中国北方沙漠化土地时空演变分析

对2000年中国北方256×10⁴ km²区域内沙漠化土地的遥感监测结果表明:沙漠化土地总面积现已达到38.57×10⁴ km²,其中轻度和潜在沙漠化土地13.93×10⁴ km²,占沙漠化土地面积的36.1%;中度沙漠化土地9.977×10⁴ km²,占25.9%;重度沙漠化土地7.909×10⁴ km²,占20.5%;严重沙漠化土地面积6.756×10⁴ km²,占17.5%。与20世纪50年代后期到70年代中期和80年代后期的沙漠化土地发展状况相比,目前我国沙漠化土地演变趋势具以下特征:(1)沙漠化土地仍在蔓延,面积已由1987年的33.895×10⁴ km²增加到了2000年的38.569×10⁴ km²,13a中净增4.674×10⁴ km²;(2)沙漠化土地继续呈加速发展的趋势,年平均发展速率从20世纪50年代后期到70年代中期的1560 km²、70年代中期到80年代后期的2100 km²发展到90年代的3600 km²;(3)部分旱农区以及农牧交错地区沙漠化土地出现明显逆转,但荒漠草原地区沙漠化土地面积继续扩大,并且程度有所加剧。     

2010-2015年中国土地利用变化的时空格局与新特征

土地利用/覆被变化是人类活动对地球表层及全球变化影响研究的重要内容。本文基于Landsat 8 OLI、GF-2等遥感图像和人机交互解译方法,获取的土地利用数据实现了中国2010-2015年土地利用变化遥感动态监测。应用土地利用动态度、年变化率等指标,从全国和分区角度揭示了2010-2015年中国土地利用变化的时空特征。结果表明：2010-2015年中国建设用地面积共增加24.6×10³ km²,耕地面积共减少4.9×10³ km²,林草用地面积共减少16.4×10³ km²。2010-2015年与2000-2010年相比,中国土地利用变化的区域空间格局基本一致,但分区变化呈现新的特征。东部建设用地持续扩张和耕地面积减少,变化速率有所下降;中部建设用地扩张和耕地面积减少速度增加;西部建设用地扩张明显加速,耕地面积增速进一步加快,林草面积减少速率增加;东北地区建设用地扩展持续缓慢,耕地面积稳中有升,水旱田转换突出,林草面积略有下降。从“十二五”期间国家实施的主体功能区布局来看,东部地区的土地利用变化特征与优化和重点开发区的国土空间格局管控要求基本吻合;中部和西部地区则面临对重点生态功能区和农产品主产区相关土地利用类型实现有效保护的严峻挑战,必须进一步加大对国土空间开发格局的有效管控。     

1950—2020年东北地区林地时空变化特征分析

基于地形图、土地利用现状图提取并分析1950—2020年东北地区林地时空变化格局。结果表明：① 地形图中记载的林地信息能有效反映20世纪中期东北地区林地基本特征;研究期内林地呈先增后减态势,增幅达10.04×10⁴ km²,同期覆盖率从34.67%增至44.97%;市域林地均呈增加态势,净增幅前5的市域均超5 000 km²。② 研究期内林地不变、增加和减少区面积分别为28.36×10⁴ km²、15.49×10⁴ km²和5.45×10⁴ km²;林地不变区沿长白山、大小兴安岭呈倒U字形分布,占2020年林地面积的64.68%;林地增加区集中于辽河平原、长白山西侧、三江平原东侧、大兴安岭东西两侧;林地减少区零星分散、未呈明显集聚。③ 林地减少的流向表明,农业拓垦是东北地区林地减少的主因,侵占林地规模占林地减少量的88.18%,转化为耕地的区域主要分布在平原与山脉结合处及河谷地带;河流水体与城乡建设占用的林地基本相当,约占林地减少量的2.00%,城乡建设未对林地造成较大损坏。④ 研究期立地条件有大幅改善,林地距城镇平均距离缩减2.26 km,半数新增林地位于城镇10 km范围内;林地平均高程下降41.44 m,超半数新增林地位于高程300 m以内,林地向城镇延伸和“下山进平原”现象明显。     

