河南沿黄区“以水定地”耕地空间重构研究——基于作物种植视角

科学评估我国典型粮食主产区耕地的潜在水分条件状况,继而“以水定地”实现耕地空间重构布局,对保障国家粮食安全、促进农业高质量发展具有重要现实意义。以河南沿黄的原阳县等6个产粮大县为研究区,从作物种植视角出发,基于耕地及作物分布数据、MODIS数据和长时间序列气象数据,通过构建区域遥感蒸散模型和水分平衡评价模型,精准揭示当地水分平衡状况及耕地利用下水分平衡效应,进而构建多智能体空间优化配置模型来实现耕地作物种植的空间重构。结果表明:(1)沿黄6县耕地面积占土地总面积的比例持续下降,其中2020年冬小麦和夏玉米播种面积分别占耕地总面积的74.75%和48.91%,种植模式以玉米小麦轮作为主,夏玉米单一型耕地分布零散且对应田块规模偏小;(2)地表蒸散量与有效降水量的时空错位引致当地水分平衡状态存在较大差异,全境缺水且水分亏缺量呈东北高、西南低的分布规律,应依据作物水分平衡态势的空间差异进行差别化灌溉管理;(3)耕地空间重构表现出明显的空间尺度性效应,且县域尺度的优化结果优于单一整体尺度,在保障粮食安全前提下,重构后的冬小麦和夏玉米水分亏缺情势均得到一定程度缓解,田块的空间积聚性和连片性更加有利于作物日常灌溉管理。河南沿黄区需大力推行“以水定地”耕地空间重构战略,以缓解耕地用水压力、促进农业可持续发展。

长江经济带水-能源-粮食-土地耦合协调发展研究

研究土地利用与水-能源-粮食系统耦合机理和协调发展状况有助于区域资源管理和协同合作。以长江经济带为例,分析了水-能源-粮食-土地系统的耦合协调机理,构建综合评价指标体系,运用耦合协调度模型和空间相关性分析测度研究区2005~2020年水-能源-粮食-土地系统耦合协调发展的时空演变特征和空间联系。结果表明:①2005~2020年长江经济带水-能源-粮食-土地系统综合评价指数不断上升,耦合度达到高水平耦合阶段,耦合协调度经历勉强协调-初级协调-中级协调-良好协调-优质协调5个阶段。②各省市间水-能源-粮食-土地系统耦合度达到高水平耦合阶段,协调发展水平处于初级协调和中级协调阶段,总体呈现上游地区>中游地区>下游地区的基本态势。③水-能源-粮食-土地系统耦合协调度省域空间集聚度不稳定,空间正负相关性波动强烈,分布格局易发生变动。

居民食物消费变化引致的环境足迹测算

首先对比分析了2014~2020年城乡居民食物消费结构的变化特征,其次测算了人口规模、城镇化率、人均食物消费量和食物消费结构变化对土地-水-碳足迹变化的影响程度,最后设计了食物现状消费结构S0、发展消费结构S1和更趋近膳食指南的最优消费结构S2三种情景,测算了2025年和2030年3种情景下居民食物消费引致的环境足迹.结果表明:人均食物消费量和消费结构逐渐成为影响环境足迹的主要因素,2018~2020年城镇(农村)居民人均食物消费量和消费结构对环境足迹的平均贡献率分别为51.1%(51.6%)和-17.4%(-13.1%);S1和S2下居民食物消费引致的环境足迹均小于在S0下的值.在S2下环境足迹的减少更明显.在2025年城镇(农村)居民在S2下食物消费引致的土地、水、碳足迹比在S0下减少10.5%(11.5%)、19.6%(17.2%)、12.6%(13.7%);在2030年将减少11.6%(11.9%)、21.0%(16.8%)、13.6%(14.7%).基于分析结果,提出了如何减少食物消费引致的环境足迹的建议.

