健康视角下我国南亚热带水田粮食产能关键限制因子识别——以广州市从化区为例

在国际粮食供需环境剧变及国内耕地非农化压力下，保障国家粮食安全，保证健康状态下耕地的粮食产能是全社会的重中之重。但是现有的耕地质量认知仍偏重于“自然环境本底”与“投入-产出”作用的耦合效应，缺乏从健康视角对耕地粮食产能关键限制因子的多维度考量。以广州市从化区为研究区，在大量样本采样检测和实地调研测产的基础上，采用地理探测器识别了健康视角下我国南亚热带水田粮食产能关键限制因子。结果表明：我国南亚热带水田粮食产能受地理环境健康背景、土壤健康状况和农田健康人工环境3个健康维度协同影响，三者贡献力分别为2.702、2.025和1.200，13个影响因素贡献力（q值）介于0.012~0.865之间，36个影响因子贡献力介于0.004~0.537之间。健康视角下我国南亚热带水田粮食产能关键限制因子主要为农田水文条件、土壤物理与微量元素健康状况、土壤侵蚀状况、生产保障措施和人为管理强度中的7个因子，其贡献力介于0.299~0.537之间，贡献力大小依次为：表土质地 > 平均水位变化 > 农作活动频率 > 土壤侵蚀程度 > 灌溉保障能力 > 有效硅含量 > 灌溉方法。受现代农业种植策略影响，我国南亚热带水田中土壤肥力、酸碱度和生物健康水平普遍较高，但土壤有效硅含量严重不足，基于灌溉保障和灌溉方法的农田精准水环境管理措施也亟需重视。可见，农田粮食产能的“木桶效应”仍严重威胁粮食安全，导致粮食产能的不稳定性与空间差异性，建议高度重视不同土壤类型中的微量元素健康状况及农作物生长过程中水环境的精准管理。     

耕地质量评价缺失数据填充方法研究

在耕地质量数据调查与采集过程中会由于人为、环境等因素造成数据缺失,而目前数据缺失填充方法都存在适用性不足的问题,为完善耕地质量数据库从而提高耕地质量评价精度,对耕地质量评价缺失数据填充方法的研究是十分重要的。本研究以广州市从化区耕地质量数据库为样本集,根据空间相关性和空间分布将数据集划分为空间关联性数据集和非空间关联性数据集,利用多种填充方法对其进行缺失填充模拟,采用十字交叉法进行精度验证。结果表明：选取数据整体异常值比例不足1.2%,且高程、气温、有效锌等25组因素具有空间相关性。对空间关联性数据填充精度最高的是四象最近邻算法,在缺失率20%以下时精度仍高达80%,精度随缺失率增大而降低,其次为K最邻近（KNN）算法、期望最大化法、多重填充法、回归模型算法,四象最近邻算法相较于KNN算法在数据密集时精度更好。对非空间关联性数据填充精度最高的是相似聚集填充算法,在缺失率25%以下时精度超过80%,其次为期望最大化法、多重填充法、回归模型算法。综上,本研究提出的四象最近邻算法和相似聚集填充算法相比其他算法在耕地质量评价缺失数据填充中精度更高,效果更稳定,且实用性更广。     

弃耕行为对亚热带农田土壤有机质时空变化作用机理研究

为明晰弃耕行为对耕地质量关键性指标——土壤有机质时空变化的作用机理，以粤东粮食主产区海丰、陆丰和陆河3个县（市）农田为研究对象，2015─2018年连续4年对205个典型亚热带农田样点进行跟踪监测，综合野外调查采样、农户调查走访及室内检测分析，采用统计分析与地理探测器相结合的方法，构建了研究区典型弃耕行为模式，分析了不同地理情境下弃耕行为对农田土壤有机质含量变化的作用机理。结果表明：研究区农田弃耕行为主要表现为季节弃耕、调整弃耕、年轮弃耕、长期弃耕4种模式，在总体监测样点中具有弃耕行为的农田样点173个，占总数的84.39%，其中年轮弃耕和长期弃耕综合占比达59.03%。各种弃耕行为模式农田土壤有机质均呈增长趋势，而长期耕作则导致整体下降，监测样点4年间土壤有机质平均增加量表现为：季节弃耕（1.55 g·kg^-1） > 调整弃耕（1.43 g·kg^-1） > 年轮弃耕（0.27 g·kg^-1） > 长期弃耕（0.24 g·kg^-1） > 长期耕作（-0.42 g·kg^-1）。在不同地理情景下，随着海拔高度增加，弃耕农田的土壤有机质整体下降；田间含水量过大或较少，会导致弃耕行为对农田土壤有机质影响显著；相对于滨海沙土，容重较大的赤红壤和红壤农田土壤有机质对弃耕行为的响应更强，应重点防范台地、水浇地及容重较大的土壤类型农田因弃耕行为导致的耕地质量下降。研究表明，农田弃耕行为在我国部分地区表现异常严重，且弃耕类型在不同地理情景下对土壤有机质含量影响不同，亟需通过制定相关政策制度将无序弃耕规范为有序休耕。     

