耕地质量与景观格局指数的关系研究——以江西省鹰潭市为例

研究耕地质量与景观格局间的关系,可以为加强国家耕地质量保护和提升提供科学依据。利用江西省鹰潭市2022年耕地质量数据,在耕地质量评价的基础上综合分析鹰潭市的总体耕地质量状况。选取斑块面积、斑块占景观比例、边界密度、斑块密度、景观形状指数、平均斑块大小、景观分离度、蔓延度指数和香农多样性指数等景观格局指数在Fragstats 4.2软件中进行计算,再将耕地面积加权平均国家自然等别、利用等别、经济等别指数分别与选取的耕地景观格局指数进行相关性分析。研究得出,耕地质量国家自然等指数与耕地边界密度呈极显著负相关,相关系数为-0.393(P<0.01);耕地质量国家利用等指数与耕地平均斑块大小和香农多样性指数呈极显著正相关,相关系数分别为0.343(P<0.01)和0.416(P<0.01);耕地质量国家经济等指数与耕地边界密度呈极显著负相关,相关系数为-0.381(P<0.01)。因此部分景观格局指数与耕地质量之间存在明显的相关性,可以在一定程度上反映该区域内耕地质量与景观格局指数间的关联。研究结果可为从景观格局角度实现耕地质量的提升与保护工作提供科学参考,对国家层面做出优化区域耕地空间布局决策也具有一定的现实意义。

近30年南方丘陵山区耕地土壤养分时空演变特征--以江西省为例

为了掌握南方丘陵山区耕作土壤养分的时空演变规律,以江西省为例,利用1985年江西省第二次土壤普查数据和2012年测土配方施肥项目采集的大量耕层(0—25cm)土壤样点数据,借助SPSS经典统计方法、ArcGIS地统计学和半方差分析技术,运用全局空间自相关(Global Moran′s I)和普通克里金(Ordinary Kriging)插值分析相结合的方法,对比分析了近30年耕地土壤全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、有机质(SOM)和酸碱度(pH值)5种养分要素的时空变异特征。结果表明:1985—2012年,江西省耕地土壤养分存在较大的时空差异,2012年土壤养分Moran′s I指数和块金系数较1985年表现为具有较强的空间正相关集聚特性。1985年除土壤pH值符合球状模型外,其余4种养分要素属于指数模型,2012年土壤TN,TP和SOM符合球状模型,TK和pH值符合指数模型,两个时期交叉验证结果均达到显著水平。30年来,研究区耕作土壤养分有升有降,以升为主。土壤TN和SOM处于丰富级水平,其含量显著上升,平均级别分别提升了0.41,0.44个单位;TP处于中等水平,全磷水平上升较为显著,平均级别提升了0.39个单位;TK处于低量级水平,全钾含量急剧下降,平均级别降低了0.89个单位;土壤pH值处于酸性水平,pH值下降较为明显,平均级别降低了0.66个单位。近年来,由于受到人为耕作方式、施肥结构、秸秆还田、工业污染及酸性沉降物等的影响,江西省耕地土壤TN,SOM和TP含量有所提升,TK含量急剧降低,土壤严重酸化。研究结果为江西省土壤养分分区管理、精准高效施肥、土壤养分可持续利用和提升耕地质量提供基础理论和科学依据。

基于农用地分等修正的土地整治项目对耕地质量的影响评价

土地整治可提升耕地自然质量,改善耕地生产条件,研究土地整治项目对耕地质量的影响具有一定意义。该文以上高县2012年土地整治项目为例,在耕地质量等别年度更新的基础上,分析土地整治项目工程对耕地自然质量和生产条件的影响,通过判别耕地自然质量稳定因素和变化因素,增加土地利用修正因素构成评价体系,按农用地分等思路,从整治前后耕地质量等别的变化来研究土地整治项目对耕地质量的影响,并通过多元回归分析方法分析对耕地质量影响较显著的因素。研究结果为:整治后研究区自然质量等从9.06等提升至8.81等,利用等从6.03等提升至4.68等;土地整治项目对耕地质量变化影响较显著的因素主要有:有机质含量、土壤p H值、排水条件、灌溉保证率、田块规整度、路网密度。研究结果表明:耕地自然质量变化因素和土地利用修正因素的选取可准确反映土地整治项目工程特征,评价结果也符合耕地质量真实情况。该文的农用地分等修正方法对于整治后耕地质量评价是可行的,同时评价结果可作为土地整治绩效提供依据。

