中国粮食主产区耕地绿色低碳利用转型指数构建及分区

探究耕地绿色低碳转型方法与对策对于解决耕地环境本底问题,助推农业可持续发展,确保国家粮食安全、生态安全以及“双碳”目标的实现具有重要意义。该研究建立耕地绿色低碳利用投入-产出分析模型,基于“现状-目标”对比分析,构建耕地绿色低碳利用转型指数,划分耕地绿色低碳利用转型管控区,提出相应管控路径,并以粮食主产区171个地级市为对象进行实证研究。研究结果表明：1)2000—2020年间,粮食主产区耕地绿色低碳利用水平趋升,呈北高南低态势;2）预测2030年耕地绿色低碳水平会有所提高,但区域间增幅差异明显;3）降污减碳严控区、管控区、防护区和防污固碳保护区各占粮食主产区的9.36%、39.77%、10.52%和40.35%,主要分布在南部、中南部、山东省烟台市及东部沿海、内蒙古以及四川省等市;结合各区社会经济条件,提出相应强化耕地生产要素高效配置、创新耕地固碳减排技术、加强落实生产绿色低碳实践及建立耕地碳汇系统的差别化绿色低碳转型导向建议。研究结果对于拓展耕地绿色低碳利用转型理论与方法研究具有一定借鉴意义,也可为探索耕地绿色低碳转型路径,提出差别化管控建议,推动耕地可持续利用和农业绿色转型提供决...     

中国省际粮食贸易碳转移空间格局及其责任分担

开展省域尺度粮食贸易碳转移空间格局及其责任分担研究，对于合理划分碳减排责任、探索面向粮食安全的省际协同碳减排策略具有重要现实意义。该研究采用2020年中国31个省级行政区截面数据，基于粮食贸易线性规划方法和粮食贸易碳排放量计算模型对省际粮食贸易及其碳排放进行了核算，并揭示了其空间转移格局；采用粮食贸易碳排放量责任分担计算方法探讨了各省份粮食贸易碳排放责任分布特征。结果表明：1）在省际粮食贸易与粮食贸易碳排放格局中，输出区主要为东北、华北、西北和华中地区，输入区主要为西南、华南和华东地区。2020年全国粮食贸易总量为1.53 亿t，输出区中东北地区累计向外输送7 126.54万t，占贸易总量的46.7%，华北地区累计向外输送2 617.38万t，占贸易总量的17.1%，西北地区累计向外输送455.51万t，占贸易总量的3.0%，华中地区累计向外输送5 069.71万t，占贸易总量的33.2%；2）粮食贸易碳排放在空间上呈现出"北碳南输、中碳西输"的流向格局，粮食贸易碳排放呈现"南-北"大、"东-西"小的流量特征。河北、山西、内蒙古、吉林、黑龙江、安徽、江西、河南、湖北、湖南、甘肃、宁夏、新疆是全国粮食碳排放输出区，南北方向粮食贸易碳排放流量共计9 119.82万t，东西方向粮食贸易碳排放流量共计2 229.49万t；3）粮食贸易碳排放转移过程中输入区较输出区而言应承担的碳减排责任更大，经济发达的省份的责任占比较大，而经济规模较小的省份责任也相对较小。输出区分担碳减排比例平均为29.5%，输入区分担比例平均为70.5%；4）共担原则下输出区中安徽、黑龙江、吉林、江西、内蒙古、山西和新疆的分担比例较低，甘肃、河北、河南、湖北、湖南和宁夏的分担比例较高，受帮扶效应影响，经济发达省份对经济欠发达省份的帮扶较多，会承担较多减排责任。总体而言，基于共同责任分担原则，不仅有利于控制输出区、输入区的碳排放，而且对于稳固粮食主产区产量有积极作用，为此该研究针对性地提出保障区域粮食安全、公平合理分配区域间碳减排责任优化策略，以实现农业领域"双碳"战略与粮食安全双赢目标。     

