东北地区主要粮食作物种植结构时空变化分析

在农业供给侧结构性改革背景下,明确区域种植结构时空变化过程,可为东北地区种植结构的调整及优化提供科学依据。采用2005-2015年东北地区40个市/盟主要粮食作物播种面积数据,运用数理统计方法,根据主要作物种植面积比重以及作物组合状况,划分主要作物种植结构类型,进而分析东北地区主要粮食作物种植结构时空变化。结果表明:(1) 2005-2015年东北地区粮食作物播种面积持续扩大,其中,大豆播种面积及其占粮食作物总播种面积的比重均呈现"上升-下降"趋势,玉米和水稻播种面积稳定上升,水稻占粮食作物总播种面积比重在2011年超过大豆;(2)种植结构类型共出现8种,以作物主导型为主。其中,玉米主导型和水稻主导型地区数量增加,大豆主导型地区数量减少;(3)玉米主导型地区分布最广,由辽宁省、吉林省向黑龙江省中部和东部地区扩散,大豆主导型萎缩至大、小兴安岭地区。种植结构类型单一化趋势明显,黑龙江省中部和东部地区、吉林省东部地区及内蒙古自治区呼伦贝尔市种植结构类型向玉米转变。     

基于波谱分析技术的遥感作物分类方法

为获取东北三省作物类型分布信息,精确地进行粮食估产,该文以250mMODIS时间序列NDVI数据为主要数据源,以东北三省主要粮食作物水稻、玉米、大豆、小麦为研究对象,利用波谱分析方法对东北三省作物类型的空间分布进行研究。研究结果表明,大豆的遥感反演面积和统计面积的相关性最好(R2=0.770),其次是玉米(R2=0.710),水稻(R2=0.686)。该文使用的作物分类方法适用于试验条件有限,实测数据较难获得并以遥感数据为主要数据源且研究区域较大、作物类型单一、种植面积广的情况。     

陕西渭北旱塬区耕地时空格局变化分析

渭北旱塬区人地矛盾突出,准确认识该区耕地时空格局演变规律,有利于为耕地资源合理利用,粮食及生态安全保障提供决策依据。该研究基于1995—2020年耕地空间分布信息,采用重心模型、标准差椭圆、空间自相关和地学信息图谱等方法,从耕地总量变化特征、耕地空间变化特征和耕地LISA频率图谱特征3个方面开展,揭示陕西渭北旱塬区耕地空间分布特征与变化趋势。结果表明:1)与1995年相比,2020年渭北旱塬区耕地面积减少5.58%,耕地净流失区域不断扩大。25a间,研究区耕地变化动态度始终维持在中等水平,全区耕地资源稳定性减弱,位于北部高原区的耕地资源稳定性较差。2)耕地重心总体在东北方向发生偏移。耕地标准差椭圆空间分布格局同研究区分布方向一致,向东北方向偏移,椭圆面积增加1 904.93km2,标准差椭圆面积主要经历"增加-减少"的变化过程,耕地空间分布趋于分散,且分散速率减小。3)1995—2020年研究区耕地面积比例局部空间自相关异质性较为显著,大多区域面积比值呈现高值或低值聚集状态。LISA频率图谱中,稳定不变与低频区域占比高达89.58%,耕地空间格局呈相对稳定状态。中高频区转变方式主要以"低-低"聚集、"低-高"聚集转变为不显著,研究区耕地衰减较为明显。     

基于遥感的华北平原农作物时空分布变化特征分析

作物种植面积的多年时空变化是进行农业结构调整和优化的基础,也是开展农业减灾、地下水保护的重要依据。为了解华北平原主要作物近年来种植面积的时空变化过程,本文基于2000—2013年的MODIS NDVI数据和TM/ETM遥感数据提取当地主要作物的种植面积,并分析了华北平原主要作物近年来的时空变化特征。结果表明:1基于MODIS NDVI数据和TM/ETM遥感数据提取当地主要作物的种植面积,提取精度较高,结果可靠;2冬小麦?夏玉米主要分布于太行山前平原、山东省和河南省的引黄河灌区,单季玉米在河北平原北部分布最广,水稻集中分布于天津、河北唐山地区和黄河沿岸,蔬菜主要分布在城市郊区,林果分散分布于几个产果区和京津周边地区,棉花主要集中于华北平原中部地区。3华北平原粮食作物(小麦、玉米和水稻)种植面积明显下降,经济作物(林果和蔬菜)则显著增加,其中林果、蔬菜和水稻的面积变化率较大,分别为56.45%、35.76%和23.16%,蔬菜和水稻的位置转移明显。4景观格局AWMPFD和SHEI指数值表明,河北平原以南的冬小麦?夏玉米种植规模化程度提高,豫北地区冬小麦?夏玉米种植面积增加,豫北以北地区由于各类经济作物种植面积增加,区域作物种植多样化指数增加。该结果可为农业种植结构调整、资源合理利用提供参考。     

