粮食水资源利用效率及影响因素分析:基于中国省际面板数据的实证研究

运用超效率松弛变量(SBM)模型探究2008—2017年中国粮食水资源利用综合效率、纯技术效率和规模效率的时间变化和空间分布,并采用Tobit模型分析自然环境和生产灌溉措施对用水效率的影响。结果表明,中国粮食水资源利用效率尚有很大的提升空间,综合效率和纯技术效率均呈倒"U"型趋势,而规模效率则呈先上升后稳定的趋势。空间分布方面,规模效率呈现出沿海地区高于内陆地区的特征;北部沿海、东北和长江中游粮食主产区水资源利用综合效率较低主要是由于纯技术效率较低所致,黄河中游和西南主产区综合效率较低主要是由于规模效率较低所致。进一步的影响因素分析表明,有效灌溉比例和育种技术发展均对3种效率产生正向影响,农村水源建设则对3种效率具有负向影响;此外,灾害程度对综合效率和规模效率产生负向影响。基于以上结论,对粮食水资源管理政策的实施提出了针对性建议。     

中国西北气候变暖及其对农业的影响对策

以全球气候变暖和区域降水变率增加为主的气候变化给农业生产和人类食品安全带来严峻挑战。认识气候变化对农业的影响,提出科学的技术对策,是应对气候变化的基础。基于西北5省区气象观测资料,分析西北地区近52年(1961—2012年)气候时域趋势变化和空间分布特征,对比讨论了气候变化对西北农业的主要影响,提出了西北旱作农业应对气候变化的适应技术对策。结果表明,近52年来,西北区域气温呈显著上升趋势,气温变化倾向率为0.312℃/10 a,从20世纪70年代开始气温持续上升,气候变暖的突变点在1991年。西北区域降水量趋势变化空间差异明显,以黄河沿线为界,黄河以西区域降水量呈增多趋势,黄河以东区域呈减少趋势,并且降水量减少的幅度明显高于增加的幅度。气候变暖对农作物生长生育、植物形态结构、产量形成及品质等生理生化过程产生重大影响,对作物种植结构、栽培方式、种植制度,农田耕作层土壤生态环境等也产生了重大影响。要通过优化农业种植结构、调整作物种植制度、改进作物栽培方式、改良作物品种、加强水肥系统协调管理等技术措施来适应气候变化。科学开发利用气候资源,减缓气候变暖的不利影响,积极应对全球气候变化。     

基于GIS和能值分析的黑龙江省农业生态经济格局综合评价

采用能值分析方法和GIS空间分析技术,基于黑龙江省77个县(市、区)的社会经济统计数据,从时空动态视角评价了黑龙江省域及各县域的农业生态经济格局及其综合发展水平。结果表明,1996—2012年间,黑龙江省农业生态经济系统的能值投入与产出均呈明显的增长趋势,林产品产出能值增长幅度较大。1996—2012年研究区的环境承受压力增大,环境负载率由6.61增加到10.21,净能值产出率由5.37减少到4.79,可持续发展指数由7.47下降到5.43,说明该系统的可持续发展性能正在逐年弱化。在空间格局上,黑龙江省南部地区经济发展水平显著优于北部地区,但其农业生态环境水平和系统可持续能力低于北部地区。为了增加黑龙江省农业生态系统的可持续发展能力,未来需进一步调整农业结构,优化资源配置的投入,提高资源利用效率,降低环境负载率,使农业生态经济系统逐渐步入健康可持续发展轨道。     