中国耕地利用净碳汇时空演进及综合分区

耕地利用净碳汇是影响耕地利用进程的重要因素，分区优化耕地利用是实现中国农业绿色、可持续发展的有效手段。基于耕地利用碳源-碳汇视角测算了2005-2020年中国31省（市、区）耕地利用净碳汇量，利用核密度估计分析其动态演进趋势，并探究耕地利用净碳排放与农业经济的脱钩效应；结合脱钩结果和粮食产区进行综合分区优化，借助灰色模型预测了2021-2035年各综合分区的净碳汇量及脱钩状态。结果表明：1）研究期内耕地利用净碳汇量呈波动式上升，年均增速3.740%，粮食主产区碳汇能力优于其他粮食产区；2）核密度估计显示，中国耕地利用净碳汇地区差距逐渐缩小，但仍存在区域发展不均衡，粮食主产区、产销平衡区和主销区均呈向碳汇高值区的扩散态势；3）研究期内耕地利用净碳排放与农业经济脱钩状态主要为强脱钩，2020年除北京、上海、广东和海南外，其他省（市、区）均处于实现经济效益和生态效益协调的综合分区；4）预测2021-2035年中国耕地利用碳汇能力保持平稳增长，各综合分区脱钩状态主要为强脱钩。并对全国及各综合分区提出针对性优化策略，推进实现耕地利用低碳、绿色、高质量发展。     

浙北平原地区耕地非粮化时空演变特征及碳排放效应分析

掌握耕地非粮化的时空演变特征及其碳排放效应，对于保障粮食安全和发展低碳绿色农业具有重要意义。研究以东部浙江省平原县桐乡市为例，运用遥感技术和GIS空间分析探讨耕地非粮化类型和时空演变特征，并采用生命周期评价法评估不同耕地非粮化类型的碳排放效应。研究表明：1）桐乡市2005—2020年耕地非粮化率由1.56%提升至7.50%，非粮化面积净增加2 464.74 hm²，在空间上呈现团状集聚型格局，高值集聚区分布在西南远郊水网密布地区。2）耕地非粮化的坑塘养殖类型面积占比最大，其次为苗木种植和蔬菜大棚，2005—2020年耕地非粮化主导类型由苗木种植为主转变为多类型交错分布模式。3）2005—2020年桐乡市耕地非粮化导致的碳排放量由22 233.18t增长至98 853.27t，其中坑塘养殖对碳排放量的贡献最大，2020年达到83.7%；在空间上呈现西南远郊高值集聚、中部近郊低值环状分布的态势。在保障区域粮食安全的前提下，应结合不同非粮化类型的碳排放效应，分区域、分类别地实施耕地非粮化管控，实现耕地保护和低碳利用协同发展。     

基于水土资源状况的中国粮食安全思考

粮食安全是当前国内外关注的焦点,尤其是近年来国内外粮食供需矛盾日益尖锐。该文基于影响粮食生产的两大刚性约束——水资源和耕地资源,在系统阐述中国农业水土资源状况及其对粮食生产影响的基础上,提出保障中国粮食安全应遵循“寓粮于源、保粮于墒”的基本策略。并以海河流域为例,分析了不同灌溉条件下典型作物需水量、农田需水量的构成,从定量上说明“寓粮于源、保粮于墒”在维持中国粮食生产中的重要性。     

粮食安全与生态安全双约束下江苏省耕地休耕规模探讨

实施耕地休耕是巩固提升粮食产能和促进农业可持续发展的重要举措,亟需科学合理地确定我国可休耕耕地规模,为深入实施"藏粮于地"战略和扩大耕地休耕制度试点提供理论依据。该研究基于粮食安全与生态安全双重约束构建粮食主产区耕地休耕最大规模测算仿真模型,同时提出休耕规模弹性边界的确定方法并以江苏省为实证区域进行仿真预测。结果表明：当前江苏省在兼顾粮食主产区的粮食调配任务且考虑区域耕地资源可持续利用状况的基础上,仍能保有10.16%的耕地资源来支撑耕地休耕制度的实施;仿真期内区域耕地资源面积可能会由于城市快速扩张和耕地保护不力出现大幅减少,并对区域耕地休耕条件环境产生影响;同时耕地资源可持续利用状况和休耕规模适宜程度的恶化导致江苏省休耕规模弹性边界从2017年的9.93%缩减至2036年的4.81%,区域粮食安全稳定状态终将被打破。建议充分利用粮食主产区的耕地资源基础积极有序推广开展耕地休耕工作,深入部署"藏粮于地"战略以巩固提升粮食产能;建立休耕规模与生态安全挂钩的指标预警体系以实现对休耕实施方案的宏观动态调节;统筹休耕与其他耕地保护政策的正向联动,创造耕地保护政策体系内部的正向溢出效应。     

