基于栅格数据的耕地测土配方施肥技术研究

论文以山东广饶县为例,进行了基于栅格数据的耕地测土配方施肥技术研究。利用GIS技术对研究区域养分采集样点进行插值,得到县域氮、磷、钾养分含量分布图,然后对县域目标产量区划图、土壤养分校正系数分布图、县域氮、磷、钾肥料利用率分布图进行栅格化处理,图件栅格大小为50m×50m,数量为1145×1684个。研究区域耕地面积为61609.51hm²,每个栅格代表的面积是0.032hm²。最后在GIS中对栅格图件进行计算,得到每个栅格的施肥量,进而得到施肥配方。结果表明,栅格数据具有较高的表达精度,研究结果对耕地利用和施肥工作有积极的指导作用。     

县域棉花信息遥感提取与棉田精确化管理分区研究

棉田信息化的精确管理是提高棉花生产管理水平及我国数字农业发展的客观需求。论文以山东省夏津县为研究区,选取棉花4个不同生长期的HJ-1卫星遥感影像,通过物候历分析和主要农作物的光谱特征,确定棉花识别最佳时相,建立提取模型,获取棉花种植区信息。建立棉花花铃期遥感影像的特征光谱指数,并与实测的5种主要土壤养分数据结合,运用相关分析、 主成分分析和K均值聚类分析方法,划分棉花管理区,并对分区结果的合理性进行差异显著性评价分析。结果显示:棉花种植区提取的最佳时相为蕾期,提取精度达到93%以上;优化土壤调节植被指数(OSAVI)能够较好地反映棉花的长势信息,同时与土壤养分具有显著的相关性;利用主成分分区指标将研究区棉田划分为3个管理区:管理一区占总棉田面积的24.67%,土壤有机质和氮磷钾含量最高,棉花长势旺盛;管理二区占47.02%,土壤养分含量中等,棉花长势一般;管理三区占28.31%,土壤肥力最低,棉花长势较差;各管理分区内土壤养分的变异系数都显著减小,分区间土壤养分和光谱指数均值差异显著,显示了分区的合理性。该研究可为实时准确的棉花栽培管理与决策提供科学依据。     

基于GIS的小尺度耕地质量综合评价研究——以山东省丁庄镇为例

小尺度耕地综合评价是小区域范围内耕地质量保护和管理的重要手段。研究对影响丁庄镇耕地质量的土壤养分状况、耕地立地条件、耕地理化性状和耕地土壤污染状况分别进行了评价。采用土壤图和土地利用现状图叠置方法划分评价单元,系统聚类和DELPHI法筛选评价因素,层次分析法确定权重,模糊评价法确定耕地质量等级。研究结果表明：①丁庄镇耕地土壤养分含量较高,一二级地占总面积的54.41%;②立地条件和理化性状较好,一二级地分别占总面积的58.26%和60.00%;③土壤污染较轻的一二级地占61.02%,主要集中在中部和北部地区;④耕地综合质量状况总体良好,其中一级地占总面积的21.17%,二级地占31.60%,三级占29.38%,四级占17.85%,耕地等级分布与当地实际产出相一致。     

