基于耕地综合质量及聚类关系的耕地保护分区

【目的】掌握耕地质量的空间分布特征是优化耕地空间布局、加强耕地质量建设和制定耕地保护分区的基础。【方法】本文以井冈山市为研究案例区,通过构建耕地综合质量评价体系,采用全局空间自相关和局部空间自相关分析相结合的方法,以耕地综合质量为空间变量,从乡镇尺度上综合分析了井冈山市耕地质量空间分布特征和聚集性规律,据此进行耕地保护分区划分。【结果】井冈山市耕地质量水平属于中上等,耕地综合质量分值处于42～80之间,井冈山市耕地质量呈现出西北高东南低的空间分布规律。井冈山市耕地综合质量全局Moran’s I指数为0.79,在空间分布上呈现出较强的集聚规律:正相关H-H型和L-L型耕地聚集分布,与高分值耕地区域空间分布一致;负相关HL型和LH型耕地则多零星分布,无显著集中区域。综合考虑耕地的自然质量、立地环境、生态环境以及耕地质量的空间聚类关系。【结论】以此提出井冈山市耕地保护分区方案,并依据不同类型的耕地保护分区结果制定相应的保护措施。     

内蒙古中东部地区耕地物候动态研究

 【目的】采用遥感手段监测内蒙古中东部地区耕地物候变化,探讨气候变化导致耕地物候变化进而对耕地生产力的影响。【方法】采用趋势分析监测研究区耕地物候变化及生产力变化,根据空间相关分析及显著性检验分析气候变化导致生长季变动对耕地生产力的影响。【结果】研究区内耕地生长季明显延长;生长季提前开始且延迟结束区域最大,其次为生长季延迟开始且提前结束区域;研究区耕地物候受温度、降水影响明显;空间上,耕地生长季缩短受降水负相关影响显著,并且受降水影响显著的耕地净初级生产力增幅较小且波动较大,而受温度影响显著耕地的净初级生产力稳定且明显提高。【结论】遥感技术能够整体把握区域耕地物候空间特征;物候对于温度和降水的响应均较明显,气候变化改变耕地物候进而影响生产力。     

基于能值分析的甘肃省耕地可持续利用时空分异研究

【目的】研究甘肃省耕地可持续利用的时间变化规律和空间分异特征,为甘肃土地利用总体规划及区域可持续发展提供决策依据。【方法】利用2005-2011年甘肃省及县(区)土地利用变更资料和社会经济资料,采用能值分析方法,在构建耕地可持续利用评价指标体系基础上,对2005-2010年甘肃省以及2010年甘肃省各县(区)的耕地生态经济系统进行可持续利用评价;在Geoda和Arcgis软件支持下,对甘肃省各县(区)耕地可持续利用综合指数空间格局进行分析,对耕地利用分区,探讨耕地可持续利用的空间分异特征。【结果】2005-2010年甘肃省耕地可持续利用呈波动性发展,其中生产稳定性指数、经济可行性指数、社会接受性指数总体提高,但生态合理性指数总体降低。2010年甘肃省各县(区)耕地可持续利用综合指数总体较低,且县(区)耕地可持续利用综合指数差异明显,将甘肃省划分为河西区、陇东区、陇南区、甘南区、陇西区5个耕地利用区,耕地可持续利用综合指数依次降低。【结论】时间和空间变化特征都说明甘肃省耕地的可持续利用主要受生态合理性限制,为提高耕地可持续利用,必须提高耕地自身质量等级,改善耕地外部环境,促进耕地生态经济系统由能值密集型向能值安全高效型转变。     

耕地自然质量等级与土壤主要肥力指标的关系

【目的】研究耕地自然质量等级与土壤肥力指标间的关系.【方法】基于化州市耕地质量等级监测工作,将化州市耕地分为4个监测分区,布设38个采样点,调查测定耕地质量监测指标和主要土壤肥力指标,并对其关系进行研究.【结果和结论】耕地自然质量等级指数(y)与土壤主要肥力指标[pH(x1)、碱解氮含量(x2)]间存在如下数学关系式:y=1 300.15+630.33 x1+3.24x2.pH、碱解氮含量与耕地自然质量等级的10个原始监测指标均具有显著相关性,与自然质量等指数也具有显著的线性关系.     