基于空间自相关的耕地质量空间差异特征及耕地保护分区——以江西省上高县为例

为了掌握与分析耕地质量空间分布格局,切实提高耕地质量水平与加强耕地保护建设,选取耕地质量等别监测试点县上高县为研究区,运用加权平均法和空间自相关分析法,以国家级耕地质量指数为空间变量,从县级、乡镇级和村级等尺度上探讨了耕地质量的空间分异规律,最终基于耕地质量局部空间自相关分析结果提出了耕地保护分区方案。结果表明:(1)上高县耕地质量呈现出西南低东北高的空间分布规律,耕地质量等指数Moran′s I值表现为利用等指数>自然等指数>经济等指数,三者均呈显著的空间正自相关集聚态势。(2)随着空间尺度的不同,耕地质量指数具有不同的空间关联度,利用等指数受空间尺度影响较大,经济等指数其次,自然等指数最小。(3)正相关HH型和LL型耕地以组团形式聚集分布,负相关HL型和LH型耕地无明显的集中区域,多以零星状分布。(4)综合考虑上高县耕地质量3个层次的空间自相关类型及顺序组合,将耕地划分为6个耕地保护分区,并提出了相应的保护措施。研究结果可为区域高标准基本农田建设、耕地质量监测和耕地保护与管理分区提供借鉴参考。

多尺度下的南方山地丘陵区耕地质量空间自相关分析——以江西省黎川县为例

分析不同尺度下的耕地质量空间分布格局,是提高耕地质量与加强耕地保护建设的基础。选取耕地质量等别监测试点县江西省黎川县为研究区,运用加权平均法、变异系数法和空间自相关分析法,以国家级耕地质量指数为空间变量,分别从县级、乡镇级和村级尺度上探讨了耕地质量的空间关联程度及其分异规律。研究结果表明:1)研究区耕地质量呈现出"南北高,东西低"的空间分布规律,耕地质量指数Mora’s I值表现为国家利用等指数>国家经济等指数>国家自然等指数,县级、乡镇级和村级耕地质量指数的Moran’s I值依次降低,三者均呈显著的空间正自相关集聚态势。2)随着空间尺度的不同,耕地质量指数具有不同的空间关联度,自然等指数受空间尺度影响较大,经济等指数其次,利用等指数最小。3)正相关高-高型和低-低型耕地以组团形式聚集分布,负相关高-低型和低-高型耕地无明显的集中区域,多以零星状分布。研究结果显示耕地质量空间差异对空间尺度的变化较为敏感,可为区域高标准基本农田建设、土地综合整治、耕地质量监测和耕地保护与管理分区提供借鉴参考。

江西省耕地土壤氮素空间变异特征及其主控因素

根据江西省采集的16 823个耕层(0—20cm)土壤样点数据,运用实地调查、经典统计学及地统计学等分析方法,对江西省耕地土壤氮素含量的空间变异特征及其影响因素进行了深入探讨。结果表明:江西省土壤全氮(TN)含量和碱解氮(AN)平均含量分别为1.57g/kg和164.13mg/kg,两者均处于丰富级水平。通过半方差函数分析,土壤TN和AN的块金基台比分别为62.03%和78.97%,两者空间变异特征受到结构性因素和随机性因素的共同影响,但受到随机性因素的影响更大;Kriging插值结果显示,研究区土壤AN与TN含量在空间分布上基本一致,均表现出北高南低的空间分布趋势。回归分析表明,成土母质、土壤类型、地形因子、土壤侵蚀、秸秆还田方式、农田利用方式和氮肥施用量对土壤TN和AN空间变异均有极显著影响(P<0.01)。地形因子中高程和河流动能指数与土壤AN与TN含量呈显著负相关关系(P<0.05);成土母质对TN和AN空间变异具有6.1%和4.1%的独立解释能力,土壤类型对TN和AN的空间变异的独立解释能力分别在4.2%~4.7%和3.1%~4.0%,地形因子对TN和AN空间变异具有4.2%和2.8%的独立解释能力,土壤侵蚀程度对TN和AN空间变异具有6.2%和3.5%的独立解释能力,秸秆还田方式对TN和AN空间变异的具有27.3%和3.3%的独立解释能力,农田利用方式对TN、AN空间变异具有2.9%和2.0%的独立解释能力,氮肥施用量对TN、AN空间变异的独立解释能力分别为18.8%和5.6%。因此,秸秆还田方式和氮肥施用量是引起江西省土壤氮素空间变异性的主控因素。

