, 白洁, 常存Spatial-temporal changes in evapotranspiration based on planting patterns of major crops in the Xinjiang oasis during 1960-2010
LVNana, BAIJie, CHANGCun通讯作者:
收稿日期:2017-03-4
修回日期:2017-06-27
网络出版日期:2017-08-10
版权声明:2017《地理研究》编辑部《地理研究》编辑部
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1 引言
农作物种植结构指一个地区或生产单位的农作物组成与布局[1],是土地利用/土地覆被（简称LULC）的具体表现形式和结果。由于不同农作物单位面积蒸散发（Evapotranspiration,ET）不同,种植结构变化会影响农田ET时空分布以及总蒸散发组成（Total evapotranspiration, TET）的变化。目前,中国灌溉面积占农业总面积39%[2],灌溉用水量占农业用水总量90%[3]。基于农作物种植结构的农田ET时空分布变化研究可准确估算农田实际耗水量,对于农业水资源合理利用和分配有重要意义。在中国西北干旱区,水资源已经成为制约当地农业生产和发展限制因素[4,5]。目前在理论和实验方面开展了大量基于站点尺度的绿洲农田ET研究,逐渐形成了以蒸渗仪、波文比—能量平衡和涡动相关为代表的站点观测方法和以水量平衡、经验公式为代表的计算方法。例如：吴锦奎等在黑河流域和甘肃运用水量平衡法估算主要农作物实际ET[6,7];胡志桥等在黑河流域、石羊河流域和陕西杨陵利用波文比能量平衡法、涡度相关法和蒸渗仪法对主要农作物实际ET进行了对比验证实验[8-10]。近年来,遥感蒸散模型（例如：SEBAL、SEBS和单、双层蒸发等模型[11-13]）已被广泛应用于大区域ET的时空变化研究中。由于遥感模型的土地类型输入参数多以MODIS,LANDSAT,SPOT等不同分辨率的遥感数据源为主,存在时间序列短和不连续的局限性。目前,联合国粮农组织（简称FAO）在全球范围内对参考农作物蒸散发（reference evapotranspiration, ET0）计算方法和过程提出了标准化规范,并被广泛应用于农作物的实际ET计算中。尹海霞等利用FAO推荐的Penman-Monteith（P-M）作物系数法估算基于历史气候数据的西北干旱区（黑河流域、甘肃民勤）主要农作物ET[14-16]。但是受气候、经济、人口等因素影响,农作物种植结构的空间分布会发生明显变化,仅考虑种植结构不变的情况,不能较为准确估算长时间序列农作物ET和掌握农田耗水的时空变化规律。因此,准确的获取农作物种植结构的长期动态信息尤为重要。目前,农作物种植结构信息来源主要有两种：基于行政单元的农业统计数据和基于遥感数据源。但是,前者数据不能准确表达农作物的时空分布特征[17],后者较难获取长期且连续的变化信息[18]。近年来,利用多源数据融合方法提取农作物种植结构的空间信息备受关注[19,20]。遥感数据和统计数据的空间叠加处理就是该类方法代表,它可将农作物种植比例精确分配至像元尺度,有利于提高区域尺度长时间序列的农田ET估算精度。
位于中国西北干旱区的新疆,拥有丰富的耕地贮备资源,是全国主要的粮棉产区。近半个世纪以来,新疆绿洲农田面积扩张显著,虽然仅占全疆土地面积10%,却是LULC和水资源利用变化最为频繁和活跃的地区。准确掌握新疆绿洲农田面积和种植结构历史演变规律对于优化粮棉生产布局,提高农业水资源利用效率,保持绿洲和荒漠生态环境的可持续发展,以及维护新疆社会和经济稳定都具有重要意义。因此,拟选取约占全疆农作物类型70%的小麦、玉米和棉花为主要农作物种植类型,利用多源数据融合方法产生1960-2010年全疆绿洲农田区逐年的农作物种植比例分布数据集,在此基础上采用P-M单作物系数法计算农作物ET,并基于流域尺度评价全疆绿洲区主要农作物种植结构和TET时空变化特征。
2 研究方法与数据来源
2.1 研究区概况
新疆地形呈“三山夹两盆”的格局,绿洲位于盆地和山区之间。随着灌溉技术的不断改进,过去水土资源条件较差的戈壁、荒漠地区逐渐被开垦为新的耕地。绿洲范围从以前的山前冲积平原和河谷两岸不断向荒漠深处扩展,从而形成大量依靠地表水或地下水灌溉的人工绿洲农田区[21]。受地形影响,新疆大部分地区为典型的温带大陆性干旱气候。多年平均太阳总辐射量达5440~6280 MJ/m2,平均日照时数达2500~3400 h/yr;平均温度为7.9 ℃/yr,≥10 ℃平均积温为1600~4500 ℃;平均降水量为150 mm/yr,蒸发量高达1750~2700 mm/yr。新疆是典型的绿洲灌溉农业,2014年小麦、玉米和棉花种植面积之和占总农作物面积的74.6%[22]。1980年之前的计划经济体制下,新疆以粮食作物（小麦和玉米）为主要种植结构类型[23];而棉花产量占全国棉花总产量低于3%[24]。1980年以后,新疆小麦和玉米种植面积和产量在全国粮食生产占比中下降显著,相反棉花的占比跃居全国之首[25]。全疆棉花种植面积由1980年之前的不足20.0×104 hm2增加到2014年的242.1×104 hm2,占全国棉花总产量的73.0%[22]。
2.2 数据来源
主要数据来源如表1所示：Tab. 1
表1
表1新疆主要农作物种植结构数据来源
Tab. 1The data source of major crops' planting structure in the oasis of Xinjiang
| 数据类型 | 年份 | 数据来源 | 名称 |
|---|---|---|---|
| 统计数据 | 1949-1985年 | 《新疆50年》[26]《石河子市社会经济统计年鉴》[27] | 种植比例 |
| 1988-2013年 | 《新疆统计年鉴》[22]《石河子市社会经济统计年鉴》 | ||
| 遥感、地理信息数据 | 1960年 | 《中国干旱区土地利用与土地覆被变化》[28] | LULC |
| 1970年、1980年 | 中国科学院新疆生态与地理研究所产生的数据集 | ||
| 1990年 | “中国资源环境遥感数据库”[29] | ||
| 2000年、2010年 | 2000年土地覆盖数据集（China Cover 2000）、2010年土地覆盖数据集（China Cover 2010）[30] |
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（1）县级农业统计数据。1988年之前全疆县级农业统计数据,包括9个代表年份的总农作物、小麦、玉米和棉花种植面积及县级总农作物和粮食作物种植面积数据。1988-2013逐年的新疆县级和兵团的农业统计数据,包括总农作物、小麦、玉米和棉花种植面积。由于新疆部分县（市）被撤销或者合并造成县级行政边界有所变更,以2014年国家基础地理信息中心发布的新疆县级行政边界为基础,整理了86个（包括兵团）县级农业数据统计单元。
（2）耕地空间分布数据。利用新疆LULC数据产品,提取6期全疆耕地面积空间分布数据。
（3）物候数据集。采用来自中国气象科学数据共享服务网（http://cdc.cma gov cn/）下载的新疆34个农业气象台站1992-2013年地面逐日物候观测数据集,确定新疆绿洲区农作物的关键生育期。其中,涉及棉花关键生育期观测资料的农气站点有24个,小麦的13个和玉米的19个。
（4）气象数据集。1960-2010年全疆52个气象站点的逐日观测数据来源于中国气象科学数据共享服务网（http://cdc.cma gov cn/）,包括最低气温、最高气温、平均气压、平均风速、日照时间、降水等。利用高分辨率气象数据插值方法（MicroMet）[31],将逐日的站点气象数据插值到10 km×10 km的栅格格式,并进行地形校正,插值后的气象栅格数据用于参考蒸散发ET0的计算。
2.3 基于统计和遥感数据的种植结构信息提取
利用ArcGIS空间分析功能和R语言,将全疆农业种植面积统计数据与县级行政边界矢量数据进行空间属性信息关联,得到基于县级行政单元的全疆主要农作物种植比例空间要素集,并将该要素集栅格化处理后与基于全疆LULC数据产品提取的耕地分布栅格数据集进行空间叠加处理,将基于县级行政单元的种植比例赋值到对应行政单元内的耕地像元尺度上,最后形成1960-2010逐年的新疆绿洲农田三种主要农作物（玉米、小麦和棉花）种植比例时空分布栅格数据集（分辨率：500 m×500 m）。技术流程如图1所示。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图1新疆三种主要农作物种植结构栅格数据集技术流程图
