2009-2015年中国耕地资源利用时空格局变化研究——基于粮食安全与生态安全双重视角

[目的]研究2009—2015年中国及其31个省（不含港澳台地区）耕地资源利用的时空格局变化,为优化和完善中国耕地保护政策,促进区域可持续发展提供科学参考。[方法]基于粮食安全和生态安全双重视角,利用粮食供需平衡法和生态足迹法,分析耕地资源的供需盈亏和生态盈亏,并结合耕地保护红线和行星边界框架,探讨中国耕地资源利用的安全区间。[结果]从粮食供需盈亏来看,中国耕地利用处于供需不平衡状态,省际差异明显,盈余省份主要分布在中部和东北地区,东南沿海省份赤字系数较高;从生态足迹盈亏来看,中国耕地利用总体处于生态赤字状态,赤字系数较高的省份主要位于中东部人口集聚和经济发达地区及西北地区,少数盈余省份分布在南部和西南地区;行星边界框架提出的耕地转化率不超过15%,具有一定合理性。结合耕地保护红线讨论中国耕地规模的安全区间,认为1.20×10⁸~1.44×10⁸ hm²是相对合理的设定。[结论]今后在完善区域差别化耕地保护政策的过程中,应当关注耕地规模区间的设定和变动,遵循粮食安全与生态安全协调并举的可持续发展原则。     

流域多尺度耕地保护生态价值及其补偿标准

[目的] 测算并分析流域多尺度耕地生态价值及补偿标准,为完善耕地保护补偿机制及促进区域协调发展提供科学参考。[方法] 以吉林省辽河流域为例,运用当量子法、市场替代法、景观格局指数等,综合考虑耕地数量及空间配置情况、耕地质量差异及耕地生态负外部性,建立流域多尺度耕地生态价值核算体系,在此基础上,制定耕地生态补偿标准。[结果] ①吉林省辽河流域耕地具有非常重要的生态服务价值,且其价值具有显著的空间差异特征及尺度依赖效应。②2020年,辽河流域耕地生态价值为20 502.78元/hm²,各区县耕地生态价值取值在4 261.97～16 873.59元/hm²。不同区域分布不均衡,整体西北地区高于东南地区。③流域耕地生态补偿标准为4 319.36元/hm²,各区县的补偿标准在814.68～3 471.85元/hm²,差异较大。[结论] 针对不同空间尺度,应结合耕地生态价值及地区实际,建立差别化的耕地保护生态补偿标准及方案。     

河北省耕地功能供需转型时空演变及利用分区

[目的]以河北省县域为研究单元,测算耕地多功能供需转型的幅度与速度,探寻耕地多功能利用的优化路径。[方法]基于土地利用现状数据及社会经济数据,采用价值量法测算2000年、2010年、2018年各单元耕地功能供需水平,利用四象限模型实现河北省县域耕地利用分区。[结果]研究期内,河北省绝大部分县域耕地功能供给量和需求量增加,耕地功能供给量分布为东高西低; 耕地功能需求量集中分布于环京津的沧州市、廊坊市和唐山市。河北省耕地功能供给转型幅度高值区为承德市、秦皇岛市和唐山市,耕地功能需求转型幅度高值区为京津周边的沧州市、廊坊市和唐山市; 河北省大多县域耕地功能供需转型速度逐步提升,从空间分布看承德市耕地功能供给转型速度快,廊坊市和唐山市耕地功能需求转型速度快。[结论]河北省耕地功能供需匹配由盈余转为赤字,耕地利用分区研究为高供给高需求、高供给低需求、低供给高需求和低供给低需求4类耕地功能区提供优化路径。     

