基于GIS和USLE的鄱阳湖流域土壤侵蚀敏感性评价

水土流失是鄱阳湖流域严重的生态环境问题。以USLE模型为基础,结合鄱阳湖流域自然环境特征,确定评价指标及其分级标准。运用GIS技术,实现研究区土壤侵蚀敏感性综合评价,揭示其流域空间分异特征及规律,并对流域土壤侵蚀产生的原因进行分析,提出了调控措施。研究表明：流域土壤侵蚀敏感性主要以中度和高度敏感为主,不敏感、轻度和极度敏感所占比例较少。从空间分布上来看,极敏感地区集中分布在赣东南部的宁都县和会昌县,赣中吉安县和泰和县,赣西北的万载县,赣东北的德兴市和上饶市;高度敏感地区主要分布在赣江、抚河、信江、饶河及修水这5条河流域中、上游河流两岸和鄱阳湖滨湖地区,以及坡度<25°的坡耕地、疏幼林地;中度敏感性地区分布面积最广,在整个流域内各地貌和用地类型(除水域外)上均有分布;轻度敏感性地区主要分布在赣西南的井冈山市、万安县、赣县、大余县一带,呈月牙形分布;不敏感地区以鄱阳湖及五河沿线向四周呈辐射状分布,还包括赣西北的拓林水库、赣西江口水库和赣东洪门水库等区域。     

2007-2017年洞庭湖平原耕地生态安全评价及障碍因子诊断

[目的] 研究洞庭湖平原耕地生态安全状况,并诊断其障碍因子,为区域耕地合理利用和耕地污染治理提供参考依据。[方法] 基于DPSIR模型构建洞庭湖平原耕地生态安全评价指标体系,从县域尺度,采用基于熵权的改进TOPSIS模型测度洞庭湖平原2007—2017年耕地生态安全指数,并采用障碍度模型诊断耕地生态安全状态的主要障碍因子。[结果] 2007—2017年洞庭湖平原整体耕地生态安全程度处于临界状态,整体安全指数在研究期内波动上升但增速缓慢;不同县（区、市）耕地生态系统安全变化特征不一;中低产田改良比例、秸秆还田比例、测土配方施肥比例、农药使用强度、地膜使用强度、化肥施用强度、农业自然灾害成灾比例等是制约耕地生态安全的主要障碍因子。[结论] 为改善洞庭湖平原耕地生态安全状况,应大力实施全域土地综合整治,加强农业面源污染治理。     

鄱阳湖生态经济区乡村转型与土地利用变化的耦合关系

以鄱阳湖生态经济区为例,通过构建乡村性指数模型、土地利用综合变动系数,运用耦合度模型开展了乡村转型与土地利用变化的耦合关系研究,为促进乡村转型与土地利用的协调发展提供了科学依据。结果表明:(1)2000—2013年,鄱阳湖生态经济区31个县域单元乡村性指数变化较小,平均值为0.62～0.63,空间分布呈现圈层结构,以鄱阳湖水域为中心,越往外围乡村性越弱;(2)鄱阳湖生态经济区的土地利用结构以耕地、林地、水域为主,土地利用较为稳定,变化程度较小,南昌市区、星子县、鹰潭市区、鄱阳县为剧变型和缓变型,其余27个县域为相对稳定型和稳定型;(3)鄱阳湖生态经济区乡村转型发展与土地利用变化这两个系统的耦合度为低水平耦合,耦合度整体上为0.25,其中11个县域处在颉颃时期,20个县域为低水平的耦合;(4)乡村转型与土地利用变化两系统耦合协调度为低度协调,平均协调度为0.31,仅南昌市区、星子县、鄱阳县、余干县属于高度协调,武宁县、湖口县、鹰潭市区属于中度协调,其余24个县域为低度协调。     