平衡施肥与秸秆覆盖对紫色土坡耕地养分及其化学计量的影响

为探究长期平衡施肥和秸秆覆盖对紫色土坡耕地土壤养分及其化学计量比的影响,以垫江县长期农田氮磷流失监测点为研究样地,设置3个处理：常规模式（CK）、平衡施肥模式（M1）和平衡施肥+秸秆覆盖模式（M2）,每个处理各设3个重复,共建立9个小区（长7 m×宽3 m）,并于2018、2019和2020年采集土样,研究不同处理下碳（C）、氮（N）、磷（P）和钾（K）含量及其化学计量变化特征.结果表明,2018年不同处理之间K含量差异显著,大小顺序为：CK>M2>M1;2019年不同处理之间硝态氮（NO₃^--N）、铵态氮（NH₄⁺-N）含量差异显著,表现为：M1>M2>CK;其他养分含量在同一年份不同处理之间差异均不显著.不同年份间各处理的土壤C和N含量差异不显著.2018年各处理中K含量均显著高于其他年份,其中,2018年的CK、M1和M2分别比2019年和2020年高78.26%和98.79%,19.13%和35.4%,54.49%和41.76%.P含量在CK和M2处理中均随着年份增大而减小,且2018年分别比2019年高20.29%和10.67%,比2020年高39.68%和17.33%.各处理不同年份间速效钾（AK）含量无显著差异,而NO₃^--N和NH₄⁺-N和速效磷（AP）含量差异显著,且均在2020年最高.土壤C ：P、C ：K、N ：P、N ：K和P ：K在不同年份间都表现出显著差异（P<0.05）.土壤C ：K、N ：K和AN ：AP分别于2018年和2019年在不同施肥模式间差异显著（P<0.05）.土壤C与N及P与K之间呈显著的线性正相关;土壤C ：K与C ：P、N ：K、N ：P和P ：K之间,N ：K与C ：P、P ：K和N ：P之间,N ：P与C ：P之间都呈显著的线性正相关;土壤P与C ：K和N ：K之间呈显著的线性负相关.土壤NO₃^--N与NH₄⁺-N、AN ：AP和AN ：AK之间,NH₄⁺-N与AN ：AP和AN ：AK之间,AP与AK和AP ：AK之间,AN ：AP与AN ：AK之间都呈极显著正相关.研究发现平衡施肥+秸秆覆盖是紫色土坡耕地较为适宜的管理模式.     

基于水资源分区和地貌特征的新疆耕地资源变化分析

以新疆1995、 2000、 2005及2008年4个时期的土地利用数据为基础,结合水资源分区、 SRTM-DEM和数字地貌等数据,分析了基于水资源分区和地貌特征的新疆耕地资源的变化特征,结果表明:①总体上,不同时段各水资源分区耕地空间分布稍有变化,但总体格局保持不变。不同时段各水资源分区的耕地面积有增有减,但增加量远超过减少量,耕地总体呈现出持续增长的趋势,从1995年到2008年,共增加126.39×10⁴ hm²。②对比4个时期26个水资源分区的耕地数值、 变化和升降形式差异,可将耕地变化形式归纳为上升、 先降后升、 先升后降和升降波动四大类。③新疆耕地空间变化存在分区差异。1995至2008年期间,耕地增加值最大者为叶尔羌河流域,为17.36×10⁴ hm²;而额敏河流域耕地面积缩减量最大,减少3.15×10⁴ hm²。④新疆耕地资源主要分布在2 000 m以下的低海拔和中海拔区域,其中以500~2 000 m区域分布最广;耕地资源主要分布于地势相对低缓的平原和丘陵区,以开发流水地貌类型的山前平原地带为主。新疆耕地变化具有很强的空间差异性,与水资源量及利用状况的空间分异密切相关。     

我国耕地保护经济补偿分区及其补偿额度测算——基于省级耕地-经济协调性视角

正确处理耕地保护与经济发展之间的关系,对保障我国粮食安全具有十分重要的意义。论文从省级耕地资源禀赋与经济增长协调性出发,基于粮食安全及区域耕地生产力均衡视角确定了耕地盈余区、平衡区、赤字区,并利用机会成本法测算了耕地保护经济补偿标准以及补偿额度。结果表明：1）2007—2015年我国耕地资源禀赋与经济增长间存在非协调性,需要进行区际间耕地保护利益协调;2）将全国划分为8个耕地盈余区、11个耕地平衡区及12个耕地赤字区;3）2015年全国平均耕地保护经济补偿标准为2.90万元/hm²,其中,耕地赤字区最高,耕地盈余区次之,耕地平衡区最低;4）基于情景模拟法得出,不同区域的耕地盈亏量及耕地保护补偿额度存在较大差异。据此提出：实行差别化耕地保护政策;建立动态化的耕地保护制度,制定合理的区域差异化的耕地保护经济补偿标准,尽快建立健全耕地保护利益协调机制,以保障我国粮食安全的目标。     