基于模糊聚类分析的田间精确管理分区研究

【目的】以海涂围垦区盐碱土为研究对象，将从SPOT遥感影像提取出的NDVI数据和盐碱地土壤生产力的主要限制因子盐分数据及部分养分数据作为变量进行精确农业管理分区研究。【方法】模糊c均值聚类方法被用来进行分类分区，并引入了模糊聚类指数和归一化分类熵两种分区效果评价指标，对分区结果进行比较和评价。【结果】本研究区，最佳的分区数目为3个。对处于每一子区内土样的化学特性和实测棉花产量数据进行方差分析，发现其均值在所定义的每个管理分区内都存在着统计意义上的显著差异性，其中子区3具有最高的肥力水平和作物产量，而子区1最低。【结论】利用所选取的变量，模糊c均值聚类算法可以较好地进行管理分区划分。分区结果不但可以指导采样，而且可用于实施变量投入和精确施肥推荐，为样区土壤管理提供科学的决策依据。     

基于FCM的绿洲农田养分管理分区研究

 【目的】以天山北麓绿洲农耕区——新疆农八师148团农田为研究对象,以193个耕层土壤（0～30 cm）有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量的分析数据为变量进行农田土壤养分精确管理分区研究。【方法】模糊c-均值聚类法被用来进行分区,以棉田产量为外部变量,采用FPI、c-φ多次组合法及基于外部变量的多元回归法来确定适宜的模糊控制参数。【结果】研究区最佳分区数为4,模糊指数为1.6。各管理分区土壤养分的变异系数都较分区前全研究区有所减小,而分区间土壤养分差异显著。研究区的平均混乱度指数为0.19,不同模糊类别交叠程度小,地理空间上土壤的隶属关系相对明确。【结论】通过选取适宜的外部变量,模糊c-均值聚类法可以较好地进行管理分区划分,分区结果可以作为变量施肥的单独作业单元进行耕作管理。     

甘肃省土地利用多功能性空间差异及影响因素分析

【目的】分析土地利用多功能性空间差异及影响因素,更全面、深入地探究土地利用多功能驱动机制。【方法】综合评价法、空间自相关法和地理加权回归模型。【结果】(1)甘肃省土地利用多功能性水平空间特征显著,呈现空间集聚状态。土地利用总功能整体为西北高、东南低的空间格局,土地利用各功能总体为"点—片"结构特征。(2)全局自相关莫兰指数表明:除了经济功能,其余功能均表现为较大的空间正相关性。局部自相关莫兰指数和LISA图显示HH区和LL区整体为对称分布。(3)影响因素具有显著的空间集聚性,自然、社会经济因素和土地利用总功能均呈正相关关系。自然因素分布与甘肃省复杂地貌形态密切相关,而社会经济因素分布与人类要素投入偏好密切相关。【结论】甘肃省土地利用多功能水平主要取决于社会经济要素投入数量分布,甘肃省各市州应充分识别不同要素对土地利用多功能性的作用强度,因地制宜地加大要素投入,从而有效率地提高土地利用多功能性。     

县域耕地土壤速效磷空间格局研究——以武功县为例

【目的】研究陕西关中地区县域耕地土壤速效磷的空间变异特征和分布格局,探讨其主要影响因子。【方法】以陕西省武功县为研究区,在0~20 cm土层,以"S"形法采集耕地土样2 219个,运用地统计学结合GIS技术,拟合最优半方差模型,进行普通Kriging插值分析。【结果】研究区土壤速效磷含量为3.10~65.80 mg/kg,平均值为21.75 mg/kg,最佳半方差模型为球状模型,且具各向异性特征,块金系数为0.360 3,具有中等强度的空间相关性。【结论】研究区土壤速效磷含量高低区域分布比较明显,总体分布状况与地貌特征基本一致。地形地貌、土壤质地、灌溉条件和施肥是影响武功县耕地土壤速效磷含量空间格局的主要因素。     

县域耕地土壤速效磷空间格局研究

【目的】研究陕西关中地区县域耕地土壤速效磷的空间变异特征和分布格局,探讨其主要影响因子。【方法】以陕西省武功县为研究区,在0～20 cm土层,以“S”形法采集耕地土样2 219个,运用地统计学结合GIS技术,拟合最优半方差模型,进行普通Kriging插值分析。【结果】研究区土壤速效磷含量为3.10～65.80 mg/kg,平均值为21.75 mg/kg,最佳半方差模型为球状模型,且具各向异性特征,块金系数为0.360 3,具有中等强度的空间相关性。【结论】研究区土壤速效磷含量高低区域分布比较明显,总体分布状况与地貌特征基本一致。地形地貌、土壤质地、灌溉条件和施肥是影响武功县耕地土壤速效磷含量空间格局的主要因素。     

