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    江西福彩15选5开奖结果:公里格网与地形数据分析粮食生产潜力研究

    公里格网与地形数据分析粮食生产潜力研究
    本文揭示了区划内部大豆生产潜力的空间差异,而且获得了50年长时间过程中国大豆生产潜力的时空演变特征,研究成果能够为气候变化背景下大豆生产布局、种植技术提高和相关生产经营管理政策制定等提供参考,为实现大豆稳产高产提供科学依据。

    公里格网与地形数据分析粮食生产潜力研究

    (以大豆生产为例)

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    1.  引言

     本文以2010年中国耕地空间分布遥感监测数据为基础,结合1961年以来的长时间序列气象数据、土壤数据等,采用GAEZ(Global Agro-Ecological Zones)模型综合考虑光、温、水、CO2浓度、病虫害、农业气候限制、土壤、地形等多方面因素,估算了1961-2010年中国大豆生产潜力的长时间尺度变化过程。本文的价值和贡献在于不仅揭示了区划内部大豆生产潜力的空间差异,而且获得了50年长时间过程中国大豆生产潜力的时空演变特征,研究成果能够为气候变化背景下大豆生产布局、种植技术提高和相关生产经营管理政策制定等提供参考,为实现大豆稳产高产提供科学依据,对保障国家粮油安全具有重要战略意义。

     

    2.  研究方法

    2.1数据来源  

    1  2010年全国土地利用空间分布数据产品

     

    2 全国电子高程数据产品

     

    3 全国复种指数数据产品

     

    4 全国地形地貌数据产品

    气象数据来源于中国气象局的760多个气象观测站点,包括最高气温、最低气温、降水量、相对湿度、10 m高度处的风速和日照时数。首先求得各站点各气象要素1961-2010年的月平均值,之后在考虑地形高程差异的基础上,使用ANUSPLIN软件 Hutchinson, 1998a, 1998b)进行空间插值,获得全国1 km×1 km的月气象要素空间格网数据,该空间差值数据同样来源于来源于北京数字空间科技有限公司制作并通过地理国情监测云平台网站(江西15选5开奖结果今天)发布的数据产品。如图5-7所示。

     

     

    5 全国多年平均气温空间分布数据产品

     

    6 全国多年平均降水空间差值数据产品

     

    7 全国湿润指数数据产品

    2.2    研究方法

    本文采用由联合国粮农组织(FAO)和国际应用合作组织(IIASA)共同研发的大尺度作物生长模拟(GAEZ)模型,用于估算1961-2010年中国大豆生产潜力。GAEZ模型首先根据降水(降水量、相对湿度、降水强度、降水变率)和气温(日均温、日最高温度、日最低温度、积温)条件来评价大豆空间分布的气候适宜性,然后针对大豆适宜种植区域,采用逐级限制法来计算大豆生产潜力。即:按光合生产潜力(仅光照限制)—光温生产潜力(光照和温度限制)—光温水生产潜力(光照、温度和水分限制)—气候生产潜力(农业气候灾害限制)—大豆生产潜力(土壤及各种管理措施限制)逐级进行(8)。

    8  GAEZ模型结构图

    在估算过程中,首先在大豆适宜种植区域内测算出1 km×1 km格网内大豆适宜种植面积及生产潜力值,之后结合耕地空间百分比数据,计算得出此格网内耕地全部利用情况下的大豆适宜种植面积及生产潜力值,即大豆适宜种植面积和生产潜力的最终结果。

    GAEZ模型包含灌溉和雨养两种模拟情景。雨养条件下仅考虑降水对大豆产量的影响,而灌溉条件则假设水分充足,即不考虑水分对大豆产量的影响。大豆总生产潜力是根据灌溉和雨养情景下的大豆生产潜力,进一步考虑灌溉比例系数,通过计算获得,具体方法如下:

         

     (1)

    式中: yieldtotol是大豆总生产潜力yieldrain-fed是指雨养条件下的大豆生产潜力yieldirrigated是指灌溉条件下的大豆生产潜力i是从国家统计局得到的全国各县()灌溉面积与总耕地面积的比率/%。

    为了揭示全国大豆生产潜力的区域差异,将全国划分为9个农业区(图9):①东北平原区,包括3个省(黑龙江、吉林和辽宁);②黄淮海平原区,包括5个省市(北京、天津、河北、山东及河南);③长江中下游地区,包括7个省市(上海、江苏、安徽、湖北、湖南、浙江和江西);④华南区,包括4个省区(广东、福建、海南和台湾);⑤北方干旱半干旱区,包括4个省(新疆、内蒙古、宁夏和甘肃);⑥黄土高原区,包括2个省(山西和陕西);⑦四川盆地及周边地区,包括2个省市(四川和重庆);⑧云贵高原区,包括3个省区(云南、贵州和广西);⑨青藏高原区,包括2个省区(青海和西藏)。

