基于MODIS数据的2001—2018年中国耕地复种指数反演研究

耕地复种指数的持续稳定关乎国家粮食安全战略,实时高效地获取复种指数时空演变的详细过程信息具有重要意义。论文基于2001—2018年500 m分辨率的MODIS09A1影像数据,利用小波谱顶点的快速自动检测方法获取了全国复种指数的时空分布图,并采用Mann-Kendall检验、启发式分割算法等方法开展了全国复种指数变化形式的时空演变规律及驱动机制研究。结果表明：全国耕地复种指数稳中有升,复种指数均值从2001年的1.14上升至2018年的1.30。全国6%的耕地面积复种指数发生显著变化(约13.5万km²),相当于一个安徽省的面积。复种指数增加面积约占变化面积的2/3,复种指数下降面积约占变化面积的1/3。其中,复种指数增加的面积主要来源于黄土高原区、甘新区的休耕转为单季以及黄淮海区单季转双季,且集中在2004—2013年。2013年至今,全国复种指数仍呈增加趋势,黄淮海区单季转双季的面积保持持续增加是重要的影响因素。复种指数下降的面积主要来源于2009—2013年长江中下游平原区的双季转单季。保持黄土高原区、甘新区的耕地有效种植面积以及黄淮区耕地的双季种植面积,适当抑制长江中下游地区耕地复种指数的下降态势,对于稳定耕地复种指数、确保粮食安全具有重要意义。     

过去2000年中国农耕区拓展与垦殖率变化基本特征

通过梳理和集成近年研究成果,综述了过去2000年中国主要农耕区拓展的阶段性及其间全国耕地面积和其中近千年垦殖率变化的主要特征。主要结论有：① 中国主要农耕区第一次大规模拓展出现在西汉,从黄河中下游拓至整个长江以北地区;第二次在唐宋时期,主要是长江以南农耕区域从平原低地拓垦至丘陵山地;第三次在清中叶以后,主要是对东北、西北和西南等边疆地区的拓垦和山地的深度开发。② 过去2000年中国耕地面积呈波动增加趋势,公元初突破5亿亩（1亩≈ 667 m²）,8世纪前期突破6亿亩,11世纪后半叶达近8亿亩,16世纪后期突破10亿亩,19世纪前期突破12亿亩,1953年逾16亿亩,1980年逾20亿亩。③ 中国耕地空间分布的主体格局至11世纪前后就已基本奠定。1080年前后,黄淮海、关中平原等的垦殖率达30%以上,长江三角洲、鄱阳湖平原、两湖平原和四川盆地等达30%左右。1850年前后,华北平原、汾渭盆地和陇东地区、四川盆地、两湖平原、鄱阳湖平原及长三角地区等的垦殖率均超过30%。2000年前后,东北平原、黄淮海地区、汾渭盆地和陇东地区、四川盆地、长江中下游平原等农业区中有2/3以上垦殖率超过50%,辽西丘陵、坝上高原、黄土高原及南方各省的丘陵山地也多达15%以上;西北绿洲农业带及青藏高原河谷农业带的局部地区也达50%以上。     

环渤海地区耕地复种指数时空变化遥感反演及影响因素探测

利用SPOTNDVI数据,对环渤海地区2000、2004、2008年耕地复种指数进行遥感反演。并利用地理探测器方法对影响复种指数动态变化的因素进行定量探测。结果表明:①从南至北,复种指数从平原地区最高280%降至北部山区最低70%,呈现出一定南北递减的纬度地带性。丘陵、高原、山区的复种指数比同一纬度地区偏低40%~60%,表现出一定垂直地带性。②2000~2004年,平原传统农区的复种指数上升,高原、山区、丘陵地区局部出现下降;2004~2008年,下降区域的复种指数反弹上升,平原农区保持平稳。③粮食单产水平是影响复种指数动态变化的主要因素,人均耕地面积、农村劳动力转移程度、农业生产条件、农业现代化水平、区位条件等因素等对其变化起着一定影响。     

