玉米—大豆轮作体系对黑土土壤固氮菌群落结构及其质量的影响

以大豆连作（CS）、玉米连作（CM）、玉米—大豆轮作（MS）、玉米—玉米—大豆（MMS）和玉米—大豆—大豆（MSS）为研究对象,利用荧光定量PCR和高通量测序分析种植制度对土壤固氮菌丰度和群落结构的影响。结果表明：轮作中土壤有机质（SOM）、全磷（TP）、有效氮（AN）和有效磷（AP）的含量显著高于连作;轮作固氮菌丰度显著高于CM,显著低于CS;MMS与MSS固氮菌多样性显著高于CM;轮作和连作土壤固氮菌群落结构差异明显,全氮（TN）是固氮菌群落结构变化的主要驱动因子,种植制度通过土壤化学性质间接影响固氮菌丰度和多样性。这说明,在吉林省西部半干旱区,MSS与MMS更有利于土壤固氮菌繁殖,可以从微生物学的角度为合理种植和氮素调控提供科学依据。     

东北黑土区典型地域耕地生态退化时空分异——以富锦市为例

耕地生态退化严重威胁黑土区耕地的可持续利用,明确其时空分异规律是提高黑土耕地产能实现农业可持续发展的重要科学命题。以东北黑土区典型地域富锦市为研究区,立足于耕地外部扰动变化所引发的环境胁迫与生态恢复,利用遥感驱动的多源环境胁迫监测模型、改进的CRITIC模型、优化的InVEST模型,明确二者间的作用结果,揭示研究区2000—2020年耕地生态退化的时空分异规律。研究结果表明：（1）研究区耕地外源环境胁迫强度整体偏低,呈现出以东部、西部、北部高,中部、南部低为主基调的时空分异格局;（2）研究区耕地內源生态恢复强度高于胁迫强度,表现出以西部—东部—中部梯度衰减的时空分异格局;（3）研究区共有968.12 km²耕地发生生态退化,展现出以团块状集中分布在研究区东部和中部,零星分布在其他区域的空间分异格局。研究明晰了多源环境胁迫/多源生态恢复之间的交互效应,实现了各耕地图斑对多种环境胁迫力和生态恢复力的动态敏感度测算,进一步刻画出了生态退化过程,测度结果与现实耕地利用强度吻合,为准确诊断黑土区耕地生态退化提供了理论参考和技术支撑。     

基于生态系统服务的海洋空间开发适宜性评价方法及应用——以粤港澳大湾区伶仃洋为例

海洋空间开发适宜性评价是开展海洋空间规划的基础,对粤港澳大湾区协同发展具有重要意义。在生态系统服务框架下提出伶仃洋空间开发适宜性评价方法并分区。根据一级分区结果、开发适宜性—生态保护重要性矩阵和面积占比,分为重点开发区（高—低,30.63%）、限制开发区（高—高,22.71%）、保留区（低—低,23.37%）、禁止开发区（低—高,23.29%）,以上四区开发适宜性依次递减。根据资源禀赋和用海兼容条件进行二级分区,重点开发区包括港口航运、旅游、渔业等单功能二级区（近岸与岛屿周围海域）和兼容二级区（桂山岛外围海域）,关注供给/文化服务协同开发。限制开发区分为生态旅游和休闲渔业二级区,分布于香港、澳门地区近岸海域,需权衡供给/文化服务的开发和调节/支持服务的保护。     

