基于GlobeLand30的大洋洲耕地利用格局变化分析

【目的】大洋洲区域气候差异明显,地表覆盖和土地利用类型多样,耕地变化较为剧烈。分析大洋洲耕地利用格局的时空变化,科学把握其特征及规律,为耕地集约利用和粮食政策制定提供参考。【方法】采用最新研制的2000年和2010年全球30 m地表覆盖遥感数据产品（GlobeLand30）,建立耕地面积数量、利用强度和转换特征3个指标群,在国家尺度、10 km网格和30 m像元尺度综合分析大洋洲2000-2010年耕地利用格局变化特征。【结果】（1）2000-2010年大洋洲耕地面积总体增加约3.79%,耕地面积增幅最大的国家为澳大利亚,增幅5.39%。新增耕地主要集中在澳大利亚大分水岭山脉以东墨累-达令河流域上游。耕地面积减少的区域主要在新西兰北部岛屿,澳大利亚东部沿海和巴布亚新几内亚东部岛屿。主要国家人均耕地平均减少21.47%,人均耕地减少幅度最大国家为新喀里多尼亚。（2）从耕地利用强度格局变化来看,主要国家复种指数平均增加20.63%,耕地破碎度平均减少22.83%。耕地面积-复种指数协调度弹性较大。新西兰与澳大利亚两国耕地破碎度变化驱动机制差异明显。（3）从耕地类型转换特征来看,2000年耕地转出和2010年耕地转入面积最大的国家均为澳大利亚,2000年共计转出630.25×10⁴ hm²,其中转为草地占比所有其他转出地类的74.77%,2010年共计从草地转入544.95×10⁴ hm²,占所有转入地类面积的59.72%;全大洲耕地与草地之间转换面积最大,但对净增加耕地贡献最大的是灌木地,转入耕地165.03×10⁴ hm²。【结论】10年间大洋洲耕地面积变化较为剧烈,耕地利用强度整体提高,耕地与草地相互转换最为频繁。     

全球耕地利用格局时空变化分析

【目的】分析2000-2010年全球耕地时空分布及变化特征,为中国粮食安全国际化战略决策制定以及全球生态环境监测等研究提供信息支撑。【方法】基于全球首套30 m地表覆盖产品数据集GlobeLand30,利用耕地总面积、面积变化量、人均耕地面积占有量、面积变化幅度、面积变化量标准差、复种指数、复种指数变化量和复种指数变化幅度等8个指标,从大洲、国家、1°×1°经纬网3个统计单元,分析2010年全球耕地空间分布现状、2000-2010年全球耕地时空变化特征以及全球耕地利用强度变化特征。【结果】2010年全球耕地面积总量为193 890.00×10⁴ hm²,占全球陆表面积14.31%。全球人均耕地占有量为0.28 hm²。其中,大洋洲以人均1.71 hm²位列第一,亚洲以人均0.17 hm²排名最后。[10^oN-45^oN, 65^oE-125^oE]、[40^oN-55^oN, 15^oE-55^oE]和[15^oS-45^oS, 45^oW-70^oW]是全球耕地分布最密集的区域。耕地面积最大的前10名国家依次是：中国、美国、印度、俄罗斯、巴西、阿根廷、澳大利亚、加拿大、哈萨克斯坦和乌克兰,其中俄罗斯、加拿大、阿根廷和澳大利亚还是人均耕地占有量全球前10名的国家。2000-2010年,全球耕地面积总量略微变化,总体增加2.19%;美洲是耕地面积增长最大的大洲,增长达2 128.14×10⁴ hm²;非洲是耕地面积和空间变化最剧烈的大洲,增长幅度为7.42%。全球耕地面积总量前10名国家中,中国是唯一出现耕地面积减少的国家,10年间减少0.95%,巴西和阿根廷是耕地面积增加和空间波动性最大的国家。美国是耕地面积变化总量和变化幅度均最小的经济大国。全球耕地高强度种植区域主要集中在东南亚、中美洲以及西非地区,复种指数均达200%以上。2000-2010年,全球耕地面积最大的10个国家中有5个国家复种指数呈上升趋势,其中巴西和哈萨克斯坦复种指数增加最显著,俄罗斯复种指数下降最明显。【结论】2000-2010年,全球耕地总量变化不大,但不同区域和国家的耕地变化差异较大。本研究利用30 m分辨率遥感数据产品揭示了全球耕地分布状况、10年变化特征和区域差异,研究结果可为全球水土资源利用、粮食产量和粮食安全分析研究提供重要数据和信息支持。     