我国山地气候研究的几个问题

一.我国山地气候的基本状况 我国山地面积占全国总面积究竟有多少,各人说法不一,因为什么是山地,也还没有定论。从气候学观点看来,凡因地形起伏,使气候产生明显的垂直变化和水平变化的地区,都可以叫做山地。这样,本文所说的山地,包括相对高度各不相同的山体和丘陵、高原,某些山间盆地和峡谷。山地面积共约占全国总面积的三分之二。不仅西半壁的干旱区域和高寒区域大部属于山地,而且东半壁的季风区域,除松辽、黄淮海、长江中下游、珠江三角洲等几大平原之外,都是“七山二水一分田”。可见山地在我国占有何等重要的地位。     

长江流域动物生态分区

长江流域生态环境复杂,动物资源丰富。根据长扛流域生态环境的区域分异及动物类群组合的不同,并按照分区原则,将该流域分为10个动物生态区,即:Ⅰ.长江源头高原动物生态区;Ⅱ.横断山地动物生态区;Ⅲ.秦巴山地动物生态区;Ⅳ.四川盆地动物生态区;Ⅴ.贵州高原动物生态区;Ⅵ.三峡、武陵山地动物生态区;Ⅶ.桐柏山、大别山动物生态区;Ⅷ.长江中下游平原动物生态区;Ⅸ.江南丘陵动物生态区;Ⅹ.南岭山地动物生态区。     

四川盆地农业气候资源的合理开发利用

通过对四川盆地与长江中下游同纬度地区光，热，水等农业气候资源年总量及季节分配规律的对比分析，探讨了四川盆地气候资源优势及合理开发利用的途径。四川盆地热，水条件优于长江中下游地区，全年日照时数减少，但总辐射中散射辐射占５０％－７０％，其中可满足作物的需求。开发冬水田，推广稻田半旱式免耕水旱轮作，扩大双季稻和麦，稻，稻三熟制，建立四川     

1998-2012年中国耕地复种指数时空差异及动因

从国家、区域和省级三个层面上分析了1998-2012年间中国耕地复种指数的变化趋势,并基于Theil指数探讨了中国耕地复种指数的时空差异,利用计量经济学模型从人文视角探讨了耕地复种指数变化的影响因素。结果表明:1在全国尺度上,中国耕地复种指数总体上呈逐年增长的趋势。2在区域尺度上,复种指数最高的为中部地区,最低的为东北地区;而复种指数增长最快的是东北地区,最慢的是中部地区,东部地区呈下降趋势。3中国31个省份复种指数各不相同,且差距大,复种指数增长最快的是新疆、宁夏和云南。4由Theil指数值的大小可知,中国耕地复种指数的差异呈缩小态势,其主要原因为四大区域间的差异。5人口非农化比重对耕地复种指数产生了显著负向作用,产业非农化比重、农业政策、人均经营耕地和农村家庭人均经营纯收入对耕地复种指数产生了显著正向作用。最后,本文认为转移农村剩余劳动力,提高农民的经营性收入水平,促进土地流转,形成土地规模化经营,以及进一步加大对欠发达地区及粮食主产区农业发展的惠农扶持力度,充分发挥国家惠农政策的诱致作用,有利于全面提高中国耕地复种水平。     

