东北典型黑土区耕地质量时空变化研究

为揭示东北典型黑土区耕地质量时空变化特征,本研究遵循《耕地质量等级》(GB/T 33469—2016)国家标准,在利用特尔菲法选取16个评价指标、层次分析法确定评价指标权重的基础上,建立了东北典型黑土区耕地质量评价指标体系,借助ArcGIS软件对研究区2008年和2018年耕地质量进行同一指标体系和同一分级标准的耕地质量评价,旨在掌握研究区10年间的耕地质量时空变化特征,探究耕地质量变化原因。结果表明:东北典型黑土区耕地质量2008年以中低等地为主,平均耕地质量等级为5.14, 2018年以中高等地为主,平均耕地质量等级为3.92, 10年间东北典型黑土区耕地质量等级提升了1.22个等级;其中, 1～4等地面积均有增加,5～10等地面积均减少,10年间研究区评价单元耕地质量等级提升最多为8个等级,下降最多为7个等级,耕地质量等级提升的评价单元总面积是等级下降评价单元总面积的3.5倍。10年间东北典型黑土区的中西部和西北部耕地质量上升较为明显,而其南部和东北部质量下降的耕地分布较多。本研究规范了研究区耕地质量时空对比分析的依据,合理揭示了其时空变化特征,为该区域今后耕地质量提升工作指明了方向,对今后进一步可持续利用和管理黑土地具有积极意义。     

基于空间自相关法的水土保持区划研究——以东北黑土区为例

[目的]研究空间自相关法在水土保持区划中的应用,以期对将来水土保持区划工作提供指导。[方法]以东北黑土区为研究区域,采用空间自相关法解析研究区气候、地貌、土壤、植被等空间分布特征,并进行干湿分区、地貌分区、土壤分区等划分,然后采用空间叠置法得出东北黑土区水土保持区划。[结果]研究区划分为10个综合单元,经植被、降雨以及地理要素分布等调整,最终将研究区划分为8个二级区。[结论]该研究区划结果较为准确,空间自相关法在水土保持区划中具有较好的应用效果,并且可以大大提高区划工作效率。     

东北典型黑土区耕地侵蚀沟形态系统分类方法构建

侵蚀沟形态分类是认识其发展现状和潜在危害的重要方法,探究耕地侵蚀沟形态分类特征和分布特征对把握耕地侵蚀沟防治重点,预防坡耕地水土流失具有重要意义。针对现有侵蚀沟形态分类体系指标获取难、分类结果不完整等问题,利用遥感解译数据,根据系统分类和信息科学理论,结合东北黑土区现实需求,构建了耕地侵蚀沟系统分类方法,并在典型黑土耕作区海伦市进行了验证。结果表明：1）海伦市耕地侵蚀沟具有小面积、大宽度、短长度的特点,Ⅰ类和Ⅱ类为数量最多的一级分类;Ⅱ类四等微型沟（Ⅱ4T）和Ⅱ类四等小型沟（Ⅱ4S）在二级和三级分类中数量居多,易通过高标准农田建设进行治理。2）地形要素下耕地侵蚀沟形态分布差异明显,需要特别关注在高程180～<240 m,坡长35～<55 m,坡度2°～6°,西南坡区域内的Ⅰ4T、Ⅱ4S、Ⅱ4T等发育程度较低的侵蚀沟向更高发育程度的Ⅳ4M、Ⅴ4M等类型转变,建议结合农田建设及时采取综合防治措施,以防止耕地侵蚀沟的潜在破坏。3）构建的“类+等+型”耕地侵蚀沟分类定级方法,兼顾指标的易获取性和方法的易操作性,能够精准、直观地揭示耕地侵蚀沟的形态特征及其危害情况,可为侵蚀沟和黑土耕地的协同综合治理提供方法借鉴。     

东北黑土区耕地系统变化机理

耕地系统变化直接影响耕地生产能力和国家粮食安全.该研究以东北黑土区典型地域克山县为研究区,重构耕地系统的科学内涵,运用GIS、RS手段和Matlab计算机编程,采用地理探测器模型,识别研究区1986年、2010年和2018年耕地系统变化关键影响因子,测算关键影响因子、各因子间交互作用对耕地系统变化的作用关系,揭示研究区...     