中国水土资源态势与可持续食物安全

21世纪前期是中国工业化、城市化迅速推进的重要时期,也是中国走向国际贸易一体化和进入社会经济持续发展的关键时期。未来人口持续增长与消费水平的提高、工业化与城市化进程的加快、全球贸易一体化格局的形成、国内体制和制度的转型,使中国人地矛盾更趋尖锐、市场竞争空前激烈,这无疑对中国农业生产的资源基础和农产品的供需平衡产生巨大影响,进而影响到中国食物安全。论文重点分析了我国水土资源态势及其对可持续食物安全的影响,指出水土资源总量短缺及其空间上的不匹配状况将直接影响着中国可持续食物安全,到2030年中国粮食缺口可能在760×108kg左右;实现中国可持续食物安全应立足21世纪中国农业与农村经济的可持续发展,重点选择产业化、生态化、国际化和地区专业化的发展方向与模式,并须在优化制度环境、完善保障体系和突破结构制约等几个方面进行深化改革与创新。

海河流域水资源演变与驱动机制

海河流域含京津冀及周边三省,是我国水资源短缺和用水矛盾最突出的地区。中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心团队围绕不断加剧的水资源短缺,研究了流域水资源演变的关键驱动机制:山区径流变化、农业需水和虚拟水外输,分析了流域水资源演变的主要原因,并对未来的可能调控提出了建议。研究首先选取海河流域的八大山区子流域,分析了20世纪60年代以来的径流变化,确认70年代开始山区来水逐渐减少,径流减少的关键时期是1978—1985年,推断农业用水增加是径流减少的核心驱动因素;其次,基于作物模型、作物系数法和遥感等手段,量化了海河平原农业用水的时空格局和区域水量平衡,通过对比农业耗水量、地下水水位变化和南水北调中线供水量,确立了山前平原区南水北调实施后为实现水量平衡需控制用水的进一步扩大、低平原区仍然亏缺的未来水资源态势;最后,通过粮食贸易的虚拟水分析,指出本地区外输虚拟水达90亿m^3,是造成水资源短缺的重要原因,减缓虚拟水外输或输入一定虚拟水是缓解区域水资源压力的可选方案。

北方干旱化对水土资源与粮食安全的影响及适应--以陕北地区为例

运用气候变率、线性回归、因子相关分析等方法,对1975-2005年陕北农牧交错区降水、温度变化进行分析,得出气候暖干化趋势显著的结论。对土地、水和粮食安全与干旱化相关系数离散程度分析表明:在气候干旱化作用和煤炭资源过量开发影响下,区域生态环境退化严重;以无定河、延河流域为例,发现流域年降水量每增加10%,其径流量增加22.22%,径流深度加深4.47%,年降水量每减少10%,径流量减少15.98%,径流深度减少3.56%的规律;粮食、牧草受暖干化影响,需水胁迫加剧,出现了产量降低,品质下降,草场承载力下降等问题;最后,针对土地、水和粮食安全对干旱化的响应,提出了适应性对策。

中国水资源和粮食安全问题探讨

中国是世界人口最多的发展中国家,用占全球7%的土地、8%的淡水养活占全球22%的人口。但随着人口的持续增长,气候干旱和生态环境破坏以及污染的不断扩大和加重,水和耕地资源的不断减少,中国在水资源和粮食安全方面将面临巨大的压力与挑战。中国干旱半干旱的西北地区,有70%左右的贫困人口,粮食安全问题长期存在,经济发展缓慢。目前中国政府实施的西部大开发战略,减免农业税费,增加经济投入和水利工程等建设项目,是解决西北地区贫困的关键。

基于粮食进出口的水土资源潜力估算

随着中国城市化的发展和社会逐渐向工业化进步,水土资源的缺乏与水土资源的需求量增长之间的矛盾变得越来越突出。本文计算了中国1982-2001年粮食进出口所包含的水土资源量,分析了20年来中国粮食贸易中所包含的水土资源量的变化和发展状况,并预测其发展趋势,从粮食进出口的角度分析了粮食进口对缓解中国水土资源压力的可能性及潜力。