-->Fig. 1The flowchart of the spatial distribution of three major crops' proportion in Xinjiang
-->
在本文中,某县某种农作物的种植比例采用某县某种农作物种植面积占某县总农作物种植面积的百分比确定。新疆主要农作物种植面积的统计数据在时间上存在不连续性,1988年以前没有连续的数据,因此,1988年之前不连续年份的县级小麦、玉米和棉花种植比例由式（1）~式（4）计算得到;1988-2013年连续年份的种植比例由式（4）计算得到。具体公式如下：
式中：Area_m、Area_g、Area_w、Area_c、S分别指县级玉米、粮食、小麦、棉花和总农作物种植面积（103 hm2）;
将通过式（1）~式（4）计算得到1988年之前（1949年、1952年、1955年、1965年、1970年、1975年、1978年、1980年、1985年）种植比例统计数据与新疆县级行政单元矢量边界进行空间属性信息关联,得到基于县级行政单元的主要农作物种植比例空间要素集,并对该要素集进行栅格化处理得到1988年之前9个不连续年份的全疆种植比例的500 m×500 m栅格数据集。在此基础上,通过空间线性插值得到1949-1987年逐年的三种农作物种植比例栅格数据集。同时,也将1988-2013年计算得到的主要农作物种植比例统计数据与县级行政单元矢量边界进行空间属性信息关联和栅格化处理,得到基于全疆县级行政单元1988-2013逐年主要三种农作物种植比例的500 m×500 m栅格数据集。
基于全疆LULC数据产品提取的6期耕地分布矢量数据进行栅格化处理和线性插值,得到1960-2010年逐年的全疆耕地空间分布500 m×500 m栅格数据集。并将其与基于县级行政单元的三种主要农作物种植比例栅格数据集进行空间叠加处理,产生1960-2010年全疆逐年的基于绿洲耕地的玉米、小麦和棉花种植结构空间分布栅格数据集。
2.4 ET0、ET和TET计算
根据已插值的气象栅格数据集,采用FAO推荐的P-M公式计算农作物ET0[32]。式中：ET0表示参考作物蒸散发（mm/d）;Δ表示饱和水气压—温度的关系斜率（KPa/℃）;Rn表示地表净辐射通量（MJ/(m2·d)）;G表示土壤热通量（MJ/(m2·d)）;ea表示饱和水汽压（KPa）;ed表示实际水汽压（KPa）;γ表示湿度常数（KPa/℃）;T表示大气平均温度（℃）;U2表示2 m处的风速（m/s）。
FAO推荐的ET作物系数计算具体公式为：
式中：ET表示作物实际蒸散发（mm）;KC表示不同生育期作物系数。
本文计算的农田区ET为充分灌溉条件下的农田最大ET。由于南北疆气候条件差异较大,依据中国气象局信息中心物候数据集,利用农作物物候站点观测数据,确定南疆和北疆主要农作物（小麦、玉米和棉花）的平均生育期和不同生育期的作物系数
Tab. 2
表2
表2新疆绿洲主要农作物不同生长期的作物系数
Tab. 2Crop coefficients of major crops in the oasis of Xinjiang during growing seasons
| 区域 | 农作物 | 作物系数 | 播种期 | 成熟期 | 总计 （天） | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 初始生长期 | 快速生长期 | 生长中期 | 成熟期 | |||||
| 北疆 | 小麦 | 0.17 | 0.17~1.16 | 1.16 | 1.16~0.4 | 3/26 | 8/3 | 130 |
| 玉米 | 0.21 | 0.21~1.2 | 1.2 | 1.2~0.35 | 3/27 | 9/9 | 134 | |
| 棉花 | 0.26 | 0.26~1.2 | 1.2 | 1.2~0.7 | 3/28 | 11/4 | 199 | |
| 南疆 | 小麦 | 0.17 | 0.17~1.16 | 1.16 | 1.16~0.4 | 3/8 | 7/1 | 115 |
| 玉米 | 0.21 | 0.21~1.2 | 1.2 | 1.2~0.35 | 4/14 | 9/11 | 150 | |
| 棉花 | 0.26 | 0.26~1.2 | 1.2 | 1.2~0.7 | 4/12 | 10/27 | 198 | |
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3 结果分析
3.1 1960-2010年新疆主要农作物种植结构时空变化特征
如图2所示,全疆三种主要农作物占总农作物面积比例从20世纪60年代的53.18%增加到21世纪初10年的62.07%,增幅为8.81%,目前,全疆已从由粮食生产为主的单一种植结构转变为以经济作物（棉花）为主的种植结构格局。20世纪60-80年代,全疆三种主要农作物种植比例较为稳定,其中小麦占主要的组成部分（36.17%~36.87%）;其次为玉米（13.69%~14.16%）;棉花种植比例最低（3.16%~6.07%）。20世纪90年代以后,全疆小麦和棉花的种植比例分别呈显著降低和升高趋势,而玉米种植比例略有减少。21世纪初10年棉花替代小麦,成为最主要的农作种植类型（28.65%）,其次为小麦（22.16%）,玉米最低（11.26%）。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图2近50年新疆绿洲农田区三种主要农作物种植比例
-->Fig. 2The planting proportion of three major crops of Xinjiang in 1960s, 1970s, 1980s, 1990s and 2000s
-->
1960-2010年,全疆大部分绿洲农田区的小麦和玉米种植比例呈明显减少的趋势（图3a、图3b）,多年的平均变化率分别为-15.51%/yr和-2.77%/yr;而棉花种植比例呈显著增加趋势（图3c）,多年平均变化率为39.70%/yr。全疆18个流域中,小麦和玉米种植比例减少的流域分别有15个和11个,而棉花种植比例增加的流域有13个。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图31960-2010年新疆绿洲农田区三种主要农作物种植比例时空变化特征
-->Fig. 3The spatial changes of the planting structure of three major crops in Xinjiang oasis from 1960-2010
-->
近50年来,北疆地区小麦种植比例的平均减速（-17.98%/yr）大于南疆地区（-13.04%/yr）。艾丁湖（AD）和哈密（HM）流域的小麦种植面积占比减少最为显著,分别为-79.11%/yr和-32.77%/yr;而博格达山北麓（BGD）和伊犁河（YL）流域的小麦种植面积占比呈增加趋势,分别为：16.25%/yr和10.69%/yr。在南疆地区的各子流域小麦种植比例普遍呈减少趋势,减少最明显的流域是叶尔羌河（YRQ）和喀什葛尔河（KSGR）流域,分别为：-24.11%/yr和-20.88%/yr。
1960-2010年,南疆地区的平均棉花种植比例的增速（58.09%/yr）高于北疆地区（21.31%/yr）。近年来,南疆各子流域的棉花种植比例均呈增加趋势,尤其在塔里木河干游（TLM）和阿克苏（AKS）流域的棉花种植比例增速最为突出,分别为：98.31%/yr和92.91%/yr。北疆地区各子流域的棉花种植比例变化趋势有所不同,其中在沿天山北坡的艾比湖（ABH）和玛纳斯河（MNS）流域棉花的种植比例增速较为明显,分别为：96.99%/yr和68.81%/yr。由于受热量资源和地形条件的限制,在沿阿勒泰山的额尔齐斯河（ERQS）、乌伦古河流域（WLG）、额敏河（EM）以及天山伊犁河（YL）流域不适宜种植棉花,故在耕地面积增加的情况下这里的棉花种植比例有所减少。
1960-2010年全疆玉米种植比例较为稳定,南疆地区呈有所减少趋势（-6.50%/yr）,而北疆地区变化不大（0.94%/yr）。南疆地区各子流域的玉米种植结构大部分呈减少趋势,其中减少最明显的在叶尔羌河（YRQ）和喀什葛尔河（KSGR）流域,分别为12.03%/yr和11.15%/yr。北疆地区玉米种植比例呈减少和增加最明显的流域分别在伊犁河流域（-12.18%/yr）和艾比湖流域（10.34%/yr）。
3.2 1960-2010年主要农作物TET的时空变化特征分析
