南亚国家土地利用转型与粮食产量耦合关系研究——以“一带一路”倡议为背景

粮食安全问题作为一项长久以来未能解决的世界性难题,得到了国际社会的广泛关注。而土地利用形态的变化对于粮食产量具有重要影响。本文从土地利用转型入手,基于统计数据与遥感解译的土地利用数据识别土地利用转型与粮食产量时空变化,探讨"一带一路"南亚7个国家耕地利用强度、村庄建设用地利用强度与粮食产量之间的耦合关系,得到如下结果:(1)2005—2015年,孟加拉国耕地利用强度有所提升,其他国家无明显变化。粮食产量方面南亚各国均未有显著提高。(2)南亚各国土地利用转型与粮食产量的耦合关系具有较大差异。除印度耦合情况较好以外,孟加拉国等国的村庄建设用地利用强度较低成为制约粮食增产的重要因素。因此,合理优化土地利用格局,加大农业基础设施建设,对保障南亚国家粮食安全具有重要作用。同时,这为中国的粮食安全保护提供了一定的政策启示。     

基于“三生”功能的晋中市土地利用转型时空特征及驱动因素分析

以“三生”功能为视角,定量分析山西省晋中市土地利用转型特征及其驱动因素,探究市域土地利用转型规律。运用地学信息图谱、多指标综合指数法探究晋中市2000—2020年土地利用转型图谱特征和隐性形态时空格局特征,运用地理探测器分析转型驱动因素。结果表明,2000—2020年晋中市处于高强度的土地利用转型状态。2000—2010年图谱单元变化最为明显的是农业生产用地向绿地生态用地和农村生活用地的转换,2010—2020年图谱单元类型以农业生产用地与绿地生态用地之间的相互转换为主。晋中市各区县转型指数呈持续上升趋势,2020年在晋中市东北部形成“Z”字形空间集聚特征。榆次区、平遥县与其周边的寿阳县、太谷区、祁县和榆社县共同形成“T”字形高速发展区。土地利用转型是自然环境、交通区位、社会经济共同作用的结果。自然环境和交通区位对土地利用显性转型的驱动力较大,交通区位和社会经济因子对隐性转型的驱动力较大。     

土地利用隐性转型及其对生态环境的影响

从土地利用隐性转型视角,定义一个土地利用隐性形态指数,并构建土地利用隐性形态指标体系,选取皖江城市带作为研究区域,分析皖江城市带土地利用隐性转型的时空演变特征,并通过计算生态系统服务价值,定量测算生态系统响应规律。该研究丰富了土地利用转型的研究内容,可为土地利用隐性转型指标体系构建提供参考。     

长江经济带土地利用转型及生态环境效应

研究1990—2015年长江经济带县级尺度下土地利用转型与生态环境效应变化特征,为长江经济带土地利用与生态环境保护提供参考。研究结果如下:(1)1990—2015年,长江经济带土地利用转型的总体特征为耕地、林地和未利用地面积减少,草地、水域和建设用地面积的增加。(2)在1990—2000年、2000—2010年、2010—2015年3个研究期中,长江经济带土地利用动态变化强度从大到小依次是1990—2000年、2010—2015年、2000—2010年。(3)1990—2015年,长江经济带生态环境质量小幅下降;长江经济带生态环境质量空间分布呈现出以长江为分界线北低南高的空间格局。(4)1990—2015年对长江经济带生态环境质量贡献率较高的土地利用类型依次是林地、草地和耕地,而水域、建设用地、未利用地对区域生态环境质量的贡献较小。(5)1990—2015年,导致长江经济带生态环境恶化的主要原因是耕地和林地转型为建设用地、林地转型为耕地以及林地的内部转型。     

