基于SPOT/VGT数据的中国北方耕地物候提取研究

耕地物候的空间格局综合反映了作物种植在环境因子及人类活动双重作用下的空间差异性,因此耕地物候识别成为农业遥感应用的热点之一。研究利用SPOT的植被指数产品开展我国北方耕地作物种植制度空间分布的遥感识别并分析耕地种植制度空间分布特征。首先使用非对称高斯函数拟合法对时间序列植被指数进行重构,然后采用多项式和谐波函数拟合数据来确定耕地的生长季个数,最后通过比例阈值法提取耕地的生长季开始期和结束期。在上述过程中结合先验知识引入波峰阈值并通过对NDVI时间序列数据进行"掐头去尾"处理来保证耕地种植制度识别以及物候信息获取的准确性。基于SPOT/VGT数据对我国北方15省的耕地种植制度进行了识别,并在此基础上分别提取了不同生长季的耕地物候信息并分析了其空间格局特征。结果表明,适当引入先验知识有利于正确识别耕地种植制度和准确获取耕地物候信息,2005年我国北方耕地的种植制度以一年一熟为主,一年二熟制主要分布在北纬40°以南的平原地区。其中第一生长季的空间格局差异比第二生长季更加明显,同时生长季结束期分布的时间范围比开始期更为集中。总之我国北方耕地物候的空间格局与种植制度密切相关,受到自然资源和人类活动的共同影响。     

叶尔羌河平原绿洲土地生态安全预警演变与时空格局分析

[目的]探索叶尔羌河平原绿洲土地生态安全预警问题及其时空格局变化,旨在为叶尔羌河平原绿洲土地生态安全及可持续利用提供科学的参考依据。[方法]文章运用PSR模型构建预警指标体系,采用熵值法测算各指标权重,对2000—2016年叶尔羌河平原绿洲土地生态安全警情格局进行综合分析,并利用GIS技术分析其2000年、2005年、2010年和2016年土地生态安全空间格局变化,最后运用障碍度模型探索其障碍因子。[结果](1)2000—2016年叶尔羌河平原绿洲土地生态安全综合预警指数总体呈上升态势,生态预警状态由"较不安全"转为"临界安全",警度亦由"重警"变为"中警"。(2)从空间格局来看,空间上各县域土地生态安全水平差异明显,研究初期西部地区土地生态安全状态优于东部地区, 2016年呈现出中部高、东北—西南部低的态势。(3)近17年叶尔羌河平原绿洲各县域土地生态环境状况有所改善,安全状态经历了"极不安全—临界安全—较安全"的发展历程。(4)影响土地生态安全的主要障碍因子包括单位面积耕地农药负荷、人口密度、单位面积耕地化肥负荷、土地垦殖率、人口自然增长率和单位面积耕地地膜负荷等。[结论]研究期间叶尔羌河平原绿洲土地生态安全得到明显的提升与改善,并在良好的方向发展。     

基于NDVI时序数据的华北地区耕地物候参数时空变化特征

[目的]耕地物候作为农业生态系统的重要特征之一,是进行农作物长势监测与估产、田间管理、农作物合理布局等的重要依据。利用遥感方法提取大区域尺度耕地物候参数和种植制度的时空变化特征,有助于从整体上掌握农业资源的空间分布情况,为农业生产决策和区域粮食安全评价提供服务。[方法]文章基于1999年和2013年的SPOT/VGT NDVI逐旬时间序列数据,采用TIMESAT软件集成的非对称高斯函数拟合法对数据进行平滑重构,通过比例阈值法提取了华北地区耕地物候参数(生长季开始期和结束期),分析其时空分布特征,并依据年内NDVI变化曲线峰值数目来确定耕地的生长季个数,识别耕地种植制度。[结果]华北地区作物生长开始期和结束期都存在明显的空间差异,15年来河北北部、北京、天津等地区,第一季作物返青/出苗期变化不大。而河南南部和中部地区,2013年第二季作物出苗期明显提前,由1999年6月下旬7月上旬,提前至6月上旬。我国华北地区种植制度仍以一年两熟制为主,华北地区北部受热量资源制约,仍旧保持一年一熟制不变。与1999年相比,华北地区2013年两熟制种植面积下降了21.1%,而一熟制种植面积增加了38.7%。[结论]华北地区耕地物候的时空变化与种植制度密切相关,同时也受到自然资源和人类活动的共同影响。     

