中国农业生态效率的时空演变及驱动因素

[目的]研究农业生态效率的时空演变及驱动因素,为推动生态农业的可持续发展提供理论支持。[方法]构建超效率DEA-Malmquist模型对2007—2016年中国农业生态效率值的动态变化进行研究,利用空间自相关模型分析其分布特征,运用灰色关联模型探讨了农业生态效率时空变化的主要驱动因素。[结果]观测期内,全要素农业生态效率值增长稳定,技术进步是农业生态效率提高的主要原因;农业生态效率空间分布具有全局自相关性,河南、山东等省份表现出"低—低"集聚特征;农业生态效率变化主要受科技支持、农地确权、农业机械密度、农业规模化水平等10个因素影响,各因素在不同时期作用存在差异。[结论]观测期内,农业机械密度代替城市化水平成为主要驱动因素;农业生态效率变化的驱动因素逐渐由宏观环境和政策导向转变为以农业自身发展为导向。     

近30年中国稻区氮素平衡及氮肥偏生产力的时空变化

  【目的】  中国的稻作模式和区域条件复杂多样,研究和推荐各稻区氮肥合理施用量,为提高氮肥利用效率和维持土壤氮素平衡提供参考。  【方法】  基于1988―2017年开展的全国水稻土长期监测平台,分析主要稻区（包括东北、西南、长江中游、华南、长三角稻区,322个土壤监测点）氮肥施用水平、氮肥偏生产力、土壤氮素平衡的时空演变特征,并进一步探究各稻区氮肥的合理用量。  【结果】  近30年来,我国东北、西南、长江中游 (早稻)、华南 (双季) 和长三角稻区水稻氮肥平均施用量分别为N 159、173、179、284和279 kg/hm2,全国稻区氮肥平均施用量为N 215 kg/hm2。西南和长三角稻区氮肥施用量随施肥年限的增加而显著增加 (P < 0.05),增加速率分别为N 0.4和2.5 kg/ (hm2·a)。整体而言,全国稻区氮肥施用量随施肥年限的增加无显著变化。30年间,各稻区之间氮素表观平衡量差异显著 (P < 0.05)。东北、西南、长江中游 (早稻)、华南 (双季) 和长三角稻区氮素年均盈余量分别为N 35、5、20、69和109 kg/hm2,氮素盈余量分别占氮肥平均施用量的22%、3%、11%、24%和39%。各稻区氮素盈余量均随着氮肥施用量的增加而显著增加 (P < 0.0001)。东北、西南、长江中游 (早稻)、华南 (双季) 和长三角各稻区水稻氮肥偏生产力分别为54、51、42、44和35 kg/kg,全国平均为45 kg/kg,仅东北和长江中游 (早稻) 稻区水稻氮肥偏生产力随施肥年限增加而显著提高 (P < 0.05)。各稻区氮肥偏生产力均随着氮素盈余量的增加而呈指数下降趋势 (P < 0.0001)。  【结论】  除西南稻区,其他稻区氮素施用量偏高。综合考虑维持土壤氮平衡和提高氮肥偏生产力,建议东北、西南、长江中游 (早稻)、华南 (双季) 和长三角稻区的适宜施氮量分别为N 131、167、156、244和151 kg/hm2。     

西藏自治区土地利用/覆被变化时空演变特征及驱动因素

精准把握西藏自治区土地利用/覆被变化特征,探究其驱动因素,对科学预测西藏土地利用变化趋势、节约集约利用土地资源具有重要意义。以2000—2020年5期LUCC数据为基础,从动态度、转化趋势等方面分析西藏自治区LUCC特征。结果表明：(1)研究区LUCC以草地、林地、未利用地为主,时间上2015-2020年变化频率最高,空间上城乡建设用地、耕地及水域用地变化区域较为集中。(2)城乡建设用地持续增长,草地持续缩减,其余地类波动式增长。(3)一江三河流域LUCC种类丰富,成因复杂,其余地区以草地和未利用地变化为主。(4)过去20年间西藏LUCC驱动因素较多,自然因素对耕地、水域的分布等起决定性作用,而社会经济及政策因素对西藏近年来的LUCC起较大影响作用。研究发现,西藏土地利用类型转换复杂,各地类变化特征存在显著差异,其中变化量最大的是草地与未利用土地的相互转换。西藏LUCC的驱动因素较为复杂,气候变化和人类活动对研究区土地利用变化驱动作用显著。     

