文摘

中国的政策和方式项目导致了耕地面积和粮食产量的变化。气候变化也发生在这一时期。分析土地利用和气候变化对粮食生产的影响,耕地的面积在1988 - 2008年中国北方的决心从遥感图像,水分指数(MI)是计算从气象站获得每日气象数据,从统计年鉴和单元获得粮食生产。使用统计和空间分析,我们确定MI减少在大多数研究的区域在此期间。这减少湿度引起潮湿的区域减少和半干旱地区增加。减少潮湿的区域和转换的农田导致农业用地减少在潮湿地区和半干旱和干旱地区的增加。增加单位粮食生产、机械力量,灌溉农田面积导致粮食产量从122799081增加到188532597吨在潮湿的地区,从28875900年到115976814年在半干旱地区,在干旱地区从7622100年到15490026年,分别。增加单位粮食生产和耕地导致增加半干旱地区粮食生产的重要性。

1。介绍

粮食生产是中国政府的首要任务之一,世卫组织发布了一系列旨在维护和改善粮食生产的政策,包括“十政策进一步促进农业经济发展”,1985年“指导方针,加强在农村工作”在1986年。这些政策鼓励农民扩大农田通过考虑土地闲置区域。在1999年,政府阻止收税农产品和开始种植谷物的农民提供补贴。

总的来说,这些政策导致粮食产量不断增加在中国从1978年到2000年(1]。然而,快速城市化引起了耕地面积大幅下降。约17750公里²农田被转换为城市使用从1990年到2010年(2]。中央政府在1999年推出方式项目,导致转换侵蚀农田在山坡上的森林或草原3- - - - - -5]。国土资源部还采取了各种措施(例如,农田补充程序)来弥补损失的农田土地复垦[6]。

气候变化也影响近几十年来农业地区。全球平均地表温度在过去的一个世纪里增加了0.6°C,和降水增加了在一些地区和减少在北半球的人7]。在中国,降水增加2%从1950年到2000年在南部和北部下降了4 - 11%,而温度下降了1.2°C在南方和北方的上升了2.5°C (8- - - - - -10]。

在中国北方气候区主要是潮湿的,半干旱和干旱。湿度的动态空间格局指数在中国北方和农田的特征在不同水分区尚未完全阐明。粮食生产受到许多因素的影响,包括气候、化学施肥、灌溉、复种指数、耕地面积(11- - - - - -14]。这些因素的联合效应的动力在中国北方粮食生产仍有待阐明。本研究的目的是分析湿度的空间格局指数、耕地面积的变化,及其可能对粮食生产的影响。

2。研究区域

中国北方十省,三个自治区,和两个主要城市,包括5.6×10⁶公里²2008年,居住着05.5亿居民(图1)。年平均温度随−5.5到15.3°C,平均年降雨量之间的5和1400毫米。最大的沙漠主要(塔克拉玛干沙漠)坐落在新疆自治区。种植制度主要由单引号和双种植。单一系统主要分布在北部,南部和复种系统发现。中国北方的主要农作物包括大米、玉米、小麦、小米。

3所示。数据和方法

3.1。数据源

三个主要数据集被用来分析湿度和耕地面积对粮食生产的影响。使用Penman-Monteith湿度指数计算方程和Thornthwaite水分指数。输入数据是每天的最大和最小温度,实际每日降水、风速、水汽压力从1988年到2009年。这些数据来自174年中国北方天气观测站点和记录由国家气象局。第二个数据集,包括农田覆盖数据在1980年代末和2008年,被解读为主题映射器/增强型专题成像仪(TM / ETM)图像获得来自美国地质调查局(USGS) (http://www.usgs.gov/)。第三集、单位粮食生产和粮食种植面积在1989年和2008年在地区层面收集从当地和国家统计局年鉴(15- - - - - -18]。没有既定的数据适用于内蒙古自治区1989年,所以1988年的数据。

3.2。方法

水分指数(MI)在每个站每年计算结合改进Penman-Monteith方程和Thornthwaite水分指数(1)如下: 宠物在哪里潜在蒸散(mm d⁻¹),是净树冠辐射(MJ米⁻²d⁻¹),土壤热通量(MJ m⁻²d⁻¹),气温在2米高度(°C),风速在身高2米(m s⁻¹),是真正的蒸汽压(kPa),饱和蒸汽压曲线的斜率(kPa°C⁻¹),干湿表常数(kPa°C⁻¹),MI代表水分指数。的值,,从日常气象站数据得到。粮农组织推荐值,,,被使用。这些值已经广泛用于计算的宠物。

每年的MI所有气象数据插值与ANUSPLINE软件的光栅分辨率100米。MI的线性斜坡从1989年到2008年在中国北方使用最小二乘方法计算每个像素的经济和社会研究所(ESRI公司)ArcGIS和被用来为每个像素平均同比趋势的指标。积极的和消极的斜坡上表明整体损益,分别计算使用 在哪里斜率,年降水的价值吗(),的序列号(,,)。积极的和消极的价值观表明增加和减少的趋势,分别。