中山市土地利用及景观格局时空变化分析

土地利用及其景观格局配置与城市发展关系密切,其时空变化深刻影响着区域水土保持和生态安全.以粤港澳大湾区重要节点城市—中山市为研究区,利用2000—2020年GlobeLand30土地利用数据,使用转移矩阵、景观格局指数等分析方法,多尺度和多层次探究了中山市土地利用及景观格局的时空变化特征.结果表明：(1)20年间,中山市土地利用总体呈建设用地、林地增加,耕地、草地、水体减少的“两增三减”态势;建设用地急速增长,耕地则锐减近50%;(2)20年间,各土地利用类型皆互为转换关系,主要表现为耕地、水体和草地转为建设用地的转换方式;(3)中山市优势景观类型由2000年的耕地(670.22 km2,37.23%),2010年的水体(505.15 km2,37.23%),2010年的水体(505.15 km2,28.06%),转变成2020年的建设用地(644.43 km2,28.06%),转变成2020年的建设用地(644.43 km2,35.80%),城市发展占用了大量耕地和水体.同时,建设用地斑块密度和蔓延度指数高值区的范围逐渐增加,团聚程度增强,景观优势持续扩大.20年间,中山市土地利用类型呈现出建设用地取代其他用地类型的均一化发展趋势,景观格局空间异质性逐渐减弱,城市耕地保护和生态建设任务越发严峻.     

基于RS和GIS的济南市长清区土地利用时空变化分析

土地利用空间格局的演化对优化区域土地资源配置,保护生态环境,实现土地资源的可持续利用具有重要意义.长清区作为济南市发展的"后花园",其土地利用时空变化对区域的社会经济可持续发展具有重要影响.本文基于遥感和GIS技术,对长清区2000—2015年间的土地利用状况进行分析.结果显示:长清区土地利用变化具有明显的时空分异特征.从时间维度看,耕地、林地、城乡工矿居民用地、未利用地呈现明显的数量变化,其中城乡工矿用地面积呈现逐年增长的趋势,耕地、林地和未利用地面积呈现逐年递减趋势.从空间维度看,土地利用结构发生明显变化,城乡工矿居民用地占地范围不断扩大,耕地、未利用地逐步缩小,耕地为其他用地类型的重要补给来源.由于城乡工矿居民用地变化量显著,单独对城乡工矿居民用地做进一步分析,增强人们对土地利用变化规律的客观认识,从而对土地利用类型的变化做出合理布局和科学预测.     

芜湖市土地利用时空动态变化分析

利用遥感和GIS技术,以芜湖市为研究区,对2006,2010,2014年3期遥感影像进行解译,获取土地利用信息数据,基于土地利用动态度、转移矩阵、重心等方法,分析芜湖市土地利用空间格局变化。结果表明,芜湖市土地利用变化动态较大,耕地和建设用地是区域内变化最为显著的土地利用类型,耕地的减少主要转移为建设用地,水域、林地以及其他用地面积略有减少;建设用地重心向西南方向移动,耕地的重心向南移动。芜湖市建设用地的推进与耕地的后退呈现出空间耦合。     

基于双重属性的中原地区县域土地利用转型特征分析——以山西省晋中市太谷区为例

采用基于属性差别的土地利用转型来分析"农谷"背景下山西省晋中市太谷区土地变化特征。基于2期10年土地利用变化遥感数据,按显、隐属性分类,通过土地利用转移矩阵、重心模型、构建测度模型等方法,定量研究显性属性和隐性属性下太谷区土地利用转型的特征。显性属性表明,数量和空间结构对土地利用类型变化有不同的影响,其中数量中建设用地面积增加最多,为107.93 hm~2,未利用地减少幅度最大,为80.02 hm~2;空间结构中耕地中转为建设用地的面积最多,为83.79 hm~2。隐性属性揭示,太谷区西部土地开发强度和人均GDP远高于东部;土地利用生产-生活-生态功能变化表现为生产功能逐步下降,生活功能持续增强,生态功能基本保持平稳。基于双属性视角的研究结果表明,太谷区土地利用转型明显,在今后的发展中,要因地制宜地制定相关政策。     