2009—2019年山东省耕地生态安全评价及障碍因子诊断

耕地生态安全是国家和区域生态安全的重要组成部分。为了明确认识耕地生态安全及其障碍因子、促进耕地生态与农业发展,利用PSR模型构建耕地生态安全的指标体系,基于第三次国土调查和第二次土地调查数据,评估了山东省2009—2019年的耕地生态安全变化,同时利用障碍度模型,诊断了影响耕地生态安全的障碍因子。结果表明:(1)山东省2009—2019年耕地生态安全整体上呈现下降的态势,生态安全指数由0.27下降至0.14;(2)2009—2019年不同地级市耕地生态安全状况变化不同,5个地级市呈现上升的趋势,4个地级市耕地安全基本稳定,7个地级市出现不同程度的下降;(3)二三产业从业人员比重、二三产业产值比重、农村居民人均可支配收入、耕地平均海拔和复种指数在2009—2019年是影响耕地生态安全的主要障碍因子。综上,2009—2019年山东省耕地生态安全出现下降的趋势,存在多个影响耕地生态安全的障碍因子。研究认为加强耕地污染治理、发展生态农业、缓解产业结构不平衡是改善耕地生态安全的关键措施。     

鄱阳湖平原耕地多功能时空演变及其驱动机制

[目的] 科学认知耕地多功能时空演变规律及驱动机制,为保障粮食安全和促进区域耕地多功能水平与社会经济发展相协调提供支持。[方法] 运用了熵权法、层次分析法、综合指数法、GIS空间可视化分析及地理探测器。[结果] ①2000—2020年鄱阳湖平原各县区耕地综合功能总体呈上升趋势,受社会经济发展水平影响显著,具体表现为耕地综合功能的提高优先发展于社会经济发展较快地区,如南昌县、安义县等南昌市周边地区。②20 a间鄱阳湖平原耕地多功能变化趋势不同,其中生产和景观美学功能呈现增长趋势,生态维持和社会保障功能则出现下降趋势,说明鄱阳湖平原耕地生产功能虽有所提高,但难以保障日益增长的粮食、经济需求,同时第二、三产业的飞速发展使耕地所能提供的经济贡献比重逐渐下降。③鄱阳湖平原耕地多功能发展水平受社会和自然两方面影响,社会因素可通过实施改善农业生产基础条件,保障农村居民最低收入,提高农村居民医疗福利标准等政策调节,自然环境方面则需要人类共同保护、修复生态环境。[结论] 多种因素共同影响鄱阳湖平原耕地多功能发展水平,合理制定耕地保护利用政策、保障农村居民生活水平对提高耕地多功能发展水平具有促进作用。     

基于耕地压力指数的山东省粮食生产动态分析与预测

[目的]对山东省1994—2014年的粮食生产进行动态分析,并对2015—2025年的粮食安全状况进行预测,为该省制定合理的粮食生产规划和农业经济政策提供科学依据。[方法]从耕地压力角度出发,采用最小人均耕地面积和耕地压力指数模型,通过对文献资料进行搜集、整理与统计,并运用Logistic人口预测模型和灰色GM(1,1)模型开展研究。[结果](1)山东省1994—2014年中的大多数年份耕地压力指数大于1,处于粮食不安全状态;(2)1994—2014年耕地压力指数呈现出缓慢上升趋势,且其变化具有明显的周期性,每个波动周期大约为4~5a;(3)未来10a粮食产量、年末人口总数呈增加的态势,而耕地面积、人均耕地面积、最小人均耕地面积和耕地压力指数均呈现出降低趋势,且大多数年份的耕地压力指数值小于1。[结论]通过大力发展粮食经济,未来10a山东省粮食生产与供给都将处于安全状态。     

河北省近20年耕地生态安全动态变化及阻力分析

耕地的生态安全关系到粮食安全及区域可持续发展。运用PSR模型,选取耕地生态系统压力、耕地生态系统状态和耕地生态系统响应3个准则层,人口自然增长率、土地垦殖率和农民人均纯收入等17个指标层,构建河北省耕地生态安全指标体系,并采用熵值法和阻力诊断模型,对1991—2010年河北省耕地生态安全状况进行了评价分析。结果表明:(1)1991—2010年河北省耕地生态安全状态经历了"不安全—较不安全—临界安全"的变化阶段。(2)从单项指标变化趋势上看,1991—2010年河北省单位耕地化肥负荷、单位耕地农膜负荷、单位耕地农药负荷等指标阻力度上升幅度较大。系统压力和系统状态的阻力度呈上升趋势,而系统响应的阻力度呈下降态势。因此,在耕地利用过程中应注重对农药和化肥使用的管理,防止耕地生态环境的持续恶化,以保护耕地生态安全。     