基于DPSIR模型的曲周县氮素资源可持续利用评价与预测

我国北方地区由于氮素利用效率低导致的环境问题日益凸显。以驱动力-压力-状态-影响-响应(DPSIR)模型为基础,选取38项指标构建河北省曲周县氮素资源可持续利用评价指标体系,结合1997—2017年曲周县统计资料,对研究区氮素资源可持续利用进行评价,并利用灰色预测模型分析研究区氮素资源可持续发展趋势。结果表明,1997—2017年曲周县氮素利用驱动力、状态、影响因素评价值均呈上升趋势,而压力因素评价值呈下降趋势,响应因素评价值呈先下降后上升趋势。曲周县氮素资源在多重因素共同影响下由弱可持续水平向基本可持续水平发展。灰色预测模型预测结果显示2018—2030年研究区氮素资源可持续利用呈上升趋势。情景模拟结果表明研究区城镇化率、人均GDP、农民人均纯收入和城镇人均可支配收入提高10%,均可以使曲周县氮素资源可持续利用综合评价值提高。在曲周县经济发展和城市化进程中,增加经济作物种植面积,加大废弃物处理设施的投入以促进家庭消费系统中氮的资源化,可以提高曲周县氮素资源可持续利用水平。     

黄河流域水足迹公平性分析研究

黄河流域是中国重要的能源基地和粮食主产区,水资源短缺成为流域高质量发展的阻碍之一,而有效实现水资源公平性配置是解决此阻碍的重要手段.因此,通过构建三维水足迹模型分析黄河流域水足迹时空差异,并借助基尼系数反映流域内各省区的水足迹公平性且提出改进策略.研究结果表明:1)2005—2018年,黄河流域人均水足迹呈波动上升趋势...     

西部典型矿业城市土地利用效益耦合协调度研究

基于社会、经济及生态层面实现城市土地利用效益的高度耦合协调,对于促进区域经济的可持续发展意义重大。以西部典型矿业地区36个地级市为例,从土地利用经济效益、社会效益、生态效益3个方面对中国西部典型矿业城市土地利用效益的耦合协调度进行分析。在前人研究的基础上,选取2000、2005、2010和2015年作为研究时点,通过构建土地利用效益指标体系,运用改进熵值法对中国西部典型矿业城市土地利用综合效益水平进行测度,弥补传统熵值法易出现极端值和负值的不足,借助耦合协调模型对其耦合协调度进行测算。结果表明,通过对西部典型矿业城市土地利用效益综合指数的测算得知,城市土地利用效益呈阶梯状分布特征且其土地利用效益综合水平呈逐渐上升趋势;耦合度分析可知,2000—2015年处于低水平耦合阶段的城市数是处于拮抗阶段城市数的3倍,西部典型矿业城市土地利用效益耦合程度总体不高,且以低水平耦合为主;协调度分析得知,2000—2015年协调度处于0～0.69之间,以濒临失调、轻度失调、中度失调和严重失调为主;土地利用效益的耦合协调均呈现出明显的由中心至外围空间递减的分布趋势。     

基于地理加权回归模型的能源“金三角”地区植被时空演变及主导因素分析

宁陕蒙接壤地区的能源"金三角"为我国提供了丰富的能源,其地表植被状况与我国的生态恢复与重建密切相关。应用RS和GIS技术,以归一化植被指数产品(MODIS NDVI)为数据源,借助逐像元趋势分析法研究了2005—2015年间的植被动态变化;基于规则网格构建地理加权回归模型(GWR),探索了高程、坡度、土壤黏粒含量、多年平均气温、多年平均降水、距煤矿区距离及距道路距离7个因子对植被变化的影响及其空间非平稳性。结果表明:(1)时间上,2005—2015年研究区平均NDVI整体呈现波动上升趋势,增长率为0.083·(10 a)~(-1)(P0.05);空间上,NDVI呈现由东南向西北递减的分布格局;趋势上,NDVI变化呈增加趋势的区域(27.11%)远大于减少区域(0.64%),显著增加区域主要分布在榆林市东部。(2)与2005—2012年相比,2013—2015年归一化植被指数(NDVI)在全区显著减少,且具有更强的空间聚集性(Moran's I值为0.851),但变化程度具有空间异质性。(3)2个时段全区植被变化受气候等自然因素的影响较大,影响植被变化的主要因素在时间与空间上具有差异性,人类活动对植被变化具有双重作用。     

