高标准农田建设适宜性评价和优先级分区——以陕西省大荔县为例

为了提高陕西省高标准农田建设的效益和效率,加强农田生态保护,以陕西省大荔县为研究对象,基于生态位理论构建适合关中平原的高标准农田建设适宜性评价和优先级分区方法。该方法选取了土壤条件、基础设施、景观格局和生态约束等4个维度的15个评价因子,通过比较评价因子的现实生态位和理想生态位,计算各评价单元的建设适宜度和障碍度。根据建设适宜度、障碍度和障碍因子改造难度的综合分级,进行高标准农田工程建设优先级分区。对大荔县72379个农田图斑的定量评价结果显示,大荔县高标准农田建设适宜性总体较好,优先建设区和次优先建设区耕地占55.66%,适宜工程选址和建设,只要稍加改造即可达到高标准农田建设要求。土壤条件和基础设施的障碍因素主要是有效土层厚度和有机质含量,而景观格局和生态约束维度的主要障碍因素是田块规模和灌溉水源。同时,提出了提升土壤有机质含量、增加有效土层厚度、降低耕地碎片化程度等方面的建议。综合来看,生态位理论对大荔县高标准农田建设适宜性评价和优先级分区具有较好的适用性。

关中地区耕作方法与土壤紧实度时空变异及其效应分析

为了探明关中地区土壤紧实度的基本情况,揭示长期旋耕方法对于土壤紧实度的作用与影响,在关中头道塬设置了旋耕和深翻处理、休闲和种植小麦处理的定位观察试验,在小麦各生育阶段分别监测了0-40 cm剖面范围内土壤紧实度变异情况,分析了影响土壤紧实度的因子等。结果表明：播前施行旋耕土壤紧实度较高,尤其是在15-40 cm表现得较为明显,限制了作物根系伸长;深耕松土的效应在整个小麦生育期间都能得到明显的体现。实验证实了生产上现行的旋耕方法具有明显地导致土壤紧实化的问题。土壤紧实度与含水量明显相关,影响程度随土壤深度的增加而增大;土壤紧实度对含水量的敏感反应意味着土壤干燥化会对作物生长带来干旱和机械双重胁迫;同时随着紧实度的增加土壤内部温度变化幅度也在增大。可见现行旋耕方法使得土壤不良环境缓冲性降低,对于降水或者灌溉的依赖性在增强,土壤已经处于明显疲劳状态。

陕西关中地区农田土壤物理状态初探

为了反映现代人为强度作用下农田土壤质量的演化趋势,对陕西关中不同地区土壤容重和坚实度做了调查与研究。结果显示,关中地区农田土壤容重底层显著大于表层,表层0-10 cm土壤容重平均值为1.00g/cm^3,属于正常范围;10-20 cm平均容重为1.40 g/cm^3,大于1.30 g/cm^3达到紧实程度标准以上的土壤样品数占到88%;20-30 cm土壤平均容重值为1.61 g/cm^3,容重高于1.40 g/cm^3属于很紧实土壤样品占到96%,达到该土壤质地类型的极限容重1.60 g/cm^3以上样品占到52%,该土层成为限制作物根系延伸的土层;30-40 cm平均容重值也为1.60 g/cm^3,达到很紧实以上水平,但是达到极限容重以上的样品数为44%。土壤坚实度在0-25 cm范围内急剧增加,25 cm以下保持在1 600 kPa左右,对作物生长产生了一定水平的机械障碍。同时分析得知,土壤坚实度与土壤容重呈极显著的正偏相关关系,而与含水量只是呈不显著的负偏相关关系,说明本试验条件下土壤坚实度增大的原因主要是由于土体密实化所引起的。试验结果证实,关中地区农田土壤仅在10 cm以上表层土壤维持着对作物生长无明显物理障碍状态,其下土层密实化问题不仅严重而且非常普遍,土壤密实化导致了坚实化,制约着作物根系延伸,深层密实化和坚实化具有很强的隐蔽性,应给予足够的重视。深耕松土是改善关中农田土壤物理状态的可行措施。

