基于遥感的中国陕北地区近20年耕地变化及其对农田生产力影响的定量评估

本文以中国退耕还林生态工程重点区域陕北地区作为研究区,对比其前后两个10年的耕地资源空间分布格局,并进一步分析耕地变化对农田生产力的影响。论文基于中高分辨率卫星遥感数据,经人机交互目视解译并结合实地验证,生成陕北地区1990、2000和2010年耕地现状以及前后两个10年耕地变化时空监测数据集。进而运用光能利用率遥感模型,结合中分辨率、长时间序列卫星遥感数据估算陕北地区农田净初级生产力,分析耕地变化对农田生产力的影响。结果表明,陕北地区耕地面积及其生产力在研究期前10年小幅增长,后10年明显减少。耕地增加的主要原因是为满足当地人口的粮食需求以及弥补城市建设对耕地的占用,大面积草地和未利用地被开垦。耕地减少的最主要原因是生态退耕,城市化也是耕地减少的原因之一。总体而言,20年来陕北地区耕地资源总面积净减少42.56%;受耕地面积变化的影响,同期农田净初级生产力下降了41.90%。研究对于评估陕北地区耕地安全和粮食安全,指导区域土地利用科学规划具有重要意义。     

陕北地区退耕还林还草工程土壤保护效应的时空特征

以中国退耕还林生态工程重点区域陕北地区作为研究区,基于耕地遥感监测数据集,分析了陕北地区2000-2013年耕地的时空变化特征;基于梯田空间分布,对RUSLE模型进行改进,模拟生成陕北地区土壤侵蚀模数栅格数据并进行精度验证;最后结合耕地变化数据集对陕北地区退耕还林（草）地及未退耕地的土壤侵蚀变化特征进行对比分析,以明确工程对全区土壤侵蚀变化的影响。结果表明,2000-2010年,陕北退耕农田内部侵蚀模数减少了22.70 t/hm ²,是退耕农田区2000年土壤侵蚀模数的47.08%。同期,陕北地区未退耕农田侵蚀模数减少了10.99 t/hm ²,占未退耕农田区域2000年土壤侵蚀模数的28.60%。从陕北全区的角度看,各种土地利用类型2000-2010年土壤侵蚀模数平均减少了14.51 t/hm ²,占2000年全区土壤侵蚀模数的41.87%。由此可见,退耕还林还草工程可以有效减少土壤侵蚀模数,达到土壤保护的作用。其中,由耕地转为林草所导致的侵蚀减少最为显著,对土壤保护的贡献作用最大。但是,2010年以后（2010-2013年）为退耕还林还草巩固时期,因此该阶段陕北地区土壤侵蚀模数和土壤侵蚀量变化较前10年显著降低。     

内蒙古河套平原耕地盐碱化时空演变及其对产能的影响

以内蒙古自治区巴彦淖尔市河套平原为研究区,利用RS和GIS技术在野外样本采集的基础上,以第一次地理国情普查数据和LandsatTM/OLI、GF-1卫星影像为数据源,通过计算盐碱度与波段的相关性构建出反演模型,以专家决策树进行分类,对2006~2014年耕地盐碱化进行动态监测,并分析了不同盐碱化程度农田植被净初级生产力（NPP）时空变化特征。结论表明：2006~2014年研究区域非盐碱耕地和轻度盐碱耕地面积呈现持续减少的趋势,减少幅度为6.23%,占耕地总面积的3.55%,NPP先增后降,减少了2.06%;中度盐碱耕地面积呈先降后增的趋势,净增加幅度为22.40%,占耕地总面积的5.10%,NPP先不变后增加,增加了6.73%;而重度盐碱耕地面积呈现先增后降的趋势,净减少7.68%,占耕地总面积的1.55%,NPP则持续增加,增加了3.81%。总体上看,9 a间虽然因为自然、人为因素的影响,中度盐碱耕地面积增长,但可利用土地面积和有效耕地面积不断增加,且改良区域的NPP处于持续增长的趋势,在一定程度上说明盐碱地治理取得了成效。     