近30年中国主要农田土壤pH时空演变及其驱动因素

  【目的】  研究中国农田土壤pH时空变化特征及其主要的驱动因素,为土壤酸化阻控、土壤质量提升和土地可持续利用提供理论基础。  【方法】  基于农业农村部布置在全国主要农田区域的耕地质量监测点数据 (950个),分析旱地、水旱轮作、水田等不同土地利用类型下土壤pH时空变化特征,并利用提升回归树模型探究影响土壤pH变化的主要驱动因素。  【结果】  就全国而言,土壤pH及其变异系数表现为旱地 (6.74 ± 1.19和17.63%) > 水旱轮作 (6.54 ± 0.93和14.26%) > 水田 (5.80 ± 0.81和13.95%),其中华南地区农田土壤pH表现为水田 (5.74 ± 0.79) 大于水旱轮作 (5.47 ± 0.56) 和旱地 (5.45 ± 0.91)。从监测初期 (Ⅰ阶段,1988—2000) 到监测中期 (Ⅱ阶段,2001—2010),旱地和水田土壤pH整体上随时间呈降低趋势,下降速率分别为0.065和0.054/年 (P < 0.01),而水旱轮作土壤pH无显著变化;从Ⅱ到Ⅲ阶段 (2001—2018),旱地和水旱轮作土壤pH整体上随时间呈上升趋势,上升速率分别为0.022和0.016/年 (P < 0.05),而水田土壤pH无显著变化。东北、华北、西南、长江中下游地区的旱地土壤pH随时间均呈线性下降趋势 (P < 0.05),而华南地区从Ⅱ到Ⅲ阶段呈线性上升趋势 (P < 0.01);西南、长江中游和华南地区水田土壤pH从Ⅰ到Ⅲ阶段呈线性下降趋势 (P < 0.01),而东北、西南和长江下游地区pH从Ⅱ到Ⅲ阶段呈上升趋势 (P < 0.01);西南地区水旱轮作土壤pH从Ⅰ到Ⅲ阶段呈线性下降趋势 (P < 0.01),而华北、长江下游和华南地区pH从Ⅱ到Ⅲ阶段呈上升趋势 (P < 0.05)。通过Pearson和提升回归树分析发现,年均降雨量是造成土壤pH空间尺度上差异的最主要因素,其次是土壤质地、容重和有机质含量。此外,在旱地土壤上长期的氮肥投入和在水田和水旱轮作土壤上钾肥的投入对pH变化的影响较大。  【结论】  整体而言,我国旱地和水田土壤pH从监测初期到中期呈快速下降趋势,而旱地和水旱轮作土壤pH从监测中期到2018年呈缓慢增加趋势。东北地区的旱地土壤pH呈持续下降趋势,需要引起重视。氮肥在旱地和钾肥在水田上的施用导致土壤pH的降低,今后应优化水肥运筹,通过改善土壤容重和有机质进而有效调控土壤pH。     

