数字农业时空信息

数字农业时空信息（精选五篇）

数字农业时空信息 篇1

随着计算机和GIS等信息技术应用于农业生产的宏观管理中,以及现代的集约式精细农业发展,各种现代信息技术、网络技术和数字技术都将逐步应用于农业规划、建设、生产、经营、管理和服务的全过程,最终实现农业生产精细化、自动化、远程化和虚拟化[1]。GIS技术作为信息技术的前沿,在农田地理信息系统建设、农田信息动态采集、农作物征兆信息提取、农田管理决策、智能化农业机械建设、农田生态环境保护、自然灾情监测和农作物估产与检测等方面提供技术支持和解决方案,也在农业信息化和数字化农业中发挥巨大作用,它们是数字农业空间信息管理技术的核心技术。目前,我国已有上海市、福建省等不少地区相继启动了“数字农业”工程建设[2],并取得了较好的经济和社会效益。

1 基于GIS技术的农业综合信息平台建立

3S技术(即地理信息系统GIS、遥感RS和全球定位系统GPS)作为信息技术的前沿,是实施数字农业的核心技术。农业主题综合信息平台是依托现有网络和地理信息基础平台,融合数据挖掘技术、Internet技术、网络传输技术于一体,通过标准化的数据接口和软件接口,将各个业务信息进行捆绑整理;业务数据分布采集,分层存储,集中备份,实时调用,并能提供相关辅助决策支持的GIS业务系统。在GIS中利用各种空间分析方法生成差异性信息分布图,通过分析影响小区产量差异的原因,制定经济、合理的生产决策方案,生成作物管理处方图,指导农田定位作业。

1.1 平台总体目标

数字平台的总体实现是以网络信息技术、智能信息技术、3S技术等信息技术与现代农业技术集成为基础,从研究与制定数字农业信息技术标准、数据库结构标准、元数据库标准、系统接口标准等技术规范出发,开发底层通用基础数据库,实现系统的通用性、结构开放性、功能的可扩展性和数据的共享;并以此为基础,开发具有丰富接口的数字农业基础平台、通用软件系统开发平台。要实现信息技术与农业技术有机结合,关键问题是如何通过对农业过程信息的标准化和数字化,实现信息技术与农业技术有机结合。因此,关键要制定农业信息数字化系列标准,在这些标准的基础上进一步进行农业信息数据库系统建设、海量信息资源开发和多技术系统接口技术研究[3]。

1.2 平台的总体结构

数字农业基础平台功能结构如图1所示。其中,网络基础设施平台提供了信息交换和通信的硬件平台,是空间数据分布式共享与维护的硬件基础。空间数据平台使基础地理数据(空间数据)集中式存储、分布式维护,与农业有关的业务数据(属性数据)则分布式采集、分布式维护、分层次存储、关联应用,授权共享。应用服务平台在数据标准的支持下实现信息传输、服务与共享,强化农业信息系统、农业决策系统、农业监测系统等3大系统的应用服务功能[4]。城市信息一体化综合平台作为“数字农业”的核心数据层,同其它部分的关系可用图1来描述。

信息化网络通讯基础设施就是构架宽带、多媒体信息网络的硬件环境。信息网络硬件环境是信息化公共基础设施,是各类信息应用所依赖的基础运行环境,也是支撑信息一体化综合平台的基础设施。操作系统和支撑软件主要包括网络操作系统、开发工具、专业软件等,这里的开发工具和专业软件都与所运行的信息系统有关。相对于其它现有的应用系统,城市信息一体化综合平台是构筑在信息化基础设施、支撑软件环境之上的基础数据平台,它主要包括各种空间信息、空间专题信息及部门业务信息等数据。

1.3 基于Web GIS技术的农业地理信息系统

农业信息一体化平台的一个重要的支持系统就是基于Web GIS技术的农业主题GIS。与传统的GIS相比,其具有以下特点:适应性强、应用面广、现实性强、维护社会化、使用简单、单用户投资性价比高、可方便实现各类数据的分布式存储,如图2所示。每个Web GIS平台既可作为一个单独的空间信息单元进行GIS功能的实现,也可以对各结点数据进行整合操作与空间分析。

建立空间信息管理平台的WEB发布系统,同时开发相应的功能用于网页的管理和维护。在现有的网络条件背景下,依托地理信息系统建立农业信息服务网络体系,为农业发展提供实时、准确的农情、商情和技术信息,提供网上农业耕作决策结果和农业专家知识查询。同时,也可以将农业专题地图根据需要向广大Internet用户直接发布,使用户了解农业某专题的历史、现状及可能的发展势态。

2 综合平台在农业生产中的应用

2.1 农业气候应用

农业气候区划将GIS、数据库、Web等技术相结合,在农业气候区划数据库,气象、气候数据库,调查、实验数据库,专家数据库等的基础上,建立农业气候区划信息系统,为人们提供信息服务。GIS具有数据采集、存贮、处理与分析的功能,可以将GIS的空间分析功能与传统的区划方法结合,分析农业气候资源和空间地理条件对农作物布局的综合影响,得到客观精细的农业气候区划信息,形成了专门的主题地图,为当地农业生产决策提供可靠的依据。

2.2 精密播种的应用

精密播种技术作为“精确农业”的一个重要内容,其工作质量的好坏直接影响后期的管理和耕作。这种技术是通过对不同种子播种深度、播种数量、化肥使用量的控制,达到精密播种的目的。为了实现这一目的,可分以下两个过程进行:首先进行地理试验,在工作地块按适宜的面积设定小区,把整块田地分成若干区域;然后,在各小区采样,每一小区都取一个混合采样点,取样标识后在试验室用土壤养分快速采集仪测定取样点的有机含量(即N,P和K含量);选取系统平台,存储取样资料,应用数学统计的方法生成田间土壤肥力分布图,将该主题数字地图存储到综合数字平台的GIS系统中。其次,在播种机上增加GPS接收装置、传感器以及执行器,执行过程如图3所示。

