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。[10oN—45oN,65oE—125oE]、[40oN—55oN,15oE—55oE]和[15oS—45oS,45oW—70oW]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年非洲耕地利用格局变化及其生态环境背景分析

【目的】科学探明世界第二大洲——非洲的耕地资源禀赋、准确揭示2000—2010年耕地动态变化规律和过程，服务全球粮食安全。【方法】采用全球首套30 m空间分辨率地表覆盖数据GlobeLand30 的 2000年和 2010年耕地数据产品，在不同分析指标和空间尺度上分析10年间非洲耕地利用格局的总体变化、地理差异特征及其生态环境背景。【结果】2000—2010 年，非洲耕地总面积增加了1 540.63×10⁴ hm²，变化率为 7.42%；5个区域10年间耕地面积变化率从大到小依次是：中非（10.42%）、东非（9.49%）、西非（7.55%）、北非（6.74%）和南部非洲（4.86%）；耕地面积数量增加排在前10位的国家是尼日利亚、坦桑尼亚、苏丹、肯尼亚、莫桑比克、乍得、阿尔及利亚、赞比亚、津巴布韦和布基纳法索；耕地面积数量减少排在前10位的国家是科特迪瓦、马里、安哥拉、加纳、马拉维、突尼斯、布隆迪、卢旺达、刚果（金）和南非。2010年，非洲耕地复种指数为98.11%，10年间变化率为13.54%；2010年，5个区域的复种指数从大到小依次是西非（163.75%）、中非（148.01%）、东非（76.64%）、北非（75.20%）和南部非洲（57.56%）。耕地空间格局变化区域差异明显，耕地在各经纬度带上以增加为主，以东半球和北半球面积增加较多；新增耕地主要由林地、草地和灌木地等植被类型开发利用转入，分别占转出总量的 15.19%、66.37%和 11.20%，减少耕地主要转成为林地、草地和灌木地，转出面积分别占转出总量的 21.15%、61.19%和11.78%，新增的耕地面积远大于减少的面积。从耕地变化与生态环境因子之间的关系来看，耕地增减变化主要发生在年均温度为20—30℃区域和年均降水为600—1 200 mm的区域，以及500—1 000 m高原区间和坡度小于2°的平缓地带。【结论】2000—2010年，非洲耕地面积数量和空间变化剧烈，不同区域和国家的耕地变化存在明显差异。研究结果揭示了非洲耕地空间分布及时空变化特征，不仅可为分析全球耕地空间分布格局、揭示其地域差异和时空波动规律提供重要基础参考，也可为耕地增减变化比较集中的区域的政策导向、土地产权制度调整提供科学依据，服务全球粮食安全问题解决。     

潜江市耕地格局与景观破碎化研究

基于2000年和2010年两期GlobeLand 30土地覆盖数据,以湖北省潜江市为研究区,分析潜江市土耕地时空变化特征,并计算该市19个乡镇的耕地斑块面积与破碎度指数,建立耕地面积和破碎度耦合的9种耕地变化模式,分析各乡镇耕地面积、耕地破碎度变化以及两者相联系形成的耕地变化特征。结果表明,2000—2010年,潜江市耕地总面积基本保持稳定,但潜江市内部各乡镇耕地面积变化幅度差异显著,耕地破碎化加剧;潜江市"耕地面积减少伴随着破碎度增加"的耕地变化模式占主导地位,位于城市化发展较快的东北地区,而"耕地面积增加伴随破碎度减少"的乡镇主要分布在农业比较发达的西南地区。潜江市城市建设用地逐渐占用耕地,导致城市边缘耕地面积骤减,耕地内部破碎化趋势严重。     