如图4所示,全疆三种主要农作物TET之和从20世纪60年代的321.83×108 m3增加到21世纪初10年的475.81×108 m3。近50年来,全疆三种农作物TET中最主要的组成部分由小麦（59.12%）转变为棉花（52.55%）。全疆小麦TET呈先增加后减小的趋势,20世纪70年代达到最高（236.31×108 m3）,随后减少至2000年以后为最低（137.59×108 m3）。相比小麦TET快速减少,玉米TET减少平缓,从20世纪70年代的高峰111.29×108 m3,减少到2000年以后的88.16×108 m3。与此同时,棉花TET呈持续增加趋势,从20世纪60年代的29.01×108 m3,增加到250.02×108 m3。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图4近50年新疆绿洲农田区三种主要农作物TET
-->Fig. 4The total evapotranspiration of three major crops of Xinjiang oasis in the 1960s, 1970s, 1980s, 1990s and 2000s
-->
1960-2010年,全疆大部分绿洲农田区的小麦和玉米TET呈现明显减少的趋势（图5a、图5b）,多年的平均变化率分别为-0.10×108 m3/yr和-0.28×107 m3/yr;棉花TET呈显著增加趋势（图5c）,多年平均变化率为0.30×108 m3/yr。在全疆18个流域中,小麦和玉米TET减少的流域分别有15个和11个,而棉花TET增加的流域有13个。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图51960-2010年新疆绿洲农田三种主要农作物TET时空变化特征
-->Fig. 5The spatial changes of total evapotranspiration from three major crops in Xinjiang oasis from 1960-2010
-->
近50年来,北疆地区的平均小麦TET的减少率（-0.13×108 m3/yr）大于南疆地区（-0.72×107 m3/yr）。玛纳斯（MNS）和艾比湖（ABH）流域的小麦TET减少最为显著,分别为-0.44×108 m3/yr和-0.23×108 m3/yr;但在伊犁河（YL）流域和博格达山北麓（BGD）流域,小麦TET呈增加的趋势,分别为0.15×107 m3/yr和0.36×107 m3/yr。而南疆地区各流域的小麦TET普遍呈现减少的趋势,减少最明显的流域是叶尔羌河（YRQ）和喀什葛尔河（KSGR）流域,均为-0.16×108 m3/yr。
1960-2010年,南疆地区多年平均棉花TET变化率（0.35×108 m3/yr）远高于北疆地区（0.26×108 m3/yr）。南疆各子流域的棉花TET均呈增加趋势,其中在塔里木河干游（TLM）和阿克苏（AKS）流域的棉花TET增加最为显著,分别为：0.58×108 m3/yr和0.68×108 m3/yr。北疆各子流域的棉花TET变化趋势有所不同,其中在沿天山北坡的艾比湖（ABH）和玛纳斯河（MNS）流域棉花TET增加较为明显,分别为：1.10×108 m3/yr和1.20×108 m3/yr;而在沿阿勒泰山的额尔齐斯河（ERQS）,乌伦古河流域（WLG）,额敏河（EM）以及天山伊犁河（YL）流域的棉花TET有所减少。
1960-2010年,南疆流域多年平均玉米TET变化率（-0.54×107 m3/yr）大于北疆流域（-0.20×106 m3/yr）。南疆流域玉米TET大部分呈减少趋势,其中减少最明显的在叶尔羌河（YRQ）和喀什葛尔河（KSGR）流域,分别为-0.14×108 m3/yr和-0.13×108 m3/yr。北疆地区玉米TET呈明显减少的在伊犁河流域（-0.13×108 m3/yr）,而明显增加的在艾比湖流域（0.80×107 m3/yr）。
4 讨论
水资源一直是新疆绿洲农业发展的最主要限制条件。全疆绿洲农业用水量占可利用水资源总量90%,且农业用水结构和分布规律与耕地面积和种植结构有密切关系。一般研究认为,耕地面积和种植结构演变是政策、市场供求、经济效益、人口增长、气候变化等多重因素综合作用的结果,目前较难进行驱动因素的定量化分析。本文从气候变化、灌溉技术改进、以及市场经济三个方面开展定性分析。由图6可见,近50年,新疆绿洲农田区三种（≥ 0 ℃、≥ 10 ℃和≥ 20 ℃）积温的长期变化趋势都呈持续增加,且≥ 20 ℃积温的增速最大（81.2 ℃/10yr）,≥ 10 ℃积温的增速最小（75.8 ℃/10yr）。热量资源的增加必然会影响农作物种植制度和农作物时空分布格局。有研究表明,≥10 ℃积温增加,新疆耐寒作物冬小麦播种期逐渐推后,种植北界逐渐北移;而喜温作物玉米和棉花的播种期随之提前,种植界限不断北移东扩。例如在新疆棉花主产区的渭干河—库车河三角洲[34]、石河子地区[35]都有研究表明这里≥10 ℃积温和日照时数等热量资源不断增加有利于棉花种植面积和产量的增加。王荣晓等发现在阿勒泰地区气候变暖导致春玉米播种期提前和种植区不断东扩[36]。这与本文中,1960-2010年渭干河（WG）和玛纳斯河（MNS）流域的棉花种植比例,以及位于阿勒泰地区的额尔齐斯河（ERQS）和乌伦古河流域（WLG）的玉米种植比例增加的结论较为一致。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图6近50年新疆耕地三种积温多年变化趋势
-->Fig. 6Changes in trends of cumulative temperatures （≥0 ℃, ≥10 ℃ and ≥20 ℃） in Xinjiang cropland from 1960-2010
-->
田间管理技术的改进,可以从一定程度上减弱光热水等影响农作物生长的自然限制条件,改变农作物种植的时空分布格局。研究表明地膜覆盖对土壤具有增温保湿的作用,可促进农作物前期生长以及延长生育期[37],尤其适用于中国西北干旱区的喜温耐旱作物。2000年以后,覆膜技术在新疆绿洲农田区（玉米、棉花、蔬菜等）得到推广[22],2005年的覆膜面积比1990年增加了3.15倍[38]。尤其是覆膜和滴灌技术结合的高效膜下滴灌技术的应用不仅提高了单位面积农作物水分利用效率,也扩大了棉花等经济作物的可适宜种植范围,为新疆绿洲棉田的快速扩张提供了重要保障[39]。目前,本文没有考虑膜下滴灌技术对农作物单位面积实际蒸散发的影响,在后续的研究中将借助作物或者生态模型,增加覆膜过程模拟。
此外,新疆绿洲主要农作物种植结构时空分布变化还主要受到市场需求关系和农作物经济特性的影响[23]。单位产品的棉花价格在国家宏观调控指导下波动增加。有研究表明新疆作为全国最大的产棉区和最大商品棉基地,受市场需求和各农作物间经济效益竞争的影响[40],全疆棉花和小麦种植比例分别呈增加和减少趋势,玉米种植比例保持稳定。
5 结论
（1）1960-2010年新疆绿洲农田持续扩张,且主要农作物种植结构发生显著变化。以棉花为代表的经济作物代替以小麦和玉米为代表的粮食作物,成为全疆绿洲区的优势农作物种植类型。全疆有72.2%的流域棉花种植比例表现为上升趋势;相反分别有77.8%和55.6%的流域小麦和玉米种植比例呈下降趋势。1960-2010年,北疆地区小麦平均种植比例减少速率高于南疆地区,而南疆地区棉花平均种植比例增加速率高于北疆地区,南北疆地区玉米平均种植比例变化率均保持稳定。棉花种植比例显著增加的流域主要分布在塔里木盆地的干游流域（TLM）、阿克苏流域（AKS）,以及天山北坡的艾比湖流域（ABH）和玛纳斯流域（MNS）。小麦种植比例明显减少的流域主要分布在艾丁湖流域（AD）、哈密流域（HM）以及额敏河流域（EM）。（2）1960-2010年全疆绿洲农田区三种主要农作物TET之和呈增加趋势,增加了47.85%。其中,全疆棉花TET增幅最大（124.3%）,其次为玉米TET（46.9%）,小麦TET增幅最低（15.1%）。在全疆农作物种植面积增加的情况下,棉花种植比例增加使棉花TET对全疆主要农作物总耗水量增加的贡献最大,而小麦种植比例减少使得小麦TET对总耗水量增加的贡献最低。进入21世纪,棉花代替小麦成为最重要的农田耗水组成部分,也代表新疆农业耗水结构发生改变,从粮食作物转移到经济作物。可见,全疆绿洲农田区种植面积和结构变化对农作物耗水时空分布和总耗水量组成变化具有重要影响。
The authors have declared that no competing interests exist.
