吉林省農田生態系統生產潛力研究

王景發何海潮

(1.吉林師范大學旅游與地理科學學院，吉林 四平 136000；2.江西師范大學歷史文化與旅游學院，江西 南昌 330022)

引言

中國自古以來就是農業大國，吉林省作為中國糧食生產和經營的重要省份，土地成為其經濟、社會、文化和歷史發展的基石。農田生態系統(Farmland Ecosystem)，即人類勞動在以農作物為核心的農用田地中，通過各個因素之間以及各個群落之間的相互作用關系，成功有效利用各種生態學上的發展模式，從而高效率促進能量的轉化和物質的循環，最后通過人類的思想和需要來進行生產的大熔爐。農田生態系統一直都是農業生態系統大家庭中的一個重要成員，是被人類社會合理干擾并產生有效回報的生態系統，在人類文明發展過程中，農田生態系統受到自然環境因素和人類文明社會因素的雙重影響[1-3]。土地生產潛力(Land Potential Productivity)又稱土地生產力，是基于當今所擁有的最優秀耕作技術和相對應的最優秀生產措施水平上耕種土地能生產出的最大糧食產量的能力，包括理論上的土地生產潛力和現實的土地生產潛力2部分，是某個特定地區耕作土地所能生產的人類可以利用的能量的能力，是單位面積的耕地所能生產糧食的數量[4-6]。眾多科研學者對我國土地生產潛力開展了大量的研究，2016年，杜國明等利用氣象、土壤和地形等數據和GAEZ模型，估算1961—2010年東北玉米的生產潛力，并分析50a氣候變化導致的東北玉米生產潛力時空格局演變特征，研究結果表明，1961—2010年東北玉米平均生產潛力整體波動較大，氣候變化對東北玉米生產潛力產生一定影響[7]；2014年，張曉峰等利用中國1961—2010年長時間序列的氣象、土壤、中國耕地空間分布遙感監測等數據和GAEZ模型，綜合考慮光照、溫度及水分等因素，估算中國大豆的生產潛力并分析近50a氣候變化導致的中國大豆生產潛力的時空格局特征，研究結果表明，中國大豆的生產潛力呈現由南向北、由西向東增加的趨勢，變化區域差異明顯[8]；2014年，劉洛等結合中國氣象、地形地貌、土壤類型等數據，利用GAEZ模型，定量分析中國耕地糧食生產潛力空間特征及1990—2010年中國耕地變化對糧食生產潛力的影響，研究結果表明，中國耕地糧食生產潛力存在顯著的空間差異，總體表現為東部高而西北部較低的趨勢，耕地變化對耕地糧食生產潛力產生一定影響[9]。眾多科研學者在國家和片區等整體尺度上對我國農作物農業生產潛力開展了一系列研究，吉林省作為我國重要的糧食生產與農業生產可持續大省，對吉林省農業生態系統生產潛力及時開展研究成為新時期農業發展規劃中的重中之重。本文以整個吉林省為研究對象，基于2010年中國農田生產潛力數據集數據，分析2010年吉林省農田生態系統生產潛力分布現狀，闡明2010年吉林省西、中、東部農田生態系統生產潛力差異規律，及時對吉林省農田生態系統開展生產潛力現狀及其區域差異規律研究，可以促進吉林省農業整體可持續發展，提供合理規劃數據參考。

1 研究區與數據處理

1.1 研究區概況

吉林省是中國東北地區的中心省級行政單位，是東北亞地區政治、經濟、文化的關鍵地區(E121°39′～131°20′，N40°51′～46°20′)。吉林省地勢由東南向西北逐漸遞減，地貌形態種類多樣，有火山侵蝕堆積地貌、流水沖積等，長白山位于其東部，是我國著名的旅游勝地之一。吉林省氣候夏季多雨，春季多風，秋季涼爽，冬季寒冷，是我國濕潤氣候到半干旱氣候的過渡區域。圖們江水系、鴨綠江水系、遼河水系、綏芬河水系和松花江水系為吉林省人民群眾的生產生活提供了良好的水源支持。吉林省礦產資源豐富，煤、石油、天然氣、銅礦、鐵礦等資源較為豐富。吉林省三大產業發展迅猛，醫療、教育、科技、文化、社會保障等在中國的總體地位不斷提升[10]。

1.2 數據來源與處理

中國農田生產潛力數據集的數據是從中國科學院資源環境科學數據中心(網址：http://www.resdc. cn)下載而來，數據集單位為kg·hm-2。在中國耕地資源分布數據、中國土壤分布數據及中國DEM高程等數據支持下，利用FAO和IIASA一起共同設計出來的大尺度的土地利用生產力模型——Global Agro-Ecological Zones(GAEZ)模型，總體探討光照、溫度、水分、大氣中的CO2濃度、病蟲災害、地形地貌及土壤類型等方面的綜合因素，最終獲得中國的耕地生產潛力分布數據集。中國耕地生產潛力分布數據集對研究耕地變化、氣候變化與糧食生產、揭示糧食生產力在中國的地域分異規律以及對中國耕地資源進行合理規劃利用保障國家糧食生產安全具有及其重要的意義。利用ArcGIS 10.7軟件對中國農田生產潛力數據集進行校正、配準、裁剪及統計整理分析，最終獲得2010年吉林省農田生態系統生產潛力分布數據，數據分辨率為1km×1km，坐標系確定為WGS 1984系統。

