基于空间自相关的人均粮食占有量空间差异研究

运用空间自相关分析方法并结合GIS技术,对我国1980-2008年间的人均粮食占有量空间差异进行分析,以揭示我国粮食空间分布的差异、特征及变化.研究结果表明:研究期内,我国人均粮食占有量总体上呈上升趋势,各省份变化幅度各异;人均粮食占有量的Moran'sⅠ指数平均值为0.31,表明存在较强的空间集聚格局;Moran散点图反应出位于HH与LL象限的区域数量多于HL与LL象限数量,表明人均粮食占有量局部空间集聚效果显著;LISA集聚图显示,部分区域集聚特征发生变化.     

基于ESDA的新疆农机动力空间格局分析

以新疆县(市)行政区为基本研究单元,利用变异系数与ESDA空间分析技术,分析了近10年新疆县域农机总动力的区域差异时空特征以及空间演变格局。结果表明:新疆各县域平均单位农机动力投入存在明显的空间差异,整体呈现东部大于西部、北疆大于南疆、由东北向西南递减的空间分布格局,但这种区域差异在研究期内呈现明显缩小趋势。近10年,新疆县域农机动力投入在全局水平表现出显著的空间正相关性,同时又存在明显的局域空间自相关特征。其中,高高聚集区主要分布于东疆地区,而低低聚集区则分布于新疆西南部,并且随着时间的推移其空间聚集程度在不断减弱,各县域农机动力投入趋向均衡发展。     

滇中城市群国土空间格局识别与时空演化特征分析

为探索国土空间格局时空演化规律和分异特征,揭示国土空间数量结构与空间格局之间的耦合机理,开展了区域国土空间格局变化研究。以高原山区城市——滇中城市群为例,选取2000年、2005年、2009年和2015年土地利用数据、DEM数据作为基础数据源,从数量结构和空间布局两个方面对4个时点上滇中城市群国土空间格局变化特征进行分析。结果表明:以高原山区为主导的地形特征影响了滇中城市群国土空间格局分布,其垂直差异性显著,滇中城市群生态空间为绝对主体,生产、生活空间主要分布在城市群中部以东区域; 2000—2015年三生空间变化速度加快,且区域差异明显,生产、生活空间逐渐增加,生态空间持续减少,总体呈现"入不敷出"的态势,生态空间和生产空间面积的相互转换构成了国土空间格局图谱演变的主要类型;国土空间利用程度逐年提高,国土空间利用程度热点区主要集中分布在研究区中部和东部的部分地区; 4个时点上,研究区国土空间格局总体沿东北-西南走向分布,生产、生活空间在东北方向的分布最为聚集,生态空间格局分布较随机;生产、生活空间核密度测算值空间分布特征表现为中部、西部及东北部高,南部、西南部及西北部低,多核扩散破碎化明显,生态空间核密度测算值空间分布特征表现为中部以东较为密集,受人类活动干扰,破碎化严重,分布不均匀;西部大开发战略与相应土地政策实施促使滇中城市群国土空间格局变化明显。     

粮食主产区县域农业机械动力投入时空演变分析——以河南省108个县(县级市)为例

农业机械化是农业现代化建设的重要内容。为此,以县域为基本研究单元,利用变异系数与艾肯森指数等区域差异研究方法对河南省2004-2013年近10年的农业机械动力投入进行动态差异分析,并采用探索性空间分析方法(ESDA),在Arc GIS与Deo Da095i软件的支持下,分析近10年来河南省农业机械动力投入的时空格局与时空演变特征。结果表明:2004-2013年,河南省县域农业机械动力投入均值呈显著的增长趋势,但整体区域差异呈现出逐渐缩小的态势;2004-2013年河南省县域农业机械动力投入之间存在显著的空间正相关,表现出明显的空间集聚现象,但农业机械动力投入水平相似的县域在空间上的集聚态势会逐渐降低;局部空间集聚格局,总体呈现出东北部较高而西南与东南部较低的特征;2004-2013年整体空间分布位置变化不大,数量上有明显变化,高高集聚与低低集聚型县域数量总体呈现出明显减少的趋势,各县(县级市)趋向于平衡化的发展。     