干旱区内陆艾比湖流域景观格局时空变化及生态安全评价

[目的]为了探讨艾比湖流域近10a间景观格局及生态安全的动态变化。[方法]运用RS和GIS技术,并结合景观指数和生态弹性度对该流域生态安全进行了综合评价。[结果](1)近10a来,艾比湖流域土地利用变化剧烈,说明景观格局持续受社会经济发展两方面矛盾的巨大压力;(2)2001年斑块个数为2 560个,而2009年增加至3 476个,说明该流域生态环境整体呈破碎化趋势。景观破碎度由2001年的0.054 0增加为2009年的0.073 3,说明其景观趋于不稳定,生态安全性降低;(3)2001—2009年生态弹性度呈"∧"型变化趋势,先由2001年的1.20×107增加为2005年的1.57×107,然后再降为2009年的1.49×107,但总体是趋于增大的趋势。[结论]从整体上综合考虑,2001—2009年艾比湖流域土地利用的景观生态安全度降低。     

基于PSR模型的生态文明示范区生态安全评价及其障碍诊断

为了探究生态文明示范区生态安全的变化趋势与影响因素,基于PSR构建区域生态安全评价指标体系,运用熵权法对江西省生态文明先行示范区2009-2018年生态安全状况进行评价,结合障碍模型分析了其生态安全障碍因素。结果表明:(1)在2009-2018年江西省各地市生态安全水平总体有所提升,但生态安全等级各地差距较大;(2)江西省生态安全障碍度排序结果为响应因素>压力因素>状态因素,且受到城镇建设用地面积比重、生态环境耗水量、城镇化水平、第一产业占GDP比重以及单位土地面积农药使用量的综合影响;(3)江西省生态安全划分为生态经济发展协调区、生态经济改善区和生态安全脆弱区;(4)应从存量用地再开发、推动区域产业高质量发展和强化生态环境政策响应方面构建生态安全治理体系。可见,生态文明示范区生态安全等级介于临界安全等级(Ⅱ)较多,距离基本安全等级(Ⅲ)状态仍有较大差距,而通过分析生态安全空间与诊断影响因素可为提升生态安全水平提供理论支持。     

耕地利用功能转型的空间尺度特征及驱动机制——对四川省嘉陵江流域的考察

经济高质量发展背景下把握耕地利用(功能)形态旨在为深化耕地多功能管理与可持续利用提供依据。从结构分析视角出发,运用数理量化综合分析法分析了2011—2018年四川省嘉陵江流域耕地利用功能转型空间尺度特征,并探究其驱动机制。结果表明:(1)嘉陵江流域耕地利用功能实现了社会生态型转向经济社会型,正迈向经济生态型;(2)3大市域流域耕地利用功能表现为广元流域基本实现社会生态型转为经济社会型、南充流域逐步从经济社会型转向经济生态型、广安流域由社会生态型转向经济社会型;(3)16个县(市)区耕地利用功能大致呈现西北、东北和东南地区为社会生态型向经济社会型过渡,西南地区为经济社会型和经济社会型向生态经济型过渡两种形态;(4)嘉陵江流域不同空间尺度耕地利用结构均在优化,耕地利用功能具有空间尺度效应,且正向更为协调的功能转变;(5)嘉陵江流域耕地利用功能驱动机制表现为城镇化进程加速耕地市场价值显化,加之农业比较效益下降,诱导农业生产结构发生替代,引致耕地利用结构变化,驱动耕地利用功能形态转变,且城镇化发展是持续驱动力,农业收益是重要因素。综上,提出立足耕地资源本底以加大耕地规划管制力度、协调主体利益矛盾以建构耕地多功能协调机制、深化农业产业体系以保障耕地高质高效利用、强化耕地生态建设以促进耕地可持续性利用的对策建议。     