中国农田生产力变化的空间格局及地形控制作用

中国政府高度重视粮食安全, 采取一系列措施提高粮食生产并取得了一定的成效, 但是20 世纪90 年代全球农业生产徘徊不前并不仅是一种由特定政策或市场因素导致的短期现象。因此, 认识在长时间尺度上农田生产力变化的特征及其控制因素对保障国家粮食安全、制定农业政策及调节生态系统服务功能具有重要意义, 研究稳定少动但对农田生产力形成有 重要影响的地形因子对农田生产力变化的作用是其中的一项重要内容。生态系统生产力遥感 机理模型能够清晰地表达国家尺度农田生产力的时空格局, 应用1981~2000 年的NOAA/AVHRR 卫星遥感数据驱动GLO-PEM 模型, 以10 年为时间尺度分析20 世纪80 年代 到90 年代农田生产力变化的空间格局特征。研究结果表明, 在10 年的时间尺度上, 地形特征控制着农田生产力变化空间格局分异规律, 农田生产力降低的几率随地形起伏度增大而增加, 山区耕地发生生产力下降的可能性比平原耕地高10%~30%。在研究时期内尽管中国农田生产力总量增加, 但仍有24%的农田发生农田生产力下降, 其中71%在丘陵山地, 尤其是地形起伏破碎的黄土高原及云贵高原地区。     

近30年中国水稻种植区域与产量时空变化分析

通过综合80年代初以来的农作物面积与产量统计、耕地分布、农业灌溉分布以及作物生长适宜性分布等多源数据,利用基于交叉信息熵原理的作物空间分配模型(Spatial Production Allocation Model,SPAM),获得了我国10km像元尺度的水稻分布信息。在此基础上,重点分析了80年代初以来水稻种植面积与产量的时空变化特征。总体来看,在全国水稻种植区域内发生变化的地区中有超过50%的地区水稻种植面积出现缩减态势,但仍有近70%的地区水稻产量在增加。空间变化来看,种植面积缩减主要发生在东南沿海的广东、福建和浙江等省,而增加主要出现在东北地区的吉林和黑龙江等省,我国水稻种植重心因此向东北方向迁移约230km,产量重心向东北迁移约320km。同时,研究还发现我国水稻种植面积变化对产量增减具有重要影响,其中产量增加表现为面积与非面积因素的共同作用,数据显示种植面积扩展对水稻增产的平均贡献率约54.5%,而在产量减少的区域,面积缩减对减产的贡献率高达80%以上。     

气候变化背景下中国玉米生产潜力变化特征

玉米作为中国第一大粮食作物,探究其生产潜力在气候变化背景下的时空变化特征对中国有效应对气候变化具有重要意义。论文结合全球农业生态区模型、极点对称模态分解方法和集对分析方法,探讨了中国玉米生产潜力的周期性波动特征及长期变化趋势,进而分析了其空间格局演变过程。结果表明：1960—2010年间,中国玉米生产潜力呈增加趋势,由1960年代的9.10亿t增至2000年代的9.45亿t左右。在年际尺度上,中国玉米生产潜力主要以准3 a和准5 a的周期进行波动;在年代际尺度上,存在准10 a和准20 a的波动周期。其中,准3 a的周期波动是中国玉米生产潜力长时间变化的最主要特征,这主要是受年降水量变化的影响。从空间格局来看,中国玉米生长适宜区主要集中在加格达奇—锡林浩特—临河—西宁—天水—中甸沿线以东;1960—2000年间,玉米生产潜力界线在中国东北部和临河—西宁沿线发生了较为明显的移动。华北平原、辽河平原、四川盆地等地区的玉米单产潜力变化趋势具有较强的一致性,松嫩平原、三江平原、关中盆地、长江中下游平原等地区的玉米单产潜力变化过程与上述地区恰好相反。在这2类地区,玉米单产潜力的变化均较显著,但变化方向在年代际尺度上具有交替性。     