参考文献 原文顺序
文献年度倒序
文中引用次数倒序
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| [1] | . <P><FONT face=Verdana>遥感技术因其高时效、宽范围和低成本等优点正被广泛应用于对地观测活动中,为大区域尺度掌握农作物空间格局提供了新的科学技术手段。本文系统总结了近10年来国内外农作物空间格局遥感监测在理论、方法、实践应用等方面取得的新进展,指出了亟待解决的问题,并对今后的发展方向进行了展望。研究认为,农作物种植面积遥感监测主要根据遥感传感器记录的不同农作物光谱特征的差异,进行不同农作物种植面积的识别,方法主要包括：基于光谱特征、基于作物物候特征和基于多源数据的农作物遥感识别方法。遥感技术应用于农作物复种模式监测主要根据时间序列植被指数描述的作物季节活动过程,利用不同的拟合方法得到作物生长曲线,实现作物复种模式有效监测。农作物种植方式遥感监测是更高层次的遥感应用,主要利用时间序列遥感数据,根据作物植被指数的变化规律区分不同作物生育周期,判断不同复种模式下作物的种植顺序和方式。在未来相当长的一段时间内,建立农作物空间格局遥感监测的理论和技术体系、发展和改进遥感影像分类方法、优化时间序列遥感数据平滑技术和提高信息提取的自动化与流程化将是农作物空间格局遥感监测需要重点解决的几个关键问题。<BR></FONT></P> . <P><FONT face=Verdana>遥感技术因其高时效、宽范围和低成本等优点正被广泛应用于对地观测活动中,为大区域尺度掌握农作物空间格局提供了新的科学技术手段。本文系统总结了近10年来国内外农作物空间格局遥感监测在理论、方法、实践应用等方面取得的新进展,指出了亟待解决的问题,并对今后的发展方向进行了展望。研究认为,农作物种植面积遥感监测主要根据遥感传感器记录的不同农作物光谱特征的差异,进行不同农作物种植面积的识别,方法主要包括：基于光谱特征、基于作物物候特征和基于多源数据的农作物遥感识别方法。遥感技术应用于农作物复种模式监测主要根据时间序列植被指数描述的作物季节活动过程,利用不同的拟合方法得到作物生长曲线,实现作物复种模式有效监测。农作物种植方式遥感监测是更高层次的遥感应用,主要利用时间序列遥感数据,根据作物植被指数的变化规律区分不同作物生育周期,判断不同复种模式下作物的种植顺序和方式。在未来相当长的一段时间内,建立农作物空间格局遥感监测的理论和技术体系、发展和改进遥感影像分类方法、优化时间序列遥感数据平滑技术和提高信息提取的自动化与流程化将是农作物空间格局遥感监测需要重点解决的几个关键问题。<BR></FONT></P> |
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| [3] | . 在水资源短缺地区，除了节水灌溉技术、节水栽培技术之外，调整种植结构也是农业节水的一项重要技术措施。论文综合考虑区域社会、经济、环境协调发展，构建了区域节水高效种植结构调整的多目标模糊优化模型，克服了以往模型研究中存在的只注重经济效益而忽视社会和生态效益的局限性。并应用该模型对水资源严重短缺的华北地区进行实证研究，通过对该区种植结构调整的定量分析运算，提出了该区2010年和2030年的节水高效种植结构优化调整方案，该方案重点压缩了高耗水作物种植比例，扩大了低耗水作物种植比例，种植业用水效率逐步提高。 . 在水资源短缺地区，除了节水灌溉技术、节水栽培技术之外，调整种植结构也是农业节水的一项重要技术措施。论文综合考虑区域社会、经济、环境协调发展，构建了区域节水高效种植结构调整的多目标模糊优化模型，克服了以往模型研究中存在的只注重经济效益而忽视社会和生态效益的局限性。并应用该模型对水资源严重短缺的华北地区进行实证研究，通过对该区种植结构调整的定量分析运算，提出了该区2010年和2030年的节水高效种植结构优化调整方案，该方案重点压缩了高耗水作物种植比例，扩大了低耗水作物种植比例，种植业用水效率逐步提高。 |
| [4] | . 中国科学院机构知识库(中国科学院机构知识库网格（CAS IR GRID）)以发展机构知识能力和知识管理能力为目标，快速实现对本机构知识资产的收集、长期保存、合理传播利用，积极建设对知识内容进行捕获、转化、传播、利用和审计的能力，逐步建设包括知识内容分析、关系分析和能力审计在内的知识服务能力，开展综合知识管理。 |
| [5] | . 基于1960-2010年中国西北地区126个国家气象站点实测数据,应用Morlet小波函数、Kendall趋势系数、Mann-Kendall突变检验等方法分析西北地区水分盈亏量时空变化特征。结果表明:西北地区大部分区域水分盈亏量为负值,呈由东南和西北两侧向中部逐渐减小的空间格局。在研究时段内水分盈亏量总体呈上升趋势,但各季节水分盈亏量变化存在一定的差异性,其中春夏冬三个季节水分盈亏量呈上升趋势,而在秋季呈下降趋势。西北地区水分盈亏量变化存在3.5~5 a左右的主周期,其中夏季周期变化以强振荡为主,年际波动大,而其它三个季节以弱振荡周期为主。位于西风带气候区与高原气候区的站点水分盈亏量呈上升趋势,且多发生突变;水分盈亏量呈下降趋势的站点主要位于东南季风区及其边缘区。 . 基于1960-2010年中国西北地区126个国家气象站点实测数据,应用Morlet小波函数、Kendall趋势系数、Mann-Kendall突变检验等方法分析西北地区水分盈亏量时空变化特征。结果表明:西北地区大部分区域水分盈亏量为负值,呈由东南和西北两侧向中部逐渐减小的空间格局。在研究时段内水分盈亏量总体呈上升趋势,但各季节水分盈亏量变化存在一定的差异性,其中春夏冬三个季节水分盈亏量呈上升趋势,而在秋季呈下降趋势。西北地区水分盈亏量变化存在3.5~5 a左右的主周期,其中夏季周期变化以强振荡为主,年际波动大,而其它三个季节以弱振荡周期为主。位于西风带气候区与高原气候区的站点水分盈亏量呈上升趋势,且多发生突变;水分盈亏量呈下降趋势的站点主要位于东南季风区及其边缘区。 |
| [6] | . 在黑河流域中游的张掖绿洲区建立了大田环境下的春小麦和夏玉米间作农田能水平衡研究观测点，以气象观测资料为基础，采用波文比能量平衡法(BREB)和参考作物蒸散量—作物系数法<i>(ET<sub>0</sub>-K<sub>c</sub>)</i>对作物的蒸散进行了计算。结果表明：在一个完整的生长期内，利用波文比能量平衡法得到的间作作物蒸散量为688 mm，日均3.4 mm/d，用参考作物蒸散量—作物系数法得到的作物蒸散量为666 mm，日均3.3 mm/d，两种计算方法得到的蒸散量总值差别小。同期，水文平衡法计算结果为733 mm。利用波文比能量平衡法所得结果的分析表明，试验地在不同生长阶段，<i>ET</i>变化剧烈，生长初期、中期、末期分别为1.19、4.41和2.58 mm/d，其蒸散量分别占全年蒸散总量的7.79%、78.73%和13.48%。<i>ET</i>月变化显示，3月维持在一个较低水平；4月和5月剧烈增加；6月达到最大；此后的7月和8月降低，但仍维持在一个高水平；9月，随着作物进入生长末期，蒸散急剧减小。对<i>ET</i>日内变化分析可知，作物蒸散开始于早晨7∶00～8∶00，在14∶00左右达到最大，19∶00～20∶00趋于0 mm/d。不同生长阶段蒸散强度差异明显。 . 在黑河流域中游的张掖绿洲区建立了大田环境下的春小麦和夏玉米间作农田能水平衡研究观测点，以气象观测资料为基础，采用波文比能量平衡法(BREB)和参考作物蒸散量—作物系数法<i>(ET<sub>0</sub>-K<sub>c</sub>)</i>对作物的蒸散进行了计算。结果表明：在一个完整的生长期内，利用波文比能量平衡法得到的间作作物蒸散量为688 mm，日均3.4 mm/d，用参考作物蒸散量—作物系数法得到的作物蒸散量为666 mm，日均3.3 mm/d，两种计算方法得到的蒸散量总值差别小。同期，水文平衡法计算结果为733 mm。利用波文比能量平衡法所得结果的分析表明，试验地在不同生长阶段，<i>ET</i>变化剧烈，生长初期、中期、末期分别为1.19、4.41和2.58 mm/d，其蒸散量分别占全年蒸散总量的7.79%、78.73%和13.48%。<i>ET</i>月变化显示，3月维持在一个较低水平；4月和5月剧烈增加；6月达到最大；此后的7月和8月降低，但仍维持在一个高水平；9月，随着作物进入生长末期，蒸散急剧减小。对<i>ET</i>日内变化分析可知，作物蒸散开始于早晨7∶00～8∶00，在14∶00左右达到最大，19∶00～20∶00趋于0 mm/d。不同生长阶段蒸散强度差异明显。 |
| [7] | . 以水量平衡关系为理论基础,引用1956～2000年黑河中游地区各县的气象资料和2002年4月～2003年10月不同类型植被区的土壤水分动态监测数据,并采用GIS技术进行生态分区的基础上估算该地区的植被生态需水量,分析生态需水量的时空变化以及缺水量.结果表明:黑河中游地区每年最适生态需水量在9.48×108～11.58×108m3之间,除去相应植被区域上的有效降水量4.74×108 m3,还需要从径流中补给4.74×108～6.84×108m3.除山丹和民乐县外,其它各县的降水量均不能满足临界生态需水量.若以最适生态需水量为标准,山丹县的缺水量最大,占整个中游地区缺水量的40.9%.另外,在水资源配置方案中,不仅要考虑空间上的差异,而且更要注意生态需水量在时间上的变化.分析表明,黑河中游地区的生态需水量的亏缺主要发生在4～6月份. . 以水量平衡关系为理论基础,引用1956～2000年黑河中游地区各县的气象资料和2002年4月～2003年10月不同类型植被区的土壤水分动态监测数据,并采用GIS技术进行生态分区的基础上估算该地区的植被生态需水量,分析生态需水量的时空变化以及缺水量.结果表明:黑河中游地区每年最适生态需水量在9.48×108～11.58×108m3之间,除去相应植被区域上的有效降水量4.74×108 m3,还需要从径流中补给4.74×108～6.84×108m3.除山丹和民乐县外,其它各县的降水量均不能满足临界生态需水量.若以最适生态需水量为标准,山丹县的缺水量最大,占整个中游地区缺水量的40.9%.另外,在水资源配置方案中,不仅要考虑空间上的差异,而且更要注意生态需水量在时间上的变化.分析表明,黑河中游地区的生态需水量的亏缺主要发生在4～6月份. |
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| [11] | . 运用1985年、2000年和2010年遥感资料与SEBAL模 型估算了塔里木河干流区蒸散发.结果表明:该区蒸散发量较大,介于0～5.11 mm/d之间；靠近河道区蒸散发明显大于远离河道区；各土地利用/覆被类型蒸散发大小依次为:水体＞耕地＞林地＞草地＞未利用地＞居工地,主要与其植被覆 盖度和水分供给条件有关；而日总蒸散发大小顺序为:草地＞未利用地＞耕地＞林地＞水体＞居工地,这与各土地利用/覆被类型面积密切相关.在 1985-2010年间,塔里木河干流区日总蒸散发量先减小后增大；上游平均日总蒸散发量为中游和下游的1.27倍和1.42倍.2000年塔里木河干流 区日总蒸散发比1985年减少了6.80×104m3,原因是中游和下游日总蒸散发减小,而上游日总蒸散发量却增加了3.02×105m3.2010年干 流区日总蒸散发比2000年高6.78×105m3,其中上游和中游日总蒸散发量增加了1.19×106m3,而下游却降低了5.16×105m3,主要 受中上游地区绿洲耕地面积扩张,水资源开发量过大,下游来水量减少的影响. . 运用1985年、2000年和2010年遥感资料与SEBAL模 型估算了塔里木河干流区蒸散发.结果表明:该区蒸散发量较大,介于0～5.11 mm/d之间；靠近河道区蒸散发明显大于远离河道区；各土地利用/覆被类型蒸散发大小依次为:水体＞耕地＞林地＞草地＞未利用地＞居工地,主要与其植被覆 盖度和水分供给条件有关；而日总蒸散发大小顺序为:草地＞未利用地＞耕地＞林地＞水体＞居工地,这与各土地利用/覆被类型面积密切相关.在 1985-2010年间,塔里木河干流区日总蒸散发量先减小后增大；上游平均日总蒸散发量为中游和下游的1.27倍和1.42倍.2000年塔里木河干流 区日总蒸散发比1985年减少了6.80×104m3,原因是中游和下游日总蒸散发减小,而上游日总蒸散发量却增加了3.02×105m3.2010年干 流区日总蒸散发比2000年高6.78×105m3,其中上游和中游日总蒸散发量增加了1.19×106m3,而下游却降低了5.16×105m3,主要 受中上游地区绿洲耕地面积扩张,水资源开发量过大,下游来水量减少的影响. |