中国粮食生产的温室气体减排策略以及碳中和实现路径

作为世界上最大的农业生产国和温室气体排放国,我国承诺力争到2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和。国家“双碳”目标给农业生产带来很大的减排挑战,因为农业源温室气体排放约占我国碳排放总量的14%。粮食生产是农业源非CO₂温室气体的主要排放源,归因于过量灌溉和施肥引起的稻田甲烷(CH₄)和土壤氧化亚氮(N₂O)排放。在碳达峰后,粮食生产温室气体的排放占比和减排重要性将越来越大。我国粮食生产究竟能否实现碳中和,以及如何实现碳中和仍不明确。本文综述了我国粮食生产碳排放的源汇效应和时空特征,总结了稻田CH₄和土壤N₂O减排以及农田土壤固碳的有效措施,解析了固碳减排之间的“此消彼长”效应和应对策略,明确了粮食生产实现碳中和的潜在路径,并对未来固碳减排的研究方向进行了展望。     

碳中和目标下河北省土地利用碳排放格局演变与多情景模拟

分析和优化土地利用碳排放的格局演变可以为构建低碳排放的国土空间格局、助力碳中和战略目标实现提供参考和借鉴。该研究利用土地利用类型、能源消耗和农业活动碳排放系数法,基于GIS软件和PLUS模型核算了河北省2000—2020年土地利用直接碳排放、间接碳排放和净碳排放量及空间格局演变,模拟了自然发展、碳增汇优先发展和碳减排优先发展3种情景下河北省2030和2060年土地利用格局,并核算了生态系统增汇管理下不同情景土地利用碳排放量,结果表明：1）研究期间河北省土地利用直接碳排放量基本保持稳定,表现为碳吸收;土地利用间接碳排放量和土地利用净碳排放量呈现持续增加趋势,但增加速度明显下降。2）研究期间碳吸收区域和中净碳排放栅格单元空间上呈现收缩趋势,低净碳排放、中高净碳排放和高净碳排放栅格单元空间上呈现扩张趋势。碳吸收区域和低净碳排放栅格单元占比最大,但净碳排放主要产生在中高净碳排放区域和高净碳排放栅格单元。3）碳增汇优先发展情景下,林草地分布范围更广,在环渤海区域水域数量明显增加,土地利用直接碳排放绝对值最大。碳减排优先情景下石家庄、唐山、保定等大城市中心城区向外扩张的范围略有收缩,建设用地集约效果有一定体现,土地利用净碳排放值最小。碳减排是未来实现碳中和战略的根本。     

山东沿海地区耕地利用集约度时空特征

为了探讨沿海地区耕地保护利用和国家粮食安全的政策指向,选取山东省2400个农户成本数据,利用层次分析法和因子分析法构建了以粮食主产区为背景的耕地利用集约度评价指标体系并将之应用于山东省。分析结果显示,耕地利用集约度所表现出来的时空特征主要受制于农药强度;产出效率增长速度与水平落后于要素强度;粮食保障水平与耕地利用集约度呈正相关;半岛蓝色经济区整体表现优于规划联动区。研究所体现的政策指向是：中央政府应进一步加大对地处沿海粮食主产区的投入力度,研发高效低污染农药,充分发挥沿海经济与技术进步对农业生产的辐射,使产出效率在保持提高的条件下进一步提升耕地利用集约度,提高直补效率,保障新时期国家的粮食安全。     