美洲耕地利用格局及其时空变化特征

【目的】耕地时空格局变化特征分析是地表覆盖研究的热点问题之一。美洲作为全球重要的粮食生产区,其耕地数量和分布具有全球性战略地位,科学分析美洲耕地时空格局变化特征、过程和规律为耕地可持续发展提供科学参考。【方法】基于GlobeLand30数据集,运用数理统计和GIS空间分析等方法,系统分析了2000-2010年美洲耕地面积数量变化、空间分布及类型转化特征,并重点分析了亚马逊地区耕地格局变化状况。【结果】2010年美洲耕地总面积为52 875.05×10⁴ hm²;2000-2010年的10年间,美洲耕地总面积总体增加,面积增加约2 128.14×10⁴ hm²,增幅约4.19%。耕地面积增加最大国家为巴西,幅度达到9.51%,位居美洲国家之首,其次为阿根廷;减少最大国家为厄瓜多尔,面积减少101.14×10⁴ hm²。10年间美洲耕地复种指数增加2.42%,变化最为显著国家为巴拉圭、波多黎各。从耕地变化类型看,美洲新增耕地主要来源于林地、草地,而耕地减少主要是由于人造地表的侵占。美国耕地总量最多,但10年间耕地增长率较低,仅为0.08%,绝大部分损失的耕地转为人造地表,由于收获面积的减少导致复种指数减少了0.89%;巴西耕地总量仅次于美国,耕地大幅度增加主要来源于林地和草地,同时复种指数有较大程度提高。亚马逊地区作为美洲重要的生态和农业区域,10年间耕地增长8.41%,耕地增长伴随着森林、草地被大量破坏,尤其在巴西西南和厄瓜多尔表现最为剧烈。【结论】2000-2010年美洲耕地整体上呈现增加态势,国家间耕地利用格局变化差异明显;耕地主要来源于林地、草地和灌木,增长集中在巴西和阿根廷,耕地主要转出为人造地表,集中在美国。作为美洲重要的粮食生产区,亚马逊地区耕地面积和耕地复种指数都提高,两者同步增加一定程度上提高区域或全球粮食产量,但其带来的生态环境效益需要深入关注。     

2000-2010年欧洲耕地时空格局变化分析

【目的】探讨2000-2010年欧洲耕地的数量、幅度、空间、利用程度变化和类型转换特征,科学描述欧洲耕地10年变化的总体特征。【方法】基于GlobeLand30数据产品,采用数理统计、GIS空间分析、Python批量处理等方法,选取面积数量、垦殖指数、耕地类型转换等多维度指标分析2000-2010年欧洲耕地时空格局变化特征。【结果】2010年欧洲耕地总面积为42 820.84×10⁴ hm²,不同区域耕地面积占欧洲耕地总面积比例依次为：东欧（51.17%）、南欧（19.07%）、中欧（13.62%）、西欧（13.31%）、北欧（2.83%）。欧洲的耕地分布相对集中,2010年耕地面积排名前10国家的耕地总面积约占欧洲耕地总面积的82.17%。2000-2010年,欧洲耕地面积总体增加约220.90×10⁴ hm²,增加幅度约0.52%,海拔较低的山脚处、河流沿岸为耕地扩展区域,海拔较高处、气候寒冷带的耕地呈减少趋势。北欧（1.25%）、东欧（0.88%）、西欧（0.64%）的耕地面积呈不同程度的增加,南欧（-0.03%）、中欧（-0.34%）则减少。北欧、东欧国家内部耕地面积变化十分剧烈,西欧、中欧国家变化平缓,南欧各国变化则差异较大。2010年欧洲全域的总体垦殖指数为18.71%,各地理分区耕地垦殖指数从高到低依次为：西欧（61.17%）、中欧（57.64%）、南欧（49.24%）、东欧（12.20%）、北欧（9.16%）。10年间欧洲4%的耕地与其他地类之间发生转移。耕地与森林、草地、灌木地、人造地表等类型之间的转移最为明显。东欧地区广袤的草地转入为耕地的比例最大。南欧、西欧、中欧地区耕地大量转出为人造地表的现象最为明显。【结论】欧洲现有耕地分布相对集中在东欧区域,岛屿或山地地区或气候寒冷区国家耕地面积较小。10年间欧洲耕地的空间变化总体平缓,耕地不变的区域占绝大部分,部分区域有耕地的增减。各国内部耕地面积变化剧烈程度总体较低,但具有显著的区域差异性。10年间欧洲耕地垦殖指数略微增加。森林、人造地表细微增加,草地却大量减少,但具有区域差异性,这对生态环境保护和耕地可持续发展产生了潜在的压力。     