关中平原区土壤5种微量元素的空间变异及分布评价

为了揭示黄土高原地区农田土壤微量元素空间变异规律及分布特征，选择陕西省扶风县揉谷乡新集村为试验区，在219hm^2耕地上用网格法采集364个耕层（O～20cm）土壤样品，对其5种微量元素B、Fe、Mn、Zn和Cu有效含量的空间变异进行地统计学分析，并结合Kriging插值结果对其不同级别含量的分布状况进行评价。结果表明，土壤有效B、Fe、Mn、Zn和Cu的理论半方差模型分别符合线性、指数、球状、指数和线性模型，有效B和Mn具有中等的空间相关性，有效Cu、Fe和Zn具有强烈的空间相关性；5种微量元素最大相关距离依次为：B、cu〉zn〉Mn〉Fe，最大相关距离为648～1855．1m；5种微量元素表现出条带状和斑块状空间分布；有效Fe、Mn、Zn和Cu的含量分布与土壤水分有关，有效B的分布与土壤酸碱度有关。

基于最小费用距离模型的高标准基本农田建设区划定方法

高标准基本农田建设是当前农村土地整治工作的重要内容,合理制定相关规划,明确重点区域与建设时序是有效开展工作的保障,但在具体实践中由于缺乏相关研究,仅依靠其规定要求难以确保建设区顺利落地.基本农田保护区划定的传统方法包括图层加权叠加法、逻辑规则划分法和综合区划法,这些方法侧重考虑数据的客观性、分区的主观能动性和图层的纵向叠加性,易忽视地块之间的水平扩展效应.本文从地块单元受相邻地块的水平影响入手,采用最小费用距离模型,以陕西关中地区作为研究区,选取社会经济基础、农业生态环境和水土资源条件三个方面构建分区阻力面指标体系,以高等级耕地作为扩散的"源",依据累积阻力值的突变性建立了关中地区高标准基本农田建设区划定方案,将高标准基本农田建设区划定为重点区、限制区和禁止区.研究结果表明,关中地区划定为高标准基本农田建设重点区的面积为14828km2,占区域总面积的30.22%;其限制区面积31897km2,占区域总面积的65.00%;其禁止区面积2345km2,占区域总面积的4.78%;通过与传统的综合区划法比较,最小费用距离模型对高标准基本农田分区在现状耕地延续性、分区连续性等方面具有优势.

关中-天水经济区农田生态系统服务价值评价

生态系统服务价值作为一种潜在的经济效益,常被人们忽略,造成经济价值在无形中大量损失,本研究目的在于定量分析生态系统的服务价值。在GIS和RS的支持下,根据生态系统服务评价理论,采用生态经济学方法,计算2007年关中-天水经济区范围内农田生态系统的生态服务价值量。关中-天水经济区农田生态系统的总价值量为2.392×1012元,其中负价值为2.457×1011元,正负价值比例达10.88∶1。咸阳市的农田生态系统服务价值贡献率最大,占46%,其次是渭南市,占20%;渭南市的生态负价值贡献率最大,其次是铜川市。总体上看,关中-天水经济区农田生态系统服务价值呈现一定的空间区域差异,表现为平原服务价值高,山地服务价值低。服务价值高低主要受地势、综合地理条件、农业种植技术及环境污染程度的影响。