基于BP 神经网络法的耕地质量定级评价—— 以襄阳市城区为例

【目的】耕地质量定级评价工作是准确把握耕地效益水平,有效保护耕地和科学管理耕地的必要前提。【方法】以襄阳市城区耕地为研究对象,从自然要素、社会经济要素、区位因素3方面建立耕地质量评价体系,借助BP神经网络法,通过训练建立网络模型,并以仿真练习得出襄阳市城区耕地质量评价结果。【结果】(1)BP神经网络模型的精度达到0.93左右,建立的网络模型具有一定可行性和精确性;(2)襄阳市城区耕地质量总体水平良好,其中二级地和三级地最多,面积占比分别为33.56%和46.19%;耕地质量空间分布上呈现由东北向西南递减的趋势。【结论】借助BP神经网络的方法开展耕地质量评价具有一定的可行性和精确性,可为以后的耕地质量评价提供一定借鉴与参考。     

新疆阿勒泰地区耕地质量评价及障碍因素诊断

【目的】评价阿勒泰地区耕地质量等级,引入障碍度模型诊断低等地障碍因素,为耕地的改良和建设提供数据支持。【方法】运用特尔斐法、层次分析法和模糊综合评价法,从立地条件、理化性质和耕地管理3个方面选取13个指标,利用地理信息系统技术和障碍度模型定量化对阿勒泰地区耕地质量和障碍因素进行分析和诊断。【结果】(1)阿勒泰地区耕地质量平均等级为5.24等,优等地(一至三等)、中等地(四至六等)、低等地(七至十等)分别占耕地总面积的12.30%、62.84%和24.86%,以中等地为主,阿勒泰地区耕地质量现状良好。(2)对阿勒泰地区低等地进行障碍因素诊断,发现评价指标中有机质、有效磷、灌溉能力和有效土层厚度的障碍度占比较高,分别为16.30%、13.41%、12.27%和8.32%,以轻、中度障碍为主,主要分布在布尔津县、福海县和青河县,富蕴县的耕地障碍因素不明显。【结论】阿勒泰地区耕地质量受海拔和环境等因素的影响有从东北向西南方向递减的趋势,理清了低等地中障碍因素的种类、数量和空间分布。     

基于GIS的县级耕地地力评价及土壤障碍因素分析

[目的]以沙湾县为例,研究新疆县级耕地生产潜力及耕地土壤障碍因素,为分区改良利用提供依据和对策.[方法]在GIS支持下,充分应用第二次土壤普查资料及成果,利用新疆沙湾县土壤图、土地利用现状图叠置划分法确定评价单元4 002个,采用模糊评价、特尔斐法、层次分析法等,选取了土壤管理、物理及剖面性状、化学性状等3个方面12个影响因子,建立耕地地力评价体系及其模型,采用综合指数法对沙湾县耕地地力进行评价.[结果]全县的78 060 hm2耕地中,一至五等地分别占耕地的10.55;、37.80;、37.57;、9.10;和1.93;.耕地土壤障碍因素有:(1)土壤部分大量元素和微量元素处于不同程度缺乏状况;(2)土壤结构存在不同的土壤障碍层次;(3)部分土壤存在盐渍化障碍.[结论]评价结果符合当地实际,将沙湾县分为三个改良利用片并提出改良利用方向及措施.     

黄土高原植被对气温和降水的响应

【目的】研究黄土高原植被覆盖对水热条件的时空响应。【方法】利用经验正交函数分析植被覆盖、气温和降水变化情况的时空分布,并结合奇异值分解分析植被覆盖与水热条件的时空相关性。【结果】东南部水热条件对植被的生长最佳,西北部干旱-半干旱地区气温超过一定的界限不利于植被生长,而降水的增加更容易使植被覆盖增大;中国第二大河--黄河的水文效应对干旱-半干旱地区植被覆盖的变化影响密切,在干旱地区水分充足的区域,气温的上升则会促进植被的生长;河谷平原、盆地中植被覆盖对水热的响应较为明显;同一区域不同植被类型对水热的响应也不尽相同;黄土高原植被覆盖与水热要素的相关性很强,但限制性因素较多。【结论】土地利用、植被类型、作物熟制以及地形地貌和高程等是黄土高原气温对植被覆盖影响的主要限制性因素。黄土高原地处干旱的内陆地区,降水对植被的影响最为直接。荒漠地带及非农业耕种区的植被覆盖状况主要取决于天然降水,两者之间具有很强的正相关性。农耕区由于受灌溉条件等人为因素的影响,植被覆盖和降水之间的相关情况更加复杂,不确定性更强。     