亚洲耕地利用格局十年变化特征研究

【目的】亚洲作为全球人口最多、耕地面积最大、发展中国家众多的大洲,其耕地利用格局变化特征关系到各国乃至全球的粮食产量波动,影响世界粮食安全。本研究旨在通过分析亚洲耕地利用格局变化,加深对亚洲耕地利用现状的认识,科学把握其变化特征及规律,为亚洲的农业土地系统研究提供依据。【方法】采用中国最新研制的2000年和2010年两期全球30 m地表覆盖遥感数据产品（GlobeLand30）及FAOSTAT统计数据,建立耕地面积数量和耕地利用格局指标群,选取耕地面积及其变化幅度、复种指数及其变化幅度、耕地破碎度及其变化幅度等指标,在国家、地理分区和县级等三个尺度上,综合分析2000-2010年亚洲耕地的数量、复种指数及耕地破碎度变化特征。【结果】2010年亚洲耕地面积69 827.94×10⁴ hm²,10年间面积增加62.62×10⁴ hm²,增幅达到0.09%。除东亚耕地数量减少外,其他区域耕地增加;东南亚耕地涨幅最大,西亚是耕地增减最为活跃的地区。亚洲有60%的国家耕地增加,80%的国家耕地面积变化幅度为-5.00%-5.00%。2000-2010年,亚洲复种指数提升7.77%,增幅达9.00%,五大地理分区的复种指数均呈现增加状态。超过2/3的国家耕地复种指数增加,沙特阿拉伯、卡塔尔、塞浦路斯等国家耕地复种指数减少明显。亚洲耕地地块细碎的区域主要集中在中国南方、日本、菲律宾、阿富汗,而印度、中国华北平原及东北农垦区则耕地连片、地块大。亚洲耕地破碎度总体上增加1.12%,中亚和南亚耕地破碎度大幅下降,东南亚耕地破碎程度加剧。超过半数的国家耕地破碎度降低。2000-2010年,中国耕地面积减少0.95%,复种指数增幅较大,达到6.01%,耕地破碎度小幅增加,增幅达2.17%。中国南方地区耕地破碎度高,华北平原、东北农垦区、成都平原等粮食主产区耕地破碎程度低;东部及华北经济发达地区耕地破碎程度增加剧烈;湖南、江西等地耕地破碎度降低。【结论】总体来说,亚洲耕地面积变化平稳,略有增加。复种指数分布呈现“南高北低”的特点,复种指数变化“东南增西北减”,耕地利用程度有较大提升。亚洲的耕地破碎度10年间略有增长,半数以上国家的耕地向规模化发展。中国作为亚洲农业重点区域,10年间其耕地数量减少并伴有破碎化加剧的趋势,但耕地利用率大幅提升。     

