原文题目
LargspatialvariationandstagnationofcroplandgrossprimaryproductionincrassthchallngsofsustainablgrainproductionandfoodscurityinChina
第一作者
LiuFang
期刊名称
ScincofthTotalEnvironmnt
发表时间
年3月
一作单位
DpartmntofMicrobiologyandPlantBiology,CntrforEarthObsrvationandModling,UnivrsityofOklahoma,Norman,USA
引用格式
Liu,F.,Xiao,X.,Qin,Y.,tal.,.LargspatialvariationandstagnationofcroplandgrossprimaryproductionincrassthchallngsofsustainablgrainproductionandfoodscurityinChina.ScincofThTotalEnvironmnt,.
本文字数：字
阅读时间：7min
01研究背景过去几十年中国在农业上投资了大量资金，中国统计局数据显示-年粮食连续增产。然而，统计数据的收集方式决定了数据存在较大的不确定性，亟需额外的方法验证统计数据的准确性，并且评估大量农业投资的有效性。基于遥感的总初级生产力（GPP）被广泛应用于NPP、地上生物量、粮食生产和粮食产量的估算，为解决这一问题提供了机会。因此，文章以中国为例，拟解决以下问题：1）调查农田总初级生产力的时空动态，并评估农业投资的有效性；2）研究农田总初级生产力与水资源保护的权衡；3）调查总初级生产力与粮食生产的年际变化趋势和时间一致性。
02数据与研究方法文章使用的数据包括年1km的土地利用数据来自中科院资源环境科学中心、-年m总初级生产力数据（GPP）来自MODIS、0.5°叶绿素荧光诱导数据（SIF）来自GOME-2、-年0.5°陆地水储量数据来自GRACELWET、1kmDEM数据来自SRTM、-年粮食产量（GCP）数据、农业生产投入数据、人口数据来自统计年鉴，年度农业补贴数据来自已有研究。
将8天的mGPP数据聚合到1km的年度数据，计算耕地上的年度GPP；再将1km的耕地和耕地GPP聚合到0.5°格网内，进行省级和国家尺度分析。
文章使用3个统计模型（截距模型、线性模型和二次项模型）划分-年耕地总初级生产力（格网尺度）和粮食产量（省级尺度）的时间变化趋势，具体包括四类：持续增加、持续减少、未显著变化、停滞。变化趋势的转折点被定义为GPP均值和斜率变化最剧烈的点，使用MATLAB中的findchangpts函数。使用线性回归模型量化国家和省级尺度上耕地总初级生产力和粮食产量之间的关系，量化格网尺度上耕地总初级生产力与陆地水储量之间的关系。
(-年省域尺度和格网尺度耕地初级生产力GPP和作物粮食产量CGP四种类型年际变化趋势)
（不同位置上GPP的时间变化趋势范例；a为持续增加，b为没有显著变化，c为停滞，d为持续减少）
03结果分析-年全国60%的耕地总初级生产力有显著增加，主要分布在中国东北地区；有5%的显著下降，主要分布在长江流域下游地区。有37%属于持续增加类型，主要分布在中国北方地区；有8%属于持续下降，主要分布在湖北和江苏；有21%属于没有显著变化，主要分布在四川和江苏；有34%属于停滞，主要分布在河南、江苏、安徽、辽宁。有37%的耕地停滞转折点在年以前，主要是南方地区；有63%的耕地停滞转折点在年以后，主要是粮食主产省。由于农业生产成本上升导致的种植强度下降，可能是南方农田总初级生产力下降的原因。
（-年GPP的空间分布和年际变化；a为年耕地GPP，b为-年耕地GPP年度变化，c为耕地GPP变化趋势类型，d为GPP停滞的峰值年份）