宁夏人地系统的物质代谢和生态效率研究——基于能值分析理论

以能值分析理论为基础,对宁夏回族自治区1985-2005年人地系统的物质代谢和生态效率(即可持续性状态)进行了定量分析研究.结果表明:近21年来,宁夏地区的产出效率不断降低,经济发展水平较低;能值废弃率、环境负荷率均呈持续增长趋势;人口与环境的矛盾不断激化,可持续发展能力不断降低.最后,文章在定量分析评价的基础上对宁夏人地系统演变的趋势进行了简要预测及分析,并针对存在的问题,提出了相应的优化方向和措施.     

陕北黄土高原典型人类活动影响下景观生态风险评价

植被恢复促进了景观格局和生态过程的改变,景观生态风险评价有助于揭示人类干预下生态系统结构、功能等在景观尺度产生的潜在不利生态效应。以生态脆弱、人与生态环境的相互作用敏感的陕北黄土高原为典型研究对象,根据2000、2005、2010和2015年夜间遥感地图、植被净初级生产力和土地利用数据,建立景观生态风险指数,对陕北黄土高原的综合风险状况及其变化进行定量评价,并对植被变化、城镇化分别与景观生态风险变化间的相关关系展开分析。结果表明,景观格局变化对生态稳定性有潜在影响,景观生态风险以增长趋势为主,2005—2010年景观生态风险增长的范围最大,涨幅为186.0%,其中,中风险和极高风险等级面积增长超2.7倍;2010—2015年景观生态风险增加有所缓解,增加12.9%;2000—2005年景观生态风险降低26.0%。景观生态风险低等级面积逐渐缩小,其他等级面积逐渐变大。其中,2005年后景观生态风险等级呈片状扩展,主要位于陕北西北部风沙区。植被变化、城镇化分别与景观生态风险值变化之间在西北风沙滩区均呈显著正相关。在景观生态风险增加区植被呈退化趋势;在景观生态风险低值区即退耕还林逐年拓展的区域,植被恢复促进景观生态风险的降低。植被恢复对景观生态风险的影响大于城镇化进程。研究成果对于区域发展和生态恢复的综合调控具有一定参考价值。     

气候变化对中国水稻产量及其区域差异性的影响

利用1978—2015年中国29个省(自治区、直辖市)的水稻投入产出和气象数据,通过构建"经济-气候"模型,实证分析气候因素对我国水稻产量及其区域差异性的影响。研究表明:(1)降水量、日照时长和气温与我国水稻总产量之间存在倒U型关系。(2)气候变化对水稻产量影响的区域差异性明显。降水增多有利于西南、黄淮海和西北及长城沿线(简称西北)地区水稻产量增加,但对东北、长江中下游和华南地区水稻生产不利;日照时长增加对西南和东北地区水稻产量具有促进作用;温度升高对长江中下游、华南、西北地区水稻产量有正向作用,但对西南、东北和黄淮海地区水稻产量则具有显著负向作用。     

