黑龙江省耕地时空变化及驱动因素分析

以黑龙江省1980年、1990年、2000年、2010年、2015年5期土地利用数据为基础,综合利用GIS手段和地理探测器模型,确定1980—2015年4个时期黑龙江省耕地变化的时空分异特征及主要驱动因素。研究结果表明,1980—2015年黑龙江省耕地数量总体增加,增加的耕地主要来源于林地、草地和未利用地。各时期耕地数量变化具有明显差异,以1990—2000年耕地数量变化最多。各时期耕地变化空间差异特征明显。1980—2015年黑龙江省耕地利用动态度呈现出先升高后降低的趋势,耕地利用动态度活跃区域集中在三江平原和松嫩平原地区。各时期驱动因子的解释能力不同,人口数量、政策因素、GDP以及城镇化水平是解释能力较强的驱动力因子。驱动因子对耕地时空变化的影响是通过各个因子之间的交互作用实现的,表现为双因子增强和非线性增强。     

安徽省耕地压力分析及趋势预测

采用改革开放以来安徽省1980-2005年的相关数据,使用耕地压力指数模型分析该省的耕地压力指数。研究表明:安徽省的耕地压力指数呈递增趋势,从1980的0.997 8增加到2005年的1.313 7。通过对2005年安徽省17个地市的测算,发现各地区的耕地压力指数差异不是十分明显,但各地区的耕地压力指数均较大,且耕地压力呈现出东北部和南部高、中西北部略低的趋势。导致各地区耕地压力指数较大的因素主要有:不断增加的人口和不断减少的耕地面积;人们对生活质量的盲目追求导致不正确的消费观念;较低的粮食单产和担负国家商品粮基地较高的粮食自给率。最后,使用灰色GM(1,1)模型对安徽省未来25 a进行预测,发现耕地压力指数将进一步提高,但通过严格控制人口增长,提高粮食单产和农民种粮积极性,保护耕地资源,引导合理消费等可以有效地控制和降低耕地压力指数。     

宁夏耕地压力与社会经济发展耦合时空特征分析

根据耕地压力指数和重心坐标模型,计算了宁夏回族自治区1980-2012年耕地压力指数及GDP重心坐标,在此基础上分析了耕地压力指数在时间上的动态变化及空间上的差异;并通过地理关联率的计算,进一步探讨了耕地压力指数与GDP在空间上的耦合关系。结果表明:30多年耕地面积减少了37.8×104 hm2,最小人均耕地面积和实际人均耕地面积不断减小,耕地压力指数总体随时间呈减小趋势,到2012年减小到0.72;但各县(区)耕地压力差异较大,北部能源开发区一直是宁夏耕地压力最大的地区;中部干旱区和南部黄土丘陵沟壑区在2000年以前耕地压力较大,而后明显减轻。经济发展、农业科技、水利工程及生态移民政策共同影响了耕地压力变化。到2012年耕地压力和GDP地理关联率为0.85,表明两者之间的地理联系率较高。     

三江自然保护区耕地与湿地协调发展水平的评价研究

构建了衡量耕地—湿地协调发展的评价指标体系,并以三江自然保护区为例,采用综合指数法对耕地生产与湿地环境的协调发展水平进行了评价。结果表明:1954~2000年耕地生产与湿地环境比较协调,1995年协调度达最高点0.992,2000年二者综合发展水平达最高点0.389;2000~2005年协调度和综合发展水平开始出现大幅度下降,湿地开垦已经超过其临界规模,湿地面积的急速下降已威胁到区域的可持续发展。1995~2000年这段期间三江自然保护区耕地与湿地协调水平最高,此时耕地面积大约为2.6×10⁴ hm²,湿地面积大约为3.5×10⁴ hm²。此结果可以作为三江自然保护区湿地恢复重要的参考标准。在该标准下,通过改变传统农业发展模式和提高单产水平,三江自然保护区粮食可满足目前的需求,湿地重要的生态功能也可大大恢复。     

珠海市镇域耕地多功能性与安全耦合协调度分析

以土地利用数据和社会经济统计数据为基础,集成综合指数模型、耦合协调模型和地理探测器,从镇域尺度探讨了1990-2015年珠海市耕地多功能性与安全耦合协调度的时空变化及其影响因子。结果表明：1）珠海市镇域耕地多功能性与安全耦合协调度的演变在1990-2000年间相对平缓;而在2000-2015年间相对剧烈,总体上全市耦合协调度均值由1990年的0.65降为2015年的0.59。2）珠海市镇域耕地多功能性与安全耦合协调度下降区域主要分布在东部,上升区域主要分布在西部,整体呈西部耦合协调度高于中部和东部的分布格局。3）根据地理探测器的结果可知,土地垦殖率、种植业占GDP比重、各类作物产量、化肥农药施用量等是珠海市镇域耕地多功能性与安全耦合协调度演变的主导影响因子。     

