Tracking land cover change along the western edge of the U.S. Corn Belt from 1984 through 2016 using satellite sensor data: observed trends and contributing factors

The Cropland Data Layers (CDL) are high-resolution geo-referenced data products made available by the U.S. Department of Agriculture. However, the CDL lacks in its ability to be employed as a tool to identify the impact of the gradually evolving drivers of land use change, e.g., climate change, due to its limited historical depth. We implement a robust, phenology-based satellite image classification algorithm to identify historical cropland allocation in eastern South Dakota and North Dakota predating the initial CDL by 13 and 22 years, respectively. Five major land covers, i.e., corn, soybeans, wheat, alfalfa and grass (including native grass, hay and pasture) are identified using archived Landsat-5 surface reflectance data, while achieving CDL-like accuracy. The long-term rate of grassland loss during 1985–2011 is found to be significantly lower (26,781 hectares or 1.5% annually) relative to the near-term rate of grassland loss during 2006-’11 (84,545 hectares or 5.2% annually). We find similar discrepancy in regional corn expansion rates. Our value-added raster data provide opportunities for improved identification of land use drivers, whereas relying solely on the CDL’s restricted historical extent may lead to biased land use change estimates and misguide policy.     

中低产田相对潜力分析方法及其应用

本文以资源报酬变动原理为依据，通过对中低产田相对潜力分析参照系的建立、不同耕地产量水平现状的调查、中低产田相对潜力计算与分级，合理确定出中低产田重点开发区。并将该方法运用到山西省汾阳县中低产田的开发研究中，收到了满意的效果．     

浙江省耕地变化与粮食安全的分析及预测

运用回归分析方法、预测理论、最小人均耕地面积和耕地压力指数模型及Excel软件,在分析浙江省改革开放以来耕地、人口、粮食动态变化的基础上,分析了最小人均耕地面积和耕地压力指数的变化特点,运用预测理论对未来15年耕地、人口、粮食、最小人均耕地面积和耕地压力指数进行了预测。研究结果显示：1978～2004年,浙江省耕地面积、粮食产量呈下降趋势,人口数量逐年增加,从而造成最小人均耕地面积和耕地压力指数呈现增大趋势。这表明此期粮食供需差距越来越大。在未来15年,人口数量进一步增加,耕地和人均耕地面积降低明显,最小人均耕地面积和耕地压力指数却呈降低趋势,这依赖于耕地生产力水平的提高,但耕地仍严重超载,粮食安全问题仍将十分突出,形势比较严峻。据此提出降低耕地压力、保证粮食生产安全、促进可持续发展的对策。     

内蒙古农牧交错带土地利用变化对作物生长季N_2O排放量的影响

在内蒙古农牧交错带,选择4个邻近、不同开垦年限(5、10和50 a)的农田,分别记为C5、C10和C50,以及天然草地作为研究样地;利用静态箱法,在2008—2010年作物生长季(4—10月)进行野外原位试验,研究了土地利用变化对N2O排放量的影响.结果表明:草地与C5、C10、C50农田土壤的N2O排放量在2008—2010年作物生长季均存在显著差异,F分别为53.8、17.3和153.0(P均小于0.001),草地N2O排放量分别为87.6、91.8和211.0 mg/m2.在2008—2010年作物生长季,C5和C10农田土壤N2O排放量比草地低10%~50%;随着开垦年限的增加,N2O累积排放量增加,C50在作物生长季的N2O排放量比草地高10%~30%.草地和不同开垦年限的农田土壤在作物生长季内N2O排放量的58.1%受土壤w(NH4+-N)和含水量的综合影响(R2=0.58,P0.01).     

安徽省畜禽粪便污染耕地、水体现状及其风险评价

以安徽省耕地、水体的环境保护为出发点,依据2001～2009年安徽省畜禽养殖数据,采用排泄系数法估算畜禽粪便量,在此基础上计算安徽省各地畜禽粪便耕地污染负荷及水体等标污染负荷指数,并对各地区畜禽粪便对耕地和水环境的污染现状进行风险评价.结果表明,2008～2009年安徽省平均产生0.67亿t粪便,畜禽粪便耕地污染负荷及纯N、纯P耕地负荷量平均值分别为16.2 t.hm-2、83.8 kg.hm-2和34.5 kg.hm-2;耕地污染指数为0.36,处于Ⅰ级预警级别范围;水环境等标污染负荷指数为7.03,各地区畜禽粪便对耕地和水环境污染存在较大差异.2008～2009年与2001～2002年相比污染状况有不同程度下降,但其中P素污染比例有上升的趋势;2008～2009年畜禽粪便对耕地、水体造成双重污染的地区为合肥、宿州、蚌埠,这些地区的环境问题应引起注意.     