    9  中国农业区划分图

     

    3.  结果分析

    3.1    结果对比验证

    为了对GAEZ模型估算的大豆生产潜力进行验证,选取了GAEZ模型估算的2005年和2010年两期中国耕地大豆生产潜力,以全国各县()为统计单元进行了汇总统计,获得了各县()2005年和2010年耕地单位面积大豆生产潜力,并与《中国农业统计年鉴》中的2005年和2010年各县()的大豆单位面积产量进行了对比分析(图10)。结果表明:GAEZ模型估算的2005年中国大豆平均生产潜力为2469.41 kg/hm2,是全国实际大豆单产的1.23,其中大豆单位面积生产潜力与实际单产比值在1~2之间的县()占全国的87%;2010年全国大豆平均生产潜力为2421.39 kg/hm2,是全国大豆实际单产值的1.27,其中大豆单位面积生产潜力与实际单产比值在1~2之间的县()占全国的83%??杉?/span>,基于GAEZ模型估算的中国各县市大豆生产潜力值均高于其实际产量,两者标准差2005年和2010年分别为480 kg/hm2570 kg/hm2??杉?/span>,在对大豆生产潜力估算方面,GAEZ模型存在20%左右的系统性高估问题,这一系统性误差,可从以下两个方面解释:①GAEZ模型估算大豆生产潜力时仅考虑了光、温、水、土等自然因素,没有考虑社会经济因素的影响。如果在此基础上进一步考虑灌溉、化肥、农业机械等社会经济要素,则可获得更准确的大豆生产潜力估算结果;GAEZ模型是在获取大豆适宜种植面积基础上计算生产潜力的,这一过程仅考虑了某一块地是否适宜种植大豆及适宜种植区域能取得的大豆生产潜力,没有考虑其他作物影响及农民在利益最大化驱使下对作物种类的选择,也没有考虑作物种植制度的影响,据此估算的大豆生产潜力结果偏高。

    10 2005年与2010年中国大豆生产潜力与实际单产的对比图

    从以上分析可见,GAEZ模型模拟的全国尺度大豆生产潜力及其空间分布与实际情况基本相吻合。因此,基于GAEZ模型模拟的大豆生产潜力空间分布数据进行气候变化背景下中国大豆生产能力的变化分析,能在很大程度上反映全国大豆生产潜力的时空格局演变特征。

    3.2    2010年中国大豆生产潜力的空间特征

    GAEZ模型估算结果看,2010年全国大豆适宜种植面积1.65亿hm2,生产潜力总量3.24亿吨,平均生产潜力2421.39 kg/hm2。

    从空间分布看(图11,中国大豆生产潜力高值区主要集中在东北平原区和黄淮海平原区,大豆生产潜力整体呈现由南向北、由西向东增加的趋势。2010年全国大豆生产潜力在4000 kg/hm2以上的区域主要分布在东北平原区和黄淮海平原区局部地区,此外在新疆和云南也有零星分布;大豆生产潜力在3000~4000 kg/hm2的区域主要分布在黄淮海平原区和长江中下游局部地区,此外在北方干旱半干旱区和云南也有少量分布;大豆生产潜力在2000~3000 kg/hm2的地区主要分布在长江中下游地区和黄淮海平原区局部地区,此外在华南区、黄土高原区、云贵高原区、北方干旱半干旱区和四川盆地东部也有零星分布;大豆生产潜力在1000 kg/hm2以下的地区主要位于黄土高原、四川盆地东部、云贵高原大部分地区和甘肃南部。

    11  2010年中国大豆生产潜力空间分布格局

    2010年中国各农业区大豆生产潜力总量由高到低排序为:东北平原区>长江中下游地区>黄淮海平原区>北方干旱半干旱区>云贵高原区>黄土高原区>四川盆地及周边地区>华南区>青藏高原区(图12,其中东北平原区大豆平均生产潜力为3630 kg/hm2,生产潜力总量为0.849亿吨。

    12  2010年中国各农业区大豆平均生产潜力和生产潜力总量

    3.3    气候变化背景下中国大豆生产潜力的时空演变特征

    3.3.1.  全国尺度大豆生产潜力的时间变化过程

    从近50年来中国大豆适宜种植面积、生产潜力和生产潜力总量变化趋势看,在气候变化背景下,中国大豆平均生产潜力呈下降趋势,而大豆适宜种植面积和生产潜力总量却呈上升趋势。20世纪60年代-21世纪头10,大豆适宜种植面积始终呈增长趋势,增加了0.047亿hm2;60-80年代呈缓慢增长趋势;20世纪80年代-21世纪头10年增长较快。50年来大豆生产潜力下降了60 kg/hm2,其中60年代为2570 kg/hm2,70年代下降至2530 kg/hm2,70年代以后持续下降,21世纪头10年下降到2510 kg/hm2。受适宜种植面积持续增加和生产潜力持续下降的影响,中国大豆生产潜力总量先降后增,60年代相比,70年代大豆生产潜力总量降低了0.022亿吨,70年代-21世纪头10年呈持续增长趋势,且增幅逐渐变大,增加了0.053亿吨(图13)。