基于资金盈亏平衡的江苏省耕地保护区域补偿研究

[目的]基于资金盈亏平衡视角对江苏省进行耕地保护区域补偿的系统性研究,为耕地保护制度的完善提供理论支撑与实证借鉴。[方法]尝试将耕地资源非市场价值纳入耕地保护补偿分区的影响因素,运用补偿标准调整耕地需求量进而倒推补偿分区,测算资金在区域内封闭运行时各地区耕地保护补偿或受偿金额。[结果](1)2010年江苏省耕地保护区域补偿价值标准为5.685元/(m2·a)(包括耕地经济、社会和生态价值补偿标准),江苏省各省辖市可划分为5个耕地赤字区与8个耕地盈余区,省内资金盈亏平衡时耕地赤字区5市应向耕地盈余区8市支付补偿金额3.78×1010元;(2)一般而言,经济相对发达地区多为耕地赤字区,经济相对欠发达地区多为耕地盈余区。[结论]中国应建立耕地保护区域补偿制度,完善激励机制,同时应提高规划的科学性与合理性。     

中国耕地多功能耦合协调时空演变及其驱动因素

为探究耕地多功能耦合协调演变规律及其驱动因素，该研究依据2000-2018年中国30个省级行政区统计数据，综合评价耕地“生产-生活-生态”三维功能水平并采用核密度估计和可视化制图刻画耕地多功能时空特征，进而采用耦合协调度模型分析耕地多功能耦合协调关系，最终采用地理探测器识别耕地多功能耦合协调演变的驱动因素并解析其驱动机制。研究结果表明：1）耕地生产功能水平、生活功能水平和生态功能水平分别处于[0.030,0.608]、[0.042,0.672]和[0.058, 0.897]范围，生产功能呈现上升-下降-上升波动变化，生活功能水平先上升后下降，生态功能水平则整体小幅提升，各项功能均具有极化特征。耕地生产功能、生活功能和生态功能空间格局分别呈现“东高西低”“北高南低”和“西高东低”分布特征。2）耕地多功能耦合协调水平处于[0.093, 0.554]范围，整体稳步提升但水平仍然较低，多数省份耕地多功能仍为失调状态。耕地多功能耦合协调空间格局逐渐呈现集聚提升的演化特征，东北地区、京津冀地区和长三角地区耕地多功能耦合协调水平较高，西北地区则处于较低水平。3）耕地多功能耦合协调度演变受经营主体条件...     

基于改进三维生态足迹模型的张家口市生态可持续性评价

[目的]定量分析张家口市2003—2013年的生态可持续发展状态,并对未来生态可持续发展趋势进行预测,以期为张家口市生态系统结构优化及生态建设和管理提供决策依据。[方法]应用改进三维生态足迹模型,核算张家口市各土地利用类型的三维生态足迹,并运用GM(1,1)灰色预测模型预测其未来生态可持续变化趋势。[结果]2003—2013年张家口市人均生物承载力整体不断减少,人均生态足迹、人均生态赤字、人均生态足迹深度与人均生态足迹广度均呈整体增加趋势;化石燃料土地、建筑用地、水域、耕地、草地与林地的人均生态足迹均呈增加趋势;除草地和林地外,其他生物生产性土地人均生物承载力不断减少;建筑用地、耕地与林地表现为生态盈余,人均生态足迹深度处于自然原长;化石燃料土地、草地与水域呈生态赤字状态,草地与水域人均生态足迹深度不断增加;2014—2020年人均生态足迹将逐年增加,人均生物承载力将逐年减少,张家口市生态发展处于不可持续状态。[结论]未来应采取开发新型能源,发展生态农业、旅游业,增加生态用地面积等措施来缓解生态环境压力,提高区域可持续发展能力。     