黄河三角洲典型地区耕地土壤养分空间预测

掌握土壤养分的分布特点是实现养分优化管理的重要基础。论文选择黄河三角洲典型地区山东省垦利县为研究区,通过田间采样与实验室化验分析获取了1 278个样本（0~20 cm）的土壤碱解氮、有效磷、速效钾数据。在经典统计分析的基础上,用地统计学方法分析了土壤养分的空间变异特征,并拟合了养分的变异函数模型。利用普通克里格法（OK）、反距离权重法（IDW）、泛克里格法（UK）、径向基函数法（RBF）和局部多项式法（LP）5种方法进行空间插值,并采用独立数据集验证对插值结果进行精度评价,进而分析了各养分空间分布规律。为深入探索各方法的适用性规律,基于AN数据设计了离散、随机、聚集3种空间分布模式的数据,利用各模型的自动优化进行试验,对比分析了不同插值方法在土壤养分空间预测中的自适应性。结果表明：1）研究区碱解氮、有效磷、速效钾均为中等强度的空间变异和中等程度的空间自相关,其变异函数模型分别为球状模型、指数模型和球状模型,决定系数依次为0.951、0.892和0.787;2）在空间分布上,土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量与地形和土地利用类型等有关,西南部地势较高,以水浇地和旱田为主,东北部沿黄农田受黄河淡水影响,耕地质量较好,而中部地区地势低平,以水田为主,养分含量偏低;3）相对于块金系数/基台值,Moran’s I是更为稳健有效的衡量土壤养分空间自相关性的方法;4）论文认为,空间分布模式、样本量、空间自相关性和空间聚集程度（最近邻比）均影响插值精度。在离散模式下,各方法自适应性均较差;在随机模式下,IDW与RBF自适应性优于OK和LP;在聚集模式下,各方法自适应性与样本量和空间自相关性有关,直至样本足够多时,4种插值方法精度接近。论文探明了研究区主要土壤养分的最佳插值预测方法,分析了土壤养分的变异特征和空间分布规律,为黄河三角洲典型地区耕地土壤养分利用管理和农业可持续发展提供了理论依据。     

测土配方施肥对湖北省N2O减排的贡献

为弄清测土配方施肥项目实施后对氧化亚氮(N_2O)排放产生的影响及其带来的经济效益.本研究通过比较传统施肥和测土配方推荐施肥的农田氮(N)投入量,依据《2006年IPCC国家温室气体清单指南》方法,分别估算了农田N_2O的直接排放和间接排放.结果表明,测土配方施肥项目从2004年开始实施至2013年的10年时间里,共减少氮肥的施用量74.39×104t(折纯N),作物产量增加1898.05×104t;10年里共减少N_2O排放总量为2.24×104t,其中由氮肥施用量减少带来的N_2O减排量为1.57×104t,作物产量提高带来的N_2O减排量为0.67×104t;湖北省不同区域的N_2O减排量与该地区项目实施面积密切相关,项目实施10年来襄阳市N_2O减排总量最大,为0.31×104t,其次是荆州市,减排量为0.26×104t,神龙架林区N_2O减排总量最小,仅为0.0034×104t;不同作物对N_2O减排的贡献以玉米减排总量最大,为0.54×104t,占减排总量的24.17%,其次为水稻,减排量为0.49×104t,芝麻减排总量最小,仅0.018×104t.按照湖北省碳交易市场最新交易价格25元·t-1C来计算,湖北省实施测土配方施肥项目10年来仅N_2O减排所带来效益可达1.74亿元.测土配方施肥项目不仅在湖北省粮食增产上有重要贡献,对减少N_2O排放也有重要贡献,并带来一定的经济效益.     

