快速检索 图表检索 引用检索 高级检索
基于地貌分区的1990-2015年中国耕地时空特征变化分析
程维明1,2,, 高晓雨1,3, 马廷1, 徐新良1, 陈印军4, 周成虎1,
1. 中国科学院地理科学与资源研究所 资源与环境信息系统国家重点实验室,北京 100101
2. 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心,南京 210023
3. 中国科学院大学,北京 100049
4. 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京 100081

作者简介:程维明(1973-), 男, 甘肃天水人, 博士, 研究员, 主要从事地貌学与GIS研究。E-mail: chengwm@lreis.ac.cn

通讯作者:周成虎(1964-), 男, 江苏淮安人, 中国科学院院士, 主要从事地理信息系统研究。E-mail: zhouch@lreis.ac.cn
摘要

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。

关键词: 中国; 耕地; 地貌分区; 时空变化;
Spatial-temporal distribution of cropland in China based on geomorphologic regionalization during 1990-2015
CHENG Weiming1,2,, GAO Xiaoyu1,3, MA Ting1, XU Xinliang1, CHEN Yinjun4, ZHOU Chenghu1,
1. State Key Laboratory of Resources and Environmental Information System, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China
2. Jiangsu Center for Collaborative Innovation in Geographical Information Resource Development and Application, Nanjing 210023, China
3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
4. Institute of Agricultural Resources and Regional Planning of CAAS, Beijing 100081, China
Abstract

Landform is an important factor determining the spatial pattern of cropland through allocating surface water and heat. Therefore, it is of great significance to study the change of cropland distribution from the perspective of geomorphologic division. Based on China's multi-year land cover data (1990, 1995, 2000, 2005, 2010 and 2015) and geomorphologic regionalization data, we analyzed the change of cropland area and its distribution pattern in six geomorphologic regions of China over the period 1990-2015 with the aid of GIS techniques. Our results showed that the total cropland area increased from 177.1 to 178.5 million hectares with an average increase rate of 0.03%. Cropland acreage decreased in southern China and increased in northern China. Region I (eastern hilly plains) had the highest cropland increase rate, while the dynamic degree of Region IV (northwestern middle and high mountains, basins and plateaus) was significantly higher than that of other regions. The barycenter of China's land cultivation had shifted from North China to northwest over the 25 years. Regions IV and I were the two high-growth regions of cultivated land. Region II (southeastern low-middle mountains) and Region V (southwestern middle and low mountains, plateaus and basins) were the main decreasing regions of cultivated land. The area of cultivated land remained almost unchanged in Region III (north China and Inner Mongolia eastern-central mountains and plateaus) and Region VI (Tibetan Plateau). The loss of cropland occurred mostly in regions I and II as a result of growing industrialization and urbanization, while the increase of cropland occurred mainly in Region IV because of reclamation of grasslands and other wastelands.

Keyword: China; cropland; geomorphologic regionalization; spatial-temporal change;
1 引言

土地利用覆被变化(land use and land cover changes, LUCC)是环境变化的基本组成部分,对于维持生态系统的结构和生产力具有重要意义[1]。土地覆被的变化影响着陆地表层物质循环和生命过程,如水循环、温室气体排放、资源可持续利用和生物多样性等,这些变化需要进一步分析时间和空间尺度的影响及效应[2,3,4]。同时,土地利用覆被变化也受全球经济、国家政策、气候变化等多种因素影响[5]。从1995年开始,国际地圈生物圈计划(IGBP)和全球变化人文因素计划(IHDP)制定并开始实行土地利用/土地覆盖变化科学研究计划,将其作为全球变化研究的核心内容。2005年启动的全球土地计划(Global Land Project, GLP),不仅强调了人类—环境耦合系统的集成与模拟,还强调了不同管理模式和政策对土地覆被的影响[5,6]。土地利用覆被变化的动态监测与研究逐渐成为了全球气候和环境变化研究关注的重要内容。

农业是人类最广泛的土地利用活动之一,覆盖了全球地表面积1/3的范围[7,8],在调节气候变化和确保粮食安全方面发挥着至关重要的作用[9]。中国是农业大国,用不足7%的世界耕地面积供养着世界20%的人口[10]。中国农业发展不仅面临着资源短缺、环境破坏、人口众多的问题,还要受到农业生产条件、生产力水平的制约[11]。近年来,农村土地利用研究的方向也由单一的数量质量评价逐渐向区域生态系统健康[12,13]、空心村综合整治[14,15]等方面转移。从20世纪90年代开始,中国城市化进入全面推进阶段,经济发达地区的大量耕地被严重占用,耕地数量迅速减少。2013年中央农村工作会议明确坚守18亿亩耕地红线,将粮食安全作为底线,国家还出台“退耕还林还草”、“耕地总量占补平衡”等一系列耕地保护政策,但仍然存在耕地“占优补劣”现象,耕地质量和产能有所降低[16]。因此,耕地的时空变化研究已经成为土地利用覆被研究的重要内容,国内外许多学者利用Landsat TM/ETM+、CBERS等遥感数据对不同尺度和区域的耕地变化进行了监测与分析[1, 7, 16-19]

土地利用的形式能够改变地表外营力的作用方式和力度大小,对地貌的形成、发展和演化有一定的影响;同时,地形地貌作为生态环境最基本的组成要素之一,又通过分配地表水分和热量制约着土地利用的形式和成效[20,21,22,23]。耕地是土地利用变化最为敏感的利用类型之一[24],地貌因子成为影响耕地变化的关键因素。海拔高度和坡度影响温度、降雨等气候因子,同时地表起伏也制约耕地的开发难度,因而地形地貌决定着耕地资源的分布,对耕地质量具有非常重要的决定意义[24,25,26]。田蜜等选取重庆市典型地貌类型为研究对象,指出地形地貌可以通过改变土地利用现状和净耕地系数影响新增耕地潜力,深丘、中低山地区新增耕地潜力明显高于浅丘区[27]。程维明等基于水资源分区和地貌特征,研究新疆耕地资源的变化特征,表明不同地貌成因类型区的耕地资源分布存在显著差异[25]。付金霞等以陕西省澄城县为研究对象,分析黄土地貌对耕地地力的影响,结果表明优质耕地主要分布在地势平坦、肥力较高的黄土塬面上[28]

目前,国内涉及地形地貌对耕地变化的研究多集中在市县和流域尺度,关于省级和国家级的研究相对较少;很多文献仅以研究区内独特的地貌特征为依托[27,28,29],地形地貌相对单一,很难深入研究地形地貌对耕地变化的影响。地形地貌对耕地的分布及质量影响重大,同一地貌类型区的气候条件大致相同,以地貌一级分区的视角研究中国耕地变化特征有重要意义。本文以中国耕地为研究对象,按照地形地貌条件将中国耕地划分为六个研究区,依据遥感解译的全国土地利用图,量化和描述1990-2015年中国耕地的时空变化,为未来城市景观规划和生态系统管理保护提供基础信息。同时,耕地与其他土地利用类型的时空转换信息也能够为耕地资源可持续利用与管理,应对自然灾害、疾病、粮食安全问题等提供借鉴。

