基于变化向量的耕地利用方式变化下耕地质量评价

耕地利用方式变化下耕地质量的变化研究意义重大。该文以浙江省耕地质量监测试点松阳县为例,以变化向量凸显耕地利用方式变化,探讨基于变化向量的耕地利用方式变化下耕地质量变化的快速评价方法。充分考虑各特征向量之间的联系以及不同意义不同量纲元素间的共同作用问题,选择典型相关分析CCA(canonical correlation analysis)构建变化向量;采用CCA为基础的多元变化检测MAD(multivariate alteration detection)最大限度的消除相关性影响,以方差最大的形式凸显耕地利用方式变化下耕地质量的变化;选择基于高斯混合模型(GMM)的期望最大化算法(EM)快速评价耕地利用方式变化下耕地质量的变化情况。重点分析基于快速评价的耕地利用方式变化下耕地质量变化区域的空间分布及其和传统因素法的对比分析。结果表明:基于变化向量法得到的耕地质量变化结果与传统的因素法在监测耕地质量水平不变的吻合度在80%~100%以上,耕地质量水平提高的吻合度在16.6%~50%,耕地质量水平下降的吻合度在66.7%~100%。提出的基于变化向量法的耕地质量变化评价模型能对耕地利用方式变化下耕地的质量变化做出正确的评价,评价方法科学、合理、易操作推广,为合理优化配置耕地利用方式提供定量数据支撑。     

基于农用地分等和土壤环境质量评价的耕地综合质量评价

该文从耕地生态管护的角度出发,探讨了如何实现土壤环境质量评价与农用地分等成果的融合。基于土壤环境质量评价和农用地分等的理论和方法,该文提出了耕地综合质量评估技术,即在农用地分等所建立的等级体系基础上,引入土壤环境质量评价系数概念,进一步利用该系数对农用地利用等指数进行修订,得到耕地综合评价指数,并以河南省洛阳市为例作了实证研究。根据洛阳市耕地质量综合评价结果,与原农用地利用等别相比,无污染的耕地综合等别保持不变,有污染倾向的耕地综合等别有所下降,存在污染的耕地等别降为末等。这些评价结果可以为土地利用管理、环境污染防治规划将提供更有效的依据。     

近30年中国主要耕地后备资源的时空变化

为了增强对中国耕地后备资源变化的理解,以便更好的利用和管理中国有限的土地资源,提高生态保育水平,确保区域生态安全,文中采用LandsatTM、CBERS、HJ1、"北京一号"等遥感影像数据(包括1980s末、1995年、2000年、2005年、2008年和2010年共6期)分析未利用土地的时空演变,运用土地利用动态度模型、分布密度模型、未利用土地变化强度指数模型、重心模型和转移矩阵等数学方法分析未利用土地的时空演变格局。基于这些数学模型的计算结果,揭示出中国未利用土地近30a来的演变特征:1)中国未利用土地总量持续减少,共净减少了11545.14km2,且在除了1995-2000年的其余4个监测时段均为净减少,但减少量趋缓。2)中国未利用土地的动态度总体表现为先增大后减小,在2005-2008年达到峰值0.06%后逐渐减小。3)中国未利用土地变化也表现出明显的空间异质性,净减少最多的省份是黑龙江省,共净减少了4469.08km2,其次为新疆维吾尔自治区净减少了3725.93km2;净增加最多的是内蒙古地区,共净增加了2942.44km2。同时未利用土地变化强度指数也呈差异性分布,黑龙江省和山东省总体处于高度减少区,甘肃、宁夏和吉林省总体处于中度减少区,内蒙古地区总体处于中度增加区。4)未利用土地与耕地、草地、水域间的相互转化较为剧烈。未利用土地减少去向主要以草地生态恢复、耕地开垦、水域面积扩展等占用为主,同时伴随着因草地退化、耕地撂荒退化和水域干枯水面缩减后成为未利用土地的状况。5)作为中国主要的耕地后备资源,从20世纪80年代末至2010年,未利用土地开垦为耕地的重心已经由东北的黑龙江省向西北的新疆维吾尔自治区、甘肃省和山东省的黄河三角洲地区转移。近30a来中国的未利用土地格局发生了如此剧烈的变化,有的变化有助于改善区域生态环境,而有的变化确加剧了当地脆弱的生态环境,因此对于未利用土地的开发和利用,应该因地制宜,实行先评价再利用和保护的策略。     