2000–2015年中国城市化进程中耕地质量及其时空变化研究（英文）

加速的城市化进程导致越来越多的耕地被占用,在耕地资源供给不足情况下高质量的农田受到巨大威胁,进而可能对中国粮食安全构成威胁。尽管已对中国耕地质量的空间格局进行了评估,但其随时间变化的情况未见报导。本研究利用MODIS的净初级生产力产品(MOD17)数据,基于发展的累积概率分布法确定耕地质量标准,以2000–2005年、2005–2010年和2010–2015年三期基于Landsat遥感的土地利用变化(LUCC)数据,得到低、中、高质量农田的空间分布,定量分析城市化占用耕地的数量和质量。结果表明,城市化占用耕地面积占耕地减少总面积的比例由2000–2005年的47.29%增加到2010–2015年的77.46%。2000年,中国耕地质量以中低产田为主,分别占全国耕地面积的40.81%和48.74%,高产田仅占10.44%。随着建设用地规模的扩大,城市化占用高产田面积在全国耕地面积中的比例从2000–2005年的9.71%上升到2010–2015年的15.63%,高产田受到严重威胁。从空间上看,该现象已由华东、华南向中西部地区转移,尤其是西北地区,其2010–2015年建设占用耕地面积中,高产田达到52.97%。本研究不仅提供了一种评价耕地质量的方法,同时揭示了城市化进程占用高质量耕地的趋势。未来占用高质量农田的趋势可能会持续,必须构建以振兴乡村为主的新型发展模式,可能是缓解土地资源紧缺情况下城市化和粮食安全矛盾的可选途径,值得土地利用规划和政府决策给予重视。     

关中-天水经济区土地利用变化对净第一性生产力影响测评

净第一性生产力是表现陆地生态过程的关键参数,土地利用变化深刻影响区域的净第一性生产力。选取关中-天水经济区为研究区域,尝试对30 m精度的1980-2011年4期9月份左右Landsat 7的遥感影像以及CASA模型来估算关中-天水经济区的净第一性生产力,并用2011年遥感图像解译获得该年的土地利用数据,以及土地利用变化情况。在此基础上分析土地利用变化对净第一性生产力的影响,并且对关天经济区各县市净初级生产力进行了对比和分析。结果表明：1980-2011年,关中-天水经济区土地利用耕地、林地、居民建筑用地变化明显,南部秦岭山区多为林地与草地,净第一性生产力高达625.37 g C·m-2·a-1,而关中平原与天水地区人口居住区与开垦区净第一性生产力明显下降,最低达47.78 g C·m-2·a-1,人为的开发与利用土地降低了区域的净第一性生产力。所以,要继续施行落实退耕还林政策,控制城镇用地较大速度的扩增,以保持好区域的生态服务功能。     

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。     

黄淮海平原耕地转移对植被碳储量的影响

应用GLO-PEM模型和1988年NOAA/AVHRR遥感数据,估算了黄淮海平原植被净初级生产力(NPP),并根据NPP和植被凋落物产生量计算了不同土地利用类型的植被碳密度。通过对1988年与2000年土地利用图的叠置分析,统计了耕地与其他土地利用类型之间的转移量,并估算了耕地转移对植被碳储量的影响。研究发现,耕地转移对植被碳储量变化的影响在不同区域与不同土地利用类型上存在显著差异。1988~2000年间,耕地转移导致全区植被碳储量下降了0.24%,其中耕地转为建设用地是植被碳储量减少的主要原因。这一研究结论为正确把握耕地转移对区域植被碳储量的影响,并据此制订碳汇管理措施具有重要的参考价值。     

