三江平原挠力河流域主要作物水分盈亏时空变化特征

明确中国粮食生产基地主要作物种植条件下的水分盈亏条件,有利于区域灌溉策略制定及保障国家粮食安全。该研究基于MODIS遥感数据和常规气象数据,运用Priestley-Taylor公式以及作物水分盈亏指数,以三江平原腹地的挠力河流域为研究区,揭示2000年以来该流域主要作物(中稻、春小麦和春玉米)的水分盈亏时空变化特征。结果表明:1)挠力河流域潜在蒸散量由2000年的910.25 mm增至2015年的964.04 mm,各作物需水量整体呈现不同幅度的上升态势;2)各作物表现出不同的水分盈亏特点。中稻水分亏缺明显,缺水量由东北向西南递增,天然降水不能满足其水分需求。春小麦水分亏缺程度低,灌溉需求量在空间上变化较小。春玉米多处于轻度缺水状态,且西北部的缺水量小于东南部;3)流域境内的中稻多处于轻旱状态,2000—2015年干旱区持续扩张,面积增长幅度达到143.46%。对于旱作物而言,春小麦的缺水量尚未达到轻旱的标准,而春玉米的轻旱区面积往复变化,2000—2015年间面积减少了79.90%。作物种植结构的快速变化,使得中稻种植区迅速扩张,加剧了该流域的水分亏缺态势,而春小麦和春玉米的种植区变化未对水分盈亏态势造成显著影响。研究可为挠力河流域的农业结构调整与农田灌溉措施制定提供支持。     

挠力河流域水土资源平衡及耕地合理利用规模特征

水土资源平衡是耕地合理开发与利用的前提,为定量评估粮食主产区水土资源平衡关系,促进耕地可持续利用,该研究提出“以水定地”的耕地配置模式,并以三江平原腹地的挠力河流域为研究区,在多源水土信息数据支持下,依据农田土壤水分平衡原理构建水土资源平衡模型,以评估水土资源平衡态势,进而揭示该流域耕地合理利用规模特征。结果表明:1)2000年以来,挠力河流域水田持续扩张,旱地轻度萎缩,至2018年其水田化系数已达37.33%,垦殖率为62.61%。旱地和水田的水分胁迫蒸散能力处于同一水平,但水田的水分亏缺量显著高于旱地;2)当前,挠力河流域的灌溉供水量范围为21.23~211.91 mm,富锦市、友谊县和集贤县处于水资源超载状态,且水田均呈“土多水少”状态,饶河县、宝清县、七台河市和双鸭山市辖区则“土少水多”;3)依据“以水定地”耕地配置模式,该流域水田面积可增加11.02万hm2,对应的水田化系数控制在44.76%以下。富锦市、友谊县和集贤县应适度控制或减小水田利用规模,宝清县应成为未来“旱改水”的重点备选区。研究结果对挠力河流域乃至三江平原的耕地有序开发及保障农业可持续发展具有重要现实意义。     

微观尺度分析挠力河流域耕地利用水土资源匹配时空动态

该文基于供给与需求视角,构建了微观尺度下的水土资源匹配指数测算模型,在综合考虑区域气候和水资源变化、耕地利用结构调整、作物各生育期需水量差异等因素基础上,研究2000—2015年挠力河流域作物全生育期和各生育期耕地利用水土资源匹配的时空动态。结果表明:除作物生育前期需水量围绕2.92×10~9 m~3上下波动和作物生育后期耕地利用水资源有效供给量波动降低外,作物全生育期和各生育期需水量和水资源有效供给量均呈增长态势。作物全生育期耕地利用水土资源匹配程度总体较低,其指数主要分布在0.45以下,但呈现出升高趋势且差异化增强。作物各生育期耕地利用水土资源匹配指数变化复杂,以2010年为界,表现出明显的阶段性特征;作物需水量、水资源有效供给量和水土资源匹配指数均呈现出其高值区由流域中游东部向流域中游西部和流域下游转移并扩张的空间动态特征。研究可为挠力河流域耕地利用水土资源高效利用提供参考。     

水田化进程下挠力河流域耕地时空变化特征

以三江平原腹地挠力河流域为研究区,基于1990年、2002年、2013年3期遥感数据分析了该地区水田化进程中耕地时空变化特征,为耕地资源的利用与开发提供依据。结果表明:20多年间流域耕地呈现不稳定增长态势,旱地和水田的变化趋势与耕地综合变化趋势不完全一致;1990—2002年旱地变化幅度小,水田变化幅度大,2002—2013年旱地面积比例由44.57%下降至42.24%,水田继续保持增长趋势,但增长速度明显放缓;耕地转入上,流域耕地子类型的内部转换发生明显。旱地主要转入用地类型为未利用地、水田和林地,水田主要转入用地类型为旱地。耕地转出上,1990—2002年流域的旱地水田流出以耕地内部转换为主,2002—2013年旱地和水田的转出与1990—2002年转换趋势基本保持一致。     