基于空间自相关的耕地质量空间分布特征研究——以江西省南昌县为例

为了掌握与分析耕地质量空间分布特征,加强耕地质量建设,完善耕地保护新格局,基于加权平均法、集中度指数、分形维数和空间自相关分析法,以耕地质量等别监测试点县——南昌县为研究区,引入国家自然等指数、利用等指数和经济等指数为空间变量,以耕地图斑为空间单元进行空间自相关分析,从县级和乡镇级尺度上探讨耕地质量的空间差异特征。结果表明,南昌县耕地质量呈现出西南高东北低的空间分布规律,耕地质量等指数Moran's I值表现为自然等指数>经济等指数>利用等指数。不同空间尺度下,耕地质量指数具有不同的空间关联度,自然等指数受空间尺度的影响最大,经济等指数其次,利用等指数最小。正相关HH型和LL型耕地以组团形式聚集分布,负相关HL型和LH型耕地则多以零星状分布。综合考虑南昌县耕地质量空间自相关类型,将耕地划分为常规监测区、综合监测区和重点监测区3个监测分区。研究结果可为区域耕地质量监测、主导限制型谱序、耕地保护与管理分区和空间优化布局等提供借鉴参考。

基于RBF组合模型的山地红壤有机质含量光谱估测

【目的】探讨组合模型在山地红壤有机质含量高光谱估算中应用的可行性,以期为土壤有机质含量估测提供基础数据和科学依据。【方法】基于山地红壤光谱的全波段(400~2 450 nm)研究范围,选择偏最小二乘回归(PLSR)、BP神经网络(BP)和支持向量机回归分析(SVMR)3种单一高光谱估测模型,分别获得预测结果,并重构预测结果数据,以绝对误差和最小为目标,计算固定权重与不固定权重两种组合模型的权重值,并基于径向基函数(RBF)神经网络法建立组合模型,探讨不同赋权方法与是否重构数据条件下的最优组合模型。通过均方根误差(RMSE)、预测偏差比(RPD)和决定系数(R2)评价山地红壤有机质含量的预测精度。【结果】单一预测模型中的SVMR估测精度最高,验证决定系数(R2)为0.64,均方根误差为9.76 g·kg-1,测定值标准差与标准预测误差的比值为1.67;在组合模型数据不重构的条件下,不定权组合模型要优于定权组合模型;在组合模型数据重构的条件下,定权组合模型要略优于不定权组合模型,估测精度相差不大;最优模型是数据重构定权组合模型,模型验证决定系数(R2)为0.87,均方根误差为7.91 g·kg-1,测定值标准差与标准预测误差的比值为2.06;组合模型验证精度优于单一模型,说明利用RBF组合模型估算山地红壤有机质含量是可行的。【结论】对山地红壤有机质含量的快速估测而言,单一模型具有操作简单、运算速度快等特点,因而具有较大应用价值,但组合模型能较大限度地利用各种预测样本信息,从而能有效减少应用单一模型时所受随机因素的影响,从而提高山地红壤有机质含量的估测精度。