“耕地保护与粮食安全”专题导读

2020年新冠肺炎在全球蔓延、自然灾害频发、国际形势复杂多变,全球粮食安全面临诸多风险。“仓廪实,天下安”,确保国家粮食安全,把中国饭碗牢牢端在自己手中是事关国家长治久安的重大战略。保障国家粮食安全的根本在耕地,耕地是粮食生产的命根子。因此,开展耕地质量保护与提升行动具有战略性、重要性和紧迫性。 为更好地宣传报道“藏粮于地、藏粮于技”战略,提高农业生产能力,保障国家粮食安全方面的研究成果,本刊特策划“耕地保护与粮食安全”专题。东北黑土区是我国重要的粮食生产优势区,保护黑土地是保障国家粮食安全、促进农业绿色发展的迫切需要。本专题刊发的5篇文章中有3篇是分别关于东北黑土区种植业生产结构调整、保护性耕作技术和农田土壤养分平衡的研究。其中,宋戈等在国家出台的一系列关于统筹调整种植业生产结构政策背景下,研究种植结构调整政策实施期间东北粮食主产区典型地域种植主要粮食作物的耕地利用分化特征,研究结果对于松嫩平原粮食主产区粮食种植结构调整具有一定的参考借鉴意义;邹文秀等通过6年的田间定位试验,较为系统地研究了黑土区耕翻深度和秸秆混合还田深度对土壤物理性质的影响,以及改善黑土物理性质效果最优的农艺措施,研究可为东北黑土区建立以“土壤质量提升、秸秆高效利用”为核心的秸秆还田模式提供理论依据;楚天舒等采用农田土壤养分平衡法从宏观角度对黑龙江垦区2000－2018年农田土壤氮、磷、钾养分资源收支平衡情况进行分析,研究结果对指导当地农田养分管理和面源污染的控制具有重要意义。此外,另外2篇是关于陕西地区耕地细碎化整治和土壤性质空间变异研究。张蚌蚌等系统剖析了陕北榆林市榆阳区的“一户一田”和“一组一田”两种耕地细碎化整治创新模式,通过整合农户土地,对改善农地细碎化问题、提升农地经营效率、推动小农户和现代农业有机衔接具有重要的理论意义和实践价值;王捷等研究了不同田块表层土壤养分的空间变异特征及其原因,结合生产实践进一步明确了表征土壤养分变异度的合理采样方法,研究结果可为田间养分监测设施布设以及农业生产精细化提供重要的科学理论依据。 本专题集中刊发的5篇系列文章,分别来自东北大学、中国科学院东北地理与农业生态研究所、中国农业大学、西北农林科技大学等机构,源于国家重点研发计划专项、国家自然科学基金项目、国家社会科学基金重大项目等的研究成果,研究具有创新性、系统性、实用性等特点,对统筹调整农业生产结构、提升土壤质量、优化土壤养分管理、破解耕地细碎化难题等具有重要参考价值,对促进农业现代化发展、提高农业生产能力,农业绿色发展、保障国家粮食安全等具有重要的理论意义和现实意义。     

河北省农作物生产投入品碳排放变化特征

基于2010-2018年河北省农资投入、农作物产量、耕地面积和农作物播种面积等统计数据,计算河北省农作物生产投入品碳排放,分析河北省农作物生产投入品碳排放的动态变化和不同投入品碳排放所占比例,为农业生产节能减排,实现低碳农业提供理论依据。结果表明,2010-2018年河北省农作物生产投入品碳排放以2015年为转折点,呈现先上升后下降的趋势。研究期内河北省农作物生产碳排放总量、单位产量碳排放量和单位耕地面积碳排放量分别为2219万～2674万tCO₂eq、0.21～0.30tCO₂eq·t^-1和3.40～4.10tCO₂eq·hm^-2。2018年河北省农作物生产碳排放总量、单位产量碳排放量和单位耕地面积碳排放量最低,分别比最高值降低17.0%、30.0%和17.0%。化肥、农药、农膜、柴油和灌溉用电9a平均碳排放量占比分别为38.6%、2.1%、11.5%、34.7%和13.1%。化肥和柴油是最主要的农业碳排放源,占比均在30%以上。农作物生产投入品碳排放的动态变化受国家政策影响...     