聊城冬小麦测土配方施肥项目生命周期环境效益分析

测土配方施肥行动已在全国范围内开展,其实施效果还有待评估,而生命周期分析有助于系统地评估其实施的直接与间接环境效益.因此,本研究以山东省聊城市2006—2010年冬小麦的测土配方施肥项目为例,对冬小麦施肥生命周期资源消耗与污染物排放进行清单分析,并以常规施肥区为参照对象评估测土配方施肥项目的环境净效益.结果表明,测土配方施肥通过化肥减量使用和合理搭配,提高了单产,显著减少了冬小麦生命周期资源消耗与污染物排放量,其富营养化、环境酸化的减缓效益和节能效益分别相当于2000年世界人均影响潜力的6.90%、1.38%和0.89%.环境效益年际间总体上呈下降趋势,表明测土配方施肥项目起到了一定的示范推广作用,常规施肥区农户对氮肥的使用趋于理性,但磷肥投入尚有减量潜力,是继续改善项目实施效益的关键.     

长期施肥和耕作下紫色土坡耕地土壤C、N、P和K化学计量特征

阐明长期施肥和耕作对坡耕地土壤C、N、P和K含量及其化学计量比的影响,将有助于深刻理解土壤C和养分元素循环过程及其相互作用机制,对施肥管理及农业面源污染防治具有重要意义.在紫色土坡耕地(坡度为15°)建立15个小区(长8 m×宽4 m),设置5个处理(每个处理3次重复):顺坡无施肥处理(对照,CK)、顺坡复合施用有机肥和化肥处理(T1)、顺坡单施化肥处理(T2)、顺坡单施化肥增量处理(T3)和横坡单施化肥处理(T4),比较各处理0～10 cm及10～20 cm土层的C、N、P和K含量及其化学计量变化特征.结果表明,各处理土壤C、N和P差异显著(P <0. 05),均表现为T1> T3> T4> T2>CK,施肥处理下K含量差异不显著(P> 0. 05),但均显著高于对照处理(P <0. 05),表现为T4> T3> T2> T1> CK.各处理土壤的C∶N在10～20 cm土层中差异显著(P <0. 05),表现为T4> T3> T1> CK> T2;而C∶P则在0～10 cm土层差异显著(...     

地块尺度重金属污染风险耕地安全利用区划方法

耕地安全利用是保证粮食安全,实现生态文明建设的重要举措之一.为解决污染风险耕地安全利用与修复治理过程中技术措施选择盲目的问题,在重庆市黔江区鹅池镇采集表层土壤样品244件和水稻-根系土样品100套,在分析土壤和水稻中Cd、Hg、Pb、As和Cr这5种重金属含量及土壤中氧化物、有机质和pH等指标的基础上,利用多元回归和地统计分析法建立预测模型,并为地块赋值,结合地块中土壤和水稻中重金属全量、土壤重金属有效态及土壤pH,给出相应的地块尺度耕地安全利用建议.结果表明,研究区土壤以酸性和强酸性为主,Cd超过土壤污染风险筛选值和管制值的比例分别为33.61%和2.05%,Cd有效态占比为60%,水稻Cd超标率为28%,研究区存在明显Cd的生态风险.土壤Cd有效态主要受到土壤Cd全量和pH的影响,水稻中Cd的富集主要受到土壤有机质、Mn和CaO含量的影响.区划结果显示,研究区土壤以优先保护类为主,占比为59.30%;安全利用类占比为40.44%,其中安全利用（IAa）、安全利用（IAb）、安全利用（IBa）、安全利用（IIAa）、安全利用（IIAb）、安全利用（IIBa）占比分别为19.49%、8.01%、1.43%、7.04%、1.41%和3.06%;严格管控类占比为0.26%.该方法将土壤及农产品的安全风险相结合,并针对性给出安全利用建议,为因地制宜地开展受污染耕地安全利用工作提供了方法参考.     