江西省不同农田利用方式对土壤养分状况的影响

为了全面掌握江西省土壤养分的状况,基于江西省16 823个农田耕层(0—20cm)土壤样点数据,运用实地采样、数理统计与地统计学等分析方法,对研究区不同农田利用方式(水旱轮作、一季旱地、两季旱地、一季水田和两季水田)下土壤养分含量进行了研究。结果表明:通过半方差函数研究发现,江西省土壤养分的空间变异主要是由随机因素引起的,耕层(0—20cm)土壤全氮(TN)和碱解氮(AN)含量分别为1.25～1.61g/kg,149.27～169.90mg/kg,全磷和有效磷含量为0.49～0.54g/kg和17.94～21.30mg/kg,全钾(TK)和速效钾含量为11.55～12.19g/kg和72.67～106.41mg/kg,有机质含量和土壤pH值为27.09～31.52g/kg,5.12～5.52;不同土地利用方式下土壤化学性质差异达到极显著水平,其影响程度由大到小依次为土壤pH值>全氮>速效钾>有机质>有效磷>碱解氮>全磷>全钾;Pearson相关性分析发现,土壤中有机质含量和与全氮、碱解氮、全钾、速效钾、有效磷含量以及pH值有显著(p<0.05)或极显著的相关性(p<0.01),相关系数分别为0.945,0.359,-0.014,0.033,0.028,0.061,-0.061,说明土壤有机质含量与其他养分含量关系密切,可以作为指示土壤肥力的敏感因子。研究结果对于江西省采取合理的土地利用方式、施肥方式以及提高土壤养分水平、土地生产力等方面具有极其重要的意义。

上高县土地整治项目区域耕地质量等级变化研究

以上高县土地整治项目为例,运用实地采样调研、室内分析化验与GIS技术相结合的方法,根据上高县上轮耕地质量等级更新的方法、参数体系、评价因素及权重,对上高县2011、2012年土地整治区域耕地质量等级进行评定,确定整治后耕地的自然等、利用等、经济等,并分析整治前后耕地质量等级变化的原因。结果表明:整治后耕地质量等级总体提升;整治后耕地田间基础设施明显改善,灌溉排水条件变化比较明显,土壤养分状况变化不太明显,说明土壤养分跟土壤本底质量有很大关系,难以在短时间内发生大变化;土地整治项目对耕地质量的影响会随着时间的延长而持续发挥作用。

江西省油菜土壤碳氮磷生态化学计量学空间变异性及影响因素

运用经典统计学和地统计学分析方法,探讨了江西省油菜种植区土壤碳氮磷生态化学计量特征的空间变异性及影响因素。结果表明:江西省油菜土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和全磷(TP)平均含量分别为16.99,1.44,0.50g/kg,土壤C∶N、C∶P和N∶P平均值分别为12.28,38.31和3.27,土壤总体C∶N∶P为33.86∶2.88∶1,整体处于相对较低水平,表现出中等程度的变异性和空间自相关性,其空间变异特征受到结构性因素和随机性因素的共同影响,但受结构性因素影响更大。从空间分布规律看,土壤SOC、TN和TP含量均表现出东北高西南低的空间分布格局。土壤C∶N高值区主要分布在赣北地区,分布面积较小,低值区主要分布在赣西、赣西北、赣西南以及赣东等地区。土壤C∶P与N∶P高值区零星分布在赣西南、赣东北等区域;低值区主要分布在赣西北及赣南地区。回归分析表明,成土母质、土壤类型、地形因子、气候条件、种植制度和氮肥施用量对研究区土壤C∶N、C∶P和N∶P空间变异特征有极显著影响(P<0.01);成土母质对土壤C∶N、C∶P和N∶P空间变异的独立解释能力分别为16.6%,3.7%和7.0%,地形因子的独立解释能力分别为3.5%,2.9%和4.2%,种植制度的独立解释能力分别为9.7%,4.4%和7.6%,氮肥施用量的独立解释能力分别为3.9%,4.4%和7.6%,土壤类型和气候条件独立解释能力最高,分别为16.8%,5.1%,9.0%和13.4%,9.8%,15.2%,是调控江西省油菜土壤C∶N、C∶P和N∶P空间变异最主要的影响因素。

基于空间自相关的贵溪市耕地保护分区研究

利用多因素综合评价和空间自相关分析(LISA),对贵溪市耕地综合质量及保护分区进行研究。结果表明,贵溪市耕地综合质量分值在39.08~89.88之间,整体水平较高,高分值耕地主要分布在中部河谷平原区。村级耕地综合质量在空间分布上呈现出一定的空间集聚性特征:正相关类型(HH型和LL型)区域集聚性较强,局部空间差异小,与高分值耕地区域空间分布一致;负相关类型(HL型和LH型)区域分布零散,无明显的相对集中区域。根据耕地质量综合评价和局部空间自相关分析结果,将贵溪市耕地分为重点型、适宜型、调控型和后备型等4类,结合不同类型的特点,对不同保护区域提出有针对性的保护措施。

