中国中海拔地区冷凉型农业生态资源识别、开发与启示
胡舒云(1997- ),女,河南洛阳人,博士研究生,研究方向为经济地理、农业地理。E-mail: 15824981420@163.com |
收稿日期: 2023-07-09
修回日期: 2023-09-04
网络出版日期: 2024-01-24
基金资助
国家自然科学基金项目(42171171)
国家自然科学基金项目(42171173)
江苏省研究生科研创新计划(KYCX23_1635)
Identification, development and insight of cold and cool agro-ecological resources in the middle altitude region of China
Received date: 2023-07-09
Revised date: 2023-09-04
Online published: 2024-01-24
吃饱和吃好成为新形势下粮食安全的核心问题。通过明确冷凉地区概念及范围界定,采用K-means聚类对中国中海拔冷凉区内43500个10 km精度的格网要素进行以农业生产为主导功能的空间识别和类型分区。结果显示:(1)中海拔冷凉区面积约263万km2,约占陆地国土总面积的28.47%,主要集中分布于东北、西北和西南9省域的山地高原地形区;(2)中海拔冷凉区可划分为以林为主山地湿冷区、以林为主高山温凉区、以农为主耕地旱凉区、以牧为主高原旱冷区、以牧为主高山高寒区五种农业发展类型;(3)农林牧优势发展区域栅格面积占比分别为9.97%、34.21%和55.82%,区县占比分别为27.34%、35.90%和36.76%。研究结果为探索特色农业布局与山区独特冷凉气候资源相结合提供科学依据,对新时期保障粮食安全和实现乡村振兴战略具有重要实践意义。
胡舒云 , 陆玉麒 , 胡国建 . 中国中海拔地区冷凉型农业生态资源识别、开发与启示[J]. 自然资源学报, 2024 , 39(2) : 446 -464 . DOI: 10.31497/zrzyxb.20240213
Eating well has become the core issue of food security in the new situation. By clarifying the concept and scope definition of cold and cool areas, K-means clustering was used to spatially identify and type 43500 grid elements with 10 km accuracy in China's mid-altitude cold and cool regions with agricultural production as the dominant function. The results show that: (1) The mid-altitude cold and cool regions cover an area of about 2.63 million km2, accounting for roughly 28.47% of the total land area, and are mainly concentrated in the mountainous and plateau topography of nine provincial-level regions in the northeast, northwest and southwest parts of China. (2) The mid-altitude cold and cool regions can be divided into five types of agricultural development: forest-dominated mountain wet and cold regions, forest-dominated alpine warm and cold regions, agriculture-dominated cropland arid and cold regions, pasture-dominated plateau arid and cold regions, and pasture-dominated alpine high and cold regions. (3) The raster area of farming, forestry and animal husbandry favourable development area is 9.97%, 55.82% and 34.21%, and the district and county share is 27.34%, 35.90% and 36.76%, respectively. This paper provides a scientific basis for exploring the combination of characteristic agricultural layout and unique cold climate resources in mountainous areas, which is of great practical significance for ensuring food security and realising the rural revitalisation strategy in the new period.