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。     

基于GIS的澜沧江流域土地利用变化及其对景观格局的影响

【目的】揭示澜沧江流域土地利用变化及其对景观格局的影响过程,探讨景观格局变化的主要驱动因子.【方法】GIS地理空间分析技术和景观生态学方法.【结果】2000-2013年土地利用与覆被变化表现为耕地、林地、水域和建设用地面积增加,草地和未利用地面积呈减少趋势,各地州市的林地、草地和未利用地的变化较为频繁,耕地、水域和建设用地相对比较平稳;林地和草地占总面积的84%以上,构成区域景观的基质,耕地的破碎度最大,而建设用地最为集中,水域的斑块数量变化幅度最大,由2000年的100增加到了2013年的537,耕地、林地和草地这三类景观要素复杂程度最高,最不规则;香农多样性指数和香农均匀度指数2000年分别为1.063 4、0.593 5,2005年均升高,2013年则分别降至1.118、0.624,整体上呈现上升趋势,说明研究区域内景观趋于均匀,占主体地位的景观要素与其他景观要素之间的差异减小;【结论】土地利用变化使景观破碎度增强,景观类型不规则,景观要素呈现均衡化分布的趋势.     

基于遥感和GIS的和田市近28a耕地变化及其驱动因素研究

【目的】 干旱区土地资源中耕地作为农业生产、生态环境保护和社会稳定之基,掌握耕地变化是合理配置与利用各类土地资源类型,有效保护耕地,实现可持续发展的重要基础。【方法】 文章以新疆南部典型绿洲城市和田市为例,以1990年、2000年、2010年和2018年的Landsat遥感影像为基础,采用耕地变化动态度、耕地利用转移矩阵对和田市耕地时空变化进行分析;经过皮尔逊相关性分析方法对耕地变化的影响因子进行实证分析。【结果】 ①1990－2018年间,和田市建设用地面积增加了58.68 km2,增幅达34.39%;耕地面积减少了47.06 km2,减幅达27.58%;林地、水域和未利用地的面积变动相对比较小,依次为9.23 km2、-7.5 km2和-13.35 km2。②研究期间,有38 km2的耕地被城市建设用地所占用,耕地对城市空间扩展的贡献度最大。③皮尔逊相关性分析结果表明,耕地变化与人口和GDP之间具有较强的负相关关系,因此,人口增长和经济发展是导致和田市耕地面积减少的重要原因。同时,自然因素和政策因素在耕地变化有一定的促进与保护作用。【结论】 人口规模增加和经济增长会导致建设用地面积大幅度增加,最终表现为城市空间扩展日益显著,而这些最终以占用大量有限的耕地来实现。     

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。     

淮北平原农业区耕地面积时空格局演变与驱动力分析

【目的】探索安徽淮北平原农业区耕地面积的时空格局演变及其驱动力,为保障区域耕地资源可持续利用与管理提供科学依据。【方法】根据2000~2013年相关统计资料,采用耕地动态度、耕地指数及耕地重心模型对淮北平原农业区的耕地面积时空格局演变进行研究,并运用主成分分析法对其耕地面积时空格局演变的驱动力进行分析。【结果】(1)2000~2013年淮北平原农业区总耕地面积及其大部分县(区)耕地面积小幅减少,其余部分市辖区耕地面积有一定增加;(2)淮北平原农业区的耕地在空间上呈西多东少的分布格局,2000~2013年耕地重心总体上从西北向东南方向转移,但迁移幅度不明显,并未影响研究区西多东少的分布格局;(3)主成分分析结果表明淮北平原农业区耕地面积时空格局演变的主要驱动力为社会经济与城镇化、农业生产能力和灾变。【建议】加强现有耕地资源的保护力度,合理开发后备土地资源;依靠科技提升农业生产能力,完善土地管理政策,保障农户切身利益;控制人口数量,树立耕地资源危机意识。     