中国耕地空间格局变化及其生态系统服务价值响应

研究耕地空间格局变化对耕地生态系统服务供给能力的影响,能为我国耕地空间格局优化和耕地生态保护提供科学参考,具有重要的理论和实践意义。以往研究缺乏全国耕地生态系统服务供给能力动态变化的综合研究,因此在深入分析耕地空间格局演变的基础上,构建了图斑尺度的耕地生态系统服务价值时空异质评估模型,全面评估2000—2015年我国耕地生态系统服务价值,探究了我国耕地生态系统服务供给能力时空变化规律。结果表明:(1)2000—2015年,中国耕地重心持续向西北方向迁移,水田和旱地重心分别向西北和东北迁移。北方干旱半干旱区旱地持续增加,东北平原区水田持续增加,其他农业区耕地持续减少;(2)2000—2015年我国耕地生态系统服务总价值和单位面积价值均减少,减幅分别为1.35%和0.55%。耕地供给服务总价值和单位面积价值增加,调节服务、支持服务和文化服务总价值与单位面积价值均减少。(3)中国耕地生态系统服务价值变化空间分异明显。北方的北方干旱半干旱区、东北平原区耕地生态系统服务总价值增加,单位价值减少; 青藏高原区耕地生态系统服务总价值和单位价值均减少; 其他农业区耕地生态系统服务总价值减少,而单位价值增加。应通过优化耕地空间格局、精准实施耕地休养生息策略、建立耕地保护生态补偿机制等有效提升耕地生态系统服务供给能力。     

基于投影寻踪模型的河南省耕地生态安全评价

耕地生态安全关系到粮食供给、社会稳定和经济社会可持续发展,对河南省2006—2015年的耕地生态安全状况从时空角度进行了分析评价,为指导区域耕地合理、可持续利用提供科学依据。运用PSR模型构建了耕地生态安全评价指标体系,运用准确度较高的投影寻踪模型进行了评价指数的测算。结果表明:（1）人均耕地面积、单位耕地面积化肥负荷、第一产业占GDP比重、耕地垦殖率、城镇化水平已经成为影响河南省耕地生态安全状况的主要因素;（2）研究期间,河南省耕地生态安全综合评价值从0.893 7增加至0.941 9,呈现出“快速上升—缓慢下降—波动上升”的阶段性发展态势;（3）根据耕地生态安全综合评价值的变化规律,将18个评价单元从时间维上分为快速上升区、慢速上升区和基本稳定区3种类型,在空间维上分为安全级别、良好级别、敏感级别、风险级别、危险级别5种划分类型;（4）2006—2015年,除了郑州,其他17个省辖市耕地生态安全综合评价值均呈上升态势,城镇化水平、人口密度、人均耕地面积、第一产业占GDP比重是影响郑州耕地生态安全的主要因素。     

粮食主产区耕地生态安全障碍诊断及调控策略

生态安全作为耕地“三位一体化”的核心保护任务,越来越得到政府、公众及学术界广泛关注,耕地生态安全评价视为关键技术及重要依据。基于PSR模型构建耕地生态安全评价指标体系,以国家粮食主产区安徽省为例,综合运用改进熵权法、TOPSIS模型、ESDA模型及障碍诊断模型,评价安徽省2000年以来,以及分市级2000年、2010年、2018年3个年份的耕地生态安全度,剖析耕地生态安全时空分异特征,进一步诊断耕地生态障碍因子及对应调控策略。结果表明：(1)安徽省耕地生态安全度具有一定波动性,总体呈现上升趋势,由2000年的0.234 1增至2018年的0.724 7,大致分为低位震荡阶段、快速增长阶段及高位爬坡阶段;(2)近20年来耕地生态安全状态进一步呈现不平衡、不均衡演变趋势,导致全省耕地生态安全空间格局差异显著,尤其是以高风险、安全两类区域分布空间集中区域发生很大改变,基本呈现皖南地区安全程度高并由皖中地区过渡至皖北地区风险程度高的空间梯度格局,耕地生态安全空间集聚情况并未显著;(3)从全省维度分析,障碍因子以建成区绿化覆盖率、污水处理率等响应准则层为主,逐渐转变至复种指数、单位耕地粮食产量、...     

