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。     

中国区域性耕地变化与粮食生产的关系研究——以东北地区为例

以东北地区为例,结合监测数据和农业统计数据,利用GIS技术分别开展耕地数量变化对粮播面积的影响分析、高中低产田内部各县粮食单产变化趋势分析、高中低产田内部耕地数量变化对粮食总产的影响以及粮食作物种植结构变化对粮食生产能力的影响评价与分析。结果表明:①东北地区耕地数量增加了188.8×10⁴hm²,总体呈北增南减趋势;②粮播面积增加了162.67×10⁴hm²,高产区的粮食单产多呈上升趋势,中产区的粮食单产稳中有升,低产区各县的粮食单产有增有减,但多数仍呈上升趋势;③高产田的粮食单产和低产田作物种植面积扩大促进了东北地区粮食总产的增加;④东北地区玉米生产进一步向吉林省集中,大豆、水稻、小麦向黑龙江集中,粮食生产的专业化、区域化趋势明显。     

黑龙江省粮食生产与三江平原湿地协调发展水平的评价

为寻求黑龙江省农作物播种面积和湿地面积两者间的合理比例,使之既能保证粮食生产,又能维持湿地的必要功能,论文首先用模糊评价方法对历年黑龙江省粮食生产效益和湿地效益分别进行了评价,在此基础上,对反映两方面和谐共存程度的协调发展水平进行了评价。评价结果显示,20世纪70年代末到80年代初这一时期的农业生产和湿地环境是比较协调的。该时期农作物播种面积为870×104hm₂,三江平原湿地面积约为195×104hm₂。此结果可以作为设定三江平原湿地恢复程度的一个参考标准。在该标准下,按高单产水平计算,黑龙江省可提供2930×104t粮食,而三江平原湿地植物和鸟类的种类数约可分别恢复到建国时水平的70%和80%。     

太湖流域粮食生产时空格局演变与粮食安全评价

太湖流域既是中国传统粮食高产区又是当前经济发展的前沿阵地。论文从宏观视角探讨了该区1985-2010年27个县域粮食生产时空变化格局及粮食安全水平,结果表明:时间演化上该区粮食产量不稳定,但总体呈下降趋势,历经波动发展-急剧减少-稳步增长三阶段;空间差异亦较显著,除西北4个县域,其余地区粮食产量均有不同程度下降,粮食生产重心逐渐由中部向西北偏移,县域粮食生产相对优势弱化,整体粮食生产能力降低;粮食总产变异系数和70%以上年份波动系数超全国平均水平,粮食安全风险大;粮食不安全县域增多,2010年59%的县域粮食不安全。未来该区仍受到耕地数量减少和质量退化威胁,完善耕地保护政策并提出保障粮食安全的区域差别化措施具有重要的现实意义。     

我国耕地总量的动力预测及其建议

近年来,我国耕地资源总量正在以较大的幅度逐年减少,其原因主要有:建设用地、生态退耕、农业结构调整、灾害损毁等占用,这将危及国家的粮食安全。为解决耕地面积大幅下降的情况,根据我国国情,建立了若干耕地总量动力方程。依据《中国的粮食问题》白皮书提出的实现粮食95%的自给目标,2010年耕地保有量应达到1.2166×10⁸hm2的要求,在数值模拟的基础上提出了若干保护耕地的方案,并对2004～2010年我国的耕地总量进行数值预测。预测表明:①以目前的耕地减损速度仅依靠每年从耕地后备资源中开发补充耕地很难保障国家粮食安全;②在我国耕地减少总量中,生态退耕占了很大的比重,如何协调好二者的关系是保证国家粮食安全的重要方面。因此,建议我国应在降低逐年上升的建设用地对耕地的占用,制订合理的退耕计划下,提倡精准农业、提高粮食单产、降低肉类消费。     

中国种养系统的氮流动及其环境影响

利用集成完全氮平衡模型和农业污染清单的中国种养系统氮流动模型(nitrogen flow model for farming-feeding system in China,NFM-FFS),研究了2003年中国种养系统中的氮流动及其环境影响.结果表明,2003年中国种养系统土壤虽然氮素表观盈余,但实际亏损623.9×104t,平均亏损13.7 kg/hm2,土壤整体面临含氮量减少和退化的风险.由于中国氮素投入(肥料和各类有机肥)主要集中于耕地系统,对牧草地的投入很少,耕地系统的氮素盈余了1 761.9×104t,平均盈余142.8 kg/hm2,中国牧草地系统氮素亏损2 385.7×104t,平均亏损90.7 kg/hm2.因此平衡耕地和牧草地的氮素投入既可减少农业生产对水环境的影响,又可有效控制牧草地退化.2003年,中国种养系统中总氮损失为2266×104t,其中随径流进入地表水的495.8×104t和淋洗进入地下水的102.4×104t最终沉积在河流、湖泊和海洋中,很少有机会再进入种养系统循环.耕地的肥料施用是中国种养系统向地表水和地下水最主要的氮输出源,应是农业污染控制和管理的重点.     

