吉林省农田生态系统生产潜力研究

王景发何海潮

(1.吉林师范大学旅游与地理科学学院，吉林 四平 136000；2.江西师范大学历史文化与旅游学院，江西 南昌 330022)

引言

中国自古以来就是农业大国，吉林省作为中国粮食生产和经营的重要省份，土地成为其经济、社会、文化和历史发展的基石。农田生态系统(Farmland Ecosystem)，即人类劳动在以农作物为核心的农用田地中，通过各个因素之间以及各个群落之间的相互作用关系，成功有效利用各种生态学上的发展模式，从而高效率促进能量的转化和物质的循环，最后通过人类的思想和需要来进行生产的大熔炉。农田生态系统一直都是农业生态系统大家庭中的一个重要成员，是被人类社会合理干扰并产生有效回报的生态系统，在人类文明发展过程中，农田生态系统受到自然环境因素和人类文明社会因素的双重影响[1-3]。土地生产潜力(Land Potential Productivity)又称土地生产力，是基于当今所拥有的最优秀耕作技术和相对应的最优秀生产措施水平上耕种土地能生产出的最大粮食产量的能力，包括理论上的土地生产潜力和现实的土地生产潜力2部分，是某个特定地区耕作土地所能生产的人类可以利用的能量的能力，是单位面积的耕地所能生产粮食的数量[4-6]。众多科研学者对我国土地生产潜力开展了大量的研究，2016年，杜国明等利用气象、土壤和地形等数据和GAEZ模型，估算1961—2010年东北玉米的生产潜力，并分析50a气候变化导致的东北玉米生产潜力时空格局演变特征，研究结果表明，1961—2010年东北玉米平均生产潜力整体波动较大，气候变化对东北玉米生产潜力产生一定影响[7]；2014年，张晓峰等利用中国1961—2010年长时间序列的气象、土壤、中国耕地空间分布遥感监测等数据和GAEZ模型，综合考虑光照、温度及水分等因素，估算中国大豆的生产潜力并分析近50a气候变化导致的中国大豆生产潜力的时空格局特征，研究结果表明，中国大豆的生产潜力呈现由南向北、由西向东增加的趋势，变化区域差异明显[8]；2014年，刘洛等结合中国气象、地形地貌、土壤类型等数据，利用GAEZ模型，定量分析中国耕地粮食生产潜力空间特征及1990—2010年中国耕地变化对粮食生产潜力的影响，研究结果表明，中国耕地粮食生产潜力存在显著的空间差异，总体表现为东部高而西北部较低的趋势，耕地变化对耕地粮食生产潜力产生一定影响[9]。众多科研学者在国家和片区等整体尺度上对我国农作物农业生产潜力开展了一系列研究，吉林省作为我国重要的粮食生产与农业生产可持续大省，对吉林省农业生态系统生产潜力及时开展研究成为新时期农业发展规划中的重中之重。本文以整个吉林省为研究对象，基于2010年中国农田生产潜力数据集数据，分析2010年吉林省农田生态系统生产潜力分布现状，阐明2010年吉林省西、中、东部农田生态系统生产潜力差异规律，及时对吉林省农田生态系统开展生产潜力现状及其区域差异规律研究，可以促进吉林省农业整体可持续发展，提供合理规划数据参考。

1 研究区与数据处理

1.1 研究区概况

吉林省是中国东北地区的中心省级行政单位，是东北亚地区政治、经济、文化的关键地区(E121°39′～131°20′，N40°51′～46°20′)。吉林省地势由东南向西北逐渐递减，地貌形态种类多样，有火山侵蚀堆积地貌、流水冲积等，长白山位于其东部，是我国著名的旅游胜地之一。吉林省气候夏季多雨，春季多风，秋季凉爽，冬季寒冷，是我国湿润气候到半干旱气候的过渡区域。图们江水系、鸭绿江水系、辽河水系、绥芬河水系和松花江水系为吉林省人民群众的生产生活提供了良好的水源支持。吉林省矿产资源丰富，煤、石油、天然气、铜矿、铁矿等资源较为丰富。吉林省三大产业发展迅猛，医疗、教育、科技、文化、社会保障等在中国的总体地位不断提升[10]。

1.2 数据来源与处理

中国农田生产潜力数据集的数据是从中国科学院资源环境科学数据中心(网址：http://www.resdc. cn)下载而来，数据集单位为kg·hm-2。在中国耕地资源分布数据、中国土壤分布数据及中国DEM高程等数据支持下，利用FAO和IIASA一起共同设计出来的大尺度的土地利用生产力模型——Global Agro-Ecological Zones(GAEZ)模型，总体探讨光照、温度、水分、大气中的CO2浓度、病虫灾害、地形地貌及土壤类型等方面的综合因素，最终获得中国的耕地生产潜力分布数据集。中国耕地生产潜力分布数据集对研究耕地变化、气候变化与粮食生产、揭示粮食生产力在中国的地域分异规律以及对中国耕地资源进行合理规划利用保障国家粮食生产安全具有及其重要的意义。利用ArcGIS 10.7软件对中国农田生产潜力数据集进行校正、配准、裁剪及统计整理分析，最终获得2010年吉林省农田生态系统生产潜力分布数据，数据分辨率为1km×1km，坐标系确定为WGS 1984系统。