2 数据来源与研究方法
2.1 数据来源

耕地数据来源于中国科学院资源环境数据中心的全国土地利用数据库,包含1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2015年6期数据。该数据库得到国家科技支撑计划、中国科学院知识创新工程重要方向项目等的支持,覆盖全国陆地区域多时相1∶10万比例尺土地利用现状[30,31,32]。该数据集以Landsat TM/ETM遥感影像为主要数据源,通过土地利用变化遥感信息人工交互快速提取的方法完成。土地利用类型包括耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地,即6个一级类型。通过野外调查资料与外业实地记录,土地利用的一级类型综合评价精度达到94.3%以上,满足1∶10万比例尺用户制图精度[31]。为了研究方便,将土地利用数据栅格化,分辨率为100 m。本文从6期土地利用数据提取耕地数据并对1990-2015年耕地空间格局的变化进行分析。

地貌区划数据来源于中国科学院资源与环境信息系统国家重点实验室,基于基本地貌类型的区域分异及成因,全国共划分为6个一级地貌区和36个二级地貌区[33,34],并对地貌区的名称进行补充和修改。这6个一级地貌区分别是东部平原低山丘陵区(I)、东南低山丘陵平原区(II)、华北—内蒙东中山高原区(III)、西北高中山盆地高原区(IV)、西南中低山高原盆地区(V)和青藏高原高山极高山盆地谷地区(VI)。

I区和II区分别位于中国第三级地势阶梯北部和南部。I区包括三江平原、松嫩平原、辽河平原和华北华东平原,完达山低山丘陵、长白山中低山丘陵、小兴安岭低山丘陵等。II区包括长江中游低山丘陵平原、华南低山丘陵平原、浙闽中低山丘陵谷地等。III区、IV区和V区位于中国第二级地势阶梯上。III区的典型山地有大兴安岭中低山、山西中低山,典型平原有内蒙古东北部高平原、河套平原和黄土高原等。IV区典型的盆地有准噶尔盆地和塔里木盆地,还包括蒙甘新高原丘陵平原等地区。V区包括鄂黔滇大巴山中低山、川西南滇中高原和四川盆地等地区。VI区主要位于第一级地势阶梯,包括西藏、青海和四川的大部分区域,冰川冰缘地貌显著,平均海拔超过了4000 m。

2.2 研究方法

利用GIS从1990年、1995年、2000年、2005年、2010年和2015年6期全国土地利用数据集中提取每期耕地数据;再与全国地貌分区数据进行叠加分析,进而获取不同地貌分区下1990-1995年、1995-2000年、2000-2005年、2005-2010年和2010-2015年5个变化时期耕地的面积数量和空间分布特征(图1);根据耕地利用变化类型图的属性数据表计算不同时期的耕地和其他土地类型空间转换特征。

图1 中国不同时期耕地分布
注:地貌分区改自文献[33]
Fig. 1 The distribution of cropland of China in different years

2.2.1耕地动态度 动态度可以反映土地利用变化速率的区域差异,刘纪远等提出的综合土地利用动态度指数模型,能够表示某一地区某一时期内综合的土地利用方式变化特 征[30,31,32]。本文采用该模型对1990-2015年耕地利用动态度计算和分析,公式如下:

S = S i - j + S j - i S i × 1 t × 100 % (1)

式中:S为区域耕地利用动态度; S i 为监测开始时耕地的总面积; S i - j 为研究时间段流失耕地面积,即耕地转化为其他土地利用类型的面积总和; S j - i 为研究时间段新增耕地面积,即其他土地利用类型转化为耕地的面积总和;t为时间段,单位为年。

2.2.2新增耕地重心模型 重心是研究要素在区域发展过程中空间位置变化的重要工具[35],耕地变化的重心位置由耕地变化的空间状态决定[36]。1995-2015年新增耕地重心坐标计算如下:

X T + 1 = i = 1 n M i X i , T i = 1 n M i (2)

Y T + 1 = i = 1 n M i Y i , T i = 1 n M i (3)

式中:XT+1YT+1表示某时段结束年份耕地的重心坐标,Mi表示该时段第i个地貌分区新增的耕地面积(即其他土地利用类型转换为耕地的面积)占起始年份耕地面积的百分比,Xi, TYi, T表示该时段第i个地貌分区起始年份耕地的重心坐标,n表示地貌分区个数。

而1990年作为本次研究的起始年份,上述变化时段的新增耕地重心公式并不适用于1990年,所以1990年耕地重心的计算公式如下:

X ¯ = i = 1 n A i X i i = 1 n A i (4)

Y ¯ = i = 1 n A i Y i i = 1 n A i (5)

式中: X ¯ Y ¯ 表示1990年耕地的重心坐标,Ai表示第i个地貌分区的耕地面积,XiYi表示第i个地貌分区的重心坐标。

3 研究结果
3.1 全国耕地的时空变化

结果表明,1990-2015年中国耕地整体面积变化波动不大,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,每年增幅只有0.03%。由图2可知,耕地主要分布在中部和东部第二、三级阶梯上。以2000年为研究界限,1990-2000年间,耕地面积增加280万hm2;2000-2015年间,耕地面积减少144万 hm2。新增的耕地主要集中在西北和东北地区,多为林地和草地被开发成耕地。东部沿海地区流失了大量耕地,由于城市化进程的加快,大量耕地被建设用地占用。

图2 1990-2015年中国新增与流失耕地分布 Fig. 2 The distribution of reclaimed and lost cropland in China from 1990 to 2015

全国不同时期新增耕地的主要来源为草地、林地和未利用地(图3)。1990-2000年新增的耕地主要来自于草地和林地,而2000-2015年新增的耕地主要来自于草地和未利用地。1990-2015年由建设用地转为耕地的面积与其他类型转为耕地的面积比起来非常少。

图3 1990-2015年中国耕地土地利用类型变化 Fig. 3 The change of reclaimed and lost cropland in China from 1990 to 2015

全国不同时期流失耕地的主要去向为建设用地、草地和林地。2000-2015年之间,耕地飞速转向建设用地,尤其是在2010-2015年,流失的耕地中有84%的耕地都转为建设用地。这是由于中国近年来经济突飞猛进,城镇化建设也随之加快,新增的建设用地大量地占用了优质耕地,优质耕地严重流失。

从地貌形态类型上看,新增耕地和流失耕地均主要集中在地势低缓的平原地区(58.6%和60.9%),其次为台地和丘陵(图4)。随着起伏度的增大,耕地面积逐渐减少。平原、丘陵和台地起伏度小(< 200 m),成为耕地开发和占用首选的地貌类型;而山地起伏度大,耕地利用难度较大,耕地开发避开山地,而且山地上已有的少量耕地也逐渐被弃耕,所以山地类型上的耕地变化较小,尤其是极大起伏山地上没有耕地分布。

图4 1990-2015年中国耕地地貌类型变化 Fig. 4 The geomorphologic types change of cropland in China from 1990 to 2015

3.2 地貌区动态度变化

1990-2015年中国地貌区耕地动态度如表1所示,变化幅度为新增耕地面积与流失耕地面积绝对值的总和。除了西北高中山盆地高原区(Ⅳ)外,其他地貌分区各时期的耕地面积变化不大,动态度大多在1%以下(图5)。

