耕地是粮食安全的载体,是人类社会生存和发展的战略资源。在当前世界人口持续增加、人均耕地占有量减少、粮食安全面临巨大挑战的背景下,精细刻画全球耕地分布空间格局,准确掌握全球耕地时空变化规律,对国家粮食安全战略决策具有重要意义[1]。同时,作为重要的土地景观类型,耕地利用受到人类活动扰动剧烈,耕地的扩展、撂荒、作物类型更替以及与其他地物类型的转换,会改变耕地的物质流和能量流,进而影响地球系统的气候、水文、生物地球循环等全球变化过程[2]。
遥感技术因其覆盖范围大,时效性强以及低成本等优点,成为了全球耕地资源调查和变化监测的主要技术手段。20世纪90年代以来,美国和欧盟等生产了多套全球地表覆盖遥感数据产品,如UMD、IGBP- DISCover、BU-MODIS、GLC2000、GlobCover和IIASA-IFPRI等,这些数据产品在全球变化研究及应用中发挥了重要作用[3,4,5]。然而,这些全球地表覆盖产品的空间分辨率为1 km到300 m,空间分辨率较低,在农业土地景观破碎区域的制图精度较差,刻画农业土地利用活动的能力不足。同时,这些数据集往往针对某一特定时间点或时段,相互间一致性较差,缺乏长时间序列数据集,难以满足地表覆盖时空变化分析的需求[6]。
2009年,中国科学技术部启动了国家“863”计划重点项目“全球地表覆盖遥感制图及关键技术研究”,国家基础地理信息中心联合了北京师范大学、中国农业科学院、中国科学院等18家科研院所和高校,经过4年多的协同攻关,研究解决了30 m空间分辨率全球地表覆盖遥感制图关键技术难题,成功研制出世界首套30 m分辨率的全球地表覆盖数据集—GlobeLand30,在实现了该领域“从跟踪到引领”的跨越式发展。GlobeLand30数据产品包括2000年和2010年两个基准年份,包含有耕地、水体、森林、苔原、草地、人造地表、灌木地、裸地、湿地、冰川和永久积雪等10类一级土地覆盖类别。全球总体分类精度达80%以上,其中耕地分类精度达83.06%[7,8,9]。目前该套产品已经赠予联合国,供联合国及国际社会使用。这是中国向联合国提供的首个全球性地理信息公共产品,被国际同行专家誉为“对地观测与地理信息开放共享的里程碑”[10]。
中国农业科学院农业资源与农业区划研究所参与了GlobeLand30数据产品研发的全过程,为全球耕地的遥感分类和制图作出了重要贡献,尤其牵头制定了《地表覆盖样本采集技术方案》和《数据产品精度评价技术方案》,科学性、操作性和规范性强,有效指导了该套地表覆盖数据产品的精度评价和质量控制。GlobeLand30数据产品为全球或洲域尺度的地表覆盖时空格局变化研究提供了高精度数据源。在前期数据产品研制的基础上,中国农业科学院农业资源与农业区划研究所率先开展了全球耕地利用格局时空变化分析,基于2000和2010年GlobeLand30数据集的耕地数据层,构建了全球及重点区域耕地分析指标体系,研制了耕地分析的海量数据自动化处理和统计技术,建立了适合耕地特点的时空统计和变化分析方法;同时,完成了全球耕地分析成果的集成和发布,实现了在线式交互式耕地知识数据集,为“从数据到知识到服务”提供了重要信息平台。
该专题刊登了该项研究中的6篇耕地利用格局时空变化分析论文,分别从全球[11]、亚洲[12]、欧洲[13]、美洲[14]、非洲[15]和大洋洲[16]角度,描述了全球、各大洲2010耕地空间分布现状、2000—2010年耕地时空变化、耕地与其他地类转入与转出、以及耕地利用强度变化等数量、空间特征。同时,对不同大洲的重点区域耕地时空变化特征进行了深入探讨,如亚洲中国耕地的地块大小变化、欧洲乌克兰耕地撂荒变化、亚马逊地区耕地扩展、非洲耕地时空变化与自然因子关系等。这些研究成果不仅提高了中国全球高分辨率地表覆盖制图的技术水平和分析处理能力,也可为全球水土资源利用、粮食安全研究提供重要基础数据,为服务中国“一带一路”倡议和“农业走出去”战略,充分利用国内国际“两种资源、两个市场”提供技术和信息支撑[11]。
The authors have declared that no competing interests exist.