呼伦贝尔市岭东黑土区耕地土壤肥力的演化

本研究结合全国耕地地力调查与质量评价项目的实施,利用“3S”技术对呼伦贝尔市岭东黑土区的68.11万公顷耕地进行了系统调查。根据1980～1982年全国第二次土壤普查927个土壤农化样点,与2002～2003年全国耕地地力调查与质量评价项目的1007个农化样点的同位对比资料,对该地区土壤的肥力现状进行了系统的分析。结果表明,该地区的耕地土壤肥力退化明显,其中土壤有机质、全氮、碱解氮和速效钾下降幅度较大,20年间分别下降了15.52g/kg、0.813.g/kg、27.7.mg/kg、64.3.mg/kg,下降幅度分别为25.38%、26.3%、12.93%和27.35%。只有土壤速效磷表现明显上升趋势,增长幅度达105.83%,这与多年大量施用磷肥有关,说明人类的生产活动对土壤肥力的变化有重大影响,通过合理有效地补充土壤养分是能够调节土壤养分平衡的。     

黑土区耕地资源面临的形势及发展对策

东北黑土区是目前世界上仅有的三大黑土区之一,总面积11.78万km~2,是我国的主要商品粮基地。长期的开垦与种植,使黑土资源面临着水土流失严重、土地退化、肥力下降、、生态环境脆弱、环境污染日益严重等严峻的形势。为保护这些黑土资源,应改变以前旧的观念,对其进行科学有效防治,通过人工调控,恢复生态,使这片宝贵的黑土地实现可持续发展。     

基于耕地质量指数局部空间自相关的耕地保护分区

科学合理地制定耕地保护分区,是实现耕地差异化保护、精细化管理的重要保障。该文采用Moran散点图和局部空间自相关分析相结合的方法,以耕地质量指数为空间变量,探讨广宁县耕地质量的空间结构性特征和聚集性规律,并据此提出耕地保护分区方案。研究结果表明:广宁县耕地质量在空间分布上呈现出一定的聚集性规律,正相关类型(高-高和低-低型)多以"组团"形式出现,聚集性较强;负相关类型(高-低和低-高型)无明显集中区域,零星分布。基于局部空间自相关分析的耕地保护分区,既综合考虑了耕地自然条件、利用条件和经济条件,同时将耕地质量的空间属性作为第4维,纳入到耕地保护分区研究中,为耕地差异化保护、精细化管理提供了思路。最后,提出了基于局部空间自相关的耕地保护分区方案及相应的保护措施,可为研究区域耕地保护分区提供参考。     

基于地形因子的县域耕地土壤侵蚀的空间自相关

探究地形变化对耕地土壤侵蚀空间分布聚集性的影响,为耕地合理利用及水土保持工作提供参考。利用修正的通用土壤流失方程(RUSLE)对耕地土壤侵蚀量进行空间估算,并以行政村为单元对耕地的土壤侵蚀强度指数进行空间自相关分析,揭示土壤侵蚀强度的局部聚集特征;选取高程、高程变异系数、坡度、坡度变率4种地形因子,对耕地土壤侵蚀强度指数在0.05显著性水平下的局部聚集区域的地形特征进行分析。结果表明:耕地土壤侵蚀强度指数在行政村之间存在较强的空间自相关性;空间分布特征为,显著高值聚集区(HH聚集区)主要分布在青龙满族自治县的中南、东北和西部,显著低值聚集区(LL聚集区)分布在该县的中北部地区,聚集区的形成均与地形的分布关系密切;HH聚集区在高程、高程变异系数、坡度这3项指标的面积分布上均比LL聚集区高出一个分级梯度。研究结果对耕地合理利用及水土保持措施的制定具有重要意义。     

不同地貌区县域耕地质量与耕地景观格局关联性特征分析

为深入分析不同地貌区县域耕地质量与耕地景观格局的关联性特征,运用LESA评价体系和景观指数计算方法,对比分析平原、丘陵及山地三种地貌类型下的县域耕地质量及其景观格局特征,应用地理加权回归模型,探讨不同地貌条件下耕地景观格局对耕地质量的影响机制。研究结果表明:平原区县域耕地质量优于丘陵及山地区,丘陵及山地区耕地破碎化和景观多样性程度高于平原区,耕地景观优势度低于平原区;在三种地貌类型下耕地景观格局对耕地质量均有一定的解释和影响能力,其中聚合度指数(AI)是平原和丘陵区耕地质量最主要的景观影响因素,斑块密度(PD)和最大斑块指数(LPI)对耕地质量影响强度表现为山地区>丘陵区>平原区,面积加权平均形状因子(AWMSI)在不同地貌区对耕地质量均呈显著负向影响,香浓多样性指数(SHDI)在平原区表现为正向影响,在丘陵和山地区表现为负向影响。县域内各景观格局指数对耕地质量的影响具有空间差异性。研究结果为不同地貌区从优化耕地景观格局角度提升耕地质量提供新思路。     