关中-天水经济区农田生态系统涵养水源价值量时空变化

【目的】科学、准确地量化农田生态系统的涵养水源服务,有助于其更好地发挥调节水源、稳定水源供应的作用,以缓解水源短缺的危机.【方法】在3S技术支持下,采用土壤蓄水法估算了关中-天水经济区农田生态系统水源涵养量,并采用影子工程法、成本估算法等计算了其涵养水源的价值量.【结果和结论】关中-天水经济区农田生态系统涵养水源量及其价值在1980—2010年的30年间呈先减少后增加的总体变化趋势,其中,1980—2005年农田生态系统涵养水源总量从32.219亿m3·年-1减少至19.691亿m3·年-1,涵养水源总价值从21.587亿元·年-1减少至13.193亿元·年-1,年均减少1.56%;2005—2010年生态系统总涵养水源数量从19.691亿m3·年-1增加到31.638亿m3·年-1,总涵养水源价值从13.193亿元·年-1增加到32.219亿元·年-1,年均增长为7.42%.由于退耕还林还草政策的正向引导,在耕地面积日益减少的情况下,农田生态系统的涵养水源量及涵养水源价值量依然呈增长趋势,并具有一定的时空变化:在时间上表现为先减少后增加;在空间上表现为东南平原高,西北山地、丘陵低的变化趋势.

陕西关中地区5个小冶炼厂周边农田土壤重金属污染特征研究

【目的】研究陕西关中地区5个小冶炼厂周边农田土壤的重金属污染状况。【方法】采集关中地区5个冶炼厂(S1~S5)周边农田土壤样品,测定重金属Cd、Cr、Cu、Pb含量,分别采用单因子污染指数法和污染负荷指数法对各土壤样品重金属污染程度进行评价,并依据评价结果在田块尺度层面使用地统计学软件对S3冶炼厂周边农田土壤的重金属污染特征进行分析。【结果】关中地区5个小冶炼厂S1~S5周边农田土壤Cd的含量分别为0.74~4.04,0.12~1.36,1.95~32.90,0.21~0.69,0.44~0.70 mg/kg;Cu含量分别为25.7~38.6,21.4~34.3,29.0~59.9,25.1~43.4,32.9~40.9mg/kg;Pb含量分别为16.0~35.5,11.6~33.4,40.1~78.4,14.1~21.3,32.2~89.1mg/kg;Cr含量分别为26.8~47.1,29.5~52.0,29.8~51.2,26.1~48.1,23.4~39.3mg/kg。单因子污染指数法评价结果表明,冶炼厂S3和S1周边农田土壤Cd环境质量指数(Pi)分别为17.8,3.48,处于超标水平;冶炼厂S2、S4和S5Cd的Pi分别为1.00-,0.73和0.93,均为尚清洁等级;Cr、Cu、Pb元素的Pi均小于0.7,为清洁等级。污染负荷指数法评价结果表明,冶炼厂S1~S5周边农田土壤重金属污染负荷指数分别为2.111,1.486,4.373,1.310和2.039,对应的污染等级分别为强、中等、极强、中等和强。对冶炼厂S3周边农田土壤重金属污染的地统计学研究结果表明,在水平面上距离污染源越近,土壤重金属含量越高;剖面中表层土壤重金属含量越高,下层土壤受到重金属污染的范围越大。【结论】陕西关中地区5个小冶炼厂周边农田土壤中Cd、Pb、Cu均有不同程度富集,且重金属在表层土壤的富集导致深层土壤污染风险加大,关中地区小冶炼厂周边农田重金属污染问题应引起重视。

保护性耕作农田固碳减排效应分析——以陕西户县、大荔和临渭区为例

为了分析保护性耕作的固碳减排效应,以陕西省关中平原麦玉两熟区为研究对象,选取西安户县、渭南大荔和临渭区3个具有代表性的地区进行调查研究,从土壤有机碳固定、土壤温室气体排放、物资投入造成的温室气体排放和避免秸秆焚烧造成的温室气体减排4个方面对该地区保护性耕作措施的固碳减排效应进行综合分析和估算。结果表明:与传统耕作相比,保护性耕作提高了土壤有机碳密度,每公顷农田每年碳固定量增加3 467.28kg CO_2当量,占总减排量的64.21%,对温室气体减排贡献最大;因减少物资投入和避免秸秆焚烧所产生的减排量分别为68.04kg·hm^(-2)·a^(-1)和1 864.65kg·hm^(-2)·a^(-1) CO_2当量;因秸秆还田产生的N_2O抵消了5.67%的温室气体减排量。保护性耕作措施下每公顷农田每年可减少温室气体排放4 739.76~5 364.30kg CO_2当量,整个保护性耕作项目区每年产生的减排量约为2.0×10~4t CO_2当量。因此,保护性耕作技术在关中平原具有巨大的固碳减排能力,是一项经济且对环境友好的生产技术。