1990-2010年中国耕地变化对粮食生产潜力的影响

1990年以来,在国家生态环境保护工程实施、经济快速增长等因素的影响下,中国耕地数量与空间格局发生了巨大变化,对粮食生产潜力造成了巨大影响。本文采用GAEZ模型,结合中国气象、地形、土壤等因素,定量分析了中国耕地粮食生产潜力空间特征以及1990-2010年中国耕地变化对粮食生产潜力的影响。主要结论如下：① 2010年全国耕地粮食生产潜力总量为10.55亿t,全国耕地平均粮食生产潜力为7614 kg/hm²。中国耕地粮食生产潜力存在显著的空间差异,总体表现为东部高而西北部较低的趋势,并且高值区主要分布在长江中下游地区和华南区。② 1990-2010年的20年间,中国耕地粮食生产潜力变化表现出明显的时空差异,总体呈现南减北增、总量减少的基本特征。新增耕地粮食生产潜力的重心逐步由东北向西北转移。耕地粮食生产潜力总量净减少297万t,占2010年全国实际粮食总产量的0.29%。③ 在1990-2000年与2000-2010年两个时期,耕地变化对耕地粮食生产潜力影响差异明显。前10年,耕地粮食生产潜力总量净增加1011万t,主要集中在东北平原区和北方干旱半干旱区;后10年,耕地粮食生产潜力总量净减少1308万t,主要集中在长江中下游地区和黄淮海平原区。从总体看,近20年来耕地粮食生产潜力总量增加主要是由林、草地和未利用土地开垦所导致,而耕地粮食生产潜力总量减少主要是由城市扩展和退耕还林还草所导致。     

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。     

新疆耕地时空变化特征

以新疆1990年、2000年、2005年和2008年4期土地利用数据库及其遥感影像为数据源,利用GIS空间分析提取3期耕地动态变化数据。从现状分析、发展动态对新疆3期耕地开发利用的空间格局、面积变化和类型结构进行了分析。结果表明,耕地总面积持续增加,耕地年均净增和开垦速度呈先增后减的趋势,耕地年均流失速度持续递减;耕地开垦由绿洲地区向沙漠、戈壁延伸,而耕地流失则主要集中在绿洲地区,中东、西北和西南的边缘地区的耕地面积变化相对较大(Rid>1.02);耕地开发结构由草地和林地为主转向草地和未利用地为主,未利用地的开发结构由裸土地、盐碱地为主转向沙地、戈壁和盐碱地为主,耕地的利用结构以草地、建设用地和未利用地为主;耕地与建设用地的相互转化始终是负转化,与草地间的转化是正转化。     

20世纪80年代以来全球耕地变化的基本特征及空间格局

本文基于全球1982-2011年土地利用/覆被的矢量数据,分析了20世纪80年代以来全球耕地变化的基本特征及空间格局。结果表明：① 20世纪80年代以来,全球耕地面积增加了528.768×10⁴ km²,增加速率为7.920×10⁴ km²/a,呈不显著增加趋势,全球耕地面积以20世纪80年代增速最快。20世纪80年代以来,北美洲、南美洲、大洋洲耕地面积呈显著增加趋势,分别增加了170.854×10⁴ km²、107.890×10⁴ km²、186.492×10⁴ km²,增加速率分别为7.236×10⁴ km²/a、2.780×10⁴ km²/a、3.758×10⁴ km²/a;亚洲、欧洲、非洲耕地面积为减少趋势,分别减少了23.769×10⁴ km²、4.035×10⁴ km²、86.76×10⁴ km²,减少速率分别为-5.641×10⁴ km²/a、-0.813×10⁴ km²/a、 -0.595×10⁴ km²/a。② 20世纪80年代以来,全球增加的耕地主要由草地、林地转化,分别占53.536%、26.148%。新增耕地面积主要分布在非洲南部及中部、澳大利亚东部和北部、南美洲东南部、美国的中部及阿拉斯加、加拿大中部、俄罗斯西部及芬兰北部、蒙古北部等区域。非洲南部的博茨瓦纳为全球耕地增加比例最高区域,增加了80%~90%。③ 20世纪80年代以来,全球耕地换化为其他用地共计1071.946×10⁴ km²,全球减少的耕地主要转化为了草地、林地,分别占比为57.482%、36.000%;全球减少耕地主要分布在非洲中部的苏丹南部、美国中南部、俄罗斯南部及欧洲南部的保加利亚、罗马尼亚、塞尔维亚和匈牙利等国,减少最大的区域为非洲南部,减少了60%。④ 各大洲耕地均表现出向高纬扩张的趋势,全球多数国家表现出新增耕地扩张而原有耕地减少的特点。     