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。     

东北松嫩典型黑土区长缓坡耕地土壤侵蚀沿坡长变化规律及其对土壤质量的影响

东北黑土区,尤其是农垦地区,是我国重要的粮食生产基地。土壤侵蚀导致耕地质量严重退化,威胁粮食安全。选取克山农场坡长为1020 m的直型坡、凹型坡和凹—直复合型坡耕地,利用¹³⁷Cs示踪技术估算坡面土壤侵蚀模数,测定土壤有机碳作为耕地土壤质量参数,揭示典型黑土区长缓坡耕地土壤侵蚀强度沿坡长变化规律及耕地土壤质量参数的响应。结果表明：（1）不同坡形长缓坡耕地土壤侵蚀差异显著,直型坡多年平均侵蚀速率（3040 t·km^-2·a^-1）<复合型坡（3395 t·km^-2·a^-1）<凹型坡（4220 t·km^-2·a^-1）。（2）直型坡、凹型坡、凹—直复合型坡均呈现出侵蚀强—弱周期性变化规律,其振荡周期分别为380 m、250 m和300 m。（3）土壤有机碳含量与土壤侵蚀速率呈极显著负相关关系,其沿坡长变化规律与土壤侵蚀速率沿坡长变化规律相反。土壤侵蚀是造成黑土坡耕地土壤质量退化的直接原因,研究结果可为黑土长缓坡耕地水土保持措施的精准布设及土壤养分管理提供理论支持。     

基于地块尺度的黑河中游地区农业结构变化及其驱动因素分析——以张掖市为例

黑河中游是我国西北干旱区重要的粮食基地,研究其农业结构变化及其驱动因素对农户种植决策及推动当地农业发展具有一定参考意义。论文以位于黑河中游地区的张掖市为例,基于统计年鉴和农户问卷调查数据,从地块尺度分析了研究区2001—2014年期间农业结构变化,并在定性分析的基础上,从地块与农户两个层面,运用二元Logistic模型及投入-产出法定量分析农业结构变化驱动因素。结果表明：1）研究区作物种植类型趋于多样化。2001年,研究区主要种植作物为小麦、玉米、大麦及“小麦和玉米套作”,其种植地块数占所调查总地块数的81%,2014年种植作物种类增多,且蔬菜、马铃薯、油菜等经济作物种植数量较2001年有所上升。2）由种植小麦为主（占总地块数的31%）转变为种植制种玉米为主（占总地块数的38.7%）;套作转单作。2001年,共有58个套作种植地块,占调查总地块数的22%,其中“小麦和玉米套作”最多,有47个地块;而在2014年,作物套作地块数锐减为2个,“小麦和玉米套作”全部转换为其他单作,其中51%转为制种玉米;水稻种植消失,主要转为普通玉米。3）地块层面上,种植地区的海拔、灌溉定额、河源来水量对农业结构变化影响非常显著（显著水平达到1%）,地下水对农业结构变化影响较为显著（显著水平达到5%）。4）农户层面上,农户作为理性经济人,“收益”是影响其种植行为的最关键因素,其次是政策因素（在5%的水平上显著）,务农劳动力与劳均耕地面积也有一定的驱动作用。     

耕地结构变化下水土资源匹配时空特征效应分析——以黑龙江省为例

基于耕地利用水资源的供需视角,在综合考虑耕地利用类型、作物种植结构、作物生长期等条件的基础上,结合黑龙江省的国家气象站数据,对耕地利用需水量与有效供水量从微观尺度上进行分析,并以此对1990—2018年内不同生长期耕地利用水土资源匹配的时空动态进行分析。结果表明：1990—2018年间黑龙江省耕地结构不断变化,旱改水现象在2010— 2018年间最为普遍;作物生育前期与中期需水量较多,后期需水量较少,需水量逐年上涨,与水田占比变化保持较为一致,并且空间上需水量高值地区偏移规律与同时段内的旱地水田化现象保持高度一致;1990—2018年间,作物各生育期水土资源匹配程度均先降后升,大部分的水土资源匹配高值地区分布在有效降水量的高值地区与旱地地区的交接地带,可见天然降水仍是满足耕地作物用水的主要来源;近年来三江平原南部地区水土资源匹配程度严重下降,粮食单产下滑,建议该部分地区减少旱改水工程量,同时,松嫩平原西部地区水土资源匹配水平与粮食单产逐年上升,可适当进行旱改水工程。     

