内蒙古土地利用变化对粮食生产能力的影响

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基金项目： 国家自然科学基金（编号: 41161015)；耕地动态与干暖化对北方农牧交错带生态系统干扰作用以及影响机理――以乌兰察布市为例。

摘要：保障一定数量的耕地是保证我国粮食安全的必要条件。内蒙古地区长期的草地开垦与自2000年开始实施的生态退耕工程势必会影响到内蒙古地区的粮食产能总量，本文利用GLO-PEM遥感模型估算的农田生产力结果，结合遥感解译获取的土地利用变化数据，分析2000-2005年土地利用变化对内蒙古粮食产能的影响，获得以下主要结论：2000-2005年土地利用变化使内蒙古耕地粮食产能总量增加，新增耕地增加的粮食产能总量为101.06×104 T，大面积的草地开垦占主导作用；同时耕地转出使内蒙古粮食产能减少了65.23 ×104T，生态退耕是导致耕地粮食产能降低的主要土地利用变化因素。

关键字：土地利用 遥感 GLO-PEM 粮食产能

1. 前言

土地利用变化是当前全球变化研究的热点问题之一， 耕地资源作为人类最基本的物质基础，其时空格局及其变化越来越受到人们的关注。我国粮食生产自1998年总产达到历史最高以来，总产和单产出现持续滑坡，人均粮食产量从820斤减少到20年前的670斤，在我国政府采取一系列行政干预下，粮食生产在2005年得到恢复和提高，但是我国正处于经济迅速发展时期，人口压力和城镇建设等日益威胁着我国粮食生产安全[1-2]。已有不少学者从耕地转移、粮食单产等角度对全国粮食供给能力的影响展开研究[3-5]，但对于区域粮食供给研究甚少，内蒙古地区作为我国西部大开发重要组成部分，正处于经济快速发展时期，如何处理好粮食需求、城镇建设与生态保护三者关系对指导未来内蒙古土地利用具有重要意义。本文利用空间分辨率为8km，时间分辨率为10d的AVHRR为遥感数据源输入生产力遥感模型GLO-PEM，结合年内蒙古土地利用数据，分析2000-2005年内蒙古耕地变化对粮食产能总量的影响。

2. 研究区概况

内蒙古自治区位于中国的北部边疆，由东北向西南斜伸，呈狭长形。经纬度西起东经97°12′，东至东经126°04′，横跨经度28°52′，相隔2400km；南起北纬37°24′，北至北纬 53°23′，纵占纬度15°59′，直线距离1700km；全区总面积占全国土地面积的12.3％，全区辖12个盟、市，分别是呼和浩特市、包头市、乌海市、赤峰市、通辽市、鄂尔多斯市、呼伦贝尔市、巴彦淖尔市、乌兰察布市、兴安盟、锡林郭勒盟和阿拉善盟。地貌以蒙古高原为主体，具有复杂多样的形态；该区地域辽阔，气候以温带大陆性季风气候为主，年平均气温为0℃～8℃，气温年差平均在34℃～36℃，日差平均为12℃～16℃。年总降水量50～450毫米，东北降水多，向西部递减，主要农作物包括小麦、玉米、大豆等。

3. 数据及方法

3.1数据及来源

本文基于遥感数据定量化分析土地利用变化对粮食生产能力影响。收集2000-2005年覆盖内蒙古地区NOAA卫星1、2、4、5通道的数据，空间分辨率8km，时间步长为10天的Pathfinder；所需的气象资料基于中国气象局约730个站点的气候资料用ANUSPLIN气候插值软件进行内插得到；土地利用变化数据采用中国科学院由TM提取制作的全国1:10万土地利用数据库，该数据库完整系统的检测了内蒙古2000-2005年耕地资源的分布时空动态信息，精度高达98%以上，满足研究需要。

3.2遥感模型

GLO-PEM是一个基于NOAA/AVHRR数据开发主要由遥感资料驱动的生产力效率模型，完全由遥感数据支持，主要由描述冠层辐射吸收、利用、自养呼吸等几个部分组成[6-8]

式中：St为t时刻入射光合有效辐射（PAR），Nt为植被吸收光合有效辐射的比例FPAR， 为植被吸收的光合有效辐射的有机物转化率（光能利用率），R为植物自养呼吸。模型中其他数据及其计算公式在Prince et al. (1995) 和Cao et al. (2004)的文章里有详细介绍，在此不再冗述。

式中,NPP为净初级生产力，单位gC/m2； 为收获指数，由于内蒙古主要农作物为小麦与玉米，取两种农作物的平均值0.4；MC含水量，取0.13[9]；因此， 0.45是生物量中C的含量；y为粮食单产，单位为g/m2。

利用2000-2005年内蒙古耕地动态变化成分栅格乘以该栅格的粮食单产即得到该栅格的粮食产能总量。

4. 耕地利用变化对粮食产能的影响

从整体来看，内蒙古2000-2005年耕地粮食产能总量是增加的，因新增耕地增加的粮食产能总量为101.06×104 T，同时由于大规模的生态退耕及建设用地占用等，又使内蒙古粮食产能减少了65.23×104T。