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。     

清末耕地空间分布格局重建方法比较

揭示历史时期土地利用/覆盖变化是认识人类活动对气候和环境影响的基础。本文在耕地面积、人口数量、土地利用及森林分布等多源数据基础上,分别以近代耕地空间分布格局和历史时期耕地潜在分布区为边界条件,通过构建耕地垦殖倾向指数模型分配耕地面积,在1 km×1 km象元尺度上重建了清末(1908年)松嫩平原耕地空间格局,并对重建结果进行分析比较。结果表明:1两种方法重建的耕地空间分布范围格局基本一致,耕地空间定位吻合率约为68%。清末(1908年)耕地集中分布在松嫩平原东部和南部地区;2以历史时期耕地潜在分布为边界条件的重建结果,较以近代耕地空间分布格局为限制范围的重建结果更准确,更符合历史事实。     

河南省沿黄粮食主产区耕地利用时空演变特征——以6个典型县(市)为例

基于多时间节点遥感数据和公里网格单元,采用变化强度指数、核密度估计和洛伦兹曲线等方法,研究1990—2020年河南省沿黄6个县(市)耕地资源变化强度、类型及空间分布均衡性的演变规律与过程。结果表明：(1)研究区耕地变化强度大,1990—2000年增加15 720.77 hm²,增幅2.58%,2000—2020年减少16 185.47 hm²,减幅2.59%,水域滩涂、未利用地开发和还林还湿、建设用地占用是耕地变化的主要原因。(2)耕地核密度位于80～100 hm²/km²的高密度范围内,空间差异化特征显著,低密度区由沿黄滩区向城镇演变,呈环状延伸,集聚特征明显,城镇化不断挤压农业生产空间。(3)各时期耕地变化不一,1990—2000年以耕地增加为主,强度大、范围广,沿黄滩区变化强度在35.01%～100.00%。2000年后,受退耕和建设用地占用影响大,耕地大幅减少,集中于城镇和农村居民点周边,耕地非农化问题突出。(4)耕地空间分布具有一定均衡性,2000年以前均衡性增加,2000年后呈连续下降趋...     

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。     

基于农户土地利用行为的北京大兴区耕地质量评价

基于农户土地利用行为变化的相关理论, 创建了基于农户土地利用行为的“压力-状态-效应-响应”的耕地质量变化框架模型, 构建了基于农户土地利用行为的“耕地质量评 价指标体系”。以北京市大兴区为研究样区, 通过农户调查和土壤化验分析, 获得大兴区1982 年、2000 和2006 年的农户土地利用和土壤肥力变化数据。依据构建的耕地质量评价指 标体系, 对三个时期的压力、状态、效应和响应指标进行了研究。结果表明: 1982 年到2006 年, 耕地压力指数由63.19 增加到73.57, 又减少到67.85, 而方差从13.92 增加到41.12, 到 2006 年高达58.59, 同时耕地压力指数空间变异性增加; 耕地状态指数从56.52 增加到76.46, 最后达到81.20, 状态指数方差从58.39 增加到111.42, 2006 年达到209.45, 空间变异性增 加; 耕地效应指数从42.39 增大到64.34, 2006 年与2000 年基本持平, 而耕地效应指数方差 和空间变异性增加。1982 年家庭联产责任制刚刚开始, 农户耕地投入差异不明显; 1982-2000 年家庭联产承包责任制的深入, 农户耕地利用差异性增加, 国家的农业基础设施投入也显著提高, 是耕地效应指数整体增加和空间变异性增大的原因; 2000-2006 年农户的土地利用目标转型, 土地投入差异进一步扩大, 导致耕地质量提高幅度降低, 耕地质量的空间差异性进一步增强。为了促进耕地质量整体提高, 需要进行土地产权机制创新, 以促进土地投入水平的整体均衡增加。     

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.     

