土地利用变化对区域水—能源—粮食系统耦合协调度的影响——以京津冀城市群为研究对象

将土地因素引入水—能源—粮食系统,运用耦合协调模型对京津冀城市群2005— 2018年水—能源—粮食—土地系统的时空变化特征进行研究。结果表明：（1）从空间尺度上来看,京津冀城市群建设用地由中心向四周扩散;从京津冀城市群土地利用格局来看,耕地和建设用地面积分别呈现较为明显的下降和增长趋势。（2）将土地纳入水—能源—粮食系统降低了京津冀城市群大多数城市水—能源—粮食系统间的耦合度和耦合协调度。（3）土地与水—能源—粮食子系统组成的两要素系统的协调水平会进行叠加或抵消进而影响水—能源—粮食—土地系统耦合协调度。本文的研究启示在于：京津冀城市群在考虑水、能源、粮食协调发展的同时,应考虑土地对水—能源—粮食系统整体及内部子系统的影响,根据城市自身资源优势合理配置资源、优化产业布局以实现可持续发展。     

2003—2013年中国县域单元粮食增产格局及贡献因素研究

2003—2013年,中国粮食产量逐年增加,实现了前所未有的“十连增”,2015年更是达到了“十二连增”。文章采用2003—2013年粮食播种面积、产量等为基础数据,以分县为研究单元,定量分析了2003—2013年间中国分县粮食增产的特征、格局与贡献因素,结果表明：1）2003—2013年间我国超过75%的县域单元粮食均出现增产,但主要增产仍集中在东北和黄淮海平原地区的产粮大县;2）粮食增产增幅的两极分化较为明显,处于“滞后增产”和“超速增产”的县域单元占比均较高,其中“超速增产”的县域单元主要分布在松嫩平原、三江平原、黄淮海平原、江汉平原、鄱阳湖平原、黄土高原以及新疆等地;3）对于大部分县域单元而言,播种面积和单产水平对其粮食增产均有正向贡献作用,其中东北平原、内蒙古高原西部、河西走廊、新疆、江汉平原、洞庭湖平原等地播种面积贡献较大,而单产水平贡献较大的地区为黄淮海平原、黄土高原、青藏高原东南部等地。     

长三角城市群水—能源—粮食系统压力的演变特征及其影响机制

城镇化的推进加剧资源消耗,水—能源—粮食（Water-Energy-Food）作为核心资源,是保障区域可持续发展的关键。以长三角城市群为例,构建WEF系统压力指数,揭示1990—2018年间长三角城市群WEF系统压力的演变特征,探讨城镇化推进对WEF系统压力的影响机制。结果显示：2010年后,随着长三角一体化进程加快,WEF系统压力明显加大,其中粮食压力猛增、水资源压力稳定、能源压力有所下降,但能源供应仍存缺口。各省市WEF系统压力及其变化特征与资源禀赋、经济发展和城镇化进程相关。城市空间扩展、人口集中、经济发展和居民消费显著影响长三角城市群WEF系统压力。因此,WEF系统管理应立足不同要素演变特征,同时加强不同部门及区域的协同管理,共同促进长三角城市群的可持续发展。     

乡村振兴视角下耕地利用转型的时空格局及路径分析——以淮海经济区为例

深刻解读耕地利用转型内涵,基于乡村振兴与耕地利用转型的系统逻辑构建相关评价指标体系,运用探索性空间数据分析（ESDA）和标准差椭圆（SDE）等方法,对2002年、2007年、2012年和2017年淮海经济区耕地利用转型效度进行评测,据此揭示乡村振兴战略背景下耕地利用转型的时空格局及转型路径。结果表明：（1）15年间淮海经济区耕地利用转型呈现整体上升、区域均衡的时空格局。（2）耕地利用转型空间集聚现象明显,南北差异显著。空间转型集聚程度逐渐减弱,功能转型呈现先降低后升高、再降低又趋于平缓的态势。（3）耕地利用转型呈现东北—西南格局,以徐州市为区域重心,在南北方向上持续收缩、东西方向上不断平移,导致转型空间形态呈C状分布;系统要素的交流耦合渐进增长且上升通道具有收缩趋势,最终形成“分散—聚拢—分散—聚拢”重叠形态的转型路径。建议研究区未来发展重点聚焦转型发展内源动力的协调融合,引导耕地利用转型由“C形”扩散转向“O形”收敛的圈层式包容增长格局,并不断提升耕地多功能融合增益的共享程度,将地理系统的均衡机制转化为乡村振兴的现实效能。     

