东北地区粮食生产格局与水土资源配置的耦合效应研究

The project applies integrated climatic simulation model, cereals simulation model , hydrological simulation model and simulation analysis of land use to reveal the coupling effect and driving mechanism between spatial pattern change of grain production and soil and water allocation for near 30 years in Northeast China，taking Northeast China as the empirical object and based on grid as the basic unit and following the paradigm of the elements-process-pattern-effect. The main research contents include the following parts: (1) analyze space-time evolution laws of grain production pattern and soil and water allocation; (2) establish the model of coupling relationship and the evaluation model for coupling effect, reveal their coupling process and character, and recognize the “condemned grids” for poor soil and water allocation and analyze their space-time evolution law; (3) reveal the formation mechanism of the coupling effect from the perspective of analyzing internal and external factors which affect the coupling between grain production pattern and soil and water allocation and their interactions; (4) put forward adjustment and optimization scheme based on simulation and forecast of the future pattern change of grain production..The theoretical significance of this project is to enrich the research results of soil and water allocation based on food security; the practical significance of this project is to put forward operational planning for the pattern of grain production based on spatial balanced soil and water allocation.

本课题以东北地区为实证对象，以栅格为基本单元，按照要素-过程-格局-效应的研究范式，利用气候模式输出的数据驱动作物模型和水文模型并结合土地利用变化的分析，揭示30年来东北地区粮食生产格局与水土资源配置之间的耦合关系及其驱动机制。主要研究内容：一是粮食生产格局与水土资源配置的时空演变规律分析；二是构建粮食生产格局与水土资源配置的耦合关系模型、耦合效应评价模型，揭示二者的耦合过程和特征，剖析水土资源匹配较差的“问题”栅格及其粮食生产格局演变特点；三是从影响粮食生产格局与水土资源配置耦合的内外因素及其相互作用视角揭示其耦合驱动机制；四是模拟、预估未来粮食生产格局变化趋势并提出优化调整方案。在理论上，力求丰富基于粮食安全的水土资源配置研究成果；在实践中，为构建基于水土资源空间均衡的粮食生产格局提供可操作的规划依据。

近三十年来，伴随着气候变暖及人类活动的影响，东北地区粮食生产格局表现为水旱转换频繁、水田面积迅速增加的特点，其农业生产类型已由雨养农业为主型向雨养-灌溉兼具型转变。本项目重点分析了粮食生产格局与水土资源配置的耦合关系，并开展了粮食生产格局变化的驱动机制研究，为后续的粮食生产格局变化预测研究提供理论支撑。. 本项目的主要结论：①在2003-2015年粮食产量“十二连增”期间，显著的增产效果是播种面积扩大和单产提升高度耦合的结果，尤其是播种面积的贡献率更大，农业现代化水平高、水土资源条件好的三江平原地区也是如此，在气候变暖条件下，水稻品质好、收益高是水田大幅扩种的主要原因，也是造成研究区水资源紧张的重要因素。②通过DEA评价模型，对粮食生产的水土资源配置效率进行评价，分析水土资源配置效率较差的“问题区域”，探究水土资源规模投入不足（冗余）问题，以及农业生产技术引发的水土资源利用低效问题，为进一步的种植结构调整、水土资源投入量比的改进提供方向。③粮食产量及其水土资源配置二者高度耦合关联，粮食产量高低与农业水土资源配置效率高低的分布格局基本一致，农业水土资源配置好的地区，其粮食产量也较高。④在既定的气候条件下，粮食生产格局的变化通过众多农户的生产决策集中体现出来。因此，在“市场定价、价补分离”的收储政策背景下，基于蛛网理论及农产品的成本收益分析，以价格和利润为农户决策依据，开展农户视角的种植结构模拟研究，据此推演研究区粮食生产格局的变化趋势。. 研究成果的理论意义在于丰富了基于粮食安全的水土资源配置研究成果；实践意义在于为东北地区粮食生产的水土资源配置提供了改进方向，并为粮食主产区种植结构调整以及国家粮食收储政策的完善提供参考依据。