近十年来中国粮食内部种植结构调整对水土资源利用的影响分析

2004-2013年中国粮食实现连续十年增产。粮食内部种植结构调整、高产作物对低产作物的种植替代,成为促进粮食持续增产不可忽视的重要因素。然而,由于不同粮食作物单位产量的耗水和耗地程度不同,在推动粮食总产增长的同时,这种结构调整也会影响我国粮食生产的水土资源消耗。本文系统测算了粮食"十连增"对我国水土资源利用的影响,并重点讨论了粮食内部种植结构调整在其中所发挥的作用。结果表明,过去十年来,结构调整共为我国粮食生产节省了10 150万亩的播种面积和310.6亿m3的水资源消耗。分区域来看,结构调整在东北、华北、华中、西南和西北地区发挥了较好的"节地又节水"作用,但在东南地区则体现为"节地但耗水"。粮食生产重心北移,北方高产但单位质量耗水量相对较低的玉米等粮食作物播种面积和比例的持续扩大,除推动全国粮食总产量增加以外,也一定程度缓解了北方地区水资源消耗的负担。但尽管如此,粮食"十连增"总体上仍进一步加剧了全国水土资源短缺的严峻形势。未来水土资源的刚性约束,使得我国粮食增产的压力持续扩大,且面临巨大的生态环境成本;而粮食生产结构调整的深入则会加剧不同粮食作物间供求不平衡的矛盾,同时也面临着国际市场贸易环境变化及国内外粮价相互传导所带来的诸多不确定性,因此,今后依靠结构调整进一步促进粮食增产且发挥节地节水作用的空间将会十分有限。综合来看,为实现中国粮食总量安全与结构平衡,一方面应当立足国内生产,提高水土资源的利用效率,挖掘低产粮食作物的单产潜力;另一方面也应考虑适度利用国际粮食市场,调剂与平衡国内农产品供需,以更好地保障国家粮食安全。

试论中国粮食安全问题

对中国水土资源的态势和粮食安全进行了分析,并提出了提高我国水土资源利用率,加强粮食安全的有关对策。

基于水土资源状况的中国粮食安全思考

粮食安全是当前国内外关注的焦点,尤其是近年来国内外粮食供需矛盾日益尖锐。该文基于影响粮食生产的两大刚性约束——水资源和耕地资源,在系统阐述中国农业水土资源状况及其对粮食生产影响的基础上,提出保障中国粮食安全应遵循"寓粮于源、保粮于墒"的基本策略。并以海河流域为例,分析了不同灌溉条件下典型作物需水量、农田需水量的构成,从定量上说明"寓粮于源、保粮于墒"在维持中国粮食生产中的重要性。

怎样解决中国4大水问题

针对中国水资源面临的洪涝灾害、水资源紧缺、水土流失与生态变化和水污染严重 4大问题 ,提出解决中国水资源问题的对策 :给洪水以出路 ,建设节水型社会 ,充分发挥大自然的自我修复能力 。

基于粮食安全的黄河流域可新增耕地资源分析

黄河流域所属的诸省区均为粮食主产区和粮食平衡区,沿黄省区粮食生产事关流域乃至全国的粮食安全。从国家对黄河流域粮食安全定位出发,分别分析了现状和人口高峰时期流域粮食生产情况,研究了粮食安全存在的问题及解决粮食缺口的对策,提出了保障流域粮食安全必须立足流域自身解决的结论。从气候条件、水土资源条件等多个方面分析了黄河流域后备耕地资源潜力,并利用遥感、GIS解疑与现状典型调查等技术方法,研究确定了不同高程条件下可新增耕地规模,为黄河流域未来一定时期土地资源开发和保障流域粮食安全提供了技术依据。

面向2050年我国农业资源平衡与国际进口潜力研究

受农业高质量发展、食物消费结构转型升级、气候变化的多重影响,我国农业资源供需平衡日益趋紧,因而统筹利用国际国内两种资源、两个市场,保障我国中长期粮食安全至关重要。本文在对比分析国内、国际农业资源的基础上,研究了我国2035年和2050年的粮食消费需求、消费结构、供给结构,分析了未来农业资源供需缺口以及虚拟水、虚拟耕地的可进口潜力与进口来源地,据此展望了我国农业水土资源利用的目标。研究表明:我国虚拟耕地进口将在2048年前后达到峰值,需进口虚拟耕地近6.147×10^(7)hm^(2);虚拟水进口量在2045年前后达到峰值,虚拟水进口量为1.136×10^(8)m^(3)(以蓝水估算),约为2017年全国农业总用水量的30%;可增加的耕地进口潜力主要来自南美洲和非洲。

