Study on Landscape Pattern Index-based Connectivity Analysis of the Primary Farmland Protection Zones

Farmland and primary farmland protection are important contents of land management and land use planning of China. In the new round of land use planning and database construction, primary farmland protection zones are required to have high integrity and connectivity. Using landscape pattern indexes, the integrity and connectivity of primary farmland protection zones was studied in Licheng District of Jinan City. The results showed that, except patch area standard deviation, the other indexes including average patch area, patch area variation coefficient, patch edge density, largest patch index, and mean euclidean nearest-neighbor, all indicate high connectivity of primary farmland protection zones after layout adjustment. A simple and convenient method for identifying the integrity and connectivity of primary farmland protection zones was supplied.

黄土塬区果园-农田交界带土壤水分分布及农田对果园的供水特征

[目的]为探明黄土高原南部塬区果园-农田镶嵌格局下土壤水分空间分布与协同利用特征。[方法]选取长武塬区10龄、21龄和25龄苹果园(AO10、AO21和AO25)及其邻近农田,通过测定2021年雨季后果园-农田交界带有关位点的土壤含水量,定量计算农田土壤储水对果园耗水的贡献。[结果]2021年降水量756 mm,为典型的丰水年份,农田和AO21、AO25果园降雨入渗深度在11月底分别达8.4,7.0,5.0 m。AO10果园-农田交界带以4 m深度为界,其下部土壤含水量较上部大,4-10 m土层平均含水量为25.5%;AO21果园0-7 m土层平均含水量为22.1%,7-10 m为15.0%;AO25果园0-5 m土层平均含水量为20.9%,5-10 m土层平均含水量为13.6%,AO21和AO25果园分别在7.0,5.0 m以下仍存在土壤干层。水平方向上,AO21、AO25果园利用邻近农田土壤水分的距离分别达到5,8 m,农果交界面上农田向果园的供水量,当以干层上界划分土壤剖面,其上为表观供水量,2个果园分别为0.08,0.25 m^(3)/m^(2);其下为实际供水量,分别为0.45,0.81 m^(3)/m^(2)。[结论]黄土塬区果园和农田镶嵌布局是一种较为合理的利用结构,在其规划管理中应考虑果树年限及其相邻农田宽度等因素,研究结果有助于推进区域土壤水资源的可持续利用及其空间优化。

基于特征模式识别的农田监控系统研究

针对农田监控系统中存在的识别准确度不高、数据处理效率低等问题,提出了一种基于特征模式识别的农田监控系统。对农田监控系统的功能进行了设计,包括系统整体架构设计、数据采集与传输模块设计、特征提取与模式识别算法设计,结合用户界面设计实验与结果分析,验证了所提出系统的有效性和性能优势。对农田监控系统在实际农业生产中的应用前景进行了展望,并提出了未来改进方向和研究趋势。

不同作物种植模式下坡耕地产流产沙的模拟研究

产流产沙是坡耕地水土流失的主要形式,为探讨不同种植模式对坡耕地产流产沙的影响,采用室内人工模拟降雨试验方法,在同一坡度、3种雨强下对坡耕地7种种植模式进行模拟试验。结果表明:1)不同种植模式下坡面产流量随雨强增大而增大,初始产流时间随雨强增大而缩短。坡面产流量趋势为先逐渐增大,之后(10 min左右)逐渐趋于稳定。C单种模式减流效果最差;A-B-C套种模式减流效果最好;低矮作物单种及参与的套种模式能更好促进降雨入渗。2)不同种植模式下坡面产沙量与雨强呈正相关,低矮作物参与的种植模式径流含沙量变化幅度较小,中、高单种或套种模式径流含沙量变化复杂。小、中雨强下,A-B-C套种模式减沙效果最好;大雨强下,A-B套种模式减沙效果最好。低矮作物参与的种植模式减沙效果优于中、高作物单种其套种模式。3)不同种植模式下产流量和雨强均呈极显著正相关。B、C单种模式与A-B-C套种模式产沙量与雨强有相关关系,其余模式与雨强的相关性不显著。综上,低矮作物单种及低矮作物参与的套种模式能有效减流、保土,因此坡耕地在进行农作物种植时应考虑增加低矮作物参与种植,避免造成大量水土流失。