基于水热平衡原理的塔里木河下游绿洲适宜规模分析

结合近40 a水文气象资料,基于水热平衡原理,构建模型,分析和讨论了20世纪70、80、90年代以及2000年以来塔里木河下游绿洲适宜规模与耕地面积,并结合相应不同时期的遥感影像,对各时期实际绿洲规模进行了比较。结果表明：近40 a来,塔里木河下游绿洲适宜规模和耕地规模趋于收缩,但2000年以后有所扩大;20世纪80年代的绿洲耕地面积与计算得出的适宜耕地规模基本平衡,之后严重超出绿洲承载能力,2009年超出幅度达1.22×10⁴ hm²;耕地面积过大已导致塔里木河下游绿洲进入了不稳定状态,当前应采取措施适度缩小绿洲规模,并及时有效地控制耕地面积。     

1990-2015年中国工矿用地扩张及其对粮食安全的潜在影响

中国城市化和工业化进程所带来的粮食安全问题一直是政府和学术界关注的焦点。中国近25年来快速的城市化与工业化导致耕地资源减少和环境污染加剧,对国家粮食安全和农业可持续发展产生一定影响。本文基于中国土地利用/覆盖变化最新解译结果和中国分县粮食产量数据,重建了中国1 km分辨率的粮食产量空间数据,分析了中国1990-2015年工矿用地扩张及其对粮食产能的影响。结果表明：中国工矿用地面积在1990-2015年间增长了326%,扩张速率从1990-2000年的288 km²/a增加到2000-2010年的1482 km²/a,近5年(2010-2015年)扩张速率最快,达2600 km²/a。过去25年间工矿用地扩张导致耕地面积减少1.7×10⁴ km²,直接导致粮食产能损失约6.49 Mt(10⁶ t),因工矿用地扩张可能会对周边耕地污染等间接影响的粮食产量达83.20 Mt。经评估,国家工矿用地扩张对粮食产能潜在影响总体上是当前粮食总产能的17%。在空间分布特征方面,工矿用地扩张对粮食产能的直接影响呈现由东部沿海地区向西北地区逐渐减小趋势;间接影响在中部和西部地区相对较大。     

新石器时代晚期华北地区耕地重建

全新世以来农业的起源使全球人类活动日益加剧,而新石器时代晚期（在中国大约距今7 ka—5 ka）农业发展正处于从刀耕火种向耒耜翻耕过渡阶段,由此被认为是人类活动改变自然植被的关键时期。中国华北地区丰富的考古遗迹记录了该时期人类活动的状况。基于已发现和挖掘的考古资料,运用考古学关联建模方法推算出新石器时代晚期华北地区各聚落遗址的人口规模与耕地面积,并在此基础上重建了耕地空间分布格局。结果显示：① 新石器时代晚期华北地区的人口规模至少为50.61×10 ⁴人。其中,河南地区人口最多,约为30.46×10 ⁴人,山东地区约13.72×10 ⁴人,河北地区约6.43×10 ⁴人。② 耕地面积至少约102.22×10 ⁴ hm2,约是现代耕地的4.6%,整个华北地区垦殖率达到1.99%。河南地区耕地面积最大,约为61.52×10 ⁴ hm2,垦殖率达3.68%;山东地区次之,约为27.72×10 ⁴ hm2,垦殖率为1.75%;河北地区最少,约为12.98×10 ⁴ hm2,垦殖率为0.69%。③ 遗址周围3 km范围内是个体聚落耕地的主要分布区,约占总耕地面积的83.43%。④ 在地形分布上,63.36%的耕地分布在低海拔的平原和台地,仅2.43%分布在海拔1000 m以上的地区。就耕地分布的坡度而言,81.55%的耕地分布在坡度小于2°的地区;16.61%的耕地介于2°~6°的缓坡地区;6°~15°的坡地地区仅占耕地的1.84%。     