中国主要省会城市水资源生态足迹与适宜承载人口规模

[目的]评估中国主要省会城市的水资源承载情况与适宜人口规模,为“以水定人”政策的落实和城市可持续发展战略的实施提供参考。[方法]基于水资源和人口数据,采用生态足迹方法分析了2010—2020年中国省会城市的水资源生态足迹及其水资源承载力,结合生活用水现状以定额法估算了各省会城市的适宜承载人口规模。[结果](1)超过半数省会城市年人均水资源占有量不足500 m³,多数城市生活用水占总用水量的两成,而北京市和郑州市的生活用水比例达到45%,高比例的生活用水使城市供水压力巨大;(2)人均水资源量较高的省会城市呈现水资源生态盈余状态,但约2/3的城市呈现水资源生态赤字状态;2010—2020年平均人均盈余最高者为南宁市(2.20 hm²/人),赤字最高者为银川市(-1.66 hm²/人);水资源生态盈亏分布呈现“南方盈余,北方亏损”的格局,但是长江中下游地区部分省会城市也呈现赤字状态;(3)以“粗放”与“节约”两种用水情形评估省会城市适宜承载人口数量。各地适宜承载人口数量与现状人口数量存在较大差异。[结论]为促进经济社会可持续发...     

粮食主产区耕地保护外部性盈余/赤字测度与分析——以河南省为例

为科学测度粮食主产区耕地保护外部性盈余/赤字,论文基于耕地保护外部性多层次边界,构建了省级边界和全国边界下典型区域耕地保护外部性盈余/赤字测度模型,并以河南省18个地市为研究区域展开实证分析。结果表明:(1)同一边界下河南省各地市耕地保护外部性盈余/赤字空间分布差异性明显。省级边界下,河南省耕地保护外部性盈余区和赤字区各有9个地市,整体表现为西北部处于赤字区,东北部处于轻度盈余区,西南部处于中高度盈余区。全国边界下,随着人均粮食消费量标准的提高,耕地保护外部性盈余区数量比重降低、赤字区数量比重加大。在人均粮食消费量为380 kg、400 kg、420 kg和435 kg标准下,耕地保护外部性盈余区(地市)数量占比分别为88.89%、83.33%、77.78%和72.22%。(2)多层次作用边界下河南省各地市耕地保护外部性盈余/赤字空间分布差异性明显。具体表现为:同一地市从省级边界到全国边界下耕地保护外部性赤字减弱、盈余增强,或由赤字区转变为盈余区。总之,未来研究应依据不同作用边界下耕地保护外部性盈余/赤字的空间分布规律,结合主体功能区划,构建多层次一体化的耕地保护经济补偿体系,科学界定耕地保护经济补偿的接受区和给付区,制定科学的耕地保护区际经济补偿标准。     

粮食安全与生态安全双视角下中国省域耕地保护补偿研究

在生态文明背景下，耕地保护的目标应从单一的粮食安全保障转为粮食安全与生态安全双重保障。为了实现耕地保护的全面补偿，提高耕地保护效果，该研究拟从粮食安全和生态安全的角度确立耕地保护补偿标准，采用机会成本法、当量因子法、影子价格法等，确立耕地保护的支付补偿省和接受补偿省，为建立中央政府统筹安排下的耕地保护补偿政策提供参考。结果表明：1）基于粮食安全的角度，确定耕地赤字的省份有16个，广东省的耕地赤字状态最严重；耕地盈余的省份有15个，黑龙江的耕地盈余量最大。以建设用地使用权年收益为依据，确立粮食安全视角下的耕地保护补偿标准为9.9万元/hm2。2）基于生态安全的角度，确立耕地生态赤字的省份有9个，广东省的耕地生态赤字最严重；耕地生态盈余的省份有22个，广西省的耕地生态盈余量最多。以全国耕地生态系统服务净价值为依据，确立生态安全视角下的耕地保护补偿标准为8 519.9元/hm2。3）在粮食安全和生态安全双视角下，耕地保护补偿的净支付省份有15个，净支付额度为山西（90.82亿元）～广东（7 080.48亿元）。双视角下耕地保护补偿的净受偿省份有16个，净受偿额度为西藏（166.83亿元）～黑龙江（12 692.65亿元）。     

基于公平视角的耕地生态补偿标准量化研究

[目的]基于公平视角量化2011-2018年东北地区的耕地生态补偿标准和优先级,为东北地区耕地生态保护提供理论指引.[方法]从生态系统服务价值出发,在对耕地生态补偿行为和标准进行理论分析的基础上,构建当量因子和水足迹模型.[结果]①东北地区耕地生态系统服务价值呈现东高西低的特点,在2011-2018年,各省份均出现先上...     