陆地卫星图像覆盖中国北方被几何和辐射畸变的校正预处理。在我们之前的研究中,我们收集和几何校正应用于多光谱扫描仪(MSS)数据从1980年代;这些海量存储系统(MSS)中数据被用于几何校正的陆地卫星数据(1980年代末和2008年)。人机交互解释进行遥感图像使用ESRI的ArcGIS 9.3平台。土地覆盖被分为六大类:农田(作物栽培),林地(覆盖着树木包括乔木、灌木、林业种植),草原(由草本植物),水体(自然或灌溉设施和水的容器),未使用的土地(区域不投入实际使用或难以使用的),和建筑环境领域(城乡居民点、工厂和运输设施)。耕地面积在1980年代末和2008年从这些组合中提取数据。

粮食总产量影响单位粮食产量和种植面积。耕地面积和粮食种植指数的主要因素,确定粮食种植面积。粮食种植指数计算 π是复种指数,是粮食种植面积(公顷),在某一地区农田的面积(公顷)。

中国北方地区分为三个水分根据Feddema [19]和Grundstein [20.]。地区与MI低于66−分为干燥、MI患者66−−33之间属于半干旱,与MI大于−33被归类为潮湿。ESRI的ArcGIS空间分析功能是用于分析水分的个人和综合影响指数,农田面积,单位粮食生产、粮食生产和种植指数。

4所示。结果和分析

4.1。水分指数

每日天气观测数据输入(1)获得MI数据为1988 - 2009年中国北方,和MI线性斜率的计算,从1989年到2008年。MI倾向于减少在大多数地区(图2),最快速的减少主要发生在东北地区。增加心肌梗死发生在东南,北,中国北方的一些中部地区。

年度MI值在1988 - 1990年中国北方被视为1989 MI值和MI值2007 - 2009年被认为是作为2008年的值。指的是1989年和2008年MI值被用来分类到潮湿的地区,半干旱和干旱的区域(图3)。潮湿的地区主要集中在研究区南部和东部地区,只有一小部分在遥远的西北部分。

MI在研究期间的趋势显示,湿润区和半干旱和干旱的地区减少增加(表1和图3)。潮湿的地区从283915219年的1989公顷下降到219482992年的2008公顷,下降22.7%。减少在潮湿地区主要发生在中国北部的中部和东北部地区。半干旱区域的面积是105227195公顷,1989年增加到153469562公顷,增长了45.8%。增加的半干旱地区主要发生在中国北部的中部和东北部地区。1989年干旱区域的面积是173833567公顷,2008年增加到190023428公顷,增长了9.3%。干旱地区的增长主要发生在中国北部的西部。

4.2。耕地变化

遥感图像的目视判读的结果呈现在图4和表2和3。耕地主要分布在中国北方的东部和南部地区。农田的面积在1980年代末是98269950公顷(表2),70778220、20403300和7088430公顷在潮湿、半干旱和干旱地区(表2)。的净效应的扩大农田和养殖区域城市化的损失是一个2008年农业面积增加到102300874公顷。这个净增长表明,农田的面积扩张比农田损失。

城市的快速扩张主要发生在中国东部(图5(一个))。大约3808569公顷的农田被转换为市区从1980年代末到2008年(表3)。大多数转换的农田到城市地区发生在潮湿的地区,因为这些地区有一个大比例的人口和一个更强大的经济。

其他土地利用类别转换为耕地的面积从1980年代末到2008年为19078701公顷(表3)。在1980年代,在中国城市化和工业化仍发生在相对较低的利率,以及政府的首要任务是维护和改善粮食生产。中国中央政府发布政策,以确保足够的粮食生产来满足日益增长的需求,导致耕地面积增加。

相比之下,该地区的农田转化为其他土地使用在此期间是15080669公顷,和大部分的转换发生在1999到2008之间。农田1999年之前的扩张导致了严重的水土流失,政府在1999年推出方式项目促进侵蚀农田转换到其他土地使用类别,如森林或草原。

倾向于增加耕地面积从1980年代末到2008年。降低湿度指数表明,半干旱和干旱地区扩大在中国北部的中部和西部地区。减少心肌梗死的联合效应和耕地面积的变化导致较低比例的农田在潮湿地区和更高的百分比在2008年在半干旱和干旱地区。

4.3。粮食生产

粮食生产在地区层面在1980年代末和2008年计算和分析在ArcGIS与MI(表4)。中国北方生产159297081吨在1980年代末,潮湿的地区和粮食生产的比例高于半干旱和干旱地区(表中产生4)。