中美巴印过去300年耕地时空变化的比较研究

本文利用长时间序列数据,对中、美、巴、印四国过去300 年耕地时空变化特征及驱动因素进行了比较分析。结果表明:①四国耕地总量在过去300 年均呈持续增长态势。中国和印度土地垦殖历史悠久,其中,中国在1700-1980s 耕地面积增加了68.21×10⁴ km²,印度在1700-2000 年增加了131.28×10⁴ km²,为中国的1.92 倍;美国和巴西虽然农业起步较晚,但发展迅猛,其中,美国在1700-1950 年的250 年间耕地面积增长了190.87×10⁴ km²,分别是中国、印度增量的2.80 倍和1.46 倍;巴西在1700-2000 年增加了64.57×10⁴ km²,其中近百年的增量为62.82×10⁴ km²,超过了同期其他三国的增加量。②从空间格局变化特征看,近300 年来,中国和印度均是在已有耕地分布格局的基础上向高原及山地丘陵地区扩展;而美国在“西进运动”的影响下,耕地大规模向中西部拓殖;巴西随着向北西部开发的推进,北部、西部地区的耕地急剧增加。③过去300 年推动四国土地垦殖发展最直接的驱动因素是国家政策,但就根本驱动因素而言,中国和印度是人口,而美国和巴西则是国家财政;在农技发展取向方面,中国和印度选择了精耕细作以提高土地生产率;而美国和巴西则选择了机械化以提高劳动生产率。     

近年来的黄土高原耕地时空变化与口粮安全耕地数量分析

基于遥感调查数据集定量分析了1990—2015年中国黄土高原地区耕地的时空变化特征和口粮绝对安全最小耕地保障面积的数量变化。结果表明：黄土高原耕地面积从1990年的192 529.65 km²至2015年的182 688.50 km²，净减少了9 841.14 km²，幅度达5.11%，其中2000—2010年的减幅最大，净减少8 483.00 km²；较大的耕地动态变化图斑主要分布于中部和西部区域，细碎的变化图斑广泛分布；耕地地类转出面积（31 875.82 km²）大于转入面积（21 815.25 km²），耕地面积的增加主要由草地和林地转化而来，主要分布在灌溉农业区和东南部平原区，减少的耕地主要转化为草地和林地，主要分布在中部沟壑区的雨养农业区。此外，该时期耕地转化为建筑用地和交通用地等人工表面的面积逐渐增加，主要分布在东南部低海拔平原地区；黄土高原口粮绝对安全所需最小耕地保障面积呈明显减少特征（从1990年的70 913.37 km²下降到2015年的33 981.64 km²），占该区耕地总面积比例呈明显缩减态势（从1990年的36.83%缩减到2015年的18.60%），目前耕地总量的净减少未对口粮绝对安全的耕地保障数量造成大的影响。     

1961—2015年中国降水面积变化特征研究

基于中国0.5°×0.5°逐月与逐日降水量网格数据集，采用线性趋势、克里金插值（Kriging）、森斜率等方法，分析1961—2015年中国3个自然区的降水量和降水面积的变化特征。结果表明：（1） 中国1961—2015年年均和季节平均降水量呈现由东南沿海向西北内陆递减的空间分布特征，中国一半以上的地区年均和四季降水量呈增加趋势。（2） 日变化特征上，东部季风区、西北干旱区和青藏高寒区均以小雨和中雨为主，其日降水面积多年平均值分别为：1 112.75×10³ km²、52.65×10³ km²，1 380.57×10³ km²、92.83×10³ km²，1 253.9×10³ km²、34.3×10³ km²，暴雨和大暴雨占的面积较小；三个区域不同等级日降水面积年内变化均符合二次函数曲线，三个区小雨日平均降水面积年际变化均呈略微减少趋势，青藏高寒区和西北干旱区大雨、暴雨和大暴雨均呈略微增加趋势，大暴雨整体波动较大。（3） 季节变化特征上，三个区四季均以小雨为主，暴雨和大暴雨所占面积较少。春季和秋季三个区小雨降水面积均呈减少趋势，春季和夏季三个区暴雨降水面积均呈增加趋势，冬季三个区中雨和大雨降水面积呈增加趋势。（4） 东部季风区春季和秋季，西北干旱区年均和四季，青藏高寒区春季、秋季和冬季不同等级降水量对应的降水面积均符合负指数分布规律。km²     

