科尔沁沙地水资源投入对粮食生产的影响定量研究 ——以奈曼旗为例

借鉴Cobb-Douglas全要素生产函数,以粮食总产量为因变量,以包括年降水量等气候要素、 耕地面积等经济要素和化肥施用量等技术要素在内的10项投入为自变量,构建1987年至2008年期间奈曼旗农业生产投入产出模型。结果表明:①影响奈曼旗粮食总产量的关键因素为农业劳动力(t=9.44,P/=0.00)、 年降水量(t=8.33,P=0.00)和灌溉用水量(t=6.89,P=0.00)。 除农业劳动力外,其他两项因子均与水资源有关;年降水量和灌溉用水量的弹性系数均大于1,说明粮食总产量的增长倍数高于水资源投入的增长倍数,水资源的继续投入将导致粮食产出快速增长。②根据模型,农业劳动力、 灌溉用水量、 年降水量的回归系数分别为5.13、 1.55和1.46,显示当地劳动力投入及水资源投入均存在不足,单独增加某个投入要素即会导致粮食产出以更快速度增长;随着奈曼旗农业劳动力不断减少,且年降水量波动性增强且呈下降趋势,粗放式的灌溉明显加强。根据模型,其他投入要素不变、农业劳动力减少1%时,灌溉用水量增加3.31%;其他投入要素不变、 年降水量减少1%时,灌溉用水量增加0.94%。③降水的波动会导致粮食单产量的波动,而灌溉用水量在很大程度上影响了粮食单产量水平(R²=0.543);降水量的减少导致农民通过扩大播种面积来获得增产,因此降水量的年际变化和播种面积的年际变化之间呈现明显的反向变动关系。总体来讲,奈曼旗农业生产对灌溉用水的依赖程度不断加大。随着灌溉用水的持续投入,其增产作用将逐渐降低,并且对当地脆弱生态系统带来进一步的压力。     

基于LMDI模型的中国粮食产量变化及作物构成分解研究

理清1980-2010 年间中国粮食产量变化的作物贡献及其主要贡献因子,为今后农业政策的调整提供决策依据。论文采用对数平均迪氏分解模型(LMDI)开展1980-2010 年间中国粮食产量变化及作物构成分解研究。研究结果表明:①30 a 间中国粮食产量增加了2.26×10⁸ t,粮食播种面积效应和粮食单产效应分别为-0.21×10⁸和2.47×10⁸ t;粮食单产水平提升对粮食增加量的贡献值大,但这一贡献效应的增加量在减弱。②稻谷、小麦和玉米三种作物产量在全国粮食总产量中的比例波动性上升;稻谷单产、小麦单产、玉米单产,以及玉米播种面积的增产效应最为明显,是驱动全国粮食产量增加的主要因素。③地区贡献以黑龙江和河南最为突出,累积贡献率约占1/3,省域粮食生产“北进中移”的趋势明显;各省域粮食产量的贡献因素差异显著,大豆、薯类和其他作物对粮食总产量变化的贡献较小。建议实施差别化的粮食生产政策,在继续提高粮食单产的同时稳定粮食播种面积,确保国家粮食安全。     

新中国成立以来的新疆土地开发

新中国成立以来,新疆的土地开发经历了三个时期:①1950-1977年以开荒扩大耕地面积为主,耕地面积虽不断增加,但经历了"大跃进"和"十年动乱"干扰,农业生产水平低,粮食仅能实现低水平自给,个别年份还要调入;②1978-1995年耕地面积没有增加,以提高单产为主,粮食单产大幅提高,并逐步压缩粮食面积,增加棉花播种面积,不仅实现粮食自给,还建成全国棉花基地;③1995-2009年,实行提高单产与扩大耕地面积并举,粮棉产量进一步大幅提高,粮食单产高于全国平均水平,建成全国最大的产棉区,总产占全国近二分之一。60多年来新疆土地开发虽取得了巨大成绩,但对生态环境破坏严重,现有耕地已达到水资源承载能力,今后总体上不宜再开荒,而应通过土地整合,提高绿洲内净耕地利用系数,发展节水灌溉,不断提高土地生产力。     