河北省耕地集约利用水平与碳排放效率的相关性

为探索不同耕地集约利用水平下的碳排放效率变化规律,更好实现耕地集约利用的社会效益和生态效益,该文分别构建了耕地集约利用模型和数据包络分析模型,运用GIS（geographic information system）空间分析技术分析了河北省138个县（市）耕地集约利用度和耕地碳排放效率时空变异特征,在此基础上探索了耕地集约利用与碳排放综合效率的空间聚集差异特征。研究结果表明：河北省耕地集约利用水平呈现由平原区向山地丘陵再向坝上高原区扩展的趋势;碳排放综合效率有效区域集中分布于坝上高原与山地丘陵区,而石家庄、邢台和经济发展较好的唐山等地区碳排放综合效率较低;耕地集约利用度和碳排放综合效率空间分布上总体呈现负相关性,且随着时间推移局部聚集效应呈现不断增强的态势。     

考虑碳排放的粮食主产区耕地利用效率区域差异与变化

为系统考察中国粮食主产区耕地利用效率的分布特征。该研究将耕地利用碳排放作为非期望产出纳入耕地利用效率的测度框架中,以中国粮食主产区2000—2016年数据为支撑,综合运用SBM-Undesirable模型和核密度估计方法对粮食主产区耕地利用效率的空间格局及演进特征进行定量刻画。结果表明:1)粮食主产区整体和各省份耕地利用碳排放都表现出不同幅度的增长态势,其中河南的绝对增长量最大,由2000年的487.40万t变化至2016年的806.99万t,净增长319.59万t,其次是内蒙古和黑龙江,江西的绝对增长量最低,研究期内共增长了59.64万t;2)考虑碳排放后,粮食主产区整体和各省份耕地利用效率明显降低,2000年和2016年,不考虑耕地利用碳排放时,粮食主产区平均耕地利用效率分别为0.774 4和0.917 9,而考虑碳排放后,平均效率指数分别为0.639 4和0.843 8;3)粮食主产区耕地利用效率表现出明显的区域差异,根据SBM-Undesirable模型测度结果可将13个粮食主产区分为耕地利用效率优势区、平缓区和劣势区3种类型;4)从核密度估计结果来看,粮食主产区整体和不同类型区耕地利用效率都表现出明显的偏态分布及不同程度的极化特征,而且,与2000年相比,粮食主产区整体、平缓区和劣势区2016年密度曲线的变化区间明显变小,表明耕地利用效率的地区差距有所缓解,但优势区的区间变化幅度并不明显。该研究可以为粮食主产区耕地资源高效、低碳利用提供科学依据和决策参考。     

耕地资源可持续发展的系统动力学仿真分析

[目的]探讨耕地生态修复对粮食产量和土壤重金属含量的影响,为耕地可持续利用提供决策。[方法]以天津市为例,运用系统动力学方法,构建耕地生态修复系统动力学模型(CLERSD),设置绿色发展策略、可持续发展策略、生态修复3种策略下的6种情景,对天津市2016—2030年不同用地模式下的系统发展趋势进行仿真。[结果]从长期趋势看,绿色发展策略中,增加化肥农药的使用虽然可以短期增产,但于长期无益,而且还会有较多的耕地由于受损而需要生态修复。可持续发展策略中,增加投资可以提高粮食产量,促进农业可持续发展;而增加污水灌溉,虽然可在短期内更好地满足作物生长用水需求,但长期使用会导致重金属镉的含量上升,使较多的耕地需要转为生态用地;生态修复策略中,种植具有较强金属富集能力的植物,可以使生态用地在较短时内完成对受损耕地的修复,使土壤重金属含量降低、耕地数量增多。[结论]在农业生产中,可以通过改变农药化肥投入、资金投入、降低污水灌溉和耕地生态修复等措施,维护粮食安全和促进农业绿色可持续发展。     