| [12] | . <p>遥感技术能够提供大范围地表特征参数的特点使其在干旱区蒸散发研究中得到广泛的应用。介绍了遥感技术求取干旱区地表特征参数（地表反照率、冠层叶面积指数、地表温度）的方法，并对遥感估算干旱区的主要计算模型做了概括和分析，最后提出了估算过程中主要存在的问题和未来发展的方向。</p> . <p>遥感技术能够提供大范围地表特征参数的特点使其在干旱区蒸散发研究中得到广泛的应用。介绍了遥感技术求取干旱区地表特征参数（地表反照率、冠层叶面积指数、地表温度）的方法，并对遥感估算干旱区的主要计算模型做了概括和分析，最后提出了估算过程中主要存在的问题和未来发展的方向。</p> |
| [13] | . Watershed hydrology, including the volumes of stream flow is widely considered to be influenced by global climate change. Traditional studies using the (GWLF) model to estimate stream flows have relied on evapotranspiration cover coefficient (Kc) obtained from published references. Other factors, such as future land-use status and evapotranspiration (ET) change, are usually not considered. This study aims to improve on traditional studies by including remote sensing techniques to estimate the Kc, as well as integrating the SEBAL model, the CGCM1 model, and the Markov model to predict land-use and ET changes. The chosen study area was in the north of Taiwan. The processes include land-use classification using hybrid approach and Landsat-5 TM images, a comparison of stream flow simulations using the GWLF model with two Kc values derived from remote sensing and traditional methods, and finally the prediction of future land-use and Kc parameters for assessing the effect of land-use change and ET change. The results indicated that the study area was classified into seven land-use types with 89.09% classification accuracy. The stream flows simulated by two estimated Kcs were different, and the simulated stream flows using the remote sensing approach presented more accurate hydrological characteristics than a traditional approach. In addition, the consideration of land-use change and ET change indeed affected the predicted stream flows under climate change conditions. These results imply that the integration of remote sensing, the SEBAL model, the CGCM1 model, and the Markov model is a feasible scheme to predict future land-use, ET change, and stream flow. Therefore, these models will improve future studies of predictions in water resource management and global environmental change. |
| [14] | . The Heihe River Basin, located in the arid area of northwestern China, is the second largest Inland River Basin. In recent years, with the increase of the agricultural water in the middle reaches of the Heihe River Basin, the conflicts between agricultural water and ecological water as well as water use in the middle and lower reaches are becoming more and more severe. Because irrigation water is the main aspect of agricultural water use, the situation of water supply and demand and the tendency of water resources used by irrigation have been drawing more and more attentions. Water requirement of crops is an important condition for irrigation scheduling, water resources planning and future decision-making. Understanding the water demand and consumption of staple crops comprehensively has very important significance for the development of water-saving agriculture, the intensive management of water resources, the improvement of water use efficiency and the simulation and prediction of crop yield. In this paper, according to the weather data of 7 meteorological stations in the middle reaches of Heihe River Basin, the water requirement of main crops in different growth stages were calculated by using FAO Penman-Monteith model and crop coefficient. Besides, the variation characteristics and the major climate influence factors of the water requirement of main crops were analyzed respectively by using the Mann-Kendall trend and correlation analysis method. Then, based on the above analysis, the future trends of crop water requirement were forecast by the method of rescaled range analysis. The results show that the c of both spring wheat and maize exhibit fluctuating decrease trend in the middle reaches of Heihe River Basin with c of spring wheat declines at a rate of about 6mm/ 10a and maize at a rate of about 8mm/10a. As to the stages of development, the c of spring wheat exhibit a slightly increasing trend at crop development stage and late stage while the c of maize exhibit a decreasing trend at all stages, among which crop development stage and mid-season stage show especially significant decrease. As to the stations, the c of Ganzhou and Minle stations exhibit a slightly increasing trend while other stations exhibit a significant decreasing trend. The affecting factors of the c are relative humidity, sunshine hours and wind speed. The Hurst indices of the c of the spring wheat and maize are all bigger than 0.5 for all the stations, the fractal dimensions, meanwhile, are all less than 1.5, which indicate that c would keep the same trend with the past in a period of time in the future. . The Heihe River Basin, located in the arid area of northwestern China, is the second largest Inland River Basin. In recent years, with the increase of the agricultural water in the middle reaches of the Heihe River Basin, the conflicts between agricultural water and ecological water as well as water use in the middle and lower reaches are becoming more and more severe. Because irrigation water is the main aspect of agricultural water use, the situation of water supply and demand and the tendency of water resources used by irrigation have been drawing more and more attentions. Water requirement of crops is an important condition for irrigation scheduling, water resources planning and future decision-making. Understanding the water demand and consumption of staple crops comprehensively has very important significance for