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。     

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。     

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。     

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。     

重庆市耕地资源时空变化分析

为多角度了解重庆耕地变化的趋势和特点,从时间、空间分布格局、空间形态、空间结构、空间功能等方面对重庆市耕地资源时空变化进行了较全面的分析。结果表明,近年来重庆市耕地总量和人均耕地面积总体上不断下降;空间分布上呈现出耕地资源稀疏区、一般区、密集区的格局;耕地重心向人地矛盾较为缓和的地区移动;耕地流失量由下降转为上升趋势;耕地增加量和耕地产出率均呈现上升态势。在此基础上,对重庆市耕地资源保护提出了一些建议以促进土地资源的可持续利用。     

江苏省耕地利用时空格局演变分析

运用主成分分析法,对江苏省耕地利用的规模、结构、效率和强度的综合变化过程及现阶段空间分化态势进行研究。结果表明,1970—2010年江苏省耕地利用强度和增产能力由快速增长转至高位徘徊,耕地利用结构与增收能力则先减后增,整个过程以1984年为转折点。1997年以来,江苏省耕地总体呈现出经济高效、产能停滞的特征,且南北耕地利用分化态势明显,南部尤其是环太湖地区结构调整、耕地生产功能相对较弱,而中北部地区的耕地生产功能相对较强。在此基础上,探讨江苏省耕地利用未来可能走向。     

彭州市耕地数量和质量时空变化分析

根据2000～2006年彭州市耕地统计数据,应用土地利用动态度、土地利用变化区域差异模型和GIS方法研究了耕地资源数量和质量的变化特征。结果表明,彭州市耕地以灌溉水田及旱地为主,且受地形地貌和区域条件的影响,空间分布差异明显。6年间研究区耕地面积基本持平,但不同年份间差异较大。耕地土壤中其有机质、全氮、全磷和速效磷的含量升高,但土壤中的重金属含量也在普遍升高,且土壤中氮、磷的增加从一定程度上看是大量施用化肥的结果,其本身也是重要的有机污染物质,因而,经综合分析,可以认为彭州市耕地的整体质量是处于一种下降的趋势。     

绥化市耕地集约利用水平时空变化研究

为准确把握绥化市耕地集约利用时间变化规律和空间分异特征,基于耕地集约利用内涵,从投入强度、效益水平、利用程度、持续利用4个方面构建了评价指标体系,利用AHP法对绥化市各县2005、2010年的耕地集约利用水平进行了分析。结果表明:(1)研究期内绥化市各县区的耕地集约利用度均上升,县区间差距呈缩小态势,效益水平与投入强度是耕地集约利用度提高的主要来源,而利用程度与持续利用的贡献较小。(2)所有县区的耕地集约利用等级均有提高,低等级县域数量显著减少,高等级县域数量明显增加。空间格局上呈现为"两侧高,中间低",空间格局变化较小。(3)中部耕地集约利用度提升程度最大,西南部次之,东北部最小。种植结构调整、粮价上涨与惠农政策的实施、土地整治是导致提升幅度不同的主要原因。     

湖南省耕地和粮食承载时空变化分析

收集了湖南省100个县(区)1989～2008年耕地面积、粮食总产量和人口总数等数据,通过计算获得了各县(区)的耕地变化强度指数、相对粮食承载指数,分析了湖南省近20a耕地和粮食生产的时空变化.结果表明:湖南省近20 a人口增加了8.50×106人,由于耕地面积统计口径不同,将湖南省耕地面积变化可分为两个时段比较,19...     

1980—2010年东北地区种植结构时空变化特征

【目的】探讨过去30年东北地区像元尺度种植结构的时空分布特征和演变规律,为东北地区农业政策的调整提供科学基础。【方法】基于1980—2010年东北三省的玉米、大豆、水稻和小麦种植面积的县级统计数据,利用SPAM-China模型获取10 km像元尺度上种植结构的分布信息,构建以像元内种植面积比例超过30%和占比前三位的种植结构类型的判定方式,利用空间叠加方法分析种植比例及其结构类型的时空变化特征。【结果】运用像元结果初步阐明了东北地区的种植结构变化特征,首先种植规模的优先顺序在2000年左右发生了变化,由玉米大豆小麦水稻变为玉米大豆水稻小麦;其次,30年间共出现14种组合类型,包括6种水稻及其组合类型由1980年的8.30%增至2010年18.64%,主要分布于辽河平原、松嫩平原和三江平原等地;7种玉米及其组合类型占比超过三分之二,累积比例增长3.7%,主要分布在东北的中西部,是该地区的主要种植作物;5种大豆及其组合类型累积比例减少4.2%,空间上发生了显著的置换,由散布在三省的格局迅速北移集中于黑龙江;7种小麦及其组合类型累积比例从26.82%降为3.17%,是变化最为显著的种植结构类型,现有少量集中于黑龙江嫩江附近。再次,3种种植结构类型变化较多,一是由开垦耕地带来的新类型,占所有变化类型比例为20.91%,特别是黑龙江省拓荒带来的大规模水稻种植;二是单一作物型变化为两种或以上作物类型组合,占比为34.90%,组合作物主要为水稻和大豆;三是多种作物组合型变为单一作物型,将种植结构类型集聚,占比为41.36%,主要为玉米种植区的调整。【结论】过去30年种植结构类型变化规律为种植结构类型分布受玉米和大豆主导,其中大豆空间转移至黑龙江,水稻正成为东北地区重要种植类型,而小麦则持续萎缩至局部地区,种植结构类型变化趋势将以玉米、大豆和水稻为主,单一化趋势显著。种植结构调整方向应从减少单一玉米型和增加水稻和大豆组合型入手。     

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1.32×10⁸ hm²,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1.12×10⁸ hm²;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6.34×10⁸-6.53×10⁸ 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。     

江苏省耕地变化与粮食生产地域分化

从耕地变化的角度,分析江苏省粮食生产地域分化过程:1990～-2009年,在总量相对平衡下,江苏省粮食生产格局从地区平衡自给转向粮食余缺不均高度分化状态。耕地数量减少和耕地用途变更,直接导致苏南地区粮食生产急速衰退;耕地集约化利用度的不断提高,强化苏中和苏北地区的全省粮食生产基地的地位。对于江苏粮食生产区域分化的调控,提出要维持苏南主销区基本粮食生产、强化苏中和苏北部粮食主产区的生产优势,通过虚拟耕地贸易方案协调好产销区粮食经济关系。     

重庆市北碚区耕地多功能评价及时空演变分析

从耕地多功能理论出发,构建耕地多功能评价指标体系,采用改进层次法的模糊优选模型对北碚区2009-2016年耕地功能变化进行研究.结果表明:1)在新时期背景下,耕地的内涵不断丰富,从基本的生产功能逐渐衍生到社会功能、生态维持功能及城镇阻隔功能等集为一体的复合功能. 2)北碚区耕地多功能时空演变特征差异明显,生产功能、生态维持功能、社会功能及城镇阻隔功能都有不同程度的变化,生产功能和生态维持功能呈现先上升后下降再上升的"N"型趋势,社会功能变化呈现缓和下降趋势,城镇阻隔功能则逐年增强. 3)总体上,北碚区耕地综合功能偏弱,可根据该区特点因地制宜地进行发展.     

河北省耕地变化研究

应用数学统计方法,对55年来河北省耕地变化进行了分析.结果表明:除有数次增加外,河北省耕地面积总体呈逐步减少趋势,土地减少可分为5个阶段.近10年来耕地减少速度加快,主要原因是非农建设占地.解决办法是提高土地利用率,建立与土地相关的预警系统,重点任务是进行土地的生态保护工作.