表1 1990-2015年中国不同地貌区耕地动态度 Tab. 1 The dynamic degree of cropland in different geomorphologic regions of China from 1990 to 2015

图5 1990-2015年中国不同地貌区的耕地动态度变化 Fig. 5 The change of cropland dynamic degree in different geomorphologic regions of China from 1990 to 2015

Ⅳ区1995-2015年耕地面积一直在增加,平均每年增加8.9万hm2,1990-1995年、2000-2005年和2010-2015年的动态度分别达到了4.06%、2.62%和2.61%,动态度远高于其他地貌区而且波动较大,主要原因为棉花等经济作物生产规模的扩大、西部农业科技的进步和农业政策的实施等,新增的耕地多来自对新疆塔里木盆地、伊犁河谷地区和准噶尔盆地草地的开垦。

Ⅰ区和Ⅲ区耕地面积呈现出先增加(1990-2000年)后减少(2000-2015年)的趋势,Ⅰ区平均每年增加耕地5.4万hm2,而Ⅲ区平均每年减少0.15万 hm2。Ⅱ区和Ⅴ区耕地面积1990-2015年呈现出减少的趋势,平均每年耕地分别减少5.9万hm2和2.8万hm2。而Ⅵ区由于其地势高、海拔高,耕地面积少,该区冰川常年覆盖,环境对土地的影响很小,所以该区耕地面积25年间基本保持不变。

1990-2015年中国新增耕地的重心由东部移向西北部,1995-2015年新增耕地重心全部落在了Ⅳ区内,且继续向西北方向移动(图6)。

图6 1990-2015年中国新增耕地重心转移 Fig. 6 The curve of reclaimed cropland barycenter in China from 1990 to 2015

3.3 地貌区耕地的时空变化

在中国地貌分区中,Ⅰ区由于其地势低、水热条件良好,拥有大量的优质耕地,其耕地面积最多,平均耕地面积为7485.6万hm2,是Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅴ区耕地面积的2~3倍。而Ⅳ区和Ⅵ区地势复杂,水热条件较差,耕地面积较少,分别只有Ⅰ区耕地面积的10%和3%。耕地的空间分布主要受环境因素的影响,不同地理环境下耕地变化的剧烈程度也不同。不同地貌区耕地时空变化特征如表2所示。

表2 1990-2015年中国不同地貌分区耕地时空变化特征 Tab. 2 Temporal and spatial changes of cropland in different geomorphologic regions of China from 1990 to 2015

3.3.1东部平原低山丘陵区 从图7和图8可知,该区1990-2015年共增加耕地面积135万hm2,平均每年增加5.4万hm2。1990-2000年耕地增加速度显著高于2000-2015年。1990-1995年新增加的耕地最多,面积为328.8万hm2,是1995-2015年4个变化时期新增耕地面积的2~16倍。不同时期新增耕地主要来源为林地、草地和未利用地。新增耕地主要发生在东北松嫩平原、辽河平原和三江平原,东北其他地区也有少量分布,而东部沿海地区几乎没有新增耕地。1990-1995年,新增耕地主要发生在辽河平原,草地被开垦为耕地;1995-2000年新增耕地主要发生在嫩江平原,林地被开垦为耕地。

图7 1990-2015年中国I区耕地新增与流失变化 Fig. 7 The change of reclaimd and lost cropland in Region I of China from 1990 to 2015

图8 1990-2015年中国I区耕地空间变化 Fig. 8 The spatial change of cropland in Region I of China from 1990 to 2015

该区流失耕地主要发生在东北省会城市周边地区和东部沿海平原地区,主要去向为建设用地,建设用地占用耕地的比例大幅度增加,从1990-1995年的37%增加到2010-2015年的91%。随着经济发展,东北地区和东部沿海地区城镇化发展迅速。城市规模不断扩大,其配套交通网络不断扩增,东北地区省会城市、京津冀及东部沿海地区(尤其是长江三角洲地区)大中型城市周边建设用地占用耕地现象越来越严重。由于东部地区耕地平坦开阔、易开发,很多土壤肥沃、生产力较高的优质耕地成为城市扩张的首选,大量优质耕地流失为建设用地。而补充的耕地多为林草地和未利用地,以次充好的现象十分严重,东部平原低山丘陵区的耕地质量严重下降。

3.3.2东南低山丘陵平原区 1990-2015年,该区耕地面积一直在减少,由3351万hm2减少到了3203万hm2,平均每年减少5.9万hm2图9)。

图9 1990-2015年中国II区耕地新增与流失变化 Fig. 9 The change of reclaimd and lost cropland in Region II of China from 1990 to 2015

新增的少量耕地主要发生在1990-2005年(图10)。1990-1995年间新增耕地主要以林地、水域和草地为主,林地(47.4%)是其最大的贡献者,林地开垦区主要分布在广西南部地区。1995-2005年主要以林地和水域为主,1995-2000年间水域被开发成的耕地主要发生在洞庭湖区,而2000-2005年主要发生在鄱阳湖区,这两个时期围湖造田现象相对严重。

图10 1990-2015年中国II区耕地空间变化 Fig. 10 The spatial change of cropland in Region II of China from 1990 to 2015

该区1990-2000年流失的耕地主要流向了林地和建设用地,增加的林地主要分布在浙闽中低山丘陵谷地地区,该时期荒坡草地植树造林最为显著。2000-2015年耕地主要流向建设用地,2000-2005年和2010-2015年流向建设用地的耕地面积最多,分别是39.5万hm2和36.4万hm2。2000-2010年增加的建设用地主要集中在珠江三角洲和东南沿海地区,2010-2015年东南地区均有分布,该时期城镇化建设范围扩大,增加的建设用地大多来自优质耕地。

3.3.3华北—内蒙东中山高原区 该区在1990-2015年耕地面积总体上有少量减少,共减少3.8万hm2,平均每年减少0.15万hm2图11)。新增的耕地主要集中在1990-2005年,2005-2015年耕地增加很少。1990-2005年新增的耕地以草地开垦为主,3个时期草地的贡献率分别为80%、69%和75%,主要发生在内蒙古东北部高平原地区、河套平原和黄土高原西部。新增耕地中来自草地的面积迅速减少(图12)。

图11 1990-2015年中国III区耕地新增与流失变化 Fig. 11 The change of reclaimd and lost cropland in Region III of China from 1990 to 2015

图12 1990-2015年中国III区耕地空间变化 Fig. 12 The spatial change of cropland in Region III of China from 1990 to 2015

该区年耕地流失主要发生在1990-2005年,1990-1995年耕地流失最为严重,达到了52.7万hm2,流失的主要去向为草地。1990-1995年流失耕地集中在整个河套平原区;1995-2000年河套平原的前套和后套地区有大量耕地转换成林草地;而2000-2005年黄土高原中部地区也大量出现由耕地转换成的草地。

1990-2005年新增耕地和流失耕地都集中在河套平原和黄土高原,一方面说明该时期该区退耕还林还草效果明显,另一方面说明退耕还林还草的同时需要新的耕地进行补充。同时,在2010-2015年有大量耕地被改为建设用地,主要发生在该区陕西中部和甘肃中部地区,该时期城镇化建设加快。