资源型城市耕地非农化及关联因子研究：以河北省邯郸市为例

【目的】以河北省邯郸市为例,研究资源型城市耕地资源的时空变化过程,为该区域土地资源合理利用提供理论依据。【方法】利用邯郸市1990、2000、2008年遥感影像、耕地调查资料及社会经济统计数据,分析邯郸市耕地非农化的时空变化特征,并利用转移矩阵进一步探讨邯郸市耕地与其他土地利用类型之间的转化关系;最后通过灰色关联分析,探讨2000-2010年来邯郸市耕地非农化的影响因素。【结果】1990-2010年,邯郸市耕地非农化面积在时间上呈现一定的波动性,在空间上表现出很强的地域性,城市中心耕地非农化程度最高,耕地非农化程度从市中心向外呈现先增加后降低的趋势,先后出现耕地缓慢非农化区、耕地增长区;转移矩阵分析表明,耕地转出量大于转入量,耕地面积呈减少趋势;最后经过灰色关联分析得出,人口因素、农民人均收入水平、科技水平、第三产业是影响2000-2010年邯郸市耕地非农化的主要因素。【结论】资源型城市耕地非农化问题日益严重,促进其耕地资源合理非农化,对保障该区域经济健康发展和社会稳定有重要意义。     

四川重点流域耕地面积变化及其对粮食生产格局的影响

【目的】开展重点流域耕地面积变化特征及其对粮食生产格局的影响研究，旨在为促进地区耕地可持续利用、协调粮食安全与经济发展关系提供参考。【方法】以四川重点流域 82 个县域为研究单元，采用数理量化模型和 GIS 空间分析法研究其近 20 年耕地面积时空演变特征及其对粮食生产格局变化的影响。【结果】（1）2001 － 2020 年四川重点流域耕地面积整体增加 91.57 万 hm2，增幅为 37.39%，但不同经济发展时期呈现出“增加→基本不变→减少→基本不变”的变化趋势；（2）四川重点流域耕地面积变化空间集聚状态表现为高值聚类区和低值聚类区两类，且高值聚类区和低值聚类区数量变化在不同经济发展时期均呈现出倒“N”形波动增减的态势；（3）四川重点流域粮食生产空间转移类型（粮食生产转出区、生产转入区和生产稳定区）在数量上均呈现波动增减态势，总体上表现为粮食生产转出区和粮食生产转入区均有所增加，增幅分别为 13.42%、13.41%，变化态势基本持平，而粮食生产稳定区明显减少，降幅为 26.83%，粮食生产存在地区退化现象；（4）耕地面积变化是四川重点流域粮食生产空间转移的重要成因，粮食生产对耕地面积变化具有敏感性的县域呈现出集中且多点分布的特点。【结论】2001 － 2020 年四川重点流域耕地面积变化及其对粮食生产格局影响在不同经济发展时期具有明显的波动变化差异，就此提出严格落实耕地用途管制制度、加强地区主管部门协同管理、建立耕地保护长效利益补偿机制、构建耕地安全预警调控机制的对策建议。     

贵州省耕地面积的时空变化及驱动力分析

为了更加有效地管理和利用耕地资源,根据贵州省2001-2010年的统计资料,对全省耕地的总量和相对变化率进行分析,并采用相关分析和主成分分析法,从时间和空间上分析区域耕地面积变化特征及驱动力.结果表明:2001-2010年贵州省耕地面积减少27.05万hm2,省内各区域耕地面积变化有所差异,耕地增减的来源和流向分别以土地开发和建设占用为主;经济发展、人口和农业科技进步是耕地面积变化的三类主要驱动因素.     

基于GIS的伊犁河谷2000-2010年土地利用的动态变化

在遥感和GIS技术的支持下,运用图像分类、叠加和空间分析等方法,对伊犁河谷2000-2010年10年土地利用变化进行分析研究.结果表明,①2000-2010年10年间,伊犁河谷耕地面积和城乡、工矿、居民用地面积不断增加,草地和未利用地不断减少,各类用地变化区域主要沿伊犁河谷分布;②2000-2005年5年间伊犁河谷土地利用动态变化较大,变化区域占土地总面积的1.36%,其中变化最大的为耕地,其次是草地和未利用地的转化,变化区域位于伊犁河与特克斯河交汇的新源县卡拉布拉乡;③2005-2010年5年间土地利用变化较2000-2005年5年小,变化区域占总面积的0.41%,其中变化最大的是耕地,其次为草地和未利用地,主要变化区域位于特克斯河沿岸及伊犁河上游.2000-2010年10年土地利用由0.2436%下降到0.0374%,变化趋势趋于平缓.     