中国农业机械动力空间格局分析

以全国省级行政区为基本研究单元,利用基尼系数与ESDA空间分析技术,分析了近10年全国农机总动力的区域差异时空特征。结果表明:全国省域平均单位农机动力投入存在明显的空间差异,整体呈现东部大于西部、北部大于南部、由东部沿海向西递减的空间分布格局,但这种区域差异在研究期内呈现明显缩小趋势。近10年,全国省域农机动力投入在全局水平表现出显著的空间正相关性,同时又存在明显的局域空间自相关特征。其中,高高聚集区主要分布于京津冀地区,而低低聚集则分布于西南地区,并且随着时间的推移其空间聚集程度在不断减弱,各省域农机动力投入趋向均衡发展。     

基于EnKF和随机森林回归的玉米单产估测

为了提高玉米的估产精度,以河北省中部平原为研究区域,采用CERES-Maize模型模拟2013—2018年8个典型样点玉米整个生育期的叶面积指数(LAI),将遥感反演的LAI与CERES-Maize模型模拟的LAI相结合,通过集合卡尔曼滤波(En KF)同化算法实现2013—2018年玉米主要生育时期旬尺度LAI的同化,运用随机森林回归法计算同化和未同化的LAI权重,进而建立玉米单产估测模型,对2015年53个县(区)的玉米进行单产估测和精度评价,并分析2013—2018年玉米的单产时空分布特征。结果表明,采用En KF算法对8个研究样点进行单点同化,同化LAI更符合玉米实际生长情况;将样点LAI同化值从单点尺度扩展到区域尺度,同化LAI图像减少了相邻像素间LAI陡升陡降的现象,其效果优于遥感反演的LAI;与未同化LAI构建的估测模型相比,应用同化的LAI所建的估测模型精度明显提高,R2提高了0.024 5;在2015年河北中部平原53个县(区)估产结果中,总体平均相对误差为12.11%,RMSE为371 kg/hm2,NRMSE为6.18%;河北中部平原玉米单产估测结果呈现个别年份波动、总体呈先减少后增加的年际变化特点,并呈现西部地区最高、北部和南部地区次之、东部地区最低的空间分布特征。     

基于随机森林回归的玉米单产估测

为了提高玉米单产估测精度,以河北省中部平原为研究区域,以条件植被温度指数(VTCI)和上包络线S-G滤波的叶面积指数(LAI)为特征变量,通过随机森林回归确定玉米主要生育时期VTCI和LAI的权重,构建加权VTCI和LAI与玉米单产的单变量和双变量估产模型。结果表明,基于随机森林回归的双变量估产模型精度最高(R~2=0. 303),达极显著水平(P 0. 001)。将随机森林回归双变量估产模型用于研究区域2012年各县(区)玉米单产估测,结果表明,53个县(区)玉米估测单产与实际单产的平均相对误差为9. 85%,均方根误差为824. 77 kg/hm~2,模型精度较高。基于随机森林回归双变量估产模型逐像素估测研究区域2010—2018年玉米单产,结果表明,玉米单产在空间上的分布特征为西部地区最高、北部和南部次之、东部地区最低,年际间的分布特征为在波动中呈先减少后增加的趋势。     

再生性资源型城市农业发展效率时空异质性分析——以徐州市为例

文章以镇域为研究单元,以徐州市为实证,采用数据包络分析(DEA)方法分析徐州市在1995年—2015年的农业现代化发展效率,并通过变异系数、Moran's I指数揭示农业发展效率空间差异的时间变化特征。结果表明:1)研究期内徐州市农业发展效率处于中等偏上水平,且基本保持稳定。2)农业发展效率的区域差异呈现综合效率纯技术效率规模效率的演变特征。3)各镇域之间的空间格局集聚显著,表现为综合效率持续减弱,技术效率与规模效率先增强后减弱。4)农业发展综合效率、技术效率与规模效率较高的镇域逐渐向东部地区转移。     

区域发展与土地利用空间分异关系的实证研究

该文选取潍坊市为研究区,通过主成分分析和聚类分析等方法,构建区域发展评价模型,并运用景观空间格局分析方法总结土地利用空间分异规律,最后采用相关性分析方法探讨二者关系。研究得出:区域发展与景观格局指数中的景观斑块密度和分维数相关性较强。区域发展与土地利用空间格局变化息息相关,土地利用景观的斑块密度和分维数,能够较好反映区域发展阶段的特征状态。      