当播种机在田间工作时,行走到不同的位置都会收到GPS传来的立即寻址信息。该信息输送到GIS系统中,通过专家决策系统的分析,综合以往的土壤肥力信息,发出指令给执行器撒播不同量的肥料并控制播种的深度;传感器实时收集播种的数量、深度和施肥多少的信息,并把该信息反馈给控制系统,进行比较修正,控制播种的质量。

3 发展前景

综合信息一体化平台是一个复杂的系统工程,其结构和功能将随着数字农业工程体系的不断完善而逐步发展和丰富,同时需要政府、工程、技术、服务体系和标准政策法规等方面的支持。

但是,由于技术水平、经济能力等限制,农业信息系统提供的信息服务和人们对信息的需求有一定的差距。其主要表现在:提供信息量有限;信息表达的方式有限;受经济发展的限制,获取信息的途径有限;农业信息系统现处于试验研究阶段,人们无法及时地获取所需信息。除上述问题外,还存在如何有效应用于调整农业结构、促进区域经济发展等问题。因此,目前应用比较广泛的主要还是在对信息的服务上这种宏观方面。随着数字农业工程的进一步发展,信息平台的功能将逐步扩展到微观技术的应用。通过这个平台把数字农业技术广泛应用到农业生产、管理决策以及销售等各个过程环节,同时建立在这个基础上的专家系统,远程诊断、模拟模型系统和智能信息系统的开发也将不断丰富和完善,应用程度不断广泛和深化。通过平台实现充分的生产技术和信息共享,解决“信息孤岛”问题,给现代农业和农村发展带来巨大的推动作用[7]。

摘要：重点讨论了以“3S”技术为支撑,运用计算机网络技术和通讯技术,建立农业综合信息平台,进行农业数据的获取、处理和分析,以及标准化与数字化处理,实现农业信息共享和交换的网络化以及农业预测和决策的智能化,为实现数字农业系统工程的实施提供基础框架。同时,列举了农业综合数字信息平台在数字农业工程中农业气候和精密播种等具体应用案例;最后,展望了农业综合信息平台的发展方向。

关键词：3S技术,网络技术,通讯技术,数字农业,综合信息平台

参考文献

[1]王甡,张震宇,武洪涛,等.数字农业的构建研究[J].农机化研究,2006(7):11-14.

[2]李治洪,吴永兴,茅国芳.上海“数字农业”进一步发展的内容与对策研究[J].上海农业学报,2004,20(4):139-143.

[3]张秋文,王乘,张勇传,等.湖北“数字农业”工程初探[J].湖北农业科学,2003(2):3-4.

[4]胡光道,李振华.基于数据中心的国土资源信息系统基础平台的构建及技术问题[J].中国地质大学学报,2002(3):23-26.

[5]卢广锋,张旭升,尹克荣,等.GPS技术在精密播种上的应用[J].山东农机,2002(3):6-7.

[6]张海梅,符晓,牟萌.GIS与农业气候区划[J].安徽农业科学,2006,34(7):1503-1504.

数字农业时空信息 篇2

一、数字图书馆信息集成服务分析

⒈关于数字图书馆信息集成服务概念分析。我国学者卢共平认为:“数字图书信息集成服务,简单地说就是指在数字图书馆集成信息服务体系基础上,把各种与图书馆相关的信息服务,比如跨系统跨数据库检索、虚拟资源体系建设,以及馆与馆之间的借与文献传递等方面来进行整合,以便建立一个统一的信息服务体系。”在图书馆界,数字图书馆信息集成服务重点强调的是通过系统内部信息资源与机构整合,而且还要加强针对用户的需求,使用现代化信息服务技术,实现用户所需要的关于图书馆方面的各种服务。

⒉关于数字图书馆信息集成服务的内容分析。⑴信息资源的集成。就是通过使用现代化信息技术与软件,把不同地方的信息资源集合在一起,形成了集成服务环境与基础。(2)信息服务的集成。以信息资源集为根本,再经过统一的综合平台,让用户进行注册登记以及身份验证等手续,到达为用户供给统一的门户服务与最终结算,从而来建立集成服务条件(环境)。⑶信息技术/系统的集成。信息技术/体系的集成是构建在标准化与开方式架构基础上,经过统一的信息平台,来实现馆与馆之间互借系统无缝以及与开放链接资源调节系统的集成。⑷信息服务机构集成。通过实现信息服务机构的集成,可以实现机构自身的服务整合,以及跨平台、跨系统的资源重组,从而使整个图书馆整体利益最大化,提高了图书馆现代化服务水平。

⒊数字图书馆信息集成服务的特点分析。⑴是信息资源共享的一种思路。近年来,由于数字图书馆信息服务与技术的不断发展,共享理论产生了另一种思路就是信息服务的共享,也就是服务的集成,从而开创了从资源共享到服务共享的局面。⑵信息资源集成要素事先整合、控制与分析。就是指在统一检索平台没有建立之前,对信息资源的内容、信息法规、知识产权等重要组成部分进行分析、控制与整合,从而为在现代化网络环境下实现信息资源共享提供帮助。⑶开放链接机制下的相互运作。采取开放链接机制,把资源与服务进行集成,然后通过相互运作、集成管理以及整合处理等,向用户提供相互有机链接的数字信息服务机制,从而给用户在数字信息环境中搜寻、获取有用的信息带来帮助[2]。