the development of water-saving agriculture, the intensive management of water resources, the improvement of water use efficiency and the simulation and prediction of crop yield. In this paper, according to the weather data of 7 meteorological stations in the middle reaches of Heihe River Basin, the water requirement of main crops in different growth stages were calculated by using FAO Penman-Monteith model and crop coefficient. Besides, the variation characteristics and the major climate influence factors of the water requirement of main crops were analyzed respectively by using the Mann-Kendall trend and correlation analysis method. Then, based on the above analysis, the future trends of crop water requirement were forecast by the method of rescaled range analysis. The results show that the c of both spring wheat and maize exhibit fluctuating decrease trend in the middle reaches of Heihe River Basin with c of spring wheat declines at a rate of about 6mm/ 10a and maize at a rate of about 8mm/10a. As to the stages of development, the c of spring wheat exhibit a slightly increasing trend at crop development stage and late stage while the c of maize exhibit a decreasing trend at all stages, among which crop development stage and mid-season stage show especially significant decrease. As to the stations, the c of Ganzhou and Minle stations exhibit a slightly increasing trend while other stations exhibit a significant decreasing trend. The affecting factors of the c are relative humidity, sunshine hours and wind speed. The Hurst indices of the c of the spring wheat and maize are all bigger than 0.5 for all the stations, the fractal dimensions, meanwhile, are all less than 1.5, which indicate that c would keep the same trend with the past in a period of time in the future. |
| [15] | . 采用联合国粮农组织(FAO)推荐的Penman- Monteith公式,计算出甘肃省1960～2000年主要农作物(春、冬小麦,玉米,马铃薯)生育期内逐日需水量,统计分析其时空变化特征和不同作物 生育期日均需水量变化规律.研究表明,随纬度的增加作物需水量增大,需水量高值区对应甘肃省的干旱、半干旱地区.作物需水量在近40 a内呈现下降的趋势,并且河西地区下降趋势明显大于河东.对几种作物的逐日需水量分析发现,出苗～开花期,作物日需水量缓慢增大;开花～乳熟为需水高峰 期,进入作物生长旺盛阶段,乳熟期后日需水量迅速下降. . 采用联合国粮农组织(FAO)推荐的Penman- Monteith公式,计算出甘肃省1960～2000年主要农作物(春、冬小麦,玉米,马铃薯)生育期内逐日需水量,统计分析其时空变化特征和不同作物 生育期日均需水量变化规律.研究表明,随纬度的增加作物需水量增大,需水量高值区对应甘肃省的干旱、半干旱地区.作物需水量在近40 a内呈现下降的趋势,并且河西地区下降趋势明显大于河东.对几种作物的逐日需水量分析发现,出苗～开花期,作物日需水量缓慢增大;开花～乳熟为需水高峰 期,进入作物生长旺盛阶段,乳熟期后日需水量迅速下降. |
| [16] | . 合理估计春小麦的需水量(ETc)是进行干旱区水资源配置的有效方法,利 用黑河中游14 个气象站1970-2009 年的逐日气象资料,应用Penman-Monteith 公式估算各站点的参考作物蒸散量,并根据春小麦生长期的作物系数,在地理信息系统(GIS)技术支持下得出黑河中游春小麦需水量的空间分布及变化趋势.结 果表明:1970-2009 年黑河中游春小麦作物需水量整体分布具有从南向北递增的趋势,全生长期需水量在573-781 mm 之间;高台、张掖、临泽、民乐、山丹、酒泉的春小麦需水量分别为731.26、686.88、598.24、728.89、719.77、713.59 mm,其中生长中期需水量最大,分别占全生长期的51.67%、51.11%、50.96%、51.24%、50.83%和50.77%;日平均气温、日 照时数、风速、降水量、最小相对湿度和各因子的影响力由大到小分别占总影响力的57.29%、26.92%、15.15%、1.41%和0.78%. . 合理估计春小麦的需水量(ETc)是进行干旱区水资源配置的有效方法,利 用黑河中游14 个气象站1970-2009 年的逐日气象资料,应用Penman-Monteith 公式估算各站点的参考作物蒸散量,并根据春小麦生长期的作物系数,在地理信息系统(GIS)技术支持下得出黑河中游春小麦需水量的空间分布及变化趋势.结 果表明:1970-2009 年黑河中游春小麦作物需水量整体分布具有从南向北递增的趋势,全生长期需水量在573-781 mm 之间;高台、张掖、临泽、民乐、山丹、酒泉的春小麦需水量分别为731.26、686.88、598.24、728.89、719.77、713.59 mm,其中生长中期需水量最大,分别占全生长期的51.67%、51.11%、50.96%、51.24%、50.83%和50.77%;日平均气温、日 照时数、风速、降水量、最小相对湿度和各因子的影响力由大到小分别占总影响力的57.29%、26.92%、15.15%、1.41%和0.78%. |
| [17] | . 依托1980～2002年的中国农产品成本收益资料与中国农业统计年鉴等基础数据,从集约度、播种面积与耕地撂荒变化三个方面,对中国1980年以来农地利用变化的区域差异进行了研究.结果表明：①西部地区农地利用的集约度具有强劲的上升态势,而东、中部地区在1992～1993年时集约度下降显著,在1997年以后,集约度具有明显的持续下降趋势;②东部地区农地利用的总播种面积显著下降,而西部地区却有相当稳定的扩大趋势;③东部、中部与西部地区三种粮食作物的播种面积变化均经历了一个“三缩二扩”的变化过程：“缩小（1980～1985）-扩大（1985～1991）-缩小（1991～1994）-扩大（1994～1999）-再缩小（1999～2002）”;但在变化幅度与发展态势上,三个区域之间差异明显.东部地区的播种面积有显著的下降态势,而中部与西部地区在1999年以前,其总的态势是播种面积有所扩大,此后播种面积明显下降,但其下降幅度小于东部地区;④中部地区耕地撂荒案例最多,涉及地域最广,东部地区次之,西部地区相对较少;东部地区的耕地撂荒现象主要出现在1992～1995年,而中部地区高度集中在1998～2002年,西部地区耕地撂荒的时间分布较为均匀,没有高度集中出现的特点. . 依托1980～2002年的中国农产品成本收益资料与中国农业统计年鉴等基础数据,从集约度、播种面积与耕地撂荒变化三个方面,对中国1980年以来农地利用变化的区域差异进行了研究.结果表明：①西部地区农地利用的集约度具有强劲的上升态势,而东、中部地区在1992～1993年时集约度下降显著,在1997年以后,集约度具有明显的持续下降趋势;②东部地区农地利用的总播种面积显著下降,而西部地区却有相当稳定的扩大趋势;③东部、中部与西部地区三种粮食作物的播种面积变化均经历了一个“三缩二扩”的变化过程：“缩小（1980～1985）-扩大（1985～1991）-缩小（1991～1994）-扩大（1994～1999）-再缩小（1999～2002）”;但在变化幅度与发展态势上,三个区域之间差异明显.东部地区的播种面积有显著的下降态势,而中部与西部地区在1999年以前,其总的态势是播种面积有所扩大,此后播种面积明显下降,但其下降幅度小于东部地区;④中部地区耕地撂荒案例最多,涉及地域最广,东部地区次之,西部地区相对较少;东部地区的耕地撂荒现象主要出现在1992～1995年,而中部地区高度集中在1998～2002年,西部地区耕地撂荒的时间分布较为均匀,没有高度集中出现的特点. |
| [18] | . Humans have transformed the surface of the planet through agricultural activities, and today, 12% of the land surface is used for cultivation and another 22% is used for pastures and rangelands. In this paper, we have synthesized satellite-derived land cover data and agricultural census data to produce global data sets of the distribution of 18 major crops across the world. The resulting data are representative of the early 1990s, have a spatial resolution of 5 min. ( 10 km), and describe the fraction of a grid cell occupied by each of the 18 crops. The global crop data are consistent with our knowledge of agricultural geography, and compares favorably to another existing data set that partially overlaps with our product. We have also analyzed how different crops are grown in combination to form major crop belts throughout the world. Further, we analyzed the patterns of crop diversification across the world. While these data are not sufficiently accurate at local scales, they can be used to analyze crop geography in a regional-to-global context. They can also be used to understand the global patterns of farming systems, in analyses of food security, and within global ecosystem and climate models to understand the environmental consequences of cultivation. |