乡镇级耕地质量综合评价及其时空演变分析

以山东广饶县丁庄镇为例,探索乡镇尺度耕地质量评价的体系与方法,以便更好地指导农业生产。在系统分析耕地自然环境条件、土壤理化性质、农业基础设施的基础上,充分考虑农户对耕地质量的影响并构建指标体系,以模糊评判法综合评价了1979年、2005年和2007年的耕地质量,并在此基础上分析了其时空变化特征。结果表明：丁庄镇耕地质量不断提高,呈现出明显的时空演变规律。一、二级地所占耕地面积从1979年的0.060%,增加到2005年的91.42%和2007年的98.62%,耕地质量稳步提高;耕地离行政中心、河流越远,离渤海越近,其质量降低,东北部近海地区和镇政府驻地附近地区耕地质量增幅明显高于其它地区。研究发现,作物平均产量与耕地质量之间存在极显著的线性关系。该研究丰富了乡镇尺度耕地质量评价的方法体系,对乡镇耕地质量评价及其耕地资源高效、可持续利用有积极指导意义。     

中国耕地多功能管理的实践路径探讨

论文立足城乡居民生存与发展需求,试图从耕地多功能角度探寻我国耕地保护的可能出路。在理解耕地多功能内涵的基础上,通过梳理耕地功能利用发展过程提出,解决耕地功能利用外部性问题,引导耕地功能利用合理竞争,从而优化耕地功能利用的社会效用是耕地功能管理的核心问题。据此,将耕地功能管理分为单功能管理与多功能管理两种模式。其中,耕地单功能管理是城乡居民需求发展过程中耕地资源管理的过渡阶段,而耕地多功能管理是耕地资源管理的发展方向。然后,就我国耕地保护、 荷兰及美国农地保护的特点分别对以上两种模式进行了实证。最后,在耕地功能管理国际比较的基础上,综合荷兰与美国的实践经验及我国的特殊性,设计了我国耕地多功能管理的实践路径。     

“耕地总量动态平衡”政策驱动下中国的耕地变化及其生态环境效应

土地政策是影响土地利用及生态环境变化的一个重要的驱动因素。论文分析了“耕地总量动态平衡”政策对中国的耕地变化及其生态环境效应的影响,结果表明,“耕地总量动态平衡”政策对中国耕地的数量变化产生了积极作用,主要表现为:非农建设占用耕地的势头总体上得到遏制,全国及各省(市、区)基本实现耕地占补平衡,促进了农地整理工作的开展。但是,该政策对中国耕地的质量变化的影响却相反,在全国实现耕地占补平衡的情况下,耕地的总体生产能力呈下降趋势,同时,对生态环境产生了一定的负面效应。在此基础上,论文提出了重新审视“耕地总量动态平衡”政策的可行性,以“保护和提高耕地综合生产能力”替代“耕地总量动态平衡”以及根据土地资源区域差异采取不同的具体措施等对该政策加以调整的思路。     

中国耕地资源的区域差异与保护问题

采用土地整理工程手段建设基本农田,有助于实现耕地数量保护与质量提高,但必须遵循因地制宜的原则。论文根据自然地理区划和各地区的地貌特征,从分布特点、地类结构和利用水平等方面,对中国耕地资源的现状进行分析;针对自然条件和经济发展水平的区域差异,提出各地区耕地资源建设和保护的方向与重点。东部季风区应重点完善农田水利设施,改造现有中低产田,提高土地生产能力;西北干旱区不宜大规模开发,要着重发展农业节水技术,提高水资源利用率,防治土地退化;青藏高原区则应限制开垦。在土地整理与耕地资源建设中,因地制宜具体表现在生态保护、量力而行和重在效用3个方面。     