陕北榆林市耕地变化的驱动机制及其情景分析

选取地处北方农牧交错带的陕北榆林市作为典型研究区,利用历年土地利用详查及其变更数据,并结合野外调研资料,对该区近10年来县域耕地资源变化态势,以及土地退化、退耕还林还草、农业结构调整等因素对耕地变化的影响机理进行了系统研究。主要结论是:(1)榆林市耕地面积总量呈减少趋势,且在不同时段和空间上呈现出显著差异性;(2)土地退化、退耕还林还草、农业结构调整与建设占用是榆林市耕地减少的4个主要原因,其贡献率达98%;(3)草地和未利用地开垦是榆林市耕地面积增加的主要原因,分别占耕地增加总量的48%和39%;(4)未来10年榆林市耕地面积仍以减少为主,但耕地质量会有不同程度的提高。     

干旱对河西走廊植被净初级生产力的影响

干旱对生态系统碳循环具有重要影响,随着气候变暖,全球干旱事件频率不断上升,研究干旱对植被净初级生产力的影响具有重要意义.提高植被净初级生产力(NPP)的时间分辨率是认识干旱对其影响机制的重要途径.基于5天NDVI遥感数据,以河西走廊为研究区,利用CASA模型估算2010-2015年5天步长尺度的NPP,将5天降水为零定...     

应用遥感技术模拟净初级生产力的尺度效应研究进展

采用遥感技术估算地表植被净初级生产力(NPP),已经成为模拟NPP的主要发展方向。遥感技术以及数据处理能力的迅速发展和基于遥感观测生理生态理论研究的进展使大尺度生态系统格局和过程的定量、动态观测成为可能。多种卫星传感器提供了丰富的多尺度对地观测数据,从而形成了不同空间分辨率的影像数据层次体系,使得从定量遥感出发的NPP估算必然存在多尺度的问题。NPP遥感估算模型以不同分辨率的遥感数据(代表不同的研究尺度)作为输入参数时,得到的NPP模拟值差异明显。为了提高NPP的估算精度,需要充分认识不同分辨率的遥感数据对NPP估算结果的影响差异,即NPP的尺度效应问题。本文介绍了遥感尺度效应研究进展,多分辨率遥感数据监测NPP变化的多尺度研究进展,以及NPP估算尺度效应问题的研究进展。并分析了应用遥感技术研究NPP尺度效应的发展趋势。     

青藏高原主要生态系统净初级生产力的估算

利用青藏高原贡嘎山、海北、五道梁、拉萨等4个野外台站2000~2002年的观测数据、陆地生态系统模型与2001年MODIS遥感数据相结合的方法来估算青藏高原区域的净初级生产力。结果表明:青藏高原区域的净初级生产力空间分布趋势表现出由东南向西北逐渐递减的梯度,该趋势也与水热梯度表现基本一致;整个青藏高原的净初级生产力为302.44×1012 gC yr-1,其中森林的净初级生产力最高,120.11×1012 gC yr-1,占整个高原净初级生产力的39.7%;全年中夏季(6~8月) 的净初级生产力最高,246.7×1012 gC yr-1,约占全年总净初级生产力的80%。用实测数据验证模拟结果表明,二者非常相符。     

2000-2010年西伯利亚地表覆盖变化特征——基于GlobeLand30的分析

西伯利亚是全球环境变化的重要敏感性区域,但以往缺乏该区域中高分辨率地表覆盖数据,对其地表覆盖的整体分布与变化缺乏深入的认识。本文利用中国新近研制的2000、2010年两期30 m分辨率地表覆盖数据产品GlobeLand30,对2000-2010年西伯利亚地表覆盖的空间分布格局、变化幅度、区域差异及主要地类的变化原因进行了综合分析。研究发现：①西伯利亚地表覆盖的空间分布现状具有明显的地带性特征。②10年间,西伯利亚地区地表覆盖整体变化幅度较大,其中林地及草地呈显著缩减、湿地呈较大幅度增加、耕地呈微弱减少、人造地表呈增加态势。③10年间,西伯利亚地表覆盖变化具有显著的区域差异性。变化最显著的为西西伯利亚地区,其中以湿地增加最明显,主要分布于鄂毕河—叶尼塞河流域,林地、草地及耕地减少集中于西伯利亚西南部。④人类活动和气候变暖是引发西伯利亚地表覆盖变化的主要原因。大规模林地砍伐导致林地减少;冰冻层消融,林地、草地和水体向湿地的转化是湿地增加的主要原因;耕地的人为废弃和撂荒导致耕地面积有所减少。     