中国北方干燥地城市扩展过程对生态系统服务的影响——以呼和浩特-包头-鄂尔多斯城市群地区为例

理解中国北方干燥地城市扩展过程对生态系统服务的影响对提高干燥地人类福祉和实现区域可持续发展具有重要的意义。为此,论文以正在经历快速城市化的呼和浩特-包头-鄂尔多斯（呼包鄂）地区为例,从区域、城市和旗县3个尺度上揭示了该地区1990—2013年城市扩展过程对生态系统服务的影响。首先,量化了呼包鄂地区1990年的生境质量、粮食生产、肉类生产和碳储量4种关键生态系统服务。然后,分析了1990—2013年呼包鄂地区的城市扩展过程。最后,在区域、城市和旗县3个尺度上评价了呼包鄂地区1990—2013年城市扩展过程对生态系统服务的影响。结果显示,1990—2013年,呼包鄂地区经历了快速的城市扩展过程,城市用地面积从314.22 km²增加到692.10 km²,增长了1.2倍。区域城市扩展过程导致4种生态系统服务均明显下降。其中,粮食生产服务损失最严重,损失量达1.36×10⁴ t,约占1990年全区粮食生产总量的1%。边缘型和飞地型城市扩展对生态系统服务的影响最明显。1990—2013年,边缘型城市扩展导致的粮食生产、肉类生产和碳储量损失量占区域城市扩展过程中各项服务损失总量的比例均超过60%,飞地型城市扩展造成的肉类生产服务损失量大于区域城市扩展过程中该服务损失总量的1/3。边缘型和飞地型城市扩展过程导致的耕地和草地大量减少是造成生态系统服务快速下降的主要原因。因此,建议在呼包鄂地区的城市化进程中应提高城市用地利用率,控制边缘型和飞地型城市扩展,以减少城市扩展过程对生态系统服务的影响。     

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。     

水资源与社会经济发展要素时空匹配特征——以张家口为例

水资源短缺已成为制约区域经济社会发展的重要因素,协调水资源与社会经济关系是水资源可持续利用的关键。以张家口为例,采用洛伦兹基尼系数和不均衡指数模型对水资源与社会经济发展要素的时空匹配特征进行研究,结果表明：2004—2015年张家口水资源与人口、耕地面积分布处于“匹配比较合理”和“相对匹配”状态,水资源与经济布局匹配呈现出由“完全不匹配”状态逐渐转变为“相对不匹配”状态。在空间匹配演化方面,水资源与人口、耕地面积的匹配度变化不大。水资源与经济匹配结果表明在水资源禀赋越差的地区,经济增速越快,水资源与经济的空间匹配状况越差。张家口水资源与社会经济发展要素时空匹配特征研究,对于指导区域水资源合理开发利用具有重要的现实意义。     

社会—生态系统适应性治理视角下绿地空间恢复力的演化——广州旧城区更新案例

旧城区绿地作为关键的社会—生态系统载体,是城市高质量发展与转型治理亟需关注的问题。构建广州旧城区绿地服务基本单元,引入适应性循环理论的潜力—连通度—恢复力三维框架,构建表征生态、社会与经济服务的绿地景观指标体系,综合评估2000—2018年广州旧城区绿地的空间恢复力水平及适应性转化特征。研究结果显示：旧城区绿地的恢复力演化具有明显的核心区与外围区的时空分异,在拆除重建阶段呈现快速开发—快速释放—重组的转化,在微更新阶段主要呈现开发—保护的提升,并具有提升型、稳定型和更替型的社会—生态系统服务适应性。由此说明,城市更新具有调节社会—生态系统服务治理的效果。其中,绿地形状指数、5 min可达绿地率以及土地利用混合度对核心区绿地恢复力具有显著的促进作用,为外围区治理提供参考。同时,进一步探讨了更新政策与城市绿地空间恢复力演化的关系,为促进旧城区绿地空间更新治理提供社会—生态系统适应性的理论与实证案例研究。     