二、我国农业数字图书馆信息集成服务分析

⒈农业数字图书馆集成服务系统构建需求分析。⑴关于国家农业科技创新体系建设的需求。①国家创新体系的知识的产生、应用以及传播。国家创新体系通常是指由大学、科研机构、企业以及政府构成的网络,能够提升创新效率与能力,使得社会经济与科学技术融为一体,能得到协调发展。②农科创新体系两大重要组成部分:信息服务与研究。③大力发展信息集成服务系统在我国农科创新体系中作用。⑵关于农业数字科研环境的需要分析。①网格技术。网络可分为计算机网格、信息服务网格与数据网格,计算机网格是高性能计算机共享存取;数据网格是指文件与数据库系统的共享存取;信息服务网格是指信息资源与应用软件的共享存取。总之,网格技术的使用,会使农业科技信息环境数字化水平迈入更高的水平。②信息环境。因为网络化与数字化的当代信息正在快速成长,使科研环境也将产生天翻地覆的改变。

⒉农业图书馆资源整合的用户需求。⑴采用有价值的内容,以及为个人定位的准确性带来一定的帮助。⑵为用户供给需要的链接。⑶检索跨库分布的各种数据资源,对检索结果做出灵活的输出与管理等。

⒊农业科技信息用户组成因素与集成服务需求。⑴关于用户组成与需求分析。①用户组成因素分析。我国学者李思经认为我国农业信息用户主要由农业高等院校师生用户、农业科学技术研究与技术人员用户、农民应用用户、农业企业用户、农业管理人员与决策人员用户等这几部分构成。②用户需求分析。用户需求是根据用户组成部分不同,而产生的需求也不同,比如农业管理、决策人员用户的需求,与农民应用用户的需求是有很大不同。前者比较注重于农业的政策性、高层次性,以及预测性的情报信息;后者侧重于解决农业生产或经营中实际具体问题而需要的特定信息。(2)关于现代网络信息符合科研用户的信息需求方法分析。中科院上海生命科学研究院,曾做过一次实际调查,调查结果是,被访问过的用户中高达86.7%的人承认是通过在网上查询才获得有关农业方面专业知识。互联网查阅成为用户获知识的最常用的最直接的方法。⑶关于图书馆个性化信息环境的形成分析。图书馆个性化信息环境通常是指图书馆为用户获取关于图书馆各方面资源,以及图书馆之外与之相关的资源的要素合起来的总称。

三、我国农业数字图书馆信息集成服务系统设计分析

⒈我国农业数字图书馆信息集成服务系统构建的原则。⑴关于实现系统化的原则。也就是说农业数字图书馆的信息集成服务要求一定要实现母、子系统之间,以及各大模块,各管理层等之间要共同协调,加强合作,构成一个有机整体。⑵以用户为主的原则。整个系统设置要以用户为中心,并要求在分析用户所需要的基础上,从用户的角度去进行资源组织、整合,以及服务集成等方面设计。(3)开放性原则。是指本系统可以利用其他系统的资源与服务,其他系统也可以利用本系统资源与服务,另有各母、子系统在集成时,也应对其他母、子体系开放。⑷发展性与优化性原则。由于网络与信息技术的不断发展,数字图书馆也要紧跟时代的步伐,一定要进行相应的改革,故图书馆信息服务集成务必要坚持发展的原则。采用优化的观点来分析、解决现实中的问题,是每个系统工程必不可少的思想理念,而我国农业数字图书集成服务也是属于系统工程之一,故它要实现优化性原则是毫无疑问的。

⒉信息集成服务系统构成模式与框架设计。⑴信息集成服务系统构成模式。根据对服务功能,技术、系统、资源,以及各机构协调的紧密程度,设计出来两种不同的服务模式,分别是联合集成服务模式与资源整合集成服务模式。⑵关于信息集成服务系统的基本框架。我国农业数字图书馆信息集成服务系统基本框架设计一般分为四层。①集成服务系统支持环境层:一般指系统(集成服务系统)所正常运行或存在的基本条件,主要包含收集硬软件,与正常运行的环境。②数字化分布资源整合层:就是把时间与空间有关的信息资源进行汇合成为多维度立体网状结构整体再实现无缝对接,实现相关资源组成统一的有机整体,以便达到发挥农业信息服务的整体功能与效益的目标。③集成系统应用层:是通过一系列的软件来组成的,其内容与用户层所能提供的集成服务模式有着密切关系,换言之就是集成系统应用层能决定集成服务模式。④集成服务用户层:简单地说就是利用图书馆网站的主页使得用户与图书馆发生联系,起着媒介、桥梁等方面作用。

⒊关于信息集成服务系统的机制设计。⑴关于建设机制设计。首先要加强对项目的支持,强化资金配套,再引进项目各项管理制度;其次是建立以我国农业科学院图书馆为中心,根据各地实际情况建立分中心,通过统筹规划管理、优化配置建成集成服务系统的分布式的资源现代化网络体系;最后还要建立评估与监督机构,对其进行评估与监督,这样才能使其更好地为用户服务。⑵关于组织管理机制的设计。我国农业数字图书馆信息集成服务系统还可以设计成以中心馆加分馆的管理组织架构与管理制度,使农业图书馆分会、农业学会、农业情报分会也发挥一定的作用,设立图书馆理事会,起领导作用,定期召开理事会,建立馆长聘任、负责制等[3]。

摘要：我国农业数字图书信息系统是我国科技信息事业体系中最重要构成要素之一,具有存储量大、分布广、拥有数量多、专业性强的农科信息资源。在我国农科技术创新体系建设以及在中国农业信息化建设中占有非常重要的位置,为我国农业科学研究与农科技术创新体系做出重要贡献。而集成服务又是我国农业数字图书馆信息系统的最重要、关键所在。本文首先以剖析数字图书馆内容与特征等方面作为切入点,接着对我国农业图书馆集成服务需求做详细论述,最后从我国农业图书馆集成服务的设计原则、模式、框架和机制设计等方面来论证我国农业图书信息集成服务系统设计。

关键词：农业数字图书馆,信息,集成服务系统,设计

参考文献

[1]何昉.面向生态产业链的信息集成研究[D].南京师范大学硕士论文夹,2011

[2]刘分明.论云计算在数字图书馆信息集成中的作用[J].经济研究导刊,2012(24).