基于GIS和RS的新疆典型农区非耕地系数的应用研究

耕地中的非耕地是影响耕地面积遥感调查精度的主要因素。以2005年度中巴资源卫星数据和Quick B ird数据为信息源,通过对传统的分层抽样方法进行改进,采用GIS和RS技术对伊宁县耕地中的非耕地进行抽样计算,并利用加权法和平均法得到伊宁县非耕地系数的估计值,计算结果表明:研究区北部地区的非耕地系数为0.142 7,中部地区为0.084 0,南部地区为0.076 1。通过抽样检验,上述结果满足精度要求,可以应用于伊宁县或与伊宁县具有相似状况地区耕地面积的遥感调查,以提高其调查的精度。     

黑河流域植被净初级生产力的遥感估算

利用光能利用率模型C-FIX,高时空分辨率的SPOT/VEGETATION遥感数据,全球格网化气象再分析资料以及黑河流域土地利用图,估算了1998—2002年黑河流域不同生态系统净初级生产力(NPP)的年总量和平均生产力,输出了黑河流域NPP年累积量空间分布格局图、NPP季节动态图,分析了近5a来黑河流域NPP时空变化特征,评价了不同土地利用类型下的生态系统生产力水平差异。其结果表明,黑河流域陆地生态系统NPP空间分布及其季相变化特征是流域自然环境、地貌、气候以及人类生产活动长期共同作用和影响的结果,其中水分条件是控制黑河流域陆地生态系统NPP空间格局的决定因子。1998—2002年黑河流域山区高覆盖度草地和下游荒漠区净初级生产力持续下降,反映出这些地区生态环境恶化严重。这些研究结果可以为黑河流域的水-生态-经济系统的合理设计与有效实施提供科学数据集。     

近10年来长江下游土地利用变化及其生态环境效应

基于TM卫星遥感数据,对长江下游地区1988~1998年10年来土地利用类型的数量和时空变化特征进行了研究。为表征长江下游土地利用及其变化的时空分异特征,以县级行政区为基本空间分析单元,利用土地利用程度变化模型以及土地利用类型变化强度指数分析了长江下游近10年来的土地利用程度及其变化的区域分异特征、各土地利用类型变化强度的区域分异特征;通过计算土地利用变化类型的重要值,分析了区域土地利用变化的空间趋向性。研究中还对农田的数量变化特征、耕地流失强度的区域分异,特别是土地利用变化的区域生态环境效应等问题进行了分析和探讨。     

珠海市耕地变化时空特征及其驱动力分析

在RS和GIS技术支持下,利用1990、1995、2000和2006年共4期Landsat TM卫星遥感数据,分析珠海市耕地数量和空间变化特征,并探讨耕地动态变化的驱动因子.结果表明:珠海市耕地面积在3个研究时段经历了"快速减少一缓慢增加一急剧减少"的变化过程,人均耕地面积持续减少;2000-2006年耕地的动态度最大,而1995-2000年耕地的动态度相对较小;耕地面积增加的主要来源是水域和林地,减少的去向主要是农业结构调整中耕地转变成水域和建设用地;经济发展、人口增加和农业结构调整是珠海市耕地变化的主导驱动因素,同时政策因素也起到了重要的导向作用.     

