基于Landsat影像的鄱阳湖平原水稻主产区水稻熟制动态监测

鄱阳湖平原是我国重要的粮食生产基地,是华中单/双季稻作带,是基于遥感监测水稻多熟种植的典型区域。动态监测区域水稻熟制时空格局,对评估耕地利用强度、增强粮食供给功能以及保障国家与地区粮食安全具有重要意义。论文以鄱阳湖平原水稻主产区为例,首先结合水稻物候历、多年月均降水和Landsat影像云量特征,利用Landsat-5/7/8 TM/ETM+/OLI影像数据,在目视解译水田分布的基础上,基于合适时间窗口影像监测了主产区2005年和2013年水稻熟制变化格局;其次,通过农户访谈和调查问卷（677份）收集了主产区水稻种植及熟制变化的相关信息。研究表明：1）9月中旬到10月上旬是判别鄱阳湖平原单/双季稻的合适时间窗口。主产区9-10月处于少雨期,平均降水占全年的4%;云量覆盖小于等于10%的Landsat影像占20%,共484景,其中,9-10月占27%。2）2005-2013年,主产区水田面积减少2.68%,但复种指数增加9.0%,其中,单季稻减少1 061.35 km²,双季稻增加1 564.45 km²;2013年单季稻种植面积为4 795.63 km²,双季稻为11 617.13 km²,水稻复种指数为156.7%。3）空间上,双季稻主要分布在赣江河口三角洲、信江河口三角洲,而单季稻集中在鄱阳湖湖汊周边及市县（区）周围,总体上以赣江-饶河一线为界,界线以北以单季稻为主,以南则以双季稻为主。4）近3成受访农户近5 a调整了水稻熟制,其中“双改单”和“单改双”分别为14.2%和10.8%。另有4成多受调查县域存在主动弃耕现象,研究区弃耕或耕地他用比例占4.9%。     

东北地区粮食单产空间格局变化及其动因分析

基于东北地区183个县级行政区域的统计数据,运用数理统计和GIS空间分析等方法,分析1980-2005年该区粮食单产变化空间变化特征及其动因,并划分粮食单产变化的空间类型。结果表明：①粮食单产水平较高的县域主要集中在松嫩平原黑土区和辽河平原区,单产水平较低的县域主要分布在松嫩平原北部、大小兴安岭、长白山地丘陵区和三江平原区;②区域粮食单产总体呈增长态势,单产水平增加的县域占有绝对控制地位,约占全部县域的83.61%;③粮食单产变化的区域差异显著,单产水平较高的区域总体有由中部平原区向周边低山丘陵区扩张的趋势,单产水平较低的区域总体呈由东北地区南部向北部减缩的趋势;④农业投入变化是粮食单产格局变化的主要动因,农产品价格的影响不断扩大,自然灾害和农民收入变化的影响不容忽视;⑤依据1980年粮食单产和1980~2005年粮食单产平均增长率,可将东北地区粮食单产变化划分为5种空间类型。指出加快农业现代化建设、加强中低产田改造是提高区域粮食综合生产能力和增强粮食安全保障能力的主要途径。     

21世纪初我国粮食供需的新空间格局

利用2000-2003年县级统计数据,揭示21世纪初我国粮食供需的空间格局。我国粮食供需平衡以东西分异规律为主,其次是南北分异。地势第二级阶梯以东,主要余粮区分布最广,北方明显多于南方;胡焕庸线以西,常年缺粮区为主;两线之间,潜在缺粮区居多。东北地区、华北平原生产全国近70%的余粮。长江中下游以南地区既是我国温饱水平缺粮总数最多的地区,也是第三大余粮生产区。地势第二级阶梯上的农牧交错带,温饱水平缺粮总量列第二位,是我国粮食安全最脆弱的地区。上述地区主要位于环境变化敏感地带,粮食安全自然风险最大。因此,加强环境变化对粮食供需平衡的影响研究,对深入认识我国粮食供需平衡的稳定性具有重要的现实意义和理论价值。     