土地利用转型影响下大别山区景观格局演变及驱动力研究

城镇化的迅猛发展导致了土地利用形态与功能的转型,而这一转变在山区尤为明显。同时景观格局的变化是土地利用转型的突出标志,探究两者的关系对于山区土地利用及生态管理具有重要意义。以地处大别山区的安徽省六安市金寨县为研究对象,选取1999年、2009年和2019年3期遥感卫星影像数据,在遥感与地理信息系统的技术支持下,采用土地利用转移矩阵、景观格局指数对金寨县的景观格局演变特征进行定量分析,并利用主成分分析法研究金寨县景观格局演变的驱动力。研究结果显示:(1)1999―2019年,金寨县土地利用转型特征为生产用地向生活用地和生态用地转换,建设用地转换率最高,持续增长,耕地和未利用地面积呈降低趋势,林地和水域持续稳定增长;土地利用类型上,主要为耕地、建设用地、未利用地、林地之间的转换;土地利用空间上,1999―2009年金寨县土地利用转换主要集中在中部地区,2010―2019年主要集中在东北部;(2)金寨县景观格局整体上破碎度增大,景观异质性、均匀度降低,不规则斑块增多,2010―2019年各景观类型间断分布,景观连通性下降;(3)金寨县的经济发展、产业水平、人口情况、生活水平和治理环境五个维度...     

东北地区土地利用转型及其生态环境效应

基于1995、2005和2015年3期土地利用遥感监测数据,构建“生产-生态-生活”土地利用主导功能分类体系,利用土地利用转移矩阵、重心模型、生态环境质量指数等方法,对东北地区20年间土地利用转型时空变化特征及生态环境效应进行分析。结果表明:1)1995—2015年,东北地区土地利用转型主要表现为生产用地持续增加、生态用地持续减少和生活用地小幅增加,前期变化剧烈后期趋缓。2)各类功能用地的空间分布表现出较为明显的不均衡性,农业生产用地、牧业生态用地和水域生态用地的空间分布不均衡性进一步加剧,工矿生产用地、林业生态用地、其他生态用地和生活用地的空间分布不均衡性有所缓和。3)东北地区区域生态环境质量指数从1995年的0.581持续下降至2015年的0.575,生态环境质量持续恶化,空间分布以高质量区和中低质量区为主,农业生产用地和林业生态用地之间的相互转变是影响生态环境质量变化的主要因素。东北地区土地利用转型及生态环境质量的时空变化特征与区域社会经济发展水平、城市化进程、农业开发进程基本保持一致,粮食主产区土地利用转型及其生态环境效应特征具有一定的独特性。     

健康视角下我国南亚热带水田粮食产能关键限制因子识别——以广州市从化区为例

在国际粮食供需环境剧变及国内耕地非农化压力下，保障国家粮食安全，保证健康状态下耕地的粮食产能是全社会的重中之重。但是现有的耕地质量认知仍偏重于“自然环境本底”与“投入-产出”作用的耦合效应，缺乏从健康视角对耕地粮食产能关键限制因子的多维度考量。以广州市从化区为研究区，在大量样本采样检测和实地调研测产的基础上，采用地理探测器识别了健康视角下我国南亚热带水田粮食产能关键限制因子。结果表明：我国南亚热带水田粮食产能受地理环境健康背景、土壤健康状况和农田健康人工环境3个健康维度协同影响，三者贡献力分别为2.702、2.025和1.200，13个影响因素贡献力（q值）介于0.012~0.865之间，36个影响因子贡献力介于0.004~0.537之间。健康视角下我国南亚热带水田粮食产能关键限制因子主要为农田水文条件、土壤物理与微量元素健康状况、土壤侵蚀状况、生产保障措施和人为管理强度中的7个因子，其贡献力介于0.299~0.537之间，贡献力大小依次为：表土质地 > 平均水位变化 > 农作活动频率 > 土壤侵蚀程度 > 灌溉保障能力 > 有效硅含量 > 灌溉方法。受现代农业种植策略影响，我国南亚热带水田中土壤肥力、酸碱度和生物健康水平普遍较高，但土壤有效硅含量严重不足，基于灌溉保障和灌溉方法的农田精准水环境管理措施也亟需重视。可见，农田粮食产能的“木桶效应”仍严重威胁粮食安全，导致粮食产能的不稳定性与空间差异性，建议高度重视不同土壤类型中的微量元素健康状况及农作物生长过程中水环境的精准管理。     