拉林河流域土地利用变化及其生态环境效应分析

拉林河为松花江的一级支流,发源于张广才岭山脉的老爷岭,流域内土地肥沃、人口密集,是国家重要的商品粮生产基地。基于TM卫星遥感数据及调查资料,对拉林河流域1976-2015年土地利用时空变化特征及其生态效应进行了研究,结果表明:随着流域人口的增加和经济的发展,流域内耕地面积和建设用地面积不断增加,林地、草地、水域、未利用地面积趋于减少;耕地是拉林河流域最主要的土地利用类型,林地、草地转为耕地是其最主要的土地利用转变类型;1976-2015年整个流域景观斑块数量呈现减少趋势,景观破碎度逐渐降低,集中分布的趋向性愈加明显。拉林河流域的土地利用变化导致了诸多环境问题,如土壤侵蚀加剧、水资源短缺、水质恶化、湿地面积萎缩、生态功能下降等,使流域生态环境更加趋于脆弱。     

基于MODIS的沿黄粮食主产区耕地利用水分盈亏特征分析

明确中国核心粮食主产区耕地水分盈亏状况，有利于区域灌溉策略制定及保障国家粮食安全。为探讨沿黄粮食主产区耕地利用下水分盈亏规律，该研究基于土地利用现状数据、MODIS遥感数据和常规气象数据，在Priestley-Taylor公式、区域遥感蒸散模型支持下构建水分盈亏评价模型，揭示2000-2020年原阳县、封丘县、延津县、长垣市、滑县和濮阳县沿黄6县的气候水分平衡状况及耕地利用下水分盈亏效应。结果表明：1)2000-2020年沿黄6县耕地及其子类型面积均缓慢下降，垦殖率由2000年81.46%降至2020年的79.34%，耕地变化过程类型以稳定型、前后期萎缩型以及前期新增型为主；2）研究区常年水分盈亏指数为-0.60，整体气候水分亏缺，以原阳县西南部、滑县、濮阳等地最为突出，同时在各研究时点呈现趋势性变化规律；3）研究区耕地多处于较为严峻的气候干旱状态，缺水类型主要为中度、重度和严重干旱，无正常和轻度干旱区，且在变化状态效应上，稳定型耕地处于严重干旱状态，前期和后期萎缩型耕地重度干旱，前期新增型耕地为严重干旱。当地需通过“以水定产，量水而行”并在保障粮食安全生产前提下，积极谋划和推行面向水...     

基于灰色系统理论的挠力河流域净耕地面积预测

[目的] 研究如何精准提取净耕地利用信息,为农田管理与耕地科学利用提供理论支持。[方法] 基于灰色系统理论提出净耕地预测思路,以典型粮食产区挠力河流域为研究区,在土地利用变更调查数据支持下,运用净耕地系数、突变检测模型、灰色动态模型（GM）等数理模型,提取并验证净耕地（包括旱地和水田）利用信息。[结果] 挠力河流域土地利用斑块面积变化表现出显著的“灰色”特征,对20 hm²等额面积区间的非旱地和非水田斑块面积累加处理,可增强数据列的规律性特征;GM （1,1）灰色系统模型和多项式预测方法均可较为准确地提取非旱地和非水田面积信息。2018年,挠力河流域旱地和水田的净面积分别是1.06×10⁶ hm²和3.87×10⁵ hm²,对应的净系数为97.65%和98.07%。[结论] 耕地斑块面积变化具有灰色特征,可采用灰色系统理论进行净耕地面积预测。     

西南山地流域林地和草地保护评价研究——以贵州赤水河流域为例

根据贵州境内赤水河流域DEM数据、土壤数据、植被数据,分类提取坡度、坡向、植被覆盖度等评价因子,采用层次分析法对流域林地和草地保护区进行了综合评价。采用相等间隔分类后,将流域林地和草地保护区划分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类5个等级。研究得出以下结论:（1）贵州赤水河流域林地和草地保护区综合评价得分为1.20~4.69。（2）贵州赤水河流域中上段林地和草地Ⅴ类保护区面积相对较大,下段Ⅰ类保护区面积相对较大。（3）贵州赤水河流域Ⅰ类保护区标准差椭圆空间分布大致呈现南北方向,Ⅱ类保护区基本无空间方向,Ⅲ—Ⅴ类保护区基本呈现东北—西南方向。（4）相等间隔分类后,贵州赤水河流域林地和草地保护区Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类保护区占比分别为10.34%,31.83%,24.25%,27.02%,6.57%。（5）贵州赤水河流域七星关和仁怀林地和草地保护压力较大,赤水林地和草地保护压力相对较小。     

