中国农牧交错带生态评价研究

中国农牧交错带是我国农业种植区与草原畜牧区相连接的生态过渡地带,又称半农半牧区或生态脆弱带。农牧交错带是一个独特而重要的产业界面,是我国最大的气候、生态过渡带,在我国经济、社会发展和环境保护方面具有重要的战略地位。本文对中国农牧交错带生态安全评价的研究是以农牧交错系统特殊的生态状况为基础,考虑到现有的自然环境压力、社会经济压力以及人类的积极影响,选择目前与潜在的压力、对生态系统的影响以及经济社会的响应3个方面作为指标体系和评价标准,对中国农牧交错带生态环境因子以及生态总体状况进行安全评估。因此,根据农牧交错带的特点,基于压力状态响应概念模型,建立了生态安全评价指标体系,以及相应的选取标准,将为农牧交错带生态安全评价研究和生态环境管理实践提供理论基础。

基于GIS的中国农牧交错带的计算和模拟

以牧草生长的适宜度模型为依据,选取了9个生态因子,通过层次分析法和模糊集合理论建立了农牧交错带生态因子评定模型,并利用GIS技术对农牧交错带进行空间计算,模拟出农牧交错带的地理分布,对中国农牧交错带的地理分布进行了较为细致的表述。结果表明:中国农牧交错带分布是沿胡焕庸所提出的人口分界线(黑龙江省的黑河—云南省的腾冲)走向的一条狭长地带,涉及黑龙江、吉林、内蒙古、辽宁、河北、山西、陕西、宁夏、甘肃、青海、四川、云南、西藏等13个省(区)的234个县(市、旗),总面积813459.06km^2。

非洲干旱对中国农牧交错带干旱的时间位相预警信号研究

中国北方农牧交错带和非洲Sahel地区均处在季风尾闾带的干旱向半湿润气候过渡的的地区,两者在近百年的干湿变化上有着近似的变化周期。本文以非洲Sahel西部地区和中国华北农牧交错带为研究区,通过功率谱分析了两个降水序列的变化周期,用相关分析研究两者之间的滞后时间,由此检测非洲干旱对于中国农牧交错带干旱的预警水平。研究发现,两个地区在降水的年际和年代际变化上存在很好的相似性,中国农牧交错带的干旱比非洲干旱的时间位相滞后约15年,这个时间位相差作为预警中国北方农牧交错带的干旱的置信水平为0.01。

粮食单产视角下中国北方农牧交错带粮食安全研究

从中国北方农牧交错带粮食安全和粮食单产的重要性出发,利用空间自相关分析揭示带内粮食单产的空间分异及演化特征,作为划分农牧业发展地域的依据,进而利用地理探测器模型揭示控制单产分异的主导因子及其交互作用,藉此探讨提高带内粮食单产、保障粮食安全的对策。结果表明:(1)2000—2020年带内粮食单产呈现相对稳定的集聚分布态势,自然环境分异大势是其基础性控制因素,社会生产条件及其耦合水平则强化了粮食单产的空间分异特征。(2)单产热点区主要集中在带内东北部平原地区和西南部河湟谷地,冷点区分布在中部水土流失区和丘陵地区,次热和次冷点区则围绕热、冷点形成圈层结构;依据该格局可将热点区划分为宜农区,将次热和次冷区划分为农牧耦合区,将冷点区划分为生态修复区,以因地制宜地促进带内农牧业协调发展。(3)2000—2020年带内粮食单产的增长模式从以劳动力为主导转变为以现代农业技术为主导,但出现了劳动力与耕地、现代农业技术之间过度解耦,以及各种现代农业技术之间的耦合性不足等问题,因而提出了以“人-地-技”耦合发展促进粮食单产健康增长、提高粮食安全保障能力的建议。