农业土地系统研究及其关键科学问题

如何科学合理利用土地是实现人类可持续发展的关键。随着人类对土地利用问题愈发关注,在“土地利用/土地覆盖变化”、“全球土地计划”等国际科学研究计划的推动下,“土地系统科学”的学科体系逐步形成,农业土地系统研究成为土地系统科学的热点方向之一。本文以全球土地计划与土地系统科学为指引,旨在明晰“农业土地系统”的概念,系统梳理农业土地系统研究的技术方法、内容对象以及关键科学问题,为进一步丰富和完善土地系统科学学科体系,推动全球变化、粮食安全及农业可持续研究提供参考。研究认为：第一,多维度格局探测与分析是农业土地系统研究的重要基础：农业土地系统不仅关注耕地与其他土地利用类型之间的相互转换特征、规律和过程,而且更为关注耕地内部多熟种植制度、农作物空间格局、利用集约度、综合生产能力等结构和功能的多维变化,因此,需要依靠多学科/数据的交汇、融合等手段来揭示农业土地系统的复杂特征;第二,多模型耦合的过程与机制解析是农业土地系统研究的核心内容：在明晰农业土地系统时空格局特征的基础上,通过建立土地系统格局与其影响因素之间的关系,并将这种关系在时间维度进行扩展,进而实现农业土地系统变化过程和机制的动态表达,目前,土地变化模型的建模手段已从传统单一的地理模型或经济模型研究转向模型耦合研究,以反映农业土地系统中“人类-环境”的复杂关系;第三,多内容的综合效应评估与调控是农业土地系统研究的关键任务：农业土地系统与全球变化、粮食安全及农业可持续发展等问题密切关联,农业土地系统时空格局探测、过程机制解析的最终目的在于通过协调农业土地系统与农业资源、环境和生态的相互关系,考虑不同系统之间的权衡优化关系,追求土地利用的最佳社会、经济和生态综合效益,以建立人地和谐、可持续的农业土地利用模式。解决农业土地系统研究的这些关键科学问题,将有力促进自然科学和社会科学的融合,推动土地系统科学及相关研究领域的发展。     

黄土台塬土地利用方式对土壤有机碳矿化及温室气体排放的影响

以黄土台塬区耕地、天然草地、灌木林地、乔灌混交林和乔木林地为研究对象,采用静态箱-气相色谱法、室内密闭培养法对其土壤温室气体及有机碳矿化动态进行了监测和分析。结果表明:土壤总有机碳和各种活性碳组分含量分布规律一致,均表现为草地显著高于林地,林地显著高于耕地(P0.05);土壤有机碳矿化量趋势为培养初期增长迅速,后期增速缓慢,0~5 cm土层草地土壤有机碳矿化累积量是林地的1.26~1.34倍,是耕地的1.82倍,5~20 cm土层较0~5 cm土层有所降低,耕地降幅高达48%;不同土地利用土壤矿化碳潜力Cp值在0.81~2.70 mg·kg~(-1)之间且差异显著(P0.05),而不同土地利用土壤有机碳分解速率常数k差异不显著;五种土地利用方式的土壤可矿化碳累计分配比例表明,耕地土壤有机碳矿化能力最高,固存量最小,而草地土壤有机碳矿化能力最低,固存量最多;耕地土壤释放的主要温室气体CO_2和N_2O强度显著高于其他用地类型,而CH_4的吸收强度为林地天然草地耕地。综上,退耕还林还草极大地推动了该区土壤有机碳的固定,减弱了土壤向大气排放温室气体的潜力。     

Inheritance of grain protein content upon crossing covered and hulless barley biological varieties

In a study of F₁ diallel hybrids from crossing covered and hulless barley biological varieties, intralocus overdominance and interlocus interaction of nonallelic genes of the complementary (recessive) epistasis type are revealed in genetic control of grain protein content. It is shown that recessive genes increase protein content. Selection of hulless productive genotypes is preferable in later hybrid generations, starting with F₄–F₆.     