黄河三角洲高效生态经济区2005-2019年生态足迹演变特征及其影响因素

[目的] 统计分析黄河三角洲高效生态经济区的生态足迹与各类型土地利用状况,为该区的高质量发展提供对策建议。[方法] 以黄河三角洲高效生态经济区19县市区为研究对象,采用生态足迹模型和因子探测器对黄河三角洲高效生态经济区2005—2019年生态足迹时空演变和影响因素进行定量分析。[结果] ①研究区生态足迹自2010—2019年呈现较快上升态势,生态承载力缓慢提升,赤字有所扩大。②黄河三角洲高效生态经济区生态足迹空间分布差异明显。区域发展阶段可分为平稳期、上升期和转型期,其中中部和西北部生态足迹明显高于东部和西南部。③各影响力存在明显差异,其中耕地生产和工业化发展对黄河三角洲区域生态足迹影响最强,其余因素影响程度依次为：人口密度 > 道路密度 > 城镇化率 > 水产养殖。[结论] ①黄河三角洲高效生态经济区人均生态足迹整体变化趋势稳定,耕地与化石能源用地足迹占区域生态足迹较大比重;②区域生态足迹呈现由东部向中西部递增趋势,且高值区多集中于内陆地区和黄河沿线城市;③农业生产和工业生产为黄河三角洲高效生态经济区核心发展要素,水域开发利用对区域生态环境保护具有促进作用,应从耕地保护、产业链升级、数字赋能、生态修复方面寻找对策。     

南方丘陵山区生态足迹计算和分析--以韩江上游梅江区为例

可持续性度量是可持续发展研究的重要课题，生态足迹作为一种可持续发展状况的定量测度，反映了人类对自然利用程度。以2003年梅江区统计年鉴的数据为依据，对梅江区2003年的生态足迹进行了测算。结果表明，梅江区2003年人均生态足迹为0．9583hm^2／cap，实有人均生态生产性面积为0．2267hm^2／cap，人均生态赤字为0．7315hm^2／cap。梅江区生态足迹及其赤字主要来源于能源、水域、耕地和草地类产品的消费，林地类产品和建设用地类产品出现了一定的盈余。在剖析原因的基础上，提出了促进梅江区社会经济可持续发展的几点政策建议。     

耕地生态安全动态评价及障碍因子诊断——以黄河下游沿黄县区为例

[目的] 对黄河流域下游耕地生态安全进行动态评价,并诊断其人为障碍因子,旨在发现人类不合理行为对下游耕地生态安全造成的危害,为黄河下游生态保护和高质量发展提供现实科学依据。[方法] 以黄河下游沿黄49县区为研究对象,基于PSR模型构建耕地生态安全评价指标体系,运用物元可拓、马尔科夫链模型等方法开展研究。[结果] ①2000—2018年黄河下游沿黄县区耕地生态安全等级整体呈上升趋势,由Ⅳ级提升到Ⅰ级,其中2010年后变化尤为明显; ②2000—2018年各县区耕地生态安全等级由不稳定向稳定过渡,在空间上呈现由东北部高,中西部低向东北—西南部高,中部低转变的特征,且空间差异持续缩小; ③人均耕地面积、人口密度、单位耕地面积化肥使用量是影响黄河下游沿黄县区耕地生态安全等级的主要人为障碍因子。[结论] 研究期内黄河下游沿黄县区耕地生态安全等级总体呈上升趋势,各县区耕地生态安全等级空间差异持续缩小,受人类活动因素影响较大。未来应从壮大新型农业经营主体、实施归雁工程、构建智慧耕地平台三方面促进黄河流域耕地生态安全等级的提高。     