| [19] | . Agricultural activities have dramatically altered our planet's land surface. To understand the extent and spatial distribution of these changes, we have developed a new global data set of croplands and pastures circa 2000 by combining agricultural inventory data and satellite-derived land cover data. The agricultural inventory data, with much greater spatial detail than previously available, is used to train a land cover classification data set obtained by merging two different satellite-derived products (Boston University's MODIS-derived land cover product and the GLC2000 data set). Our data are presented at 5 min (~10 km) spatial resolution in longitude by longitude, have greater accuracy than previously available, and for the first time include statistical confidence intervals on the estimates. According to the data, there were 15.0 (90% confidence range of 12.2-17.1) million kmof cropland (12% of the Earth's ice-free land surface) and 28.0 (90% confidence range of 23.6-30.0) million kmof pasture (22%) in the year 2000. |
| [20] | . [1] Croplands cover 6515 million km 2 of the planet and provide the bulk of the food and fiber essential to human well-being. Most global land cover data sets from satellites group croplands into just a few categories, thereby excluding information that is critical for answering key questions ranging from biodiversity conservation to food security to biogeochemical cycling. Information about agricultural land use practices like crop selection, yield, and fertilizer use is even more limited. Here we present land use data sets created by combining national, state, and county level census statistics with a recently updated global data set of croplands on a 5 min by 5 min (6510 km by 10 km) latitude-longitude grid. The resulting land use data sets depict circa the year 2000 the area (harvested) and yield of 175 distinct crops of the world. We aggregate these individual crop maps to produce novel maps of 11 major crop groups, crop net primary production, and four physiologically based crop types: annuals/perennials, herbaceous/shrubs/trees, C 3 /C 4 , and leguminous/nonleguminous. |
| [21] | . <p>以新疆1990年、2000年、2005年和2008年4期土地利用数据库及其遥感影像为数据源，利用GIS空间分析提取3期耕地动态变化数据。从现状分析、发展动态对新疆3期耕地开发利用的空间格局、面积变化和类型结构进行了分析。结果表明，耕地总面积持续增加，耕地年均净增和开垦速度呈先增后减的趋势，耕地年均流失速度持续递减；耕地开垦由绿洲地区向沙漠、戈壁延伸，而耕地流失则主要集中在绿洲地区，中东、西北和西南的边缘地区的耕地面积变化相对较大(Rid>1.02)；耕地开发结构由草地和林地为主转向草地和未利用地为主，未利用地的开发结构由裸土地、盐碱地为主转向沙地、戈壁和盐碱地为主，耕地的利用结构以草地、建设用地和未利用地为主；耕地与建设用地的相互转化始终是负转化，与草地间的转化是正转化。</p> . <p>以新疆1990年、2000年、2005年和2008年4期土地利用数据库及其遥感影像为数据源，利用GIS空间分析提取3期耕地动态变化数据。从现状分析、发展动态对新疆3期耕地开发利用的空间格局、面积变化和类型结构进行了分析。结果表明，耕地总面积持续增加，耕地年均净增和开垦速度呈先增后减的趋势，耕地年均流失速度持续递减；耕地开垦由绿洲地区向沙漠、戈壁延伸，而耕地流失则主要集中在绿洲地区，中东、西北和西南的边缘地区的耕地面积变化相对较大(Rid>1.02)；耕地开发结构由草地和林地为主转向草地和未利用地为主，未利用地的开发结构由裸土地、盐碱地为主转向沙地、戈壁和盐碱地为主，耕地的利用结构以草地、建设用地和未利用地为主；耕地与建设用地的相互转化始终是负转化，与草地间的转化是正转化。</p> |
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| [23] | . 本文从种植起源与早期发展、化统农业的发展及现代农业区域开发等几方面论述了我国农业文化发展历史及其地域分布。 . 本文从种植起源与早期发展、化统农业的发展及现代农业区域开发等几方面论述了我国农业文化发展历史及其地域分布。 |
| [24] | . 1980年以来中国棉花生产格局发生了明显变化,在空间上逐步向新疆集中,这一变化不仅促进了新疆地区耕地的扩张,也强化了新疆地区在我国农业生产中的地域功能,同时还加速了该地区的荒漠化进程。目前对这一现象的研究主要立足于区域尺度,关注棉花生产对当地农民收入的影响以及区域棉花产业的优势与发展战略,对生产格局变化的成因还缺乏清晰认识。本文从生产要素配置效率的角度,利用全国农产品成本收益数据,通过比较全国主要植棉省市棉花生产中土地生产率、劳动生产率和资本产出率的差异,来探讨这一现象的成因。结果表明:劳动生产率的区域差异是市场经济条件下中国棉花生产向新疆集中的主要原因。这一结论对于判断中国棉花生产格局变化的未来趋势以及其他农产品生产格局变化研究都具有一定的意义。 . 1980年以来中国棉花生产格局发生了明显变化,在空间上逐步向新疆集中,这一变化不仅促进了新疆地区耕地的扩张,也强化了新疆地区在我国农业生产中的地域功能,同时还加速了该地区的荒漠化进程。目前对这一现象的研究主要立足于区域尺度,关注棉花生产对当地农民收入的影响以及区域棉花产业的优势与发展战略,对生产格局变化的成因还缺乏清晰认识。本文从生产要素配置效率的角度,利用全国农产品成本收益数据,通过比较全国主要植棉省市棉花生产中土地生产率、劳动生产率和资本产出率的差异,来探讨这一现象的成因。结果表明:劳动生产率的区域差异是市场经济条件下中国棉花生产向新疆集中的主要原因。这一结论对于判断中国棉花生产格局变化的未来趋势以及其他农产品生产格局变化研究都具有一定的意义。 |
| [25] | . 利用区位商的概念研究了17种农作物大类的空间分布和各地农业种植结构的演化,从自然因素和经济因素两方面解析了中国农业种植结构分布和变化的原因和动力.得出的主要结论为中国农业种植结构的空间分布主要是由自然条件决定的,而其分布的变化则主要是经济行为的结果;劳动力密集型的种植比重同人均土地资源的数量呈负相关,土地密集型的种植比重同人均土地资源的数量呈正相关;城镇化和人口发展决定了蔬菜生产的分布和变化,城镇化还影响着各地的复种指数的变化.提出政府应加强对各种农产品市场的状况分析和信息服务等对策. . 利用区位商的概念研究了17种农作物大类的空间分布和各地农业种植结构的演化,从自然因素和经济因素两方面解析了中国农业种植结构分布和变化的原因和动力.得出的主要结论为中国农业种植结构的空间分布主要是由自然条件决定的,而其分布的变化则主要是经济行为的结果;劳动力密集型的种植比重同人均土地资源的数量呈负相关,土地密集型的种植比重同人均土地资源的数量呈正相关;城镇化和人口发展决定了蔬菜生产的分布和变化,城镇化还影响着各地的复种指数的变化.提出政府应加强对各种农产品市场的状况分析和信息服务等对策. |
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| [29] | . 以Landsat TM遥感影像解译出的新疆1990年和2000年1:10万土地利用数据为基础,探讨了近10年来草地资源的动态变化及其空间格局特征.两期矢量数据叠 加,得到耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用土地的面积变化数据、土地利用类型动态度和土地利用变化转移概率矩阵,从而系统地分析了草地与其他土地 利用类型之间以及高、中、低不同覆盖度草地亚类之间的动态变化.在归纳草地资源各种变化情况的基础上,构建无任何分类面积信息损失的ARC/INFO- Grid格网化数据集,从而讨论了草地资源动态变化的空间格局特征.研究表明,近10年来草地与未利用土地之间为近似等量交换,与其他土地利用类型之间的 转换则是显著的入不敷出,因此草地大量减少,但是草地总体质量的提高在很大程度上弥补了其总量减少的不利影响.草地数量的转入与转出及质量的提高与恶化在 时间上同步发生,在空间上则交错进行并形成复杂的空间格局.草地资源的动态变化总体上具有比较突出的区域差异性,可以划分出5个基本动态变化分区. . 以Landsat TM遥感影像解译出的新疆1990年和2000年1:10万土地利用数据为基础,探讨了近10年来草地资源的动态变化及其空间格局特征.两期矢量数据叠 加,得到耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用土地的面积变化数据、土地利用类型动态度和土地利用变化转移概率矩阵,从而系统地分析了草地与其他土地 利用类型之间以及高、中、低不同覆盖度草地亚类之间的动态变化.在归纳草地资源各种变化情况的基础上,构建无任何分类面积信息损失的ARC/INFO- Grid格网化数据集,从而讨论了草地资源动态变化的空间格局特征.研究表明,近10年来草地与未利用土地之间为近似等量交换,与其他土地利用类型之间的 转换则是显著的入不敷出,因此草地大量减少,但是草地总体质量的提高在很大程度上弥补了其总量减少的不利影响.草地数量的转入与转出及质量的提高与恶化在 时间上同步发生,在空间上则交错进行并形成复杂的空间格局.草地资源的动态变化总体上具有比较突出的区域差异性,可以划分出5个基本动态变化分区. |