河北省农业水资源利用效率时空分异特征及影响因素研究

研究农业水资源利用效率时空分异特征及影响因素,可为促进区域农业生产节水及提高用水利用效率提供科学依据.基于2010-2017年面板数据,运用DEA-BCC、Malmquist指数和Tobit模型对河北省11地级市农业水资源利用效率的静态和动态时空分异特征及整体影响因素进行探讨.结果表明:2010-2017年河北省农业水资源利用效率均值总体水平较低,呈现"倒V"形的时间变化特征和"北高南低"的空间分布特征.全省的全要素生产率增长率为7.2％,时序上呈先增长后下降的趋势,空间上呈北部、西北部高,东部、西南部低的趋势分布.农业经济水平、节水农业水平及农作物种植结构中牧渔业占农业总产值的比重对河北省农业水资源利用效率起积极促进作用,水资源禀赋、机械化程度及水资源结构中粮食和蔬菜种植面积的比值则呈消极阻碍作用,其中农作物种植结构和水资源结构起主要导向作用.河北省各地级市农业水资源利用效率差异明显,总体水平偏低,有较大提升空间,充分利用好技术优势和节水农业设施是提高农业水资源利用效率的关键.     

陕西省耕地压力时空演变及驱动因素研究

在复杂的国际形势和新冠病毒为社会带来严峻考验的背景下,我国的粮食安全问题显得更为重要。陕西省是西北地区农业生产的重要基地,探索分析其耕地压力时空演变特征与驱动因素,对区域耕地资源有效利用与粮食安全保障有重要意义。基于陕西省1995—2019年耕地数量和分布情况,对最小人均耕地面积Smin与耕地压力指数P进行测算,对传统差异指数进行整合,建立总体分异测度指数GDI,引用重心移动模型和总体分异测度指数GDI描述区域内耕地压力的时空变化特征,并借用灰色关联分析法对耕地压力变动的驱动因素进行分析与探讨。结果表明：1995—2019年陕西省耕地面积总体呈先下降后上升的趋势;耕地压力指数整体呈下降趋势,但变化幅度较小,仍长期处在“警戒压力”水平;陕西省耕地压力重心在关中地区,先向北偏西移动,之后逐年向南推移;陕西省耕地压力空间分异情况2003年之前不明显,且状态相对平稳,2003年之后分化格局日趋明显;1995—2019年无霜期情况、降水情况、粮食单产量、化肥使用、农村居民收入、城镇居民收入、经济发展水平、工业水平对陕西省耕地压力存在不同程度的影响作用。     

松嫩平原黑土区玉米穗质量构成要素的空间变异性研究

基于在松嫩平原黑土区获取的玉米穗质量构成要素(穗粒质量、穗轴质量、穗粒数、穗行数、行粒数、穗长、穗粗),利用传统统计学、多重分形和联合多重分形方法分析了玉米穗质量构成要素的空间变异性。结果表明,玉米穗粒质量、穗轴质量、穗粒数、穗行数、行粒数、穗长、穗粗的空间变异强度依次减弱,且穗粒质量和穗轴质量的变异程度为中等变异,穗粒数、穗行数、行粒数、穗长、穗粗的变异程度为弱变异;玉米穗轴质量和穗粒质量的多重分形特征最明显,行粒数、穗粗和穗长的多重分形特征最不明显,穗行数和穗粒数多重分形特征的明显程度介于上述两者之间;穗行数的空间变异性主要是由高值信息造成,而行粒数、穗轴质量、穗粒质量、穗粒数、穗粗、穗长的空间变异性主要由低值信息引起;单一尺度和多尺度上,穗粗、穗轴质量、穗长、穗粒数、行粒数、穗行数对穗粒质量空间变异性的影响程度排序有所差异,穗粒质量与穗长、穗粗、穗粒数、穗行数、穗轴质量、行粒数在多尺度上的相关程度明显大于在单一尺度上的相关程度。     