土地流转视角下耕地“非粮化”时空格局演变及驱动因素

该研究对2009—2020年中国流转耕地“非粮化”的时空格局进行量化测度,利用Tobit模型、空间计量模型和工具变量法,从“人”“地”“钱”多视角探析流转耕地“非粮化”的驱动因素及其空间异质性。结果显示:①流转耕地“非粮化”具有阶段性和区域性,非粮食主产区的流转耕地“非粮化”是全国层面流转耕地“非粮化”加剧的主要原因。②土地流转是耕地“非粮化”的重要驱动因素。提高土地流转面积和将土地流转给生活型经营者,有利于抑制耕地“非粮化”发展,但土地流转租金上涨会难以避免地加剧耕地“非粮化”程度。③土地流转与耕地“非粮化”关系存在区域异质性。在粮食主产区,土地流转面积提高对流转耕地“非粮化”的抑制作用更强;在非粮食主产区,生产型农业经营者采取“非粮化”种植行为的倾向更强。因此,为应对流转耕地“非粮化”现象,应健全耕地保护补偿制度,对防止流转耕地“非粮化”目标完成好的地区给予奖补;重点规范非粮食主产区的工商资本流转土地行为,对农户粮食种植行为给予奖励;进一步推进粮食主产区的土地流转和整治工程,发展耕地适度规模化经营;完善农地流转交易平台,继续加强土地流转价格监控。

长江经济带耕地空间转型的时空格局及驱动机理研究

研究目的:厘清耕地空间转型的内涵意蕴,识别长江经济带耕地空间转型的时空格局,并揭示其驱动机理,以期为耕地合理利用提供参考。研究方法:熵值法、空间自相关分析、时空地理加权回归模型、中介效应模型。研究结果:(1)长江经济带耕地空间转型指数具有“东西强,中部弱”的空间特征,并在时间上呈增强趋势。(2)人口和经济是影响耕地空间转型的决定性因子。(3)驱动因子对耕地空间转型的影响大多以直接效应为主,而农产品单产和人口城市化率以间接影响为主。(4)耕地空间转型过程中,中介效应以零效应或负效应为主,主要受制于生产技术进步、生产模式升级、基础设施完善等中介机制发展不足;产业结构发展不完善成为制约耕地空间转型的关键瓶颈。研究结论:未来应着重协同提升人口素质、加速农业经济发展和深化产业结构升级,以有效推动长江经济带耕地空间转型,支撑农业现代化进程。

基于改进输出系数法的常州市农田面源氮流失研究

定量解析面源污染的时空分布特征对面源污染研究具有重要意义。以平原河网区城市常州市的农田总氮流失为例,在典型的输出系数模型基础上,引入降雨侵蚀因子、地形影响因子、地表径流因子、土壤淋溶因子、植被截留因子计算总氮入河系数,并对常州市的农田种植模式进行分类,得到常州市农田种植产生的总氮流失量及入河量,识别常州市农田种植的主要污染类型。结果表明:常州市总氮入河系数的年际变化不大,但时空变化明显,2010年、2015年常州市总氮入河系数西部大于东部,2020年西部与东部大致相等;常州市农田种植模式可划分成27种,总氮流失量排名前3的为平原水田的稻油轮作、平原水田的稻麦轮作及平原水田的其他类3种种植模式。平原水田的这3种种植模式合计在2010年、2015年、2020年分别贡献了常州市80.54%、81.67%、77.62%的总氮流失量。从总氮流失量的年际变化来看,平原水田的稻麦轮作模式在2015年总氮流失量最高,为1 220.98 t;溧阳市及金坛区的总氮流失量及入河量明显大于常州市其他区(市),这2个地区在2010—2020年平均贡献了64.61%的总氮流失量和68.85%的总氮入河量,溧阳市及金坛区是常州市农田面源污染控制的关键区域。