西北内陆干旱区水资源承载能力研究

在西北内陆干旱区水资源生产能力分析的基础上,定量地给出了该区域重点地区的水资源承载力。针对生态环境脆弱的内陆干旱区特点,探讨了水资源承载力的主要研究内容、特性和影响它的主要因素,然后提出了水资源承载力的指标体系、计算流程和边界条件,分析计算了其水资源生产能力。研究结果表明,利用新疆、河西、宁夏的农产品弥补关中和柴达木农业生产的不足,利用新疆、关中、柴达木的工业生产弥补河西、宁夏工业生产的不足,2020年西北重点地区完全可以承载其6384×104人的预测人口,且能保证每人有年均400kg粮食和2×104元以上的富裕生活水平。     

黄土丘陵“梯田退耕”生态重建及地域分异特征

基于黄土丘陵区过去10年科技攻关成果及延安燕沟流域示范成功经验,在总结“梯田退耕”生态重建模式特点的基础上,根据土地利用、坡耕地和1999年农业人口数据计算了各县(市、区)需新修梯田、园地扩建、林草植被恢复的面积及投资需求额度。通过构建并采用基本农田扩建指数、园地扩建指数、林草植被恢复指数以及投资需求密度等指标对55个县(市、区)进行了类型划分和地域分异特征分析。结果表明:黄土丘陵区需新修梯田面积69.16×104hm₂,新扩建经济林果园地面积79.2×104hm₂,林草植被恢复面积541.02×104hm₂,投资需求总额度158.2×108元;生态重建在地域分布上明显存在两个重点区,一个位于陕北和晋西北交界地区,另一个位于陇东和宁南地区;宜及早制定区域性分类指导政策,并应将有限的资金集中在重点区。     

中国粮食主产区耕地撂荒程度及其对粮食产量的影响

耕地撂荒严重地影响着我国的粮食安全。以我国粮食主产区为研究区域,在识别撂荒地分布的基础上,测度了撂荒地空间分布格局,并建立耕地撂荒中介效应模型,探究了耕地撂荒对区域粮食产量的影响机制。结果表明：（1）中国粮食主产区耕地撂荒规模为405.53万hm²,撂荒率约为5.85%;空间上撂荒地规模分布呈“T”字形空间格局,黑龙江东北部、吉林西北部以及内蒙古南部地区为撂荒地主要集聚区。（2）耕地撂荒对于粮食主产区粮食产量具有显著负向影响,2017年我国粮食主产区因耕地撂荒损失的农田生产潜力达到1339.15万t,损失的粮食产量高达2265.6万t,损失比例达4.69%;内蒙古自治区成为粮食产出损失量和损失比例最大的地区。（3）粮食播种面积、农田生产潜力和农业技术投入均发挥了部分中介作用,系数分别为-0.194、-0.025和0.006。（4）应遵从城乡融合以及农业农村发展态势,强化粮食主产区农业生产现代要素投入与政策扶植,构建粮食生产—耕地休耕空间转换弹性机制,保障我国粮食安全。     

单产提升潜力衰减模型法在河南粮食单产中长期预测中的应用研究

粮食单产水平的提高是河南粮食增产的主要原因,准确预测粮食单产水平,对科学判断河南粮食生产能力、制定粮食生产战略意义重大。论文针对目前直接以单产为变量建立的预测模型未能反映出单产增长的有限性和增速的减缓性之不足,研究提出了一种基于单产提升潜力衰减过程的单产预测方法。该方法利用河南耕地的平均单产潜力和历年实际单产数据,计算得到河南历年单产可提升潜力值;依据单产提升潜力理论上呈逐渐衰减之变化特点,可采用指数衰减函数建立单产提升潜力回归模型,以达到间接预测单产之目的。结果表明：1）单产提升潜力对数值与时间t之间具有高度负线性相关关系,适宜建立指数回归模型;2）回归模型V_q-V_t=e^{-0.009 5t+9.464 7}拟合优度R²=0.973 1,在0.01置信水平上回归显著;3）预测模型反映出了单产提升潜力的有限性和衰减性,即单产潜力对单产水平的限制性,模型理论诠释清晰;4）利用河南1978—2000年的单产数据作为样本建立预测模型,用样本以外2001—2015年的实际单产作为观测值,对预测单产进行模型预测检验,结果表明该模型预测单产绝对误差均值为129.15 kg/hm²,仅为现有方法的0.17~0.82倍,且误差平稳,适宜于单产中长期预测;5）预测得河南2020、2025、2030年的平均单产分别为6 375、6 765、7 155 kg/hm²,年均增幅为85.20~74.55 kg/hm²,增速呈逐渐减缓趋势。     