关中地区退耕还林综合效益的评价

为关中地区退耕还林政策的制定和实施提供参考,结合关中地区退耕还林工程的工程背景、区位特点及退耕还林目前的状况和存在问题,采用理论分析法等建立关中地区退耕还林综合效益评价指标体系,运用层次分析法确定权重,构建评价模型,计算2001—2014年退耕还林对生态、经济和社会效益3个方面的效益指数及综合效益指数。结果表明:退耕还林的综合效益总体呈上升趋势,其中西安的增速一直最快,而且综合效益指数最高,渭南、宝鸡和铜川居中,咸阳较低;随时间的推移关中地区退耕还林的规模不断减少,但其生态效益、经济效益和社会效益持续增加,综合效益仍保持平稳增长。

陕西关中平原撂荒耕地空间分布格局

为有效解决陕西关中地区耕地撂荒问题,保障区域粮食安全,以横贯关中平原东西部的带状区域作为研究区,采用撂荒率、核密度分析、空间自相关分析等方法对研究区撂荒耕地空间分布格局进行研究。结果表明,研究区撂荒耕地以旱地为主,整体撂荒率不高,但撂荒率在持续上升;撂荒耕地主要分布在千阳县、陇县和凤翔县。撂荒耕地主要分布在核密度中高密度区和高密度区;高密度区和中高密度区主要分布在凤翔县东北部丘陵和千阳县北部山地区,中密度区主要分布在陇县、千阳县和凤翔县,中低密度区主要分布在陇县,低密度区在各县均有分布。研究区撂荒耕地存在空间集聚性,撂荒耕地冷点低集聚区主要分布在东部的大荔县、蒲城县和富平县,冷点较低集聚区分布在中部各县,热点较高集聚区主要分布在凤翔县,热点高集聚区主要分布在西部的陇县和千阳县。可通过大力开展国土综合整治,制定相关助农、利农政策,严格落实国家耕地保护政策等措施解决关中平原耕地撂荒问题。

现代密集型农业生产模式下农田土壤肥力质量演化趋势——以关中灌区澄城县为例

以1982年全国土壤普查材料为背景值,对2010年关中灌区农田土壤养分状况进行系统研究,分析了澄城县土壤养分的变异趋势。结果表明,关中灌区土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷含量均比1982年土壤普查时有较大程度的提高,速效钾整体呈现出下降趋势。当地农业用地土壤养分的提高与化肥投入量和秸秆还田等现代化农业耕作方式有关。

现代密集型农业生产模式下农田土壤肥力质量演化趋势研究

以1982年全国土壤普查材料为背景值,对2010年关中灌区农田土壤养分状况做了系统研究,分析了白水县土壤养分的变异趋势。结果表明:关中灌区土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷含量均比1982年土壤普查时有很大程度的提高,速效钾整体呈现出下降趋势。当地农业用地土壤养分的提高与化肥投入量和秸秆还田等现代化农业耕作方式有关。