土地用途分区体系探讨

在分析土地用途分区的基本要求的基础上，提出在中国应建立土地用途地域和土地用途分区两层次的分区体系。用途地域适用于县（市）组土地利用总体规划，主要突出控制城镇扩张，经保护农地和自然环境。用途分区主要适用于城（市）镇土地利用规划和乡村土地利用规划，它是实施土地用途管制的直接依据。分别提出了城镇地域和乡村地城的土地用途分区方法，并对土地用途分区控制规则的内容进行了探讨。     

中国主要生态区小麦施肥增产效应分析

【目的】分析中国主要农业生态区小麦的化肥增产效应,为小麦进一步增产和提高化肥效率提供依据。【方法】总结近年来全国测土配方施肥试验示范数据,通过化肥偏生产力、农学效率等指标分析中国主要农业生态区小麦施肥的增产效应及其变化特点。【结果】各区域施肥量水平较高且差异明显,其中黄淮海区施肥量最高,为383 kg.hm-2;北部高原区施肥量最低,为233 kg.hm-2。西北区和长江中下游区的化肥增产作用高于北部高原区和黄淮海区。化肥偏生产力水平最高的区域是西北区,为23.9 kg.kg-1;最低的地区是黄淮海区,为17.4 kg.kg-1。化肥农学效率的最高的地区是西北区,为9.7 kg.kg-1;最低的地区是黄淮海区,为4.2 kg.kg-1。与20世纪80年代初相比,长江中下游区和西北区的氮肥农学效率分别提高了21.6%和5.6%,而黄淮海区和北部高原区分别降低了46.0%和12.4%;北部高原区和西北区的磷肥农学效率分别提高了13.7%和10.4%;黄淮海区和长江中下游区分别降低了38.6%和6.24%。【结论】各区域小麦施肥水平明显提高且差异加大,化肥增产作用仍很显著,增产效应差异明显,粮食低产区不一定是化肥高效区。合理施肥,提高化肥养分效率仍然是各区域小麦增产的重要途径。     

基于农用地分等成果耕地产能分析——以陕西省富平县为例

【目的】对陕西富平县农用地分等成果的耕地产能进行分析,并探讨计算方法的合理性,为进行耕地产能测算提供新思路。【方法】在农用地分等中的自然质量等级指数与利用等级指数基础上,利用农用地分等的中间成果和数据,结合生态学中的Logistic模型,计算陕西省富平县耕地粮食的自然生产潜力、利用生产潜力和现实生产能力。【结果】富平县耕地自然生产潜力和利用生产潜力分别为298.170×104和179.460×104 t,单位面积自然生产潜力和利用生产潜力分别为38.100和22.930 t/ha,现实生产能力为79.997×104 t,单位面积现实生产能力为10.228 t/ha。该县耕地自然生产潜力、利用生产潜力和现实生产能力有从西北向东南递增的趋势。粮食单产在空间上差异明显,单产最高和最低分别是张桥镇和底店乡,分别为12.084和5.634 t/ha,差异为6.450 t/ha。【结论】富平县耕地的生产能力和生产潜力较大;相比其他方法,利用农用地分等的中间成果和数据来计算耕地生产潜力更加方便;利用生态学中的Logistic模型,可合理模拟现实生产能力。     