Changes of multiple cropping in Huang-Huai-Hai agricultural region,China

Multiple cropping index (MCI) is the ratio of total sown area and cropland area in a region, which represents the regional time intensity of planting crops. Multiple cropping systems have effectively improved the utilization efficiency and production of cropland by increasing cropping frequency in one year. Meanwhile, it has also significantly altered biogeochemical cycles. Therefore, exploring the spatio-temporal dynamics of multiple cropping intensity is of great significance for ensuring food and ecological security. In this study, MCI of Huang-Huai-Hai agricultural region with intensive cropping practices was extracted based on a cropping intensity mapping algorithm using MODIS Enhanced Vegetation Index (EVI) time series at 500-m spatial resolution and 8-day time intervals. Then the physical characteristics and landscape pattern of MCI trends were analyzed from 2000–2012. Results showed that MCI in Huang-Huai-Hai agricultural region has increased from 152% to 156% in the 12 years. Topography is a primary factor in determining the spatial pattern dynamics of MCI, which is more stable in hilly area than in plain area. An increase from 158% to 164% of MCI occurred in plain area while there was almost no change in hilly area with single cropping. The most active region of MCI change was the intersection zone between the hilly area and plain area. In spatial patterns, landscape of multiple cropping systems tended to be homogenized reflected by a reduction in the degree of fragmentation and an increase in the degree of concentration of cropland with the same cropping system.     

Potential promoted productivity and spatial patterns of medium- and low-yield cropland land in China

With a continuously increasing population and better food consumption levels, improving the efficiency of arable land use and increasing its productivity have become fundamental strategies to meet the growing food security needs in China. A spatial distribution map of medium- and low-yield cropland is necessary to implement plans for cropland improvement. In this study, we developed a new method to identify high-, medium-, and low-yield cropland from Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) data at a spatial resolution of 500 m. The method could be used to reflect the regional heterogeneity of cropland productivity because the classification standard was based on the regionalization of cropping systems in China. The results showed that the proportion of high-, medium-, and low-yield cropland in China was 21%, 39%, and 40%, respectively. About 75% of the low-yield cropland was located in hilly and mountainous areas, and about 53% of the high-yield cropland was located in plain areas. The five provinces with the largest area of high-yield cropland were all located in the Huang-Huai-Hai region, and the area amounted to 42% of the national high-yield cropland area. Meanwhile, the proportion of high-yield cropland was lower than 15% in Heilongjiang, Sichuan, and Inner Mongolia, which had the largest area allocated to cropland in China. If all the medium-yield cropland could be improved to the productive level of high-yield cropland and the low-yield cropland could be improved to the level of medium-yield cropland, the total productivity of the land would increase 19% and 24%, respectively.     

中国耕地中低产田空间分布格局及产能提升潜力（英文）

With a continuously increasing population and better food consumption levels, improving the efficiency of arable land use and increasing its productivity have become fundamental strategies to meet the growing food security needs in China. A spatial distribution map of medium- and low-yield cropland is necessary to implement plans for cropland improvement. In this study, we developed a new method to identify high-, medium-, and low-yield cropland from Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS) data at a spatial resolution of 500 m. The method could be used to reflect the regional heterogeneity of cropland productivity because the classification standard was based on the regionalization of cropping systems in China. The results showed that the proportion of high-, medium-, and low-yield cropland in China was 21%, 39%, and 40%, respectively. About 75% of the low-yield cropland was located in hilly and mountainous areas, and about 53% of the high-yield cropland was located in plain areas. The five provinces with the largest area of high-yield cropland were all located in the Huang-Huai-Hai region, and the area amounted to 42% of the national high-yield cropland area. Meanwhile, the proportion of high-yield cropland was lower than 15% in Heilongjiang, Sichuan, and Inner Mongolia, which had the largest area allocated to cropland in China. If all the medium-yield cropland could be improved to the productive level of high-yield cropland and the low-yield cropland could be improved to the level of medium-yield cropland, the total productivity of the land would increase 19% and 24%, respectively.     

长江上游退耕还林工程合理规模与模式

陡坡耕地的水土流失对生态环境和农业可持续发展构成双重压力。退耕还林是促进人与自然协调，推动农业可持续发展的有效途径，但应避免退耕还林工程规模的盲目扩大。退耕还林的规模应根据自然条件、生态功能定位并考虑粮食安全保障以确定。地广人稀的金沙江中上游、盆周山地是长江上游最重要的水源涵养、水土保持功能区，其退耕还林规模可适度扩大，但川中丘陵区、三峡库区人口稠密，退耕还林不应过分追求规模，退耕后的林草地不应突破土地面积的40％。而退耕还林工程的实施更应注重模式的选择，防止一刀切，川中丘陵区、三峡库区退耕还林宜采用“旱坡地粮经弹性结构种植”技术，建立坡地农林复合系统，逐步实施退耕还林。     