数字农业时空信息 篇3

当前, 山西省农业农村发展进入了以工促农、以城带乡、加快改造传统农业、走中国特色农业现代化道路的关键时期, 同时也进入了着力破除城乡二元结构、形成城乡经济社会一体化新格局的重要时期。面对新形势、新任务、新要求, 加快推进山西省农业农村信息化发展, 不仅对促进现代农业发展、建设社会主义新农村意义重大, 而且是实现农业增产增收、缩小城乡“数字鸿沟”、加强农村基层组织建设的有力推手。

山西省农村信息化建设的指导思想, 即以邓小平理论和“三个代表”重要思想为指导, 牢固树立科学发展观, 把推进农业农村信息化作为经济发展方式转变的重要举措。着力加强基础网络设施建设, 扎实农村信息化基础;着力推动现代信息技术 (物联网技术) 应用, 发展现代精准农业;着力推进农村三网融合, 丰富农村文化生活;着力推动农村移动农网, 拓宽农村信息渠道;着力建设农村综合信息服务网站, 发展农村电子商务和现代物流;着力推进电子政务向村镇延伸, 促进农村政务公开;着力开展农村信息化培训, 加强农村信息队伍建设。全面加快山西省社会主义新农村建设的步伐, 不断提高山西省农业和农村信息化水平, 推进山西省传统农业向现代农业跨越。

山西省农村信息化建设的总体目标

“十二五”期间, 山西省农业农村信息化的总体目标是:99%以上的行政村实现宽带网光网覆盖, 80%的农户能实现信息入户, 基本消除信息盲点;80%以上的农村区域具备三网融合条件, 70%以上的行政村开展电子政务应用, 基本实现政务公开;涉农信息资源库得到较好整合和完善, 涉农信息和市场化信息资源开发利用得到较快发展;以政府引导、社会投资为主体的多元化农村信息服务投入机制初步形成, 农业生产经营管理的信息化支撑能力明显增强。

山西省农村信息化建设的工作原则

加强引导, 统筹规划。加强农业农村信息化工作的组织领导, 组织编制农业农村信息化发展规划, 加强统筹规划和部门协同运作, 充分发挥涉农部门在农业信息化建设中的职能作用, 加大对农业农村信息化的支持力度。

需求主导, 突出应用。以需求为导向, 突出农业生产服务、突出农产品经营、突出新农民培育, 扩展开发信息化应用, 提高农业农村信息化针对性。

资源整合, 共建共享。打破行业、部门界限, 整合网络传输资源、农业信息资源和人力资源, 共建共享, 实现农业信息化综合效益的整体提高。

示范带动, 整体推进。选择部分县乡在综合信息服务体系、发展数字农业、信息技术推广应用等方面开展农业农村信息化综合试点, 培育示范典型, 发挥典型引路、示范带动作用, 整体推进。

山西省农村信息化建设的主要任务

“十二五”规划期间, 山西省农村信息化将重点实施八项工程。

农村信息化基础设施升级改造工程

加大农村宽带网络的升级改造力度。继续实施“村村通”工程, 组织实施“宽带下乡”工程。到2015年, 实现光缆覆盖山西省99%以上的行政村, 基本消除信息盲点, 接入带宽达到8M以上, 满足三网融合后互联网承载高清电视的能力。

加快农村有线电视网络的延伸和数字化双向改造。到2015年, 70%以上行政村完成数字化双向改造。到2015年, 力争山西省乡镇光缆通达率及数字化双向改造实现100%, 有线电视接入带宽达到8M以上, 80%以上行政村实现有线、地面无线数字电视混合覆盖。

实施“信息化三下乡”。山西省经信委、农业厅、科技厅、文化厅、商务厅等涉农部门及电信运营企业等有关单位要统筹规划, 集中资金送设备, 集中力量送培训, 集中资源送信息。

农村综合信息服务站建设工程

普及规范农村综合信息服务站。依托山西省委组织部、文化厅、科技厅、农业厅、商务厅现有力量, 组织开展农村综合信息服务站和信息员队伍建设。到2015年, 力争80%的行政村建设农村综合信息服务站, 80%以上的农村综合信息服务站达到“五个一”标准。

整合资源, 拓展农村综合信息服务站应用。整合山西省内涉农资源, 建立由涉农部门、农业科研教育机构、广播电视传媒机构、电信营运企业广泛参与的山西省农村综合信息服务体系。

推进农业电子商务。推进农村教育信息化建设, 积极发展农村现代物流, 开展农村信息化服务站综合试点。

电子政务村镇延伸工程

建设农业农村基础信息数据库。统筹山西省农业农村信息资源, 建立省、市、县三级共建共享数据库, 突出权威性、实用性和时效性, 进行数据库的深度挖掘, 加强涉农信息资源的开发利用, 完善农业监测预警系统、农业专家智能咨询系统、农产品和农资市场监控系统, 形成具有山西特色的农业农村信息资源体系。

推进电子政务向村镇延伸。进一步深化“金农”工程, 加大农村电子政务基础设施建设, 构建县、乡 (镇) 、村一体化的电子政务服务体系, 拓展农村电子政务应用。到2015年, 山西省100%的乡镇要开设电子政务网站 (或网页) 。