全国种粮养牛发展分析

1951—2010年全国的粮食总产量是波动性增长。波动原因是粮食种植面积的波动,增长原因是粮食种植技术的进步。2010年全国粮食供给已是“北粮南运”。东北地区是全国的“粮仓”,黄淮海地区次之,长江中下游地区人均粮食产量只略高于全国平均水平。全国秸秆养牛已由畜力生产转为肉、奶生产,但人均水平较低。全国种粮养牛今后发展的目标应是人均粮食产量适度、粮食产量结构合理和秸秆养牛规模适量,其实现途径是科学化种粮养牛、综合开发种粮养牛乡村以及保证开发方针政策的正确。      

Effects of sand column, furrow and supplemental irrigation on agricultural production in an arid environment

The effects of supplemental irrigation, sand columns and blocked furrows on soil water distribution and barley yield were studied on arid soils affected by surface crusts. The sand columns were 50 mm diameter, 600 mm deep, and filled with sand of 0.375 mm mean diameter. The blocked furrows were trenches about 250 mm deep, 300 mm wide, and 6 m long established perpendicular to the slope direction. Sand column and furrow treatments significantly increased soil water storage compared with natural or control treatments. Soil water storage significantly increased by about 210% and 230% near the center of the sand column and the furrow treatments, respectively, relative to the control treatment. For sand column treatments, soil water storage decreased linearly with distance from the center of the sand column to about 2.5 m, while for the furrow treatment soil water storage decreased logarithmically to a distance of about 1.0 m, beyond which the soil water storage was not significantly different from the natural or control treatments. The furrow and sand column treatments significantly increased the water application efficiency, seasonal consumptive use and barley grain and straw yields compared with natural and control treatments. Increasing furrow spacing increased the catchment area and consequently crop production per furrow, but decreased crop production per unit total (cultivated and catchment) area. Decreasing sand column spacing reduced surface runoff and increased soil water storage and consequently barley grain and straw yields. Supplemental irrigation is essential for grain production in limited rainfall areas. Soil management is also required to overcome the problems of the soil surface crusting and the low permeability of subsurface soil layers for maximum rainwater efficiency, and for optimal crop production with minimum supplemental irrigation water. Where agricultural land is not limited, furrowed soil surfaces appear to be the most suitable technique for barley grain production. Sand columns with sprinkler irrigation might be more suitable for growing barley as forage crop where agricultural land is limited. Received: 19 October 1998     

乡镇尺度耕地生产能力实现程度分析与实证

该文从耕地单产实现程度、播种面积实现程度和耕地总产实现程度3个方面来表征耕地生产能力实现程度的计算方法。区域尺度上的小麦、玉米可实现单产是采用前沿生产函数、区试产量和近5 a高产水平等多种方法进行确定，地块尺度的小麦和玉米的可实现单产依据农业生态区法（agricultural ecological zone，AEZ）进行修正得到。乡镇尺度上的小麦和玉米的可实现单产分别采用尺度下移和尺度上移的方法将地块尺度的小麦玉米可实现单产转化为乡镇尺度的可实现单产。应用此核算方法对北京市大兴区1982、2000和2006年3个时期的乡镇尺度耕地生产能力实现程度的分析结果表明：大兴区区域尺度的耕地生产能力实现程度实现程度在1982年出现最高值，并在1983-1998年的较长时期呈现小幅摆动但基本保持在35%～45%之间，而在1998年以后则呈现大幅下降的趋势，并在2004年以后出现一定幅度上升；大兴区乡镇尺度1982年实现程度最高；与1982年相比，2000年所有乡镇都大幅降低，2006年比2000年有所增加，但仍低于1982年；乡镇尺度耕地生产能力实现程度存在显著的空间分异；大兴区区域尺度耕地生产能力实现程度与乡镇尺度耕地生产能力实现程度变化规律基本一致。该文构建的乡镇尺度耕地生产能力实现程度的分析方法为从宏观尺度研究耕地生产能力差异化提供了借鉴。     