利用交叉信息熵模拟东北地区水稻种植面积空间分布

作物时空分布变化是农业研究的重要内容。近30a来,东北地区水稻种植面积显著增加,为探讨东北地区水稻时空变化特征,进一步丰富和完善作物空间分布信息获取方法,研究作物空间分布对包括气候变化在内的多种影响因素的响应关系,该研究综合80年代以来的作物面积与产量统计数据、耕地数据、农业灌溉数据以及作物生长适宜性分布等多源数据,利用基于交叉信息熵原理的作物空间分配模型(spatial production allocation model,SPAM)构建了针对中国作物分布特点的SPAM-China模型,模拟了中国东北地区1980-2008年像元尺度上水稻空间分布信息。结果表明,模拟结果能较好地反映出东北地区水稻主要种植区域,近30a东北地区水稻种植时空变化特征显著,水稻种植区域向北向东扩展,种植重心北移了约1.76个纬度,中北部地区水稻种植面积增加且趋势明显,南部地区变化趋势不显著。     

全球主要粮食作物产量变化及其气象灾害风险评估

随着粮食全球化趋势和中国粮食安全战略调整,准确了解中国和国外主要粮食作物生产状况、产量变化及其气象灾害风险水平,对于气候变化背景下保障中国粮食安全和国家"农业走出去"战略实施具有重要意义。该文以全球主要粮食生产国粮食产量资料为基本资料,通过作物气象产量分离对全球主要粮食作物的产量变化进行了研究;用新构建的减产概率系数pc和平均减产率d、减产率变异系数v定义了综合气象灾害风险指数Pw,根据Pw≤2.0、2.0Pw≤4.0和Pw4.0将全球粮食主产区划分为气象灾害低风险区、中风险区和高风险区。研究结果显示,法国、德国和中国的小麦、美国、巴西、阿根廷的玉米和大豆、中国和越南的水稻产量水平在近50多年提升迅速,但区域差异明显。加拿大和澳大利亚小麦、美国玉米、巴西和阿根廷大豆的Pw超过4.0,为气象灾害高风险区;俄罗斯和中国小麦、巴西和阿根廷玉米、美国和中国大豆、印度水稻的Pw介于2.0和4.0,为中风险区;美国、德国、法国和印度小麦、中国玉米、中国、越南和泰国水稻的Pw小于2.0,为低风险区。文中方法能够直观评估全球粮食产区粮食生产水平和综合气象灾害风险,对宏观了解和认识国内外粮食生产状况具有借鉴意义。     

沈阳经济区土地利用转型与社会经济发展的关系

[目的]开展沈阳经济区土地利用转型与社会经济发展研究,为助力东北振兴提供科学参考。[方法]以沈阳经济区为研究区,运用GIS,RS技术,采用土地利用转移矩阵和重心转移轨迹模型,探讨1980—2018年研究区土地利用转型与社会经济发展在空间上的转移关系。[结果](1)研究区各种土地利用空间形态存在相互转化关系,耕地、林地和草地面积减少伴随建设用地面积增加;(2)研究区各种土地利用空间形态重心迁移的方向和速度差异明显,特别是2010年林地、草地、建设用地、水域和其他用地的重心迁移方向出现明显转折;(3)研究区人口、GDP重心分别呈现先"Z型"后"C型"迁移和"S型"迁移;(4)研究区各种土地利用空间形态与社会经济发展存在不同迁移形式。[结论]土地利用转型与社会经济发展相互作用,沈阳经济区的设立促进了区域人口、建设用地和耕地重心向研究区几何中心迁移。     

基于空间统计的重庆市水稻生产地理集聚时空演变

掌握农作物区域地理种植格局动态变化是进行种植结构调整和优化的重要基础。本研究以2000—2015年重庆市属区县水稻生产调查数据为基础,运用排序方法、空间统计方法剖析了16年来重庆水稻种植时空分布特点、不同区县时空演变的趋同性和相异性、区域水稻种植重心的转移特征、重庆水稻产业的地理集聚程度与分布的演化路径,以量化重庆市水稻生产的空间演化格局与动态。结果表明,16年间重庆市水稻种植面积和产量都存在波动,2007年以前水稻面积不断下降,2008年后面积逐渐恢复;在研究的各个时段内,无论单产、面积占比还是总产,重庆市的水稻生产均呈现出西部高于东部,南部高于北部的特征。重庆市以区县为统计单位的水稻生产可分为大面积高单产、小面积高单产、大面积低单产、小面积低单产4个类型;重庆市水稻产量重心位于区域西南部,但逐年向东北方向偏移;重庆水稻产业表现出高值聚集的特征,但空间聚集程度随时间推移逐渐降低,空间均质化程度提高。区域自然条件、社会经济、种植技术发展、政策引导等影响水稻产业的集聚格局,在今后的工作中需针对区域特征进行水稻种植规划和优化管理。     