南方丘陵稻田土碱解氮高光谱特征及反演模型研究

以兴国县稻田土高光谱反射率为研究对象,分析南方丘陵稻田土碱解氮的光谱响应波段,运用光谱分析方法提取光谱指数,建立基于反射光谱特征的南方丘陵稻田土碱解氮高光谱反演模型。经分析可知,不同碱解氮含量的南方丘陵稻田土光谱曲线在波长小于700 nm波谱范围内呈现随着碱解氮含量的增高,光谱反射率降低,吸收深度越大的趋势;通过分析南方丘陵稻田土碱解氮含量与光谱反射率16种数学变换的相关系数,提取敏感波段为694 nm,2 058 nm和2 189 nm。基于南方丘陵稻田土光谱反射率的碱解氮含量高光谱反演模型稳定性较强(R2=0.56),具有一定的预测能力,能用于南方丘陵稻田土碱解氮含量速测。

基于乡镇尺度的耕地生态安全时空格局演变——以鹰潭市为例

耕地生态安全是保证耕地健康可持续利用的基础。本研究从乡镇尺度构建基于PSR模型的耕地生态安全评价指标体系,综合运用灰色关联模型和熵权组合法,动态评估鹰潭市1995-2015年耕地生态安全状况,并结合Markov链模型和热点分析对其时空格局演变进行分析。结果表明:(1)鹰潭市大部分乡镇耕地生态安全压力和状态呈恶化趋势,在响应措施的综合作用下,鹰潭市整体耕地生态安全呈现上升趋势。(2)临界安全级和比较安全级乡镇数量增多,“两极分化”日趋显著,临界安全级乡镇主要位于行政中心所在地及周边重要乡镇。(3)空间格局上,冷点聚类区向中西部扩大,热点聚类区集中于南北部且范围不断向中心城镇延伸。研究结果为提升耕地生态安全水平和协调区域耕地可持续利用提供借鉴。

基于最小累积阻力模型的土地生态适宜性评价——以鄱阳县为例

在假设土地扩张运动是在水平方向,运用最小累积阻力模型(MCR)评价整个县域的土地生态适宜性。选取城乡建设用地和生态保护用地作为源,选取自然因素、社会经济因素、政策因素3个因素8个因子为阻力评价因子,求取土地分别用于生态保护用地扩张和建设用地扩张的阻力,来判断土地适合生态保护用地扩张还是建设用地扩张。当MCR生态保护>MCR建设用地时,适宜建设用地扩张;当MCR生态保护<MCR建设用地时,适宜生态保护用地扩张;当二者相等时,为生态保护用地扩张和建设用地扩张的分界线。运用此模型评价鄱阳县土地生态适宜性并得出以下结论:(1)适宜生态保护用地扩张的土地占县域面积的74.69%,适宜建设用地扩张的土地占县域面积的25.31%;(2)根据最小累积阻力差值划分生态用地(建设用地)开发不困难、一般困难、较困难、困难4个区,划分结果可为鄱阳县土地生态用地或建设用地开发难易程度提供参考依据。

南方水稻主产区土地整治区域耕地质量等级变化

以江西省上高县为例,运用实地采样调研、室内分析化验与GIS技术相结合的方法,对土地整治区域耕地质量评价指标体系、评价方法及等级变化进行研究,探讨南方水稻主产区的土地整治对耕地质量的影响。结果表明:整治后耕地等级整体提升,少了四级地,整治后耕地主要为一、二级地;土地整治项目对耕地自然条件改善不明显,对农田基本建设条件改善比较明显。耕地质量不同级别交换系数的估算,为产权调整提供了参考依据。