中国耕地资源与粮食增产潜力分析

【目的】分析未来中国耕地数量和粮食增产潜力,为国家粮食安全决策提供参考。【方法】以1980/1996—2013年耕地面积和粮食生产系列数据为样本,应用时间序列预测方法,基于中国第二次全国土地调查结果,预测2020年全国耕地面积、耕地复种指数、粮食作物与非粮食作物面积比、粮食作物种植结构,并从"高产示范区单产水平"、"品种区试单产水平"、趋势单产等多视角分析未来全国粮食增产潜力。【结果】到2020年,全国耕地面积为1.32×10~8 hm~2,粮食作物与非粮食作物面积占比为66﹕34,粮食作物播种面积为1.12×10~8 hm~2;从"高产示范区单产水平"看全国粮食总产有68.9%的增产潜力,从"品种区试单产水平"看全国粮食总产有35.5%的增产潜力,从趋势单产看2020年全国粮食总产潜力为6.34×10~8—6.53×10~8 t,与2013年相比增产5.3%—8.5%。【结论】未来中国耕地面积和粮食作物播种面积呈小幅减少之势,但在粮食作物单产不断提高的拉动下,未来中国粮食总生产能力继续呈上升之势。     

阿勒泰市耕地资源动态变化及驱动力分析

【目的】通过对1995～2009年阿勒泰市耕地数量和质量变化的探究,分析耕地数量变化的驱动力因子,为合理利用、因地制宜管理耕地资源提供依据。【方法】用灰色关联度分析方法对影响耕地数量变化的因素进行了探索性研究。【结果】阿勒泰市近15年耕地数量呈波动变化态势,影响耕地数量变化的因素主要是经济和社会因素。【结论】综合分析影响耕地数量变化的社会、经济因素,工业建设投资、农业建设投资、农业总产值以及城市化水平是影响耕地数量变化的主要驱动力。     

广西天等县耕地土壤酸化的初步研究

【目的】研究广西天等县耕地土壤的酸化情况,为提高耕地质量、促进农业可持续发展提供科学依据。【方法】收集2007年启动的测土配方施肥项目资料,与第二次土壤普查资料作比对,分析两个时期该县耕地土壤pH值变化情况,并进行相关性分析。【结果】相对于第二次土壤普查,该县耕地土壤pH值总体平均下降0.73个pH值单位,微酸性至强酸性土壤样点所占百分比由9.8%上升到55.8%。非石灰岩母质发育的耕地土壤酸化程度较重,石灰岩母质发育的耕地或碳酸盐含量较高的耕地相对较轻。旱作连作土壤酸化程度较重,水稻连作次之,水旱轮作和玉米—黄豆轮作相对较轻。土壤酸化程度与氮肥投入和作物吸收带走氮素的盈余量呈正相关,与土壤有机质含量、水田土壤全氮含量均呈非线性高度负相关。【结论】广西天等县耕地土壤酸化现象比较突出,先天成土条件以及后天有机肥投入量少、过量施用氮素是其主要原因。     

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。     

基于EMD的中国粮食安全保障研究

 【目的】粮食安全问题是政府必须首先解决的问题。在中国人口急增、消费扩张、耕地大幅度减少的现状下，分析中国的粮食安全保障问题。【方法】利用经验模态（EMD）方法分别对1949－2006年间中国粮食产量及耕地面积波动进行多时间尺度分析，并构建动力学模型进行预测，分别从粮食的趋势产量和耕地变化的粮食供给量两方面分别与基于人口发展的粮食需求量进行比较。【结果】①新中国成立以来中国粮食产量以9.6年准周期波动为主;耕地总量以14.5年准周期波动为主。②若以每10年增加1×108 t左右粮食的生产能力增长，中国粮食的趋势产量能够满足至2030年中期内人口发展的消费需求，但进一步提高人均粮食占有水平的空间极为有限。③从耕地发展看，只要粮食单产达到预期目标，可以满足2030年人口的消费需求，但耕地资源的承载压力日益增大，超载人口数量持续增加。【结论】中国未来的粮食安全保障前景令人担忧。中国必须严格控制人口数量、增加后备耕地数量、努力提高土地质量以及提高粮食单产，才能缓解中长期粮食的供需矛盾。