叶尔羌河平原绿洲耕地生态安全评价及预警分析

[目的]为了明确叶尔羌河平原绿洲耕地生态环境现状,分析耕地生态安全当前面临的主要影响因素,探索耕地生态安全预警问题及协调人地关系。[方法]文章运用DPSIR概念模型构建预警指标体系,在此基础上,运用DPSIR概念模型与障碍度模型对1991—2016年叶尔羌河平原绿洲的耕地生态安全警情格局进行评估和主要障碍因子分析,最后采用灰色GM(1, 1)预测模型对其2018—2025年的警情演变趋势进行预测。[结果](1)总体上, 1991—2016年叶尔羌河平原绿洲耕地生态安全预警值从0.149 1增加到0.691 8,呈波动上升趋势,安全警情经历了"巨警—重警—中警—轻警"的发展历程。(2)就各子系统的变化趋势而言, 1991—2016年压力系统的预警值整体上呈现下降态势,驱动力、状态、影响和响应系统的预警值总体上呈现递增趋势。(3)长期来看,系统压力是影响耕地生态安全的主要因素,是今后调控的重点。1991—2016年系统压力的障碍度以年均7.57%的速度增加,而系统驱动力、状态、影响和响应的障碍度分别以年均0.34%,1.01%,100%和4.65%的速度下降。(4)影响耕地生态安全的主要障碍因子包括农作物受灾面积、农药使用强度、灾害指数、地膜使用强度、化肥使用强度和人口密度等。(5)按现状发展态势,灰色预测分析得出2018—2025年耕地生态安全预警值分别为0.697 0,0.730 1,0.765 3,0.802 8,0.842 5,0.884 6,0.929 2,0.976 3。[结论]叶尔羌河平原绿洲耕地生态安全在向较好的态势发展。     

吉林省耕地利用碳排放测度及其与粮食生产脱钩分析

[目的]通过分析吉林省县域耕地利用碳排放时空变化、碳排放结构、碳排放空间分布、脱钩效应以及碳排放驱动因素,以期从耕地低碳利用角度,为吉林省农业高质量发展和制定减排政策提供科学参考。[方法]文章运用系数法,计算2000—2020年吉林省47个县域单元的耕地利用碳排放量;采用Tapio脱钩模型,分析耕地利用碳排放与粮食产量之间的脱钩特征;利用空间回归模型,分析耕地利用碳排放的驱动因素。[结果]（1）吉林省县域耕地利用碳排放时空变化特征：2000—2016年吉林省耕地利用碳排放量增长,2016—2020年开始缓慢下降;碳排放结构方面,碳排放量从大到小分别是化肥、翻耕、灌溉、农用柴油、农膜和农药;碳排放空间分布呈现西高东低的格局。（2）耕地利用碳排放与粮食生产脱钩特征：呈现强脱钩和弱脱钩特征的县域数量增多,呈现强负脱钩和扩张性负脱钩特征的县域数量减少;吉林省东部地区的县域脱钩特征逐渐优于西部地区,吉林省整体县域的脱钩特征朝着理想状态发展。（3）耕地利用碳排放量驱动因素分析结果表明：人均农业GDP、农村用电量、农业机械化程度和化肥施用强度因素对耕地利用碳排放量为正向驱动,城镇化率对耕地利用碳排放...     