     

    13  50年来中国大豆适宜种植面积、生产潜力和生产潜力总量变化

    3.3.2.  大豆生产潜力变化的区域差异

    从大豆适宜种植面积变化看(图14a,长江中下游地区大豆适宜种植面积最多,50年来受气候变化影响不大,始终维持在3400hm2左右;其次为黄淮海平原区和东北平原区,大豆适宜种植面积分别在3015~3077hm22896~2965hm2之间,50年来适宜种植面积均有所增加。气候变化背景下中国各农业区大豆适宜种植面积变化趋势可以分为两大类:①稳定型(几乎不变),包括长江中下游地区、云贵高原区、四川盆地及周边地区、华南区、青藏高原区和黄土高原区;②增长型,包括北方干旱半干旱区、黄淮海平原区和东北平原区,其中北方干旱半干旱区大豆适宜种植面积增长较多。

     

    14  50年来中国各农区大豆适宜种植面积、生产潜力和生产潜力总量变化

    从各农业区大豆生产潜力变化看(图14b,东北平原区最高,50年来始终保持在3200 kg/hm2以上,且随着气候变化逐渐升高。其次为黄淮海平原区和长江中下游平原区,均在2700 kg/hm2以上。气候变化背景下中国各农业区大豆生产潜力变化趋势可以分为3类:①上升型,包括东北平原区;②下降型,包括黄淮海平原区、长江中下游平原区、华南区;③波动型,包括北方干旱半干旱区、黄土高原区、云贵高原区、四川盆地及周边地区和青藏高原区。

    从各农业区大豆生产潜力总量变化看(图14c,20世纪六七十年代长江中下游地区大豆生产潜力总量位居全国第一,其中60年代为7509万吨,70年代为7428;到了80年代,东北平原区超过长江中下游地区位居第一,此后大豆生产潜力总量大幅增长,21世纪头10年达到8116万吨,20世纪60年代增加了885万吨;80年代以后长江中下游地区则退居第二,大豆生产潜力总量持续下降,21世纪头10年达到7101万吨,20世纪60年代降低了408万吨?;苹春F皆?/span>50年来始终位居第三,20世纪60年代大豆生产潜力总量为6872万吨,70年代有小幅增长外,之后也持续下降,21世纪头10年降到6587万吨,20世纪60年代降低了285万吨。气候变化背景下中国各农业区大豆生产潜力总量变化趋势可以分为:①上升型,包括东北平原区、北方干旱半干旱区;②下降型,包括长江中下游地区、黄淮海平原区和华南区;③波动型,包括云贵高原区、四川盆地及周边地区和黄土高原区。

     

    4.  讨论和结论

    4.1    主要结论

    本文采用GAEZ模型估算了1961-2010年中国大豆生产潜力的长时间尺度变化过程,进而定量分析了近50年来气候变化导致的中国大豆生产潜力的时空格局演变特征。主要结论如下:

    (1) 2010年全国大豆适宜种植面积1.65亿hm2,平均生产潜力2421.39 kg/hm2,生产潜力总量3.24亿吨。中国大豆生产潜力空间差异显著,呈由南向北、由西向东增加的趋势。生产潜力总量居前三位的地区分别为东北平原区、长江中下游地区和黄淮海平原区。

    (2) 在气候变化背景下,受适宜种植面积持续增加和生产潜力持续下降的影响,中国大豆生产潜力总量在20世纪60年代-21世纪头10年呈现先降后增的态势,最低值出现在70年代,3.275亿吨,此后直至2010年呈持续增长趋势,且增幅逐渐变大。

    (3) 中国大豆生产潜力变化的区域差异明显。20世纪60年代,长江中下游地区大豆生产潜力总量位列全国第一,之后持续下降;80年代,东北平原区超过长江中下游地区成为全国第一位,且大豆生产潜力总量持续大幅增长;黄淮海平原区位列第三,大豆生产潜力总量在70 年代有小幅增长,之后持续下降。

     

     

     

    本文所使用的耕地空间百分比数据、地形数据、高程数据、土壤数据均来源于北京数字空间科技有限公司制作并通过地理国情监测云平台网站(江西15选5开奖结果今天)发布的数据产品。


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