农村三网融合工程

深化山西省农村三网融合经验。进一步深化省级广电部门和电信企业合作, 支持县级广电部门和电信企业联合开发三网融合市场, 发展IPTV业务, 拓展增值业务, 促进业务与内容的融合。规范已开展三网融合地区的内容传输及网络接入, 完善电信和广电双向进入机制。

加快市县IPTV分前端基础设施建设。要以山西省广电建设的全省IPTV统一平台为主体, 电信运营企业、山西省广电网络公司要加快建设与规范IPTV分前端, 完成与省级IPTV统一平台的对接, 确保IPTV业务的顺利开展。同时, 要加大电信传输网络升级改造力度。

加强农村地区IPTV运维队伍建设。进一步丰富农村节目源建设。

移动农网工程

继续推进手机终端三农服务热线。要进一步深化拓展“12316” (三农服务热线) 和“12590110” (农科热线) 、“12582” (农信通) 应用, 降低农民获取信息服务的门槛, 提供权威准确服务, 开辟解决“三农”问题的“直通车、快车道”。要建立一支专业门类齐全、结构合理、服务到位的农业咨询专家队伍。加强制度建设, 创新服务模式。

开展“移动农网”试点。要针对当前山西省农村信息计算机终端拥有率不高, 农村信息服务资费偏高, 符合农事规律、贴近农民需要的个性化信息资源传输不畅等问题, 推动“移动农网”的实施。

农业商贸物流信息化工程

推进农村电子商务发展。加快以农产品交易为重点的第三方电子商务平台建设, 推进以批发市场、商贸中心、物流调度中心和商品集散地为依托的农业电子商务服务体系建设。

推进农业物流信息化大发展。要推进农产品物流信息技术标准和信息资源标准的研究与制定, 推动农产品标准化和品牌化建设。推进农产品物流作业信息采集、处理和发布系统建设。

推进信息技术农资监管应用。加强对农资生产和经营的监管, 加强信息技术在农业生产经营管理中的应用。

推进信息技术农产品质量安全监管应用。推进农产品的产地认定与产品认证, 加快建立山西省特色农产品产地环境数据库, 推广产地身份识别技术以及产品认证码加密与分发技术在农产品生产销售中的应用。

“数字农业”工程

依托山西省农科院、山西省农业大学、软件开发和服务企业, 积极研发和推广适应农村特点、方便农民使用的各类信息产品和信息应用系统, 积极推进先进的农业智能生产管理技术、3S (全球定位系统GPS、地理信息系统GIS、遥感系统RS) 技术、自动化控制技术等在农田作业、良种工程、农作物栽培管理等方面的应用, 用现代信息技术改造传统农业, 发展优质、精准、高效的生态农业, 提高农业规模化、精准化和设施化水平, 提高农业生产过程的现代化水平。同时, 要重点推进物联网技术在山西省特色农产品领域的应用, 要建立和完善主要农产品安全预警体系。

农村信息化培训工程

建立农业农村信息化培训基地。依托现有大中专院校, 建立省、市两级农业农村信息化培训基地。各培训基地要根据农业农村信息化的特点和内容, 加快编制培训课件和教材, 完善培训基础设施。

推进农村信息化培训制度建设。建立信息员和农村基层干部信息化培训制度, 把信息化培训逐步纳入对农村基层干部的考核内容之一。制定吸引高层次农业和农村信息化专业人才的优惠政策, 建立人才培养和激励机制。

开展目标人员的信息化培训。组织实施一系列农村信息化人才培训工程, 对各级领导干部、信息技术骨干和专兼职农村信息员进行培训。“十二五”规划期间, 要对山西省各村镇主要干部及信息员进行普及培训。

山西省农村信息化建设的保障措施

加强组织领导。山西省信息化领导小组办公室要组织涉农部门和有关企业建立“农业农村信息化联席会议”, 加强统筹, 合力推进农村信息化建设。

加大规划统筹。各市、县经信委要会同涉农部门, 组织制定本区域“十二五”农村信息化发展规划, 整合涉农资源, 强化部门协作, 建立推进农业农村信息化工作的长效机制, 推进农村信息化协调发展。

加大资金投入。加大各级政府对农业农村信息化资金的投入, 鼓励和支持社会力量投入农业和农村信息化建设。

建立考核指标体系。要建立农村信息化考核指标体系, 建立运行、维护和服务的长效机制。

数字农业时空信息 篇4

生态农业评价是通过构建评价指标对生态农业系统进行分析和诊断, 以辨别和衡量系统优劣, 发现系统发展变化的规律, 并通过对其内在机制和原因的探索, 为生态农业建设决策服务[5]。国内生态农业评价研究始于20世纪80年代初。90年代后期, 随着生态农业的大力推广而迅速发展。从近期的研究来看, 主要呈现以下特点:一是在不同地域和空间尺度上研究丰富, 以省、市 (县) 域为主[6,7,8,9], 园区 (基地) 尺度次之[10,11], 但针对典型区域的研究较少, 尤其是我国藏区生态农业发展评价研究;二是对不同生态农业发展模式的评价研究[12,13,14];三是对评价方法与指标体系构建的研究[15,16,17,18]。评价指标体系构建是生态农业评价的核心, 在以往的研究中存在几方面不足。一是尺度错位, 有的指标适用于评价国家级、区域级宏观层面, 有的适用于村 (基地) 、农场等。二是可获取性不强。有些指标需要通过长期监测试验获取, 虽然提高了准确性, 但时效性滞后。三是对要素减量投入、循环利用情况重视不够或者赋予的权重也较低。本文从时间、空间2个维度对四川藏区生态农业发展水平进行定量评价, 分析2000-2014年四川藏区生态农业发展的时空格局特征, 为下一步生态农业经济发展提供思路。