基于空间决策的城镇空间与农业生产空间协调布局优化

科学划定城镇空间和农业生产空间的空间开发管制边界,是兼顾城市发展与粮食安全的重要举措。该文以鹰潭市中心城区为例,借助GIS平台进行建设开发适宜性评价和耕地综合质量评价。基于2个评价结果开展城镇空间和农业生产空间协调优化布局研究。通过城市发展方向预测、新增建设用地规模、基本农田保护面积和耕地国家利用等四方面修正,形成城市开发边界和基本农田保护红线初步方案。根据空间矛盾协调原则做出空间决策,优化协调城镇空间和农业生产空间布局。研究结果为:中心城区建设开发适宜性分值由高到低呈现出以中心城区中心为圆心的"圈层"式的空间分布,中心城区耕地综合质量高的耕地主要分布在西部和东部;综合建设用地重心移动分析、凸壳原理分析城市扩张模式、基础设施与产业布局分析得出中心城区北部的夏埠乡、志光镇和鸿塘镇是中心城区未来发展的重点方向;引入耕地国家利用等指标,将基本农田保护红线方案划分为可调区和不可调区,城市开发边界方案与耕地保护红线方案不可调区布局冲突的空间决策为调整城市开发边界,优先保障耕地。城市开发边界方案与耕地保护红线方案可调区布局冲突的空间决策为调整耕地保护红线,优先保障城市发展。

基于MCR-InVEST模型的城郊耕地多功能评价及功能分区

城郊地区作为城乡融合区域,展现出既不同于城市建成区又异于传统乡村的特征,显化城郊地区耕地资源多功能的空间分异特征对于提高城郊地区耕地资源价值,推动耕地的保护与发展具有重要意义。该研究以南昌市城郊作为研究区,全国第三次国土调查耕地图斑及乡镇为基本研究单元,进行实地土壤采样与调研,基于多源数据使用综合指数法、MCR模型、InVEST模型量化耕地的多功能,分析耕地多功能空间差异并根据区域差异进行耕地多功能分区。结果表明:1)南昌市城郊耕地生产功能等级较高,中高等级耕地面积为16358.31 hm2,占比78%,主要位于东湖区、青山湖区、湾里管理局;文化景观功能等级高,耕地处于中高等的面积为15295.73 hm2,占比73%,高等级区域位于东湖区以及高新区麻丘镇;大部分耕地的生态功能处于中等,为11010.19 hm2,占比52%,高等级区域主要位于湾里管理局。2)根据耕地多功能分区理论框架和乡镇耕地多功能结果识别出6个功能一级分区,11个二级分区。南昌市城郊不同区域耕地的多功能具有不同的差异与特征,要根据区域耕地功能特色采取差异化的耕地利用、发展与保护策略。研究结果可为科学规划城郊耕地功能、优化空间布局促进耕地多功能综合发展提供依据。

鄱阳湖平原区土地整治项目生态效益评价——以江西省鄱阳县为例

以鄱阳县土地整治项目为例,基于层次分析法和理想值法,针对鄱阳县环湖河网平原特征选取了土地平整度、农田防护林密度、钉螺治理度等10个生态效益评价指标,对研究区土地整理项目实施后的生态效益进行了综合评价。结果表明:土地整治项目的实施增加了项目区防护林种植量,增强了自然灾害防洪涝能力,提升了土壤肥力,促进了生态环境的保护,其土地整治的生态效益得到了显著改善,为土地整治综合效益评价提供了科学的评价标准和定量依据。

2004-2016永修县土地利用变化及驱动因素分析

本文基于2004年和2015年两期土地利用遥感影像解译数据,结合GIS空间分析法,从土地利用动态度变化、转移矩阵和空间变化3个方面定量与定性相结合,分析了永修县2004-2015年土地利用变化的时空变化特征。结果表明:(1)永修县在研究期间土地利用组合方式未发生明显变化,土地利用组合方式以林地、耕地和建设用地为主,占县域土地总面积的70%以上。(2)不同土地利用类型数量变化特征差异明显,2004-2015年间永修县土地利用类型动态度强弱依次是园地>建设用地>林地>耕地>未利用地>草地。(3)土地利用类型动态变化的空间分异特征明显,受区位与经济驱动因素影响,永修县中部主城区未发生明显变化,西北部、西南部和环鄱阳湖区域均发生不同程度的变化,其中西北部变化区域面积最大,集中在柘林镇、三溪桥镇、虬津镇等区域。