基于生产力可持续指数的耕地利用动态分析——以新疆生产建设兵团农三师45团绿洲灌区为例

由于生态足迹、生态承载力和生态赤字都是绝对数字,不能真正反映一个地区耕地利用的程度,且不能进行不同地区的比较。本文在总结以往生态足迹分析方法的基础上,提出"生产力可持续指数(PSI)"以定量评价耕地的可持续利用程度。PSI指一定区域的耕地生态承载力占生态足迹与生态承载力总额的比值,它描述了该区域的耕地生产能力(生态承载力)满足人类对耕地供需矛盾总体(生态足迹+生态承载力)的可持续程度。PSI介于0～1之间,当PSI趋近于1时,耕地利用可持续程度很高;当PSI趋近于0时,属于极度不可持续状态;当PSI为0.5时,是可持续发展与不可持续发展的临界点。根据PSI远离0.5的程度,可划分可持续程度的不同等级。采用此指数对新疆生产建设兵团农三师45团绿洲灌区1995～2005年时间序列上的耕地PSI计算结果表明:1998～2003年间该区耕地利用为弱可持续状态,其他时段为弱不可持续,灌区可持续发展状况不容乐观。可见,与传统的"生态赤字"绝对数值相比PSI指标表示可持续发展程度更具合理性。     

2007-2016年贵州省水资源生态足迹的演化特征

[目的]分析近10 a来贵州省及各地市的水资源生态足迹及其时空变化规律,揭示其主要影响因素,为该省社会经济发展与水资源可持续利用提供参考依据。[方法]以贵州省为例,基于生态足迹模型,计算该省2007-2016年水资源生态足迹及水资源生态承载力,并分析其演化过程。[结果]①贵州省水资源生态足迹由2007年的1.62×10⁷ hm²上升至2016年的1.66×10⁷ hm²,整体呈波动上升趋势。水资源生态承载力小于生态足迹需水量,但生态承载力的年际变化明显,导致生态压力指数为0.105~0.203。水资源存在1.779~3.827 hm²/人的生态盈余,可持续开发利用潜力较大。②从工业、农业、生活及生态各部分用水的人均生态足迹变化看,人均工业用水生态足迹下降明显,2007-2016年下降了18.9%,主要得益于万元GDP生态足迹的持续下降;人均农业用水和生活用水生态足迹变化幅度小,分别维持在0.085,0.024 hm²/人左右。③2014-2016年贵州省各地州市人均水资源生态足迹、人均水资源生态承载力以及生态盈余的空间变化差异显著,整体上表现为与经济发展呈明显的正相关。经济较为发达的中西部地区,水资源需求量大,生态盈余较低;经济较为落后的东部地区,水资源需求量较小,生态盈余较大。[结论]贵州省水资源消耗量减少,利用效率逐渐提高,水资源开发利用处于安全状态,可开发利用空间大。但贵州省9个市州水资源生态足迹与生态承载力存在严重分布不均的现象,需合理调配和利用。     

近14年安徽省耕地资源安全的时空特征

[目的]探究近14a安徽省耕地资源安全时空特征,为安徽省社会经济发展和耕地保护提供依据。[方法]从耕地资源数量、质量和生态安全3个方面选取27个评价指标,构建耕地资源综合安全评价体系。[结果](1)安徽省耕地数量和质量安全程度分别呈下降和上升趋势,生态安全等级较为稳定,综合安全呈缓慢上升趋势;(2)耕地资源数量安全总体呈皖东、皖北高于皖南的空间格局;质量安全呈现皖中、皖南高于皖北的特征;生态安全表现为皖中部和皖南较低,其余较高的空间格局;综合安全与数量安全空间分布具有相似性,且在时间上,低安全等级地市呈现"集中—分散"的空间特征,高安全程度地市反之。(3)近14a安徽省耕地资源数量、质量和生态安全的主要障碍因子具有明显的时间变化特征。[结论]安徽省耕地资源安全情况不容乐观,各地区需因地制宜,提高安全保障程度。     

