吉林省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力研究

王景發(fā)何海潮

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

引言

中國(guó)自古以來(lái)就是農(nóng)業(yè)大國(guó)，吉林省作為中國(guó)糧食生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)的重要省份，土地成為其經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、文化和歷史發(fā)展的基石。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)(Farmland Ecosystem)，即人類勞動(dòng)在以農(nóng)作物為核心的農(nóng)用田地中，通過(guò)各個(gè)因素之間以及各個(gè)群落之間的相互作用關(guān)系，成功有效利用各種生態(tài)學(xué)上的發(fā)展模式，從而高效率促進(jìn)能量的轉(zhuǎn)化和物質(zhì)的循環(huán)，最后通過(guò)人類的思想和需要來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)的大熔爐。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)一直都是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)大家庭中的一個(gè)重要成員，是被人類社會(huì)合理干擾并產(chǎn)生有效回報(bào)的生態(tài)系統(tǒng)，在人類文明發(fā)展過(guò)程中，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)受到自然環(huán)境因素和人類文明社會(huì)因素的雙重影響[1-3]。土地生產(chǎn)潛力(Land Potential Productivity)又稱土地生產(chǎn)力，是基于當(dāng)今所擁有的最優(yōu)秀耕作技術(shù)和相對(duì)應(yīng)的最優(yōu)秀生產(chǎn)措施水平上耕種土地能生產(chǎn)出的最大糧食產(chǎn)量的能力，包括理論上的土地生產(chǎn)潛力和現(xiàn)實(shí)的土地生產(chǎn)潛力2部分，是某個(gè)特定地區(qū)耕作土地所能生產(chǎn)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(chǎn)糧食的數(shù)量[4-6]。眾多科研學(xué)者對(duì)我國(guó)土地生產(chǎn)潛力開(kāi)展了大量的研究，2016年，杜國(guó)明等利用氣象、土壤和地形等數(shù)據(jù)和GAEZ模型，估算1961—2010年?yáng)|北玉米的生產(chǎn)潛力，并分析50a氣候變化導(dǎo)致的東北玉米生產(chǎn)潛力時(shí)空格局演變特征，研究結(jié)果表明，1961—2010年?yáng)|北玉米平均生產(chǎn)潛力整體波動(dòng)較大，氣候變化對(duì)東北玉米生產(chǎn)潛力產(chǎn)生一定影響[7]；2014年，張曉峰等利用中國(guó)1961—2010年長(zhǎng)時(shí)間序列的氣象、土壤、中國(guó)耕地空間分布遙感監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)和GAEZ模型，綜合考慮光照、溫度及水分等因素，估算中國(guó)大豆的生產(chǎn)潛力并分析近50a氣候變化導(dǎo)致的中國(guó)大豆生產(chǎn)潛力的時(shí)空格局特征，研究結(jié)果表明，中國(guó)大豆的生產(chǎn)潛力呈現(xiàn)由南向北、由西向東增加的趨勢(shì)，變化區(qū)域差異明顯[8]；2014年，劉洛等結(jié)合中國(guó)氣象、地形地貌、土壤類型等數(shù)據(jù)，利用GAEZ模型，定量分析中國(guó)耕地糧食生產(chǎn)潛力空間特征及1990—2010年中國(guó)耕地變化對(duì)糧食生產(chǎn)潛力的影響，研究結(jié)果表明，中國(guó)耕地糧食生產(chǎn)潛力存在顯著的空間差異，總體表現(xiàn)為東部高而西北部較低的趨勢(shì)，耕地變化對(duì)耕地糧食生產(chǎn)潛力產(chǎn)生一定影響[9]。眾多科研學(xué)者在國(guó)家和片區(qū)等整體尺度上對(duì)我國(guó)農(nóng)作物農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力開(kāi)展了一系列研究，吉林省作為我國(guó)重要的糧食生產(chǎn)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)大省，對(duì)吉林省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力及時(shí)開(kāi)展研究成為新時(shí)期農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中的重中之重。本文以整個(gè)吉林省為研究對(duì)象，基于2010年中國(guó)農(nóng)田生產(chǎn)潛力數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)，分析2010年吉林省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力分布現(xiàn)狀，闡明2010年吉林省西、中、東部農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力差異規(guī)律，及時(shí)對(duì)吉林省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)開(kāi)展生產(chǎn)潛力現(xiàn)狀及其區(qū)域差異規(guī)律研究，可以促進(jìn)吉林省農(nóng)業(yè)整體可持續(xù)發(fā)展，提供合理規(guī)劃數(shù)據(jù)參考。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)處理

1.1 研究區(qū)概況

吉林省是中國(guó)東北地區(qū)的中心省級(jí)行政單位，是東北亞地區(qū)政治、經(jīng)濟(jì)、文化的關(guān)鍵地區(qū)(E121°39′～131°20′，N40°51′～46°20′)。吉林省地勢(shì)由東南向西北逐漸遞減，地貌形態(tài)種類多樣，有火山侵蝕堆積地貌、流水沖積等，長(zhǎng)白山位于其東部，是我國(guó)著名的旅游勝地之一。吉林省氣候夏季多雨，春季多風(fēng)，秋季涼爽，冬季寒冷，是我國(guó)濕潤(rùn)氣候到半干旱氣候的過(guò)渡區(qū)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(chǎn)生活提供了良好的水源支持。吉林省礦產(chǎn)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(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，醫(yī)療、教育、科技、文化、社會(huì)保障等在中國(guó)的總體地位不斷提升[10]。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