我国主要粮食品种供给与消费平衡分析

论文基于城市和农村人口及其人均食物消费、粮食工业产品产量、肉蛋奶水产品产量、单位面积种子用量等估算了2013年我国主要粮食品种实际消费量和合理膳食结构下的理想消费量。研究结果显示：我国稻谷、玉米、小麦和薯类以国内生产为主,大豆主要依赖进口;我国稻谷和小麦以口粮消费为主,玉米和豆类以饲料用粮消费为主,薯类以工业用粮和饲料用粮消费为主;稻谷、小麦、玉米和薯类结余量较大,豆类结余量少;按照现有的饮食结构,只需要71%的稻谷生产量和52%的小麦生产量就能完全满足口粮需求。未来应关注稻谷和小麦口粮生产,实施全过程监管以及资金和技术支持,其他用途或品种的粮食生产应由市场主导。     

黑龙江省粮食生产的时空格局及动因分析

采用空间自相关、聚类分析和多元回归模型等方法,论文探讨了2000 年以来黑龙江省粮食生产的时空动态及其主要影响因素.结果表明:① 黑龙江省粮食生产规模持续扩大,其中,大豆播种面积及其占农作物总播种面积的比重均经历了“上升-下降”的波动过程,玉米和水稻播种面积不断扩大,但其占农作物播种面积的比重分别在2009 和2011 年超过大豆;② 黑龙江省粮食生产具有一定的空间相关性,大豆空间集聚最显著,玉米次之,水稻最不明显;③ 粮食生产区域化和专门化态势增强,松嫩平原北部及大小兴安岭地区、松嫩平原东南部和三江平原北部分别形成了以大豆、玉米和水稻为主的粮食生产类型区;④ 多元回归分析表明,农业投入、经济环境、技术水平、市场因素是影响黑龙江省粮食生产及其结构时空变化的主要因素.     

环渤海地区海域空间资源使用和供给分析

从海域空间资源使用程度、结构和效益等方面,比较分析了环渤海地区的海域空间资源使用现状,并分析了环渤海地区的海域空间资源供给情况.根据分析结果,指出了环渤海地区的海域空间资源使用的比较优势,最后提出了环渤海地区海域空间资源使用和供给分析中有待解决的问题.     

我国稻谷供给与消费平衡的时空格局

论文基于城市和农村人口大米消费量、稻谷加工产品产量、猪及家禽等产品出栏量、单位面积种子用量等估算了2000—2014年我国稻谷消费的变化,分析了不同省份稻谷的供需平衡关系。研究结果显示：我国稻谷人均表观消费量显著高于世界水平;2000—2014年稻谷供需从紧平衡甚至个别年度供不应求的状态逐渐过渡到供需盈余;我国稻谷以口粮消费为主,但消费比重减少明显,工业和饲料消费比重增加;2014年我国稻谷库存消费比接近70%,10 a库存增加了2.72倍;我国2/3的省份（21个）稻谷供需难以自足,仅10个省份稻谷能够自足,5个省份稻谷供需盈余量在300万t以上。为去库存,应坚定推进水稻的市场化改革;为保障区域稻谷等口粮的需求,应加强省际之间粮食流通体制机制的研究。     

中国-东盟自由贸易区粮食生产与贸易的时空格局演变

东南亚既是中国-东盟自由贸易区的重要组成部分,也是21世纪海上丝绸之路的前沿阵地和重要枢纽。20世纪90年代特别是中国-东盟自由贸易区（简称“自贸区”）成立以来,中国与东盟及其成员国的经贸联系日益加强。研究全球最大粮食消费国、进口国以及世界稻米最重要主产区和出口区之间的粮食生产和贸易发展态势,对中国实施“走出去”和“引进来”战略、建设21世纪海上丝绸之路以及改善地缘安全环境具有重要现实意义。论文基于FAO数据库中国-东盟各成员国1961-2013年粮食生产与贸易数据,利用集中化指数与回归分析法,定量揭示中国-东盟粮食生产与贸易的时空格局及演变特征。研究表明：1）从粮食生产来看,50多年来自贸区粮食总产增长4.06倍,至2013年底总产达到8.09×10⁸ t;就粮食贸易而言,1961-2013年自贸区贸易量增长3.19倍,其中粮食进口量年均增长率为2.95%,粮食出口量增长2.40倍,粮食进口总体大于粮食出口,受中国粮食进出口战略调整的影响,自贸区各个子区粮食贸易日趋均匀化。2）从空间格局来看,自贸区主要粮食生产国集中在中国、印度尼西亚、泰国和越南,其中中国的玉米、水稻比重占明显优势;中国的粮食贸易逆差进一步扩大,其贸易重心开始转向东南亚。3）自贸区的粮食生产与粮食进出口量关系密切,具有显著相关性,但国别差异明显。其中,中国粮食出口量受国内粮食生产与需求影响较大,是自贸区粮食贸易变动的晴雨表。     

