东北黑土区耕地利用及其产能变化研究

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作为世界四大黑土区之一的中国东北地区,土质肥沃、耕地连片,区域内粮食总量以及商品粮输出量分别占了全国总产量的1/4和1/3,是我国粮食安全的“压舱石”。但因长期过度开发利用、气候变化等多种因素的影响,以黑土地为代表的耕地退化问题引起了越来越多的关注。明确东北黑土区内黑土耕地利用及其产能变化的时空演化规律、分析黑土耕地产能变化的影响因素,对于实现黑土地保护与产能高效、保障中国粮食安全具有重要意义。本文以东北黑土区内黑土耕地为研究对象,利用2010~2018年黑土耕地利用数据及EVI数据,分析黑土耕地利用及其产能变化的时空特征,探究影响因素。主要研究内容及结论如下:(1)黑土耕地利用时空变化特征分析。东北黑土区内黑土耕地以旱田为主,主要分布于松嫩平原和三江平原等地势平坦,河曲发达,水热条件相对较好地区。2010~2018年黑土耕地总体呈缓慢扩张趋势,水田少量扩张,旱地面积则在不断下降。研究期内,黑土耕地利用综合动态度较低,呈缓慢扩张态势,动态度由大到小依次排序为K东五盟>K黑龙江>K吉林>K辽宁;从黑土耕地内部转移及其与其他地类转移情况来看,区域内黑土耕地内利用结构转化较小,以区域间旱改水为主,主要以黑龙江省和吉林省为主,区域内黑土耕地与其他地类间的转入则是以“耕-林”、“耕-草”、“耕-未”转化为主,转出以“林-耕”、“草-耕”、“建-耕”转化为主。(2)黑土耕地产能时空特征分析。本研究基于MODIS-EVI数据,提取作物EVI生长曲线,利用阈值法计算作物MAD时长,以作物MAD变化表征耕地产能变化,同时基于作物MAD数据,以MAD分级数据表征耕地产能分布格局,进而探究了东北黑土区内黑土耕地产能时空演化规律。研究表明,研究期内东北黑土区内黑土耕地产能整体由东南向西北递减,以作物MAD2~4级为主,主要分布于松嫩平原东部及三江平原中西部地区。2010~2018年东北黑土区内黑土耕地产能总体表现为先上升后下降的态势,产能变动较大地区主要集中分布在松嫩平原,黑土耕地产能明显提升的地区约占3.99%,明显下降地区约占24.88%,7成左右黑土耕地产能保持稳定。(3)黑土耕地产能影响因子分析。以Arc GIS10.6软件将19个因子匹配到黑土耕地产能数据栅格转点生成的点数据为数据源,运用相关分析、通径分析等方法,分析影响黑土耕地产能的主要因子单一及协同作用、主要影响因子与其他因子协同作用。可以发现,气候条件、土壤条件、地形条件均对东北黑土区内黑土耕地产能产生较大的影响。就影响黑土耕地产能的主要因子来看,全域以DEM、日照时数、PH值、年降水量、坡度为主;黑龙江省以土壤容重、磷、有效灌溉面积、年降水量、土壤深度、PH值为主;吉林省以土壤容重、氮、磷、有机质、PH值、日照时数、年降水量、土壤质地、DEM、坡度、有效灌溉面积为主;东五盟以有机质、年均气温、PH值、DEM、土壤容重、钾、日照时数、氮为主。区域之间影响因子具有一定的差异,各省影响黑土耕地产能主要因子的单一作用、主要因子间协同作用以及其他因子与主要因子间的协同作用均对黑土耕地产能产生不同程度、不同方向的影响。可见,主要因子的单一作用和因子间协同作用均对黑土耕地产能具有重要影响。
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