中国北方农牧交错带生态系统服务空间格局及影响因子——以内蒙古中西部地区为例

中国北方农牧交错带是我国重要的生态安全屏障之一,面临经济发展与脆弱生态环境保护间的突出矛盾。生态系统服务的定量研究是生态可持续管理的重要科学依据,也是当前的研究热点之一。以北方农牧交错带的核心区域--内蒙古中西部地区为例,结合中高分辨率遥感数据和生物物理模型准确量化了2000-2018年关键生态系统服务,基于Getis-Ord G*方法分析了生态系统服务的空间格局,考虑地理数据的空间自相关性选取了空间回归模型探索其影响因子。结果表明:(1)净初级生产力(NPP,Net primary productivity)、土壤水蚀控制服务(SC,Soil conservation)、产水量(WY,Water yield)及三层土壤含水量(SM1,Soil moisture of top layer;SM2,Soil moisture of middle layer;SM3,Soil moisture of bottom layer)在东部较高,防风固沙服务(SF,Sand fixation)在南部和西部较高;(2)以上生态系统服务受气候变化、景观格局、地形和土壤条件等综合影响,不同影响因素对生态系统服务的作用存在差异。NPP受森林景观格局和归一化植被指数的影响最为显著;WY、SM1、SM2、SM3及SC受降水量的影响较为显著;风速和表层土壤砂粒含量对SF影响最为显著。研究结果可以为优化景观格局和土地系统,缓解中国北方农牧交错带的社会-生态矛盾提供科学依据和案例参考。

气候和土地利用变化对中国北方农牧交错带植被覆盖变化的影响

基于1986、2000年中国北方农牧交错带的遥感影像及研究区的气象数据,利用植被覆盖度信息提取模型研究了1986—2000年间研究区植被覆盖度的时空变化,并分析了气候和土地利用变化对植被覆盖度变化的影响.结果表明:1986—2000年,研究区高盖度植被的面积缩减,低盖度植被的面积增加;植被覆盖升高区主要位于该区东北段的东部、北段的西部和西北段的西部,其他地段的植被覆盖明显退化;植被覆盖度与降水、干燥度指数呈正相关,与温度呈负相关;不同土地利用类型的植被覆盖度变化方向和程度各异.

未来气候变化情景下中国北方农牧交错带脆弱性评估

基于中国地面降水和气温0.5°×0.5°格点数据集以及区域协同降尺度试验东亚地区项目组RCP4.5和RCP8.5情景下未来气候预估数据,对中国北方农牧交错带1980—2100年的气候脆弱性进行模拟和分析。结果表明,北方农牧交错带气候脆弱性在未来的100年中整体上呈现增大的趋势,特别是2050年后,增大速度进一步加剧,到21世纪末,几乎整个北方农牧交错带都表现出明显脆弱性。从宁夏中卫到呼和浩特北部一带,脆弱性形势较为严峻,而大兴安岭北部地区脆弱性程度较低。

中国北方农牧交错带气候变化特征及未来趋势

利用1951—2006年中国台站日平均观测资料对北方农牧带过去56 a气候变化特征进行了分析,指出该农牧带年降水量具有明显的年际和年代际变化特征,近10 a来呈明显的下降趋势;年平均气温在20世纪90年代前期变化幅度较小,1987年之后持续偏暖,与全球及中国温度变化趋势一致;降水和温度变化具有明显的季节和区域差异。在气候特征分析基础上,利用全球海气耦合模式嵌套区域气候模式在SRES A2排放情景下对未来30 a(2001—2030年)的气候变化进行了预估,对照30 a模式气候场(1961—1990年),分析了未来30 a北方农牧交错带降水和温度变化的可能趋势,结果表明,未来该区平均地面气温持续升高,升温幅度达0.3℃,温度日较差将明显减小;年降水量呈增加趋势,但增加幅度较小,且降水变化具有明显的季节和地域差异;未来黄河上游地区干旱的威胁仍十分严峻。

中国北方农牧交错带土地利用空间优化布局的动态模拟

合理、最优的土地利用方案涉及到影响土地利用变化的诸多因素,引起了目前学术界的广泛关注与重视。本文利用CLUE-S模型的理论框架,构建了中国北方农牧交错带土地利用空间优化布局模拟模型,通过对中国北方农牧交错带土地利用变化的情景设置,实现了六种土地利用变化分配模式下的空间优化布局。研究表明,中国北方农牧交错带在不同的分配模式下,各用地类型间的竞争导致区域土地利用类型之间的转移差异较大。经过空间优化的土地利用空间分布和土地利用现状相比较,耕地和草地更加集中,从不同分配模式的空间分布比较中可以看出,进行土地利用空间分配时,土地利用变化的敏感地带位于东北部地区和西部地区,东北部地区主要表现为林地转化为耕地,在西北地区,主要是草地和耕地之间的相互转化,而在广大的中部地区,则主要是耕地转化为草地。