白洋淀流域植被净初级生产力时空变化及驱动因素

[目的] 评估白洋淀流域长时间序列植被生长状况及驱动机制,为进一步保护雄安新区生态环境质量提供理论支撑。 [方法] 基于2007—2020年NASA MOD17A3H的NPP数据,运用趋势分析、变异系数、Hurst指数、地理探测器等方法,探究白洋淀流域植被NPP的时空分异、变化趋势及驱动因素。 [结果] ①白洋淀流域植被年均NPP值在217.1～357.6 g/(m²·a)之间变化,在空间上呈现西北部山区较高,东南部平原区较低的分布规律; ②超过80%的研究区域植被NPP具有明显波动性,其中西北山区和东南平原波动性最强; ③绝大部分植被NPP随年份呈增加趋势,并且由东南至西北,从不显著增加逐渐过渡到显著增加状态; ④研究区内,西北部地区为Hurst指数小于0.5的反向持续性区域,未来植被NPP可能会出现增加趋势减缓的问题,西南地区为正向持续区,未来变化趋势良好; ⑤研究区植被NPP空间分异的主导驱动因素为温度、人口、第三产业等,双因子交互作用的影响力明显高于单因子,其中降水和温度的交互作用最强。 [结论] 2007—2020年,白洋淀流域植被NPP逐渐增强,温度虽是影响NPP空间分异的主要驱动因素,但社会因素发挥的作用在逐渐增强。     

武汉城市圈土地利用碳排放时空演变及驱动因素

[目的]产业和人口的集中造成大量资源消耗和高额碳排放，开展城市圈尺度的碳排放研究可以为城市圈碳减排提供科学参考和借鉴。[方法]以遥感影像和经济社会数据为基础，构建碳排放测算模型及时空地理加权回归模型，探究武汉城市圈3期(2000年、2010年、2020年)土地利用碳源/碳汇时空演变规律及其影响因素的时空异质性。[结果](1)武汉城市圈土地利用碳排放由2000年的3 129.69万t增加到2020年的14 590.51万t,年均增长8.45%;(2)影响武汉城市圈碳排放的主要因素有产业结构，技术水平和建设用地占比；(3)武汉城市圈碳排放影响因素存在明显的空间异质性，各类因素对不同区域的碳排放影响存在较大差异。[结论]城市圈碳排放具有明显的时空异质性，不同城市资源水平及发展重心存在差异，从而导致碳排放水平产生变化。在进行区域碳减排政策制定和碳减排任务分配时，应充分考虑各地的经济水平及产业结构等因素。     

中国耕地低碳利用效率时空演变及其驱动因素

探究耕地低碳利用效率演变规律及其驱动因素对实现耕地利用高效低碳、助力农业绿色发展具有重要意义。该研究构建耕地低碳利用效率评价体系,采用超效率SBM模型测度1998-2018年中国30个省级行政区耕地低碳利用效率,分别采用核密度估计、可视化制图和总体分异测度指数刻画耕地低碳利用效率时序特征、空间格局和区域差异,进而采用地理探测器模型识别耕地低碳利用效率演变驱动因素并剖析各因素驱动机制。研究结果表明：1）研究期内中国耕地低碳利用效率逐步提高并呈现\     

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\     

陕西省2000-2018年土地利用时空演变及驱动因素

[目的] 分析陕西省土地利用变化及驱动因素,为促进该省土地资源综合优化配置和社会经济可持续发展提供科学依据。[方法] 基于2000,2010和2018年陕西省的土地利用遥感监测数据,通过土地利用动态度、土地利用转移矩阵、空间自相关等方法定量分析陕西省土地利用的时空演变特征,并利用主成分分析法对其土地利用变化的驱动力进行分析。[结果] 各土地利用类型面积均有不同程度的变化。其中,耕地面积下降最多,工矿建设用地面积增速最快,水域面积变化最小。土地利用类型受自然条件的影响,空间差异性显著。农村居民用地、未利用地、耕地、林地、草地的空间聚集性强,水域、城镇居民用地和工矿生产用地的空间集聚性性相对较弱,草地、工矿建设用地形成新的集聚区。陕北高原和关中平原土地利用转移相对频繁,陕南山区土地利用转换相对较小。榆林市和延安市主要表现为耕地向林地和草地转移以及未利用地和草地向工矿建设用地转移,西安市主要表现为耕地和农村居民用地向城镇居民用地转移。土地利用变化的主要因素是城市化发展过程中社会经济的发展以及产业结构的调整。[结论] 陕西省土地利用变化区域差异较大,应因地制宜制定土地利用规划,促进人口—经济—生态之间的协调发展。     