基于潜力指数组合的耕地质量等级监测布点方法

耕地的数量、质量问题关系中国的粮食安全和社会的长治久安,耕地质量等级监测工作是贯彻落实耕地保护政策的一项重要举措。该文依托耕地质量等级监测试点项目,以北京市大兴区为例,对监测样点的布设方法进行了研究。在划分监测控制区的基础上,根据影响耕地质量的主要土壤特征,建立"自然等别-主导因素"理论模型,并用所建模型对控制区进行细分,在此基础上进行监测样点的布设。分析得出,大兴区耕地质量等级监测共划分6个监测控制区,39个自然等提等潜力指数组合类型;通过对39个自然等提等潜力指数的组合,得到8种"自然等别-主导因素"类型,在此基础上布设监测样点58个。研究成果显著提高了监测样点的精度,保证了监测样点的代表性和耕地质量监测信息的完整性。     

考虑耕地质量差异影响的江苏省耕地集约利用评价

为了耕地集约利用评价在不同区域间具有可比性,该研究首先阐释了耕地集约利用评价的可比性问题,然后利用耕地可实现产能利用强度指标消除耕地质量差异对粮食产出的影响,分析江苏省不同地区耕地可实现生产能力的发挥程度,在此基础上评价了江苏省的耕地集约利用水平。研究结果表明：耕地质量较优的苏南地区耕地可实现产能利用强度普遍较低,苏中、苏北部分耕地质量较差地区较高;江苏省耕地集约利用水平一般,苏中地区耕地集约度高于苏南和苏北,集约度较高的地区主要集中在沿江、环太湖及盐城、徐州的部分地区。耕地集约利用水平较均衡的是南京、常州、淮安等市,差异较大的是无锡、苏州、盐城等市,苏南各地耕地集约利用水平相比苏中、苏北更不均衡。     

半干旱区不同土地利用方式下土壤呼吸特征

采用动态密闭气室红外CO₂分析法测定了盐碱地、撂荒地和苜蓿地三种土地利用方式下的土壤呼吸速率,并结合水热因子,对不同土地利用方式下土壤呼吸速率的差异性以及其和温度、含水量之间的关系进行了分析。结果表明:三种土地利用类型土壤呼吸速率日变化均呈现单峰型曲线,与气温变化趋势一致,一天中气温最高时的土壤呼吸速率均显著高于其他时间;不同土地利用方式土壤呼吸与水热因子均呈正相关,采用线性关系式来分析土壤呼吸速率与土壤水分含量的关系。不同土地利用方式下土壤呼吸速率与近地面气温、不同深度土壤温度的关系可以用指数方程得到较好的拟合（p < 0.05）,撂荒地土壤呼吸的温度敏感性系数Q₁₀值变化较大,从而对土壤温度的响应更为敏感,且不同深度土壤的Q₁₀值存在较大差异,盐碱地和苜蓿地不同土层的Q₁₀值均在2.0左右变化,与全球Q₁₀的平均水平接近。盐碱地、撂荒地和苜蓿地土壤呼吸与土壤温度和湿度的双变量模型关系显著,比相应的单变量模型更好地解释了土壤呼吸变异。     

云南省不同海拔梯度耕地自然质量等特征分析

针对农用地分等规程中未将海拔作为分等因素的情况,以云南省为例,探明耕地自然质量等随海拔梯度变化的规律。通过采用传统数理统计分析和统计学空间分析相结合的方法,综合分析耕地自然质量与海拔梯度的相关性。结果表明:自然质量等总体上呈现随海拔升高而降低的趋势,但海拔梯度在1 500～2 000 m和3 500 m以上的区域内有轻微的回升。因此,海拔层面的垂直分布直接影响到区域耕地结构,准确反映不同海拔区域耕地资源配置状况,对合理利用和保护耕地资源,挖掘资源潜力,提高农业资源利用效率,促进经济社会的可持续发展有着重要的现实意义。     