雨型和种植模式对鄱阳湖平原区农田水土流失的影响

[目的]分析不同种植模式下农田地表径流及泥沙流失对降雨雨型的响应,探究新形势下鄱阳湖平原区农田地表径流及泥沙输移规律,为防治农田地表水土流失提供科学依据。[方法]利用K-均值聚类方法将64场降雨进行分类,结合径流小区产流、产沙等监测数据,分析了3种种植模式下不同雨型对农田地表径流及泥沙流失的影响。[结果](1)以次降雨历时、次降雨量和最大30 min雨强为降雨特征指标,降雨可划分为4种雨型(A雨型:“中历时、小雨量、小雨强”;B雨型:“短历时、小雨量、中雨强”;C雨型:“长历时、大雨量、中雨强”;D雨型:“短历时、中雨量、大雨强”)。(2)各种植模式径流量与降雨量的变化规律基本一致,降雨量较大时,产生径流量也较多;各月份下旱作模式处理产生径流量最多。(3)无论何种雨型,旱作模式处理径流量和泥沙流失量均最高,在A,C雨型下,水作模式处理产流产沙量均最小,B雨型下,水旱轮作模式处理减少产流效果最佳。(4)不同种植模式下径流总量和泥沙流失总量均存在显著性差异,表现为旱作模式>水旱轮作模式>水作模式。[结论]与旱作模式处理相比,水作模式处理在减少水土流失方面具有一定优势,尤其是应对A雨型和C雨型时,减少径流和泥沙流失效果更为明显。

基于景观格局的丘陵山区耕地生态风险评价——以重庆市潼南区为例

[目的/意义]丘陵山区农田宜机化整治会改变耕地景观格局、高程、坡度、微地貌等,评价其生态风险为后续整治工作提供数据参考具有重要意义。本研究的目的为评价丘陵山区农田宜机化整治对耕地生态风险的改变情况以及探究生态风险与耕地坡度之间的关系。[方法]以重庆市潼南区20个县为评价单元,基于2010年和2020年土地利用数据,采用ArcGIS 10.8和Excel软件计算景观格局指数,通过熵权法确定各指数的权重并构建生态风险评价模型,揭示生态风险时序空间变化特征;基于数理统计原理,对生态风险与坡度进行相关性分析,探究生态风险与坡度的关系。[结果和讨论] 2010年和2020年两个时期,干扰度指数由0.97下降为0.94,耕地整体抗干扰能力增强;脆弱度指数由2.96增加为3.20,耕地结构更加脆弱;生态风险值由3.10下降为3.01,耕地生态安全性提高。两个时期生态风险区域主要以低风险区和较低风险区为主,低风险区面积增加6.44%,较低风险区面积增加6.17%,中风险区面积增加24.4%,较高风险区面积减少60.70%,高风险区面积增加16.30%,耕地生态安全区域相对增加。耕地坡度主要以2°~25°为主,耕地坡度小于15°时坡度面积占比与生态风险值呈负相关,耕地坡度大于15°时坡度面积占比与生态风险值呈正相关关系,坡度处于5°~8°、15°~25°、25°以上时坡度面积与生态风险值呈极显著相关。农田宜机化整治应重点关注潼南区南部区域,并集中于耕地坡度处于5°~8°和15°~25°区域。[结论]通过评价潼南区农田宜机化整治前后耕地生态风险并分析生态风险与耕地坡度的相关性,表明农田宜机化整治可以降低耕地生态风险,耕地坡度面积占比可作为精准指导农田宜机化整治的重要依据,潼南区宜机化整治工作应重点关注耕地坡度处于5°~8°和15°~25°区域。

2000-2015年雅鲁藏布江流域耕地格局动态变化影响因素分析

基于30 m分辨率的卫星遥感土地利用数据,利用地理探测器和地理加权逻辑回归方法,探究了2000-2015年雅鲁藏布江流域的耕地格局动态变化及其影响因素.结果表明:1)雅鲁藏布江流域被占用的耕地主要分布在拉萨市(60.42%)、林芝市(16.21%)和山南市(13.01%)的城市周边区域,多变为水体和建设用地;补充的耕地主要分布在日喀则市(55.81%)、林芝市(23.26%)和拉萨市(19.61%),多由林地和草地转入.2)经济发展、交通基础设施和行政辐射主要影响耕地占用;国家投资变化、行政辐射和海拔主要影响耕地补充.3)耕地变化的影响因素存在明显的空间异质性.其中农业劳动力流失、旅游业发展和粗放式耕作等因素是耕地变化面临的主要问题.建议在拉萨和林芝的市郊地带强化保护后备耕地,在日喀则给予资金与技术培训等农业政策倾向,以实现雅鲁藏布江流域区域差异化的耕地保护管理.