抚仙湖流域生态用地时空演变及其驱动因素

[目的] 研究生态用地时空演变规律及形成机制,为维持区域生态平衡和保障生态文明建设提供科学参考。[方法] 运用土地利用变化幅度、洛伦兹曲线、基尼系数、回归分析及GIS技术等方法,分析2010-2018年抚仙湖流域生态用地时空演变特征及其形成机理。[结果] ①抚仙湖流域生态用地以耕地、林地和水域及水利设施用地为主。8 a来,耕地面积减少5.15 km²,林地面积减少1.94 km²,草地面积减少0.81 km²,园地面积减少0.19 km²,其他土地面积减少1.40 km²,水域及水利设施用地面积增加0.03 km²。②流域各种生态用地空间分布差异较大,耕地、林地空间分布较均匀,洛伦兹曲线比较靠近绝对均匀线,基尼系数居0~0.25之间。草地、园地、水域及水利设施用地和其他土地分布相对集中,洛伦兹曲线下凹程度较大,基尼系数多处于0.5之上。生态用地空间分布不均的趋势有所加强。③从驱动机制来看,导致流域生态用地时空变化的主要驱动因素为人口密度、城镇化水平、政策、到主要公路距离、到水域距离、到城镇建成区距离。[结论] 研究时段内,抚仙湖流域生态用地时空变化较显著,其变化是自然条件、社会经济条件及空间区位条件多种因素协同作用的结果。     

中国粮食产量变化的时空格局与影响因素

基于1990-2011年分省面板数据,应用均值、标准差与区位基尼系数揭示了中国粮食产量的阶段特征与主导类型,进而利用空间面板计量经济模型探讨了中国粮食产量变化的影响因素。结果表明:中国粮食产量变化可分为3个阶段,主要年份各粮食主导类型包含的省份存在较大差异;土地投入的影响由强转弱,劳动力依次表现为正显著、不显著与负显著,不同类型的资本投入存在迥异的影响效应;粮食产量同时受到农业结构调整、非农产业发展等宏观背景以及空间随机误差溢出效应的影响;不同主导类型的粮食产量变化机制存在差异,体现要素边际报酬递减、规模效应、政府调控等内在规律与外在因素的综合作用。该文揭示了全国及各主导类型的粮食产量波动原因及其作用规律,有助于确定各区域粮食增产的主要制约因素与提升途径,该研究为中央制定差别化的粮食生产支持政策提供参考。     

近10年中国大陆主要粮食作物氮肥利用率分析

利用文献调研的方法,对中国知网和维普数据库公开发表的研究时间为2004年以来的中文氮肥效应研究相关文献及数据进行了统计分析。结果表明:目前三大粮食作物可获得的不施氮肥的基础产量可达到施氮条件下最高产量的67.9%~75.9%;根据施氮量与相对产量的回归方程,水稻、小麦、玉米的最高产量施氮量分别为246、250、274 kg hm-2。近10年我国氮肥表观利用率、农学效率有所提高,水稻、小麦、玉米氮肥表观利用率分别为39.0%、34.8%、29.1%,农学效率分别为12.7、9.2、11.1 kg kg-1;氮肥表观利用率较2001—2005年统计结果提高6.8百分点,基本达到20世纪80年代的平均水平(35%)。三大粮食作物的氮肥施用量与氮肥偏生产力的相关性均可以用幂指数方程拟合,且拟合效果均较好,水稻R2=0.848 9,小麦R2=0.657 5,玉米R2=0.791 7,偏生产力是现阶段评价氮肥料效应的适宜指标。综合考虑三大粮食作物的产量要求和氮肥利用率,本研究认为180~240 kg hm-2的施氮量是目前我国三大粮食作物较适宜的施氮量范围。这与国家农业部办公厅发布的《小麦、玉米、水稻三大粮食作物区域大配方与施肥建议》的推荐施氮量有较高的一致性。     