2 結果與分析

2.1 吉林省農田生態系統生產潛力現狀

通過ArcGIS 10.3軟件，利用吉林省SHP文件對2010年中國農田生態系統生產潛力數據集進行裁剪整理，獲得2010年吉林省整體農田生態系統生產潛力分布圖(如圖1)。

圖1 吉林省農田生態系統生產潛力分布圖

由圖1可知，吉林省2010年農田生態系統生產潛力整體最高值為7729.29kg·hm-2，最小值為1.18383kg·hm-2，生產潛力平均值為3865.236915kg·hm-2。吉林省農田生態系統生產潛力整體表現為中部最高，其次為東部，西部最低，這與吉林省自然和人文條件的分布具有密切聯系。吉林省中部城鎮化進程較快，農田生產潛力巨大；吉林省東部地勢較高，地形多山地，使得農田有效使用率降低，進而導致吉林省東部農田生態系統生產潛力還有一定挖掘空間；吉林省西部為耕地利用率較高，生產潛力反而降低，再加上氣候、水文、土壤等自然條件的限制，使得吉林省西部農田生態系統生產潛力表現較差。

2.2 吉林省西、中、東部農田生態系統生產潛力差異

通過ArcGIS 10.3軟件，利用吉林省西、中、東部SHP文件對2010年中國吉林省農田生態系統生產潛力數據集進行裁剪整理，獲得2010年吉林省西、中、東3部分農田生態系統生產潛力分布圖(如圖2)。

圖2 吉林省西、中、東部農田生態系統生產潛力分布圖

由圖2可知，吉林省西部2010年農田生態系統生產潛力整體最高值為7706.1kg/ha，最小值為1.1838kg·hm-2，生產潛力平均值為3853.6419kg·hm-2，從市區縣級行政單位上來看，吉林省西部白城市、洮南市、扶余縣、長嶺縣東部和乾安縣農田生態系統生產潛力相對較高，而鎮賚縣、大安市、通榆縣、前郭爾羅斯蒙古族自治縣和長嶺縣西部農田生態系統生產潛力相對較低。吉林省中部2010年農田生態系統生產潛力整體最高值為7729.3kg·hm-2，最小值為12.006kg·hm-2，生產潛力平均值為3870.653kg·hm-2，從市區縣級行政單位上來看，吉林省中部榆樹市、德惠市、九臺市、公主嶺市、梨樹縣、四平市和農安縣南部農田生態系統生產潛力相對較高，而雙遼市、蛟河市、吉林市、永吉縣、樺甸市、磐石市、遼源市和東豐縣農田生態系統生產潛力相對較低。吉林省東部2010年農田生態系統生產潛力整體最高值為7222.8kg·hm-2，最小值為7.1034kg·hm-2，生產潛力平均值為3614.9517kg·hm-2，從市區縣級行政單位上來看，吉林省東部敦化市、汪清縣、琿春市、延吉市、圖們市、龍井市和和龍市東北部農田生態系統生產潛力相對較高，而梅河口市、輝南縣、柳河縣、通化市、白山市、靖宇縣和撫松縣西部農田生態系統生產潛力相對較低。

3 結論

本文以整個吉林省為研究對象，基于2010年中國農田生產潛力數據集數據，分析2010年吉林省農田生態系統生產潛力分布現狀，闡明2010年吉林省西、中、東部農田生態系統生產潛力差異規律。研究結果表明：吉林省2010年農田生態系統生產潛力整體最高值為7729.29kg·hm-2，最小值為1.18383kg·hm-2，生產潛力平均值為3865.236915kg·hm-2；吉林省農田生態系統生產潛力整體表現為中部最高，其次為東部，西部最低，這與吉林省自然和人文條件的分布具有密切聯系；吉林省西、中、東部農田生態系統生產潛力整體最高值分別為7706.1kg·hm-2、7729.3kg·hm-2和7222.8kg·hm-2，最小值分別為1.1838kg·hm-2、12.006kg·hm-2和7.1034kg·hm-2，生產潛力平均值分別為3853.6419kg·hm-2、3870.653kg·hm-2和3614.9517kg·hm-2；在市區縣級行政單位上則表現為一定差異性。及時對吉林省農田生態系統開展生產潛力現狀及其區域差異規律研究，可以促進吉林省農業整體可持續發展，提供合理規劃數據參考。本文對2010年吉林省及其西、中、東3部分農田生態系統生產潛力空間分布進行了分析，下一步將結合氣象、水文、人文社會等條件對吉林省近3a農田生態系統生產潛力及其影響因素進行深入探討，進而增加其時效性。