基于多要素耦合的舟山农业空间低碳评估与规划

将食物生产与碳排放分别作为期望与非期望产出,构建“水−能源-食物-土地-碳排放”耦合(“water-energyfood-land-carbon”nexus,WEFLC)分析框架,选择舟山海岛的果蔬种植、畜牧养殖以及水产养殖典型农业生产案例,进行农业空间评估与低碳规划研究。结果表明,单位产值和单位面积碳排放强度顺序依次为畜牧养殖、水产养殖、果蔬种植,且畜牧养殖的总产值在碳市场中受到影响较大。在维持食物产出不变的情况下,畜牧养殖、水产养殖、果蔬种植可分别通过应用光伏、提升用水效率、引入有机废弃物处理技术等措施,降低水资源、能源、土地资源消耗,实现农业生产的低碳发展。

宁夏人口、粮食与水土资源利用

人口、粮食与水土资源利用是宁夏回族自治区国民经济发展中的重要问题。文中分析了宁夏人口、粮食与水土资源利用现状,应用灰色系统理论及回归分析,建立人口、粮食预测模型,对2000年宁夏的人口、粮食进行了预测。分析2000年水土资源不同开发利用条件下粮食供需平衡情况后指出,充分合理利用黄河水资源,扩大灌溉面积,配合先进的农业技术,宁夏粮食不仅能自给,而且还能提供一定数量的商品粮。最后提出了解决粮食问题,防止生态环境恶化的主要途径。

基于粮食安全的山东省水土资源可持续利用研究

分析了20世纪90年代以来山东省粮食安全状况,在综合比较山东省粮食总产量与粮食单产变化情况的基础上,认为山东省粮食生产总体来说比较稳定;通过比较山东省粮食人均占有量及粮食单产在全国所占比重,说明了山东省人均粮食占有量和粮食单产均高于全国平均水平。在此基础上,解析了水土资源状况与粮食安全的关系,总结出山东省水资源匮乏,农业用水紧张,水质污染较严重;耕地面积大且整体质量较好的特点。同时也分析了水土资源在空间上的配合状况,以及水土流失状况。提出了基于粮食安全的山东省水土资源可持续利用发展建议,强调要加强农业基础设施建设,实施多水源联合调度;加强耕地资源监管,综合开发耕地后备资源;加强水土资源污染治理与重点区域水土流失防治。

“藏粮于地”视角下西北地区耕地适宜性及开发潜力评价

中国耕地资源匮乏,人均耕地不足世界平均水平的40%。西北“水三线”地区是中国耕地后备资源的关键区域,识别潜在耕地资源中适宜开发的土地数量及空间分布,对确保极端情况下国家耕地红线和粮食安全、推动西部大开发进入新格局具有重大现实意义。基于多源栅格数据,采用综合指数法与极限条件法评价潜在耕地资源的自然适宜性潜力;同时考虑土地利用结构风险、土壤侵蚀风险、土地荒漠化风险限制,构建潜在耕地开发的生态风险模型;将自然适宜性潜力和生态风险评价结果进行叠置分级,评估潜在耕地资源的综合开发潜力。结果表明:旱地农业情景下,西北“水三线”地区具备耕地开发潜力的土地面积约0.2万km2,主要分布在内蒙古半干旱草原区;灌溉农业情景下,西北“水三线”地区具备耕地开发潜力的土地面积约9.5×10^(4) km^(2),这些土地需要通过引水灌溉和土壤改良等措施才能实现粮食生产,主要集中在天山北麓、塔里木河流域、疏勒河流域和内蒙古东部等内陆干旱区,未来如果具备灌溉水源条件,实施适宜的土壤改良措施,有较大可开发潜力。

粮食产量与灌水程度的灰色关联分析

本文应用灰色系统理论中的灰色关联分析方法、灰色动态模型法,对粮食产量与耕地灌水程度的关系进行了初步研究,为进一步弄清影响粮食产量的因素和上级领导部门对农业的决策提供了依据。

中国水土资源与粮食安全问题

在相当长的时间内,中国粮食供需始终处于较紧张的平衡状态。本文研究了我国粮食安全面临的挑战,存在的安全问题,分析了我国的水土资源状况及其对粮食生产的影响,以及粮食生产存在的机遇,并提出了提高粮食综合生产能力的对策。