3.3.4 西北高中山盆地高原区 该区1990-2015年耕地的动态变化主要发生在耕地和草地之间,耕地25年间整体增加223万hm2,平均每年增加8.9万hm2,是6个地貌区中耕地面积增加最多的地貌分区(图13)。

图13 1990-2015年中国IV区耕地新增与流失变化 Fig. 13 The change of reclaimd and lost cropland in Region IV of China from 1990 to 2015

图14可知,1990-2005年新增的耕地以草地为主,主要分布在塔里木盆地北部(阿克苏、库尔勒地区)、准噶尔盆地和伊犁河谷平原区等水土资源良好的绿洲区。主要原因为中央及新疆地方政府在20世纪90年代为了鼓励开垦耕地,推出了一系列优惠政策,例如粮食生产补贴、农业税减免等,开垦了大量的耕地,尤其是2000-2005年耕地开发的速度和数量达到了顶峰。

图14 1990-2015年中国IV区耕地空间变化 Fig. 14 The spatial change of cropland in Region IV of China from 1990 to 2015

该区耕地流失现象在1995-2015年并不严重,只有在1990-1995年耕地流失面积达到73万hm2,其中有67.2%的耕地流向草地,主要发生在耕地的边缘和城市周边地区,喀什耕地流失较其他地区严重,这主要是因为这段时期大部分耕地遭到撂荒。

3.3.5 西南中低山高原盆地区 从图15和图16可知,该区1990-2015年耕地总体面积减少71万hm2,平均每年减少耕地2.8万hm2,比东部平原低山丘陵区和西北高中山盆地高原区耕地变化小得多。新增耕地主要发生在1990-2000年间,以林地和草地为主,二者的贡献率都在88.2%以上,主要原因是滇西南中高山地区和鄂黔滇中低山谷地地区森林及灌木等改造为耕地。而2000-2015年新增的耕地面积并不多。

图15 1990-2015年中国V区耕地新增与流失变化 Fig. 15 The change of reclaimd and lost cropland in Region V of China from 1990 to 2015

图16 1990-2015年中国V区耕地空间变化 Fig. 16 The spatial change of cropland in Region V of China from 1990 to 2015

而该区流失的耕地主要转向了建设用地,随着城镇化进程的加快,各时期由耕地转向建设用地的面积逐渐增加。2000-2015年占用耕地的建设用地主要集中在省会城市和主要城市。

3.3.6 青藏高原高山极高山盆地谷地区 该区1990-2015年耕地面积变化很小,平均每年仅增加0.06万hm2。新增的耕地主要是由草地开垦而来。该区耕地流失的面积也较少,主要去向为草地和建设用地。由于该区地形条件复杂、居住人口较少、经济发展较为落后,该区25年来整体没有变化(图17)。

图17 1990-2015年中国VI区耕地新增与流失变化 Fig. 17 The change of reclaimd and lost cropland in Region VI of China from 1990 to 2015

4 结论与讨论

耕地是土地利用最为敏感的利用类型之一。由于中国城市化的快速发展,耕地的数量和质量都面临着严峻的挑战。本文通过提取1990-2015年6期耕地数据,利用GIS叠加分析的方法研究中国耕地面积的动态变化和空间格局特征、新增耕地的主要来源和流失耕地的主要去向,取得如下结论:

(1)1990-2015年中国耕地面积总体变化不大,耕地主要分布在第二、三级地势阶梯上。空间分布上呈现出“南减北增,新增耕地的重心逐渐向西北移动”的特点,城乡建设飞速发展、建设用地大量占用优质耕地是导致耕地时空变化的关键因素。

(2)东部平原低山丘陵区由于地势低、水源充沛,分布着大量的优质耕地,其耕地面积最多,平均耕地面积为7485.6万hm2。而西北高中山盆地高原区和青藏高原高山极高山盆地谷地区地势复杂,高山、高原、盆地广布,水热条件差,耕地面积少,不到东部平原低山丘陵区耕地面积的10%。

(3)由于耕地的统计单元面积较大,所以地貌区每个时期的耕地动态度并不高。西北高中山盆地区1990-2015年耕地的动态度相比于其他地貌区变化最大,1990-1995年、2000-2005年和2010-2015年的动态度分别达到了4.06%、2.62%和2.61%,平均每年增加耕地面积8.9万hm2,新增的耕地多来自对新疆塔里木盆地、伊犁河谷地区和准噶尔盆地草地的开垦。而其他地貌区耕地动态度大多都在1%以下。

(4)从土地利用类型上看,全国不同时期新增耕地的主要来源为草地、林地和未利用地,1990-2000年新增的耕地最多;全国不同时期流失耕地的主要去向为建设用地、林地和草地,建设用地一直是各时期耕地的主要流失方向,大量优质耕地被占用。从地貌形态类型上看,新增耕地和流失耕地均主要集中在平原地区(58.6%和60.9%),其次为台地和丘陵。地形起伏度越大,耕地面积越少。

(5)东南低山丘陵平原区、西南中低山高原盆地区是耕地流失的主要发生地区,而西北高中山盆地区、东部平原低山丘陵区是新增耕地的主要发生地区。华北—内蒙东中山高原区和青藏高原高山极高山盆地谷地区耕地无明显变化。

然而,本文仅是从地貌分区的角度研究中国耕地1990-2015年的时空变化特征,不同地貌区耕地变化的驱动因素还需要深入探索。耕地是人类赖以生存的基础和保障,耕地保护关系到中国的粮食安全和可持续发展。基于地貌分区的中国耕地资源稳定平衡及风险评价,我们会在今后的工作中进一步研究。

The authors have declared that no competing interests exist.