耕地遥感识别研究进展与展望

快速、准确获取耕地数量及其分布信息是研究耕地时空格局和生态效应的基础，也是及时制定应对粮食问题对策的迫切需求。近年来，随着卫星遥感技术的迅猛发展，遥感以其宏观性、实时性以及经济性为耕地信息快速获取提供了可能性。本文归纳了遥感技术应用于识别耕地信息的研究进展，总结了国内外耕地信息提取研究中常用的数据源、分类算法、时相选择、分类对象，讨论了上述四大类在提取耕地信息过程中的优缺点。随着传感器数量不断增加，遥感影像时间分辨率、空间分辨率及光谱分辨率不断提高，分类算法的不断涌现，基于多源遥感数据，集成智能分类算法识别耕地将成为必然的发展趋势。     

基于大数据背景的高寒草地资源数据库建设与应用 ——以青海省为例

在大数据时代背景下，为实现高寒草地资源的充分开发利用、共享和安全保护，以青海省为例根据高寒草地资源数据特征以及高寒草地资源监管业务需求，制定了高寒草地资源数据库标准。采用XML技术实现数据统一转换，通过Oracle与ArcGIS平台构建了统一管理与控制的高寒草地资源数据库，并阐述了高寒草地资源数据库在草地监管的应用。本研究克服了传统数据管理独立性和共享性差的困难，为高寒草地管理工作提供全面、高度共享的数据支撑与技术支持，加快了高寒草地资源信息化建设进程。     

耕地质量低空遥感-地面传感双重采集系统研究

【目的】将无人机(UAV)低空遥感检测系统与无人机-无线传感器网络(UAV-WSN)集成,实现通过一套系统进行低空遥感监测和地面长期监测的双重监测,为耕地质量的空间和时间变化提供监测数据。【方法】本研究探讨了现有UAV-WSN系统无法实现双重采集的问题,设计了一套用于耕地质量监测的低空遥感-地面传感双重采集系统,提出一套双重采集的工作流程,以及提升性能的基于航线的LEACH算法。仿真分析试验中调整UAV飞行高度和地面节点密度,以比较双重采集系统和UAV-WSN系统总飞行时间的不同。【结果】双重采集系统1次飞行同时采集2种监测数据,无需完成低空遥感监测数据采集后再次走遍所有地面节点,在低空遥感地面图像分辨率变化的情况下,总飞行时间比UAV-WSN系统快165 s;双重采集系统根据无人机航线和地面节点位置进行调整,在地块内节点数量变化的情况下,总飞行时间基本不变,比UAV-WSN系统快129～194 s。【结论】双重采集系统能够减少现场采样所需的总工作时长,降低采样工作的复杂程度,提升耕地质量监测的效率。     

水稻抽穗扬花期极端高温发生时空特征及热害风险区识别——以南充市为例

以2000—2018年南充市水稻抽穗扬花期（7—8月）气象站点逐日最高气温数据为基础,通过年距平法、累计距平法提取南充市极端高温发生的时间特征;计算包括市域范围内及周边地区17个站点的多年水稻高温热害累积指数,并借助ANUSPLIN软件进行插值以获得南充市极端高温发生的空间特征;最终结合水稻种植范围、人口数量分布数据以及高温热害风险性分析模型识别南充市各等级水稻高温热害风险区。结果表明： 2006年为研究时段极端高温发生最严重的年份,其次是2017年,极端高温发生日数较常年明显偏多。2010年为南充市气温变化的转折点,2010—2018年平均日最高气温明显高于2000—2010年,预计未来极端高温天气出现的频率和强度持续增大。蓬安县、营山县为遭受极端高温天气最频繁的两个县,其次是高坪区、南部县和西充县。水稻高温热害高风险区在高坪区、营山县分布最多,中风险区在各县均有较广泛分布,而低风险区则集中分布在南部县西北部、阆中市北部和营山县东北部的山地、丘陵。水稻高温热害风险区的识别能为人们更好地安排农业生产和政府更科学地进行城市规划与改造等提供参考依据。     

基于资源环境承载力的国土空间管制分区研究

资源环境承载力是衡量一个地区人地关系协调发展程度的重要依据。基于资源环境承载力评价结果研究国土空间管制分区有利于优化国土空间开发格局,更充分地考虑土地适宜性,有利于土地合理利用和生态文明建设。采用层次分析法和GIS空间分析法,以罗定市为研究区域,计算得出罗定市适宜发展用地536.6 km~2,限制发展用地1 445.5 km~2,禁止发展用地352.8km~2,在理想条件下土地资源所能承载的最大人口规模为466.6万,在耕地保护目标下最大承载人口规模为240.9万。基于资源环境系统承载力评价结果,结合罗定市土地利用现状和资源环境特点,将罗定市划分为生态环境安全控制区、生态涵养区、综合发展区和中心发展区4个类型区。基于资源环境承载力评价的国土空间管制分区可以为罗定市今后的国土空间开发格局优化提供科学参考。     

基于力学平衡模型的耕地多功能演变及其协调性分析——以珠江三角洲为例

为了掌握经济快速发展地区耕地多功能的演化规律及其耦合协调特征,以珠江三角洲为研究区,构建耕地功能评价指标体系,引入力学平衡模型分析了各时段耕地多功能的空间格局及其各子功能间耦合协调关系。结果表明：2000—2015年珠三角地区耕地经济功能、社会功能及生态功能整体呈下降的时序趋势,但2010年后下降趋势趋于缓和。耕地各功能间协调度空间差异明显。高值区主要分布在农业产业化、现代化水平较高的中心城镇的郊区,失调区分布在传统农业生产地区。根据耕地功能协调度偏离方向不同划分了三类象限区,明确各类型区耕地功能短板及发展方向。本研究为耕地多功能研究提供了有益的方法及案例支持。