区域耕地面积时空变化特征及驱动力分析

【目的】为中部6省经济社会协调发展提供理论依据,同时也为其他区域的耕地保护、耕地可持续利用及相关研究提供参考。【方法】利用文献分析法对耕地面积变化时空特征进行分析,并采用主成分分析法对我国中部6省的耕地驱动力因子进行分析。【结果】在时间特征上,2000~2010年中部地区的耕地面积呈“增加—减少—增加—减少”的阶段性发展特征,耕地利用程度呈“减少—增加—减少—增加”的阶段性发展特征;在空间特征上,中部6省耕地数量变化不大,但是土地利用结构存在着明显的区域差异。影响中部6省耕地面积变化的15个驱动因子可分为社会经济驱动因子（又分为人口驱动因子和经济发展驱动因子）、农业驱动因子（又分为农业科技驱动因子和农业生产驱动因子）和政策驱动因子（城镇用地驱动因子）三大类。【建议】安徽、江西、河南、湖北、湖南5省可以通过重点加强以农田水利设施为基础的田间工程建设,改进农业耕作方式、健全科技支撑与服务体系,巩固提升全国重要商品粮生产基地地位;山西省可以晋中南产粮大县为重点,推进抗旱水源、农田水利等基础设施建设,加强地力培肥和水土保持,推广应用高产栽培、节水灌溉等技术,充分挖掘粮食单产潜力,增强区域粮食供给能力。     

干旱区内陆河流域典型灌区土地利用变化与耗水量研究

【目的】以阿克苏河灌区为例,研究干旱区内陆河流域土地利用变化与耗水量的关系,为干旱区土地资源开发与保护提供科学依据。【方法】基于2000~2014年TM遥感影像,运用GIS技术和土地利用模型,结合灌溉用水量和土壤含水量的变化趋势,分析近15 a阿克苏河灌区土地利用/覆被变化现状以及耕地扩张与灌区耗水量的关系。【结果】阿克苏河灌区土地利用变化明显,灌区耕地面积以159.8 km²/年的速度增加,以塔河灌区耕地增加最为明显;随着灌区耕地面积的急剧增加,灌区内耗水量加大;灌区内土壤含水量减少,平原荒漠区的一些浅根系荒漠植物因干旱胁迫死亡,中、低覆盖草地面积大幅下降,灌区外围荒漠化风险加大。【结论】在全球变暖背景下,耕地面积的不断扩大,是导致灌区耗水量增加的主要原因。     

典型内陆盆地生态系统服务价值对土地利用变化的响应

【目的】 研究塔里木河流域1990~2018年间土地利用变化下生态系统服务价值时空演变趋势,为干旱区土地资源的可持续发展提供科学依据。【方法】 基于1990、2000、2010和2018年4期Landsat TM遥感影像,提取土地利用数据并采用修正后生态系统服务价值系数、空间相关性分析等方法,以典型内陆盆地塔里木河流域为研究区,研究塔里木河流域土地利用与生态系统服务价值(Ecosystem services values,ESV)的时空演变特征。【结果】 (1)1990~2018年间塔里木河流域土地利用变化显著,耕地和建设用地表现为增长趋势;高、中、低覆盖度草地,林地和水域呈现减少趋势;建设用地的涨幅最大,水域的降幅最大。(2)流域内ESV总体上呈现下降趋势,由1990年的8 728.84×10⁸元减少到2018年的7 671.65×10⁸元;2015~2018年ESV减幅最大,其中草地ESV占比最高,达39%以上;单项ESV以调节服务为主,占比在62%以上。【结论】 研究区ESV在空间分布上表现为四周高、中间低的特征,且具有显著的空间正向自相关性;ESV增值区域分布在研究区东南部区域,ESV损失区域分布在研究区西部和北部区域。     