1 研究区域

四川藏区地处青藏高原向四川盆地的过渡带上, 北接青海、甘肃, 西连西藏, 南邻云南, 东南接四川盆地及川西南山地, 东经97°26′-104°27′, 北纬27°57′-34°21′。区域面积约24.97万km2, 占四川省总面积的51.49%, 是我国第二大藏区。其行政区包括:甘孜藏族自治州18个县 (市) (简称甘孜藏区) , 阿坝藏族羌族自治州13个县 (市) (简称阿坝藏区) 和凉山彝族自治州木里藏族自治县, 共32个县 (市) 、519个乡镇 (表1) 。四川藏区高原高山峡谷地理特征突出, 立体气候特征明显, 农业资源得天独厚。

2 研究方法

2.1 评价指标

关于生态农业发展定量评价, 国内学者开展了大量研究。本文在吸取同类研究成果的基础上, 提出由4项分类指标和14项单项指标组成的生态农业发展水平评价指标体系 (表2) 。经济社会发展分类指标用来表达生态农业发展过程中实现的社会与经济效益, 其中, 农业机械总动力反映农业产业化基础条件。资源减量投入分类指标表达地区农业生产系统投入情况。资源循环利用分类指标体现在生产过程中对农业资源有效利用的水平, 其中秸秆利用量受数据来源限制, 秸秆利用量是间接估计量, 以小麦、水稻、玉米3类作物种植面积进行换算求和而得, 并假设农作物的秸秆直接或间接全部用于农业生产。资源环境安全分类指标表达在发展生态农业中对于生态环境和资源安全的影响。

数据来源于《四川省统计年鉴》 (2000-2015年) 、《四川省农村统计年鉴》 (2000-2015年) 。

单项指标分为两类:正指标数值越大越好;逆指标数值越小越好。采用层次分析法, 通过构造两两比较判断矩阵, 获得各指标权重, 其判断矩阵通过一致性检验。为使各指标具有可比性, 采用MinMax标准化方法对原始数据进行线性变换。

2.2 评价模型

生态农业发展水平常用评价方法较多。本文选择具有过程规范、结果直观、使用简便等优势的综合指数评价。其基本模型为:

式中:X为综合指标评价指数;n为分类指标数量;Wki为第k个分类指标中第i项单项指标权重;Cki为第k个分类指标中第i项单项指标的标准化值;mk为第k个分类指标中单项指标数量。本研究借鉴相关成果将生态农业划分为准备阶段、起步阶段、初步实现阶段、基本实现阶段和完全实现阶段, 并确定各发展阶段的标准值。其中:准备阶段 (≤0.3) , 起步阶段 (0.3<X≤0.5) , 初步实现 (0.5<X≤0.7) ;基本实现 (0.7<X≤0.9) ;完全实现 (>0.9) 。根据公式 (1) 得出生态农业综合发展指数和4个分类指标指数, 在Arc GIS10.0中绘制四川藏区生态农业发展空间格局图。

3 结果与分析

3.1 四川藏区生态农业发展的时序变化特征

3.1.1 生态农业综合水平时序变化

2000-2014年四川藏区生态农业综合发展指数从0.394增长到0.449, 增幅13.99%, 年均增长率为1.04%, 增长态势较为平稳, 整体处于生态农业的起步阶段 (图1) 。与全省发展相比, 四川藏区在各时间截面均滞后于全省整体水平。“十五”期间, 在全省生态农业综合水平处于下降态势的大环境下, 虽然四川藏区保持了增长态势, 但基本上处于停滞状态, 年均增长率为0.08%。自2005年开始, 四川藏区生态农业的发展水平稳步提升, “十一五”期间年均增长率达到2.26%, 依然落后于全省8.69%的平均增长率, 2011年生态农业综合水平达到0.459, 处于研究期最大值, 2012年出现回落后, 又小幅增长。

3.1.2 生态农业分类指标时序变化

2000-2014年, 四川藏区4个分类指标均呈现增长态势 (表3) 。从因素贡献率来看, 四川藏区生态农业综合指数的提高, 主要依赖于资源环境安全和经济社会水平的提高, 其因素贡献率为36.47%和34.91%;在生态农业核心评价指标上, 四川藏区的资源减量投入和资源循环利用对生态农业发展的贡献表现较差, 贡献率分别为16.16%和12.46%。分类指数显示, 四川藏区生态农业发展主要受宏观经济发展拉动和生态环境改善。

四川藏区经济社会发展指数由2000年的0.009, 增长到2014年的0.028, 增幅达到212.18%, 年均增长率9.15%, 其增长态势高于全省水平。进一步分析经济社会发展的单项指标 (表4) , 四川藏区的单位面积农业产值、农民人均纯收入、农业机械总动力分别从2000年的5 298.09元/hm2、856.63元、2.06万k W, 增长到2014年的18 509.02元/hm2、6 897.34元、5.53万k W。经济社会水平的提高得益于历次中央西藏工作会议和四川省在扶贫开发、农机装备、农民生活, 以及农业科技推广等方面的政策扶持。

四川藏区资源减量投入指数由0.204增长到0.213, 增幅为4.36%, 远远滞后于全省13.10%的涨幅。虽然资源减量投入水平小幅增长, 但是从单项指标来看, 主要生产投入品的施用量逐年增加。四川藏区生态农业发展依然呈现出要素驱动特征。2000年农膜使用强度为5.99 kg/hm2, 2014年达到15.82 kg/hm2, 增幅达到164.30%。此外, 化肥、农药施用强度也逐步增长, 2000年化肥、农药施用强度分别为60.13 kg/hm2和2.94 kg/hm2。到2014年已分别增长到95.44 kg/hm2和4.28 kg/hm2, 增幅分别为58.72%和45.65%。资源减量投入指数的提高主要得益于单位农林牧渔产值耗电量的降低, 每万元耗电量从639 k W·h下降到243.17 k W·h, 降幅达到61.95%, 年均下降7.16%。