资源禀赋、劳动力转移对耕地利用功能转型的影响研究——基于面板门槛模型的实证分析

研究目的:探讨耕地资源禀赋、农业劳动力转移对耕地利用功能转型的影响机制,推动耕地利用转型和多功能管理。研究方法:面板门槛模型分析。研究结果:(1)资源禀赋、农业劳动力转移对耕地利用功能综合水平和耕地利用功能形态均存在门槛效应,长期来看劳动力转移对耕地利用功能综合水平的提升趋于有利,对耕地利用功能形态的影响呈现从“正向到负向再到负向略有缓解”的变化特征;(2)当纳入耕地资源禀赋考虑时,劳动力转移对耕地利用功能综合水平和耕地利用功能形态的影响从“负”转变为“正”,且随着耕地资源禀赋的上升正向影响不断凸显。研究结论:要因势利导,把握本地区劳动力转移的发展趋势,通过农业技术创新和农业生产政策的完善合理调控劳动力结构及农业要素投入。同时,要善于发挥本地区耕地资源禀赋的优势并认识其与社会经济发展的内在耦合性和阶段差异性,在劳动力转移过程中加强全域土地综合整治和生态保护修复,推动适度规模经营并挖掘发展特色农业产业,以实现耕地利用转型和功能优化升级。

不同种植模式对坡耕地红壤团聚体中酶活性及养分含量的影响

为探究不同种植模式下坡耕地红壤团聚体中的酶活性和养分含量,为改善耕地质量提供理论依据,以坡耕地红壤为研究对象,设置大豆单作(DD)、玉米单作(MM)、大豆玉米间作(MD)、裸地(CK)4个处理,利用干筛法获得2~1、1~0.25、<0.25 mm粒径团聚体,并测定了其中的酶活性和养分含量。结果表明:①与CK、DD、MM处理相比,MD处理显著提高了2~1 mm粒径团聚体的含量,增幅分别为22.2%、13.3%、16.2%。②MD处理显著提高了2~1 mm粒径团聚体中的有机质、有效磷、碱解氮含量,分别较DD和CK处理提高11.9%、29.2%,51.1%、57.5%和16.5%、29.1%;速效钾含量均表现为DD处理显著高于CK、MM、MD处理。③与CK、DD、MM处理相比,MD处理显著提高了2~1 mm和1~0.25 mm粒径团聚体中的脲酶活性,增幅分别为61.0%、18.8%、14.5%和65.0%、17.9%、13.8%,显著提高2~1 mm粒径团聚体中的蔗糖酶活性和<0.25 mm粒径团聚体中的酸性磷酸酶活性,增幅分别为63.8%、57.1%、32.8%和80.4%、44.3%、74.1%。④冗余分析表明,2~1 mm粒径团聚体中的脲酶和蔗糖酶活性与有效磷、有机质含量显著正相关,1~0.25 mm粒径团聚体中的酶活性与有机质、有效磷、碱解氮含量显著正相关,<0.25 mm粒径团聚体中的酶活性与碱解氮、有效磷含量显著正相关。研究表明,合理的种植模式不仅可以促进大团聚体的形成,还能提高大团聚体中的酶活性和养分含量,从而提高土壤肥力,改善耕地质量。