溧阳市耕地质量空间分布特征与保护分区研究

为进一步分析县域耕地质量空间分布格局,研究耕地保护的空间相关性,选取江苏省溧阳市为研究区,运用空间自相关分析方法,以耕地质量指数为空间变量,从县级和乡镇级尺度探讨耕地质量的空间分异规律及产生这一规律的原因,构建了耕地保护分区。结果表明:(1)整体上,溧阳市耕地质量的各属性都具有较强的空间正相关性;全局Moran’s I值和局部空间自相关指标值均表明,耕地经济质量等空间自相关性最强,利用质量等次之,自然质量等最弱;局部空间上呈现较强的变异特征,正相关类型(HH和LL型)多以组团形式存在,负相关类型(HL和LH)以点状形态零星存在。(2)空间尺度的变化对耕地质量指数空间相关性影响较大。县级尺度空间自相关水平普遍高于镇级平均水平,而且大部分乡镇的Moran’s I值均低于县级整体水平。(3)综合考虑3类耕地质量指数的空间分布特征,将溧阳市耕地划分为4类保护区,提出相应的保护措施。     

“双碳”目标下东北黑土区耕地利用生态效率时空格局与演变趋势

[目的]探究东北黑土区耕地利用生态效率的时空格局和演变趋势，将碳源与碳汇融入耕地利用过程，这对于实现黑土减排增效和“双碳”目标至关重要。[方法]基于超效率SBM模型、核密度估计、探索性空间数据分析和空间插值工具等方法，系统考察了2006—2020年东北黑土区耕地利用生态效率的时空特征与演进规律。[结果]黑土区耕地利用生态效率历经波动上升、显著下降和迅速回升3个阶段，总体处于较高发展水平，北部边缘城市的效率值明显高于中南部地区，基期和末期区间两极分化局势尤为显著，整体发展严重失衡；黑土区耕地利用生态效率全局空间相关特性并不明显，大致呈现“边缘—中心”空间扩散格局，由南北两端高值集聚向内及四周递减，而后形成多个块状高值区和低值分布带，规模集聚优势未能得到充分发挥；多数城市均存在不同程度的投入与产出冗余，劳动力和化肥冗余问题较为严重，碳排放冗余是造成黑土区耕地利用生态效率损失的普遍因素。[结论]优化要素配置和污染减排治理成为黑土利用重点改善方向，也是提升黑土区耕地利用生态效率的关键路径。     

基于生态位理论的东北黑土区耕地整治适宜性评价——以公主岭市为例

耕地整治是保护耕地的重要举措,耕地整治适宜性评价则是开展耕地整治的重要前提和基础。本研究以生态位理论为基础,以吉林省公主岭市为例,从自然条件、基础设施条件、生态可持续性和空间稳定性4个维度选取14个指标,采用Delphi与AHP相结合的方法确定指标权重,在评判影响耕地整治的各项指标实际值(现实生态位)与耕地整治在理想条件下各项指标能够达到的最佳状态(最适生态位)的贴近程度的基础上,确定了3种类型指标的评价模型,并通过加权求和模型计算各评价单元耕地整治生态位适宜度,最终通过Ward聚类法将公主岭市耕地整治适宜性划分为4个等级,同时引入障碍性因素模型,定量确定不同等级区域耕地整治的障碍性因素,并提出整治的方向和对策。研究结果表明,研究区可分为4个整治区,Ⅰ级高度适宜区生态位适宜度大于0.75,耕地面积13 799.89 hm2,占总耕地面积的4.16%,主要障碍性因素为农田防护林覆盖率、道路通达度和田块规整度;Ⅱ级中度适宜区生态位适宜度在0.70到0.75之间,耕地面积77 754.36 hm2,占总耕地面积的23.41%,主要障碍性因素为灌溉条件、道路通达度和农田防护林覆盖率;Ⅲ级轻度适宜区生态位适宜度在0.61到0.70之间,耕地面积177 192.38 hm2,占总耕地面积的53.36%,主要障碍性因素为土壤有机质含量、距主交通干线距离和土壤pH;Ⅳ级不适宜区生态位适宜度小于0.61,耕地面积63 325.61 hm2,占总耕地面积的19.07%,主要障碍性因素为土壤质地、灌溉条件和耕层厚度。研究基于生态位适宜度模型对耕地整治适宜性进行评价,丰富了耕地整治适宜性评价方法,同时评价结果为耕地整治分区建设以及整治方向提供了科学依据。     