轮作休耕对劳动力转移的影响——以河北、甘肃、云南三省为例

近年来,中国耕地的不合理利用引发了一系列严重的问题,为此国家提出“探索实行耕地轮作休耕制度试点”这一重要举措。劳动力是农业的主要生产要素,归纳总结农户休耕和劳动力转移的情况,准确掌握休耕面积对劳动力转移产生的影响,对进一步推动国家轮作休耕政策、现代化发展和城镇化具有重要的战略意义。基于此,利用河北、甘肃、云南三省六县1542户农户家庭的相关调研数据,对农户休耕、劳动力转移等情况进行了分析,并运用Tobit回归模型定量分析农户休耕面积对劳动力转移数量的影响。研究结果表明：（1）研究区内农户休耕比例与户均休耕面积存在差异,且休耕比例与户均休耕面积大小均为甘肃省>云南省>河北省。（2）研究区内有62.97%的家庭存在劳动力转移现象,且休耕农户劳动力转移数量远超未休耕农户。（3）核心变量休耕面积对劳动力转移存在显著的正向影响;控制变量中,农户家庭总人口、户主性别、劳动力受教育水平、医疗支出、住宅距公路距离和劳均工资对劳动力转移存在显著的正向影响,而家庭抚养比则对劳动力转移存在显著的负向影响。     

基于“双评价”的城镇开发边界划定技术——以湘潭县中心城区为例

构建“生态—农业—建设综合统筹”的城镇开发边界划定技术模型,即按“短板理论”计算空间约束下的县域建设开发建议规模,按指标权重计算综合得分进行国土空间开发适宜性评价,按生态优先、耕地保护优先原则确定地块规划功能,结合城镇建设现状、社会经济发展和城乡协调发展等因素划定城镇开发边界。以湘潭县中心城区为例进行实证,划定城镇开发边界4500 hm²。结果表明：与湘潭县土地利用总体规划规模边界、城市总体规划中心城区空间增长边界相比,本次划定的城镇开发边界中生态极重要或极敏感区域由3.49%、12.46%降为0,新增建设用地占用耕地的比例由53.26%、50.94%降低到21.02%,新增建设用地年均增速相比降低了45.65%。该技术模型对优化国土空间开发利用保护布局,促进绿色发展、高质量发展起到了积极作用。     

基于市域尺度的中国化肥施用与粮食产量的时空耦合关系

化肥施用是一把双刃剑,在促进粮食产量增加、保障粮食安全的同时,导致了生态环境退化,当前亟需辨明化肥施用与粮食生产之间的时空耦合关系,以便为维护粮食安全与生态安全提供有效的对策。以中国336个地级行政区为研究单元,分析2005-2015年中国粮食产量与化肥施用量的时空格局变化特征、化肥施用量与粮食产量的时空耦合关系及其动态变化过程。研究发现：（1）2005-2015年中国化肥施用量与粮食产量均呈上升趋势,化肥施用量的区内差异呈“粮食主产区—产销平衡区—粮食主销区”递减态势;而粮食产量的区域差异总体趋于增大,且呈“粮食主产区—产销平衡区—粮食主销区”递增态势。（2）化肥施用量增幅大致呈“东—中—西”阶梯式递增的趋势,而粮食产量增幅呈明显的南北分异特征。（3）从空间分布来看,胡焕庸线以东地区以“双高区”为主,胡焕庸线以西地区以“双低区”为主,且“低效施肥区”收缩,“他因素影响区”扩张。（4）期间,粮肥耦合关系以“双增型”为主,其他类型为辅,粮肥耦合关系主要向“双增型”与“他因素影响型”转变。     