表1 不同地区与气候条件下大宗农产品特性对比Table 1 Comparison of bulk agricultural products in different regions and climatic conditions |
地区 | 9~10月上旬降水量/mm | 气温日较差/℃ | 大豆 | 甜菜、棉花 | 地区 | 小麦 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
蛋白质含量/% | 含油率/% | 含糖率/% | 绒长/mm | 衣分/% | 抽穗至成熟期均温/℃ | 蛋白质含量/% | 淀粉含量/% | ||||
东北地区 | 73.3 | 11.3 | 40.7 | 21.2 | 15.1、17.3 | 西北内陆 | 31.06 | 37.11 | 14.0 | 13.0以上 | 52.0 |
黄淮地区 | 44.2 | 13.3 | 44.3 | 19.8 | 7.5 | 黄河流域 | 29.15 | 34.97 | 16.5 | 10.6 | 55.4 |
南方地区 | 37.8 | 24.1 | 45.7 | 18.4 | 6.5 | 长江流域 | 30.32 | 36.10 | 21.8 | 8.4 | 56.9 |
表2 不同海拔高度下蔬菜及瓜果成分对比Table 2 Comparison of vegetable and fruit crop quality under different altitude conditions |
海拔高度/mm | a. 不同海拔离苣内灰分和矿物元素含量(占干重%) | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
灰分 | 钙 | 镁 | 钾 | 钠 | 磷 | |
500 | 7.0 | 0.32 | 0.16 | 2.15 | 0.00 | 0.22 |
1200 | 24.28 | 1.42 | 0.60 | 7.06 | 0.28 | 0.43 |
海拔高度/mm | b. 不同海拔散叶甘蓝的茎部化学成分(占湿重%) | |||||
干物质/% | 总糖量/% | 粗蛋白质(Nx6.25)/% | 抗坏血酸/(mg/100 g) | |||
1300 | 14.6 | 4.7 | 2.5 | 54.6 | ||
2700 | 18.2 | 7.0 | 3.0 | 59.5 | ||
海拔高度/mm | c. 山地和山前地带的番茄果实化学成分 | |||||
糖(占干重%) | 抗坏直酸/(mg/100 g湿重%) | |||||
青熟期 | 黄熟期 | 成熟期 | 青熟期 | 黄熟期 | 成熟期 | |
674 | 46.6 | 52.0 | 70.3 | 15.8 | 18.9 | 21.4 |
1529 | 62.9 | 75.5 | 77.7 | 26.3 | 29.9 | 31.9 |
海拔高度/mm | d. 不同海拔“美乐”葡萄化学成分 | |||||
总酚/(mg·g-1) | 可溶性固物/% | 还原糖/(g·L-1) | 蛋白质/(mg·g) | pH | 总酸/(g·L-1) | |
41 | 4.54 | 17.50 | 276.85 | 1.01 | 4.03 | 8.64 |
2343 | 8.31 | 25.18 | 319.01 | 1.40 | 4.30 | 7.63 |
海拔高度/mm | e. 不同海拔苹果果实外观与成分含量 | |||||
果实硬度/(kg·cm-2) | 可溶性糖/% | 维生素C/(mg·hg-1) | 色泽总量/(La·b-1) | 糖酸比 | 可滴定酸/% | |
1340 | 8.82c | 8.83c | 4.66d | 89.67bB | 29.01b | 0.30c |
1980 | 10.98a | 10.07bc | 8.13a | 135.49aA | 20.87d | 0.48a |
注:同行不同小写字母表示同一品种不同试验点差异显著(P<0.05);同列不同大写字母表示同一试验点不同品种差异显著(P<0.05)。 |
表3 冷凉地区与平原地区畜产品营养成分对比Table 3 Comparison of the quality of livestock products in cold and cool regions and plain areas |
营养成分 | a. 内蒙古羊肉(苏尼特羊)与其他地区(小尾寒羊)营养成分比较 | ||
---|---|---|---|
内蒙古地区 | 其他地区 | 提高/% | |
蛋白质/% | 20.76 | 17.11 | +21.33 |
粗蛋白质/% | 20.05 | 17.26 | +16.16 |
脂肪/% | 8.05 | 4.705 | +71.09 |