关中平原城市群扩张对生态用地的多尺度影响

城市扩张与生态空间保护的矛盾是新型城镇化和国土空间规划过程中急需解决的问题之一。作为黄河流域生态保护与高质量发展的核心区域,关中平原城市群面临更加严峻的生态和资源胁迫。但相关研究主要对研究区整体的生态环境变化进行测度,少有研究分析城市群发展对生态用地的多尺度影响,且忽略了城市群中土地变化最剧烈,生态受胁迫最严重的城市边缘区。因此,基于土地利用数据,结合土地利用转移矩阵、景观指数、估算城市扩张间接影响的生态用地面积等方法,研究从城市群、重点城市和主要城市边缘区3个尺度分析1990—2018年城镇扩张对生态用地的直接和间接影响。结果表明:(1)关中平原城市群土地利用类型以半生态用地(耕地)为主,面积占比超过40%。而城市边缘区主要以半生态用地和建设用地为主。1990—2018年城市群建设用地面积比例由3.67%增长至5.93%,耕地面积共计减少3032.11 km^(2),自然生态用地的面积增加628.03 km^(2)。受耕地占补、退耕还林等多重政策的影响,半生态用地和自然生态用地的变化呈现为“拉锯式”发展特征。(2)城市扩张对半生态用地的直接影响大于对自然生态用地的直接影响,各尺度土地利用转移变化大同小异,新增建设用地的主要来源均为耕地,其中城市边缘区的耕地受城镇扩张的挤占最为突出。(3)城市扩张对自然生态用地的间接影响大于直接影响,且不同城市建设用地对自然生态用地的间接影响因耕地补偿机制的不同而有所差异。因此,对关中平原城市群实施“一刀切”的耕地补偿政策实际上并不合理,应当因地制宜,考虑地区土地资源条件,适当调整发展和约束政策,更有利于城市群的可持续发展。

建立关中平原耕地保护区研究

保护耕地资源要象建立自然保护区，保护珍稀动植物资源那样，建立优质耕地保护区。据此，作者阐述了建立关中平原耕地保护区的依据、基本原则和方法与措施等。

基于GEE的陕西关中西部耕地季节性撂荒时空变化特征

【目的】研究陕西关中西部耕地季节性撂荒的时空变化特征,揭示其驱动机制,旨在为有效遏制耕地季节性撂荒,保障国家粮食安全提供参考。【方法】基于谷歌地球引擎(Google Earth Engine,GEE)平台的Landsat和Sentinel-2遥感影像,采用随机森林分类算法,对位于陕西关中西部的宝鸡扶风县、岐山县、凤翔区及陈仓区的部分区域2000-2020年耕地季节性(7-10月)撂荒的时空变化特征进行了分析。【结果】2000-2020年陕西关中西部耕地撂荒可以明显地划分为3个阶段:2000-2002年为快速增加阶段,耕地季节性撂荒呈现快速扩大趋势,撂荒率和撂荒面积分别由9.58%,16578.83 hm^(2)上升到了的55.85%,96699.52 hm^(2);2002-2013年为波动升高阶段,耕地经历了短暂复耕又撂荒的过程,2013年耕地撂荒率和撂荒面积均攀升到了最高点,分别为63.10%,109256.78 hm^(2);2013年之后为缓慢复耕阶段,耕地季节性撂荒面积逐年减少,到2020年撂荒率和撂荒面积分别为18.22%,31554.94 hm^(2),撂荒面积较2013年减少约70000 hm^(2),但撂荒地面积仍高于2000年。从空间分布来看,2000-2020年陕西关中西部耕地季节性撂荒面积的增加呈现由研究区周边向中心靠拢的趋势,撂荒地复耕面积的变化则相反,这与研究区北部是山地、南部是渭河、西部是千河的地貌分布有关,越靠近边缘,交通、灌溉条件越差,越易于更早撂荒。【结论】探明了陕西关中西部耕地季节性撂荒的时空变化特征,其与经济发展、政策制度和自然因素等密切相关。