2003—2013年中国粮食增产格局及其贡献因素研究

国家粮食安全是关乎国计民生的重要问题。2003—2013年我国粮食生产实现"十连增"乃至2015年"十二连增",世人瞩目。论文以分省为基本单元,采用粮食作物的播种面积、产量、单产等数据,从全国和分省两个尺度,定量分析了2003—2013年我国粮食增产状况及其区域差异,全面探讨了我国粮食增产的地域格局及其贡献因素。研究表明:1)全国粮食"十连增"主要得益于稻谷、小麦和玉米等三大粮食作物的增产,且由于期间其他作物的减产,三大粮食作物增产贡献率达到105.73%;2)三大粮食作物中,玉米增产最为明显,无论在增产幅度、贡献率、增产速率还是增产区域角度均高于小麦和稻谷;3)单产提升对全国粮食"十连增"的贡献大于播种面积的扩大;4)分作物而言,玉米和稻谷增产主要得益于播种面积扩大,小麦则主要是单产提升;5)从省级角度看,近10 a我国绝大多数省份粮食均出现增产,但是粮食增产的主力依然集中在传统的粮食生产大省和西北的甘肃、新疆二省。     

2003—2013年中国粮食增产格局及其贡献因素研究

国家粮食安全是关乎国计民生的重要问题。2003—2013年我国粮食生产实现“十连增”乃至2015年“十二连增”,世人瞩目。论文以分省为基本单元,采用粮食作物的播种面积、产量、单产等数据,从全国和分省两个尺度,定量分析了2003—2013年我国粮食增产状况及其区域差异,全面探讨了我国粮食增产的地域格局及其贡献因素。研究表明：1）全国粮食“十连增”主要得益于稻谷、小麦和玉米等三大粮食作物的增产,且由于期间其他作物的减产,三大粮食作物增产贡献率达到105.73%;2）三大粮食作物中,玉米增产最为明显,无论在增产幅度、贡献率、增产速率还是增产区域角度均高于小麦和稻谷;3）单产提升对全国粮食“十连增”的贡献大于播种面积的扩大;4）分作物而言,玉米和稻谷增产主要得益于播种面积扩大,小麦则主要是单产提升;5）从省级角度看,近10 a我国绝大多数省份粮食均出现增产,但是粮食增产的主力依然集中在传统的粮食生产大省和西北的甘肃、新疆二省。     

基于农户微观视角下的大城市郊区耕地土壤质量变化驱动机制研究

对耕地土壤质量变化驱动机制的研究是破解耕地质量变化规律及其效应的关键。利用野外采样与实验室分析相结合、统计分析和计量经济模型等分析方法,对研究区域238 个耕地地块的土壤采样数据和对应农户调查数据进行实证研究,结果表明,不同区域农户土地利用方式、程度和投入强度对耕地土壤质量的作用方向、影响程度和显著水平都不同。其中近郊区的农户“以兼业为主,以农为辅”,其行为突出表现为劳动力投入的“非农化”趋势,对耕地的粗放利用和掠夺式经营现象比较普遍,主要影响因素土地利用程度每增加一个单位,导致耕地土壤的碱解氮、速效磷和速效钾的含量平均下降11.496、44.078 和15.469 mg/kg;研究区域中部农户“以兼业为主”,突出表现为集约化程度比近郊区农户有所提高、种植结构也不断调整,对土地的投入、管理都得到很大的提高,主要影响因素土地利用方式转变会促使土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量平均提高4.799 g/kg、7.454 mg/kg、100.170 mg/kg 和61.205 mg/kg;远郊区的农户“以农为主”,突出表现为“非粮化”趋势,由于比较高的就业机会成本,种地收入超过农户预期,耕地集约化、规模化程度较高,主要影响因素土地投入强度每增加一单位,土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量平均增加0.007、0.025 和0.037 mg/kg。基于以上的研究结果,从提高农业生产比较效益、稳定农村土地承包关系和促进土地适度规模经营等方面提出规范农户土地利用行为,改善区域耕地土壤质量的政策建议。     

县域粮食单产及其生产投入因素的空间异质性——以河南省为例

在当前耕地总量很难增加的总体形势下,粮食单产及其生产投入因素的关系研究对国家粮食安全具有重要意义。Moran’s I指数及散点图显示,粮食单产及其OLS(Ordinary Least Squares)估计的残差存在显著的空间自相关性,因而不满足经典线性回归分析的建模条件,而GWR(Geographically Weighted Regression)模型能够克服这一缺陷,并能进行参数的局部估计。河南省108个县的实践表明,GWR模型有效地降低了残差的空间自相关,各项检验指标均好于OLS估计。4个生产投入影响因素的空间分异规律存在显著差异。灌溉因素在OLS和GWR模型中均为正效应,单位播种面积机械动力、单位播种面积化肥施用量(折纯)、单位播种面积用电量3个变量的系数估计值在OLS模型中为负,而在GWR模型中则有正有负,说明存在空间异质性。黄河以北粮食高产区主要受机械动力、灌溉和用电量3个因素的正向影响,化肥投入的再增加反而引致单产降低。淮河沿岸和信阳的粮食高产区主要受化肥施用量和用电量的正向影响。为提高粮食单产,西部山地、丘陵县的粮食低产区应加强机械动力投入并提高用电效率,最西部的山地县还应适度增加化肥的用量。     