基于ARIMA模型的辽河流域生态足迹动态模拟与预测

将能值与生态足迹理论相结合,引入能量折算系数,通过能值密度构建能值-生态足迹模型,并应用此模型对辽河流域2001—2010年生态承载力和生态足迹进行计算。生态承载力计算主要是自然生态承载力和本地产品产出承载力,其中自然生态承载力主要考虑可更新资源的承载力,本地产品产出承载力主要包括生物资源产出承载力和工业产品产出承载力。生态足迹的计算主要包括消费足迹和污染足迹,消费足迹主要测算生物资源消费、能源消费和水资源消费足迹。污染足迹主要测算废气和生活废水、工业废水对自然生态系统带来的负荷。测算结果表明:2001—2010年辽河流域人均生态承载力和人均生态足迹均有所增加,但是生态足迹的增长速度远远大于生态承载力,致使流域内自2001与2009年生态略有盈余外,其余年份均出现生态赤字,处于不可持续发展状态。以能值-生态足迹模型测算结果为基础,基于EViews采用自回归综合移动平均模型(ARIMA),对流域内10年的生态足迹和生态承载力进行动态模拟。首先通过ADF与PP单位根检验时间序列的平稳性;其次分析序列的自相关函数图和偏自相关函数,初步确定AR和MA的阶次;再根据R2、AIC及SC准则,进行模型参数估计并诊断分析;最后确定最佳模拟模型。以ARIMA模型预测2011—2015年辽河流域生态足迹和生态承载力的演变趋势。预测结果表明,人均生态足迹在未来5年内会继续呈直线式增长,到2015年达到7.387 8 hm2,是2001年的2.16倍;而人均生态承载力在2011年之后开始下降,生态赤字继续扩大,到2015年增长到-4.167 67,约为2005年的10倍,流域内不可持续发展形势会更加恶化。最后提出辽河流域生态安全建设的对策。能值-生态足迹模型测算结果与实地调研基本相符,较真实反映了辽河流域可持续发展状况。基于ARIMA模型模拟预测结果可为未来流域开发和建设提供参考依据。     

水足迹视角下长江经济带用水公平性测算及时空差异研究

区域用水公平性问题关系到地区发展平衡。为了研究长江经济带水资源配置的合理性,基于水足迹视角,构建用水公平性系数,以长江经济带为对象,测算总用水、农业用水、工业用水和生活用水的公平性系数,再运用核密度函数和ESDA方法分析用水公平性系数的时空演进趋势。结果表明：在2010—2020年,长江经济带总用水、工业用水公平性不断提高,农业用水公平性呈下降趋势,但变化幅度不大;长江经济带各省份总用水、农业用水及部分年份工业用水公平性具有明显的正向空间聚集特征,生活用水公平性没有明显的空间自相关性;各省份总用水、农业用水公平性呈现先分散后聚集的趋势,两极分化现象明显,工业、生活用水公平性集聚趋势呈波动变化,但近年来各省份工业用水、生活用水公平性水平集聚趋势在加强。基于此,国家应重点提高农业、工业用水效率,强化水资源节约保护,对重点用水单位投入节水型先进工艺,从而提高地区用水公平性水平。     

长沙综合枢纽蓄水后望城饮用水源地水质变化及其评价

为了解长沙综合枢纽蓄水后对望城饮用水水源地水环境的影响,于2014年1月—2017年12月测定了望城饮用水水源地监测断面水体中化学需氧量等23个指标,运用综合指数法、污染物分担率、营养状态综合指数法分析了长沙综合枢纽蓄水后望城饮用水水源地水环境中6类水环境参数的变化.结果表明,长沙综合枢纽蓄水后望城饮用水水源地水环境质量整体呈下降趋势,水环境污染水平呈逐年上升的趋势,主要受NH_3-N、TP、生化需氧量、As、Pb和粪大肠菌群影响;无机污染物中TN、TP、COD_(Mn)营养物质的综合营养状态指数在2015—2017年呈上升趋势,与污染物超标状态、综合污染指数和污染物分担率变化趋势一致.健康风险评价发现,望城饮用水水源地2014—2017年水体总健康风险分别为7.93×10~(-5)、4.89×10~(-5)、3.80×10~(-5)、3.63×10~(-5),呈逐年下降趋势,仅2014年高于国际辐射防护委员会(ICRP)的最大可接受风险水平.总体上讲,降低饮用水源地水环境中致癌物质Cr~(6+)与As以及非致癌物质中NH_3-N与氟化物能有效地控制饮水途径的总健康风险.研究结果对促进长沙综合枢纽库区水环境安全进一步提升提供了科学指导.     