基于文献计量的关中地区农田土壤重金属污染特征及源解析

掌握关中地区农田土壤重金属污染特征和来源,对推进区域土壤环境风险管控、提升土壤环境管理水平具有重要意义。利用大量的文献检索数据,借助地累积指数法、潜在生态风险指数法和PMF源解析模型探究了关中地区农田土壤重金属的分布特征、污染程度、生态风险和可能来源。结果表明,关中地区农田土壤中8种重金属元素超过农用地土壤污染风险筛选值的比率,从高到低依次为Cd(43.3%)、Zn(13.7%)、Cu(10.9%)、Ni(8.1%)、Pb(7.2%)、As(6.1%)、Hg(5.4%)、Cr(4.0%)。Cd污染最重,部分地区达到重污染程度,Pb、Cu、Zn的污染程度次之,同时,Cd、Hg的生态风险最大,中风险以上的点位中Cd占76.51%,Hg占90.18%。PMF源解析模型计算结果表明,土壤中Cd污染主要来源于工业排放及农业活动,Hg污染主要来源于采金提炼和化石燃料燃烧,矿产资源开采和冶炼对土壤中Pb、Zn的富集影响较大,As、Cr在土壤中的累积与污水灌溉、化肥农药使用等农业活动有关,土壤中的Ni来源于成土母质。

论代田法的实施动因——兼谈代田法对畎亩制的继承发展

代田法是在汉匈战争的大背景下,由西汉政府主导的以西北地区自然地理条件为基础,以恢复、发展武备为重要前提,以保证边郡军民生活为重要目的,以巩固"大长安"经济体系为政治导向,继承发展先秦时期"畎亩法",综合利用关中及边郡的水利工程,在西北地区实施的特殊耕作方法。代田法虽继承了春秋战国畎亩制利用畎垄构造提高粮食产量的原理。但又根据时代特点及环境特点的变化,在耕作性质、适用地域、适用群体、畎垄结构、畎垄相对位置、下种位置、配套工具、机制原理等方面与畎亩制有所不同。

人为作用对土壤有机碳空间分布规律的影响

为了研究人为长期培肥及生产活动对农田土壤有机碳库空间变异性的影响,在关中农田开展了0~100 cm土体范围内的土壤有机碳含量、有机碳密度及碳库活度等研究。结果表明:土壤有机碳含量变化在7.00~23.39 g kg-1,土壤有机碳含量呈明显分布与变异特征,变异性大且变异程度均属中等水平。有机碳、活性有机碳含量在0~100 cm范围内从上到下逐渐递减,而不是"T"型分布,碳库活度从呈递增趋势;土壤有机碳水平上是以村庄为中心向外辐射递减,尤其在0~20 cm土层规律性更加明显;0~100 cm土壤有机碳密度的水平分布呈随距村庄距离的增加先增加后减少的分布规律。由此得出,关中农田土壤有机碳库的空间变异明显地印记着长期人为作用土壤的历史痕迹,也是关中地区农业文明发展史的有效佐证之一。

关中地区农田土壤有机碳固存速率及影响因素:以陕西武功县为例

以武功县为例,通过计算农田土壤碳储量及固碳速率,明确关中地区农田土壤有机碳动态变化的规律,进而揭示农田土壤有机碳与自然因素、人为因素的关系.结果表明:①80%的样点0～20 cm农田土壤有机碳含量在8.0～12.0 g.kg-1之间,总体上呈现正态分布.②武功县2011年0～20 cm农田土壤有机碳密度为26.3 t.hm-2,低于全国农田耕层土壤有机碳密度平均水平(33.45 t.hm-2).近30年农田土壤固碳速率为71.3 kg.(hm2.a)-1,近5年农田土壤固碳速率为480 kg.(hm2.a)-1,近期固碳速率高于全国农田耕层土壤平均固碳速率[380.78 kg.(hm2.a)-1].③在半湿润平原地区,土壤有机碳含量主要受土壤类型、地貌类型、有机肥投入的影响,其中土壤类型可解释30.2%的有机碳变异性,地貌类型可解释37.7%,有机肥可解释32.1%.综合分析表明,武功县农田土壤有机碳密度在过去30 a间呈增加趋势,这可能与化肥的施用和秸秆还田有关,具体有多大的影响程度还需进一步研究.