中国北方新增耕地的时空变化及驱动因素分区

【目的】新增耕地的时空变化格局受气候变化和人类活动的双重影响,明确新增耕地时空格局变化及其驱动因素,为保障耕地资源和农业可持续发展提供指导。【方法】基于1980s—1990s、1990s—2000s、2000s—2010s 3个时段中国北方的新增耕地数据,利用重心转移模型和区域统计等方法,探讨中国北方新增耕地的重心变化以及时空格局变化;基于气候数据计算3个时段≥10 ℃积温（AAT10）以及标准化降水蒸散指数（SPEI）,分析气候因素对耕地开垦的驱动作用;基于1980s以来的社会经济统计数据,结合空间叠加模型、区域统计模型等分析人为因素对耕地开垦的促进作用;综合气候和人为因素,结合地理分区的方法对中国北方的新增耕地进行分区。【结果】1980s以来,中国北方新增耕地重心呈现由东北向西北转移的态势;大多数耕地开垦地区的气候有暖干化趋势,2000年以来具有暖湿趋势的耕地开垦区比例逐渐增加;农业为主人口的增加、农业技术进步以及国家政策的影响为东北、新疆等地耕地资源扩张提供了必要的基础;新疆、黑龙江、吉林等地丰富的耕地后备资源以及平坦的地势条件为耕地开垦提供了可能;基于对气候和人为驱动因素分析,将中国北方分为7个分区,即东北北部气候驱动林草-耕地转换区、东北气候+人为驱动林草-耕地转换区、东北中部气候+人为驱动水旱转换区、北方气候+人为驱动林草-耕地转换区、黄土高原人为驱动生态恢复区、西北人为驱动荒地-耕地转换区以及新疆人为驱动绿洲农业开垦区。【结论】1980s以来,中国北方新增耕地时空格局表现出明显的差异性;暖干气候并未成为耕地开垦的限制因素,而较为湿润的气候在一定程度上促进了耕地的开垦;农业人口的增加、农业技术的进步以及国家政策的影响,对耕地开垦起到重要作用。     

天山大峡谷国家森林公园土地景观格局及生态风险分析

【目的】研究土地景观格局变化和生态风险进行分析评价,为天山大峡谷国家森林公园生态建设提供依据。【方法】以研究区1990年、2000年、2010年和2018年4期土地利用数据,利用ArcGIS和Fragstats软件计算分析景观格局指数和生态风险指数,进行景观生态风险评价。【结果】1990-2018年,区域以耕地、林地和草地为主要生态景观类型,占总面积85.5%,草地和未利用地生态景观面积大幅增加(7 894.7 hm²和4 684.12 hm²),其中耕地、林地、水域面积减少(1 556、5 898.54和6 240.73 hm²);区域内景观格局指数中斑块数量、斑块密度、最大斑块指数、蔓延度及聚集度指数呈现上升的趋势;研究期内低、中低风险区面积增加(59.60和35.72 hm²),中、高和较高风险区面积减少(6.57 、32.14和56.62 hm²)。【结论】整体景观生态风险指数减小,生态环境呈现好的趋势发展;较高和高风险区向东南方向转移,低和较低风险区向南部和东北部转移。     

奎屯河流域土地利用/覆被及生态系统服务功能变化

[目的]分析25年来奎屯河流域土地利用/覆被与生态系统服务功能的变化,以期为该区域资源管理和生态经济协调发展提供理论基础.[方法]在3S技术的支持下,以1975年和2000年的TM 图像解译数据为基础,采用谢高地的评价方法分析了25年来奎屯河流域土地利用/覆被与生态系统服务功能的变化特征.[结果]1975～2000年,奎屯河流域耕地、城乡建设用地、盐碱地和沙地有所增加,其他林地、草地、水域和沼泽的面积均减少;区域生态系统服务功能从1975年的3 108.68×106元减少到2000年的2 953.91×106元,减少量为154.77×106元,减少率为4.98;;[结论]生态系统服务价值降低说明该区域生态环境趋于恶化,将来区域发展必须加强生态环境保护力度.