黑龙江省国有林区贫困-生态系统恢复力测度与影响机制

系统恢复力指系统遭到外界干扰后恢复到原状的能力,受到脆弱性和应对能力共同影响,系统恢复力越大则系统越稳定。基于系统恢复力概念及内涵,利用集对分析法和墒值赋权法构建黑龙江国有林区贫困-生态系统恢复力测度模型,从脆弱性和应对能力两大层面以及贫困和生态两大子系统入手测度林区贫困-生态系统恢复力,并分析天然林保护工程实施后黑龙江国有林区贫困-生态系统恢复力的演变及影响因子作用机制。结果表明:(1) 1998—2015年黑龙江国有林区贫困-生态系统总脆弱性指数由0.41缓慢上升至0.52,系统总应对能力指数由0.10快速上升至0.85,系统总恢复力指数也由0.23上升至0.73。(2)生态系统脆弱性对系统总脆弱性影响较大,贫困系统应对能力对系统总应对能力影响较大,系统总恢复力与总脆弱性和总应对能力的关系呈阶段性特征,1998—2006年总脆弱性对总恢复力的影响较大,2007—2015年总应对能力逐渐对系统总恢复力起关键作用。(3)各影响因子对恢复力的影响方向和速率具有明显的不确定性,主要包括线性和非线性影响,其中又以非线性影响为主。     

青岛市生态足迹动态研究

利用生态足迹和生态承载力度量和评价1995—2004年间的青岛市可持续发展程度。结果发现,随着经济的发展和社会的进步青岛市的生态足迹显著上升,各类用地都呈现增加趋势,耕地增加程度最大,而水域则表现出不稳定;承载力明显下降,其中主要是耕地承载力下降,林地、水域等其他用地则有相对的提高。生态足迹和承载力的变化造成生态赤字进一步加大。将单位生态足迹内产生的GDP作为生态效率,可以发现青岛市的生态效率呈现增加趋势,表明青岛市的资源利用效率明显增加。按照1995到2004年的发展趋势,青岛在未来十年的生态赤字将进一步加大,通过科学技术提高生态效率是青岛降低生态赤字的主要途径。文章首次分析了青岛市的生态足迹动态,提出了降低生态赤字的途径,为青岛市的可持续发展提供了理论参考。     

中国特大城市水资源消费及其与经济和气候的关系——以北京、上海和广州为例

选取了北京、上海、广州三个不同地理纬度、经济较为发达的代表性城市作为研究对象,应用多项式模型把气候耗水量从水资源消费总量中分离出来,用统计分析的方法探讨三个城市水资源消费变化及其与经济和气候的关系。研究表明:城市万元GDP用水量与经济水平有明显的对数相关关系,一般都随经济水平的提高而不断下降,三个城市中,上海的水资源利用率最高,广州居中,北京最低。温度是影响城市气候耗水量的主要气候因子,在1986—1991年,三个城市的气候耗水量与温度的相关性不明显,自1992年以来,气候耗水量与温度距平值的波动趋势愈来愈密切,这说明随着经济的发展和人民生活水平的提高,城市水资源消费与温度的关系越来越密切。     

白玉兰落叶水浸出液抑制蓝藻生长和叶绿素荧光特性分析

利用浮游植物荧光仪对暴露于不同浓度白玉兰落叶水浸出液下微囊藻生长、最大光合作用效率(Fv/Fm)、实际光合作用效率[Y(Ⅱ)]、光能利用效率(alpha)和最大相对电子传递速率(r ETRmax)进行为期15 d的检测,分析白玉兰落叶浸出液对微囊藻的抑制效应和叶绿素荧光特性影响.结果发现,白玉兰落叶浸出液能有效抑制微囊藻的生长,呈明显浓度抑制型变化,抑藻能力随时间的延长而下降.低浓度(0.4、0.8、1.2、1.6 g·L-1)浸出液胁迫下,对微囊藻叶绿素荧光参数无显著影响;高浓度(2.0 g·L-1)浸出液胁迫下,在早期(4 d内)对荧光参数有极显著抑制作用.三维荧光图谱表明,在投量为2.0 g·L-1时,第15天色氨酸及酪氨酸荧光峰强度约为1.2 g·L-1投量情况下的1/3,同时腐殖酸的荧光峰强度减弱.第7—15天,藻细胞生长的半抑制浓度EC50值最小约为0.5—0.7 g·L-1.     