2001—2020年鄱阳湖平原耕地复种时空变化研究

目的 区域特点背景下,利用遥感手段实时获取局部区域耕地复种信息并分析其时空变化特征,可有效反映区域农业集约化变化趋势。方法 文章以鄱阳湖平原为研究区域,利用MODIS09Q1数据建立二波段增强型植被指数（Two-band Enhanced Vegetation Index,EVI2）;基于时序EVI2,利用二次差分法提取研究区2001—2020年耕地复种频率逐年结果;基于Mann-Kendall检验方法、最小二乘法、转移矩阵等方法分析20年复种时空变化特征。结果 基于EVI2提取复种频率的总体精度为90.70%,Kappa系数0.81,满足应用要求。研究区复种以一年二熟为主,耕地整体复种水平以2013年为突变年份呈波动上升趋势,2001—2013年研究区复种降低,2013—2020年则表现为上升趋势,其中2020年复种较2018年和2019年都有所上升,表明恢复早稻政策作用明显。空间上看,20年间研究区82.14%的耕地复种并未表现出明显的变化,保持稳定状态;复种显著降低区域主要分布在余江县、鹰潭市、抚州市、南昌市等县市区部分区域,显著上升区域则主要分布在新建县、余干县北部、鄱阳县北部等。从转移类型上来看,主要发生一年一熟和一年二熟间的相互转换。2001—2013年一年二熟转为一年一熟现象严重,2013—2020年则一年一熟转为一年二熟现象明显。结论 基于EVI2提取复种频率取得了良好的效果。长时序复种频率时空变化特征反映了研究区耕地集约化程度加强的趋势,可为区域“藏粮于地”战略布局提供数据支撑和理论依据。未来研究可进一步从种植制度的视角去理解多年的不同种植制度和休耕策略是如何结合的,从而丰富耕地集约化评价理论体系。     

湖南省县域经济发展和城镇化水平时空变化研究

[目的]利用湖南省各县级单元15年来三次产业产值和城镇化率数据,通过分析以掌握全省县域经济发展和城镇化水平的时空变化及两者的相关性。[方法]文章运用变异系数、热点分析和相关系数等方法,计算各县级单元相关指标,利用ArcGIS10.2对其空间格局进行分析。[结果](1) 15年来全省三次产业产值县域间相对差异表现为第三产业最大,第二产业次之,第一产业最小;(2) 15年来湖南省二三次产业产值均呈现东部高西部低的特点,全省总体格局变化不大,第一产业则表现为东北部、中部高,西部和南部低的特点;(3) 15年来城镇化水平热点主要位于各市辖区和经济发展水平较高的县级市,全省二三产业产值与城镇化水平的相关程度较高,且第二产业与城镇化水平的相关性最强。[结论]湖南省经济发展水平和城镇化水平的县域间差异正逐步缩小,正逐步形成以长株潭地区为热点中心,岳阳、常德为次热点中心的工业化阶段的区域空间结构,湖南省可以考虑以长株潭热点区和岳阳、常德次热点区为抓手,通过适当政策倾斜带动冷点区域发展,促进区域经济与城镇化协调发展。     

常州地区耕地利用空间分异及影响因素分析

[目的]通过分析常州地区耕地总面积时空格局进行分析,并利用耕地区位指数模型测算各子区域耕地面积的空间差异,并在此基础上,分析常州地区耕地利用的影响因素。[方法]文章运用地理综合分析方法分析1985—2015年常州地区耕地利用空间分异;选取人口、社会、经济、环境、科技5方面共12个指标,分析常州地区耕地空间分异的影响因素。[结果]从常州地区耕地面积时间变化来看,1985—2015年常州地区耕地总面积整体呈现出递减趋势;从常州地区耕地面积空间变化来看,总体来说,常州南部地区(溧阳区)为耕地密集区,北部(新北、钟楼、天宁、武进)为耕地稀疏区;从影响因素的效用来看,经济因素的影响效用大,尤其是人均GDP和地均GDP的比重,而社会因素的影响较小,尤其是房屋竣工面积、公路里程。[结论]总体而言,受区域经济发展影响,常州地区耕地面积呈下降趋势,但近年来下降幅度已基本得到控制。     

