中国耕地景观细碎度时空变化特征及其影响因素

耕地细碎化是中国耕地利用效率提高和农业现代化转型的关键制约因素。2014年以来中央政府试图通过鼓励土地经营权流转以实现耕地细碎度降低和适度规模经营耕地的目标。然而，少有研究开展中国全域尺度的耕地细碎化趋势分析，土地经营权流转政策的相关实施效果也尚不明晰。该研究基于长时序土地利用数据，辅以景观格局指数、趋势分析和动态面板模型等方法，对1990-2020年中国耕地景观细碎度的时空变化特征进行了识别，并剖析了土地流转政策实施对耕地景观细碎化的影响。结果表明，1）中国耕地景观细碎度大致呈"平原、盆地低、山地、高原高"的分布格局，东北平原、黄淮海平原、长江中下游平原以及四川盆地、准噶尔和塔里木盆地等地区耕地景观细碎度低，而二三级地势阶梯过渡地带以及黄土高原、云贵高原和东南丘陵等地区耕地景观相对细碎；2）1990-2020年中国耕地景观细碎度大致呈"持续细碎化-细碎化改善-波动细碎化"变化特征，其中2004-2013年耕地景观整体呈细碎化趋势，超过70%的县域耕地斑块密度（Patch Density，PD）/形状指数（Landscape Shape Index，LSI）显著增加、聚集度指数（Aggregation Index，AI）显著减小，集中分布在黄淮海平原、长江中下游平原、四川盆地以及两广地区，但2014-2020年70%的省份耕地景观细碎度有所改善，以两广地区表现最为典型；3）土地流转政策显著降低了耕地景观细碎度，此外，区域土地利用变化、非粮化耕地利用、坡度以及灌溉条件等因素也是影响中国耕地景观细碎度变化的重要因素。该研究从全域尺度剖析了中国耕地景观细碎度的时空变化特征并揭示土地流转政策等因素对其的影响，研究结果可为区域耕地景观细碎度变化以及不同土地利用/生态系统类型变化分析提供新思路。     

流域尺度农业“水-土-经济”要素耦合机制与行为调控系统效应模拟

农业系统的“水-土-经济”要素是刻画人类活动与生态-水文过程互馈效应耦合的关键界面之一。本研究以局部均衡理论为依据，基于栅格尺度的水、土、作物的空间分布数据与行政区尺度的粮食生产、消费与贸易数据嵌套，构建了行政区-栅格跨尺度的农业部门局部均衡分析“水-土-经济”要素耦合模型（Water-Land-Economic nexus Model，WLEM）。研究以黑河流域“粮改饲”补贴政策为例，模拟种植与加工环节的农机设备补贴下水土资源消耗强度与空间布局的变化，刻画农业“水-土-经济”要素的耦合机制与政策干预下行为调控的资源消耗及经济产出的系统效应。模拟发现，对种植环节的大型农机补贴增加了非水土自然要素的投入，降低了生产成本，有助于增加青贮玉米种植面积。而对加工环节进行农机补贴，可通过提高青贮技术直接影响青贮玉米作为饲料的投入，与种植环节补贴相比，其对青贮玉米产量的拉动作用较大。种植与加工环节叠加补贴在鼓励青贮玉米生产的同时，一定程度减少了籽粒玉米种植面积，符合“粮改饲”政策目标。结果表明，在政策补贴过程中需重视加工环节的农业机械设备补贴，并完善种植补贴和加工补贴两种政策的优势互补机制。从生产和加工两个环节补贴的空间效益来看，青贮玉米与籽粒玉米在畜牧业投入上的竞争关系使作物种植过程中水土资源要素投入呈现出空间异质性特征，这与栅格尺度上水土资源要素作为农产品成本的占比以及要素供给和替代弹性差异直接相关。该研究为制定合理的水土资源配置方案与农业发展政策，实现流域水-生态-经济协同发展提供了科学依据。     

提高小麦光能利用效率机理的研究进展

农作物产量依赖于生物量和收获指数，过去作物产量的增加主要得益于收获指数的增加而生物量增加很小，进一步提升作物产量在很大程度上依赖于生物量的提高，而光能利用效率是提高作物生物量的瓶颈。小麦（Triticum aestivum L.）是一种在全世界广泛种植的谷类作物，可为全世界人口提供约20.0%的能量，阐明小麦光能利用效率变化的内在机理与外在因素，对提高作物资源利用效率和生产力有重要意义。本文对光能利用效率的定义、主要过程、小麦的光能利用特性和内外影响因素进行综述，表明提高光能利用效率具有较大的潜力；论述了外部因素，即光、水分、养分和耕作制度等对小麦光能利用效率的影响，主要表现为在单株尺度上主要由光合作用等内部因素控制，而在田间尺度则由温度、降水、耕作栽培方式等非生物因素控制。进一步分析了目前存在的问题以及在气候变化背景下小麦的适应机制，旨在为提升小麦光能利用效率提供理论依据。未来光能利用效率的研究可利用高通量表型观测技术，与分子标记结合，设计在目标环境下的具有高光能利用效率的理想株型，为培育高产高效小麦品种提供科学依据。