Reference
[1] Restrepo A M C, Yang Y R, Hamm N A S, et al. Land cover change during a period of extensive landscape restoration in Ningxia Hui Autonomous Region, China. Science of the Total Environment, 2017, 598: 669-679.
DOI:10.1016/j.scitotenv.2017.04.124      [本文引用:2]
[2] Hao H M, Ren Z Y.Land use/land cover change (LUCC) and eco-environment response to LUCC in farming-pastoral zone, China. Journal of Integrative Agriculture, 2009, 8(1): 91-97.
[本文引用:1]
[3] Tian H Q, Chen G S, Lu C Q, et al.Global methane and nitrous oxide emissions from terrestrial ecosystems due to multiple environmental changes. Ecosystem Health & Sustainability, 2015, 1(1): 1-20.
[本文引用:1]
[4] Liu Jiyuan, Kuang Wenhui, Zhang Zengxiang, et al.Spatiotemporal characteristics, patterns and causes of land use changes in China since the late 1980s. Acta Geographica Sinica, 2014, 69(1): 3-14.
[本文引用:1]
[刘纪远, 匡文慧, 张增祥, . 20世纪80年代末以来中国土地利用变化的基本特征与空间格局. 地理学报, 2014, 69(1): 3-14.]
[5] Yan F Q, Zhang S W, Kuang W H, et al.Comparison of cultivated landscape changes under different management modes: A case study in Sanjiang Plain. Sustainability, 2016, 8(10): 1071.
DOI:10.3390/su8101071      [本文引用:2]
[6] Turner B L, Lambin Eric F, Reenberg Anette.The emergence of land change science for global environmental change and sustainability. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2007, 104(52): 20666.
Land change science has emerged as a fundamental component of global environmental change and sustainability research. This interdisciplinary field seeks to understand the dynamics of land cover and land use as a coupled human-environment system to address theory, concepts, models, and applications relevant to environmental and societal problems, including the intersection of the two. The major components and advances in land change are addressed: observation and monitoring; understanding the coupled system-causes, impacts, and consequences; modeling; and synthesis issues. The six articles of the special feature are introduced and situated within these components of study.
DOI:10.1073/pnas.0704119104      PMID:18093934      [本文引用:1]
[7] Yao Z Y, Zhang L J, Tang S H, et al.The basic characteristics and spatial patterns of global cultivated land change since the 1980s. Journal of Geographical Sciences, 2017, 27(7): 771-785.
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 km~2 with a rate of 7.920×104 km~2/a, although this increasing trend was not significant. The global cultivated land increased fastest in the 1980 s. Since the 1980 s, the cultivated land area in North America, South America and Oceania increased by 170.854×104 km~2, 107.890×104 km~2, and 186.492×104 km~2, respectively. In contrast, that in Asia, Europe and Africa decreased by 23.769×104 km~2, 4.035×104 km~2 and 86.76×104 km~2, respectively. Furthermore, the cultivated land area in North America, South America and Oceania exhibited significant increasing trends of 7.236× 104 km~2/a, 2.780×104 km~2/a and 3.758×104 km~2/a, respectively. On the other hand, that of Asia, Europe and Africa exhibited decreasing trend rates of –5.641×104 km~2/a, –0.831×104 km~2/a and –0.595×104 km~2/a, respectively. Moreover, the decreasing trend in Asia was significant.(2) Since the 1980 s, 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 1980 s, the total area of cultivated lands converted to other types of land was 1071.946×104 km~2. 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.
DOI:10.1007/s11442-017-1405-5      [本文引用:2]
[8] Ye Y, Fang X Q, Ren Y Y, et al.Cropland cover change in Northeast China during the past 300 years. Science in China Series D Earth Sciences, 2009, 52(8): 1172-1182.
DOI:10.1007/s11430-009-0118-8      [本文引用:1]
[9] Ren W, Tian H, Tao B, et al.China's crop productivity and soil carbon storage as influenced by multifactor global change. Global Change Biology, 2012, 18(9): 2945-2957.
Much concern has been raised about how multifactor global change has affected food security and carbon sequestration capacity in China. By using a process-based ecosystem model, the Dynamic Land Ecosystem Model (DLEM), in conjunction with the newly developed driving information on multiple environmental factors (climate, atmospheric CO2, tropospheric ozone, nitrogen deposition, and land cover/land use change), we quantified spatial and temporal patterns of net primary production (NPP) and soil organic carbon storage (SOC) across China's croplands during 1980–2005 and investigated the underlying mechanisms. Simulated results showed that both crop NPP and SOC increased from 1980 to 2005, and the highest annual NPP occurred in the Southeast (SE) region (0.32 Pg C yr611, 35.4% of the total NPP) whereas the largest annual SOC (2.29 Pg C yr611, 35.4% of the total SOC) was found in the Northeast (NE) region. Land management practices, particularly nitrogen fertilizer application, appear to be the most important factor in stimulating increase in NPP and SOC. However, tropospheric ozone pollution and climate change led to NPP reduction and SOC loss. Our results suggest that China's crop productivity and soil carbon storage could be enhanced through minimizing tropospheric ozone pollution and improving nitrogen fertilizer use efficiency.
DOI:10.1111/j.1365-2486.2012.02741.x      PMID:24501069      [本文引用:1]