在内蒙古十二个盟市中，赤峰市耕地产能总量增减之比最高，为3.93倍，其次为通辽及鄂尔多斯，分别为2.75倍、2.21倍，呼和浩特市、包头市、呼伦贝尔市、兴安盟、锡林郭勒盟五个盟市耕地产能总量增减之比接衡，乌兰察布市最小，仅为0.27倍（图1、表1）。

4.1新增耕地对粮食产能的影响

在新增耕地增加的粮食产能总量中，草地开垦占主导作用，由草地开垦带来的粮食产能总量约为76.82×104T，占整个总量的76 %，其次是未利用地开垦，约为12.41×104 T，占12%，林地开垦及水域转入带来的粮食产能较少，分别占总量的9%和3%。

各盟市而言，通辽市新增耕地粮食产能总量最高，达到了28.87×104 T，占整个内蒙古的28.6%，其次是赤峰市为23.24×104T，占内蒙古的23.0%，阿拉善盟与乌海市新增耕地粮食产能相对较少，不足整个内蒙古新增耕地粮食产能增加量的1%。因草地与林地开垦带来的粮食产能总量集中分布于赤峰市及通辽市两个地区，由草地开垦转入的耕地产量总量中，赤峰市及通辽市分别为18.25×104T和18.25×104T，占整个内蒙古地区的47.5%，由林地开垦带来的耕地产能总量中，赤峰市及通辽市分别为2.95×104 T和1.63×104 T，占内蒙古地区的54%。因未利用地开垦而带来的粮食产能总量集中于通辽市、呼伦贝尔市、赤峰市及兴安盟地区，占整个内蒙古地区的94.87%。

4.2耕地减少对粮食产能的影响

2000-2005年间，耕地转出导致的粮食产能减少总量中，生态退耕占主导地位，为56.13×104 T，占产能减少总量的86.1%，由建设用地占用及转入水域所减少的粮食产能总量较少，分别为4.28×104 T 和1.50×104 T，占总量的 6.6%和2.3%。

从各盟市来看，呼伦贝尔市因耕地转出而导致的粮食产能总量减少最多，为12.42×104 T，其次为通辽市及乌兰察布市，分别为10.50×104 T和10.15×104 T，三个盟市占整个内蒙古地区的50.7%。因生态退耕导致的粮食产能总量减少最多的三个盟市为呼伦贝尔市、通辽及乌兰察布市，依次为10.91×104 T、9.93×104 T与9.10×104 T；建设用地占用导致的粮食产能总量减少最多的为呼和浩特市，为1.18×104 T，其次为乌兰察布市及通辽市，分别为0.70×104 T与0.52×104 T；因水域增加导致的粮食产能总量减少最多的为包头市、呼和浩特市及巴彦淖尔市，依次为0.53×104 T、0.33×104 T和0.30×104 T。

5. 结论

本文分析了内蒙古地区2000-2005年土地（耕地）利用变化对耕地产能总量产生的影响。主要结论有：

（1）2000-2005年内蒙古因新增耕地带来的粮食产能总量为101.06×104 T，同时因生态退耕及建设用地占用等，又使内蒙古粮食产能减少了65.23×104T，耕地产能总量净增加35.83×104 T，耕地开垦规模仍然大于生态退耕。

（2）新增耕地主要来源于对草地的开垦，因草地开垦带来的耕地产能增加量达到76.82×104 T，主要分布于通辽市及赤峰市，占内蒙古的51.6%；因生态退耕导致的耕地产能减少总量为56.13×104 T，集中分布于呼伦贝尔市、通辽市及乌兰察布市；与生态退耕相比，建设用地占用对内蒙古耕地产能影响较弱，仅占因耕地减少导致的耕地产能减少总量的6.56%。

参考文献:

[1] 曹明奎.气候变化挑战农业系统和食物安全，2004，5月13日，科学时报，第四版

[2] 陈佑启.2000. 我国耕地利用变化及其对粮食生产的影响［J］. 农业工程学报，16(6): 29-32

[3] 封志明.杨艳昭.张晶.等. 从栅格到县域: 中国粮食生产的资源潜力区域差异分析[J].自然资源学报, 2007, 22 (5): 747-755

[4] 谢俊奇.蔡玉梅.郑振源.等. 基于改进的农业生态区法的中国耕地粮食生产潜力评价[J].中国土地科学, 2004,18(4):31-37

[5] 傅泽强.蔡运龙.杨友孝.等. 中国粮食安全与耕地资源变化的相关分析[ J]. 自然资源学报, 2001, 16( 4) : 313-319

[6] 闫慧敏.刘纪远.曹明奎.中国农田生产力变化的空间格局及地形控制作用 地理学报 第62卷 第2期2007年2月 171-180页

[7] Prince S D, Goward S N, Global primary production: A remote sensing approach. Journal of Biogeography, 1995, 22: 815-835.

[8] Goetz S J, Prince S D. Satellite remote sensing of primary production: An improved production efficiency modeling approach. Ecological Modelling, 1999, 122: 239-255.

[9] 方精云.刘国华.徐嵩龄.中国陆地生态系统的碳库，见：王庚臣等主编，温室气体浓度和排放监测及相关过程，北京：中国环境科学出版社，1996，109-128