气候变化下西北地区农田水分平衡的模拟与分析

在全球变暖的背景下,系统分析气候变化及其对农田水分平衡的影响,对西北地区,乃至全国的生态环境和社会经济可持续发展具有重要的现实意义。论文从水分平衡的角度出发,以县域为基本单元,在10a尺度下,通过构建农田水分平衡模型,全面刻画了气候变化下近40年来西北地区天然状态下农田水分平衡的基本特征及演变态势。结果表明:水分亏缺是西北地区天然状态下农田水分平衡的主要特征,全区亏水量呈现由东南向西北、由高山向盆地递增的空间分布格局;40年来,西北地区农田水分平衡呈现西降东升的态势,新疆大部及河西走廊西部的部分县市,农田亏水量显著降低;西北中部及东部地区大部分县市,40年间农田亏水量呈"W"状波动,近10年亏水最为严重;河西走廊以及新疆大部分县域农田水分平衡年际间变幅较小,中东部地区变幅较大;西北地区降水与农田水分平衡呈显著的正相关,最高温度、最低温度与农田水分平衡的相关性不明显,蒸散量与农田水分平衡呈显著的负相关。     

典型经济快速发展区耕地变化区域分异研究

耕地变化的区域分异研究可为确保国家粮食安全和生态安全提供重要依据。基于RS和GIS技术,分析太湖流域1985~2015年耕地数量、质量和动态结构的时空演化格局。结果表明:近30a流域耕地呈现以城镇为中心面的边缘扩散和以乡镇为中心点的散布流失特征,导致耕地净减少了38.87%,其中环湖、沿江城市密集区及县域空间拓展区是耕地流失的热点区域。耕地集中连片分布区与经济发展快速区的空间复合导致耕地缩减与建设用地扩张呈现空间对应关系,建设占用始终是驱动耕地减少的主要因素。不同阶段受经济发展水平和农业政策影响,不同地类对耕地转移的贡献率和空间分布差异明显,且转移比例在数量和质量上均不对等。总体上,耕地变化呈现由缓慢零散占用到快速集聚流失的过程,耕地数量和质量变化高值和低值区亦表现由分散到集中的格局,最终驱动了耕地优势区由环湖平原区向西南丘陵区的空间转移。     

江苏高邮市农田土壤环境质量状况研究

对高邮市域内的约670 km2农田进行采样监测,利用Arcinfo软件绘制出该地区10种常见污染物的分布特征图,并根据土壤环境质量二级标准对该地区农田土壤环境质量现状进行了评价分析,在此基础上对3个典型地区土壤近20a内污染物含量状况及变化趋势进行了分析.结果表明,与1985年相比,近20a中,土壤中铜、铅、铬、汞、砷含量没有明显增加趋势;川青地区土壤中镉、车逻地区土壤中镍元素含量显著升高,其它地区含量没有显著变化;土壤锌含量在3个地区均有明显增加趋势;30个乡镇中综合污染指数P综相对较高的地区有郭集、横泾和汤庄;依据土壤环境质量二级标准评价分析,高邮地区农田土壤环境质量基本能满足农产品安全生产的条件.     

十七世纪中叶以来长三角地区耕地演变特征及影响因素分析

自十七世纪中叶清朝康熙年间推行土地政策以来,长三角地区耕地变化速度显著加快,对现代社会—经济—环境产生了巨大影响。在前人研究基础上,系统收集了长三角地区十七世纪以来的耕地数据,选择海拔、坡度、土壤与河流距离和人口密度等影响因子,利用SPSS软件进行二元Logistic回归,结合不同时期耕地分布影响因子权重,重建1661—2020年长三角地区耕地演变数据,基于此探索历史耕地的空间分异规律和时间演变过程,系统分析不同时期耕地变化驱动因素。研究发现：长三角地区耕地数量呈现“M”型波动上升趋势,在空间分布上表现为“北多南少”,其空间格局呈“西进北扩,纵深扩散”的演变态势。清朝时期,自然地理环境是影响耕地空间分布的重要因素;农业政策和技术随着社会发展逐渐成为耕地变化的主要原因。改革开放后,工业化城镇化进程加快与生态退耕项目的推进导致长三角地区耕地持续减少。历史时期长三角耕地格局持续受到地理环境因素的影响,呈现出动态变化的特征。在地理变迁与耕地格局演变的过程中,自然地理环境在宏观层面上影响耕地格局的形成与演变,始终是耕地格局演绎变迁的基底,也是区域人文景观的基础。人文地理环境则在微观层面深入且细致地改变耕地格局,反映了人类对自然的开发实践。长三角地区耕地的变化体现了人与地理环境之间的博弈,反映出“人地关系”理念的转变。区域发展规划应突显长三角的生态环境优势,打造区域一体化的生态景观廊道,在可持续发展观的指导下推进生态文明建设和美丽中国建设。     

工业城市农田土壤重金属时空变异及来源解析

环境政策调控对农田土壤重金属富集趋势影响显著.本研究以典型工业城区周边农田为例,采用经典统计与地统计方法分析土壤Cd、 Pb、 Cu和Zn含量变化及时空分布特征,并采用PCA/APCS模型对土壤Cd、 Pb、 Cu和Zn污染来源及变化进行分析.结果表明,与2011年相比, 2017年研究区土壤Cd、 Pb、 Cu和Zn含量整体呈增加趋势.空间分布上Cd和Pb含量在2个时期均表现为从西北向东南逐渐降低,Cu和Zn含量在2011年表现为从北向南逐渐降低, 2017年表现为从西北向东南逐渐降低.与2011年相比, 2017年工业污染源对Cd、 Cu和Zn贡献率分别增加5.58%、 10.4%和20.4%,对Pb贡献率降低19.7%;其它源对Cd和Pb贡献率分别增加3.76%和24.8%,对Cu和Zn贡献率分别降低9.27%和4.31%.相关举措降低了工业污染源带来的区域土壤Pb累积,但对Cd、 Cu和Zn污染防控并不明显,新的Cd和Pb污染源需引起重视.