山东省环渤海平原区粮食产出潜力与技术途径分析

为了给国家新增粮食生产能力规划布局提供依据,基于山东环渤海平原区目前耕地资源、种植制度及其生产力现状,估算了该区域内30个县(市、区)的粮食产出潜力。结果表明:通过扩大粮食种植面积和提高粮食单产具有新增粮食4.034 1×109 kg的潜力,具体技术途径为:①调整种植制度,通过将一年1熟种植棉花调整为小麦/玉米一年2熟种植粮食作物,可增加粮食产出2.364 7×109 kg;②开发利用耕地资源,通过改造治理盐碱荒地种植粮食作物可增加粮食产出7.755 5×108 kg;③实施均衡增产措施,通过提高现有粮田单产水平可增加粮食产出8.938 5×108 kg。无论是扩大种植面积,还是提高单产,增粮增产潜力较大的县(市、区)主要分布在黄河三角洲地区。粮食生产潜力开发的核心技术措施是进行洗盐排盐抑制耕层土壤返盐,改土培肥提高中低田地力,筛选配置耐盐作物品种、优化耕作制度,实施适度规模集中连片标准化技术。     

下辽河平原典型区耕地格局变化及其空间要素驱动

为明确粮食主产区耕地格局动态变化特征及其空间驱动因素。该研究以下辽河平原典型区沈阳市为研究区,运用变化轨迹分析法、重心迁移模型和景观格局指数,揭示1980-2000年和2000-2018年耕地格局变化特征,并从空间要素角度出发,运用随机森林算法识别不同区域尺度耕地格局变化空间驱动因素。结果表明：1）1980-2000年耕地格局相对稳定,耕地重心向西南方向迁移;2000-2018年耕地流失严重,耕地重心向西北方向迁移,迁移速度加快。2）2 个研究时段内耕地变化均具有转入转出双向特征,1980-2000年耕地转入与耕地转出速度缓慢,2000-2018年耕地转出面积远高于耕地转入面积,耕地转出区域以城区周边为主。3）不同区域尺度空间驱动因素重要性大小存在差异,空间距离要素、地理空间要素和政策因素对耕地格局变化起主要驱动作用,高程和坡度对耕地格局变化的影响较小。研究证实了随机森林算法能够有效量化耕地格局变化空间驱动因素,研究结果可为构建耕地保护长效机制提供借鉴与参考。     

山区县耕地"非粮化"空间分异规律及关联因素

准确测算耕地“非粮化”率，掌握耕地“非粮化”的空间分异规律及其影响因素，对于科学管控耕地“非粮化”、保障粮食安全具有积极意义。研究以江西省信丰县为例，从种植结构和产业结构2个方面测算耕地“非粮化”率，综合运用空间关联分析研究山区县耕地“非粮化”的空间分异特征，并采用空间计量模型揭示影响耕地“非粮化”生产的关联因素。研究表明：1)信丰县耕地总体“非粮化”率为30.28%，其中种植结构“非粮化”和农业产业结构“非粮化”面积分别为6 601.94 hm²和7 679.98 hm²,“非粮化”率分别为13.84%和16.44%。但不同地形区“非粮化”空间分布异质性明显，高山丘陵区主要为农业产业结构“非粮化”，而低丘岗地区域主要表现耕地种植结构型“非粮化”。2)信丰县耕地“非粮化”呈集聚型空间格局，种植结构“非粮化”在中部低丘岗地区域呈高值集聚，农业产业结构“非粮化”在高山丘陵区域呈高值集聚。3)严格的耕地管护政策对于“非粮化”生产具有抑制作用。4)“非粮化”生产存在空间扩散效应。自然资源禀赋差异和社会经济发展的不均衡性，对山区县不同类型的耕地“非粮化...     