[10] Tian H Q, Ren W, Tao B, et al.Climate extremes and ozone pollution: A growing threat to China's food security. Ecosystem Health & Sustainability, 2016, 2(1): 1-10.
Abstract Ensuring global food security requires a sound understanding of climate and environmental controls on crop productivity. The majority of existing assessments have focused on physical climate variables (i.e., mean temperature and precipitation), but less on the increasing climate extremes (e.g., drought) and their interactions with increasing levels of tropospheric ozone (O3). Here we quantify the combined impacts of drought and O3 on China's crop yield using a comprehensive, process-based agricultural ecosystem model in conjunction with observational data. Our results indicate that climate change/variability and O3 together led to an annual mean reduction of crop yield by 10.0% or 55 million tons per year at the national level during 1981 2010. Crop yield shows a growing threat from severe episodic droughts and increasing O3 concentrations since 2000, with the largest crop yield losses occurring in northern China, causing serious concerns in food supply security in China. Our results imply that reducing tropospheric O3 levels is critical for securing crop production in coping with increasing frequency and severity of extreme climate events such as droughts. Improving air quality should be a core component of climate adaptation strategies.
DOI:10.1002/ehs2.1203      [本文引用:1]
[11] Chen Ligen.Sustainable development of agriculture and sustainable use of farmland resources in China. Journal of Anhui Agricultural University, 2001, 28(1): 102-105.
In this paper,the author put forward four features of sustainable development of agriculture,and that the farmland resources are the base for sustainable development of agriculture in China.Based on the problems of farmland use,the author also put forward some countermeasures for sustainable development of agriculture and sustainable use of farmland.
[本文引用:1]
[12] Peng J, Liu Y X, Li T Y, et al.Regional ecosystem health response to rural land use change: A case study in Lijiang City, China. Ecological Indicators, 2017, 72: 399-410.
[本文引用:1]
[陈利根. 中国农业可持续发展与耕地资源可持续利用. 安徽农业大学学报, 2001, 28(1): 102-105.]
[13] Yang R H, Yang Q Y, Zeng L, et al.Evaluation on ecological security and analysis of influence factors of rural land based on BP-ANN model. Research of Soil and Water Conservation, 2017, 24(3): 206-213.
[本文引用:1]
[杨人豪, 杨庆媛, 曾黎, . 基于BP-ANN模型的农村土地生态安全评价及影响因素分析: 以重庆市丰都县为例. 水土保持研究, 2017, 24(3): 206-213.]
针对重庆市丰都县土地生态敏感特性和区域实际情况,将土地生态安全评价指标值作为输入,土地生态安全评价得分作为输出,基于多层反向传播人工神经网络(BP-ANN)构建了具有15个隐含层神经元的3层土地生态安全评价模型,通过Matlab R2012b随机选取2013年317个总样本中的200个样本,将其中的70%,30%分别作为网络的训练样本和检验样本用于训练及检验BP-ANN,将剩余117个样本测试网络,再将2014年317个村的相关指标值代入人工神经网络通过模式识别进行评价;在此基础上分析丰都县农村土地生态安全状况的空间分异现象,并使用因子分析法结合多元线性回归分析法研究影响丰都县农村土地生态安全的因素。结果表明:(1)117个测试样本中相对误差小于5%的样本占98.21%,BP-ANN模型精度良好;(2)2014年丰都县各村土地生态安全评分为40.47~55.73,平均得分49.19,土地生态安全状况处于中等偏下水平,空间上土地生态安全评分全局Morans′I指数为0.34,空间呈自相关性,县域内西北部的农村土地生态状况较好;(3)影响丰都县农村土地生态安全的因素按照影响程度大小依次为:植被生物条件、土壤条件、景观多样性、生态建设与发展协调程度、降水条件、水域条件。BP-ANN模型一定程度上克服了传统评价过程中主观因素导致的误差,精确的评价结果对区域土地生态保护提供指导。
[14] Liu Yansui, Zhu Lin, Li Yuheng.The essential theories and models of rural land consolidation in the transitional period of China. Progress in Geography, 2012, 31(6): 777-782.
[本文引用:1]
[刘彦随, 朱琳, 李玉恒. 转型期农村土地整治的基础理论与模式探析. 地理科学进展, 2012, 31(6): 777-782.]
农村土地整治是适时补充耕地、盘活存量土地、优化城乡用地、强化集约用地和提升土地产能的重要途径。本文针对中国城乡发展转型进程中出现的农村空心化加剧发展和农村居民点用地&ldquo;不减反增&rdquo;等突出问题,分析了科学推进农村土地整治的战略目标与现实意义,阐释了农村土地整治中土地资源优化配置、农村土地&ldquo;三整合&rdquo;、农村空心化&ldquo;生命周期&rdquo;、克里斯泰勒中心地理论等相关的基础理论,深入探讨了农村土地整治的区域差异性模式、城乡一体化模式、&ldquo;一整三还&rdquo;综合模式、统筹协同决策模式及其创新机制。
[15] Zhao Mingyue, Wang Yanglin, Hu Zhichao, et al.Comprehensive consolidation of hollowing village oriented rural land resource allocation. Progress in Geography, 2016, 35(10): 1237-1248.
[本文引用:1]
[赵明月, 王仰麟, 胡智超, . 面向空心村综合整治的农村土地资源配置探析. 地理科学进展, 2016, 35(10): 1237-1248.]
[16] Zhang Ying, Zhang Hongqi, Li Xiubin.The changes on quality and production capacity of farmland in the main agricultural regions during recent 20 years. Geography and Geo-Information Science, 2011, 27(4): 52-56, 2.
[本文引用:2]
[张英, 张红旗, 李秀彬. 近20年中国农业主产区耕地资源质量和产能变化研究. 地理与地理信息科学, 2011, 27(4): 52-56, 2.]
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%。
[17] Kraemer R, Prishchepov A V, Müller D, et al.Long-term agricultural land-cover change and potential for cropland expansion in the former Virgin Lands area of Kazakhstan. Environmental Research Letters, 2015, 10(5): 345-466.
[本文引用:0]
[18] Liu J Y, Liu M L, Tian H Q, et al.Spatial and temporal patterns of China's cropland during 1990-2000: An analysis based on Landsat TM data. Remote Sensing of Environment, 2005, 98(4): 442-456.
DOI:10.1016/j.rse.2005.08.012      [本文引用:0]
[19] Kotoky P, Dutta M K, Borah G C.Changes in landuse and landcover along the Dhansiri River channel, Assam: A remote sensing and GIS approach. Journal of the Geological Society of India, 2012, 79(1): 61-68.
DOI:10.1007/s12594-012-0002-6      [本文引用:1]
[20] Cheng Weiming, Zhou Chenghu.Methodology on hierarchical classification of multi-scale digital geomorphology. Progress in Geography, 2014, 33(1): 23-33.
[本文引用:1]
[程维明, 周成虎. 多尺度数字地貌等级分类方法. 地理科学进展, 2014, 33(1): 23-33.]
