內蒙古土地利用變化對糧食生產能力的影響

基金項目： 國家自然科學基金（編號: 41161015)；耕地動態與干暖化對北方農牧交錯帶生態系統干擾作用以及影響機理——以烏蘭察布市為例。

摘要：保障一定數量的耕地是保證我國糧食安全的必要條件。內蒙古地區長期的草地開墾與自2000年開始實施的生態退耕工程勢必會影響到內蒙古地區的糧食產能總量，本文利用GLO-PEM遙感模型估算的農田生產力結果，結合遙感解譯獲取的土地利用變化數據，分析2000-2005年土地利用變化對內蒙古糧食產能的影響，獲得以下主要結論：2000-2005年土地利用變化使內蒙古耕地糧食產能總量增加，新增耕地增加的糧食產能總量為101.06×104 T，大面積的草地開墾占主導作用；同時耕地轉出使內蒙古糧食產能減少了65.23 ×104T，生態退耕是導致耕地糧食產能降低的主要土地利用變化因素。

關鍵字：土地利用 遙感 GLO-PEM 糧食產能

1. 前言

土地利用變化是當前全球變化研究的熱點問題之一， 耕地資源作為人類最基本的物質基礎，其時空格局及其變化越來越受到人們的關注。我國糧食生產自1998年總產達到歷史最高以來，總產和單產出現持續滑坡，人均糧食產量從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下，糧食生產在2005年得到恢復和提高，但是我國正處于經濟迅速發展時期，人口壓力和城鎮建設等日益威脅著我國糧食生產安全[1-2]。已有不少學者從耕地轉移、糧食單產等角度對全國糧食供給能力的影響展開研究[3-5]，但對于區域糧食供給研究甚少，內蒙古地區作為我國西部大開發重要組成部分，正處于經濟快速發展時期，如何處理好糧食需求、城鎮建設與生態保護三者關系對指導未來內蒙古土地利用具有重要意義。本文利用空間分辨率為8km，時間分辨率為10d的AVHRR為遙感數據源輸入生產力遙感模型GLO-PEM，結合年內蒙古土地利用數據，分析2000-2005年內蒙古耕地變化對糧食產能總量的影響。

2. 研究區概況

內蒙古自治區位于中國的北部邊疆，由東北向西南斜伸，呈狹長形。經緯度西起東經97°12′，東至東經126°04′，橫跨經度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；全區總面積占全國土地面積的12.3％，全區轄12個盟、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，具有復雜多樣的形態；該區地域遼闊，氣候以溫帶大陸性季風氣候為主，年平均氣溫為0℃～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，主要農作物包括小麥、玉米、大豆等。

3. 數據及方法

3.1數據及來源

本文基于遙感數據定量化分析土地利用變化對糧食生產能力影響。收集2000-2005年覆蓋內蒙古地區NOAA衛星1、2、4、5通道的數據，空間分辨率8km，時間步長為10天的Pathfinder；所需的氣象資料基于中國氣象局約730個站點的氣候資料用ANUSPLIN氣候插值軟件進行內插得到；土地利用變化數據采用中國科學院由TM提取制作的全國1:10萬土地利用數據庫，該數據庫完整系統的檢測了內蒙古2000-2005年耕地資源的分布時空動態信息，精度高達98%以上，滿足研究需要。

3.2遙感模型

GLO-PEM是一個基于NOAA/AVHRR數據開發主要由遙感資料驅動的生產力效率模型，完全由遙感數據支持，主要由描述冠層輻射吸收、利用、自養呼吸等幾個部分組成[6-8]

式中：St為t時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物轉化率（光能利用率），R為植物自養呼吸。模型中其他數據及其計算公式在Prince et al. (1995) 和Cao et al. (2004)的文章里有詳細介紹，在此不再冗述。

式中，NPP為凈初級生產力，單位gC/m2； 為收獲指數，由于內蒙古主要農作物為小麥與玉米，取兩種農作物的平均值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，單位為g/m2。

利用2000-2005年內蒙古耕地動態變化成分柵格乘以該柵格的糧食單產即得到該柵格的糧食產能總量。

4. 耕地利用變化對糧食產能的影響

從整體來看，內蒙古2000-2005年耕地糧食產能總量是增加的，因新增耕地增加的糧食產能總量為101.06×104 T，同時由于大規模的生態退耕及建設用地占用等，又使內蒙古糧食產能減少了65.23×104T。

在內蒙古十二個盟市中，赤峰市耕地產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、錫林郭勒盟五個盟市耕地產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新增耕地對糧食產能的影響

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

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

4.2耕地減少對糧食產能的影響

2000-2005年間，耕地轉出導致的糧食產能減少總量中，生態退耕占主導地位，為56.13×104 T，占產能減少總量的86.1%，由建設用地占用及轉入水域所減少的糧食產能總量較少，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出而導致的糧食產能總量減少最多，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，三個盟市占整個內蒙古地區的50.7%。因生態退耕導致的糧食產能總量減少最多的三個盟市為呼倫貝爾市、通遼及烏蘭察布市，依次為10.91×104 T、9.93×104 T與9.10×104 T；建設用地占用導致的糧食產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；因水域增加導致的糧食產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. 結論

本文分析了內蒙古地區2000-2005年土地（耕地）利用變化對耕地產能總量產生的影響。主要結論有：

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

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

參考文獻:

[1] 曹明奎.氣候變化挑戰農業系統和食物安全，2004，5月13日，科學時報，第四版

[2] 陳佑啟.2000. 我國耕地利用變化及其對糧食生產的影響［J］. 農業工程學報，16(6): 29-32

[3] 封志明.楊艷昭.張晶.等. 從柵格到縣域: 中國糧食生產的資源潛力區域差異分析[J].自然資源學報， 2007， 22 (5): 747-755

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[5] 傅澤強.蔡運龍.楊友孝.等. 中國糧食安全與耕地資源變化的相關分析[ J]. 自然資源學報， 2001， 16( 4) : 313-319

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