农田转换成其他土地使用类别导致产量损失,由2008年平均收益率估计在地区层面(表5)。转换引起的农田到城市地区粮食生产将减少19105359吨,并转换到其他土地使用类别导致粮食产量减少57764998吨(表5和图6)。城市化相应损失了0.04%的农田导致粮食产量下降了0.06%在中国北部(图6),表明更高的单位农业地区的粮食生产。其他土地利用类型转换成农田导致粮食产量的增加,从1989年到2008年79677132吨。土地利用的变化的净效应是在中国北方的粮食生产略有增加。

中国北方的粮食生产从1980年代末到2008年增加(表4)。扩大耕地和改进管理的主要因素是导致在半干旱地区粮食产量的快速增加。

5。讨论

5.1。因素引起的心肌梗死的变化

水分指数倾向于减少大部分的研究区域,增加在东南部和一些西方中国北方和中部地区从1989年到2008年。温度和降水是造成这些变化的主要因素。车险,絮娴,Kuerle天气观测站点选择进行分析的原因增加MI的潮湿的地区,减少心肌梗死在半干旱和干旱地区(数字7- - - - - -9)。

在研究期间在车险站年降水量增加和减少其他电台。年降水量的斜率在车险站从1989年到2008年是6.6696;年降水量在1989年是504毫米,增加到1999年的765.8毫米和841.5毫米2008年。在絮娴站年降水量的斜率是−3.026。它的年降水量382毫米,1989年减少到1999年的270.8毫米和289.5毫米在2006年。年降水量的斜率Kuerle火车站−0.877。年度降水量84.4毫米,1989年减少到1996年的78.3毫米和69.5毫米2008年。

每天平均温度均呈增长趋势的气象站(图8)。在絮娴站的时候,平均每天温度为7.3°C, 1989年增加到8.2°C在2000年和2007年的9.1°C。平均每日温度Kuerle站在1989年,1998年和2008年为12.0,12.1,和12.4°C,分别在车险站和相应的值分别为12.3,12.4和12.9°C。

一年一度的宠物均呈增长趋势的气象站(图10)。絮娴站,年度宠物是630毫米,1989年增加到2007年1999年679毫米和764毫米。一年一度的宠物在Kuerle站1989年,1996年和2008年是1033年,1072年和1120毫米。一年一度的宠物在车险站1989年,1999年和2008年是449年,676年和745毫米。

整体效果增加的温度,宠物,在车险气象站降水观测湿度指数的增加,年度MI−29.7在1989年和1999年和2008年的41.3增加到14.9−。这些值表明,年降水量增加的主要因素在增加心肌梗死在中国北部的东部和南部地区。然而,合并后的结果,温度增加,宠物,和减少降水引起的减少MI在另两个站。在絮娴,一年一度的MI−39.4, 1989年下降到2006年1997年和56.2−−55.2;一年一度的MI在1989年Kuerle−92.9,−94.9 1997年,−95.2 2007年。结合,年降水量的减少和增加温度导致减少心肌梗死在中国北部(图9)。

5.2。粮食生产动力学及其驱动力

粮食产量增加了从1989年到2008年在中国北方的所有领域。这一趋势的原因包括增加耕地面积(表2)和增加单位产量(表6)。单位产量受到许多因素的影响,包括温度、降水、化肥、单位产量,粮食种植面积(21- - - - - -24]。我们进一步分析了主要因素导致絮娴单位产量的变化和车险县和确定,复种指数和灌区在车险下降,表明单位产量的增加主要是由于化学肥料应用程序和机器能力增强。在絮娴县,复种指数降低,而单位产量和其他因素增加。因此,可以得出结论,增加单位产量在半干旱地区主要是由于增加化肥的应用程序,机器功率和灌溉农田面积的百分比。

6。结论

水分指数在中国北方计算从日常天气观察气象站从1988年到2008年。耕地面积在这个时期是由遥感图像的目视判读和粮食生产在地区层面获得统计数据。使用空间和统计分析,我们确定MI下降在中国北方的大部分地区和东南部,只增加部分在研究期间中国北方的中间。减少心肌梗死引起潮湿的区域减少和半干旱和干旱的地区增加。农田损失由于城市化主要发生在中国东部的潮湿的地区。减少心肌梗死的联合效应和土地利用变化导致较低比例的农田在潮湿地区和更高比例的农田在2008年在半干旱和干旱地区。单位产量增加在中国北方。增加单位产量在潮湿和半干旱地区主要是由于化学肥料应用和机器能力增强;在半干旱地区,增加灌溉也导致单位产量的增加。扩大耕地和单位产量的增加使得粮食产量不断增加,导致了在半干旱地区增加粮食生产的重要性。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是由中国科学院的主要研究项目(KZZD-EW-14),中国国家自然科学基金(41171334和41171334),人才基金烟台海岸带研究所、生态创新和培育项目(Y254021031 Y355031061),和烟台的科技项目(2012132)。