近40年中国北方农牧交错带气候时空分异特征

目的探讨中国北方农牧交错带气候时空分异特征。方法采用定量方法,分析近40年气温、降水的年与季节的变化特征及气候变化趋势;借助于GIS空间分析技术探讨研究区气候类型与气候时空分异特征。结果通过对气温、降水及气候类型的分析,得出研究区气候各因子及气候的空间分布规律。结论①中国北方农牧交错带包括7种气候类型,东、中、西部分别以中温带森林草原气候、暖温带大陆性森林草原气候和温带草原气候为主;②中国北方农牧交错带气温近40年有升高的趋势,冬季和夏季气温增加,春秋两季气温变化不大;③中国北方农牧交错带降水有减少的趋势,秋季降水减少明显,冬季降水基本不变,夏季和春季降水波动较大;④研究区气候变化在空间上可以划分为三大区域和4种类型。

基于土地利用—生态系统耦合模型的生态系统服务价值评估——以中国北方农牧交错带为例

土地利用是人地系统的重要组成部分,能够提供巨大的生态服务功能,它的变化也会导致生态服务价值的改变。考虑初级生产、维持CO2和O2平衡、养分循环、涵养水源、土壤侵蚀等主要服务功能,以我国北方农牧交错带为研究对象,提出了一个基于土地利用生态系统耦合模型的土地利用生态系统服务价值估算方法。估算结果表明,20世纪70年代—2000年我国北方农牧交错带生态系统总服务价值呈先下降后回升趋势,由1 434亿元降低到1 296亿元。土地利用数量结构和空间格局对生态服务价值也有较大影响,其中耕地和草地的贡献率最大,2000年分别达31%和44%;林地虽然所占面积小,但其生态服务价值比重也不断上升。总体来看,研究区还需进一步加强生态环境的可持续性保护。

中国北方农牧交错带土地适宜性评价研究(英文)

集合限制因子法和综合指数和法,针对中国北方农牧交错带,建立了该区耕地适宜性评价的指标体系,筛选出评价的主导因子,采用专家打分法和权重法对所有地块的耕地适宜性进行了评价。结果表明,研究区绝大部分区域是不适合于农业耕种,较适宜于农业耕种的区域面积仅占总面积的8.45%,且主要分布于东南和西南2个区域,还有东北部地区,不适宜农业耕种的地区主要分布于东部的中间部位、中部的广泛地区以及西部地区。

中国北方农牧交错带生态—生产范式区划研究

通过生态—生产范式区划,可以了解区域自然资源的特点、潜力及农牧业潜在的发展方向,了解目前农牧林业生产特点,从而为确定一致而长期的治理方针和措施、确定进行生态重建和持续发展生产的宏观地域格局提供前提和基础。在借鉴相关区划的基础上,探讨了生态—生产范式区划的原则,构建了区划的等级系统和指标体系,通过自上而下与自下而上相结合的方法,对北方农牧交错带进行生态—生产范式区划研究,将其划分为3个范式区、7个范式小区和21个单元区。

不同生态类型区对人类活动净氮输入的影响——以北方农牧交错带为例

为探究中国北方农牧交错带在不同生态类型区人类活动对净氮输入的影响,基于人类活动净氮输入模型(NANI),以北方农牧交错带7省、23地级市的统计数据及相关参数,分析1985~2020年NANI的时空分布特征及影响因素.结果表明:1985~2020年研究区NANI呈先上升后下降趋势,河北省贡献最高.黄土丘陵沟壑水土流失区与北方农牧交错带NANI年际变化一致、京津冀水源涵养区和长城沿线沙化退化区NANI年际变化值呈上升趋势.空间分布呈由西北向东南逐渐降低的趋势.从输入组分来看,研究区最大贡献源为氮肥施用(30.34%~56.29%),其次是大气氮沉降(31.20%~47.23%),黄土丘陵沟壑水土流失区主要输入组分为氮肥施用和食品/饲料氮输入(累计76.46%~85.14%).对北方农牧交错带NANI影响最大的两个因素为人口密度和畜禽量.因此,中国北方农牧交错带的农业结构调整需结合分区进行管控,调整氮肥使用策略和畜禽养殖模式,促进区域农牧业与生态环境之间的深度融合.