青藏高原高寒牧区聚落用地适宜性评价及其重构——以藏北那曲县为例

本文建立了适用于高寒牧区的聚落布局适宜性评价体系,利用自组织神经网络（SOFM）对青藏高原藏北地区那曲县展开聚落布局适宜性评价,并评估其现状聚落布局的合理性,在此基础上提出其聚落未来重构的思路。结果表明:（1）那曲县对于聚落布局的适宜性整体较低,适宜性水平高于一般适宜的区域零散分布在海拔较低、地势低缓的河谷地区,仅占全县面积的12%。其他适宜性较低的区域占全县面积的88%,分布相对集中。不同乡镇对于聚落布局的适宜性差异显著。（2）那曲县现有的聚落空间占全县总面积的0.47%,为7594 hm²,其中分布在一般适宜及以上等级区的面积占聚落总面积的86.47%,而较不适宜、不适宜和禁建区内的聚落占比高达13.53%。那曲县聚落空间布局倾向于较高级别的适宜区,聚落用地适宜性条件较好的乡镇其布局合理性越高。那曲县局部聚落布局不合理的原因包括:缺失空间布局指引、村级行政区划欠佳、藏民对神山的宗教信仰和历史遗存的地域环境认同。（3）聚落的空间重构可推动生态移民、适度“村庄化”等要素的整合来实现。聚落的经济重构要建设由特色产业为基础的村镇系统、充分利用“点—轴”结构的辐射效应等结构要素的重组来实现。聚落的社会重构需要通过合理安排基础设施、增强藏族社会关系组织程度、提倡藏区优秀文化传承等优化功能的措施来实现。     

基于生态协调性和建设适宜性的山区基本农田布局研究——以福建省永安市为例

在生态文明建设背景下,探索兼顾生态环境保护和耕地资源保护的基本农田布局方法不仅是划定永久基本农田的首要任务,更是构建土地利用开发新格局的主要内容。目前,针对基本农田布局的相关研究仍侧重于耕地的资源属性,忽视了耕地在区域生态系统中产生和存在的合理性问题,导致生态环境问题持续加重。论文借鉴景观生态学等相关理论分析了耕地与区域生态系统之间的相互关系,提出了一种兼顾生态协调性和建设适宜性的基本农田布局方法,并以福建省永安市为例开展了实证研究。结果表明：该布局方法不仅保证了基本农田保护制度保护优质耕地的内在要求,而且突出了耕地与区域生态系统在景观尺度上的相互影响,促进了山区耕地利用与生态环境的协调发展,同时可为今后基本农田的科学划定提供参考。     

国际粮食贸易影响下东北黑土地生产压力变化与保护策略

黑土地是重要的农产品生产基地之一,承担着保障国家粮食安全和维护农业生态安全的重要责任,保护好黑土地对促进我国农业可持续发展至关重要。测算与分析2000—2020年东北黑土地粮食生产耕地压力的变化情况,研究国际贸易对东北黑土地粮食生产的耕地压力的影响,利用国际市场占有率指数和贸易竞争优势指数分析东北黑土地农产品在国内及国际两个市场的竞争优势。结果表明：近20年来东北黑土地粮食生产的耕地压力基本处于安全压力区并呈逐步下降的趋势,玉米、大豆、稻谷三种主要作物生产的耕地压力分别从2000年的1.94、1.09和0.63下降至2020年的0.69、0.26和0.54。国际粮食贸易对黑土地粮食生产耕地压力减缓的作用显著且呈现出逐年上升的趋势,2020年对黑土地粮食生产耕地压力减缓的贡献率达26.22%,其中对大豆生产的耕地压力减缓的贡献率达511.48%。农产品贸易优势度分析结果显示,东北黑土地农产品在国内市场具有明显的贸易竞争优势,但在国际贸易中的竞争优势不明显。为此,提出了国际贸易粮食贸易变化背景下黑土地保护的若干建议,为东北黑土地保护及其粮食产能保障相关决策提供参考。     