四川省耕地地力生产潜力及承载力研究

四川省的耕地地力以土壤质量系数衡量,多数在0.70以下。其中在0.70以上的一、二、三等耕地面积为278.17万hm²,占全省耕地面积(第二次土壤普查面积)的42.5%。而四等及其以下的中低产田土占过半数。四川省耕地粮食作物生产潜力,按第二次土壤普查耕地面积计算为10 715.986×10⁷ kg。按现有耕地面积(2001年)计算为6 981.757×10⁷ kg。按耕地最大生产潜力,在2040年后,四川省的粮食产量与人口需求间将出现亏缺,分别以线性模型和指数模型预测,预计分别缺口粮食523.702×10⁷ kg和168.442×10⁷ kg,那时四川将超载人口386.34万人至1 201.20万人。按耕地现实粮食生产力(单产)计算的四川省耕地承载力,从2000年后,出现粮食缺口和人口超载。预计未来50年,粮食亏缺将在887.425×10⁷ kg至2 982.280×10⁷ kg,人口超载达到2 035.4万人至6 840.1万人。表明四川省的耕地超载、粮食危机将不可避免,形势是严峻的。     

基于GIS和元胞自动机的玛纳斯河流域典型绿洲景观格局优化

近几十年来,玛纳斯河流域以耕地面积过度扩张、山区林地与草地退化为代表的一系列不可持续的发展方式已对区域生态安全和土地可持续利用构成了威胁。通过利用遥感影像与GIS方法,以沙湾县和农八师垦区为研究区,定量评价了区域土地利用的空间适宜性,并将其与国家退耕还林还草政策作为主要约束条件,建立元胞自动机模型对研究区景观格局进行了空间优化。结果表明：（1）1976-2012年,研究区耕地面积显著扩张,增加的耕地主要由未利用地、草地和林地转换而来;林地面积净减少幅度达65.90%,转出林地中有58.33%转换为耕地;草地净面积在研究时段内虽略有增加,但仍有6.352×10⁴ hm²的草地转换为耕地,占草地转出总面积的66.03%;（2）耕地、林地和草地适宜性等级处于I级（很适宜）和Ⅱ级（适宜）的面积分别占研究区总面积的79.74%、70.23%和59.82%;（3）优化后,区域内耕地、林地和草地三者的比例由原来的6.04∶0.39∶3.57调整为4.03∶0.99∶4.98。优化结果在一定程度上减缓了耕地的扩张,提高了林地、草地所占比例,有利于该区域绿洲生态系统的稳定性和社会经济可持续发展。     

2003—2017年植被变化对全球陆面蒸散发的影响

蒸散发是陆面水循环的关键环节和过程,是研究水循环对人类活动和气候变化响应的关键要素。过去十几年,全球下垫面的植被变化剧烈,但如何影响全球陆面蒸散发仍未得到清晰的揭示。本文采用500 m分辨率MODIS数据驱动PML-V2模型,定量解析了2003—2017年植被变化对全球陆面蒸散发的影响。结果显示：在全球尺度上,植被变绿使得全球蒸散发呈现显著的增加趋势,使陆地水循环加快;区域尺度上,植被变化对蒸散发的影响则存在明显的地带性和非地带性特征,如在北美洲中北部、欧洲、中国东部、非洲南部和澳大利亚东北部等地区,蒸散发总量的增加主要是由植被蒸腾增加而引起的。分析不同植被功能类型区的贡献显示,下垫面变化对灌木和耕地影响尤为明显,并在2012年以后呈现增强趋势;这2个植被类型区的全球年总蒸散发累积增加量为0.41×10³ km³ a^-1,约为黄河流域多年平均径流量的8倍。该研究结果有助于进一步加强关于下垫面变化对陆地水循环的影响及其可能带来的局部气候变化的认识。     

巴西土地利用/覆盖变化时空格局及驱动因素

土地利用/覆盖变化(LUCC)是全球变化研究的热点问题之一。本文采用人机交互方法基于2005 年基准年的Landsat TM/ETM遥感影像修正欧空局GlobalCover 2005 年土地利用数据,进而采用逆时相目视解译法从1980年基准年的Landsat MSS/TM遥感影像数据提取1980-2005 年土地利用/覆盖变化信息,分析其变化的时空格局及驱动因素。结果表明:1980-2005年的25年间,巴西土地利用/覆盖变化面积达79.43万km²,占土地总面积的9.33%。其中,单纯耕地像元面积增加了20.18 万km²;耕地/自然植被镶嵌混合像元区面积增加了10.70 万km²;林地面积减少了53.12 万km²;灌丛与草地净增加21.10 万km²;水体面积增加0.46 万km²;城乡建设用地面积增加7573.87 km²。由此导致热带和亚热带湿润阔叶林生态地理区、热带和亚热带干旱阔叶林生态地理区、热带及亚热带草原生态地理区、草原和沼泽湿地生态地理区、沙漠和旱生植物生态地理区以及红树林生态地理区内分别呈现不同的土地利用/覆盖变化特征。近25 年间,地形地貌、气候、植被等自然地理条件深刻影响着土地利用的宏观格局,而土地利用政策调控、经济及对外贸易发展、人口增加及空间迁移、道路修建等是导致巴西土地利用变化的主要原因。     