基于地貌分区的河北省近10年耕地时空变化分析

地貌可以制约地表水分和热量的分配,对耕地质量具有决定性的意义。该研究基于土地利用现状、地貌区划和降水等数据,利用空间分析、单一地类流向分析等方法,分3个时段从地貌分区的角度研究了河北省2009－2018年耕地时空变化情况。结果表明：1）近10年耕地面积基本保持稳定。耕地共减少2.91万hm2,平均每年减少0.32万hm2;平原和盆地耕地减少,丘陵、山地和高原耕地增加。2）耕地重心向北移动,耕地“上山”现象明显。2009－2012、2012－2015、2015－2018这3个时段内流入耕地较流出耕地平均海拔分别升高了321.89、120.25、102.78 m;流入耕地重心较流出耕地重心向分别向西北、东北、北方向移动了78.19、38.05、18.06 km。3）耕地向降水少、气温低的区域转移。流入耕地平均降水和气温低于流出耕地。降水量小于400 mm的区域耕地面积增加1.57万hm2,降水量大于400 mm的区域耕地面积减少4.48万hm2;平均气温大于8 ℃的区域耕地面积减少5.06万hm2,平均气温低于8 ℃的区域耕地面积增加2.15万hm2。4）流入耕地的主要来源为未利用地,流出耕地的主要去向为建设用地,村庄建设占用是最主要的去向。研究结果可为完善耕地占补平衡政策和耕地后期监管提供决策支撑。     

土地整治项目提升耕地质量可实现潜力测算

耕地质量潜力测算是土地整治项目设计的基础工作,其测算方法有待进一步研究。该文依据农用地分等方法和数据,利用自然等指数、利用等指数,构建可实现潜力测算模型,测算出经土地整治后自然等、利用等别提升的可实现潜力。以中江县土地整治项目进行了实证研究,在利用预评价法对项目区分等因素可改变和消除的幅度进行了可行性分析的基础上,测算了项目区耕地质量可实现潜力。结果表明,整治后项目区自然及利用等指数均可有所提升,分等单元的省自然等、利用等指数提升区间为171.24～605.34、89.30～232.96,国家自然等、利用等指数提升区间为161.10～471.67、62.26～162.09。按照划分等别区间分值转换后,省自然等、省利用等、国家自然等、国家利用等分别平均提升0.66等、0.63等、0.84等、0.62等。该研究方法符合当地土地整治实际情况,提高了耕地质量潜力测算的应用性,可为土地整治项目设计编制和耕地质量建设提供参考。     

陆良县不同海拔耕地自然质量等变化特征分析

针对云南省第一轮《农用地分等规程》中未将海拔作为分等因素的情况且缺少县域尺度海拔对耕地自然质量等影响的变化特征研究,以陆良县为研究区域,采用GIS空间分析和数理统计分析相结合的方法,探明不同海拔对耕地自然质量等影响的变化特征。结果表明:(1)总体上,陆良县水田、水浇地、旱地自然质量等均与海拔变化呈现线性相关关系,随海拔的升高而呈现降低趋势。(2)海拔低于2 000m区域三者平均自然质量等均相对较高,为9.3~10.9等;海拔高于2 000m区域三者平均自然质量等均相对较低,为10.0~11.8等。因此,县域尺度海拔对耕地自然质量等影响的变化特征规律明显,研究成果可为完善农用地分等理论研究工作提供参考。     

北京山区耕地质量变化及未来趋势模拟

准确把握区域耕地质量现状、空间分布以及未来变化,对实现耕地保护由数量平衡与管理向数量-质量综合平衡与管理具有重要意义。应用GIS空间分析与模拟技术,在对北京山区耕地质量进行定量评价的基础上,对山区不同地域层次上的耕地质量变化及未来趋势进行了分析。研究结果发现,1993－2004年北京山区以及各地貌类型区域耕地质量处于总体提高态势,耕地质量的提高主要是耕地布局优化的结果。2004－2015年,北京山区耕地总体质量将继续提高,但总体幅度有所减小;同时,不同区域耕地质量变化出现分异,山区和半山区耕地质量仍然不断     