长三角地区乡村发展评价及时空分异特征

以长三角地区作为典型案例地,构建乡村发展评价指标体系,运用改进熵值法测度2000—2018年长三角地区乡村发展水平;综合运用GIS空间分析、ESDA模型等方法分析2000—2018年长三角地区乡村发展分异特征,并运用多元回归模型揭示研究期间长三角乡村发展时空分异的影响因素。结果表明:长三角地区乡村发展水平呈现出持续提升的演化态势,长三角乡村发展东—西向呈递减态势,南—北向呈倒"U"型空间形态。长三角乡村发展表现出"俱乐部趋同"的空间分布趋势;乡村发展局部热点区主要集聚在苏锡常沪、杭绍甬等地区,而冷点区主要分布在皖北地区,形成稳定的低值集聚塌陷格局。经济发展水平、农业现代化、城镇化及交通可达性是影响研究期间长三角乡村发展时空分异的驱动因子,政府政策因素对研究期间长三角乡村发展时空分异表现为宏观的导向效应。     

近百年来鄱阳湖南部湿地景观生态格局演变

百年尺度上的景观生态格局演变对于区域可持续发展有着重要意义。为了研究鄱阳湖南部湿地长时间序列的变化规律,了解湖区湿地在不同时期的变化驱动因素。选取湿地分布较为集中的鄱阳湖南部作为典型区域,基于1930年代军事地形图、1979年和2015年Landsat卫星遥感影像数据,定量重建了近百年来3个时期的鄱阳湖南部湿地空间分布及其景观生态格局变化过程。结果表明,近百年来鄱阳湖南部地区总体湿地面积经历了先增加后减少的变化过程,即从1930s的1 386 km~2增加至1970s的1 655 km~2,随后减少至2010s的1 129 km~2,当前湿地面积较1970s减少了约31.8%。受城市化等外部驱动因素影响,近百年来研究区湿地密度变化空间差异显著,主要体现为研究区西部密度值下降、东部密度值上升;湿地空间格局变化的总体趋势是水面减少、陆地增加。NP(斑块数)在1930s—1970s期间呈下降趋势,在1970s—2010s期间呈增加趋势;PD(斑块密度)在2010s达到最大值(0.376);LPI在近百年间呈逐步下降趋势,2010s相较于1930s下降了52.8%左右,呈现出破碎化的趋势;AI(聚集度指数)在1970s达到最大值(89.357),但是LSI(景观形状指数)在总体上呈下降趋势,表明近百年来鄱阳湖南部湿地斑块的形状出现简单化的趋势。     

基于InVEST模型的河北省陆地生态系统碳储量研究

研究土地利用变化对生态系统碳储量的影响可为区域碳库管理提供科学依据。以1990—2015年河北省土地利用数据为基础,分析土地流转方向,利用InVEST模型对建设用地侵占生态用地导致的陆地生态系统碳储量减少进行定量评估。结果表明,河北省碳密度较高的植被类型为沼泽湿地和落叶阔叶林,碳储量高值区主要集中在河北省西北部海拔相对较高的山地林区,碳储量低值区主要集中在南部平原区;1990—2015年河北省陆地生态系统碳储量累计减少44.48 Tg,建设用地扩张导致的碳储量减少29.23 Tg,引起碳储量减少的土地利用变化中,建设用地扩张占比最高;石家庄市建设用地扩张规模最大,碳储量减少8.83 Tg,承德市碳储量减少最少,碳储量减少0.44 Tg。河北省陆地生态系统碳储量呈下降趋势,建设用地扩张是导致碳储量下降的主要原因,其对不同区域碳储量的影响程度不同,扩张规模直接影响碳储量变化速率。