基于地理探测器的内蒙古耕地水资源短缺时空变化特征及驱动力分析

[目的]明晰干旱半干旱区耕地水资源短缺的时空变化特征及驱动因素，是实现区域水资源可持续利用的首要前提，对保障区域乃至全国粮食安全和生态健康有着重要意义。[方法]文章以内蒙古为典型研究区，以水足迹理论为依据，通过构建耕地水资源短缺指数（Arable Land Water Scarcity Index,AWSI），分析2000—2018年内蒙古耕地水资源短缺指数时空格局及变化特征，并进一步借助地理探测器模型定量揭示研究区内气候、植被、地形、人口密度等11个自然和社会经济因素对耕地水资源短缺时空变化的影响差异。[结果]（1）内蒙古耕地水资源短缺指数总体呈西高东低的分布特征，西部耕地缺水压力较大。2000—2018年内蒙古耕地水资源短缺指数呈增加趋势，增加区域占总面积82%以上，主要分布在东部和中部地区。（2）自然因素主要决定内蒙古耕地水资源短缺的空间格局，其影响明显大于社会经济因素，但是2000—2018年社会经济因素的影响力在呈增大趋势。（3）自然因素中以蒸发量、年均温、降水量为主的气候因子在生态探测中共有19组显著差异，占据了影响因子中的主导地位。而在社会经济因素与自然因素的交互作用下，...     

贺兰山东麓银川地区酿酒葡萄农业气候资源对气候变化的响应

[目的]为合理利用农业气候资源,主动适应气候变化提供依据。[方法]基于宁夏银川地区1961-2015年地面气象观测资料,明确了酿酒葡萄生长季内主要农业气候资源、影响酿酒葡萄品质的主要农业气候因子及主要农业气象灾害的演变特征。[结果]近55年银川日平均气温稳定通过10℃起始时间提前,结束时间显著推迟,日平均气温稳定通过10℃持续时间显著增加,每10年分别增加97.6℃和2.6d,尤其是1995年后积温出现了明显增加。近55年酿酒葡萄适宜的放条出土时间提前,可能的生长季呈显著延长趋势,生长季内热量资源显著增加。近55年酿酒葡萄全生育期内日照时数呈显著减少趋势,生育期内日较差均呈不显著的减少趋势,但在酿酒葡萄适宜生长范围内。最热月(7~8月)平均气温显著增加,每10年增加0.28℃,不利于酿酒葡萄优良品质的形成。酿酒葡萄采收前1个月(9月)降水量及降水日数表现为增加趋势,对品质形成不利。不同级别霜冻及越冬冻害发生频率有所减少。[结论]热量资源增加为晚熟品种的成熟提供了保证,但是霜冻及越冬冻害依然不容忽视。     

时间序列植被指数重构方法比对研究

时间序列植被指数在植被遥感监测中发挥着重要的作用,但其往往存在大量噪声影响,在应用之前需要进行时序植被指数重构。耕地植被指数是进行农作物长势监测与估产以及农业生态系统对气候变化响应等研究的重要工具,本研究借助MODIS植被指数产品,以东北三省耕地为研究区域,针对非对称高斯函数拟合（AG）、双Logistic函数拟合（DL）和Savitzky-Golay滤波（SG）三种常见的时序植被指数重构方法,从原始数据质量对时间序列植被指数重构的影响、不同重构方法对原始数据的保真性和基于不同重构方法的耕地生长季长度空间格局等方面进行了对比分析。首先对NDVI及其质量控制数据进行分析,探讨原始数据质量对时序植被指数重构的影响;然后选择若干随机抽样点,从定性和定量两个角度来评价不同方法对时序植被指数的重构效果;最后借助研究区的耕地物候特征,间接对不同的时序植被指数重构方法进行对比。结果表明,在东北三省利用这三种方法进行耕地时序植被指数重构时需要引入质量控制数据,AG拟合和DL拟合在该地区耕地时序植被指数重构时表现相似且比SG滤波更加适宜。     

