生态系统服务功能起着决定性作用,土地生态风险评价是衡量土地资源可持续利用的重要指标.本文以生态脆弱的陕西省榆林市为研究对象,依据榆林市土地系统的基本特征,选取表征干旱风险的降水距平百分率指数、表征人类活动类型及强度的土地利用结构风险及表征土壤侵蚀的土壤水力侵蚀、土壤风力侵蚀4个风险指标,构建土地生态风险综合评价模型,对影响榆林市1990—2010年土地生态风险的因素进行定性和定量的评价与分析.研究结果表明:(1)1990—2012年榆林市的降水距平百分率指数均值呈先减后增的趋势,其低值区主要分布在偏东部地区;(2)21年间土地利用结构生态风险整体上呈先增后减的趋势,区域差异较大且变化明显;(3)土壤水力侵蚀较剧烈的区域主要分布在东部及南部地区,21年间均值呈先增后减的趋势;(4)土壤风力侵蚀较严重的区域主要分布在北部地区,随着时间变化其均值一直呈递减趋势;(5)土地生态风险21年间总体呈减小趋势,各区县生态风险差异显著.通过对榆林市土地生态风险综合评价,可为优化土地资源配置、保护生态环境提供理论建议,实现区域经济生态和谐发展.     

江苏省张家港市耕地地力定量化评价及其意义

耕地是土地的精华，是农业生产不可替代的重要生产资料，是保持社会和国民经济可持续发展的重要资源。耕地地力是指在当前管理水平下，由土壤本身特性、自然背景条件和基础设施水平等要素综合构成的耕地生产能力。对耕地地力进行评价是提高资源利用效率，推进农业结构调整，降低农业生产成本，指导科学施肥等工作的需要。     

基于生产力可持续指数的耕地利用动态分析——以新疆生产建设兵团农三师45团绿洲灌区为例

由于生态足迹、生态承载力和生态赤字都是绝对数字,不能真正反映一个地区耕地利用的程度,且不能进行不同地区的比较。本文在总结以往生态足迹分析方法的基础上,提出"生产力可持续指数(PSI)"以定量评价耕地的可持续利用程度。PSI指一定区域的耕地生态承载力占生态足迹与生态承载力总额的比值,它描述了该区域的耕地生产能力(生态承载力)满足人类对耕地供需矛盾总体(生态足迹+生态承载力)的可持续程度。PSI介于0～1之间,当PSI趋近于1时,耕地利用可持续程度很高;当PSI趋近于0时,属于极度不可持续状态;当PSI为0.5时,是可持续发展与不可持续发展的临界点。根据PSI远离0.5的程度,可划分可持续程度的不同等级。采用此指数对新疆生产建设兵团农三师45团绿洲灌区1995～2005年时间序列上的耕地PSI计算结果表明:1998～2003年间该区耕地利用为弱可持续状态,其他时段为弱不可持续,灌区可持续发展状况不容乐观。可见,与传统的"生态赤字"绝对数值相比PSI指标表示可持续发展程度更具合理性。     

兰州市城郊农业生态系统的服务功能及可持续发展对策

城郊农业生态系统是一个由社会、经济、自然等多种因素组成的复合生态经济系统,不仅提供经济产品,还以巨大的生物多样性提供多类型的生态服务功能,因此,必须合理地调整和分配土地资源,建立稳定可持续的城郊农业生态系统,实现城郊农业资源开发利用与城市生态环境建设的协调可持续发展。本文通过对兰州市城郊的农田、草地、林地和水体4种生态类型服务功能价值的分析,测算出兰州市城郊农业生态系统的年服务价值量为56.14×108元。从农业资源特征和城市生态安全要求出发,提出了适宜于兰州市城郊农业的耦合发展模式及产业化经营机制。     