灌溉水压力、供给弹性与粮食生产结构——基于变系数Nerlove模型

灌溉水稀缺性会限制粮食生产,也会同时诱致农业技术进步提高粮食供给弹性。基于2002-2017年27个省份面板数据,采用变系数Nerlove模型,通过探究灌溉水压力、价格变动及其交互作用对不同粮食作物产量的影响,分析灌溉水压力对粮食生产结构的综合作用。结果表明:（1）灌溉水压力对粮食生产结构的直接作用是提高玉米产量比例,降低其他粮食作物产量比例,降幅从大到小依次为水稻、薯类、豆类和小麦。（2）灌溉水压力对粮食生产结构的间接作用是使小麦、豆类和薯类的供给弹性更小,使水稻和玉米的供给弹性更大,有利于水稻和玉米产量占比的增加。（3）2002-2017年灌溉水压力不断增加,对粮食生产结构的综合作用是促进了玉米产量比例大幅增加、豆类和薯类产量比例显著下降;地区上,北方粮食主产区玉米和水稻产量比例显著增加,使水资源相对稀缺的北方地区粮食生产更耗水,该结论与“灌溉效率悖论”一致。     

全球人口与粮食的空间错位演变及影响因素分析

基于重心模型和空间错位指数方法,系统分析了1990—2017年全球人口与粮食的时空格局、空间错位特征及影响因素等。结果表明：（1）近30年来,全球人口与粮食均呈增长态势,两者的时序变化特征存在明显差异,全球人均粮食产量的区域差异特征显著,多数国家的“人粮关系”矛盾突出。（2）在全球尺度,人口与粮食重心存在显著的空间错位特征,两者在空间分布上呈现反向错位发展的态势。（3）在国家尺度,人口与粮食的空间错位格局呈现由南至北依次为“正错位区—负错位区—正错位区”。负向高错位区稳定在印度、日本等国家,正向高错位区稳定在美国、加拿大等国家。（4）全球各大洲人口与粮食的空间错位格局基本稳定,空间错位指数发生转向的国家分布在亚洲、欧洲、南美洲和非洲。（5）自然环境、国际环境、农业发展、社会环境等多种因素综合作用致使人口规模和粮食产量在空间分布上存在区域差异,促成全球人口与粮食的空间错位格局。政策启示：中国有必要加快农业供给侧结构性改革,增强农业竞争力和粮食自给率,合理统筹配置两种资源和处理两个市场之间的关系,建立规避世界粮食贸易波动和不确定性风险的应对策略,构建中国农业生态安全和粮食安全的保障体系。     

鄱阳湖区景观格局季相变化及其优化调控研究

论文以自然属性确定的鄱阳湖区为例,基于景观生态学理论和GIS空间分析技术,定量描述和分析了鄱阳湖区景观格局的季相变化特征。研究结果表明：鄱阳湖区整体景观格局季节变化明显,枯水期较丰水期景观更加破碎,形状更加复杂,聚集程度更低,异质性水平更高;类别水平上,以滩地景观变化最为显著。枯水期和丰水期生态连通性也有较明显差异,枯水期景观生态连通性更差,景观单元间的生态阻力更大,生态流运行更加困难。在此基础上,借助最小累积耗费阻力模型和GIS空间分析模块,识别和构建了不同季相鄱阳湖区的源地、廊道（三类）、节点等生态组分,形成了“斑块-廊道-基质”模式的生态功能网络;并通过对不同季相景观格局优化组分的对比分析,辨识了年内能够持续发挥重大生态效益的景观组分,构建了更为合理的景观格局优化调控方案,以期增强鄱阳湖区景观网络的连通性,保障生态流的畅通运行,加强湖区生态系统的稳定性和可持续性,为鄱阳湖区生态规划和管理提供借鉴和参考。     