区域农业水土资源利用潜力估算方法——以河套灌区为例

基于目前农业水土资源潜力分别测算、相互割裂的实际情况,论文在限定农业水土资源匹配指数概念的基础上,综合考虑气候、种植结构和灌溉效率等的变化对区域需水的影响,提出了以水土资源匹配指数为核心的区域农业水土资源潜力估算方法,根据区域农业水土资源估算方法之需,构建了区域经济、社会、生态效益和水土资源匹配指数最优的多目标水土资源优化配置模型。以内蒙古河套灌区为例,选取2010年为现状年,估算了河套灌区2020、2030年RCP 8.5和RCP 4.5两种情景下的农业水土资源利用潜力,实现了河套灌区水土资源利用潜力的可视化表达。结果表明2020和2030年RCP 8.5和RCP 4.5排放情景下,河套灌区整体的经济效益、生态效益和综合效益都有所增加,社会效益有增有减,水土资源利用潜力均为正值,单位面积上的利用潜力值依次分别为：0.18×10⁴、0.04×10⁴、0.51×10⁴、0.10×10⁴元/hm²;同时除了解放闸灌域,其他各灌域的农业水土资源利用潜力均为正值,在0.31×10⁴~8.24×10⁴元之间,单位综合效益相对2010年均有所提高。     

资源承载力监测——以西藏“一江两河”地区为例

对自然资源的无序开发和对生态系统的破坏制约了我国的可持续发展。资源承载力是描述地区发展受自然资源限制的重要工具,也是衡量区域可持续发展的重要依据。基于西藏“一江两河”地区县级统计数据,定量计算水、土和生态等资源承载力,并根据定量评价结果构建资源承载力监测体系并应用于“一江两河”地区。研究结果表明:（1）“一江两河”地区人粮关系趋于紧张,部分地区人口—粮食—土地矛盾突出,76.5%的县土地资源承载力下降,83.3%的县土地资源承载指数增长;“一江两河”地区各县（市、区）水资源承载力远大于实际人口,承载指数均小于0.05,但77.8%的县水资源承载力下降,县域承载指数均增长;各县生态承载力增长,承载指数下降,部分县处于生态赤字状态。（2）“一江两河”地区资源承载力的主要制约因素由生态承载力转变为土地资源承载力。2000—2015年,在“一江两河”地区资源承载力处于临界超载或超载的县中,对资源承载状态影响最大的资源承载力由生态承载力逐步转变为土地资源承载力。（3）“一江两河”地区资源承载力等级逐渐提升,可能带来的危害或负面影响程度降低。2000—2015年,资源承载力为三级（中度负载）及以下等级的县由15个（83.3%）降至3个（16.7%）。资源承载力长效监测机制的建立有助于明晰资源开发利用现状,科学利用区域自然资源,促进地区生态保护和可持续发展。     

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。     

一个基于土地利用详查的中国土地资源利用区划新方案

文章简要总结了中国土地资源利用分区工作,进而提出了中国土地资源利用区划的原则、依据和指标体系,确立了中国土地资源利用区划体系与分级。在此基础上,基于《全国土地利用详查》的分县汇总数据,以分县为单元,把自上而下的定性分析和自下而上的定量归并两种区划途径相结合,在县域土地利用结构类型聚类分析的基础上,承继前人的相关工作,提出了一个由12个土地利用区和67个土地利用亚区构成的中国土地资源利用区划新方案,编制完成中国土地资源利用分区图。该方案首次划分出了东南沿海区和藏东南-横断山区两个土地利用区,与以往的方案相比有所创新和发展;土地利用亚区的划分则强调国土开发的重点地区和土地严重退化或生态脆弱地区,从而更具实用性。     