（-年中国的农业政策、经济指标和作物贸易的年际变化；a为-年GDP和农业投资，b为-年农业税和补贴，c为-年主要作物购买价格，d为-年耕地面积、灌溉面积、种植面积，为-年化肥使用）
-年耕地的陆地水储量有35%显著减少，主要位于华北平原；有33%显著增加，主要位于黑龙江和辽宁、四川盆地、江苏和湖北。有24%的耕地属于总初级生产力显著增加和陆地水储量显著减少，主要位于华北平原；有18%的耕地属于总初级生产力和陆地水储量显著增加，主要位于东北和南方地区。
（0.5°格网上-年中国农田GPP与陆地储水量之间的关系；a为耕地GPP年际变化趋势，b为GRACETWS年际变化趋势，c为GRACETWS趋势与农田GPP趋势之间的关系，d为年度耕地GPP与GRACETWS之间线性回归模型的斜率和P值）
省级尺度上有10个省陆地水储量下降，主要位于华北平原、黄土高原和新疆等水资源紧缺地区；10个省份显著增加，主要位于南方水资源丰富地区。各省的耕地总初级生产力与陆地水储量时间变化一致性具有差异，粮食出口省中河北、河南、山东、新疆的耕地总初级生产力提高但陆地水储量下降，黑龙江两者都上升。另外，经济发达的省份陆地水储量下降主要是由于工业化和城市化导致用水量增加。
（-年省级尺度的耕地GPP和陆地水储量时间变化；粮食进出口省份是通过省域内人均CGP与全国人均CGP的比较来确定的；前六个粮食出口省[河南(c)、内蒙古(d)、新疆()、黑龙江(g)、吉林(h)和安徽(i)]和粮食进口省[福建(j)、广东(k)、浙江(l)、北京(m)、上海(n)和天津(o)]分别用粗体和下划线突出显示；年度GPP的颜色表示四类GPP趋势）
-年耕地总初级生产力线性增加，-年停滞，前者与粮食产量的关系通过显著性检验，后者没有通过显著性检验。-年耕地总初级生产力与粮食产量的变化趋势差异较大，形成了两种矛盾的观点。一种观点认为，如果统计局资料真实，就无需担心-年中国的粮食安全问题。然而，资料显示年与年的统计数据存在差异。另一种观点认为，根据-年耕地总初级生产力与粮食产量存在强相关性，可以推测-年后粮食产量与耕地总初级生产力可能一样保持停滞。文章通过5项其他研究的证据证明这一点，包括将GPP数据质量与涡旋通量塔、叶绿素荧光诱导数据验证；统计局公布的粮食产量统计数据的不一致；-年中国粮食进出口结构变化；以及先前研究证明中国粮食主产区的耕地产能已经达到潜在产量的70-80%，很难进一步提高耕地总初级生产力。
（-年国家尺度上耕地GPP与粮食产量的关系；a为线性回归，b为散点图，c为-年粮食净出口数量，d为进口粮食占国内产量的比重）（-年省级尺度上耕地GPP与粮食产量的时间变化趋势）
（中国北方地区的耕地GPP与叶绿素荧光诱导时间变化趋势）
04结论与讨论-年，中国耕地总初级生产力（停滞）与粮食产量（持续增长）之间的巨大差异使得对中国和世界粮食生产、粮食安全和农业政策的看法产生了重大影响，文章强调需要将卫星观测数据用于改进未来的粮食生产估计。
中国未来几十年耕地总初级生产力和粮食产量增加面临挑战，特别是耕地和水资源空间错配将加剧这一趋势。粮食主产区高度依赖水资源灌溉，这些地区未来可能在水资源可得性面临严重的挑战。可持续农业管理包括农业生态方法、提高农业用水效率是保障粮食安全和促进生态可持续发展的迫切需求。
「HIGHLIGHT」
持续增长的GPP主要分布在中国东北
年前后CGP与GPP的关系不一致
水资源储量有限的输出地区将增加水资源紧缺
停滞的GPP和水资源紧缺增加使得粮食安全面临挑战
强调可持续管理土地和水资源
End
声明：本推送内容仅代表本人对文章的理解，不是对原文的翻译，难免出现错讹，欢迎各位专家、同学批评指正。点击“阅读原文”可浏览原文献
预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