鄱阳湖水体悬浮物反硝化潜力模拟研究

以鄱阳湖为对象,采用乙炔抑制法,分别模拟了厌氧和好氧状态下的悬浮物反硝化潜力和过程,结果表明,厌氧和好氧状态下水体悬浮物均能够产生明显的反硝化作用.受乙炔抑制,其反硝化产物N2O的浓度累积随时间呈“慢-快-慢”的节律,浓度累积曲线符合逻辑斯谛模型(P<0.01).拟合结果显示:悬浮物浓度为30g/L时,厌氧培养条件下快增期反硝化速率达到(81.76±10.37)μmolN/(L·d),好氧环境下为(14.12±2.31)μmolN/(L·d).CO2浓度累积曲线同样符合逻辑斯谛模型,但好氧条件下CO2浓度累积极值较高,约为厌氧条件下的5倍,表明好氧条件下好氧呼吸占更大的比例.水体悬浮物反硝化潜力与悬浮物浓度有关,相同悬浮物浓度下,好氧培养水体悬浮物反硝化潜力较厌氧培养弱,且达到累积极值的时间更长,水体溶解氧一定程度上抑制了悬浮物反硝化作用.依据好氧培养的试验结果,估算得到鄱阳湖悬浮物全年反硝化导致的氮素净损失为1010t,约占鄱阳湖氮素年输入量的0.74%和鄱阳湖沉积物反硝化氮去除量的14%,鄱阳湖水体悬浮物反硝化在氮素净去除中起到一定作用.     

全国生态系统食物生产功能空间特征及其影响因素

随着我国人口的迅速增长以及工业化、城镇化进程的加快,生态环境遭到破坏,使得食物生产不稳定,食物安全问题日益突出,评价我国食物生产功能具有十分重要的意义。依据食物生产产量,根据营养成分转化率,将各类食物折算成热量来统一核算,研究评价了我国生态系统食物生产功能的空间分布特征,并利用ArcGIS、SPSS进行空间分析及影响因子分析,结果表明:① 2010 年,我国生态系统的食物生产总量为11 765.28×10¹² kJ,空间上呈现东南多西北少的分布格局;② 华东、华中、东北地理区,河南、山东、黑龙江三省具有较高的食物生产能力;③ 耕地质心的转移并没有引起食物生产质心的转移,技术要素的投入更能提高食物生产能力,研究发现粮食播种面积、有效灌溉面积、化肥使用量等与食物生产热量呈显著正相关(P<0.01)。因此,充分利用自然资源,合理增大技术要素投入的力度,是提高我国食物生产能力的重要途径。     

鄱阳湖湿地沉积物反硝化空间差异及其影响因素研究

鄱阳湖显著的水位变化导致该区域湿地类型的复杂多样,包括不同的沉积物性质及水动力条件等,这些因素势必会对反硝化速率及其途径产生影响.本研究通过对3种不同类型湿地沉积物柱样采集、流动培养及同位素添加模拟,对湿地沉积物反硝化速率的空间差异、反硝化过程及氮源等反硝化底物和沉积物呼吸等反硝化影响因素进行研究,以期进一步了解水动力变化下鄱阳湖多类型湿地沉积物的反硝化空间差异及其影响规律.结果表明,反硝化速率在水力联系较强的湖沼沉积物中最高,达到(43.98±2.33)μmol·m-2·h-1;在洲滩沉积物中次之,为(35.36±6.12)μmol·m-2·h-1;而与大湖区连通性较弱的内湾湖沼沉积物中最低,为(13.45±3.21)μmol·m-2·h-1.不论是洲滩沉积物还是不同水力联系下的湖沼沉积物,总反硝化速率与上覆水硝酸盐之间均存在显著正相关(p0.01),表明上覆水硝酸盐是反硝化的限制性因子.相关分析显示,不同湖区沉积物的呼吸速率及微生物有机碳(Microbial biomass carbon,MBC)含量对鄱阳湖湿地沉积物反硝化也具有一定的影响(p均为0.05).在两种反硝化途径中,洲滩和不同水力联系下湖沼沉积物中以水体硝酸盐为底物的非耦合反硝化均强于耦合反硝化,说明非耦合反硝化是反硝化的主要方式.耦合反硝化与非耦合反硝化在内湾区湖沼沉积物中均较弱;与大湖区连通的湖沼沉积物的非耦合反硝化强于洲滩沉积物,说明反硝化途径与水力联系及沉积物有机质水平具有一定的联系.     