参考已出版的全国各级各类比例尺的地貌类型图的分类方案及图例表达,探讨了中国1:100 万数字地貌的等级分类方法,采用基于形态、成因、物质和年龄等地貌要素,综合反映地貌特征的等级分类指标和分类体系,初步构建了中国多个国家基本比例尺(即1:400 万、1:100 万、1:50 万、1:25 万、1:5 万)数字地貌等级分类方法,发展了由连续分布的多边形图斑反映形态成因类型,以及由离散的点、线和面图斑共同反映形态结构类型的数字地貌类型数据组织方式,构建了多尺度数字地貌类型的编码方法。该研究可为发展多尺度地貌类型图的编制提供方法基础,也可为当前正在进行的地理国情监测工程的大比例尺地貌类型信息普查提供分类规范和技术支持。
[21] He Weican, Zhao Shangmin, Cheng Weiming.Analysis of land cover change on basic geomorphic types in Shanxi Province. Geography and Geo-Information Science, 2016, 18(2): 210-219.
[本文引用:1]
[何维灿, 赵尚民, 程维明. 山西省不同地貌形态类型区土地覆被变化的GIS分析. 地球信息科学学报, 2016, 18(2): 210-219.]
<p>基于全国1:100万数字地貌数据库,全国2000、2005、2010年土地覆被数据和山西省行政区边界数据,采用土地覆被动态度、转移概率矩阵和地貌面积频度方法,分析了2000-2010年山西省基本地貌形态类型下的土地覆被变化。结果表明:(1)山西省的土地覆被类型以耕地、林地和草地为主,面积总和占省域面积的95%以上。面积变化的总体趋势是耕地和草地缩减,林地和建设用地持续增加。通过分析转移概率矩阵,表明2000-2005年和2005-2010年2个时段内,土地利用的主要转化趋势相似,即林地与草地之间大面积的相互转化,耕地、草地分别与建设用地之间的相互转化。(2)耕地和建设用地的分布,随着起伏度的增大而逐渐减小。林地分布随着起伏度的增加而逐步增大。从面积变化来看,耕地、林地和草地变化主要位于中起伏山地;水域变化主要集中在大起伏山地;建设用地变化主要分布于平原和台地;未利用地变化主要在小起伏山地。从动态度来看,耕地、草地和水域动态度,在大起伏山地地区最大;林地动态度在平原区最大;建设用地的动态度最大位于丘陵;未利用地在小起伏山地地区最大。(3)土地覆被类型之间的主要转化在地貌上也存着差异。平原地区林地的增加主要来自草地转化。台地和丘陵地区3个主要转化类型相似,2000-2005年主要是林地向草地退化,2005-2010年主要是林地和草地的相互转化。在小起伏山地地区,主要是草地和林地之间的相互转化,但草地转化为林地的面积较林地向草地的转化多。中起伏和大起伏山地地区主要以草地和耕地向林地的转化为主,也有较高比例的建设用地转化为林地。封山育林和退耕还林主要是在起伏较大的山地地区,毁林主要发生在地形平缓地区。</p>
[22] Song Naiping, Chen Zhongxiang.A study on the relationship of landform and landuse. Journal of Ningxia University(Natural Science Edition), 1993, 14(3): 27-31.
[本文引用:1]
[宋乃平, 陈忠祥. 地貌与土地利用关系之探讨. 宁夏大学学报(自然科学版), 1993, 14(3): 27-31.]
[23] Zhou Chenghu, Cheng Weiming, Qian Jinkai, et al.Research on the classification system of digital land geomorphology of 1:1000000 in China. Journal of Geo-Information Science, 2009, 11(6): 707-724.
[本文引用:1]
[周成虎, 程维明, 钱金凯, . 中国陆地1:100万数字地貌分类体系研究. 地球信息科学学报, 2009, 11(6): 707-724.]
地貌分类体系是地貌图研制的关键之一,本文在总结国内外地貌及分类研究的基础上,借鉴20世纪80年代的中国1∶100万地貌图制图规范,基于遥感影像、数字高程模型和计算机自动制图等技术条件,归纳总结了数字地貌分类过程中应遵循的几大原则,分析了它们之间的相互关系,讨论了数字地貌分类的各种指标:包括形态、成因、物质组成和年龄等,提出了中国陆地1∶100万数字地貌三等六级七层的数值分类方法,扩展了以多边形图斑反映形态成因类型,以点、线、面图斑共同反映形态结构类型的数字地貌数据组织方式,并详细划分了各成因类型的不同层次、不同级别的地貌类型。中国1∶100万数字地貌分类体系的研究,为遥感等多源数据的陆地地貌解析和制图提供了规范,也为《中华人民共和国地貌图集》的编制奠定了基础,同时为全国大、中比例尺地貌图的分类和编制研究提供了借鉴。
[24] Liu Mingliang, Zhuang Dafang, Hu Wenyan.On current cultivated land change based on geomorphology and spatial differentiation characteristics. Resources Science, 2001, 23(5): 11-16.
[本文引用:2]
[刘明亮, 庄大方, 胡文岩. 基于地貌和空间分异特征的中国近期耕地变化分析. 资源科学, 2001, 23(5): 11-16.]
利用我国“八五”资源环境遥感数据库与“九五”县级土地资源遥感调查数据分析了90年代初期到中期我国耕地的变化情况,结果显示我国耕地变化存在区域差异,其中黄淮海平原及山东丘陵区减少最为显著,东南丘陵区耕地为显著增加;通过俄分析个土地利用区划一级单元内不同变化度基本研究单元所占总体耕地面积比例情况,说明各区域内耕地动态差异也比较大;为了定性反映不同区域内由于耕地面积的变化所引起的整体耕地质量的相对变化,运用全国1:100×104地貌图与基本研究单元图的叠加,统计分析了不同地貌类型上的耕地面积变化量。总体上,我国平原地区的耕地减少绝对量 与相对量均最大,而高原地区耕地面积是增加的,表明我国耕地总体质量有所下降。为了切实保护耕地和生态环境,必须严格控制平原地区耕地的非农业利用,减少山区的自然灾害毁地,有秩序地开发高原地区耕地。
[25] Cheng Weiming, Chai Huixia, Fang Yue, et al.Analysis of cultivated land based on water resources regionalization and geomorphologic characteristics in Xinjiang, China. Journal of Natural Resources, 2012, 27(11): 1809-1822.
[本文引用:2]
[程维明, 柴慧霞, 方月, . 基于水资源分区和地貌特征的新疆耕地资源变化分析. 自然资源学报, 2012, 27(11): 1809-1822.]
<p>以新疆1995、 2000、 2005及2008年4个时期的土地利用数据为基础,结合水资源分区、 SRTM-DEM和数字地貌等数据,分析了基于水资源分区和地貌特征的新疆耕地资源的变化特征,结果表明:①总体上,不同时段各水资源分区耕地空间分布稍有变化,但总体格局保持不变。不同时段各水资源分区的耕地面积有增有减,但增加量远超过减少量,耕地总体呈现出持续增长的趋势,从1995年到2008年,共增加126.39&times;10<sup>4</sup> hm<sup>2</sup>。②对比4个时期26个水资源分区的耕地数值、 变化和升降形式差异,可将耕地变化形式归纳为上升、 先降后升、 先升后降和升降波动四大类。③新疆耕地空间变化存在分区差异。1995至2008年期间,耕地增加值最大者为叶尔羌河流域,为17.36&times;10<sup>4</sup> hm<sup>2</sup>;而额敏河流域耕地面积缩减量最大,减少3.15&times;10<sup>4</sup> hm<sup>2</sup>。④新疆耕地资源主要分布在2 000 m以下的低海拔和中海拔区域,其中以500~2 000 m区域分布最广;耕地资源主要分布于地势相对低缓的平原和丘陵区,以开发流水地貌类型的山前平原地带为主。新疆耕地变化具有很强的空间差异性,与水资源量及利用状况的空间分异密切相关。</p>
[26] Qiao Mu, Chen Mo, Jilili Maimaiti, et al.Classification of agricultural landform in Xinjiang: Taking the mapping of agricultural geomorphologic map of 1:100000 in Xinjiang as an example. Arid Land Geography, 1994, 17(4): 53-61.
[本文引用:1]
[乔木, 陈模, 吉力力·阿不都万里, 等. 新疆农业地貌分类: 以编制新疆1:100万农业地貌图为例. 干旱区地理, 1994, 17(4): 53-61.]
[27] Tian Mi, Gao Ming, Bao Jinxing, et al.The effect of topography and geomorphology on the amount of newly-increased cultivated land. Journal of Southwest University (Natural Science Edition), 2010, 32(11): 98-103.
[本文引用:2]
[田蜜, 高明, 鲍金星, . 地形地貌对土地整理新增耕地数量的影响. 西南大学学报(自然科学版), 2010, 32(11): 98-103.]
[28] Fu Jinxia, Chang Qingrui, Li Fenling, et al.Evaluation of farmland productivity in complex topography regions of Loess Plateau based on GIS: A case study in Chengcheng County of Shaanxi Province. Geography and Geo-Information Science, 2011, 27(4): 57-61.
[本文引用:2]
[付金霞, 常庆瑞, 李粉玲, . 基于GIS的黄土高原地貌复杂区县域耕地地力评价: 以陕西省澄城县为例. 地理与地理信息科学, 2011, 27(4): 57-61.]
[29] Zhao Liang, Wei Xuecheng, Huang Guoyi, et al.Evaluation and gradations of cultivated land fertility in karst area. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2013, 29(8): 232-241, 298.
[本文引用:1]
[赵亮, 韦学成, 黄国椅, . 喀斯特地貌区耕地地力评价与分级. 农业工程学报, 2013, 29(8): 232-241, 298.]
为了解喀斯特地貌区耕地地力详情并掌握土壤肥力演变规律,该文以广西壮族自治区德保县为研究区域,借助GPS(global positioning system)、RS(remote sensing)技术,通过野外调查采样、实验室化验等方法获得耕地地力评价相关信息,包括N、P、K、有机质、pH值、成土母质、排灌能力、障碍因素、耕层厚度、质地等74项基本信息。以GIS(geographic information system)技术为核心基础支撑,综合运用模糊评价、专家意见法、层次分析等方法和模型对耕地地力进行自动化、定量化评价。结果表明:德保县1~6级的耕地面积分别占总耕地面积的8.80%、13.84%、20.29%、39.63%、16.83%、0.61%。在量化分级的基础之上,将此次评价数据与1980年进行的土壤第二次土壤普查数据进行深入比较,比较发现:德保县的耕地地力总体水平上升;有机质、有效磷的含量水平明显上升;同时pH值趋于中性;速效钾呈下降趋势。该结果为喀斯特地貌区的个性化施肥、土壤改良、农业生产决策、绿色农产品的生产等提供了基础信息和科学依据。