东北黑土区土壤肥力变化特征的分析

黑土区土壤肥力一直是人们关心的问题。通过选择在黑土区典型县份-德惠市的调查表明,耕地土壤有机质、全氮、有效磷与1980年相比较,分别增加了3.2g kg-11,0.11 g kg-1和5.70 mg kg-1,但有效钾下降了33.3 mg kg-1。土壤中有机质2003年盈余量48.7kg hm-2,氮15.07 kg hm-2,磷25.35 kg hm-2;钾亏损量170.62 kg hm-2。笔者认为,单纯从土壤营养管理角度看,目前黑土区耕地土壤肥力状况似乎没有想象的那么坏。但已有的研究也表明,黑土区耕地肥力的变化与现行的耕作制度有很大的关系。     

东北黑土区耕地分布解译的遥感数据源对比

为了解国家基础地理信息中心的全球地表覆盖遥感制图数据(Globalland30-2010)和中国科学院全国1∶10万比例尺土地利用数据库2010年度更新数据(LUCC-2010)在东北黑土区耕地范围界定研究中的适用性,选择位于东北典型黑土区的北安市、克东县、龙江县和梅河口市为研究区,利用高空间分辨率的地方土地利用数据建立耕地漏分和误增两个指标,对两种数据进行对比分析。研究结果表明:在耕地连续均匀分布的地区,两种数据的耕地精度都比较高;在林地和耕地混合分布区域,Globalland30-2010高估了耕地面积;在耕地和草地、水域混合区域,LUCC-2010低估了耕地面积。Globalland30-2010的总体精度略高于LUCC-2010,但是LUCC-2010耕地一类的精度高于Globalland30-2010。     

东北黑土区防护林带对土壤水分影响的研究

对森林土壤水分的研究是揭示森林生态系统功能、评价森林环境综合效益的基础。以黑龙江嫩江九三农星分局鹤山农场鹤北流域2号小流域的横坡林带和8号小流域的顺坡林带为研究对象，系统研究了林带对土壤水分动态变化过程、土壤水分剖面特征、两侧农地土壤水分的影响。结果发现，林带对土壤水分动态和剖面特征没有显著影响．但剖面最大水分出现的深度大于周边农地。受林带拦截径流、林带遮阴等影响，林带上下坡和左右侧的土壤水分存在一定的差异。受林带及草被蒸腾耗水和降雨截留等因素的综合影响。林带边缘及林带内土壤水分明显小于林带周围的农地。     

基于TOPSIS模型的典型黑土区耕地质量评价及土壤侵蚀耦合协调分析

黑土区是中国重要的粮食产区，掌握黑土区耕地质量状况，探索耕地质量与土壤侵蚀的耦合协调发展关系，可以进一步保持耕地的健康发展。为探讨黑土区耕地质量与土壤侵蚀的耦合协调发展关系，以嫩江市为研究区，利用层次分析法及CRITIC权重法确定22项选取指标的综合权重，通过综合质量指数法构建地学特征、土壤特性、土壤健康、基础设施建设及植被生长5个维度的质量指数，引入TOPSIS模型分析确定嫩江市耕地质量等级，开展黑土区障碍因子诊断、侵蚀状况模型评估及耦合协调研究。结果表明：1）嫩江市以中等级耕地为主，占总耕地面积的29.6%，高等级耕地较少，占比为10.1%。耕地质量等级存在较大差异，集聚类型以不显著为主，且在市域内呈现散碎分布的空间格局。2）根据障碍因子诊断发现，指标层中土壤pH值、排水能力、灌溉能力、地块连片度及比值植被指数指数的障碍度较高，是制约耕地质量的主要因素。准则层中耕地的基础设施建设指数障碍度最高，对于耕地质量具有显著影响。3）嫩江市西南部区域土壤侵蚀强度相对较弱，侵蚀较为严重区域主要分布在嫩江市的北部及东部区域，空间分布格局呈现东北高西南低。4）空间耦合协调分析发现，耕地质量与土壤侵蚀强度的空间耦合度介于0.22～1.00之间，具有明显的耦合响应特征，呈现出一定的空间差异性，总体上土壤侵蚀与耕地质量处于良好的协同发展状态。研究为松嫩平原农业健康生产及黑土区耕地质量监测评价提供参考依据。     