基于多时相Sentinel-1A的丘陵山区耕地非粮化特征识别及驱动机制

为更加科学地识别丘陵山区耕地非粮化水平特征，探究耕地非粮化驱动机制，该研究采用多时相Sentinel-1A后向散色系数分析、监督分类、空间特征分析、地理探测器等方法，选取江西省典型丘陵山区修水县开展实证研究，探究了丘陵山区耕地非粮化的技术识别、空间特征及影响机制。结果表明：1）修水县耕地非粮化面积17899.59 hm²，耕地非粮化率为57.47%，并呈现东南及西北集聚的特征，且呈现空间正相关性，包括了“低-低”、“高-高”、“低-高”集聚等不同形式。2）在社会经济特征上，修水县耕地非粮化主要呈环工业中心镇分布的特征，分布密度西高东低，逐渐向东北倾斜，且经济作物主导的乡镇非粮化水平显著高于其他地区。3）修水县耕地非粮化受多个因子综合影响，包括到农村道路的距离、坡度、粮食生产功能区、高程、水土流失强度、到城镇中心的距离、到城市公路的距离、到水源的距离。各因子对耕地非粮化的影响呈非线性增强的相互作用关系，其中尤以到农村道路的距离、到城镇中心的距离、粮食功能主产区等3个因素与其他因子的相互作用特征明显。该研究成果可为新形势下推进耕地资源保护利用提供参考，为科学诊断区域耕地非粮化问题提供依据。     

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。     

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。     

基于FCS及EPIC模型的未来情境下作物空间竞争模拟

该文模拟了未来2030年气候变化和社会经济情景下东北地区粮食作物玉米、水稻和大豆空间竞争情况,并将竞争结果空间化,以期为相关研究和农业区域布局政策制定提供参考。该文设置A2C1D1(IPCCA2 CO2排放气候变化情景、农民无打工收益、3种作物政府收购价格翻一番)、A2C1D2(IPCCA2 CO2排放气候变化情景、农民无打工收益、3种作物政府价格翻二番)、B2C2D1(IPCC B2 CO2排放气候变化情景、农民无打工收益、3种作物政府收购价格翻一番)和B2C2D2(IPCC B2 CO2排放气候变化情景、农民无打工收益、3种作物政府价格翻二番)等4种IPCC气体排放气候变化和社会经济混合情景,与2009年3种作物空间竞争结果比较,可以得到如下结论:1)在A2C1D1情景下,玉米面积所占粮食作物农田面积比例由82.3%下降到77.36%,大豆由7.7%上涨至8.93%,水稻则由10%上涨到13.71%,空间上,玉米在小兴安岭与嫩江平原区之间的过渡地带及辽宁省腹地水系较为发达地区的周边地区有所减少,而大豆在小兴安岭与嫩江平原区之间的过渡地带,水稻在辽宁省腹地辽河平原面积相应有所增加;2)在A2C1D2情景下,玉米面积比例由82.3%下降到75.56%,而大豆由7.7%上涨至9.52%,水稻则由10%上涨至14.92%,空间上,这一情景的变化与A2C1D1非常相似;3)在B2C2D1情景下,玉米所占面积比例由82.3%上升到84.16%,而大豆由7.7%下降至7.27%,水稻由10%则下降到8.57%,空间上,玉米面积在小兴安岭与嫩江平原区之间的过渡地带和辽宁水系较为丰富的腹地地区,大豆种植区在小兴安岭与嫩江平原区之间的过渡地出现萎缩,而水稻在辽宁腹地种植面积逐渐减少,这一现象与A2C1D1和A2C1D2相反;4)在B2收购价格翻两番的情景下,玉米所占面积比例由82.3%下降到80.06%,而大豆由7.7%上升至9.01%,而水稻由10%则上涨到10.93%,空间上分布没有明显变化。从指导实际生产的角度分析,在中国经济发展呈现新常态特征的情况下,2030年B2C2D1和B2C2D2的情景预测可能更加符合实际情况,从农产品相对平衡发展的角度出发,收购价格无差别化提高2倍对于优化农产品布局更加有利。     

1983－2009年黄土高塬沟壑区耕地结构特征演变分析

为明确退耕还林前后黄土高塬沟壑区耕地数量和空间结构演变规律,以长武县为例,基于土地利用结构内涵,采用GIS技术和定量指标,对1983年、1993年和2009年黄土高塬沟壑区耕地数量和空间结构进行定量分析。结果表明:长武县3个时期的耕地数量分别为292.1、181.3和159.2km2,耕地减少主要位于0～2°,>15～25°和>25°坡度耕地,相对于1983年、1993年分别下降了29.6%、48.9%、60.1%和15.6%、15.7%、48.8%,耕地与其他地类的相互转化频繁。该区0～6°缓坡耕地主要转化为园地和居工地,>15°的陡坡耕地主要转化为林地和未利用地(荒草地)。结构分析表明耕地数量的坡度分布趋于合理,缓坡耕地空间结构上向均匀性、核心板块的团簇式发展,陡坡耕地主要以核心斑块的分散分布为主。耕地在过去30a是一个优化的过程,其结构演变有利于资源优化配置利用和农业集约化发展。1983-1993年期间的退耕为种植业效益驱动下农户自发性质的退耕或者弃荒,1993-2009年期间则是科学宏观退耕并对前期自发退耕地和弃荒地的整理利用。该文为区域土地利用管理和政策制订提供了借鉴和参考。     

