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粮食是关系国计民生和社会稳定的重要战略储备资源,粮食安全是国家安全的重要组成部分。多种因素均可以影响粮食产量,而气候和耕地资源是决定区域粮食产量的两个基本条件。耕地变化是通过耕地的数量和质量发生改变来影响粮食产量,而气候变化改变了粮食作物生长发育中光、温、水条件,进而对粮食产量造成影响。东北地区幅员辽阔,耕地分布集中连片,气候资源丰富,粮食生产潜力巨大,是我国的粮食主产区和商品粮生产基地,在国家粮食安全中承担重要的任务。因此,本研究以中国东北地区为研究区,通过输入气候、土壤、地形和耕地数据,利用GAEZ模型模拟了东北地区1990-2015年主要粮食作物（玉米、大豆和水稻）的生产潜力,并与作物实际产量对比得到产量差距。接下来,采用“控制变量法”进一步单独且深入研究了1990-2015年气候和耕地变化对东北地区粮食生产潜力的影响。最后,通过模拟东北地区2050年气候和耕地情景,实现对东北地区未来粮食生产潜力的模拟。研究结果可为相关的农业规划管理部门的相关政策的制定提供决策参考,对保障未来粮食作物的增产增收和粮食安全,提高农民收入,维护社会稳定,都具有十分重要的意义。本研究得到的主要结论如下:（1）通过利用GAEZ模型对东北地区粮食生产潜力进行模拟,得到东北地区三种主要粮食作物生产潜力的变化特征。1990-2015年,近一半耕地内的玉米和大豆生产潜力均有所提升,其中大部分耕地的玉米生产潜力提升1500kg/ha以上,大豆生产潜力提升500-1500kg/ha。水稻生产潜力在黑龙江省大部分地区提升1500kg/ha,而在吉林省、辽宁省和内蒙古东四盟大部分地区有所下降。通过比较三种粮食作物的实际单产与潜在单产,可知东北地区40个市中,玉米实际与潜在产量的比例大于80%的市有22个,大豆为19个,水稻高达30个,说明东北地区大部分市的旱地和水田的利用率较高,且具有较高的人为投入与先进的管理措施。但仍有个别市的粮食产量差距较大。（2）通过将GAEZ模型估算的粮食生产潜力与农业遥感技术方法估算而来的作物产量进行相关性和空间差异性分析,计算得到玉米、大豆和水稻的两种产量的决定系数R2分别为0.66、0.64与0.72,两种产量结果之间的线性相关性较强。通过空间差异性分析发现,由于2015年东北地区旱地中精确的作物种植布局是未知的,通过将2015年东北地区旱地中的NPP全部转化为玉米产量,则大部分地区YGAEZ高于YNPP;而将2015年东北地区旱地中的NPP全部转化为大豆产量,则大部分地区YGAEZ比YNP P低,尤其在三江平原区部分地区、松嫩平原区与辽河平原区,YGAEZ比YNPP低2000-4000kg/ha。将水田中的NPP转化为水稻产量后,大部分地区的YGAEZ比YNPP低2000kg/ha以内。（3）在研究气候变化对东北地区粮食生产潜力的影响时发现,玉米和大豆生产潜力的变化与太阳辐射量、相对湿度、雨天频率和降雨量的变化呈现较为明显的正相关性,但与风速、平均最高和最低气温的变化的相关系数约-0.30,呈现较为明显的负相关。水稻生产潜力的变化在前一时段也与太阳辐射量、相对湿度、雨天频率和降雨量的变化呈较为明显的正相关,但后一时段与平均最高气温和太阳辐射的变化呈正相关,与相对湿度和雨天频率呈负相关。（4）本研究分析了1990-2015年东北地区旱地和水田与其他土地利用类型的转换特征。1990-2000年,大规模的毁林毁草开垦的现象较为严重,水田和旱地的相互转化也较为剧烈。旱地面积净增加293.51万公顷,总增加431.28万公顷,其中林地与草地转化为旱地的面积占全部旱地总增加面积的77.05%。水田的面积净增加67.89万公顷,总增加138.77万公顷,主要由旱地、未利用地和草地转化而来。2000-2015年,退耕还林还草现象明显,但水田和旱地转化仍十分剧烈。旱地的面积净减少148.78万公顷。旱地总流失741.62万公顷,转化为林地、水田和草地的面积占据所有旱地流失面积的74.10%。水田的面积净增加104.38万公顷,总增加262.19万公顷,大部分水田仍由旱地转化而来。在研究耕地变化对东北地区主要粮食作物的生产潜力的影响时,发现前10年东北地区玉米和大豆潜在总产量的增加主要是由于开垦大量天然林地与草地资源,以及水田的转化导致的旱地面积的大量增加。后15年玉米和大豆潜在总产量仍有所增加的主要原因为水田、林地和草地转化成优质旱地。1990-2015年两个时段东北地区水稻潜在总产量的增加均主要归因于旱地和未利用地向水田的转化导致水田面积大量增加。（5）本研究将CMIP5中的12种大气环流模型的未来气候模拟数据利用多模式集合方法进行简单平均,得到东北地区2050年生长季内六种气候变量的模拟结果。然后,利用CA-Markov模型预测了2050年东北地区土地利用情景。最后,利用GAEZ模型模拟了东北地区2050年气候和耕地条件下三种粮食作物的生产潜力。研究发现,东北地区三种粮食作物的潜在单产和潜在总产量均有所提升,且RCP4.5情景比RCP6.0情景的气候条件更有利于粮食作物生长。因此,未来需要尽量将温室气体的排放控制在RCP4.5情景范围内,同时注重提升粮食单位面积产量,这样才能在建立环境友好型社会的基础之上,保证东北地区的粮食安全。