青藏高原生态资产的价值评估

论文根据一系列1∶1000000自然资源专题图,把青藏高原生态资产划分为森林、草地、农田、湿地、水面、荒漠6个一级类型,应用GIS技术进行了数据处理与统计分析,编制了青藏高原1∶4000000自然资产图。生态资产价值评估以Costanza等人(1997)对全球生态系统服务价值评估的部分成果为参考,同时综合了对我国专业人士进行的生态问卷调查结果,建立了中国陆地生态系统单位面积服务价值表。以此表为基础,通过生物量等因子的校正,对青藏高原不同生态资产的服务价值进行了估算,结果表明,青藏高原生态系统每年的生态服务价值为9363.9×10⁸元/年,占全国生态系统每年服务价值的17.68%,全球的0.61%。在青藏高原生态系统每年提供的生态服务价值中,土壤形成与保护价值最高,占19.3%;其次是废物处理价值,占16.8%;水源涵养价值占16.5%,生物多样性维持的价值占16%。高原不同生态系统类型中,森林生态系统和草地生态系统对青藏高原生态系统总服务价值的贡献最大,贡献率分别为31.3%和48.3%。     

中部粮食主产区城镇化进程中农村土地变化的GIS分析和对策研究——以江西省为例

以中部地区的江西省为例,在分析其粮食产量变化轨迹基础上,选取1980、1995、2000年3个年份经过解译的LandsatTM遥感影像土地利用数据,应用GIS软件提取各年份土地利用类型及其面积数据,分析不同土地利用类型的变化轨迹,以及农业用地向城镇建设用地转变的面积及其分布。江西省的粮食总产量1978年开始不断提高,1985年后,年粮食总产量随年播种面积变化的趋势较明显,即播种面积高的年份,粮食的总产量也高。GIS分析结果显示,改革开放以来江西省绝大部分地区都出现了农业用地向城镇建设用地转变的现象,鄱阳湖平原地区成为农业用地向城镇建设用地转变的集中地区,农业用地向城镇建设用地转变较大的土地利用单元出现于京九铁路、浙赣铁路和湘赣铁路等交通沿线的大、中型城市周围。城镇化导致了耕地大面积减少,从而影响了粮食产量,协调对策主要有提高播种面积,引种优良作物品种,提高农民的种粮积极性等。     

黄土高原不同生态系统水土保持服务功能评价

以土壤保持量为评估指标,应用修正通用土壤流失方程,评估了黄土高原水土保持生态系统服务功能,分析了近20 a 来的黄土高原土壤保持量的空间分布及其动态变化,对于揭示全球气候变化背景下黄土高原林草植被建设的生态成效具有重要的科学价值和现实意义。结果表明：1990-2010 年黄土高原平均单位面积土壤保持量为305 t·hm^-2·a^-1,年均土壤保持总量为190×10⁸ t。1990-2000 年农田、草地和林地生态系统平均单位面积土壤保持量分别为249、285 和640 t·hm^-2·a^-1,2000-2010 年平均单位面积土壤保持量分别增加了14.6%、2.9%和7.4%。黄土高原草地和林地的土壤保持率分别为83%~88%和94%~97%。农田生态系统土壤保持量的空间分布特征表现为黄土丘陵沟壑区和黄土高塬沟壑区较大,农灌区和河谷平原区偏低;草地和林地生态系统土壤保持量的空间分布特征表现为沿东南向西北减少的变化趋势。与1990-2000 年不同,2000-2010 年农田、草地和林地生态系统土壤保持量的空间变化特征表现为较为明显的增长趋势,尤其是黄土丘陵沟壑区陕西榆林、延安地区和山西吕梁山区一带。     

内蒙古草地生产力资源和载畜量的区域尺度模式评估

在气候变化和人类活动的干扰下熏内蒙古草地在过去50年里产生大面积的退化沙化。论文在大气植被相互作用模式穴AVIM雪的基础上发展了一个区域评估模型AVIMia。该模式包括陆面物理过程、植被生长过程和草地利用模式,用来评估放牧利用和气候变化对草地生产力和载畜量的影响。结果表明:内蒙古草地区域生产力剧烈的年际变化与降水量密切相关,而与温度没有明显相关关系。模式估计内蒙古草地总的地上生产力为771.7×108kg/a,可食地上生物量为498.1×108kg/a,典型草原和草甸草原占了大部分的生产力。据此推算的内蒙古地区总的载畜量为45.51×106羊单位,与1997年实际载畜量比较,超载100%。因而熏提出过牧可能是内蒙古草地大面积退化沙化的主要原因,甚至超过气候变化的影响。     