内蒙古宜耕沙地作物适宜性评价与节水灌溉方式配置

内蒙古自治区拥有大量宜耕沙地,但普遍都面临干旱缺水、土壤漏水漏肥、地表高温、微地形复杂等问题,经营管理不善不仅会进一步加剧水资源危机,而且还会因土地生产力水平低下而导致土地撂荒与沙化。为了在作物种植结构优化与灌溉方式选配方面给当地农户提供参考依据,该研究从内蒙古宜耕沙地可持续利用过程中所遇到的共性问题出发,以内蒙古自治区近5 a产量和种植面积都居前的7种农作物(春玉米、春小麦、谷子、大豆、油菜、水稻、马铃薯)为评价对象,从需水量、有效积温、土壤pH值、增温响应、经济效益、耐旱性能等6方面对其适宜性进行分析与比较。同时,又以该地区近10 a种植面积居前的8种牧草(冰草属牧草、沙蒿、柠条锦鸡儿、批碱草属牧草、羊草、紫花苜蓿、沙打旺、无芒雀麦)和1种近年来得到广泛关注的牧草(青贮玉米)为评价对象,从降水量、气温、土壤pH值、营养价值等四方面对其适宜性进行了分析与比较。然后,针对各种作物的种植模式,结合各种灌溉方式的自身特点以及内蒙古宜耕沙地主要的土壤、气候、地形地貌特征,以提高水分与养分利用效率为主要目标,为各种作物选配了适宜的节水灌溉方式。结果表明适宜在内蒙古宜耕沙地上种植的农作物依次为春玉米、春小麦、谷子、大豆、油菜、水稻、马铃薯,牧草依次为冰草属牧草、沙蒿、青贮玉米、柠条锦鸡儿、批碱草属牧草、羊草、紫花苜蓿/沙打旺、无芒雀麦。在条件许可的情况下建议玉米、水稻、大豆、马铃薯等疏植作物选用滴灌甚至膜下滴灌,其他密植作物(包括牧草)选用喷灌。因该研究在对作物适宜性进行评价时所采纳的数据均来自于公开发表的文献资料,试验条件存在较大差异,并且所采纳的评价指标以及权重因子在一定程度上仍存在主观性,导致评价方法仍有待进一步改进与完善,但相关结果仍可为内蒙古宜耕沙地可持续高效利用提供借鉴。     

北京平原区粮菜林三地类时空转变特征

该文利用遥感与地理信息系统技术研究北京平原区农用地内部粮田、菜地和林地三大类农地利用类型的变化。结果表明:2004年至2014年这10 a间,粮田转变为林地与菜地是北京平原区农地利用变化主流。粮田转变为林地面积是969.97 km~2,其土地利用变化重要性指数高达72.11%,在各类农地利用变化类型中居首。而粮田转为菜地则主要是粮田转变为设施菜地,10 a间粮田转变为设施菜地面积是163.53 km~2,其土地利用变化重要性指数为12.16%,在各类农地利用变化类型中居次;同时,10 a间北京平原区农地利用变化存在空间分异特征。主城近郊区与远郊平原区农地利用变化主要是粮田转为林地,两大分区中该变化类型土地利用变化重要性指数分别为84.18%、76.21%,明显高于其他农地利用变化类型土地利用变化重要性指数。在城市新区,粮田则分别转为林地与设施菜地;10 a间北京平原区农地利用空间分布均具有圈层特征,由近郊向远郊,农地内部结构都呈现林地为主类型,到粮田、菜地与林地混合利用类型,再到粮田与林地组合利用类型的空间格局。而10 a间随着主城区的外扩,上述农地利用圈层特征出现了由近郊向远郊外移、且林地与蔬菜面积占比增加的现象。研究认为:农地内部粮、菜、林3地类的转变和农地利用圈层外移是农户追求经济效益最大化与政府为改善生态环境所致;而改善生态不应以牺牲粮田为代价,应充分利用粮田的生态系统服务功能以实现生态绿化目的。