密云水库库区不同植物篱模式下的氮磷阻控效应

筛选拦截效果最佳、经济效益最佳的植物篱模式,为密云水库水源保护区控制坡耕地氮磷流失提供技术参考。设置“桔梗+狗牙根”“丹参+狗牙根”“桑树+野牛草”“黄芩+野牛草”4种不同的植物篱模式,监测2020年天然降水条件下的地表径流、泥沙以及养分情况,分析不同植物篱模式下径流小区的产流和产沙情况,探讨不同植物篱对坡耕地地表径流、泥沙和养分的拦截效率及其影响因素。结果表明:4种植物篱种植模式都能够起到截流减沙,减轻水环境富营养化的作用,从而避免对下游水体的污染。其中“桑树+野牛草”植物篱效果最为显著,大雨雨强下可以减流57.96%,减沙96.64%,暴雨雨强下可以减流64.63%,减沙97.17%;对氮的相对拦截量为93.14 mg,相对拦截率约88.27%;对磷的相对拦截量为25.17 mg,相对拦截率约80.72%,能有效减少地表径流中的氮、磷含量。在考虑经济效益、社会效益和生态效益下,开展植物篱防控面源污染工作中,最佳的物种选择为“桑树+野牛草”,其次为“黄芩+野牛草”。野牛草在防控水土流失与面源污染方面效果十分显著,可以作为水土保持的先锋植物推广。

我国耕地资源保护与利用体系、挑战与对策

粮食安全是国运民生的“压舱石”,耕地资源是保障国家粮食安全的基础。当前国内粮食需求增加,国际粮食贸易风险加大,我国耕地资源保护与利用对于保障国家粮食安全战略的作用凸显。我国建立最严格的耕地保护制度,着力加强耕地保护和用途管控,牢牢守住耕地数量红线。但是,短期内人多地少的局面难以扭转,稳定耕地数量、提升质量和稳定产能是长期面临的任务。在系统梳理耕地保护利用体系及其实施成效的基础上,剖析我国耕地资源保护利用面临的突出问题和挑战。基于此,依据耕地数量、质量、生态三位一体保护的方向,提出严控耕地“非农化”“非粮化”,持续优化空间格局,提升耕地生产能力,强化耕地保护利用科技创新,为夯实粮食安全的耕地根基提供思路借鉴。

鄱阳湖流域典型种植模式农田地表径流与氮磷流失特征

【目的】探明鄱阳湖流域内不同种植模式在自然降雨条件下的农田地表径流及氮、磷流失特征。【方法】选取旱作、水旱轮作及水作3种种植模式,通过连续2a的试验监测,分析不同月份和作物种类的降雨、径流及氮、磷流失特征。【结果】降雨量和径流量主要发生在每年的6—7月,不同种植模式中,作物径流量和产流系数以空心菜最大,晚稻最小,径流量与作物生长期间的降雨量大小基本一致;3个种植模式下的径流量大小排序为:旱作>水旱轮作>水作,旱作和水旱轮作相比水作的径流量分别增加了42.28%和20.84%。不同种植模式氮、磷流失主要发生在5—7月,旱作空心菜的总氮、总磷及硝态氮流失量最大,水旱轮作模式中稻的铵态氮流失量最大;3种种植模式总氮、总磷量及硝态氮流失量大小排序与径流量的变化规律一致;旱作物的氮流失以硝态氮为主,水稻的氮流失以铵态氮为主。【结论】不同种植模式径流量大小排序为:旱作模式>水旱轮作模式>水作模式,旱作物氮素流失以硝态氮为主,水稻氮素流失以铵态氮为主,总氮、总磷及硝态氮流失量变化规律与径流量变化规律一致。