和田河流域土地生态系统服务价值变化及敏感性研究

为了探究和田河流域综合治理项目的生态效益,基于和田河流域1990年、2000年、2010年的遥感解译数据,并选取符合干旱区特点的Constanza价值系数,依据研究区的实际情况进行修正,分析了1990—2010年的土地类型面积变化、生态服务价值变化,探讨了服务价值对系数变动的敏感性。结果表明:(1)1990—2010年林地面积增加29.33%,变化幅度最大;草地、耕地、湿地的面积分别减少7.42%,17.45%,7.1%,变化幅度相对较小;河湖与荒漠面积的减少幅度均在1%以下;(2)和田河流域生态系统服务总价值在1990年、2000年、2010年分别为380.62亿元、341.82亿元、350.83亿元,2000年比1990年减少了10.19%,2010年比1990年减少了7.83%;(3)经敏感性分析验证,估算结果对生态服务价值系数的敏感性指数均在0.35以下,所选价值系数合理,研究结果可信。     

近15年来洮儿河流域土地利用变化研究

流域土地利用/覆盖变化研究是当前全球变化研究的重要内容。通过对1986和2000年洮儿河流域两期Landsat-TM遥感影像资料的解译,在ArcGIS技术的支持下,采用土地利用转移矩阵、土地利用综合指数和重心模型等数学方法,探讨了洮儿河流域近15年来的土地利用变化过程。近15年来,流域内耕地面积明显增加,林地面积明显下降,草地面积略有上升,水域面积略有下降。流域上游林地减少主要转为草地,部分转为耕地,林地重心向流域东南方向漂移;流域中下游草地被大面积垦殖为耕地,并有部分转为林地。草地重心向流域上游西北方向漂移;耕地面积明显增加,重心也明显向流域中游漂移,并有部分耕地转为林地和草地。洮儿河流域土地利用程度逐渐增强,土地利用程度综合指数明显上升,流域开发有加强趋势。     

基于AgentLA模型的农田精准灌溉管理分区研究

依据农田水资源利用与土地资源开发的耦合特性,开展农田精准灌溉管理分区研究,划定需灌溉管控的农田利用对象区。以三江平原典型流域挠力河流域为研究区,基于Landsat OLI影像、DEM数据和气象台站等多源数据为基本信息源,结合遥感和GIS技术定量探讨该流域农田水分盈亏状态,最后利用多智能体的空间优化配置模型(AgentLA)划定出农田灌溉区。结果表明:与常规的密度分割法相比,AgentLA模型不仅考虑了农田水分盈亏状态,也兼顾空间形态属性,使得所划定的灌溉区既覆盖了高水分亏缺状态农田,也具备较高的紧凑性,避免其空间格局过于凌乱和破碎。模型运行结果显示,在20%的农田灌溉目标面积下,挠力河流域内83.40%的中度、99.86%的重度、0.71%的正常和100%的严重缺水的农田需进行灌溉管控。研究结果为农田精准化灌溉管理提供思路借鉴,为相关学者研究提供基础。     

陆良县不同海拔耕地自然质量等变化特征分析

针对云南省第一轮《农用地分等规程》中未将海拔作为分等因素的情况且缺少县域尺度海拔对耕地自然质量等影响的变化特征研究,以陆良县为研究区域,采用GIS空间分析和数理统计分析相结合的方法,探明不同海拔对耕地自然质量等影响的变化特征。结果表明:(1)总体上,陆良县水田、水浇地、旱地自然质量等均与海拔变化呈现线性相关关系,随海拔的升高而呈现降低趋势。(2)海拔低于2 000m区域三者平均自然质量等均相对较高,为9.3~10.9等;海拔高于2 000m区域三者平均自然质量等均相对较低,为10.0~11.8等。因此,县域尺度海拔对耕地自然质量等影响的变化特征规律明显,研究成果可为完善农用地分等理论研究工作提供参考。     

北京市顺义区土地资源竞争与土地利用变化分析

社会对有限土地资源的多样需求导致土地利用竞争的发生，其实质是一种利益竞争，结果是土地利用类型的转换。该文在界定利益相关者和土地利用竞争概念的基础上，结合土地利用变化的热点区域——北京市顺义区，诊断确定了该区土地利用的利益相关者及其土地资源利用目标，系统分析了多种土地资源利用方式对土地资源的竞争及其导所致的土地利用变化。由于对土地利用经济效益的追求，顺义区耕地不断转换为建设用地和园地，其中水田的转移速率大于旱地；农业系统内部经济效益的差异使得粮食作物的种植面积逐渐减少，而经济作物的种植面积扩大。另外，随着人们对居住环境的要求逐步提高，顺义区生态用地的扩大也侵占了耕地。     

