內(nèi)蒙古土地利用變化對(duì)糧食生產(chǎn)能力的影響

基金項(xiàng)目： 國家自然科學(xué)基金（編號(hào): 41161015)；耕地動(dòng)態(tài)與干暖化對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶生態(tài)系統(tǒng)干擾作用以及影響機(jī)理——以烏蘭察布市為例。

摘要：保障一定數(shù)量的耕地是保證我國糧食安全的必要條件。內(nèi)蒙古地區(qū)長期的草地開墾與自2000年開始實(shí)施的生態(tài)退耕工程勢必會(huì)影響到內(nèi)蒙古地區(qū)的糧食產(chǎn)能總量，本文利用GLO-PEM遙感模型估算的農(nóng)田生產(chǎn)力結(jié)果，結(jié)合遙感解譯獲取的土地利用變化數(shù)據(jù)，分析2000-2005年土地利用變化對(duì)內(nèi)蒙古糧食產(chǎn)能的影響，獲得以下主要結(jié)論：2000-2005年土地利用變化使內(nèi)蒙古耕地糧食產(chǎn)能總量增加，新增耕地增加的糧食產(chǎn)能總量為101.06×104 T，大面積的草地開墾占主導(dǎo)作用；同時(shí)耕地轉(zhuǎn)出使內(nèi)蒙古糧食產(chǎn)能減少了65.23 ×104T，生態(tài)退耕是導(dǎo)致耕地糧食產(chǎn)能降低的主要土地利用變化因素。

關(guān)鍵字：土地利用 遙感 GLO-PEM 糧食產(chǎn)能

1. 前言

土地利用變化是當(dāng)前全球變化研究的熱點(diǎn)問題之一， 耕地資源作為人類最基本的物質(zhì)基礎(chǔ)，其時(shí)空格局及其變化越來越受到人們的關(guān)注。我國糧食生產(chǎn)自1998年總產(chǎn)達(dá)到歷史最高以來，總產(chǎn)和單產(chǎn)出現(xiàn)持續(xù)滑坡，人均糧食產(chǎn)量從820斤減少到20年前的670斤，在我國政府采取一系列行政干預(yù)下，糧食生產(chǎn)在2005年得到恢復(fù)和提高，但是我國正處于經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展時(shí)期，人口壓力和城鎮(zhèn)建設(shè)等日益威脅著我國糧食生產(chǎn)安全[1-2]。已有不少學(xué)者從耕地轉(zhuǎn)移、糧食單產(chǎn)等角度對(duì)全國糧食供給能力的影響展開研究[3-5]，但對(duì)于區(qū)域糧食供給研究甚少，內(nèi)蒙古地區(qū)作為我國西部大開發(fā)重要組成部分，正處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展時(shí)期，如何處理好糧食需求、城鎮(zhèn)建設(shè)與生態(tài)保護(hù)三者關(guān)系對(duì)指導(dǎo)未來內(nèi)蒙古土地利用具有重要意義。本文利用空間分辨率為8km，時(shí)間分辨率為10d的AVHRR為遙感數(shù)據(jù)源輸入生產(chǎn)力遙感模型GLO-PEM，結(jié)合年內(nèi)蒙古土地利用數(shù)據(jù)，分析2000-2005年內(nèi)蒙古耕地變化對(duì)糧食產(chǎn)能總量的影響。

2. 研究區(qū)概況

內(nèi)蒙古自治區(qū)位于中國的北部邊疆，由東北向西南斜伸，呈狹長形。經(jīng)緯度西起東經(jīng)97°12′，東至東經(jīng)126°04′，橫跨經(jīng)度28°52′，相隔2400km；南起北緯37°24′，北至北緯 53°23′，縱占緯度15°59′，直線距離1700km；全區(qū)總面積占全國土地面積的12.3％，全區(qū)轄12個(gè)盟、市，分別是呼和浩特市、包頭市、烏海市、赤峰市、通遼市、鄂爾多斯市、呼倫貝爾市、巴彥淖爾市、烏蘭察布市、興安盟、錫林郭勒盟和阿拉善盟。地貌以蒙古高原為主體，具有復(fù)雜多樣的形態(tài)；該區(qū)地域遼闊，氣候以溫帶大陸性季風(fēng)氣候?yàn)橹鳎昶骄鶜鉁貫?℃～8℃，氣溫年差平均在34℃～36℃，日差平均為12℃～16℃。年總降水量50～450毫米，東北降水多，向西部遞減，主要農(nóng)作物包括小麥、玉米、大豆等。