中國(guó)農(nóng)田生產(chǎn)潛力數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)是從中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(網(wǎng)址：http://www.resdc. cn)下載而來(lái)，數(shù)據(jù)集單位為kg·hm-2。在中國(guó)耕地資源分布數(shù)據(jù)、中國(guó)土壤分布數(shù)據(jù)及中國(guó)DEM高程等數(shù)據(jù)支持下，利用FAO和IIASA一起共同設(shè)計(jì)出來(lái)的大尺度的土地利用生產(chǎn)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(zāi)害、地形地貌及土壤類型等方面的綜合因素，最終獲得中國(guó)的耕地生產(chǎn)潛力分布數(shù)據(jù)集。中國(guó)耕地生產(chǎn)潛力分布數(shù)據(jù)集對(duì)研究耕地變化、氣候變化與糧食生產(chǎn)、揭示糧食生產(chǎn)力在中國(guó)的地域分異規(guī)律以及對(duì)中國(guó)耕地資源進(jìn)行合理規(guī)劃利用保障國(guó)家糧食生產(chǎn)安全具有及其重要的意義。利用ArcGIS 10.7軟件對(duì)中國(guó)農(nóng)田生產(chǎn)潛力數(shù)據(jù)集進(jìn)行校正、配準(zhǔn)、裁剪及統(tǒng)計(jì)整理分析，最終獲得2010年吉林省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力分布數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分辨率為1km×1km，坐標(biāo)系確定為WGS 1984系統(tǒng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 吉林省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力現(xiàn)狀

通過(guò)ArcGIS 10.3軟件，利用吉林省SHP文件對(duì)2010年中國(guó)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力數(shù)據(jù)集進(jìn)行裁剪整理，獲得2010年吉林省整體農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力分布圖(如圖1)。

圖1 吉林省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力分布圖

由圖1可知，吉林省2010年農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力整體最高值為7729.29kg·hm-2，最小值為1.18383kg·hm-2，生產(chǎn)潛力平均值為3865.236915kg·hm-2。吉林省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力整體表現(xiàn)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(lián)系。吉林省中部城鎮(zhèn)化進(jìn)程較快，農(nóng)田生產(chǎn)潛力巨大；吉林省東部地勢(shì)較高，地形多山地，使得農(nóng)田有效使用率降低，進(jìn)而導(dǎo)致吉林省東部農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)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(chǎn)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(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力表現(xiàn)較差。

2.2 吉林省西、中、東部農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力差異

通過(guò)ArcGIS 10.3軟件，利用吉林省西、中、東部SHP文件對(duì)2010年中國(guó)吉林省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力數(shù)據(jù)集進(jìn)行裁剪整理，獲得2010年吉林省西、中、東3部分農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力分布圖(如圖2)。

圖2 吉林省西、中、東部農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力分布圖

由圖2可知，吉林省西部2010年農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力整體最高值為7706.1kg/ha，最小值為1.1838kg·hm-2，生產(chǎn)潛力平均值為3853.6419kg·hm-2，從市區(qū)縣級(jí)行政單位上來(lái)看，吉林省西部白城市、洮南市、扶余縣、長(zhǎng)嶺縣東部和乾安縣農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力相對(duì)較高，而鎮(zhèn)賚縣、大安市、通榆縣、前郭爾羅斯蒙古族自治縣和長(zhǎng)嶺縣西部農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力相對(duì)較低。吉林省中部2010年農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力整體最高值為7729.3kg·hm-2，最小值為12.006kg·hm-2，生產(chǎn)潛力平均值為3870.653kg·hm-2，從市區(qū)縣級(jí)行政單位上來(lái)看，吉林省中部榆樹(shù)市、德惠市、九臺(tái)市、公主嶺市、梨樹(shù)縣、四平市和農(nóng)安縣南部農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力相對(duì)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(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力相對(duì)較低。吉林省東部2010年農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力整體最高值為7222.8kg·hm-2，最小值為7.1034kg·hm-2，生產(chǎn)潛力平均值為3614.9517kg·hm-2，從市區(qū)縣級(jí)行政單位上來(lái)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(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力相對(duì)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(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力相對(duì)較低。

3 結(jié)論

本文以整個(gè)吉林省為研究對(duì)象，基于2010年中國(guó)農(nóng)田生產(chǎn)潛力數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)，分析2010年吉林省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力分布現(xiàn)狀，闡明2010年吉林省西、中、東部農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力差異規(guī)律。研究結(jié)果表明：吉林省2010年農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力整體最高值為7729.29kg·hm-2，最小值為1.18383kg·hm-2，生產(chǎn)潛力平均值為3865.236915kg·hm-2；吉林省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力整體表現(xiàn)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(lián)系；吉林省西、中、東部農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)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(chǎn)潛力平均值分別為3853.6419kg·hm-2、3870.653kg·hm-2和3614.9517kg·hm-2；在市區(qū)縣級(jí)行政單位上則表現(xiàn)為一定差異性。及時(shí)對(duì)吉林省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)開(kāi)展生產(chǎn)潛力現(xiàn)狀及其區(qū)域差異規(guī)律研究，可以促進(jìn)吉林省農(nóng)業(yè)整體可持續(xù)發(fā)展，提供合理規(guī)劃數(shù)據(jù)參考。本文對(duì)2010年吉林省及其西、中、東3部分農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力空間分布進(jìn)行了分析，下一步將結(jié)合氣象、水文、人文社會(huì)等條件對(duì)吉林省近3a農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)潛力及其影響因素進(jìn)行深入探討，進(jìn)而增加其時(shí)效性。