粗脂肪/% | 3.13 | 4.15 | -24.58 |
胆固醇/(mg·kg-1) | 102.00 | 142.00 | -28.17 |
含水量/% | 70.63 | 75.31 | -6.21 |
营养成分 | b. 内蒙古地区(乌兰察布)与中原地区牛奶营养成分的比较(每100 ml) | ||
内蒙古地区 | 中原地区 | 提高/% | |
年产量/T | 1.00 | 6.50 | -85.00 |
能量/KJ | 56.80 | 54.00 | +5.00 |
蛋白质/g | 4.00 | 3.10 | +29.00 |
脂肪/g | 5.00 | 3.40 | +47.00 |
干物质/% | 15.00 | 11.00 | +36.00 |
碳水化合物/m | 4.80 | 3.40 | +41.00 |
钠/mg | 62.00 | 37.20 | +67.00 |
钙/mg | 109.00 | 104.00 | +5.00 |
表4 冷凉区农业类型分区指标体系Table 4 Index system of agricultural type zoning in cold and cool regions |
指标特征 | 分区指标 | 数据来源 | 指标选取依据 | 权重/% |
---|---|---|---|---|
地形 | 地形起伏度 | 计算方法见封志明等[44] | 反映地方尺度自然地理综合体的形态特征 | 8.71 |
坡度 | 根据DEM数据计算得到 | 决定农业土地利用方式和强度 | 8.55 | |
海拔高度 | SRTM(Shuttle Radar Topography Mission,SRTM) | 造成农业生产明显垂直差异,决定作物、林木种类分布界限 | 3.95 | |
水资源 | 年均干燥度 | 中国科学院资源环境数据中心(https://www.resdc.cn/Default.aspx),中国气象背景数据[45] | 综合反映年降雨量与年蒸发量 | 10.33 |
年均湿润指数 | 干燥度的倒数,衡量地区湿润度 | 1.49 | ||
年均降水量 | 反映地区水分条件 | 6.33 | ||
风力资源 | 年均风速 | 中国气象背景数据[45] | 影响地区栽培措施、品种选择 | 1.29 |
光热资源 | 年均≥10 ℃、≥ 0 ℃积温 | 中国气象背景数据[45] | 植物、作物生长发育重要因素 | 1.64 |
年均日照时数 | 与糖、蛋白质等有效物质含量相关 | 1.46 | ||
年均7月昼夜温差 | Zendo网站开放获取 | 2.61 | ||
年均1月昼夜温差 | 2.67 | |||
年均温 | 计算方法见徐新良[45] | 自然环境温度决定作物类型及布局 | 1.23 | |
最热月(7月)均温 | WorldClim网站开放获取(https://www.worldclim.org/) | 1.13 | ||
最冷月(1月)均温 | 3.05 | |||
植被资源 | 植被光温生产潜力 | 中国科学院空天信息创新研究院,全球植被光温生产潜力数据集(2015—2020年)(http://www.aircas.cas.cn/) | 反映土壤类型、结构组成、肥力和盐碱化程度等 | 0.83 |
植被净初级生产力NPP | LP DAAC-MOD17A3HG5 | 表征光合作用强度 | 1.30 | |
土地资源 | 草地覆被占比 | 国家青藏高原科学数据中心,中国土地覆被占比数据集(2001—2018年)(https://data.tpdc.ac.cn/) | 决定地区农业发展类型 | 7.68 |
农田覆被占比 | 19.94 | |||
林地覆被占比 | 15.81 |
图6 中国冷凉区农业类型及各类占比Fig. 6 Types of agriculture and the percentage of each type in the cold and cool regions of China |
表5 五种农业类型区指标均值Table 5 Average values of indicators for the five agricultural type zones |
指标 | Ⅰ | Ⅱ | Ⅲ | Ⅳ | Ⅴ |
---|---|---|---|---|---|
10 ℃积温/℃ | 2008.90 | 3657.35 | 2836.83 | 2583.67 | 1312.01 |
0 ℃积温/℃ | 2400.70 | 4351.71 | 3218.70 | 2994.48 | 1947.18 |
夏季昼夜温差/℃ | 10.73 | 9.04 | 15.25 | 25.43 | 19.30 |
冬季昼夜温差/℃ | 6.19 | 6.80 | 9.56 | 12.35 | 10.01 |