基于县域尺度的湖南省农业碳排放时空特征分析

目的 全球各行业碳排放中,农业碳排放占比很大,对全球气候和生态环境的负面影响不可忽视,研究农业碳排放对实现农业节能减排有重要意义。方法 文章通过分析从农地利用过程碳排放、水稻种植过程甲烷排放、农地氧化亚氮排放和禽畜养殖过程碳排放四个方面碳源构建了农业碳排放测算清单,采用碳转化系数法测算出湖南省农业碳排放总量,并分析了2007—2017年湖南省农业碳排放的时空特征。结果 2007—2017年湖南省农业碳排放整体呈先上升后下降趋势,碳排放强度呈下降趋势,74.59%的县域单元的农业碳排放总量为负增长,94.26%的县域单元碳排放强度呈下降态势。湖南省各县（市、区）农业碳排放在空间布局上存在显著同质性,11年各县（市、区）空间均质性呈增强之势,空间异质性呈减弱之势。结论 对湖南省县域尺度农业碳排放不同维度时序特征的分析,有利于依此总结湖南省碳排放变化规律,预测未来农业碳排放走向,对县域农业碳排放空间布局研究有助于各地因地制宜,推行有差别的农业碳减排举措。     

基于空间变异的郑州市休闲农业发展趋势预测

[目的]基于空间变异理论预测郑州市休闲农业的空间发展趋势,以期为郑州市休闲农业的发展提供支持,并弥补该研究领域的不足。[方法]采用统计分析法统计2010—2017年郑州市各县市区的规模以上休闲农庄数量和各区域面积,采用空间分析法计算各区域休闲农业空间分布密度确定其空间变异性,结合郑州市各县市区的区位条件、休闲农业资源和交通状况,综合分析郑州市休闲农业的未来发展方向。[结果](1)郑州市休闲农业的数量从2010年的39家增加到2017年的282家,其中增长幅度最大的是惠济区,其次是荥阳市和登封市;(2)惠济区的休闲农业分布密度历年均居各县市区之首,而且呈现逐年增加的趋势,登封市和荥阳市的休闲农业分布密度历年均远高于除惠济区外的其他县市区;(3)各县市区的区位条件、交通状况和休闲农业资源存在差异,造成各区域休闲农业发展不均衡。[结论]郑州市休闲农业未来的主要发展区域将会以惠济区、金水区、荥阳市和登封市为主,依托有利的交通优势以郑州市中心向周边县市扩散,以现代农业和高效农业发展为主的管城区和中牟县将会成为未来全市休闲农业发展的重点开发区域。     

中国耕地集约化与规模化利用耦合特征分析

[目的]集约化与规模化利用是提高我国耕地资源利用效率的两个重要途径。已有研究多针对单一的耕地集约化或规模化利用,考虑两者相互关系的研究缺乏,使得两化的耦合特征尚不明确。[方法]文章选择表征耕地集约化与规模化利用的重要指标,在县级尺度上分析我国耕地集约化和规模化利用特征,引入耦合模型揭示耕地集约化和规模化利用的耦合特征,并对两化的耦合发展模式进行划分。[结果]我国县级尺度耕地集约化和规模化利用耦合度较高,两化之间密切关联;但耦合协调性存在明显的区域差异:东部沿海地区两者的耦合性较好,而西北、西南、东北等区域的耦合协调度偏低,部分县域甚至失衡。从耦合相对发展度看,南方耕地的规模化利用程度较低,集约化利用水平较高,北方耕地呈现相反态势。在耕地集约化和规模化利用耦合模式中,"初级协调—集约化发展滞后型"和"中级协调—规模化发展滞后型"两种模式占主导地位。[结论]研究结果可为我国农业土地利用总体规划、空间布局、结构优化与调整等提供科学支撑,促进农业土地资源的高效利用。     