台田及海冰水灌溉利用对洗脱盐的影响研究

随着国家对粮食安全问题的关注,滨海重度盐荒地的改良和利用再次引起了人们的重视。台田-浅池综合土地利用模式降盐效果显著,分析表明:黄骅淤泥质盐荒地筑造的台田相对脱盐效率达47%。台田作物生育期内2次海冰水灌溉土壤脱盐效率差异较大,总体排盐效果较好,其中7月份台田海冰水灌溉处理下,单位面积的0～120 cm层土体排盐2.70 kg,与盐荒地相比排盐6.16 kg,与台田无灌溉处理相比排盐3.76 kg,台田排盐贡献率PT明显大于海冰水灌溉排盐贡献率PTW。因此在滨海盐碱地区利用旱涝盐碱的台田调控作用,配合海冰水灌溉保障作物需水,可以构建安全的农业种植环境。此研究为滨海盐荒地台田-浅池利用、构建生态农业及海冰水资源安全利用提供参考。     

农业合作生产对华北农牧交错区水资源存量和经济效益的影响

针对华北农牧交错区错季蔬菜生产对水资源消耗的争议,通过试验和调查研究相结合的方法,研究了农业“生产－消费”合作生产背景下区域发展错季蔬菜的耗水效果及其对农民收入、水资源存量的影响。结果表明,错季蔬菜生产田间耗水量为农区粮食作物的31.3%~93.3%,而水资源价值为农区粮食作物的4.2~10.7倍;与区域内粮油作物生产相比,错季蔬菜生产少耗水330~754m³/hm²,且其水资源价值为粮油作物的4.0~13.9倍。通过实施粮－菜交换的市场农业战略,区域能用0.175~0.196m³的水交易获得外区域1 m³的水资源,并且实现了研究区用0.93hm²的菜地解决发展错季蔬菜前需要6.9~13.8hm²耕地才能解决的粮食问题。调查表明,通过高效地输出水资源,区域农民收入仅蔬菜一项比全国同期农村人均收入高出了23%。故华北农牧交错区发展错季蔬菜生产是节约和扩大本区域的水资源存量,促进农村脱贫致富、自我发展的有效途径。     

土地利用对埋藏型岩溶区岩溶水质的影响——以涪陵丛林岩溶槽谷区为例

岩溶水文系统的开放性和脆弱性,使其很容易受到人类不合理活动的深刻影响,造成水质的持续恶化。对比研究埋藏型岩溶垄脊槽谷区岩溶水质变化与土地利用的关系可以看出,研究区水质20年来的变化以及水质的空间变异与土地利用有很大的相关性;其中集约化的农业耕作、炸石填土增加土地面积、利用落水洞排放污水和独特的微型稻田水位控制设施对岩溶地下水水质产生显著影响;这也表明人类活动已经对该区水文地球化学产生了区域性的重大影响。面对区域岩溶水质恶化的趋势,通过土地整理,保护岩溶水质是迫切需要关注的工作。     

Adaptation of land management in the Mediterranean under scenarios of irrigation water use and availability

Meeting the growing demand for food in the future will require adaptation of water and land management to future conditions. We studied the extent of different adaptation options to future global change in the Mediterranean region, under scenarios of water use and availability. We focused on the most significant adaptation options for semiarid regions: implementing irrigation, changes to cropland intensity, and diversification of cropland activities. We used Conversion of Land Use on Mondial Scale (CLUMondo), a global land system model, to simulate future change to land use and land cover, and land management. To take into account future global change, we followed global outlooks for future population and climate change, and crop and livestock demand. The results indicate that the level of irrigation efficiency improvement is an important determinant of potential changes in the intensity of rain-fed land systems. No or low irrigation efficiency improvements lead to a reduction in irrigated areas, accompanied with intensification and expansion of rain-fed cropping systems. When reducing water withdrawal, total crop production in intensive rain-fed systems would need to increase significantly: by 130% without improving the irrigation efficiency in irrigated systems and by 53% under conditions of the highest possible efficiency improvement. In all scenarios, traditional Mediterranean multifunctional land systems continue to play a significant role in food production, especially in hosting livestock. Our results indicate that significant improvements to irrigation efficiency with simultaneous increase in cropland productivity are needed to satisfy future demands for food in the region. The approach can be transferred to other similar regions with strong resource limitations in terms of land and water.     