基于农用地分等成果耕地产能分析

【目的】对陕西富平县农用地分等成果的耕地产能进行分析,并探讨计算方法的合理性,为进行耕地产能测算提供新思路。【方法】在农用地分等中的自然质量等级指数与利用等级指数基础上,利用农用地分等的中间成果和数据,结合生态学中的Logistic模型,计算陕西省富平县耕地粮食的自然生产潜力、利用生产潜力和现实生产能力。【结果】富平县耕地自然生产潜力和利用生产潜力分别为298.170×104和179.460×104 t,单位面积自然生产潜力和利用生产潜力分别为38.100和22.930 t/ha,现实生产能力为79.997×104 t,单位面积现实生产能力为10.228 t/ha。该县耕地自然生产潜力、利用生产潜力和现实生产能力有从西北向东南递增的趋势。粮食单产在空间上差异明显,单产最高和最低分别是张桥镇和底店乡,分别为12.084和5.634 t/ha,差异为6.450 t/ha。【结论】富平县耕地的生产能力和生产潜力较大;相比其他方法,利用农用地分等的中间成果和数据来计算耕地生产潜力更加方便;利用生态学中的Logistic模型,可合理模拟现实生产能力。     

旱作种植条件下基础地力贡献率演变特征及影响因素分析

【目的】耕地基础地力是其生产潜能的重要指标。探究耕地基础地力区域差异、演变特征及其驱动因素,可为耕地地力提升与可持续利用提供科学依据。【方法】基于国家级长期定位监测点试验平台,按照种植区域、监测年限、土壤类型和土壤理化性状分别进行分组,分析小麦和玉米季基础地力贡献率特征,并采用随机森林模型和非参数检验等统计学方法,探究小麦/玉米季基础地力贡献率的时空演变特征及影响因素。【结果】总体上,小麦季和玉米季的基础地力贡献率为48.9%和53.4%（中位值）。东北地区玉米季（60.8%）和西北地区小麦季（57.0%）的基础地力贡献率最高;而西南地区小麦季和玉米季的基础地力贡献率均最低（分别为35.8%和21.3%）。近30年我国基础地力贡献率总体呈现上升趋势,2010s比1980s增长了约15个百分点。在全国尺度上,土壤类型、土壤pH是影响基础地力贡献率的主要因素。对于不同区域小麦而言,有机质是影响华北地区基础地力贡献率的第一要素,长江中下游地区与西南地区的则为有效磷;而在玉米季,影响东北地区与西南地区是有机质,华北地区和长江中下游地区基础地力贡献率的主要因素则分别为速效钾和pH。【结论】我国耕地基础地力贡献率整体上呈增长趋势,区域间差异明显。就全国尺度,土壤类型和土壤pH是小麦与玉米季基础地力贡献率变异的主要因素。土壤类型、pH、有效磷和有机质含量是影响区域尺度上耕地基础地力主要因素。     

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。     

耕地资源非农化驱动机制及其区域差异性

【目的】耕地资源的非农化过度产生了诸多的社会和环境问题,严重威胁国家的粮食安全,影响了城镇的可持续发展。研究耕地资源非农化的驱动机制及其区域的差异性,有助于揭示如何在坚持经济持续增长的前提下实现耕地资源安全与城镇化的发展。【方法】首先采用2001-2008年中国耕地资源非农化、城镇人口增长、固定资产投资、经济发展水平和耕地资源禀赋面板数据,利用固定效应面板模型对中国耕地资源非农化机制进行研究,为了对比不同地区间的差异性,进而分别对东部、中部和西部的数据进行模型检验,对比分析三大地区在耕地资源非农化驱动机制方面的差异性。【结果】模型检验结果显示,在控制城镇人口增长和固定资产投资变量的基础上,经济发展水平及其二次项、耕地禀赋变量均呈现显著状态。东中西部地区在耕地资源非农化机制方面存在差异性,在控制所有影响因素变量后,耕地资源禀赋变量在东部地区呈现出较强的显著性,而固定资源投资变量在中西部地区呈现出较强的显著性,中部地区固定资产投资变量弹性系数要大于西部地区。【结论】耕地资源非农化与经济发展水平呈现出显著的环境库兹涅兹曲线倒“U”型规律。城镇人口增长和固定资产投资对耕地资源非农化的驱动呈现显著的正向作用,城镇人口每增长（或者下降）1%,耕地资源非农化数量将提高（或者降低）0.1个百分点,固定资产投资每增长（或者下降）1%,耕地资源非农化数量将提高（或者降低）0.7个百分点。耕地资源非农化驱动因素在东中西部具有显著的差异性,东部地区耕地资源禀赋是影响耕地资源非农化的显著因素,耕地资源禀赋富足的区域趋向于更高的耕地资源非农化速度。中西部地区耕地资源的非农化则受到固定资产投资作用强烈,中部地区固定资产投资对耕地资源非农化驱动作用要大于西部地区。