土地整理前后耕地质量变化的实证分析

从科学发展观来看,耕地在数量上的扩张是有限的,但在提升耕地质量方面却具有相对大的空间。土地开发整理的基本功能是有效补充耕地面积、提高粮食综合生产能力、改善农业生态环境质量、促进土地集约化利用和加快农村经济社会发展的速度,其本质就是有效提高耕地质量。笔者根据项目区土地整理初步工程设计,结合农用地分等成果,对土地整理前后耕地质量变化情况做出评价,使土地开发整理项目实现重耕地数量到重耕地质量的转变。     

遮阴下滴灌施肥对小粒种咖啡土壤质量和水分利用的影响

【目的】探究遮阴下不同水肥耦合模式对小粒种咖啡根区土壤质量及水分利用的影响。【方法】以小粒种咖啡为研究对象,在30%遮阴度下,试验设2因素（灌水和施肥）3水平完全设计,共9个处理。3个灌水水平:高水（W_H:1.2 Ep）、中水（W_M:1.0 Ep）和低水（W_L:0.8 Ep）;3个施肥水平:高肥(F_H:530.00 kg·hm^-2)、中肥(F_M:353.33 kg·hm^-2)和低肥(F_L:176.67 kg·hm^-2)。分析小粒种咖啡根区土壤养分、微生物数量、酶活性、干物质量及灌溉水分利用效率对水肥调控的响应规律,通过隶属函数和因子分析相结合对土壤质量进行综合评价,再以TOPSIS法综合分析,找出小粒种咖啡最佳水肥耦合模式。【结果】灌水水平和施肥水平对小粒种咖啡根区土壤养分、微生物数量、酶活性（除秋季过氧化氢酶）、根干物质量、树干干物质量、总干物质量和灌溉水分利用效率影响显著。F_H...     

冀北高原农牧交错带土地利用对土壤养分的影响研究——以康保县为例

研究农牧交错带不同土地利用类型与土壤养分的相互关系,可为退耕还林还草、退牧还草,合理利用土地提供科学依据。以位于冀北高原典型的农牧交错带康保县为例,对其3个综合农业区相互毗邻的5种不同土地利用类型进行土样采集,通过土样的化验分析表明,土壤有机质含量为退耕还林地〈撂荒地〈耕地〈退耕还草地〈天然草地;土壤全氮含量为退耕还林地〈退耕还草地〈撂荒地〈天然草地〈耕地;土壤速效氮含量为退耕还林地〈耕地〈退耕还草地〈天然草地〈撂荒地;土壤速效磷含量为天然草地〈退耕还林地〈退耕还草地〈耕地〈撂荒地;土壤速效钾含量为退耕还林地〈耕地〈退耕还草地〈天然草地〈撂荒地。综合可知,3个不同农业区土壤有机质含量为北部低山丘陵区〈中南部波状平原区〈东部缓坡丘陵区;土壤全氮含量为北部低山丘陵区〈中南部波状平原区〈东部缓坡丘陵区;土壤速效氮的含量为北部低山丘陵区〈中南部波状平原区〈东部缓坡丘陵区;土壤速效磷含量为北部低山丘陵区〈东部缓坡丘陵区〈中南部波状平原区;土壤速效钾在3个农业区含量相当。对比分析不同农业区土壤养分状况,为合理利用当地的土地资源、改善生态环境、提高当地经济效益提出若干建议。     

新疆奴拉赛铜矿周边土壤理化特征和重金属污染生态风险评价

以新疆奴拉赛铜矿的矿区、尾矿和周边农田土壤为研究对象,研究了该区域土壤理化特性、重金属含量特征,并对其生态环境风险进行了初步评价。结果表明,受矿区废水的长期影响,奴拉赛矿区土壤pH较低。土壤电导率和盐分含量高于周边农田土壤,而土壤有机质、速效氮、速效钾、有效磷含量均低于周边农田土壤;矿区、尾矿区和农田土壤重金属Cr、Cd、Pb、Cu、Ni和Zn含量均较低,除Cu外,均低于新疆土壤自然背景值。总体上看,土壤重金属含量表现为矿区 > 尾矿区 > 农田;单一因子（P_i）、内梅罗综合污染指数（I）以及潜在生态危害指数（RI）表明,矿区周边土壤重金属生态风险表现为尾矿 > 矿区 > 农田,0~30 cm表层土壤重金属潜在生态风险指数高于30~70 cm深层土壤,但不同土地利用类型土壤总体生态风险程度较低。     