江苏省县域生态经济系统协调度的空间分异及影响因素

生态环境和经济社会的协调发展是实现区域可持续发展的必由之路。选取生态环境指标与生态服务指标来评价县域生态系统,选取经济指标和社会指标来评价县域经济系统,并利用模糊数学方法建立生态—经济系统协调度评价模型,揭示了江苏省县域生态—经济系统协调度的空间分异特征及影响因素。结果表明:(1)生态系统呈现出显著的空间集聚特征,高值区集聚分布在江苏省中部地区以及苏南山丘和环太湖地区,低值区集聚分布在苏北东北部地区和沿江地区;(2)经济系统仍旧延续着传统的南北梯度分布格局,但呈现出一种以环太湖地区为经济中心的同心环空间分布特征;(3)生态—经济系统协调度高值区主要位于苏北北部、东部沿海以及苏南山丘等地,低值区集聚分布在环太湖地区以及沿江地带;(4)城镇化率、工业化率、土地开发强度、区位优势度等因素的影响在强度和影响方向上显著不同。研究结果可为优化主体功能布局、完善空间管制政策以及推进生态文明建设提供科学参考。     

基于土地利用变化的江苏省生态服务价值新评估

利用1996—2004年江苏省地籍数据,计算分析江苏省8年间生态服务价值变化,并提出了生态服务价值对经济发展的响应指标EG值。结果表明:江苏省生态服务价值由1996年的2 080.66亿元下降到2004年2 007.29亿元,下降了3.53%,减少了73.37亿元,下降的主导因素是湿地大面积直接或间接转变为耕地、水产养殖和建设用地。1996—2004年苏南生态服务价值增长,苏中、苏北下降。8年间江苏省每年EG值都小于0,说明江苏省经济增长对生态服务价值主要是负影响。苏南EG值变化范围较小,表示苏南地区人均GDP对生态服务价值的影响较小。苏中EG值2002—2004年呈增长趋势,说明人均GDP增长消耗的生态服务价值变小。苏北EG值从1998年开始呈现下降趋势,说明经济增长消耗的生态服务价值越来越多。     

沛县蔬菜生态系统能值分析

能值分析理论是基于“任何形式的能量都来源于太阳”这一前提, 因此可将不同种类、不可比较的能量转换为同一标准, 即太阳能焦耳来进行比较。本研究应用生态系统能值分析理论与方法, 以江苏省蔬菜主产区之一的沛县为例, 采用一系列能值指标, 定量分析了该县蔬菜生态系统的环境资源基础和经济特征, 为合理开发沛县蔬菜资源, 实现沛县蔬菜可持续发展提供科学依据。结果表明: 2007 年沛县蔬菜生态系统能值投入为1.22×10²¹ sej, 其中工业辅助能为7.18×10²⁰ sej, 占58.85%, 说明沛县蔬菜产业发展主要依靠工业辅助能,已走出传统农业靠自然条件发展的阶段。沛县蔬菜生态系统能值产出为3.20×1021 sej, 占农业总产出能值的39.65%, 说明蔬菜产业已成为沛县农业的重要支柱产业之一;其中, 茄果类和根茎类蔬菜能值产出较高, 分别占蔬菜能值产出的35.63%和23.63%, 而特种创汇蔬菜牛蒡和山药为蔬菜能值总产出的18.61%。沛县蔬菜生态系统能值自给率为2.67%, 低于江苏省耕地生态系统(10.12%), 说明环境资源已不是蔬菜发展的主要决定因素, 沛县蔬菜生态系统抵抗自然灾害的能力较强; 沛县蔬菜生态系统的工业辅助能值比率为58.85%, 低于江苏省耕地生态系统工业辅助能比率(73.16%); 沛县蔬菜生产的化肥使用量较高, 占工业辅助能的69.42%, 不利于蔬菜产业的可持续发展; 不过沛县生态系统的有机辅助能比率为38.61%, 高于江苏省耕地生态系统有机辅助能比率(16.72%); 沛县蔬菜生态系统的购买能值比率为97.54%, 高于江苏省耕地生态系统购买能值比率(89.88%), 表明沛县蔬菜产业发展几乎完全依赖于来自社会经济系统的购买能值, 而较高的购买能值促进了沛县蔬菜产业的迅速发展;沛县蔬菜生态系统的能值投入率为36.61, 高于江苏省耕地生态系统能值投入率(8.88), 说明沛县蔬菜产业发展迅速; 但净能值产出率仅略高于江苏省耕地生态系统净能值产出率, 可能由于能值产出较高的先进技术推广不够; 沛县蔬菜生态系统环境负荷率为1.43, 低于江苏省耕地生态系统环境负荷率(2.83), 且农药能值投入仅占0.21%, 说明沛县蔬菜产业有较强的可持续发展能力和较大的发展潜力。为促进沛县蔬菜产业综合效益的提高和可持续发展, 应进一步加强蔬菜产业基础设施及蔬菜产品加工业的建设,加大蔬菜产业的科学技术推广力度, 增强沛县蔬菜生态经济系统的产出能力。     