基于空间平滑法的旱作区粮食产量时空变化与影响因素研究

在中国北方水资源约束愈发严峻的情境下,旱作区粮食产量格局及其驱动因素研究具有重要的现实意义。以1995—2015年县域粮食统计数据为基础,结合土地利用栅格数据等资料,应用空间平滑法,对东北及华北平原旱作区粮食产量的空间格局与演化过程进行了研究。在此基础上,分析了不同农业区影响粮食产量的自然及社会经济驱动因素。结果发现:1)近20a东北-华北平原旱作区粮食产量整体稳步提高,高产区范围逐渐扩大,具有明显的空间集聚特征,且华北平原旱作区粮食总产高于东北平原旱作区;2)粮食产量增速以中速增产为主,其次依次为慢速增产、高速增产、绝对减产,且东北平原旱作区粮食增产速率高于华北平原旱作区;3)东北平原旱作区粮食单产整体高于华北平原旱作区,且经过空间平滑处理后粮食单产栅格像元频率分布基本呈高斯分布,与客观规律相契合;而随着时间演替,直方图像元的峰值逐渐右移,且单产栅格呈逐渐分散的趋势,表明耕地生产力水平整体提升的同时差距也随之扩大;4)自然因素中的年均气温与燕山-太行山山麓平原农业区的粮食单产的相关性最高,年降水量及汇流能力与冀鲁豫低洼平原农业区的粮食单产的相关性最高,土壤类型与松嫩-三江平原农业区的粮食单产的相关性最高;5)粮食单产与社会经济因素的分析结果表明,粮食生产由劳动密集型逐渐向技术密集型方向转变,农业机械化的投入对研究区特别是东北平原旱作区的贡献尤为明显,化肥投入对研究区粮食增产始终发挥着巨大作用,而灌溉条件对于华北平原旱作区粮食生产的保障起到重要作用。研究结果可为粮食产量时空格局研究的方法创新方面有所裨益,并对不同农业区保持高产、稳产及耕地保育等方面提供参考。     

基于熵权可拓物元模型的耕地生态安全评价

耕地生态安全评价是改善耕地生态系统状况,促进耕地可持续利用的重要基础。在界定耕地生态安全内涵的基础上,构建了基于"压力-状态-响应"(PSR)概念模型的评价指标体系,建立了熵权可拓物元模型,并以四川省为例进行了实证分析。结果表明:(1)2000-2008年四川省耕地生态安全水平呈逐步改善态势,但2008年"较安全"等级关联度很弱;(2)单位耕地农药负荷、单位耕地化肥负荷、人均耕地面积、土地垦殖率、水土流失程度等是耕地生态安全等级提升的关键制约因素。因此,为了促进耕地生态安全等级不断提升,需要进一步转变经济发展方式,降低经济增长对土地资源的过度消耗;大力发展绿色农业,合理施用农药、化肥;加大环境治理力度,有效控制水土流失。     

基于耗散结构理论的四川省耕地生态安全测度分析

耕地生态安全直接关系到粮食生产,粮食生产是关系到社会和谐发展的重大政策问题,研究四川省耕地生态安全状况,为保护区域粮食安全、促进社会协调发展提供理论指导和决策参考。以我国西部重要商品粮基地四川省为研究区,基于耗散结构理论,运用数学量化模型分析了该省2000—2013年耕地生态安全级别和演变趋势,并探讨其影响因素。结果表明:（1）四川省近14 a间耕地生态安全级别总体较安全;（2）2000—2008年四川省耕地生态安全逐年得以改善,2008—2013年四川省耕地生态状况略呈下降趋势;（3）影响四川省耕地生态安全状况的因素是社会经济压力因素、农业科技因素和生态环境因素。因此提出继续加强耕地保护宣传力度,提高农民生态保护意识;实施耕地生态安全恢复工程;结合“互联网+”建立覆盖全省的耕地生态安全监控网络体系的对策建议。     

基于经验模态分解和集对分析的粮食单产波动影响分析

针对江淮分水岭易旱区粮食单产波动的复杂性与非平稳性问题,运用经验模态分解方法对粮食单产及其影响因子进行多层次、多时间尺度分解,并采用集对分析理论分析粮食单产波动分量与其影响因子之间的相关性,从而定量化分析各影响因子对粮食单产波动的综合影响率,得出自然灾害受灾率对粮食单产波动的综合影响率为31.26%,在此基础上,通过分析旱灾和自然灾害对粮食生产的危害程度,求取旱灾对粮食单产波动的综合影响率为17.13%,该研究为该区旱灾综合治理与粮食生产决策提供科学依据。     