鄱阳湖湿地管理对策研究

本文分析和研究了鄱阳湖湿地损失的原因和管理现状，提出了鄱阳湖湿地可持续发展的管理策略。     

土地利用结构与空间格局对鄱阳湖流域中小河流水质的影响

为揭示土地利用结构与空间格局对中小河流水质的影响机制,于2022年1月与2022年7月在鄱阳湖流域3条中小河流的25个采样点收集水样.采用Bioenv分析、Mantel检验与方差分解量化不同空间尺度的土地利用结构与空间格局对水质的影响,使用广义加性模型拟合水质与土地利用结构与空间格局的关系,广义线性模型构建分段回归模型,并基于逐步递归法计算阈值.结果表明：①土地利用结构与空间格局对河流水质的平均解释率在丰水期（59.72%）大于枯水期（48.95%）;子流域与河岸100 m是土地利用结构与空间格局影响中小河流水质的关键尺度,平均解释率分别为54.70%和64.88%;土地利用结构与空间格局的共同解释部分是驱动河流水质变化的重要因素,占总解释率的66.90%.②土地利用结构对中小河流水质的影响具有显著的阈值效应,当子流域尺度下建设用地占比低于2%、耕地占比低于8%和林地占比高于82%,河岸缓冲区尺度下建设用地占比低于12%、耕地占比低于41%和林地占比高于49%时,均能明显改善水质.③空间格局对中小河流水质的影响也具有阈值效应但弱于土地利用结构,当子流域尺度下斑块形状值大于28.77和斑块多样性大于0.69,河岸缓冲区尺度下斑块形状值大于2.99和斑块多样性大于1.02时,均能改善水质.以上结果表明,加强对子流域与河岸100 m尺度的土地利用的管理,合理规划土地利用结构与空间格局能够有效地防止水质恶化.     

鄱阳湖生态经济区经济与环境的协调性研究

对经济与环境协调性关系的分析是可持续发展的研究核心。文章根据鄱阳湖生态经济区经济和环境的发展状况,选取了7个经济指标和7个环境指标,采用主成分分析法及协调性发展指数评价方法,对2006-2010年鄱阳湖生态经济区的经济系统与环境系统的协调性进行了定量分析,通过研究提出需要进一步加大鄱阳湖生态经济区环境保护力度、加快发展循环经济和构建环境友好型产业体系等政策建议。     

鄱阳湖泥沙淤积特征及发展趋势

在两年来的野外实地调查及大量前人资料系统综合研究的基础上。简要的介绍了鄱阳湖的地形地貌，重点对鄱阳湖的泥沙淤积特点分五河尾闾地区（赣江，抚河，信江，饶河及修水）及鄱阳湖淤积区（鄱阳湖入江水道口淤积区Ⅱ1，赣江三角洲淤积区Ⅱ2，青岚湖淤积区Ⅱ3，抚河入湖口淤积区Ⅱ4，修水入湖口淤积区Ⅱ5，信江入湖口淤积区Ⅱ6，饶河入湖口淤积区Ⅱ7，鄱阳湖中心湖盆淤积区Ⅱ8，东北湖湾淤积区Ⅱ9，环鄱阳湖周边淤积区Ⅱ10）分别进行详细的描述。对鄱阳湖湖泥沙的来源进行了分析。在此基础上对鄱阳湖未来泥沙淤积的发展趋势按不同的淤积区分别进行了详细预测，提出了从被动防洪转变为积极防洪，从“抵抗”洪水转变为顺应洪水的自然规律，从以防为主转变为以疏导为主的鄱阳湖区水患灾害防治的基本思路。     

鄱阳湖蓝藻分布及其影响因素分析

利用鄱阳湖的原位监测数据,分析鄱阳湖水华蓝藻的分布现状及其影响因素,探索鄱阳湖水华蓝藻的源头.研究结果表明,鄱阳湖浮游植物的优势种为硅藻,蓝藻为鄱阳湖的次级优势种,蓝藻在浮游植物总生物量的比例有逐年增加的趋势.水华蓝藻的主要优势种为鱼腥藻,其次为微囊藻和浮游蓝丝藻. 鄱阳湖蓝藻水华形成初期的基本规律为水华蓝藻在营养盐浓度相对较高且水流较缓的内湾及尾闾区生长分布,在夏秋季水位较高时在水流和风的作用下向主航道输移聚集. 结合鄱阳湖水文特点,主航道的水华蓝藻聚集有可能是上游四个湖区的蓝藻向下游漂移综合作用的结果.研究成果可为控制鄱阳蓝藻水华区域风险灾害提供基础数据.