粮食安全背景下东北典型黑土区耕地压力动态变化及趋势分析

东北黑土区耕地肩负国家粮食安全的重任,目前其耕层变浅、质量下降等耕地压力问题逐渐显现。为了掌握区域尺度上黑土耕地压力分布及其动态变化,保护黑土资源,该研究选取21个典型黑土县区,采用修正的耕地压力指数模型、灰色-BP组合预测模型分析测算耕地压力指数及耕地压力变化趋势,并依此对现有黑土地保护政策提出细化建议。结果表明：1）耕地压力指数受到耕地质量（负向影响）、实际人均耕地面积（负向影响）、粮食安全保障范围（正向影响）、社会经济发展水平（负向影响）等综合影响,得出典型黑土区域耕地压力的时空变化特征。2）耕地压力可表征粮食安全压力,但粮食安全压力无法准确反映耕地压力状况。3）耕地压力变化趋势为整体向好,局部堪忧。2004-2019年21个研究单元中除拜泉县以外耕地压力均下降至安全范围,2020-2024年有15个县区处于无压力平稳区或压力下降区,其余县区处于不同程度的压力状态。最后,对于不同压力区域提出因地制宜的黑土地保护政策建议。研究结果可为缓解黑土耕地压力、实现国家粮食安全提供科学依据。     

农地集约利用的碳排放效率分析与低碳优化

提高农地利用集约水平与控制农地利用碳排放量容易陷入两难选择的困境,理想的碳排放效率可以寻找到以碳排放作为成本,适度的农地利用集约水平。该文构建农地集约利用度计算模型与农地集约利用投入产出指标,计算中国31个省份的农地集约利用度;基于松弛测度(slacks-based measure,SBM)模型,构建SBM模型投入产出指标,计算各省份的农地集约利用碳排放总效率、技术效率与规模效率。研究结果表明:农地集约利用程度高低与农地集约利用碳排放总效率高低并不保持普遍一致;农地集约利用碳排放总效率有效省份集中分布在西部地区,农地集约利用度较高的长三角、珠三角、京津冀地区主要省份的农地集约利用碳排放总效率普遍较低;区域农地集约利用碳排放技术效率不足是导致总效率偏低的主要原因,而规模效率不足对总效率影响较小。因此针对总效率无效省份,给出调整投入冗余量、期望产出不足量与非期望产出冗余量的低碳优化方案,并构建结合了东、中、西部地区区域农地利用与经济发展特点的低碳优化策略,以期最终可以改善农地集约利用碳排放效率。     

中国盐渍土研究：历程、现状与展望

盐渍土研究是以盐渍土和盐渍生境作为主要研究对象，以盐渍土和盐渍化的发生与演变过程、环境要素和人类活动对盐渍化的影响与作用机制、盐渍土的治理、改良和利用的理论与技术为主体的研究领域。我国盐渍土面积巨大、种类繁多，盐渍化问题突出，对农业生产和生态环境造成不同程度的影响。我国科学家提出的盐渍土“水盐调控”“水盐平衡”，“淡化肥沃层”和“障碍消减”等理论与技术方法，为发展农业生产、提高土地产能、保障粮食安全、拓展耕地资源等发挥了积极作用。近期我国在土壤盐渍化演变过程的监测与多源数据融合、土壤水盐运移过程模拟与尺度转换、盐渍农田养分循环与减损增效、盐渍障碍的生态消减、盐渍障碍微生物修复、盐渍农田灌排优化管理与边际水安全利用等方面取得了积极的进展和成果。建议今后深入开展盐渍土精准控盐的高效和安全用水、土壤盐渍障碍的绿色消减与健康保育、盐渍农田养分库容扩增与增碳减排、土壤盐渍化与区域生态的耦合响应和协同适应等方面的理论与技术研究。应面向农业、资源、生态、环境等领域和行业，致力于拓展理论和新技术的研究，为国家农业升级、粮食安全、耕地保护、生态安全、高质量发展发挥重要作用。本文回顾了我国盐渍土研究工作的...