基于“三生”视角的中国林地分类提取

林地具有多重功能,在生态优先区和生产生活区承担不同功能。传统林地分类难以兼顾区域主导功能和开发保护定位,且对不同功能区内林地的时空特征尚缺乏定量刻画。建立基于“生产—生活—生态”视角的林地分类,利用土地利用图、功能区划、植被物候特征和统计数据,使用专题图叠加、遥感识别和决策树分类技术,提取林地各类型。结果表明:2018年中国林地遥感面积为228.18万km ²,1990—2018年生态优先区域林地减少2.49万km ²,2000年后降速变缓;防风固沙、水源涵养和土壤保持区等核心生态功能区内局部林地增加,主要位于内蒙古部分草原和沙区、河北西北部和黄土高原;东北地区、西南喀斯特区和新疆北部的林地转换为耕地和草地,生物多样性保护区内林地降幅最小;用材林地在2010年后减少变缓,园地扩大主要来自东南地区的耕地和用材林,城市林地在广东、浙江、江苏和北京迅速增加。研究表明,发挥核心生态功能的林地在生态修复工程范围和自然保护区内局部恢复,但剧烈的人为扰动仍导致其面积整体降幅较大。建议分区域差异化恢复生态林地、提升主导生态价值。     

三江平原水土资源空间匹配格局

三江平原是我国重要的商品粮生产基地,其水土资源的空间匹配格局对保障区域粮食安全具有举足轻重的作用。近年来,由于水稻的大面积种植,三江平原水土资源数量、质量及其空间匹配状况均发生了明显的变化。为了客观地评价三江平原水土资源空间匹配现状,该研究在分析水土资源空间分布格局的基础上,引入水资源可利用量作为水资源量的表征参数,从水资源的可利用量与耕地资源的匹配角度,构建了区域水土资源匹配测算模型,并对其匹配程度进行了划分。分析结果表明,2000年以来,三江平原水土资源整体表现出"土地资源丰富,水资源欠缺"的态势,并且其空间分布格局存在明显的错位现象,已非惯称的"水土资源丰富和匹配";2008年三江平原水土资源匹配系数为0.35×10⁴ m³/hm²,远低于同期全国平均水平(0.56×10⁴ m³/hm²),水土资源匹配较差;水土资源匹配程度空间差异性较为显著,总体呈现出"南北优于东西,边缘优于腹地,林区优于农区,山丘区优于平原区"的格局。针对三江平原水土资源空间匹配程度差、区域差异明显的特点,应在水利设施建设的同时,兼顾水土资源的优化配置,以此提高三江平原水土资源空间匹配程度,为三江平原的粮食生产提供保障。     

中国粮食作物种植结构调整及其水土资源利用效应

粮食种植结构调整会影响农业资源的消耗需求。20世纪90年代中后期以来,玉米在我国粮食生产中的地位明显提升。以粮食种植结构无调整为参照情景,一定产量下,1996-2015年,在国家层面,因粮食种植结构调整对水土资源消耗的节省量约占现期需求量的4%左右。在区域层面,从结构调整对种植面积的减省效应看,耕地资源相对丰富的北方地区明显高于南方地区;从对水资源消耗的减省效应看,北方贫水区也普遍高于南方地区,干旱度最高的西北地区最高。期间区域分品种粮食生产广泛受到作物种植比例变化的影响。研究结果表明,要充分利用好南方水热资源,恢复水稻生产,主要取决于稻米需求及其种植效益,而北方地区则要尽可能按降水规律调整农作制度,合理控制水稻、小麦的种植面积。     

华北平原的水土资源平衡研究

采用精确的水土资源平衡计算模型 ,辅以田间观测资料 ,分析计算了华北平原农业水资源量与作物需水量之间的平衡问题。结果显示 :在充分供水的条件下 ,本区农田 (884.8万hm₂)需水量为744.36亿m3,相应的作物亏水量为309.37亿m3,有效灌溉面积 (653.2万hm₂)上的亏水量为228.73亿m3;而1995年水利工程提供的农业总用水量已达261.78亿m3,但仍有116.16亿m3的亏水量 ;文中同时对评价区内农田的有效降水量、灌溉水的田间利用量、毛管上升水量等进行估算。指出 ,虽然冬小麦的平均水分满足率为82 % ,但关键期的水分满足率 (64 % )仍然制约粮食产量的增长 ,设想通过提高渠系利用系数和优化灌溉等措施 ,华北平原的农业可望达到水土资源平衡利用的状态     