中国2000—2010年耕地低效转化的空间特征

耕地向经济效益相对较低的用地类型转化具有多重社会及生态效应。论文首先将耕地向草地、灌丛地和裸地的转化定义为“耕地低效转化”,然后以GlobeLand30为基础,提取2000—2010年的低效转化耕地,并结合耕地资源禀赋和地形条件,从多尺度、多角度深入揭示了我国耕地低效转化的空间分布特征。结果表明：1）全国总体的耕地低效转化率仅为1.50%,但区域差异明显,空间分布极不均衡;2）耕地低效转化依照地势的三级阶梯呈现明显的区域分异规律,农牧交错带的耕地转化问题最为严重,但耕作条件好、原有耕地比例高的东部地区,耕地低效转化水平一般较低;3）耕地低效转化率大体随海拔和坡度的增加而增加,但会受到地形复杂度的影响。     

沂河流域土地利用时空变化图谱特征分析

基于沂河流域1995年、2005年和2015年土地利用空间数据,运用地学信息图谱方法构建1995-2005年和2005-2015年两个时序单元的土地利用转移图谱和涨落势图谱,分析了沂河流域近20年来的土地利用时空变化规律及发展过程。结果表明：（1）1995-2015年,沂河流域土地利用结构以耕地和林地为主,其中耕地和草地减少,林地和建设用地增加是主要变化趋势。（2）土地利用转移图谱以耕地与林地、草地之间的相互转换以及建设用地占用耕地为主,林地、草地转变为耕地主要发生在费县和平邑县中部地势平缓的山前平原,耕地转变为林地、草地则主要分布于研究区北部和西南部土壤侵蚀较为严重的山区,耕地转变为建设用地主要集中在各县市城区周边经济相对发达的区域。两个时序单元中,发生变化的主要图谱单元类型及面积存在显著差异,2005-2015年土地利用发生转换的空间进一步扩张。（3）土地利用涨势图谱中新增耕地面积最大,占新增面积的比例为33.87%;落势图谱中耕地萎缩面积最大,占萎缩面积的比例为51.38%。两个时序单元中,各县市涨落势图谱变化存在明显差异。该研究可为沂河流域土地资源的可持续利用及生态建设提供科学依据。     

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。     

模糊证据权法在西藏一江两河流域耕地适宜性评价中的应用

开展耕地适宜性评价是编制农业发展规划、优化耕地资源配置的基础性工作。文章以西藏一江两河流域18 个县的耕地资源为评价对象,将模糊证据权模型引入到耕地适宜性评价中,通过该方法筛选出地形地貌、气候、土壤和水资源状况等4 个方面的9 个因子作为证据图层,并计算因子图层的模糊证据权重,最后综合各因子图层的证据权重参数得出后验概率并修正形成耕地适宜性分布图。结果表明：①80.83%的适宜样本点处于修正后验概率分级图的中等适宜级别及以上,即已知信息体现出较高的吻合性,表明模糊证据权模型能够科学、有效地评价耕地资源的适宜性;②集知识驱动与数据驱动一体化的模糊证据权模型既能够充分发挥先验知识、客观规律的作用,也可以通过隶属度函数增加知识干预,有效利用专家的丰富经验,在一定程度上克服了知识驱动方法中因子筛选和权重确定主观性强或纯粹数据驱动方法的不足;③研究区21.32×10⁴hm²的耕地资源中,高度适宜、中度适宜、一般适宜和不适宜的耕地资源分别占32.03%、31.94%、27.19%和8.84%,对应其空间分布情况,可以优化耕地资源规模与布局,指导高原耕地区农业生产实践,促进耕地资源的合理利用。     

未来气候变化对旱田生态系统N2O释放的潜在影响

反硝化-分解作用模型（DNDC）能较好地拟合贵州省玉米—油菜轮作田、大豆—冬小麦轮作田和休耕地的N2O释放通量及其影响因子季节变化模式，采用DNDC模型定量探讨了未来气温、降雨量和降雨中无机N浓度变化对亚热带旱田生态系统N2O释放的潜在影啊．结果表明，除大亚外，其它作物和休耕地土壤N2O释放通量对气温变化接近于正响应；玉米地、大豆地和体耕地（对应于玉米生长期）土壤N2O释放通量对降雨量的变化也接近于正响应；降雨中无机氮浓度的变化对3块实验田NO2释放通量影响最大．