东北典型黑土区土壤养分空间分异影响因素分析

结合常规统计方法与GIS空间分析方法,采用经典同归模型和空间滞后模型,定量研究了榆树市土壤养分空间变异的主要影响因素.研究表明,土壤中碱解氮元素的空间变异主要受河流、居民点、小路3个因子影响;土壤中速效磷空间变异的影响因子是到居民点的距离、到小路的距离,说明速效磷的空间变异主要受人文因素的影响;土壤中速效钾空间变异影响因素相对复杂,水文因素、人文因素、地貌闪素对速效钾的空间分布均有影响,其中地貌因素的影响最为显著;土壤中有机质空间变异的影响因子包括湖泊、河流、大路、居民点、坡度,和速效钾空间变异的影响因子相同,但各个因素的影响相对均衡.比较两种模型发现,在土壤养分存在明显自相关的情况下,空间滞后模型的模拟效果明显优于经典回归模型.     

东北黑土区地埂坡耕地土壤物理性质的空间分布特征

[目的]揭示东北黑土区有、无地埂措施土壤物理性质空间分布的差异,为黑土区水土保持工程措施及坡耕地土壤恢复效果的评价提供科学依据。[方法]以东北黑土区修筑水土保持工程措施(地埂)的坡耕地为研究对象,以无措施坡耕地作为对照,采用空间均匀布点取样法,获取了表层(0—15 cm)土壤物理性质基本指标,量化有、无地埂措施坡耕地土壤持水能力和土壤结构的空间分布特征。[结果](1)修筑地埂后,土壤含水率、饱和持水量、田间持水量和毛管持水量分别提高7.89%,30.15%,17.83%,19.41%;(2)在坡上、坡中及坡下位置修筑地埂样地的土壤持水能力均高于无措施对照样地,且随坡位的下降,土壤的持水能力也在逐渐增大;(3)修筑地埂后,土壤容重和分形维数分别降低12.04%,0.58%,而土壤总孔隙度、毛管孔隙度、WR_>0.25、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)分别增大14.02%,17.83%,17.74%,28.48%,21.31%;(4)在坡上、坡中及坡下位置修筑地埂样地的土壤结构较无措施对照样地更好,尤其是坡上位置主要影响土壤总孔隙度、平均重量直径(M...     

基于质量指数和空间自相关分析的耕地保护分区研究

以河南省漯河市为例,从耕地质量综合评价视角出发,分别计算各图斑的土壤条件、立地条件、管理水平质量指数,借助空间转换方法将耕地图斑转换为村级行政区作为质量指数空间评价单元,用空间自相关方法分析耕地质量的空间相关性和集聚特征,并据此划分耕地保护区。研究结果表明:（1）就全局而言,漯河市耕地质量指数具有一定的聚类特征,表现为较强的空间正相关性,且相关程度为管理水平指数 > 立地条件指数 > 土壤条件指数;（2）就局部而言,研究区内临近村庄间耕地质量空间属性以正相关为主,多为块状、条状集中分布;负相关仅占极小比重,呈零星分散分布;（3）基于耕地质量指数集聚性特征和耕地质量限制因子,将漯河市耕地划分为优质农田保护区、单一限制因子改良区、复合限制因子提升区和综合整治提升区,针对各保护区特点提出具体管护措施。     

东北典型黑土区土壤可蚀性K值研究

土壤可蚀性因子K是表征土壤性质对侵蚀作用敏感程度的指标,对K值准确估算是构建土壤侵蚀模型的前提。研究以试验小区的野外观测资料和室内土壤理化性质分析数据为基础,运用通用土壤流失方程和诺谟公式分别实测和估算K值。结果显示,实测值均大于估算值,说明现有K值估算模型不能直接应用于东北典型黑土区。但分析发现实测值与估算值之间具有良好的线性相关,可建立回归方程,以此来修正诺谟公式。利用修正诺谟公式估算东北典型黑土区内不同地区及不同资料占有情况下的土壤可蚀性K值,并编制K值空间分布图。研究成果可以为东北典型黑土区土壤侵蚀模型构建及水土保持提供基础资料。