基于地貌分区的1990-2015年中国耕地时空特征变化分析

地形地貌通过分配地表水分和热量制约耕地的利用形式和成效,对耕地质量具有非常重要的决定意义,以地貌分区的视角研究中国耕地变化具有重要意义。根据1990-2015年中国6期土地利用空间数据和地貌分区数据,运用GIS空间叠加分析方法,分析中国耕地1990-2015年的面积变化和空间分布格局,进一步探讨不同地貌分区下的耕地新增与流失方向。结果表明,中国耕地面积略有增加,但总体变化不大,耕地面积从1990年的17715万hm²增加到2015年的17851万hm²,平均每年增加5.44万hm²,每年增幅仅为0.03%。耕地主要分布在平原地区,台地、丘陵次之;新增耕地主要来源为草地、林地和未利用地。东部平原低山丘陵区（I）耕地面积最大,而西北高中山盆地高原区（IV）耕地动态度明显高于其他地貌区。空间上呈现“南减北增,新增耕地的重心向西北移动”的特征。1990-2015年间,西北高中山盆地高原区（IV）和东部平原低山丘陵区（I）为耕地面积增长区,平均每年增加耕地面积分别为8.9万hm²和5.4万hm²;东南低山丘陵平原区（II）和西南中低山高原盆地区（V）为耕地面积减少区,平均每年减少耕地面积分别为5.9万hm²和2.8万hm²;而华北—内蒙东中山高原区（III）和青藏高原高山极高山盆地谷地区（VI）耕地面积几乎没有变化,平均每年变化仅为0.15 万hm²和0.06万 hm²。耕地流失主要发生在东部平原低山丘陵区（I）和东南低山丘陵平原区（II）,主要原因为城镇化进程加快带来的建设用地对优质耕地的大量占用;而新增耕地主要发生在西北高中山盆地高原区（IV）,多来自于对草地和未利用地的开垦。     

京津冀地区耕地利用转型时空分异及驱动机制

耕地利用转型代表耕地利用形态的趋势性变化。论文以京津冀地区157个县域空间为基本研究单元,从显性形态与隐性形态双重属性出发构建耕地利用形态指标体系,运用冷热点、空间变差函数等方法分析1990—2015年耕地利用形态变化的时空特征,在此基础上,利用空间误差模型(spatial error model, SEM)对耕地利用转型的驱动机制进行了定量分析。结果表明：① 京津冀地区耕地利用形态指数空间分布呈东南高、西北低的格局,与该地区地形分布格局基本一致,且因坝上高原特色农业发展形成独立高值区。② 京津冀地区耕地利用形态指数空间分异呈现逐渐缩小的趋势,显著热点区与显著冷点区分布相对稳定且面积不断缩小,耕地利用转型较为平稳。显性形态值普遍呈现先升高后降低趋势,隐性形态值则呈升高趋势,表明京津冀耕地出现空间收缩、功能优化式转型。③ 高程是影响京津冀地区耕地利用形态空间特征的主要自然环境因素,二三产业占比、地均固定资产投资与城镇化率等经济发展和城镇建设因素则是驱动1990—2015年京津冀地区耕地转型的主导因素,但不同时段、不同县域单元耕地转型动力机制存在差异,各驱动因子作用强度也不完全一致。     

中国省际粮食贸易及其虚拟耕地流动模拟

模拟核算中国省际2010-2012年平均粮食贸易隐含的虚拟耕地资源流动量,并从资源利用角度分析粮食交易的合理性,为粮食贸易的优化提供理论依据。在各省粮食供需数据的基础上,利用线性优化,模拟省际粮食贸易。中国省际粮食贸易的虚拟耕地资源流动量达1747.4×10⁴ hm²,东北、华北及长江中下游地区为主要的虚拟耕地资源调出区,华南及西南地区是主要的调入区。分别从生产者及消费者的角度核算虚拟耕地资源流动量,前者比后者多出近250×10⁴ hm²。研究表明,中国省际粮食贸易隐含的虚拟耕地资源流动在一定程度上缓解了区域耕地资源不平衡,然而对于某些种植效率高的地区来说,粮食输入贸易流却带来了总体耕地资源消耗的增加。     

中国县域耕地与农业劳动力变化的时空耦合关系

利用1996 年、2000 年和2005 年中国县域耕地与农业劳动力数据,基于GIS 技术和模型方法,分析了县域耕地面积与农业劳动力变化态势及其时空耦合特征。研究表明：① 县域耕地面积和农业劳动力变化均呈先增后减态势。1996-2000 年,耕地总量、劳动力数量分别增长2.70%和1.40%;2000-2005 年,耕地总量、劳动力数量分别减少1.51%和8.18%。②“胡焕庸线”是刻画中国耕地和劳动力变化格局的重要分界线。沿此线带状区域内因退耕还林造成耕地快速减少,而农业劳动力转移滞后;其西北部区域耕地快速增加,农业劳动力也在增长;其东南部区域耕地明显减少,而农业劳动力减少速度更快,二者呈现协调态势。③ 耕地非农化进程中县域劳动力转移效率呈下降趋势。1996-2000 年和2000-2005 年,全国分别有447 个和505 个县域的耕地减少和劳动力转移呈良性变化,90%的县域劳耕弹性系数(LFEC) 的中位数分别为4.58 和2.97。④ 基于SOM自组织特征映射神经网络聚类方法,可将1996-2005 年中国县域耕地与劳动力变化的耦合特征划分为9大类型区。多情景模拟分析表明,2005-2015年的LFEC趋势值为2.55。     

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%。