西北干旱区作物灌溉技术效率及影响因素

水资源短缺是制约西北干旱区可持续发展的硬约束,提高作物灌溉技术效率、压缩农业灌溉用水是缓解水资源供需矛盾的可能途径之一。基于2014年张掖市农户调研数据,采用DEA-Tobit模型,分析了黑河流域中段不同类型灌区作物灌溉技术效率及其影响因素。结果表明：（1）典型灌区主要作物灌溉技术效率均存在改进空间,节水潜力较大。在其他投入保持不变的情况下,如果典型灌区主要作物灌溉技术效率达到目前的最高水平,平原灌区生产同样产量的制种玉米和大田玉米,灌溉用水可分别减少34.47%和38.15%;北部荒漠灌区生产同样产量的棉花、制种西瓜和玉米套小麦,灌溉用水可分别减少48.42%、34.82%和22.99%;沿山灌区生产同样产量的小麦、马铃薯、大麦和大田玉米,灌溉用水可分别减少14.48%、30.75%、25.50%和35.96%。（2）不同灌区之间作物灌溉技术效率的变异系数与作物种植面积占比呈负向关系,同一灌区内部种植相同作物的农户生产管理水平存在明显差异。（3）农地细碎化程度和农户耕地面积扩大会降低作物灌溉技术效率,改善耕地质量能提高北部荒漠灌区作物灌溉技术效率,增加井水灌溉会提高平原灌区大田玉米和沿山灌区作物灌溉技术效率,灌溉次数与多数作物灌溉技术效率呈“倒U型”关系,而农户耕作需求及其对风险态度的影响需结合具体情况进行判断。合理确定种植规模、加快农地空间优化,因地制宜地改善耕地质量,完善水利设施、合理使用井灌、增强河水灌溉放水的灵活性,是提升黑河流域作物灌溉技术效率的主要途径。     

Groundwater dependent ecosystems. Part II. Ecosystem services and management in Europe under risk of climate change and land use intensification

Groundwater in sufficient amounts and of suitable quality is essential for potable water supplies, crop irrigation and healthy habitats for plant and animal biocenoses. The groundwater resource is currently under severe pressure from land use and pollution and there is evidence of dramatic changes in aquifer resources in Europe and elsewhere, despite numerous policy measures on sustainable use and protection of groundwater. Little is known about how such changes affect groundwater dependent ecosystems (GDEs), which include various aquatic and terrestrial ecosystems above ground and inside the aquifer. Future management must take this uncertainty into account. This paper focuses on multiple aspects of groundwater science, policy and sustainable management. Examples of current management methods and practices are presented for selected aquifers in Europe and an assessment is made of the effectiveness of existing policies such as the European Water Framework Directive and the Habitat Directive in practice and of how groundwaters and GDEs are managed in various conditions. The paper highlights a number of issues that should be considered in an integrated and holistic approach to future management of groundwater and its dependent ecosystems.     

东北典型黑土区耕地轮作休耕的空间重构

轮作休耕是保障黑土区耕地资源可持续利用的重要手段。科学合理确定粮食作物轮作休耕的耕地利用规模及空间分布,对实现黑土区耕地修养生息、提升地力和平衡粮食供求结构具有重要意义。以东北典型黑土区——克山县、拜泉县和依安县为研究区,运用作物种植空间适宜性评价模型、多目标优化（MOP）模型和智能体土地布局优化配置（AgentLA）模型,基于地块尺度构建耕地轮作和休耕布局,适度调整轮作休耕规模及分布。结果发现：（1）研究区主要作物种植适宜性高值和低值区存在明显空间差异。玉米和大豆种植适宜性高值区交汇于依安县北部和克山县西部,是玉米—大豆轮作优势区域。主要作物种植适宜性低值区交汇于依安县南部和拜泉县西南部,是休耕的重点区域。（2）基于种植结构优化的轮作规模实现了大豆种植比例增加和玉米种植比例减少,缓解了目前玉米阶段性供大于求、大豆供给不足的现实矛盾。通过设定多种粮食供求情景确定休耕规模有利于灵活应对粮食市场变动。（3）兼顾耕地空间适宜性和集聚性的轮作休耕布局有利于充分利用耕地资源禀赋比较优势、发展规模化经营,对提高耕地利用效率具有重要作用。研究通过科学重构黑土区耕地轮作和休耕空间布局,实现了耕地空间适宜性、空间集聚性、种植结构合理性和粮食供求稳定性的同步提升,为实现黑土区耕地资源合理可持续利用和粮食安全提供政策参考。     