近20年中国农业主产区耕地资源质量和产能变化研究

依据全国土地利用图与土地资源质量评价图,分析1980s末至2005年末中国农业主产区内耕地资源数量和空间格局的动态变化,并对由此带来的耕地质量和产能的变化做出宏观评估。主要结论如下:1)2005年农业主产区耕地面积①为9 321.96万hm2,较1980s末增加175.53万hm2。2)耕地在空间上呈现"北增南减"的变化格局。北方的内蒙古东部区、新疆区、松嫩平原区和三江平原区为耕地净增加区,共增加354.41万hm2,各区分别增长10.29%、19.10%、10.91%和14.14%;偏南部的黄淮海区、长江中下游及江淮地区、华南蔗果区和四川盆地区为耕地净减少区,各区分别减少2.17%、2.00%、3.15%和5.61%。3)根据土地资源图对耕地质量的划分结果,20年间农业主产区内耕地面积和空间格局的变化导致一等耕地减少3.24%,二、三等耕地和宜林宜牧地分别增加2.91%、7.81%和14.10%。4)考虑各区耕地复种指数和耕地质量的影响,结合耕地单产数据进行耕地产能的核算,结果显示,在耕地数量净增1.92%的情况下,耕地的总体产能依然下降0.84%。     

Changes in Grain Production and the Optimal Spatial Allocation of Water Resources in China

Changes in grain production are decomposed and compared among nine major Chinese river basins for the sake of optimal water allocation. The results show that water-deficient northern China, especially the Songliao River Basin and Huai River Basin, contributed the greatest share of the total grain increment from 1995 to 2010. The Songliao River Basin achieved increased grain output largely by expanding multiple cropping, while the Huai River Basin achieved it mainly by improving the yield per unit area. With increased reliance on expanding irrigation and multi-cropping, most northern basins have high levels of agricultural water consumption, despite the rising share of corn, a lower water intensive crop. In contrast, over the same period the warm and humid south, traditionally a major rice-growing area, mostly experienced a sharp decline in rice cropping area and the Southeast Rivers Basin even reduced multiple cropping indexes, contributing to decreased agricultural water consumption. Implications of our findings and the need for tackling the imbalance of agricultural water use in grain production are discussed.     

1992-2017年基于荟萃分析的中国耕地撂荒时空特征

当前耕地撂荒已成为一种日益普遍的土地利用变化现象,对粮食安全和生态环境具有重要影响。为揭示1992-2017年中国耕地撂荒的时空特征及驱动机制,采用集成分析的思路,对县（市）域尺度撂荒的研究成果进行了汇总梳理,从中提取撂荒时间、位置、规模（程度）、成因等信息,并进行了荟萃分析。结果发现：1992-2017年全国范围内有撂荒记录的县（市）共165个,主要分布于南方,集中分布区呈逆时针旋转90°的“T”字型,纵轴自北至南贯穿甘肃东南部、四川东部、重庆境内,直至贵州西部和云南北部;横轴位于长江中下游地区,自西向东贯穿湖北、湖南、安徽、江西。其中,湖南、四川、安徽有撂荒记录的县（市）数量较多,分别为24个、23个、21个,其次是湖北、重庆、福建、甘肃、云南,均超过10个。“T”字型结构的形成经历两个阶段,大致以2010年为界,此前有撂荒记录的县（市）为102个,集中分布于沿长江中下游的东西向带状区域,形成横轴;此后新增63个县（市）,集中分布于自甘肃东南部至贵州西部和云南北部地区的南北向带状区域,形成纵轴。撂荒格局的形成过程与区域经济发展和产业结构调整背景下的农业劳动力析出基本同步。农业收益低和劳动力不足分别是86%和78%的县（市）撂荒形成的共性因素。