四川藏区资源循环利用指数由0.068提高到0.075, 增幅为10.14%, 年均提高0.75%, 与全省水平基本持平。资源循环利用指数可视为低水平上的小幅增加, 其循环利用水平并未有实质提升。在单项指标中, 化肥有效利用率增幅最快, 每吨化肥产出价值从11.86万元增长到22.39万元, 达到88.89%;秸秆综合利用还呈现下降趋势, 年均增长率仅为-3.27%, 主要原因是四川藏区受气候、海拔条件限制, 农作物播种面积年均增量也仅为0.54%, 秸秆原料供应有限;二是四川藏区仍然存在就地燃烧秸秆的现象, 甘孜藏区和阿坝藏区的秸秆焚烧比例约12.5%和15.6%[19]。

研究期内, 四川藏区资源环境安全水平增幅17.79%, 显著高于全省5.85%的平均水平。四川藏区资源环境安全指数从2000年的0.113达到2014年的0.133, 但是区域生态安全形势依然严峻。近年来, 四川藏区大力开展退耕还林还草, 森林生态系统保护, 水土流失综合治理等工作, 森林覆盖率稳步增长, 从2000年的33.98%增长到2014年的43.04%。此外, 受人口增长, 以及城镇化和工业化对耕地的挤占, 耕地面积下降, 一定程度上削弱了四川藏区资源环境安全水平。

3.2 四川藏区生态农业发展的空间变化特征

3.2.1 生态农业综合水平空间变化特征

按照生态农业阶段划分, 2014年茂县、丹巴县、木里县、泸定县、九寨沟县、乡城县、汶川县、理县、雅江县9个县处于初步实现阶段 (0.5<X≤0.7) (图2a) , 其中茂县生态农业发展最好, 达到0.642;石渠县的生态农业综合指数最低为0.285, 尚处于准备阶段;其余22个县 (市) 处于起步阶段 (0.3<X≤0.5) 。从生态农业增长变化来看 (图2b) , 2000-2014年红原县、康定市、丹巴县、壤塘县、九龙县、茂县6个县增幅较快, 年均增长率在2.31%-3.68%;阿坝县、马尔康县、稻城县、雅江县、泸定县、新龙县、小金县、乡城县、松潘县、道孚县、汶川县11个县年均增长率为0.95%-1.91%;理县、黑水县、金川县、白玉县、九寨沟县、炉霍县、理塘县、甘孜县、木里县、德格县、若尔盖县、巴塘县12个县呈现微弱增长, 年均增长率在0.06%-0.95%;得荣县、色达县、石渠县处于下降态势, 其中石渠县降幅最大, 年均下降1.03%, 生态农业综合指数从2000年的0.315下降至2014年的0.285。综合来看, 四川藏区生态农业发展呈现出从东到西发展水平逐步降低的特征。一是自东向西, 海拔升高, 自然环境条件的约束愈加强烈, 农业发展空间减少;其次, 四川藏区的东北至东南部地区, 临近主要道路交通干道, 要素流动便捷。同时, 靠近丘陵平原等省内经济社会发达地区, 受到较强的辐射带动作用。

3.2.2 经济社会发展空间变化特征

从经济社会发展现状格局来看 (图3a) , 红原县通过大力发展秋淡蔬菜、中低温食用菌、中藏药材等特色产业, 其社会经济发展水平最好, 社会经济指数达到0.075, 并且成功创建第三批国家现代农业示范区。此外经济社会发展空间格局还具有以下特征:一是社会经济发展相对较好的地区主要集中在岷江-大渡河上游高山峡谷区和雅砻江-金沙江中上游高山峡谷区, 其指数在0.029-0.036, 主要包括九龙县、得荣县、甘孜县、丹巴县、茂县、稻城县、乡城县、康定市、松潘县、汶川县、马尔康县、理县、巴塘县、金川县、雅江县、小金县、泸定县、木里县18个县。阿坝藏区北部、甘孜藏区中部和西北部地区经济社会整体水平发展较低, 指数在0.022-0.028。主要原因在于该地区海拔多在3 000-4 500 m, 是四川省平均海拔最高的地区, 年均温0-6℃, 无霜期100 d以下, 作物生长期较短, 不适宜种植业发展。二是阿坝藏区社会经济整体水平好于甘孜藏区, 2014年阿坝藏区社会经济发展指数为0.032, 高于甘孜藏区社会经济指数0.029的平均水平。在单项指标中, 阿坝藏区在单位面积农业产值、农民人均纯收入、农业机械总动力均高于甘孜藏区16.12%、25.98%和8.51%, 阿坝藏区为2.91万元/hm2、7 869.69元、5.67万k W;甘孜藏区2.51万元/hm2、6 247.00元、5.23万k W。

从经济社会发展变化的空间格局来看 (图3b) , 研究期间红原县增幅958.74%, 年均增长23.93%, 依然处于增幅第一的地位。另外, 经济社会发展相对滞后地区的由于后发优势, 使得四川藏区经济社会发展整体水平呈现趋同效应。主要体现在2个方面:一是甘孜藏区经济社会较之阿坝藏区发展较快。2000-2014年甘孜藏区经济社会平均增幅达到243.43%, 年均增速11.44%, 分别高于阿坝藏区增幅210.90%和年均增长9.48%。经济社会发展年均增速超过10%的县 (市) , 甘孜藏区占比达到67%, 而阿坝藏区仅有红原县、若尔盖县、壤塘县3县;二是2014年经济社会现状发展滞后的阿坝藏区北部、甘孜藏区中部和西北部地区, 在2000-2014年经济社会增长态势上好于岷江-大渡河和雅砻江-金沙江的高山峡谷区。