近50a玛纳斯河流域土地利用/覆被变化对碳储量的影响

土地利用变化对碳收支的影响是当前全球变化研究领域的重点内容之一,中国西北干旱区土地利用变化对陆地生态系统碳收支的影响尚不清楚。论文以西北干旱区流域绿洲水土开发的典范--玛纳斯河流域为研究区,基于Bookkeeping模型,利用多期土地覆被类型图、植被和土壤碳密度历史文献及实地调查资料,开展玛纳斯河流域近50 a荒漠转变为绿洲农田和农田弃耕两种主要土地覆被变化对碳收支的影响研究。玛纳斯河流域的垦殖活动有利于碳储量的增加,在1962-2008年的46 a间,土地利用变化导致流域植被碳储量增加6.34×10⁵ t,土壤碳储量增加3.14×10⁶ t,总碳储量增加3.77×10⁶ t。受土地覆被变化面积和转换类型碳密度差异的影响,不同土地覆被类型转换对碳储量的影响存在显著差异:荒漠草地、裸地开垦为耕地均引起植被和土壤碳储量显著增加;林地开垦为耕地引起植被碳储量减少,土壤碳储量增加,总碳储量减少;而耕地弃耕通常会导致流域碳储量减少。     

东北商品粮基地粮食生产的区域分异

论文以商品粮基地县为研究单元,运用数理统计和GIS空间分析结合的方法,揭示东北商品粮基地县粮食总产的区域差异。研究结果表明:①粮食总产低于平均水平的商品粮基地县占多数,高于平均水平的基地数量仅占36.36%,但粮食产量占全部基地县粮食总产量的64.74%;②粮食生产基本上形成了以玉米、大豆、水稻为主的生产能力格局,粮食总产的区域差异小于分品种粮食作物内部的区域差异;③从省域尺度看,粮食总产高于平均水平的基地县84.6%分布在黑龙江和吉林两省,粮食生产布局的区域化、专业化趋势明显,大宗粮食作物进一步向产粮大县集中;④从区域尺度看,粮食总产的空间格局高低交错,集中在以松嫩平原中部黑土区、辽河平原和三江平原为重心的平原地区,有由中部平原地区向周边递减的趋势。回归分析表明,播种面积的区域差异是导致商品粮基地县粮食总产区域分异的主要原因,农业现代化水平对其具有重要影响。应加强商品粮基地建设,加大中低产田的改造力度,走以提高粮食单产来提高粮食综合生产能力的内涵式发展道路。     

我国燃料乙醇的生产潜力与发展对策研究

论文测算了我国能源作物和农林废弃物等原料的燃料乙醇转化潜力,发现2015-2030年我国燃料乙醇的理论生产能力将从6 364×10⁴ t 增长到1.18×10⁸ t,可行的产量水平将在1 387.9×10⁴ t 以上。如果能实现这一产量,将在很大程度上缓解我国的石油供求矛盾。今后提高燃料乙醇生产能力的可行策略主要有以下方面：加强边际土地资源评估和开发,促进能源作物的规模化利用,通过利益引导加强秸秆能源化利用,延长林木采伐加工产业链,在农村地区发展沼气等新型能源替代薪柴。     

中国西北干旱区水资源利用及其生态环境问题

近５０年来,西北干旱区随水土资源开发利用规模的不断扩展,使区域内工农业与经济得以稳定持续发展。但同时,引起一系列生态环境变化。①大多数河流下游水量锐减,甚至断流,河道缩短,终端湖泊萎缩或干涸,水质咸化和污染趋势加剧；②土壤沙漠化和盐碱化,沙漠化土地面积达６７４９３×１０^４ｈｍ^２,盐碱化耕地面积逾１３５５６×１０^４ｈｍ^２；③植被退化,生物多样性减少,与５０年代初相比,天然森林面积减少４９％～５８％,草地面积减少１６％～９２％；④沙尘暴灾害发生频数增加,灾害程度加剧。节约与高效化利用水资源以及生态环境效益与经济效益间统一协调是西北干旱区可持续发展的根本途径     

西北地区水资源数量、质量及其分布规律

运用40年降雨、蒸发、径流的同步资料,计算了西北地区的降水总量为7981.9×10⁸m³,地表水资源总量为2164.8×10⁸m³;地下水资源量为1034.6×10⁸m³,扣除重复量后的水资源总量为2304.4×10⁸m³。分析了水资源的地区分布及年内、年际变化规律,评价了西北地区水资源质量,并总结了西北内陆河区径流主要形成于山区,散失于山前平原盆地等水资源六大特点。