饶河流域水源涵养服务供需演变及驱动因素

[目的] 探究流域水源涵养服务供需的时空分异特征及主要驱动因素,为流域水资源管理和优化配置及生态安全与保护提供科学依据和参考。 [方法] 以饶河流域为研究区,基于InVEST模型和多源数据定量评估研究区水源涵养服务供给、需求,根据供需指数得到水源涵养服务供需匹配空间关系,利用地理探测器进一步探究水源涵养服务供需关系空间异质性的主要驱动因素。 [结果] ①2005—2020年水源涵养服务供给和需求量均呈现先增后减的趋势,不同土地利用类型的水源涵养能力具有显著差异,其中林地和草地水源涵养能力明显高于耕地和城乡工矿用地; ②水源涵养服务供给和需求空间分布具有明显的空间异质性和不匹配特征,水源涵养供需匹配赤字区主要分布在西部鄱阳县、万年县、乐平市、昌江区和珠山区,盈余区分布在北部浮梁县、东部婺源县、德兴市和弋阳县;③自然因素中年潜在蒸散发、高程和林地覆盖率是影响水源涵养服务供需关系的主要因素,同时,城乡工矿用地和耕地覆盖率等人为因素起主导作用,自然因素和人为因素交互作用,加剧水源涵养服务供需失衡。 [结论] 饶河流域水源涵养服务供需关系优化存在挑战,未来应在该地区加快建立生态补偿机制,优化林地水源涵养功能,提高水源涵养服务供给,提升水资源利用效率,进一步实现区域水源涵养服务供需平衡,促进生态系统与社会经济系统协调发展。     

基于全球公顷和国家公顷的元阳县生态足迹动态分析

基于全球公顷和国家公顷的生态足迹模型,对元阳县2003～2012年的生态足迹和生态承载力以及生态盈余/赤字进行测算。研究表明,元阳县2003～2012年人均生态足迹呈逐年上升趋势,人均生态承载力呈下降趋势;全球公顷模型中,2004年出现生态赤字,人均生态赤字为0.027hm~2,2011年人均生态赤字达到最大值,为1.313hm~2;国家公顷模型中,2012年出现生态赤字,人均生态赤字为0.091hm~2。影响元阳县生态足迹变化因素的分析表明,耕地是元阳县生态足迹的重要组成部分,生产方式较单一,且生态赤字量呈现出递增趋势;建设用地处于盈余状态,草地处于赤字状态,其余土地类型出现不同程度的赤字现象。据此,提出严格保护耕地资源,优化产业结构,控制人口数量,提高人口素质的元阳县可持续发展对策。     

2000-2015年鄂尔多斯高原生态承载力时空变化特征

[目的] 分析2000-2015年鄂尔多斯高原生态足迹和生态承载力时空变化特征，为鄂尔多斯高原生态脆弱区经济和社会的可持续发展提供理论依据。[方法] 采用鄂尔多斯高原2000，2005，2010和2015年遥感数据，在土地利用和覆被变化转移矩阵分析的基础上，利用社会经济系统发展指数修正生态足迹模型研究生态承载力时空变化特征。[结果] ①2000-2015年鄂尔多斯高原土地覆被类型间转换以草地和未利用土地为主，2000-2010年生态足迹增速较快，2010年后增速相对放缓，生态足迹多年平均递增速率为15.93%；②鄂尔多斯市以准格尔旗总生态承载力最高，达拉特旗和杭锦旗次之，鄂托克前旗相对最低；人均生态承载力以杭锦旗相对最高，其次是鄂托克旗、准格尔旗，东胜区除2000年相对较高外，其他年份均较低。[结论] 2000-2005年鄂尔多斯高原处于生态盈余状态，2005-2015年由生态盈余转为生态赤字，生态承载力处于严重透支状态，生态环境的可持续发展面临着较大的挑战。     

重庆市可持续发展的生态足迹测度

从供需平衡状况、供需结构等方面定量分析了重庆市生态系统可持续发展的状况,结果表明:2004年重庆市人均生态赤字1.2806hm2/人,人类活动对区域生态经济系统的影响已超出其生态承载力,区域生态经济系统的结构和功能亟需调整;重庆市人均生态足迹的供需结构具有明显不对称性,可用于人类消费的可供生态空间类型结构较为单一,重庆市生态赤字的存在,进一步揭示了当前人地关系紧张的现状。