黄河三角洲国土空间演变的时空分异特征与驱动力分析

科学有效掌握国土空间时空演变特征及其驱动机制是优化与构建国土空间保护开发格局的基本前提.该研究以黄河三角洲为例,围绕"过程-格局-驱动"的逻辑主线,基于2000、2010和2020年遥感数据构建国土空间分类体系,利用弦图可视化模型和地学信息图谱刻画国土空间演变过程,借助重心偏移模型和空间自相关分析法明晰国土空间演变的时...     

中国耕地流转时空特征及影响因素分解

通过耕地流转实现农业适度规模经营,是解决"谁来种田"的关键。分析各因素对耕地流转的作用及影响强度,识别其主导因素,对促进耕地适度规模经营具有积极意义。该文运用对数平均迪氏分解方法(logarithmic mean weigh Division index method,LMDI)建立因素分解模型,定量评价并对比分析2008?2014年间中国省域耕地流转变动的驱动因素。研究结果表明,1)2008?2014年,中国耕地流转面积累计增长了1.96?107 hm2,增长2.7倍,年均增长率达到24.40%,京津地区、黄淮海地区、长江中下游地区、东北地区等经济活跃或优势农业产区的耕地流转发展较快。2)经济因素、农民增收因素、农机化因素对耕地流转有显著的正向作用,其中农机化因素对耕地流转的促进作用最大,研究期内农机化累计效应促进耕地流转率提高18.16%,经营意愿因素对耕地流转有显著的负向影响。3)区域之间4个分解因素的累计效应存在显著差异。总体而言,经济效应促进了华东与华南地区耕地流转率的显著提高,农民增收效应主要促进了华东地区耕地流转率提高,农机化效应促进了大部分地区耕地流转率提高10%以上,但华南与西南地区相对较低。     

中国农田磷流失风险评价及其关键驱动因素

农田面源磷流失是农业面源污染的重要原因之一,识别流域内农田磷流失风险的关键源区及其影响因子是面源污染控制的重要手段。基于磷指数模型开展2000—2020年中国农田磷流失风险评估,选取土壤有效磷含量、磷肥施用量为源因子,土壤侵蚀模数、年径流深、农田和水体间归一化距离指数为迁移因子,结合GIS技术评估了中国农田磷流失的关键源区;在此基础上,利用随机森林法分析影响中国农田磷流失的关键因子,并通过结构方程模型揭示了农田磷流失风险指数与各因子的关系。结果表明：1）2000—2020年中国农田的磷流失的低、中、高、极高风险面积分别占农田总面积的43.8%、40.5%、13.4%、2.4%。2）中国农田磷流失在2000、2005、2010、2015、2020年高风险和极高风险总面积的年平均占比从大到小依次为：淮河流域、长江流域、珠江流域、东南诸河流域、松辽河流域、西南诸河流域、黄河流域、内陆河流域、海河流域。3）影响农田磷流失风险的关键源因子和迁移因子分别为土壤有效磷含量和归一化距离指数,其重要性特征值分别为129.53和65.12,土壤有效磷含量是农田磷流失最主要影响因子。4）磷流失风险指数与源因子指数、迁移因子指数呈极显著正相关,选取的14个指标对磷指数的解释度达0.62,其中源因子和迁移因子对磷指数的贡献率分别为0.77、0.19（P < 0.001）。研究结果可为中国农田磷流失风险评估提供科学参考,对中国农业面源污染的宏观防控及战略决策具有重要意义。     

