三江平原耕地结构演化及其对粮食产量和地表热环境的影响研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 潘涛 |
| 答辩日期 | 2020-06-30 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 张弛 |
| 关键词 | 耕地结构 土地制度区 粮食安全 地表热环境 三江平原 Cropland structure Land system Food security Surface thermal environment Sanjiang Plain |
| 学位专业 | 理学博士 |
| 其他题名 | Evolution of the cropland structure and effects on grain production and land surface thermal environments in the Sanjiang Plain, China |
| 英文摘要 | 三江平原是中国商品粮生产基地和耕地改革先行示范区， 其耕地变化代表着东北地区乃至全国农业用地改革的方向。该区域耕地的快速扩张必然对粮食产量和农业环境产生重大影响。此外，三江平原也是中国不同土地制度典型区，辖区由国营农场区和普通农户区组成。 开展对三江平原耕地结构演化及其对粮食产量和地表热环境的研究，有利于了解中国农业用地改革过程、粮食安全问题、和农业环境问题。同时也有利于了解不同土地制度对这些问题的潜在影响。本研究从土地利用、 土地管理制度、粮食产量、和地表热环境四个方面确定研究目标。 (1) 基于陆地资源卫星，追踪时间序列的整个研究区耕地面积及其结构变化，还原三江平原耕地垦殖历史； (2) 在水田发展背景下，比较不同土地制度管理区过去耕地变化和未来发展格局，探究土地制度对耕地演化的影响； (3) 揭示在全球农业贸易和中国宏观农业政策背景下，该区域耕地变化对粮食产量影响的时空特征，以及不同土地制度区农作物演化和粮食变化差异； (4) 定量分析耕地结构演化对地表热环境的影响，揭示不同农作物在生长季的温度差异，探究寒冷地区水田扩张的“冷岛效应” 。针对这四个目标， 本研究结论如下：(1) 基于一种土地利用更新方法， 采用 771 景陆地资源卫星对 1990-2015 年时序间隔 5 年的耕地演变进行了追踪分析。结果表明：三江平原的陆地资源卫星影像支持多年的土地制图要求。 基于新的土地利用产品， 三江平原耕地总面积由 45 252.01km（2 1990）持续增长到 58 231.59 km（2 2015）。从耕地结构分析，水田面积由 2 850.87km2（1990） 快速增长到 26 537.14 km2（2015） 。这使得水田在耕地总面积的占比由6.30%（1990） 几乎直线上升到 45.57%（2015） 。这说明三江平原耕地结构发生了剧烈变化， 该变化以水田快速扩张为主要特征。(2) 在水田快速扩张背景下，分析了 1990-2050 年不同农业制度区耕地的历史变化状况和未来发展格局。结果表明：国营农场水田扩张速度快于普通农户区，对应速率分别为 648.61 km2/yr 和 298.84 km2/yr。这使得在 1990-2015 年间，国营农场水田发展从初始阶段进入末期阶段，而普通农户区则从初始阶段进入中期阶段。 根据预测， 2020-2050 年，水田发展重心从国营农场迁移到普通农户区， 这也导致了普通农户区旱地出现大量流失。 本研究提供了遥感卫星证据，表明国营农场通过水田面积扩张来影响耕地种植模式，形成与普通农户区差异化的耕地结构演化格局。(3) 基于土地转换、作物演化、粮食单产、模型模拟等信息，揭示不同土地制度区在谷物生产中的角色分工。结果表明：在 1990 年研究区粮食总产量为 748.03×104t，到 2015 年增长到 3 785.13×104 t，表明总产量增长了 4.06 倍。通过土地利用转移矩阵分析，旱地变成水田是 1990-2015 年间研究区主要的土地利用变化类型。 这种土地转变对粮食产量产生了积极影响，贡献了粮食总增量的 14.29%。 在 1990-2015年，三江平原农作物变化特征为：水稻和玉米在耕地的占比分别提高 33.67%和17.91%，而大豆和其他作物在耕地的占比则分别降低 25.93%和 25.65%。在不同的农业制度区，优势农作物的演变状况不同，在国营农场区由大豆（1990-2000）演化为水稻（2000-2015），而在普通农户区由大豆（1990-2005）演化为玉米（2005-2015）。不同的农作物演化特征表明： 国营农场对中国居民的口粮贡献更大， 而普通农户区的粮食侧重于为工农业生产服务，体现了不同的粮食生产角色分工。(4) 我们分析旱地作物转变为水田对地表环境的影响。 2000-2015 年期间，与旱地作物相比，新扩张的水田在生长季产生了高达 7.17±1.05℃的“冷岛效应” 。该“冷岛效应” 在 5 月/6 月达到高峰，在雨量充沛的 8 月降至最低。低密度、中密度和高密度水田区的地表温度分别降低了 0.59±0.06℃、 0.77±0.07℃和 1.08±0.08℃，说明随着水田密度的增加，该效应加剧。地表热过程机制表现为：在旱地被水田替代后，显热通量和土壤热通量分别降低了 52.94W/m2和 15.26W/m2，潜热通量和净辐射分别增加了 115.66W/m2 和 47.34W/m2。本研究的方法创新和主要发现如下： 首先，提供一个土地利用更新方法获得 30米分辨率耕地结构信息，该方法显示出较好的精度。其次， 在不同的土地制度管理区， 国营农场通过水田面积扩张来影响耕地种植模式，形成与普通农户区差异化的耕地演化格局；第三，旱地变成水田对粮食安全具有积极影响， 并揭示不同土地制度区农作物演化差异，阐明其在中国谷物市场供给中的角色分工； 最后，分析中国寒冷地区旱地变成水田在生长季的地表温度差异， 量化寒冷地区水田扩张的“冷岛效应” ，揭示其对地表热环境影响的内在机制。 |
| 学科主题 | 地图学与地理信息系统 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.xjlas.org/handle/365004/15441]  |
| 专题 | 中国科学院新疆生态与地理研究所 新疆生态与地理研究所_研究系统 |
| 作者单位 | 中国科学院新疆生态与地理研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 潘涛. 三江平原耕地结构演化及其对粮食产量和地表热环境的影响研究[D]. 北京. 中国科学院大学. 2020. |
入库方式： OAI收割
来源：新疆生态与地理研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。