The basic characteristics and spatial patterns of global cultivated land change since the 1980s

In this paper, we analyzed the spatial patterns of cultivated land change between 1982 and 2011 using global vector-based land use/land cover data. (1) Our analysis showed that the total global cultivated land area increased by 528.768×10⁴ km² with a rate of 7.920×10⁴ km²/a, although this increasing trend was not significant. The global cultivated land increased fastest in the 1980s. Since the 1980s, the cultivated land area in North America, South America and Oceania increased by 170.854×10⁴ km², 107.890×10⁴ km², and 186.492×10⁴ km², respectively. In contrast, that in Asia, Europe and Africa decreased by 23.769×10⁴ km², 4.035×10⁴ km² and 86.76×10⁴ km², respectively. Furthermore, the cultivated land area in North America, South America and Oceania exhibited significant increasing trends of 7.236× 10⁴ km²/a, 2.780×10⁴ km²/a and 3.758×10⁴ km²/a, respectively. On the other hand, that of Asia, Europe and Africa exhibited decreasing trend rates of–5.641×10⁴ km²/a,–0.831×10⁴ km²/a and–0.595×10⁴ km²/a, respectively. Moreover, the decreasing trend in Asia was significant. (2) Since the 1980s, the increase in global cultivated lands was mainly due to converted grasslands and woodlands, which accounted for 53.536% and 26.148% of the total increase, respectively. The increase was found in southern and central Africa, eastern and northern Australia, southeastern South America, central US and Alaska, central Canada, western Russia, northern Finland and northern Mongolia. Among them, Botswana in southern Africa experienced an 80%–90% increase, making it the country with the highest increase worldwide. (3) Since the 1980s, the total area of cultivated lands converted to other types of land was 1071.946×10⁴ km². The reduction was mainly converted to grasslands and woodlands, which accounted for 57.482% and 36.000%, respectively. The reduction occurred mainly in southern Sudan in central Africa, southern and central US, southern Russia, and southern European countries including Bulgaria, Romania, Serbia and Hungary. The greatest reduction occurred in southern Africa with a 60% reduction. (4) The cultivated lands in all the continents analyzed exhibited a trend of expansion to high latitudes. Additionally, most countries displayed an expansion of newly increased cultivated lands and the reduction of the original cultivated lands.     

南方水稻复种指数变化对国家粮食产能的影响及其政策启示

中国南方地区水稻生产的变化对国家粮食安全具有重要影响。本文利用Landsat数据提取1990-2015年南方地区水稻种植制度分布及变化,并分析其对粮食产能的影响。结果表明：① 1990-2015年,水稻复种指数从148.3%下降到129.3%,双季稻改种单季稻（“双改单”）损失的播种面积为253.16万hm²,区域上以长江中下游地区变化最为突出。南方地区水稻种植制度整体呈现由北向南“双退单进”的变化格局;② 1990-2015年,“双改单”导致全国水稻产量减少6.1%,粮食产量减少2.6%。水稻主产区湖南省和江西省以及经济发展较好的浙江省因“双改单”水稻减产幅度较大,均超过13%;③ 充分利用“双改单”稻田的粮食产能相当于新增耕地223.3万hm²,为2001-2015年通过土地整治项目新增耕地总量的54%,是2016-2020年全国新增耕地规划目标的1.7倍,可节省约1674.4亿元新增耕地开垦费用。因此,与其追求低质量的“新”耕地,不如充分利用已有的高质量“旧”耕地,政府应转变耕地占补平衡的考核方式,将因提高复种指数增加的播种面积纳入补充指标。