3. 數(shù)據(jù)及方法

3.1數(shù)據(jù)及來源

本文基于遙感數(shù)據(jù)定量化分析土地利用變化對(duì)糧食生產(chǎn)能力影響。收集2000-2005年覆蓋內(nèi)蒙古地區(qū)NOAA衛(wèi)星1、2、4、5通道的數(shù)據(jù)，空間分辨率8km，時(shí)間步長為10天的Pathfinder；所需的氣象資料基于中國氣象局約730個(gè)站點(diǎn)的氣候資料用ANUSPLIN氣候插值軟件進(jìn)行內(nèi)插得到；土地利用變化數(shù)據(jù)采用中國科學(xué)院由TM提取制作的全國1:10萬土地利用數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫完整系統(tǒng)的檢測了內(nèi)蒙古2000-2005年耕地資源的分布時(shí)空動(dòng)態(tài)信息，精度高達(dá)98%以上，滿足研究需要。

3.2遙感模型

GLO-PEM是一個(gè)基于NOAA/AVHRR數(shù)據(jù)開發(fā)主要由遙感資料驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)力效率模型，完全由遙感數(shù)據(jù)支持，主要由描述冠層輻射吸收、利用、自養(yǎng)呼吸等幾個(gè)部分組成[6-8]

式中：St為t時(shí)刻入射光合有效輻射（PAR），Nt為植被吸收光合有效輻射的比例FPAR， 為植被吸收的光合有效輻射的有機(jī)物轉(zhuǎn)化率（光能利用率），R為植物自養(yǎng)呼吸。模型中其他數(shù)據(jù)及其計(jì)算公式在Prince et al. (1995) 和Cao et al. (2004)的文章里有詳細(xì)介紹，在此不再冗述。

式中，NPP為凈初級(jí)生產(chǎn)力，單位gC/m2； 為收獲指數(shù)，由于內(nèi)蒙古主要農(nóng)作物為小麥與玉米，取兩種農(nóng)作物的平均值0.4；MC含水量，取0.13[9]；因此， 0.45是生物量中C的含量；y為糧食單產(chǎn)，單位為g/m2。

利用2000-2005年內(nèi)蒙古耕地動(dòng)態(tài)變化成分柵格乘以該柵格的糧食單產(chǎn)即得到該柵格的糧食產(chǎn)能總量。

4. 耕地利用變化對(duì)糧食產(chǎn)能的影響

從整體來看，內(nèi)蒙古2000-2005年耕地糧食產(chǎn)能總量是增加的，因新增耕地增加的糧食產(chǎn)能總量為101.06×104 T，同時(shí)由于大規(guī)模的生態(tài)退耕及建設(shè)用地占用等，又使內(nèi)蒙古糧食產(chǎn)能減少了65.23×104T。

在內(nèi)蒙古十二個(gè)盟市中，赤峰市耕地產(chǎn)能總量增減之比最高，為3.93倍，其次為通遼及鄂爾多斯，分別為2.75倍、2.21倍，呼和浩特市、包頭市、呼倫貝爾市、興安盟、錫林郭勒盟五個(gè)盟市耕地產(chǎn)能總量增減之比接近平衡，烏蘭察布市最小，僅為0.27倍（圖1、表1）。

4.1新增耕地對(duì)糧食產(chǎn)能的影響

在新增耕地增加的糧食產(chǎn)能總量中，草地開墾占主導(dǎo)作用，由草地開墾帶來的糧食產(chǎn)能總量約為76.82×104T，占整個(gè)總量的76 %，其次是未利用地開墾，約為12.41×104 T，占12%，林地開墾及水域轉(zhuǎn)入帶來的糧食產(chǎn)能較少，分別占總量的9%和3%。