江苏省域耕地后备资源潜力空间分布与开发组合研究

耕地后备资源的开发利用是补充耕地、确保耕地总量动态平衡与国家粮食安全的重要措施。本文在农用地分等成果基础上,采用GIS支持的空间图形分析和两维图论聚类等方法,对江苏省域耕地后备资源潜力空间分布与开发组合进行了研究,揭示该省耕地后备资源的质量潜力区域分异明显,其中农地整理类潜力苏北＞苏中＞苏南,而其他三类（农村建设用地整理、土地复垦、未利用地开发）则苏南＞苏中＞苏北;以县级行政区为单元,根据地域潜力相似性等建立了全省耕地后备资源的开发组合序列,为该省耕地后备资源的合理开发利用尤其是优先开发区域的确定提供了科学依据。     

江苏土地综合承载能力空间分异研究

土地承载力是资源承载力研究的重要方面,是评价一个地区可持续发展能力的重要参考依据.以社会经济发展迅速而人地矛盾突出的江苏省为研究区域,从水土资源支撑系统、经济技术支撑系统、社会支撑系统和生态环境支撑系统4个方面建立了江苏省土地综合承载能力评价指标体系,采用多因素加权综合评价法对各县(市)进行土地综合承载能力综合评价.根据评价结果将全省分成高承载能力区、中承载能力区和低承载能力区,整体表现出从东南部-中西部-北部和沿海承载能力逐渐降低的空间分异特征.     

湖北省粮食生产及其影响下的土地资源承载力格局

[目的]为科学评估湖北省土地资源和人口可持续发展现状,对湖北省1949—2012年的粮食生产特征和土地资源承载力进行分析。[方法]通过引入粮食生产相对波动指数、土地资源承载力模型和土地资源承载指数模型进行详细评估。[结果]研究期内湖北省粮食生产呈周期性波动特征,生产过程受自然灾害和政策影响显著,平衡外界影响因素能力薄弱,容易出现起伏;人口增幅小于粮食产量增幅,人均粮食占有量呈4个明显波动周期;2012年湖北省土地资源承载力主要以人口超载、粮食短缺为主要特征。中部平原湖区耕地资源丰富,人粮关系协调,为粮食盈余区域;西部山区和东南部武汉城市圈耕地资源缺乏,人口压力较大,粮食短缺,为人口超载区域。[结论]保护耕地,发展农业科技,提高单产,扩大农业生产规模和稳定粮食生产政策是切实保障湖北省农业稳定发展的重要途径。     

省域尺度耕地产能空间分异规律及其影响因子

耕地产能核算是耕地分等的深化和延续,对于落实严格保护耕地的战略目标具有重要意义。基于耕地分等成果,该文采用耕地分等与农业统计结合的产能核算方法,对江苏省耕地产能进行了核算,分析了江苏省省域尺度下耕地产能的空间格局及其分异规律,并探讨了各因素指标区耕地产能的主导影响因子。结果表明：江苏省不同层次耕地产能总产分异规律基本一致, 总产大小表现出苏北＞苏中＞苏南的格局,这主要受耕地面积分布格局的影响,因此,耕地面积是粮食安全的重要保证,合理开发耕地后备资源是未来挖掘耕地产能的一个重要途径;从耕地单产分异规律来看,理论单产与可实现单产的空间分异规律基本一致,表现出南北高,中间低的分布格局,耕地实际单产的分布格局较为复杂,呈现出岛状分布的特点,高值岛出现在里下河平原区;有机质、农业灌排条件和利用系数是影响省域尺度耕地单产的主导因子。通过分析,全面掌握了江苏省耕地产能的空间分异状况,为区域性土地资源宏观调控与调整提供依据;同时,各指标区尺度的主导因子有所差异,今后可根据不同指标区的主导影响因子,采取针对措施,以有效提高各指标区的耕地产能。     