2 结果与分析

2.1 吉林省农田生态系统生产潜力现状

通过ArcGIS 10.3软件，利用吉林省SHP文件对2010年中国农田生态系统生产潜力数据集进行裁剪整理，获得2010年吉林省整体农田生态系统生产潜力分布图(如图1)。

图1 吉林省农田生态系统生产潜力分布图

由图1可知，吉林省2010年农田生态系统生产潜力整体最高值为7729.29kg·hm-2，最小值为1.18383kg·hm-2，生产潜力平均值为3865.236915kg·hm-2。吉林省农田生态系统生产潜力整体表现为中部最高，其次为东部，西部最低，这与吉林省自然和人文条件的分布具有密切联系。吉林省中部城镇化进程较快，农田生产潜力巨大；吉林省东部地势较高，地形多山地，使得农田有效使用率降低，进而导致吉林省东部农田生态系统生产潜力还有一定挖掘空间；吉林省西部为耕地利用率较高，生产潜力反而降低，再加上气候、水文、土壤等自然条件的限制，使得吉林省西部农田生态系统生产潜力表现较差。

2.2 吉林省西、中、东部农田生态系统生产潜力差异

通过ArcGIS 10.3软件，利用吉林省西、中、东部SHP文件对2010年中国吉林省农田生态系统生产潜力数据集进行裁剪整理，获得2010年吉林省西、中、东3部分农田生态系统生产潜力分布图(如图2)。

图2 吉林省西、中、东部农田生态系统生产潜力分布图

由图2可知，吉林省西部2010年农田生态系统生产潜力整体最高值为7706.1kg/ha，最小值为1.1838kg·hm-2，生产潜力平均值为3853.6419kg·hm-2，从市区县级行政单位上来看，吉林省西部白城市、洮南市、扶余县、长岭县东部和乾安县农田生态系统生产潜力相对较高，而镇赉县、大安市、通榆县、前郭尔罗斯蒙古族自治县和长岭县西部农田生态系统生产潜力相对较低。吉林省中部2010年农田生态系统生产潜力整体最高值为7729.3kg·hm-2，最小值为12.006kg·hm-2，生产潜力平均值为3870.653kg·hm-2，从市区县级行政单位上来看，吉林省中部榆树市、德惠市、九台市、公主岭市、梨树县、四平市和农安县南部农田生态系统生产潜力相对较高，而双辽市、蛟河市、吉林市、永吉县、桦甸市、磐石市、辽源市和东丰县农田生态系统生产潜力相对较低。吉林省东部2010年农田生态系统生产潜力整体最高值为7222.8kg·hm-2，最小值为7.1034kg·hm-2，生产潜力平均值为3614.9517kg·hm-2，从市区县级行政单位上来看，吉林省东部敦化市、汪清县、珲春市、延吉市、图们市、龙井市和和龙市东北部农田生态系统生产潜力相对较高，而梅河口市、辉南县、柳河县、通化市、白山市、靖宇县和抚松县西部农田生态系统生产潜力相对较低。

3 结论

本文以整个吉林省为研究对象，基于2010年中国农田生产潜力数据集数据，分析2010年吉林省农田生态系统生产潜力分布现状，阐明2010年吉林省西、中、东部农田生态系统生产潜力差异规律。研究结果表明：吉林省2010年农田生态系统生产潜力整体最高值为7729.29kg·hm-2，最小值为1.18383kg·hm-2，生产潜力平均值为3865.236915kg·hm-2；吉林省农田生态系统生产潜力整体表现为中部最高，其次为东部，西部最低，这与吉林省自然和人文条件的分布具有密切联系；吉林省西、中、东部农田生态系统生产潜力整体最高值分别为7706.1kg·hm-2、7729.3kg·hm-2和7222.8kg·hm-2，最小值分别为1.1838kg·hm-2、12.006kg·hm-2和7.1034kg·hm-2，生产潜力平均值分别为3853.6419kg·hm-2、3870.653kg·hm-2和3614.9517kg·hm-2；在市区县级行政单位上则表现为一定差异性。及时对吉林省农田生态系统开展生产潜力现状及其区域差异规律研究，可以促进吉林省农业整体可持续发展，提供合理规划数据参考。本文对2010年吉林省及其西、中、东3部分农田生态系统生产潜力空间分布进行了分析，下一步将结合气象、水文、人文社会等条件对吉林省近3a农田生态系统生产潜力及其影响因素进行深入探讨，进而增加其时效性。