粮食作物种植视角下东北粮食主产区耕地利用的时空分化特征

作物种植是耕地最直接的利用方式。基于粮食作物种植视角研究耕地利用问题,是耕地利用领域研究的进一步细化,也是粮食安全的基础。该研究以东北粮食主产区典型地域为研究区,基于主要粮食作物大豆、玉米和水稻的不同耕地利用方式,以乡镇为单元,综合运用标准差椭圆、重心模型及探索性空间数据分析法,阐明2016—2019年研究区粮食作物的耕地利用空间分化特征。结果表明:1)研究区主要粮食作物的耕地利用结构变化明显,大豆与玉米的耕地种植面积出现明显"剪刀差"变化特征,水稻的耕地种植面积基本保持稳定。2)研究区主要粮食作物的耕地利用空间分布呈现"西北-东南"动态格局,种植大豆和玉米的耕地利用重心位于研究区的中东部地区,分别向东偏南和西偏南方向迁移。3)研究区种植主要粮食作物的耕地利用结构具有较强的正负空间关联性,正相关类型聚集性较强,表现出明显的区域一致性;负相关类型无明显聚集区域,面积较小,且零星分布。研究结果较好地反映了种植结构调整政策实施阶段研究区种植主要粮食作物的耕地区域空间布局分化和耕地种植结构的空间关系,为区域种植结构调整及保障粮食结构性安全提供科学依据。     

秦岭北麓沣河流域矿区生境质量的时空演变及驱动因素分析

秦岭是中国的“中央水塔”,研究秦岭北麓矿山生境质量的时空演变特征对区域生态保护和可持续发展意义重大。为了评估小流域背景下人类活动对矿山生态环境的影响,该研究针对沣河流域内的重点工程祥峪铁矿区,基于遥感影像提取其1985、2002、2010年和2022年土地利用变化,结合InVEST (integrated valuation of ecosystem services and tradeoffs)模型和地理探测器定量分析该矿区生境质量变化与驱动因素。结果表明：祥峪铁矿区的土地利用变化主要由旱地逐步转变为林地和工业用地,疏林地转入面积达到18245505.71 m²,退耕还林还草工程取得显著成效;祥峪铁矿区生境质量指数由0.50下降为0.49,标准差由0.06增加为0.09,说明生境质量有所下降,空间差异不断扩大,区域整体平均生境退化度降低,但工业用地迅速扩张对周边林地产生持续影响;生境质量变化是自然因素和人文因素共同作用的结果,其中,土地利用变化是造成生态环境脆弱的主要原因,对生境质量变化的解释力达到0.82。该研究可为分析其他类似矿区生态环境演变,推动景观格局的优化和生态文明建设提供科学参考。     

秸秆还田对中国主要粮食作物病害影响的Meta分析

秸秆还田作为一项重要的生态农业措施,对于农作物病害的影响一直备受关注却尚未形成完全一致的观点。为明确秸秆还田对中国主要粮食作物病害的影响及其在不同病害类型、环境条件和农业管理方式下的具体表现,该研究采用Meta方法,系统分析了公开发表的中国范围内秸秆还田对作物病害影响相关研究。结果表明：秸秆还田会显著增加中国主要粮食作物病害发病率和病情指数,增幅分别达9.5%和12.2%（P<0.05）。病害类型、环境条件和农业管理措施会显著改变秸秆还田对作物病害发生的影响。具体地,病毒病害和土传病害对秸秆还田的响应较为敏感;亚热带季风气候下还田病害显著减轻,温带季风气候下显著加重,水田下还田病害较轻,旱地,尤其是冬小麦与春玉米轮作下还田病害加重显著,微酸性土壤中还田病害轻于微碱性土壤,此外,土壤有机质含量大于15 g/kg、土壤小于7 000 kg/hm2、初始碳氮比大于15时还田均会导致病害的加重。线性回归分析显示,秸秆还田病害发生与年平均降雨量、有机质含量呈显著负相关,与初始碳氮比和土壤pH值呈正相关。综上,通过增加初始氮肥用量、改善土壤墒情以及在微酸性土壤上的应用,可最大限度地减少秸秆还田下中国主要粮食作物的病害发生。研究可为中国主要粮食作物病害的绿色防控以及秸秆资源高效利用提供理论依据。