供水工程影响下中国北方地区耕地后备资源开发潜力

灌溉水源是北方地区耕地后备资源能否有效开发的关键。当前,中国正在推动国家水网工程规划建设,为北方地区耕地后备资源开发提供了新的机遇。在以往研究基础上,该研究考虑北方地区已建、在建及规划的供水工程,基于自然适宜、利用高效、发展稳定三方面评价准则,结合三维魔方空间分类方法,开展了雨养情景和供水灌溉情景下耕地后备资源开发潜力分析。结果表明：雨养农业情景下,北方地区勉强适宜（Ⅱ级）、中度（Ⅲ级）和高度（Ⅳ级）适宜的耕地后备资源面积分别为2.9万、1.0万和0.6万km²。灌溉农业情景下,耕地后备资源面积明显增加,勉强适宜（Ⅱ级）、中度（Ⅲ级）和高度（Ⅳ级）适宜的耕地后备资源面积将分别达到5.4万、7.6万和6.5万km²,主要集中于新疆、内蒙古和甘肃3省（自治区）。该研究结果可为中国耕地后备资源开发利用及国家水网工程效益发挥提供参考。     

资源环境硬约束下中国耕地休耕优先区识别

为厘清全国耕地资源环境本底并识别中国休耕优先区,该研究从生态保护红线、土壤污染状况、地下水超采和耕地质量等级等4个维度,运用生态保护红线划定、内梅罗综合污染指数、地下水水位变幅等方法系统分析中国耕地资源环境胁迫因子空间格局及分异特征,并构建多准则休耕规则识别不同情景下中国休耕规模及优先区的空间分布。结果表明：1）中国北方划入生态保护红线范围内耕地面积远高于南方,划入一级生态保护红线范围内耕地占3.57%;2）中国耕地重、中度污染面积分别占1.23%和2.31%,南方整体污染高于北方且南方呈局部分散、北方呈点状集聚格局;3）地下水超采区集中于河北、河南、吉林和江苏,重度超采区仅占0.68%;4）耕地质量总体一般,劣等、低等耕地面积分别占3.69%和14.0%,北方明显高于南方且大范围分散分布。依据多准则休耕规则综合评判,划入休耕优先区占全部耕地的23.70%,比食品安全优先、产能损失最小和生态保护优先3种情景分别高8.40%、4.18%和3.12%,其中禁植必休区、限植休耕区和重点轮休区分别为1.95%、4.71%和6.18%。因此,必须从源头治理视角厘清耕地资源环境本底,权衡休耕的迫切性,为国家层面上休耕规划有效落地、污染休耕治理和耕地保护创新提供技术支撑。     

藏粮于地视角下西北地区耕地适宜性及开发潜力评价

中国耕地资源匮乏,人均耕地不足世界平均水平的40%。西北"水三线"地区是中国耕地后备资源的关键区域,识别潜在耕地资源中适宜开发的土地数量及空间分布,对确保极端情况下国家耕地红线和粮食安全、推动西部大开发进入新格局具有重大现实意义。基于多源栅格数据,采用综合指数法与极限条件法评价潜在耕地资源的自然适宜性潜力;同时考虑土地利用结构风险、土壤侵蚀风险、土地荒漠化风险限制,构建潜在耕地开发的生态风险模型;将自然适宜性潜力和生态风险评价结果进行叠置分级,评估潜在耕地资源的综合开发潜力。结果表明:旱地农业情景下,西北"水三线"地区具备耕地开发潜力的土地面积约0.2万km~2,主要分布在内蒙古半干旱草原区;灌溉农业情景下,西北"水三线"地区具备耕地开发潜力的土地面积约9.5×10~4 km~2,这些土地需要通过引水灌溉和土壤改良等措施才能实现粮食生产,主要集中在天山北麓、塔里木河流域、疏勒河流域和内蒙古东部等内陆干旱区,未来如果具备灌溉水源条件,实施适宜的土壤改良措施,有较大可开发潜力。     

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。