中国耕地健康产能综合评价与试点评估研究

评价中国耕地健康产能状况,分析危及耕地健康的区域性关键问题,对探索可持续的耕地利用路径,维护国家粮食安全与生态安全具有重要意义。耕地健康产能是耕地自然系统与利用系统综合作用的结果,直接计算耕地健康产能状况是复杂困难的。因此,该文尝试采用一种简化的方法评价耕地健康产能,即分别评价耕地健康与耕地产能状况,并通过耦合耕地健康与产能,分析耕地利用合理程度与生产能力之间的相互作用特征。其中耕地健康状况强调从不同方面评价人对耕地利用的适宜程度并体现区域耕地不合理利用的主导因素。该文以全国范围65个县(市)作为研究对象,应用地形特征、土壤性状、耕作条件、环境状况和生物特性5类指标整合影响耕地健康的关键因子并评价耕地健康状况,在此基础上,通过分析指标标准差收敛特征与评价因子的评分规则定义各指标的临界健康与亚健康阈值,将试点县划分为健康、亚健康与不健康3类,进而分析不同健康状况的分布特征。同时,综合区域气候条件、耕地自然条件与耕作技术水平评价耕地产能水平,并分析区域耕地健康-耕地产能作用特征。结果表明,试点县耕地亚健康及不健康类型表现出显著区域性特征,不同试点县限制耕地健康的关键要素存在差异;一方面,耕作条件的亚健康状况普遍(数量占比约40%),表现为耕地破碎化严重以及农田基础设施不完善,也反映出高标准农田建设的迫切需求;另一方面,生物特性形式严峻,表明在气候条件-土壤结构-耕作技术等因素相互作用下耕地保障动物健康生长的能力正面临退化。此外,通过耕地健康与耕地产能耦合分析,该文将试点县耕地健康产能特征划分为"健康-高产能"、"健康-低产能"、"亚健康-高产能"、"亚健康-低产能"、"不健康-高产能"、"不健康-低产能"6类,并分析不同类型区域耕地保护的重点方向,其中"不健康/亚健康-高产能"区域分布广泛,是中国实施藏粮于地、藏粮于技战略的关键地带,应兼顾耕地健康与耕地产能,加强提升耕地健康状况的方法研究与实践。该项研究为耕地健康产能提升提供科学依据,为不同区域耕地资源保护路径设计提供有效支撑。     

基于农用地分等修正的土地整治项目耕地质量评价

提高耕地质量是土地整治的核心任务之一。在现有国土资源调查评价成果的基础上,快速有效地在项目尺度上对整治后的耕地质量进行评价,是当前土地整治研究与实践的迫切要求。该文从分析土地整治项目对耕地质量的影响入手,甄别敏感因素及稳定因素,在农用地分等基础上,补充自然质量和生产条件修正因素,建立相应的评价体系,并以海南省陵水县典型土地整治项目进行实证分析。研究结果表明:修正后的项目区综合自然等别由4.7提升至4.2,综合利用等别由4-3提升至3.2,修正后利用等指数与基准作物实际产量的相关系数为O.86,高于修正前的O.82,说明所构建的评价体系能有效反映土地整治项目对耕地质量的影响,分析结果满足实践中耕地质量的变化评价的需要。该研究可为项目尺度土地整治耕地质量评价提供参考和借鉴。     

1985－2010年西藏粮食产量对气候和耕地变化的响应

西藏宜耕土地面积少,粮食产量低而不稳定,且对气候变化敏感,已成为影响社会经济发展的重要因素。为进一步揭示粮食产量的变化及其影响因素,该研究利用1985－2010年西藏粮食产量、38个气象站资料和4期遥感数据,采用Thornth waite模型和指数曲线法计算作物气候生产潜力、分离作物趋势产量和气候产量,采用气候倾向率和累积距平法分析气候变化趋势,通过人工目视解译和土地变化率分析耕地的变化,运用灰色关联分析方法探讨粮食产量与气候变化和耕地面积变化的关系。结果表明：1）1985－2010年,西藏粮食总产量、气候生产潜力和单位面积粮食产量分别为77.83×107 kg、7419.58 kg/(hm2·a)、1948.93 kg/hm2,均呈波动上升趋势,粮食生产潜力实现率平均为25.86%,且呈逐渐上升趋势,粮食产量正在向气候生产潜力靠近且仍有较大的提升空间;2）气候产量占粮食单产的比值在-10.74%～8.03%波动,变化幅度呈减小趋势,粮食生产受气候的影响程度不断下降;3）西藏≥0℃积温、生长季平均气温、降水量分别为2 224.53 ℃ 、11.41 ℃、387.48 mm,均表现为增加趋势,生长季日照时数平均为1095.45 h,呈减少趋势,各气候要素变化的转折年份出现在1994年;4）西藏粮食总产量、粮食单产、气候产量与耕地面积、≥0℃积温和生长季降水量的关联度均介于0.633～1.321之间,与生长季平均气温、日照时数的关联度介于0.595～0.641之间。耕地面积、≥0℃积温和生长季降水量是影响粮食产量的最主要因素。该研究可为识别粮食产量及其影响因素的变化规律,进一步提高粮食产量,保障西藏社会经济可持续发展提供参考。     