农垦系统污水处理政策机制探讨——以黑龙江垦区为例

基于农垦系统工农业生产水资源紧张而水需求与污水排放量大和集中的特点,结合黑龙江垦区污水处理项目建设与运营的客观实际,采用比较分析、归纳演绎、逻辑推理等方法,在论证垦区污水处理项目建设必要性与可行性基础上,剖析了垦区污水处理政策体系残缺不全的状况,并架构了一套同农垦系统污水处理回用项目建设需求相适应的政策机制。     

土地利用变化对三江平原生态系统服务价值的影响

近年来三江平原土地利用的变化很大,研究其生系统服务价值的变化情况,可以为区域生态环境的保护和恢复提供科学依据.参照中国陆地生态系统单位面积服务价值表,利用三江平原两期土地利用数据,估算了土地利用变化引起的生态系统服务价值的变化.结果表明,1980～2000年三江平原耕地、城镇用地和水域面积有所增加,其余类型面积减少.其中耕地面积增加了30.70%;湿地面积减少了53.37%,该区域人文景观的影响已超过了自然景观.1980～2000年三江平原生态系统服务价值损失了538.8710⁸元,损失幅度为28.62%.大面积湿地转化为农田是生态系统服务价值大幅度下降的主要原因.     

土地整理生态评价的方法与案例

论文以陕西省榆林市榆阳区为例,借助GIS技术,利用评价模型,探讨了土地整理生态评价的技术方法,分析了生态评价不同综合分值的耕地、林地、牧草地、未利用地等土地利用的土地整理措施。生态评价综合分值在80～100之间的耕地应被划为基本农田保护区,其土地措施主要是进一步完善农田水利设施,提高农作物的品质;非天然林的林地应考虑向经济林发展,发展特色林果业;未利用地可作为耕地的后备资源进行有计划开发。分值在65～80之间的耕地应划为农田保护区,整理措施应注意农田防护林和水土保持措施的设计;林草地则要防止退化,适当发展经济林;未利用地在不破坏生态环境的前提下可适度开垦为耕地。分值在50～65之间的耕地整理措施在有条件的情况下逐步进行生态退耕;未利用地主要是保持原有植被,提高植被覆盖率。分值为0～50的耕地必须实行生态退耕还林还草的整理措施,林草地则注重保护和提高植被覆盖率;未利用地保持原状,不再开垦为耕地。     

水土资源匹配视角下中国省域农产品供需平衡分析及其政策启示

粮食安全关系到中国稳定与发展和国际贸易秩序。以省级行政区为基本单位,基于2016—2018年各省份常住人口、农产品消费量、农业数据及相关参数,采用生态足迹和水足迹评价方法,在只考虑食用和再生产消费且不考虑地区耕地质量差异的条件下,核算各省份农产品自给的水土资源需求,评价中国省域水土资源承载力状态。结果显示：（1）中国现有耕地资源总量可满足自身耕地总需求（前者是后者1.81倍）,但省际差异大,东部沿海省市耕地不足。（2）农业可用水资源总量亦可满足农业可持续生产需求,但区域严重不平衡,华北平原与宁夏水资源赤字严重,而青藏高原地区、长江以南省份农业可用水资源丰富。（3）水土资源空间不匹配制约了中国农业的粮食生产潜力,不考虑环境净化用水,水土资源匹配状态可满足全国粮食自给需求;但考虑环境净化用水,中国粮食难以实现自给,承载力赤字达33715.50万人。以资源环境可持续为导向,未来中国应从农业生产布局优化、农业结构调整、农业科技、产业与人口转移、农产品进口和农业国际合作等方面着手,解决中国农产品需求问题。