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科学东北地理所揭示粮食生产潜力对土地利用变化的响应机制,中国耕地可持续利用研究获进展

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科学,6月14日,中国科学院空天信息研究院再生资源遥感技术研究室副研究员左丽君以第一署名在Nature子刊Nature
Sustainability
上发表题为Progress towards sustainable intensification
in China challenged by land-use
change
(《土地利用变化对中国耕地利用的可持续发展趋势形成挑战》)的研究性论文。

粮食是关系国民生计的特殊商品和重要战略储备资源,粮食安全是国家安全的重要组成部分。土地作为农业生产最基本的物质条件,土地利用方式的转变直接影响粮食产量,从而影响到粮食有效供给。吉林西部是吉林省重要的粮食产区,且生态环境脆弱,改革开放以来,吉林西部土地利用发生了剧烈变化,探讨该地区粮食生产潜力对土地利用变化的响应,能够为区域社会经济的发展方向提供重要建议。

如何利用有限的耕地,以最低的生态环境代价,满足人类日益增长的粮食需求,是解决当今世界粮食安全问题的关键所在。这是全球性的重大议题,也是世界各国政府的共同挑战。中国作为迅速成长的大型经济体,其粮食安全的可持续性保障在解决全球粮食安全问题中举足轻重。

中国科学院东北地理与农业生态研究所土地系统遥感学科组结合土地利用数据、气象数据、土壤数据、DEM
数据和历史统计资料等,采用全球农业生态区模型,估算了吉林西部粮食生产潜力,进而分析了吉林西部粮食生产潜力对土地利用变化的响应。研究结果表明,在1975-2010年间,由于气候、土地利用和灌溉水平的变化,吉林西部粮食生产潜力呈增加趋势;虽然耕地面积的增加提高了粮食生产潜力,但其作用要远小于气候和灌溉水平的变化,而耕地增加的主要原因是草地和沼泽地被大面积地开垦为农田,导致了生态环境恶化趋势加剧。因此,仅仅管控耕地数量并非是保障粮食安全的最优途径,通过增加农业投入,改善土地质量,优化土地利用格局,恢复生态环境,从而提高粮食生产潜力,应是保障国家、区域粮食安全和实现土地可持续利用的更好选择。

左丽君联合其它国内外七家单位的科研人员,通过四年努力,系统性地建立了耕地利用生态环境影响评估体系,并以中国土地利用时空数据库为基础,首次厘清了1980年代末以来,我国耕地的粮食产出与生态环境影响的时空变化过程,定量评估了农田管理措施改进和土地利用变化两大驱动因素对我国耕地产粮及其生态环境影响的贡献。

该项研究工作得到了国家自然科学基金(NO.41271416)和国家科技基础性工作专项(NO.2013FY112800)的支持。相关成果发表在SCI/SSCI双检索期刊Sustainability上。

再生资源遥感技术研究室研究员张增祥及其团队长期开展土地资源与区域生态环境等遥感应用研究,组织并完成了时间序列的中国1:10万比例尺土地利用数据库、土壤侵蚀数据库、城市扩展数据库和1:25万比例尺土地覆盖数据库、生态环境综合背景数据库。该研究在此基础上,从水、土地和气候三个方面,对我国耕地利用过程中的生态环境影响进行了全面、定量的评估,阐明了农田管理措施的改进在现阶段对耕地可持续利用的主导作用,同时揭示了以城镇化为主驱动的耕地空间格局转变对我国生态环境潜在且趋强的威胁。

论文信息:Fei Li, Shuwen Zhang*, Xinliang Xu, Jiuchun Yang, Qing Wang,
Kun Bu, Liping Chang, 2015. The response of grain potential
productivity to land use change: a case study in Western Jilin, China.
Sustainability
, 7: 14729-14744.

文章指出我国粮食产量不断增加的同时,除灌溉耗水和磷肥过施以外,其它方面的生态环境影响在2000年以后呈现降低趋势,各方面指标的生态环境效率(即单位粮食产量的环境影响)均在提升,耕地利用总体朝着可持续的方向发展。

科学 1

同时,城镇化过程导致了优质耕地的流失,新增耕地主要集中在我国北方地区,且有从东北向西北干旱半干旱区转移的特点。新增耕地单位粮食产量的土地资源消耗和灌溉用水消耗比流失耕地分别高47%和58%。耕地在空间分布上的这一转变,不仅将降低我国粮食的总体生产能力,直接影响我国的粮食安全,而且将严重威胁我国干旱半干旱区的生态环境。

论文链接

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1987年至2010年中国耕地产粮和生态环境影响总量及强度指标变化

科学 3

不同时段耕地不变区、新增耕地、流失耕地生态环境影响指标强度对比(P1:1987-2000;P2:2000-2010;Pt:1987-2010)

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