中国农用地整理项目安排与耕地资源分布的协调性研究

农用地整理是当前中国土地整治的重点,增加有效耕地面积、提高耕地质量和规模化程度是农用地整理的主导方向与建设目标,相应要求农用地整理项目安排应与现状耕地的数量与质量之间存在协调关系。为了从空间和时间上分析这一协调性,根据2006-2012 年农用地整理项目数据,结合全国土地利用现状和农用地分等定级成果,通过建立县域尺度下一致性模型和重心模型,从全国和省级二个空间尺度,分析了农用地整理项目安排与耕地资源在时空分布上的协调性,得到以下结论:① 全国层面上,14.4%的耕地区域安排了52.2%的整理项目,项目安排与耕地资源分布的均衡性较差;② 省域层面上,多数省份整理项目安排与耕地资源的分布较为一致;③ 各等别耕地整理比例与其耕地面积比例较为一致,优等地和低等地的整理比例逐渐上升,高等地整理比例趋于下降,中等地整理比例基本稳定;④ 各等别耕地重心及整理重心按优等地、高等地、中等地、低等地由南向北分布,优等地和中等地的整理项目安排逐渐趋于均衡化,高等地整理开展偏于其耕地重心北侧,低等地整理分布较为不均。     

土地财政与耕地保护——基于省际面板数据的因果关系分析

论文利用1999-2006年我国31个省（直辖市、自治区）的面板数据,采用格兰杰因果关系检验、普通最小二乘法、固定效应模型、随机效应模型和GMM模型来分析我国土地财政对耕地数量变化的影响。研究结果表明：①土地财政与耕地数量之间存在相互反馈作用;②土地财政是导致我国耕地数量减少的重要原因,其影响的弹性系数为-0.01;③土地财政对耕地保护具有正反两方面作用：一方面,土地财政刺激地方政府形成城市扩张冲动,导致耕地数量减少;另一方面,土地财政带来土地开发整理增加耕地的面积大幅增加,降低耕地减少速度;④经济、人口和城镇化等社会经济因素也是导致我国耕地数量减少的重要原因。     

耕地转为建设用地价格评估——以河南省南阳市为例

以经济增长理论为基础的传统土地估价理论与方法,对耕地价值缺乏完整认识,造成了耕地价格与转用建设用地价格的不连续性,论文在土地资源总价值理论基础上,通过对耕地价值的重建、耕地转为建设用地增值空间分析以及权益归属的研究,重新构建了城乡交错带耕地转为建设用地价格评估体系,提出耕地价格是经过外部性内在化以后的耕地资源权利的价值体现,它包括耕地实际生产收益价格、社会保障价格、社会稳定价格、生态安全价格和发展权价格5部分。同时以河南省南阳市为例,对该方法进行了实际应用,得出南阳市水田单位面积价值总量价格测算结果为139.81元/m²,该评估较好地反映了耕地的转用价格。     

全国第二次土地调查前后中国耕地面积变化的空间格局

长期以来中国耕地数量受到国内外的高度关注,但是中国的耕地面积到底是多少,一直是个谜,特别是在耕地面积出现几十年持续下降的背景下,全国第二次土地调查结果居然比调查前多出了2亿多亩。论文利用全国第二次土地调查前后的耕地面积数据,从耕地总面积和不同类型的耕地面积两个维度,在不同空间尺度上,对耕地面积数据进行对比分析。研究表明：1）从区域尺度来看,“二调”多出的2亿多亩耕地主要分布在东北、华北与西北地区,其中东北地区几近一半,华南是唯一减少的区域;从省级尺度来看,26个省份耕地面积增加,以东北三省和新疆、内蒙古居多,京沪苏粤陕出现减少,尤以苏粤为甚;从市级和县级尺度来看,耕地增减空间集聚明显,耕地增加的地市和县市均以东北最为集中,耕地减少的地市以珠三角和长三角最为集中,耕地减少的县级单元以粤苏云三省最为集中。2）耕地的三种类型都出现增加,但旱地最多（53%）、水田最少（10%）;水田和水浇地均“北增南减”;旱地的增减主要分布在北方,且增减的空间分布都非常集中,东北增加较多,黄淮海平原减少较多。耕地分布重心的持续北移,加剧了水土资源的不协调性,从而影响耕地的质量,未来中国政府在高度关注耕地数量变化的同时,更应强化耕地质量的提高与保护。