近10年来中国耕地资源的时空变化分析

根据中国资源环境数据库中的耕地数据以及20世纪80年代末期、1995年和2000年3期覆盖全国时间跨度约为10年的遥感数据,对中国耕地时空变化进行分析。总趋势表明,近10年来我国耕地资源总量有所增加;东部及沿海地区优质耕地迅速减少;东北地区和内蒙古自治区耕地大量开垦;水田旱地转换明显。利用GIS方法将耕地变化数据与中国生态环境质量数据进行叠加,表明近10年来耕地的生态环境质量下降了。近10年耕地动态变化的空间分布表现出13种动态格局。对80年代末至1995年 (前5年) 和1995年至2000年 (后5年) 这2个时间段内的耕地变化进行对比分析,表明了前5年与后5年耕地变化的动态格局有空间上的相似性,但前后变化幅度相差较明显。近10年来气温的升高与中国水田北移有较好的一致性,而降水的减少对西北地区耕地的撂荒和开垦有明显作用。中国经济的发展所导致的城市化过程使得大量耕地被占用。近10年来相关的耕地政策对控制耕地面积的减少有作用,但耕地的总体质量却下降了,这直接影响了粮食产量。     

城市化和退耕还林草对中国耕地生产力的影响

20 世纪90 年代以来的快速城市化进程和1999 年开始启动的退耕还林草生态工程对耕地的分布与生产能力产生了重要影响。本研究应用由TM 遥感影像获取的1980s-2000 年与2000-2005 年两个时间段耕地变化数据,结合以多时相遥感数据为主要数据源的耕地生产力光能利用率遥感模型估算两个研究时段耕地生产力变化特征,比较城市化与退耕还林草政策主导下两个时期耕地转移对各区域耕地生产力的影响。研究结果表明:两个研究时段因城市占用损失的耕地生产力占土地利用变化(LUCC) 导致的耕地生产力减少总量比例均在60%以上。在20 世纪90 年代,全国新增耕地生产力总量比被占用耕地生产力高87%,耕地转移使中国耕地生产力增加。2000-2005 年间,退耕还林草政策的启动和快速城市化进程对耕地的持续占用导致耕地生产力占补正平衡指数由前一时段的正平衡变为负平衡,转出耕地生产力总量比新增耕地生产力高31%,耕地转为林草地和建设占用损失的耕地生产力分别较前一时段提高57%和85%。城市化与退耕还林草政策等驱动因素作用下耕地开垦区与占用区的空间分布差异使得耕地生产力占补平衡状态和趋势呈现明显的区域分异。     

基于遥感的呼伦贝尔盟农牧业土地利用变化及其对地区农业持续发展影响的研究

随着人口的增长, 人类活动对土地利用/土地覆盖变化的影响越来越大, “人口-资源-环境”问题越来越突出,因此,土地利用/土地覆盖变化的研究尤为重要。本文利用1986年和1996 年两期陆地卫星TM 数据, 分析探讨了呼伦贝尔盟近十年来农牧业土地利用数量变化及其区域差异,并通过计算耕地重心,分析了近十年来呼伦贝尔盟耕地的空间变化规律, 在此基础上进一步探讨了呼伦贝尔盟农牧业土地利用变化对地区农业持续发展的影响。结果表明： 十年来, 呼伦贝尔盟农牧业土地利用变化很大, 耕地面积大幅度增加,草地与未利用地面积减少;农牧业土地利用变化空间差异非常明显,导致十年来呼伦贝尔盟耕地重心向西北方向移动33.15 km , 耕地生态环境发生了显着变化; 呼伦贝尔盟耕地面积大幅度增加, 对合理开发利用耕地资源, 促进地区农业持续发展起到了积极的作用。     

农业地理

S181 2007021358中国农田生产力变化的空间格局及地形控制作用=Spatial pattern and topographic control of China's agricultural produc- tivity variability/闫慧敏,刘纪远…//地理学报．—2007,62 (2)．—171～180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