日照时间/h | 2886.00 | 1894.55 | 2740.82 | 2985.51 | 2707.77 |
干燥度 | 0.88 | 0.89 | 1.36 | 5.00 | 4.94 |
海拔高度/m | 627.27 | 1623.38 | 699.19 | 1340.67 | 2641.98 |
年平均气温/℃ | 0.24 | 11.77 | 5.47 | 4.69 | 1.13 |
年均降水/mm | 573.12 | 1069.90 | 530.84 | 228.12 | 329.51 |
湿润度 | 10.34 | 38.44 | -5.33 | -37.84 | -20.63 |
最热月均温/℃ | 22.61 | 23.28 | 25.04 | 24.47 | 17.18 |
最冷月均温/℃ | -20.26 | 3.83 | -11.80 | -12.58 | -13.28 |
光温生产潜力 | 55.75 | 80.69 | 68.77 | 76.87 | 45.96 |
风速/(m·s-1) | 2.47 | 2.39 | 2.40 | 2.88 | 2.89 |
坡度/(°) | 6.52 | 15.49 | 3.91 | 2.88 | 15.32 |
地形起伏度/(°) | 87.11 | 209.53 | 53.50 | 39.07 | 211.24 |
草地覆被占比/% | 0.29 | 0.28 | 0.16 | 0.47 | 0.64 |
林地覆被占比/% | 0.63 | 0.59 | 0.09 | 0.03 | 0.14 |
耕地覆被占比/% | 0.07 | 0.10 | 0.72 | 0.07 | 0.07 |
表6 中海拔冷凉区农业类型及特色发展方向Table 6 Agricultural characteristics and special development direction of the cold and cool regions at middle altitudes |
农业类型 | 类型区 | 包含区域 | 品质作物/畜种/畜产品 | 品质农业类型 |
---|---|---|---|---|
林业 | Ⅰ 以林为主山地湿冷区 | 大小兴安岭、长白山区 | 人参、鹿茸、天麻、灵芝 | 药用植物 |
山葡萄、黑加仑、榛子、山核桃、曹菇、木耳、柞蚕 | 果品经济林、林特作物 | |||
兴安落叶松、红松、樟子松林、桦树、杨树 | 用材林 | |||
冀北、陕中、山西部分地区 | 板栗、山楂、柿子、沙棘 | 果品经济林 | ||
香椿、黄连木、翅果油树、皂荚 | 特色树种 | |||
金银花、酸枣 | 林下中药材 | |||
Ⅱ 以林为主高山温凉区 | 陕南、豫西、鄂西、甘南、晋南部分地区 | 黄连、党参、天麻、杜仲、当归、茜草、枝子、元胡、贝母、魔芋、茯苓、细辛 | 中药材 | |
甜菜、西瓜、苹果、猕猴桃、板栗、杏、柿 | 干鲜瓜果 | |||
滇、贵、渝东南、四川盆地周边山脉所在地区 | 沙棘、烤烟、桑蚕、茶叶、花卉 | 林特作物 | ||
三七、山楂 | 中药材 | |||
苹果、梨、龙眼、荔枝、芭蕉、香蕉 | 果树 | |||
油茶、核桃、澳洲坚果 | 坚果、含油果 | |||
漆树、松树、杉树、茶树、毛竹、油桐 | 经济林木 | |||
种植业 | Ⅲ 以农为主耕地旱凉区 | 三江平原西、长白山、辽西北 | 春小麦、春大豆、甜菜、玉米、水稻、曹菇、木耳、柞蚕 | 商品粮豆基地 |
河西走廊、河套平原、宁夏平原以及甘南、陕中、山西部分地区 | 水稻、玉米、高粱及小麦、谷子豆类、薯类等、糖用甜菜 | 旱作杂粮、糖料 | ||
枣、猕猴桃、黄花菜、黑瓜籽、甜瓜、啤酒大麦、葡萄、油橄榄、杏、李、柿、石榴 | 干鲜瓜果、林果业 | |||
云贵高原地区 | 油菜、绿肥、燕麦、黑麦、蔓菁、粳稻 | 旱作耐凉杂粮 | ||
新疆高海拔山区 | 春小麦、马铃薯、青稞、甜菜、油菜、啤酒花、长绒棉 | 绿洲灌溉农业 | ||
牧业 | Ⅳ 以牧为主高原旱冷区 | 内蒙古高原中北部、宁、甘、陕、晋北部、冀北高原、新疆天山以南以北 | 畜种:牛、细毛羊、马畜产品:牛奶、羊绒 | 特色种养业及加工业、农牧互补的营养体农业 |
新疆阿尔泰山西南坡、昆仑山、准噶尔盆地东部的断块山地 | 畜种:大尾羊、揭牛、马 | |||
Ⅴ 以牧为主高山高寒区 | 甘肃及青海部分地区(祁连山区) | 畜种:优质细毛羊、绒山羊 畜产品:牦牛肉、滩羊皮及羔羊肉、羊毛、山羊绒、驼毛及驼绒 | 高原特色畜禽类 | |
新疆天山地区 | 畜种:牦牛、裘皮羊、骆驼、藏羊、巴里坤马、伊犁马、细毛羊、山羊 |
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