气候变化对年代际东北玉米冷害影响分析

[目的]气候变化对中国粮食主产区的东北地区产生显著影响,加强气候变化背景下东北作物冷害分析研究对保障粮食生产安全具有重要作用和意义。[方法]利用1981~2010年中国地面气温0.5°×0.5°格点数据集,以各年代东北玉米生长季(5~9月)的月平均气温、月平均气温之和以及近30年(1981~2010年)各年代月平均气温之和距平等主要气象要素分析东北气候变化趋势,根据《北方春玉米冷害评估技术规范》(QX/T 167-2012)行业标准,进一步对1980s~2010s各年代各等级东北玉米冷害发生时空变化进行分析和区划,结合有关东北历史冷害记载进行对照分析。[结果]东北玉米生长季气候趋暖明显,热量增加,近30年东北玉米各等级冷害发生年数、区域及频率都呈显著减少趋势,20世纪80年代东北几乎每年都有冷害发生,20世纪90年代为冷害发生转折点,年代后段(1996~2000年)冷害年数较前段(1991~1995年)明显减少,到21世纪10年代冷害年数进一步减少,轻度冷害区主要分布在黑龙江省中北部和东南部地区,其发生频率也小(0.1~0.2次/年),中度及重度冷害只在局部发生,冷害的显著减少为东北玉米连续丰产增收创造了十分有利条件。[结论]气候变暖背景下,东北玉米冷害减少,但个别年份还发生重度以上冷害(如2002、2003、2009年),冷害发生仍具不确定性。     

闽东粮食产量气象风险评估与分析

加强粮食气象灾害风险的分析和评估工作,对农业种植结构调整、防灾减灾和可持续发展具有重要意义。文章采用1949~2013年闽东9县市区粮食产量资料,应用线性拟合方法计算出粮食气象产量增长率时间序列作为分析对象,通过经验正交分解(EOF)、线性倾向估计、概率分布函数拟合及检验、聚类分析等气候统计学方法,分析闽东粮食气象产量增长率空间与时间变化特点,减产率等级分布特征及风险区划。结果表明,闽东山区粮食增长率总体要高过沿海县市,增产趋势更明显些。粮食增长率的空间特征值与年平均气温、日照时数为显著负相关,山区与沿海的气候差异与粮食增长率密切相关。9县市粮食增长率具有斜"L"型年际变化特征,可分为下降、上升、缓降、持平等4个阶段。聚类分析表明闽东粮食具有显著增产、一般增产、一般减产和显著减产等4类年型,增产与减产年份发生概率分别为54.3%、45.7%。沿海县市轻、中度减产发生概率要大于山区县,而重度减产发生概率则相反,山区县减产风险普遍高于沿海县市区。闽东总体增产年份比减产年份略多,但减产年份发生概率也较大,农业气象灾害造成减产危害不可忽视,因此加强粮食生产的农业气象防灾减灾工作十分重要。     

近20年湖南省耕地开发强度时空分异研究

目的 以县域为研究单元，对湖南省耕地开发强度进行测度，研究近20年来湖南省耕地开发强度时空变化特征。方法 文章运用变异系数、泰尔指数、重心分析、冷热点分析等多种方法揭示1999—2017年湖南省耕地开发强度时空格局演变特征。结果 （1）耕地开发强度总体上呈增长趋势，其区域差异性主要是由组间差异造成，其中湘南片区对组间差异的贡献率最大。（2）湖南省县域强度阶段性特征以上升为主要趋势，耕地开发强度空间分布不平衡，一级区和二级区主要分布于武陵、南岭和罗霄山脉等地势较高山区县域；三级区和四级区集中分布于中部往南北向延伸的地势较为平坦的地带。（3）耕地开发强度重心存在着从东北向西南转移的趋势，空间波动较小。（4）冷热点区域整体呈现出“热点区—次热点区—次冷点区—冷点区”的圈层结构分布形态，空间集聚格局相对稳定。结论 该研究结果为研究区制定区域差别化的耕地开发强度管控政策和农业空间管控决策提供更直观的参考。