[30] Liu Jiyuan, Zhang Zengxiang, Zhuang Dafang, et al.A study on the spatial-temporal dynamic changes of land-use and driving forces analyses of China in the 1990s. Geographical Research, 2003, 22(1): 1-12.
[本文引用:2]
[刘纪远, 张增祥, 庄大方, . 20世纪90年代中国土地利用变化时空特征及其成因分析. 地理研究, 2003, 22(1): 1-12.]
Supported by the key knowledge innovation projects,i.e., a preliminary study on the theories and techniques of the remotely sensed temporal-spatial information and digital Earth; and a study on the integration of national resources and environment and data sharing, the authors have set up a spatial-temporal information platform by the integration of the corresponding scientific and research achievements during the periods of the 8th- and 9th-Five Year Plan, which comprehensively reflected the features of land-use change, designed a series of technical frameworks on the spatial-temporal database construction based on remote sensing techniques, e.g., the construction of remotely sensed database and land-use spatial database of the mid-1980s, the mid-1990s and the end of the 1990s, which laid a foundation for the dynamic monitoring of land-use change and the corresponding studies. In this paper,the authors have analyzed comprehensively the features of land-use change in the 1990s, revealed the spatial-temporal change of land use supported by remote sensing and GIS technologies as well as analyzed the geophysical and socio-economic driving factors.The findings are as follows: the arable land has been increased in total amount, the balance of decrease in the south and increase in the north was resulted from the reclamations of grassland and forest land. On the whole, the forest land area had a process of decrease, and the decreased area was mainly distributed in the traditional forest areas. Areas with plentiful precipitation and heat in the south, however, had distinct effects of reforestation. The rural-urban construction land had a situation of persistent expansion, and the general expansion speed has been slowed down during the last five years of the 1990s with the exception of the Western China where the expansion speed has been accelerated. The land use change in China in the 1990s had distinct temporal and spatial differences due to two main reasons, which were policy control and economic driving. Hereby, conclusions and proposals brought forward by the authors were as follows: the spatial diversity rules of the modern land use change in China must be fully considered in the future land use planning. At the same time, the pertinence of physical geographical zones must be considered during the planning of eco-environment construction. And, based on the increasingly maturity of the infrastructure, the traditional thoughts on planning and management of resources must be shifted so as to fully realize the optimized allocation of land resources at regional scale.
[31] Liu J Y, Zhang Z X, Xu X L, et al.Spatial patterns and driving forces of land use change in China during the early 21st century. Journal of Geographical Sciences, 2010, 20(4): 483-494.
土地使用和联合人环境的系统的核心成为了土地的一块潜在的地的土地盖子变化在全球环境变化的学习改变科学(LCS ) 。与 1 km 的一个空间决定基于陆地使用变化的遥远地察觉到的数据 ??????? 敍慧桴牥慭?? ???? ?????? ?? ???? “
DOI:10.1007/s11442-010-0483-4      [本文引用:3]
[32] Liu Jiyuan,Ning Jia,Kuang Wenhui,et al.Spatio-temporal patterns and characteristics of land-use change in China during 2010-2015. Acta Geographica Sinica,2018,73(5): 789-802.
[本文引用:2]
[刘纪远, 宁佳, 匡文慧, . 2010-2015中国土地利用变化的时空格局与新特征. 地理学报, 2018, 73(5): 789-802.]
[33] Li Bingyuan, Pan Baotian, Cheng Weiming, et al.Research on geomorphological regionalization of China. Acta Geographica Sinica, 2013, 68(3): 291-306.
[本文引用:2]
[李炳元, 潘保田, 程维明, . 中国地貌区划新论. 地理学报, 2013, 68(3): 291-306.]
[34] Zhao M, Cheng W M, Zhou C H, et al.Spatial differentiation and morphologic characteristics of China's urban core zones based on geomorphologic partition. Journal of Applied Remote Sensing, 2017, 11(1): 016041.
DOI:10.1117/1.JRS.11.016041      [本文引用:1]
[35] Liu Yansui, Wang Jieyong, Guo Liying.The spatial-temporal changes of grain production and arable land in China. Scientia Agricultura Sinica, 2009, 42(12): 4269-4274.
[本文引用:1]
[刘彦随, 王介勇, 郭丽英. 中国粮食生产与耕地变化的时空动态. 中国农业科学, 2009, 42(12): 4269-4274.]
<P><FONT face=Verdana>【目的】揭示1990-2005年中国粮食生产与耕地变化的时空动态特征,以及粮食生产对于耕地变化的敏感性。【方法】构建重心拟合模型和敏感度分析模型,对比分析耕地面积重心和粮食产量重心动态关系。【结果】中国粮食生产重心和耕地分布重心在空间上均表现为“北进中移”的态势,在移动方位上大致具有同向性。耕地重心沿着“西北—西南—东北”的轨迹共移动了17.3 km,粮食产量重心沿着“东北—西南—东北”的轨迹移动了223.3 km,两个重心之间的距离和粮食产量大致呈反向变化。当两者距离拉近时,粮食产量减少,当两者距离增大时,粮食产量增长。【结论】区域粮食产量增长受粮食单产、粮食播种面积等非耕地总量因素的影响日益明显;粮食产量变化对耕地变化的敏感性呈增强趋势。化肥、农药等物质投入的报酬递减趋势日益明显,粮食增产对耕地资源的依赖性也日益增强。保障粮食安全与耕地保护亟需创新机制和政策。<BR></FONT></P>
DOI:     
[36] Guan Xingliang, Fang Chuanglin, Lu Shasha.Analysis of spatial distribution and gravity centers curve dynamic cultivated land changes in China. Journal of Natural Resources, 2010, 25(12): 1997-2006.
[本文引用:1]
[关兴良, 方创琳, 鲁莎莎. 中国耕地变化的空间格局与重心曲线动态分析. 自然资源学报, 2010, 25(12): 1997-2006.]
采用罗伦兹曲线、重心模型等GIS技术,利用1980s和2000年两期覆盖全国跨度10多年的土地利用数据,构造耕地指数、耕地变化指数对中国耕地空间分布及其空间变化格局进行分析。主要结论:①中国耕地主要分布在黑、川、蒙、豫、鲁等北部和中部省份,其中苏、粤、冀、鲁、浙等19个省份的耕地有所减少,黑、蒙、吉、新等13个省份的耕地有所增加;②胡焕庸线之东南40%的国土面积分布着全国88%的耕地;西北60%的国土面积分布着全国12%的耕地,中国耕地空间分布可划分为高度稀疏区、低度稀疏区、一般过渡区、低度集聚、高度集聚区等5种类型;③中国耕地变化区域类型可适度划分为高度增长区、中度增长区、低度增长区、基本不变区、低度减少区、中度减少区、高度减少区等7大类型。顾及耕地质量背景下的中国耕地空间分布格局及变化特征等应进一步研究。
版权所有 © 2013 《地理学报》编辑部
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发