各盟市而言，通遼市新增耕地糧食產(chǎn)能總量最高，達(dá)到了28.87×104 T，占整個(gè)內(nèi)蒙古的28.6%，其次是赤峰市為23.24×104T，占內(nèi)蒙古的23.0%，阿拉善盟與烏海市新增耕地糧食產(chǎn)能相對(duì)較少，不足整個(gè)內(nèi)蒙古新增耕地糧食產(chǎn)能增加量的1%。因草地與林地開墾帶來的糧食產(chǎn)能總量集中分布于赤峰市及通遼市兩個(gè)地區(qū)，由草地開墾轉(zhuǎn)入的耕地產(chǎn)量總量中，赤峰市及通遼市分別為18.25×104T和18.25×104T，占整個(gè)內(nèi)蒙古地區(qū)的47.5%，由林地開墾帶來的耕地產(chǎn)能總量中，赤峰市及通遼市分別為2.95×104 T和1.63×104 T，占內(nèi)蒙古地區(qū)的54%。因未利用地開墾而帶來的糧食產(chǎn)能總量集中于通遼市、呼倫貝爾市、赤峰市及興安盟地區(qū)，占整個(gè)內(nèi)蒙古地區(qū)的94.87%。

4.2耕地減少對(duì)糧食產(chǎn)能的影響

2000-2005年間，耕地轉(zhuǎn)出導(dǎo)致的糧食產(chǎn)能減少總量中，生態(tài)退耕占主導(dǎo)地位，為56.13×104 T，占產(chǎn)能減少總量的86.1%，由建設(shè)用地占用及轉(zhuǎn)入水域所減少的糧食產(chǎn)能總量較少，分別為4.28×104 T 和1.50×104 T，占總量的 6.6%和2.3%。

從各盟市來看，呼倫貝爾市因耕地轉(zhuǎn)出而導(dǎo)致的糧食產(chǎn)能總量減少最多，為12.42×104 T，其次為通遼市及烏蘭察布市，分別為10.50×104 T和10.15×104 T，三個(gè)盟市占整個(gè)內(nèi)蒙古地區(qū)的50.7%。因生態(tài)退耕導(dǎo)致的糧食產(chǎn)能總量減少最多的三個(gè)盟市為呼倫貝爾市、通遼及烏蘭察布市，依次為10.91×104 T、9.93×104 T與9.10×104 T；建設(shè)用地占用導(dǎo)致的糧食產(chǎn)能總量減少最多的為呼和浩特市，為1.18×104 T，其次為烏蘭察布市及通遼市，分別為0.70×104 T與0.52×104 T；因水域增加導(dǎo)致的糧食產(chǎn)能總量減少最多的為包頭市、呼和浩特市及巴彥淖爾市，依次為0.53×104 T、0.33×104 T和0.30×104 T。

5. 結(jié)論

本文分析了內(nèi)蒙古地區(qū)2000-2005年土地（耕地）利用變化對(duì)耕地產(chǎn)能總量產(chǎn)生的影響。主要結(jié)論有：

（1）2000-2005年內(nèi)蒙古因新增耕地帶來的糧食產(chǎn)能總量為101.06×104 T，同時(shí)因生態(tài)退耕及建設(shè)用地占用等，又使內(nèi)蒙古糧食產(chǎn)能減少了65.23×104T，耕地產(chǎn)能總量凈增加35.83×104 T，耕地開墾規(guī)模仍然大于生態(tài)退耕。

（2）新增耕地主要來源于對(duì)草地的開墾，因草地開墾帶來的耕地產(chǎn)能增加量達(dá)到76.82×104 T，主要分布于通遼市及赤峰市，占內(nèi)蒙古的51.6%；因生態(tài)退耕導(dǎo)致的耕地產(chǎn)能減少總量為56.13×104 T，集中分布于呼倫貝爾市、通遼市及烏蘭察布市；與生態(tài)退耕相比，建設(shè)用地占用對(duì)內(nèi)蒙古耕地產(chǎn)能影響較弱，僅占因耕地減少導(dǎo)致的耕地產(chǎn)能減少總量的6.56%。

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