中国北方农牧交错带城市扩展过程对植被净初级生产力影响研究--以呼包鄂地区为例

评价中国北方农牧交错带城市扩展过程对植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)的影响是揭示区域城市扩展过程生态效应的基础。以正在经历快速城市化的呼包鄂地区为例,基于空间分辨率为30 m的土地利用/覆盖数据,评价了该地区2000-2015年城市扩展过程对NPP的影响。研究结果表明,呼包鄂地区城市扩展导致NPP明显增加,2000-2015年城市扩展区域NPP均值从429.67 NDVI·PAR增加到489.71 NDVI·PAR,增加了13.97%。呼包鄂地区以城市土地占用草地为主要特征的城市扩展方式是城市扩展区域NPP增加的主要原因。

基于聚落考古信息的中国北方农牧交错带东段历史耕地覆盖格网化重建

中国北方农牧交错带是半农半牧、时农时牧的地带,此类区域因其独特自然环境和社会经济发展过程,准确地重建耕地覆盖难度较大。采用能够指示农业活动时空位置的考古遗址信息重建历史耕地覆盖,是提高此类区域耕地覆盖重建结果可靠性的有效途径之一。本研究选择位于中国北方农牧交错带带宽最大的东段作为研究区,使用聚落考古信息与历史文献重建了辽、金、元、明4个时期5′×5′的耕地覆盖变化。结论如下:(1)从辽代至明代,研究区耕地面积总量减少了98.0%,元明时期的耕地显著少于辽金时期,表明该区发生了从半农半牧到牧业的根本转变。(2)辽代耕地分布范围最大,金代耕地分布范围有所缩小,辽金时期均呈现“插花式”的分布格局,元代耕地分布范围急剧缩减,至明代仅有零星耕地分布。(3)研究区耕地覆盖变化受气候变化和人文因素的双重影响。辽金时期,气候相对温暖湿润,统治者重视农业发展;元明时期,气候寒冷干燥,民族习惯以牧为主。基于聚落考古信息重建的历史时期耕地覆盖,不仅再现了该区域“插花式”的耕地分布格局,还刻画了该区由农转牧的土地利用变化过程。

中国北方农牧交错带耕地时空分异及驱动因素

耕地是保障国家粮食安全的重要载体。以中国北方农牧交错带为例,基于2000、2010、2020年3期遥感影像数据,综合运用转移矩阵、空间自相关分析、空间计量模型等方法系统分析了2000—2020年中国北方农牧交错带耕地时空分异特征及影响因素。研究结果表明:(1)2000—2020年中国北方农牧交错带耕地面积由268959.49 km^(2)增加到269471.62 km^(2),耕地变化主要表现为耕地与林地、草地之间的相互转化。在垂直方向上,耕地变化主要发生于海拔1000~2000 m以及坡度0~5°的地区。(2)2000—2020年中国北方农牧交错带耕地分布具有明显的空间集聚特征,整体呈现东高西低、北高南低的空间格局。耕地主要分布于研究区东北部的河谷平原及中西部的黄河谷地,地形较为复杂的高原边缘山区、丘陵沟壑区耕地分布较少。(3)2000—2020年气候、地形等自然环境因素是中国北方农牧交错带耕地空间分布的基础条件,社会经济因素和区域政策因素是耕地时空分异的重要推动因素。其中,年均气温、道路密度以及生态退耕政策、土地利用管控政策等对耕地时空分异的影响为正,坡度、经济密度对耕地时空分异的影响为负。

中国北方农牧交错带土地荒漠化及其防治

本文通过对中国北方农牧交错带土地荒漠化的特点和成因分析,得出本区土地荒漠化 较为严重,已经影响到本区的经济和社会的发展,主要原因是人口增长过快及对土地的不合理利用, 并针对这些问题提出一些措施。

北方农牧交错带植被对气象因子变化的响应规律研究

研究了2001—2013年我国北方农牧交错带内表征植被生态特征的归一化差值植被指数(NDVI)、总初级生产力(GPP)时空变化规律,分析了研究区该时间段内的温度、降水量变化特征,利用Pearson相关系数法分析了不同植被类型对气象因子的响应规律。结果显示:研究区内生长季的植被生态状况与温度呈负相关、与降水量呈正相关;非生长季的植被生态状况则相反,其生态状况与温度呈正相关、与降水量呈负相关。这是因为生长季温度高于最适温度会抑制增长,而干旱地带的降水会促进植被生长;而非生长季气温较低,温度的增加会对植被有明显的促进作用,而降水量并不是影响植被生态状况的主要因素,植被对其响应也并不明显。

我国北方农牧交错带土地适宜性评价研究

集合限制因子法和综合指数和法,针对我国北方农牧交错带,建立了该区耕地适宜性评价的指标体系,筛选出评价的主导因子,采用专家打分法和权重法对所有地块的耕地适宜性进行了评价。结果表明,研究区较适宜于农业耕种的区域面积仅占总面积的8.45%,主要分布于东南和西南2个区域,还有东北部地区;不适宜农业耕种的地区占绝大部分区域,主要分布于东部的中间部位、中部的广泛地区以及西部地区。