少免耕及秸秆还田小麦间作玉米的碳排放与水分利用特征

【目的】利用间作和保护性耕作对土壤碳减排及水分高效利用的潜力,将二者集成于同一系统中以发挥各自的优势并催生彼此间的协同效应,从而建立减排与节水双赢的间作高效种植模式。【方法】以河西绿洲灌区长期规模化种植的小麦间作玉米为研究对象,集成应用保护性耕作的理论与技术,利用带状耕作和秸秆覆盖建立免耕立茬（NTSSI）、免耕秸秆覆盖（NTSI）、少耕秸秆翻压（TISI）和传统收割（CTI）4种处理,并以传统收割单作小麦（SW）和单作玉米（SM）作为对照,系统研究了不同处理土壤呼吸与作物耗水状况。应用土壤呼吸测定系统EGM-4（environmental gas monitor-4,UK,PP system）测定土壤呼吸速率,以此计算不同处理生育期内土壤碳排放总量。用产量与耗水和土壤碳排放量与耗水两种方法计算水分利用效率,客观评价间作系统的水分利用状况。【结果】不同种植模式中,单作玉米土壤呼吸速率最大（1.57 μmol CO₂·m^-2·s^-1）,间作次之（0.83 μmol CO₂·m^-2·s^-1）,单作小麦最小（0.72 μmol CO₂·m^-2·s^-1）;4种秸秆还田方式中,NTSI处理土壤呼吸速率最低,2011与2012年分别较CTI降低了20.4%和11.9%,由此减少碳排放量12.4%。在间作中集成应用带状耕作和秸秆覆盖能有效降低系统耗水总量、增加产量、提高水分利用效率（WUE_GY）,与CTI处理相比,NTSI处理平均减少耗水量达4.1%,增产29.7%,水分利用效率提高15.6%。同时,间作系统的单位耗水碳排放平均降低了5.9%,碳排放效率提高了28.2%。【结论】小麦间作玉米与保护性耕作结合,并集成应用带状耕作及秸秆覆盖技术可使系统的产量、碳排放和耗水得到有效协调,能促进耗水更多转化为作物产量并降低在该转化过程中产生的碳排放,实现碳减排与水分高效利用的协同促进。     

活性铁铝矿物对农田土壤有机碳固定的研究

为了解活性铁铝矿物对农田土壤有机碳固定的贡献,量化了重庆西部地区不同土壤类型与耕作制度下61个典型农田土壤的表层（0~30 cm）、中层（30~60 cm）、底层（60~100 cm） 3层的活性铁铝矿物所固定的有机碳量（OC_Fe-Al）。结果表明：OC_Fe-Al表现为表层（均值2.02 g·kg^-1） > 中层（均值1.37 g·kg^-1） > 底层（均值1.19 g·kg^-1）;OC_Fe-Al占土壤总有机碳的范围为12.8%~83.6%。3层土壤的活性铁铝矿物平均固碳量,在不同土壤类型中,石灰岩土最高（1.83 g·kg^-1）,紫色土最低（1.40 g·kg^-1）;在不同耕作制度中,水旱轮作用地最高（1.65 g·kg^-1）,旱作用地最低（1.50 g·kg^-1）;在不同地形中,陡坡地最低（0.97 g·kg^-1）,平地（1.53 g·kg^-1）与缓坡地（1.54 g·kg^-1）较高;OC_Fe-Al与土壤Fe、Al及TOC含量呈显著正相关（P<0.01）,与土壤pH呈显著负相关（P<0.01）。总体而言,活性铁铝矿物固碳是土壤固碳的重要机制且对底层土壤碳库的贡献率更大;而土壤类型、耕作制度、土壤pH等均会影响活性铁铝矿物对土壤有机碳的固定。