万柏林区城乡结合部的耕地变化定量分析

应用GIS技术与统计方法对1990～2001年太原市万柏林区城乡结合部的耕地变化进行了定量分析。结果表明：11年间全区耕地转为他用的面积占所有土地转用总和的52.04%。在8类土地利用类型中，耕地转用量最大，面积为766.38 hm²；耕地动态度最高，为2.14%。城区外土地区位优势与建设用地比较利益较大，导致区域内耕地分布重心向城市中心外更远的方向移动，11年共移动了0.95 km；8类土地利用类型中，耕地相对变化率在位于城乡结合部核心区的小井峪乡最高，达2.98。补充耕地时成片开发后备土地使耕地大图斑增多，近城区的零星耕地因建设占用使耕地小图斑减少，致使全区耕地破碎度由0.264减少到0.258，耕地分离度则由0.65上升到0.68，耕地重要度由53.23%下降到44.86%。     

1962-2010年玛纳斯流域耕地景观的时空变化分析

为分析近几十年来玛纳斯流域水资源开发密集开发条件下耕地景观的时空变化,采用1962年、1977年、1989年、2000年和2010年5期遥感影像进行土地利用制图,并针对耕地信息,分别从时间变化过程、类型转化关系、空间格局等方面分析了近50 a来面积变化的时空特征,从气候变化与灌区建设的角度探讨了水资源空间配置与耕地扩张的关系。结果表明:1)近50 a来耕地和建设用地面积持续增加,未利用地、湿地和冰川雪地持续减少,草地在前20年增加、后30年减少;土地利用的变化程度总体上由剧烈逐渐趋于缓和;2)整体上耕地的变化由双向转化期逐渐过渡到单向转入期,草地和未利用地为各期主要转入类型,建设用地和草地为主要转出类型,各期的转入面积远大于转出面积,耕地总面积持续、快速增长。3)耕地扩张的重心由城市周边转向荒漠地区、由上游地区逐渐转移到下游,先后在昌吉、呼图壁、沙湾县、主要河流两岸及北部荒漠地区扩张,耕地景观也由杂乱破碎转的斑块转为成片连续的耕地带,耕地在景观中的优势进一步加强。4)耕地面积的扩张与降水和河川径流量的增加有关,耕地的扩张速度与方向与水库的空间分布及建成时间有明显的相关性,水库及灌渠建成的后一个时段往往会伴随一轮耕地的快速扩张。流域内水资源开发的潜力不足,已不能满足耕地的大规模扩张。适当控制耕地规模、优化用水结构、提高水资源利用效率,是集约化农业发展、生态环境保护的关键。     

基于耕地质量评价的鄱阳湖区耕地整理规划

区域耕地质量评价是耕地整理的基础工作,为耕地整理专项规划、耕地整理项目设计提供了科学依据。从耕地整理的基本要求出发,选取耕地自然条件和耕地利用条件2个基本因素,土层厚度、土壤质地、土壤有机质、土壤侵蚀、地形坡度、排灌状况、田间道路状况、田块规整度等8个影响因子,建立耕地质量评价指标体系。采用多因素综合评判法将环鄱阳湖区12县(市)的耕地分成4个等级,分析其空间分异特征,并结合各区域耕地质量主要限制因子,提出可行性耕地整理措施,为区域耕地整理宏观控制提供了一种新思路。