近20年关中西部耕地秋季撂荒时空格局及其影响因素

近年来关中西部冬小麦收获后耕地撂荒现象(简称秋季撂荒)日益严重。以凤翔、岐山、扶风三县为例,选取2000—2020年间9个年份春季和秋季各1期Landsat影像,运用CART决策树分类法提取9个年份秋季耕地撂荒的时空变化特征,并通过实地问卷调查探究其影响因素及驱动机制。结果表明:研究区秋季耕地撂荒主要分布在凤翔县西南部、岐山县中部以及三县北部临近山区的地带,凤翔县中部和扶风县中部秋季撂荒程度较轻;2000年以来研究区耕地秋季撂荒呈波动上升趋势,其中2000—2007年间撂荒面积逐步增加,2007—2013年间有所回落,2013—2020年间又迅速攀升,2020年撂荒范围最广,撂荒率达64.64%。近20 a研究区秋季撂荒地块由小规模零星分布逐渐转为大规模集中分布。灌溉条件是研究区秋季耕地撂荒的主要影响因素,且影响程度逐年上涨;经济区位、耕作半径和交通条件对撂荒率也有一定的影响,但影响程度逐年减小;耕地边际化是驱动研究区农户选择秋季撂荒的根本原因,劳动力短缺是研究区秋季撂荒的主要原因,灌溉缺乏、积温不足和耕地细碎化等农业生产条件不足是研究区秋季撂荒的直接原因。

基于地理探测器的耕地破碎化影响因素分析——以广州市为例

以广州市作为研究区,采用景观格局指数法、综合指数法以及主成分分析法来构建耕地破碎化程度评价体系,计算出区域内各街道/镇单位的耕地破碎化程度综合指数,选取10个可量化的自然条件及人类社会活动因子,利用地理探测器模型探测10个因子对耕地破碎化的影响程度。结果表明,10个因子均为广州市耕地破碎化的影响因子,其单个因子对耕地破碎化影响由强到弱为市区行政中心距离因子、气温因子、GDP因子、坡度因子和海拔因子、降水量因子、建设用地距离因子、道路距离因子、水体距离因子、人口密度因子;10种因子中任意2种因子的交互作用均表现为双因子增强或非线性增强。基于研究结果,提出针对性建议,以期为降低广州市耕地破碎化程度提供有价值的决策参考。

镉污染农田替代种植模式及经济效益研究

面向农田镉(Cd)污染背景下的农产品安全问题,探讨不同作物Cd累积规律及不同种植模式经济效益,为实现Cd污染农田安全生产提供科学依据。以Cd污染农田作为试验点,第一年选择14种作物开展了替代作物筛选试验,系统分析了不同作物的Cd累积特征,第二年选取达标率较好的替代作物设置了6种替代种植模式,深入探讨各替代模式的经济效益。结果表明,①研究区域小麦、水稻超标严重,传统稻麦轮作模式具有较高的生产风险;②从作物达标率来看,油菜、高粱、青菜、萝卜、胡豆、毛豆、薏仁、车前草、决明子适合作为替代作物;黄豆、花生、生姜、菊花、薄荷不适合作为替代作物;③车前草-毛豆轮作净利润、现金收益、成本利润率分别较传统稻麦轮作提升124%,123%,5.58%,优先推荐作为当地的替代种植模式。

巢湖流域山水林田湖草生态保护和修复

针对江湖阻隔出现生态退化、围湖造田加快湿地萎缩、山林破损导致生态失衡、农业面源污染加大生态修复压力及城镇扩张威胁水生态安全等生态环境问题,围绕“安澜巢湖、碧水巢湖、生态巢湖、美丽巢湖”的生态保护和修复目标,从巢湖生态系统整体性和流域系统性角度,提出了引调水源和水力调控、退垦还湿和修复湿地、矿山修复和生态涵养林、节水养田和结构调整、治河清源和空间管控等工程措施,以促进流域生态格局不断优化,生态系统服务功能稳步提升,有效保障巢湖水质稳定达到Ⅳ类,营养状态指数小于55,鱼类生物量增加大于10%。巢湖山水林田湖草一体化保护和修复实施方案提出的“污染治理—生态修复—综合管控”技术路线和模式,对于类似湖泊保护和修复在总体推进思路与治理措施优先级安排等方面具有参考和借鉴价值。

以邯西生态廊道为例谈耕地周界生态廊道营建

阐述了邯西生态走廊建设项目的基本情况,分析了该项目所处场地地形地貌、气候特点及植被条件,在保障基本农田性质的前提下,采用“多重生态廊道-景观生态屏障”构建模式,构建了“生态延展带-基本农田延展面”网格空间结构,优化了城郊的生态安全屏障体系及生物多样性保护网络。最终形成邯郸城市西郊高标准基本农田保护线上的三效一体生态廊道。