中国水土资源本底匹配状况研究

论文以中国水资源二级区为基本单元,利用单位面积水资源量法和基尼系数法,以二级区水资源总量和潜在可开垦耕地面积为数据基础,评价中国水土资源本底匹配状况,为中国水土资源优化配置提供科学依据。首先根据适宜农作物耕种的高程、坡度和土壤类型条件,得到中国潜在可开垦耕地分布;然后,计算单位潜在可开垦耕地面积水资源量,评价中国水土资源本底匹配分布状况;最后,绘制水土资源洛伦兹曲线,计算基尼系数,对中国水土资源本底匹配总体状况进行评价。研究结果表明： 1）中国北部区域潜在可开垦耕地较多,西南部和南部沿海区域分布较少,未来具有较大耕地开发潜力的区域主要分布在北方; 2）中国本底水资源和潜在可开垦耕地资源空间分布存在严重错位; 3）较之已有研究成果中依据水资源量和耕地面积计算的基尼系数0.566,论文以本底水资源和潜在耕地为基础数据计算的基尼系数0.712要大很多,表征中国本底水土资源不匹配程度要严重得多,中国80%的水资源服务不到23%的潜在可开垦耕地。     

黄淮海地区冬小麦生产力时空变化及其驱动机制分析

黄淮海地区是我国重要的粮食生产基地,分析该区域粮食产量的时空变化特征及其变化机制,对我国粮食安全的评估有重要的现实意义。论文以AVH RR NDVI数据和逐日气象要素驱动土壤-植被-大气系统物质传输和作物生长的耦合模型,模拟分析1981-2000年黄淮海地区冬小麦产量的时空分布及其驱动机制。分析发现,从1981-1997年生物产量基本呈增加趋势,之后有所下降。但由于作物经济系数不断增加,整个时段冬小麦经济产量增加趋势明显,单位面积产量提高了一倍。化肥施用量的增加和优良品种的推广是增产的主要原因,而气候波动导致区域年际产量变化幅度为8.5%。黄淮海地区冬小麦产量的空间分布及其演变呈现显著的地域特性,与当地灌溉条件、土壤条件密切相关。     

从栅格到县域:中国粮食生产的资源潜力区域差异分析

粮食安全是国家安全的重要组成部分。论文通过构建生产潜力模型,利用GIS技术,定量计算了1km×1km栅格和县域尺度中国粮食生产潜力;通过对粮食生产的资源禀赋状况逐级评判,揭示了中国不同地区粮食生产的资源潜力。结果表明:中国平均光温、水资源和土地资源分别具备1倍多、1倍以及近1/3的增长空间。中国县域粮食资源潜力差异显著,内蒙古及长城沿线以及黄土高原地区为县域粮食资源可开发空间较大的区域,西北、黄淮海、四川盆地区为可开发程度较低的地区。     

用规划方法安排干旱和半干旱地区的农田灌溉方案——以河北省曲周县冬小麦为例

为提高干旱和半干旱地区的水分利用率,本文提出用规划方法安排农田灌溉方案,并以河北省曲周县冬小麦为例说明有关问题的处理方法。用规划方法求出的灌溉方案增产效果是显著的,比目前生产上采用的“保灌水浇地”的传统灌溉方法增产18％左右。     

干旱扬水灌区土地资源承载状态演变分析

为解决干旱扬水灌区土地资源承载状态受多因素耦合影响而难以定量化描述的难题.本文以景电一期灌区为例,基于多级模糊评价理论构建评价指标体系,引入解决复杂系统模糊性及不确定性具有特有优势的云模型,结合黄金分割率法与云发生器原理集成了评语集标准云模型与状态层隶属度云模型,以组合赋权算法求解了指标权重,最终以云数字特征的形式对灌区1994年、2002年、2010年及2018年的土地资源承载状态进行了定量表述.结果表明:灌区各时期土地资源承载状态综合评价云分别为C₁(0.3175,0.0728,0.0131)、C₂(0.5846,0.0418,0.0117)、C₃(0.5315,0.0379,0.0098)、C₄(0.7045,0.0614,0.0144).结合云相似度分布特征可知,各时期土地资源承载状态分别为"轻微承载"、"临界承载"、"临界承载"及"承载安全".可知灌区土地资源承载状态自1994年—2018年主要经历了3个演变阶段,即1994—2002年为"快速改善期"、2002—2010年为"环境损伤期"、2010—2018年为"健康恢复期".该方法可为指导研究区及相似研究区寻求生产需求与生态保护之间的平衡机制提供有益参考.