松嫩高平原黑土区典型地域耕地生态安全评价及驱动力分析——以黑龙江省绥化市为例

对一定区域的耕地生态安全进行评价,分析影响耕地生态安全的因素,有利于指导区域耕地合理、可持续利用。以我国重要的商品粮生产基地松嫩高平原黑土区典型地域——黑龙江省绥化市为研究区,基于“P-S-R”模型建立耕地生态安全评价指标体系,运用多因素综合评价法,评价2001-2009年绥化市耕地生态安全状况,并借助SPSS软件提取影响研究区耕地生态安全的敏感因素。结果表明:2001年绥化市耕地生态安全处于恶劣等级;2002-2004年绥化市生态安全等级为风险级;2005-2009年生态安全处于敏感等级,生态环境虽然受到一定破坏,但可以维持基本功能。自然灾害频发,水土流失严重以及人地矛盾的日益突出,是导致绥化市生态安全问题突出的主要原因。社会经济压力、农业科技进步和生态环境是影响耕地生态安全的三类因素。     

基于GlobeLand30数据的中国耕地与粮食生产的时空变化分析

21世纪初期,中国耕地与粮食产量变化区域差异明显,为了解21世纪初期中国耕地与粮食生产的时空变化及粮食生产对耕地面积变化的响应,该文利用2000年和2010年两期30 m分辨率的全球地表覆盖数据(Globe Land30),借助统计分析手段对2000-2010年中国耕地和粮食生产的时空变化和粮食生产对耕地面积的依赖程度进行分析。结果表明:1)中国耕地主要分布在东部地区,研究时段内,耕地与林地、草地和人工表面之间的转换最多,耕地变化的特点是"西增东减,总量减少",面积净减少了104.03万hm2,年均减少10.4万hm2。2)中国的粮食生产主要集中在东北、华北和南方地区。粮食产量变化的特点是"北增南减,总量增加"。3)中国耕地分布的集中程度会影响粮食生产的集中程度,且粮食生产分布的集中程度普遍高于耕地。中国耕地分布重心和粮食生产分布重心的移动方向相反,耕地面积的分布表现出了"南退西移"的趋势,粮食生产的重心则是"北上东移",中国的粮食生产格局已转变为"北粮南调"。4)全国有32.24%县(市)的粮食生产都表现出了对耕地数量的依赖,主要分布在东北、华北、西部、长城沿线、西南和东南沿海地区。中国耕地保护政策的制定和粮食生产的可持续发展应该遵循因地制宜的原则,在粮食生产对耕地变化敏感性高的地区,应该加强对耕地数量、质量的保护和农户种粮积极性的提高,更要重视不敏感地区耕地地力的保护和单产水平的提高,以保障中国的粮食安全。     

粮食安全与生态安全双约束下江苏省耕地休耕规模探讨

实施耕地休耕是巩固提升粮食产能和促进农业可持续发展的重要举措，亟需科学合理地确定我国可休耕耕地规模，为深入实施"藏粮于地"战略和扩大耕地休耕制度试点提供理论依据。该研究基于粮食安全与生态安全双重约束构建粮食主产区耕地休耕最大规模测算仿真模型，同时提出休耕规模弹性边界的确定方法并以江苏省为实证区域进行仿真预测。结果表明：当前江苏省在兼顾粮食主产区的粮食调配任务且考虑区域耕地资源可持续利用状况的基础上，仍能保有10.16%的耕地资源来支撑耕地休耕制度的实施；仿真期内区域耕地资源面积可能会由于城市快速扩张和耕地保护不力出现大幅减少，并对区域耕地休耕条件环境产生影响；同时耕地资源可持续利用状况和休耕规模适宜程度的恶化导致江苏省休耕规模弹性边界从2017年的9.93%缩减至2036年的4.81%，区域粮食安全稳定状态终将被打破。建议充分利用粮食主产区的耕地资源基础积极有序推广开展耕地休耕工作，深入部署"藏粮于地"战略以巩固提升粮食产能；建立休耕规模与生态安全挂钩的指标预警体系以实现对休耕实施方案的宏观动态调节；统筹休耕与其他耕地保护政策的正向联动，创造耕地保护政策体系内部的正向溢出效应。