我国粮食虚拟水流动对水资源和区域经济的影响

虚拟水流动是虚拟水形态的水资源在地理空间上的再分配,对区域经济和水资源具有重要影响。以省级行政区为单元,计算了2010年我国粮食生产、消费、调运及生产用水和虚拟水流动情况;选取节水量、水资源压力指数和人均国内生产总值3个指标,定量研究了我国区域间粮食虚拟水流动对区域经济和水资源的影响。结果表明:我国省级行政区之间粮食虚拟水流动量为1 138.1亿m3,其中蓝水为449.7亿m3,流动的主要规律是从水资源效率高的地区流向效率低的地区,从缺水地区流向丰水地区,从经济欠发达的地区流向经济相对发达的地区。相应地,在国家尺度上,省级行政区之间的粮食虚拟水流动节水578.9亿m3,其中蓝水为478.9亿m3;粮食虚拟水输出使输出省级行政区水资源压力指数由1.61(假设输出区粮食虚拟水输出为0)上升到2.04;人均GDP由43 428元(假设生产调出粮食的水量全部转变为工业用水)减少到31 776元。提高农业用水效率,实施虚拟水补偿,优化作物种植结构是解决我国区域虚拟水流动负面效应的关键措施。     

多途径发展粮食生产

针对目前粮食生产中存在的双季稻播种面积逐年减少、抛荒弃耕现象逐年增加、优质水稻生产相对滞后等问题,提出了恢复面积、提高单产、发展优质水稻生产的具体措施。     

化肥施用量对中国粮食产量的影响分析

化肥对粮食生产的影响是粮食经济研究的重要议题,文章基于1994—2018年中国粮食主产区玉米、小麦、水稻三种主粮作物化肥施用量和粮食产量的面板数据,构建分位数回归模型,分析化肥施用量对粮食产量的影响。研究表明,随着化肥施用量的持续增加,对粮食作物的单产水平具有显著的关联效应,且呈现明显的阶段性增长特征。1997年以前,化肥施用量和单位面积粮食产量浮动程度趋于水平。1998—2004年,化肥施用量呈现大幅度跳跃趋势,但其总体产量始终维持在5 000 kg/hm~2以上。2004—2015年,化肥施用量和粮食单产都呈现出逐步递增的发展趋势。2016年后,化肥施用量和粮食单产出现小幅度增长再到小幅度回落的趋势。此外,在0.1～0.9分位点上,随着分位点的升高,玉米的化肥施用量对其单产存在正向作用,但已呈现边际效用递减特征,反观小麦、水稻的化肥施用量对其单产的促进作用逐渐减弱。为此,在坚持化肥施用零增长的前提下,需注重科学施肥、结合有机肥混合施用以提高化肥利用率,便于在保障粮食安全与促进农业可持续发展之间达成平衡。     

The yield gap of global grain production: A spatial analysis

Global grain production has increased dramatically during the past 50 years, mainly as a consequence of intensified land management and introduction of new technologies. For the future, a strong increase in grain demand is expected, which may be fulfilled by further agricultural intensification rather than expansion of agricultural area. Little is known, however, about the global potential for intensification and its constraints. In the presented study, we analyze to what extent the available spatially explicit global biophysical and land management-related data are able to explain the yield gap of global grain production. We combined an econometric approach with spatial analysis to explore the maximum attainable yield, yield gap, and efficiencies of wheat, maize, and rice production. Results show that the actual grain yield in some regions is already approximating its maximum possible yields while other regions show large yield gaps and therefore tentative larger potential for intensification. Differences in grain production efficiencies are significantly correlated with irrigation, accessibility, market influence, agricultural labor, and slope. Results of regional analysis show, however, that the individual contribution of these factors to explaining production efficiencies strongly varies between world-regions.     

阜新市机械化保护性耕作实施进展

阜新市地处辽宁西部的半干旱地区,旱灾、风灾频繁,土地贫瘠、水土流失严重,不良的气候条件严重地影响了农业生产,造成了农作物产量低而不稳,农民增收困难.自2001年在该地区实施了机械化保护性耕作以来,土壤理化性能逐步得到改善,作物生长条件及农业生态环境日趋好转,促进了粮食增产和农民增收,使农业生产逐渐步入了良性循环和可持续发展的轨道.为此,总结了阜新市5年来实施机械化保护性耕作的经验和做法,为北方干旱地区推广保护性耕作提供了借鉴经验和技术参考.