黑河干流中游地区适宜绿洲及耕地规模确定

为了确定黑河干流中游地区适宜绿洲及耕地规模,利用黑河干流中游地区1954-2012年水文气象资料及黑河流域2000年和2011年土地利用数据,采用水热平衡原理建立适宜绿洲规模计算模型,并在模型中考虑林地和草地的腾发量计算不同来水情景下适宜绿洲规模;根据分带理论建立适宜耕地规模模型,计算不同来水情景下绿洲适宜耕地规模。基于GIS建立黑河干流中游土地利用马尔科夫链模型,并利用此模型预测2015年和2020年黑河干流中游地区绿洲规模和耕地规模的变化,并对未来绿洲发展的适宜性进行评价。结果表明:黑河干流中游地区地表径流存在丰枯变化;在丰水年、平水年和枯水年的适宜绿洲规模分别为3 245~4 868、2 635~3 953和2 422~3 633 km2;相应的适宜耕地规模分别为2 337、2 004和1 878 km2;现状年2011年为丰水年,实际绿洲规模和耕地规模分别为4 035和2 366 km2,现状绿洲规模适宜性指数为0.6;预测2015年绿洲规模和耕地规模分别扩张到4 155和2 527 km2,绿洲规模适宜性指数下降到0.44~0.59;2020年绿洲和耕地规模扩张到4 304和2 719 km2,规模适宜性指数比2015年下降0.02~0.03,2011年、2015年、2020年的耕地规模都高于绿洲适宜耕地规模。干旱地区适宜绿洲规模及耕地规模研究为区域水资源可持续利用提供依据。     

流域"地-矿"土地水资源利用冲突测度确定及土地整治策略

量化区域煤炭开采与水土资源相互影响程度,有助于把握土地利用过程中的主要限制因素,提高土地整治的针对性与有效性。该文以山西省泽州县长河流域为研究区,提出煤炭开采与水土资源利用相互影响测度与土地整治策略的思路和方法。首先提出煤炭开采与水土资源相互影响分析框架,并将土地、水和煤炭作为主要的相互影响对象,将土地利用系统作为影响载体,借助数学模型和GIS空间分析技术,依次评价土地损毁累积作用指数、水资源匮乏指数和煤炭资源损失指数;然后确定综合影响值及其等级空间分布,并据此将流域划分为重点生态修复区、重点生态保护区、损毁土地复垦区、耕地资源保护区、水资源匮乏修复区、水资源与耕地资源保护区和耕地质量提升区等七大土地利用功能区,并根据主要限制因素提出相应的土地整治策略。研究结果表明综合影响高值区及中值区面积占研究区总面积的分别是20.21%和33.39%,主要分布在流域西部,是煤炭开采活动集聚区,煤炭压覆及土地损毁是冲突主要表现特征,划分为重点生态修复区、重点生态保护区、损毁土地复垦区和耕地资源保护区;综合影响低值区及(基本)无影响区分别占24.24%和22.16%,主要分布在流域东部,水资源匮乏是冲突主要表现特征,划分为水资源匮乏修复区、水资源与耕地资源保护区、耕地质量提升区,以上分区与土地利用总体规划中土地用途分区基本吻合。综合影响测度模型有利于定量分析"煤炭-水土"相互利用影响等级与主导限制因素,为制定有效的土地整治策略提供依据。     

1962-2010年玛纳斯流域耕地景观的时空变化分析

为分析近几十年来玛纳斯流域水资源开发密集开发条件下耕地景观的时空变化,采用1962年、1977年、1989年、2000年和2010年5期遥感影像进行土地利用制图,并针对耕地信息,分别从时间变化过程、类型转化关系、空间格局等方面分析了近50 a来面积变化的时空特征,从气候变化与灌区建设的角度探讨了水资源空间配置与耕地扩张的关系。结果表明:1)近50 a来耕地和建设用地面积持续增加,未利用地、湿地和冰川雪地持续减少,草地在前20年增加、后30年减少;土地利用的变化程度总体上由剧烈逐渐趋于缓和;2)整体上耕地的变化由双向转化期逐渐过渡到单向转入期,草地和未利用地为各期主要转入类型,建设用地和草地为主要转出类型,各期的转入面积远大于转出面积,耕地总面积持续、快速增长。3)耕地扩张的重心由城市周边转向荒漠地区、由上游地区逐渐转移到下游,先后在昌吉、呼图壁、沙湾县、主要河流两岸及北部荒漠地区扩张,耕地景观也由杂乱破碎转的斑块转为成片连续的耕地带,耕地在景观中的优势进一步加强。4)耕地面积的扩张与降水和河川径流量的增加有关,耕地的扩张速度与方向与水库的空间分布及建成时间有明显的相关性,水库及灌渠建成的后一个时段往往会伴随一轮耕地的快速扩张。流域内水资源开发的潜力不足,已不能满足耕地的大规模扩张。适当控制耕地规模、优化用水结构、提高水资源利用效率,是集约化农业发展、生态环境保护的关键。