| [30] | . 土地覆盖变化是陆地生态系统变化的重要组成部分与驱动因素。在全球变化、生态环境建设、经济高速发展等因素的影响下,21世纪前十年中国土地覆盖发生了显著变化,对此变化的监测和分析不但能支持中国碳源/汇的评估和碳收支估算,还可为生态环境变化评估提供基础数据。本研究在面向对象(object-based)的分类技术支持下,利用Landsat TM/ETM数据和HJ-1卫星数据,结合大量外业调查数据生产了30m分辨率的2000年、2010年中国土地覆盖数据(ChinaCover);采用像元二分法生产了植被覆盖度数据。利用这两个数据集对中国土地覆盖10年的变化特点进行了分析。结果表明,人工表面和林地呈增加趋势,而耕地、湿地和草地面积呈减少的趋势;人工表面的快速增加和耕地面积的大规模减少是这一时期中国土地覆盖变化的最主要特点;土地覆盖类型转换中,耕地转换为人工表面的区域主要集中在我国中东部地区,耕地转换为林地和草地的区域主要分布在退耕还林还草的重点区域,耕地的扩张主要来自三江平原和新疆绿洲的农业开发。以植被覆盖度为评估指标显示森林、灌丛和草地质量总体呈上升趋势,但在汶川地震重灾区、横断山以及武夷山等局部地区的森林质量呈退化趋势;塔里木盆地周围、青藏高原东部、太行山、吕梁山等地区的灌丛植被覆盖度有所下降;内蒙古中部、青藏高原西南部、新疆天山南部、呼伦贝尔等地区的草地出现退化现象。 . 土地覆盖变化是陆地生态系统变化的重要组成部分与驱动因素。在全球变化、生态环境建设、经济高速发展等因素的影响下,21世纪前十年中国土地覆盖发生了显著变化,对此变化的监测和分析不但能支持中国碳源/汇的评估和碳收支估算,还可为生态环境变化评估提供基础数据。本研究在面向对象(object-based)的分类技术支持下,利用Landsat TM/ETM数据和HJ-1卫星数据,结合大量外业调查数据生产了30m分辨率的2000年、2010年中国土地覆盖数据(ChinaCover);采用像元二分法生产了植被覆盖度数据。利用这两个数据集对中国土地覆盖10年的变化特点进行了分析。结果表明,人工表面和林地呈增加趋势,而耕地、湿地和草地面积呈减少的趋势;人工表面的快速增加和耕地面积的大规模减少是这一时期中国土地覆盖变化的最主要特点;土地覆盖类型转换中,耕地转换为人工表面的区域主要集中在我国中东部地区,耕地转换为林地和草地的区域主要分布在退耕还林还草的重点区域,耕地的扩张主要来自三江平原和新疆绿洲的农业开发。以植被覆盖度为评估指标显示森林、灌丛和草地质量总体呈上升趋势,但在汶川地震重灾区、横断山以及武夷山等局部地区的森林质量呈退化趋势;塔里木盆地周围、青藏高原东部、太行山、吕梁山等地区的灌丛植被覆盖度有所下降;内蒙古中部、青藏高原西南部、新疆天山南部、呼伦贝尔等地区的草地出现退化现象。 |
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| [32] | . No abstract is available for this article. |
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| [34] | . 利用库车、沙雅、新和气象站1961-2010年的日均气温数据，揭示了气候变暖对渭干河-库车河三角洲绿洲棉花生产的影响。结果显示：①研究区近50a来气温均呈变暖趋势，春季气温升高1.75℃，夏季气温升高1.65℃，秋季气温升高2.05℃；棉花生长旺期5-9月的平均最低气温升高2.55℃，平均最高气温升高0.3℃；≥10℃积温升高361.1℃。②由于春季增温加快，秋季降温减缓，棉花播种期提早8 d，停止生长期推迟6 d，全生育期延长14 d；由于在生育期平均最低气温和≥10℃积温升高，使棉花生长发育期热量得到较大补偿，不良的灾害性气候条件降到最低，光合作用增强，光温资源匹配更加协调，使有效增加棉花的干物质积累，从而提高棉花单产，近50a来研究区的棉花光温生产潜力提高18.65%，实际产量提高437.38%。③研究区棉花平均光温生产潜力4238 kg/hm<sup>2</sup>，是平均实际产量的2.45倍。随着棉花栽培技术的不断改善、棉花高产优质品种的广泛应用、先进灌溉技术的大面积推广，棉花光温生产潜力能够实现的程度会越来越高。 . 利用库车、沙雅、新和气象站1961-2010年的日均气温数据，揭示了气候变暖对渭干河-库车河三角洲绿洲棉花生产的影响。结果显示：①研究区近50a来气温均呈变暖趋势，春季气温升高1.75℃，夏季气温升高1.65℃，秋季气温升高2.05℃；棉花生长旺期5-9月的平均最低气温升高2.55℃，平均最高气温升高0.3℃；≥10℃积温升高361.1℃。②由于春季增温加快，秋季降温减缓，棉花播种期提早8 d，停止生长期推迟6 d，全生育期延长14 d；由于在生育期平均最低气温和≥10℃积温升高，使棉花生长发育期热量得到较大补偿，不良的灾害性气候条件降到最低，光合作用增强，光温资源匹配更加协调，使有效增加棉花的干物质积累，从而提高棉花单产，近50a来研究区的棉花光温生产潜力提高18.65%，实际产量提高437.38%。③研究区棉花平均光温生产潜力4238 kg/hm<sup>2</sup>，是平均实际产量的2.45倍。随着棉花栽培技术的不断改善、棉花高产优质品种的广泛应用、先进灌溉技术的大面积推广，棉花光温生产潜力能够实现的程度会越来越高。 |
| [35] | . <p>根据石河子地区3个气象台站1961-2008年的气象资料，建立石河子地区年平均最高气温、年平均最低气温、积温、无霜期及日照时数时间序列，利用距平、一元线性回归、相关性检验、小波分析等方法，对石河子地区近48年来5个基本气象要素变化进行分析。结果表明：(1)近48年来石河子地区年平均最高气温、最低气温除年际间的微小波动外,均呈现出上升趋势，前者变化幅度小于后者，气温年较差呈减小趋势；（2）≥10℃的年积温呈现出显著增多趋势，其上升幅度为93.1℃/10年，相关系数为0.546，通过了置信度α=0.01的显著性水平检验，且年平均积温主时间周期为16年，存在8年正负振荡；(3)无霜期及日照时数都呈增多趋势，但增多趋势不显著,而积温与日照时数呈显著的正相关。最后分析了石河子地区积温,年日照时数等热量的增多对棉花产量的影响。</p> . <p>根据石河子地区3个气象台站1961-2008年的气象资料，建立石河子地区年平均最高气温、年平均最低气温、积温、无霜期及日照时数时间序列，利用距平、一元线性回归、相关性检验、小波分析等方法，对石河子地区近48年来5个基本气象要素变化进行分析。结果表明：(1)近48年来石河子地区年平均最高气温、最低气温除年际间的微小波动外,均呈现出上升趋势，前者变化幅度小于后者，气温年较差呈减小趋势；（2）≥10℃的年积温呈现出显著增多趋势，其上升幅度为93.1℃/10年，相关系数为0.546，通过了置信度α=0.01的显著性水平检验，且年平均积温主时间周期为16年，存在8年正负振荡；(3)无霜期及日照时数都呈增多趋势，但增多趋势不显著,而积温与日照时数呈显著的正相关。最后分析了石河子地区积温,年日照时数等热量的增多对棉花产量的影响。</p> |
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| [37] | . Five field experiments were conducted to study the effects of continuous plastic film mulching on rice yield, water use efficiency and soil properties on different soils with great environmental variabilities in Zhejiang Province, China, under non-flooding condition. The experiment started in 2001 at five sites and ended in 2003 with one rice crop annually. Three treatments included plastic film mulching with no flooding (PM), no plastic film mulching and no flooding (UM), and traditional flooding management (TF). Soil samples were collected after the third year of the experimentation and were analyzed for soil properties. PM increased soil temperature, accelerated decomposition of organic carbon and root growth, there was a slight but statistically insignificant trend of decline in soil bulk density. PM produced the similar rice grain yield as TF at two sites, significantly higher grain yield (5.8% and 20.0% higher) at other two sites, but significantly lower (34.3% lower) yield at one site where no irrigation water was applied and rainfall was the sole water source for rice growth. PM increased water use efficiency by 69.6–106.0% and irrigation water use efficiency by 273.7–519.6%. Compared to TF, PM decreased soil organic matter content by 8.3–24.5%, soil total N by 5.2–22.0%, and available K by 9.6–50.4% at all sites. PM treatment also reduced soil available N by 8.5–26.5% at four sites. Soil total P content in PM treatments reduced by 13.5–27.8% at three sites, and increased by 6.6–8.2% at other two sites. However, PM increased soil available P by 20.9–64.7% at all sites. Systematic cluster analysis indicated the PM treatment distinctively clustered from the other treatment. These results suggested PM could gain higher yield under appropriate water condition and PM may change soil nutrient cycle. |
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| [39] | . 覆膜条件下地温将发生改变，为研究其变化规律，2008和2009年在新疆库尔勒市开展了棉花膜下滴灌田间试验，设置了不同灌溉处理和地表覆盖情况的试验小区，对土壤水热状况进行了监测和对比，结果表明：气象条件、土壤水分、地膜和棉株覆盖等因素综合影响棉花生育期地温分布规律，出苗期15 cm深度处膜下地温高于膜间1.6℃，蕾期和花铃期膜间地温逐渐超过膜下，吐絮期二者又趋于相等；土壤水分和温度存在耦合作用，土壤含水率高则热容量大，相应的温度变化幅度小，但在相同的含水率下，覆膜处理平均地温高于无膜处理。研究表明，膜下滴灌有效起到保温保墒作用，克服土壤高地温低含水率或低地温高含水率的矛盾，可为作物生长创造较好的土壤水热条件。 . 覆膜条件下地温将发生改变，为研究其变化规律，2008和2009年在新疆库尔勒市开展了棉花膜下滴灌田间试验，设置了不同灌溉处理和地表覆盖情况的试验小区，对土壤水热状况进行了监测和对比，结果表明：气象条件、土壤水分、地膜和棉株覆盖等因素综合影响棉花生育期地温分布规律，出苗期15 cm深度处膜下地温高于膜间1.6℃，蕾期和花铃期膜间地温逐渐超过膜下，吐絮期二者又趋于相等；土壤水分和温度存在耦合作用，土壤含水率高则热容量大，相应的温度变化幅度小，但在相同的含水率下，覆膜处理平均地温高于无膜处理。研究表明，膜下滴灌有效起到保温保墒作用，克服土壤高地温低含水率或低地温高含水率的矛盾，可为作物生长创造较好的土壤水热条件。 |
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