3.2.3 资源减量投入空间变化特征

2014年四川藏区32个县 (市) 资源减量投入指数在0.178-0.231之间, 空间差异较小 (图4a) 。阿坝县、甘孜县、德格县、色达县、新龙县、雅江县、巴塘县、石渠县、理塘县、若尔盖县、得荣县、壤塘县、康定市、白玉县14个县处于较好水平, 其指数为0.223-0.231, 其中阿坝县资源减量投入指数最大为0.231。泸定县、黑水县、金川县、茂县、汶川县5个县在资源减量投入水平上处于滞后地位, 其指数为0.178-0.192, 汶川县最低为0.178。通过与经济社会发展空间格局的比较发现, 四川藏区农业经济社会发展依然依赖于资源要素的追加投入, 由此使得经济社会发展指数与资源减量投入指数呈现负相关, 即资源减量投入指数越低, 生产要素投入水平越高, 其经济社会水平越高。如经济社会指数阿坝藏区高于甘孜藏区11.85%, 其化肥施用强度、农药施用强度、农膜使用水平、单位农林牧渔产值耗电量4个单项指标上, 阿坝藏区为197.83 kg/hm2、4.52 kg/hm2、20.09 kg/hm2和417.9 k W·h/万元, 分别高于甘孜藏区424.76%、83.07%、188.57%和160.11%, 阿坝藏区生态农业发展的生产要素驱动特征明显。

从资源减量投入指数变化情况来看 (图4b) , 资源减量投入增速在1%以上的为丹巴县、马尔康县、泸定县、乡城县、小金县、汶川县。其中丹巴县增长最快, 2000-2014年间, 资源减量投入指数从0.141增长到0.212, 增幅达到48.52%, 年均增长达到3.66%。九龙县、康定市、炉霍县、新龙县、松潘县、雅江县、巴塘县、理塘县、壤塘县、得荣县、德格县、色达县12个县 (市) 资源减量投入增速在0-1%之间, 处于第二水平区间。甘孜县、阿坝县、红原县、若尔盖县、石渠县、稻城县、白玉县、九寨沟县、理县、茂县、道孚县、木里县、金川县、黑水县14个县资源减量投入处于负增长, 且黑水县降幅最大, 2000-2014年期间, 资源减量投入水平指数从0.201降至0.189, 降幅达到9.8%, 年均下降为0.93%。

3.2.4 资源循环利用空间变化特征

2014年四川藏区32个县 (市) 资源循环利用整体处于低水平 (图5a) 。茂县、丹巴县、汶川县、泸定县、九寨沟县、理县、乡城县、金川县8个县, 其资源循环利用指数在0.100-0.202, 循环利用相对较好。而得荣县、新龙县、甘孜县、康定市、色达县、道孚县、白玉县、石渠县资源循环利用指数均小于0.050, 生态农业循环利用发展不足。从单项指标来看, 阿坝藏区在复种指数、秸秆循环利用分别为131.02%、3.18万t, 高于甘孜藏区29.07%和83.38%。甘孜藏区在化肥有效利用上达到116.43万元/t, 阿坝藏区仅为19.83万元/t, 甘孜藏区显著高于阿坝藏区。

从变化情况来看 (图5b) , 九龙县、壤塘县、稻城县、丹巴县、红原县、雅江县在资源循环利用方面增幅较快, 2000-2014年期间, 年均增长率在4.95%-13.32%, 其中九龙县增幅最快达到295.68%。茂县、阿坝县、德格县、康定市、道孚县、小金县、九寨沟县、金川县、黑水县、炉霍县、松潘县、理县、汶川县、马尔康县、乡城县15个县的年均增长在0-4.97%之间。而白玉县、甘孜县、若尔盖县、木里县、泸定县、理塘县、新龙县、色达县、巴塘县、得荣县、石渠县11个县, 循环利用水平呈下降态势, 其中石渠县降幅最大63.03%, 年均下降8.65%。

3.2.5 资源环境安全空间变化特征

2014年四川藏区32个县 (市) 中, 茂县环境安全水平高, 其资源环境安全指数为0.222, 石渠县安全压力最大, 其值为0.015。自南向北, 四川藏区资源环境安全现状空间格局可划分为3个层次 (图6a) , 岷江-大渡河上游和雅砻江-金沙江中上游的16个县 (市) 由于地处高山峡谷地带, 谷坡在30°-50°之间, 适宜林木生长, 特别是阴坡森林茂密, 因此其环境安全压力相对较小, 其指数在0.165-0.222之间。松潘县、新龙县、巴塘县、小金县、九龙县、炉霍县、白玉县、壤塘县、理塘县、阿坝县处于中等水平, 其值在0.101-0.164;阿坝藏区和甘孜藏区丘状高原地区的德格县、若尔盖县、甘孜县、色达县、红原县、石渠县的资源环境安全压力最大, 其压力指数在0.015-0.100。其空间格局特征与四川藏区的地形地貌和气候条件大抵一致。

四川藏区虽然资源环境安全呈现增长态势 (图6b) , 但是各县资源环境安全压力空间差异明显, 2000-2014年, 资源环境安全提升大于5%的是红原县、康定市、阿坝县资源环境安全增幅较快, 其中红原县增幅达到185.78%, 年均增长10.02%。汶川县、小金县、金川县、马尔康县、丹巴县、木里县等23个县增幅在0-5%之间。阿坝藏区的若尔盖县、九寨沟县和甘孜藏区的石渠县、德格县、色达县、炉霍县处于负增长。由于植被覆盖和有效灌溉能力的大幅度下降, 使得其中石渠县降幅达到60.86%, 年均下降8.17%, 其对资源环境的影响加大。

4 结论

2000年以来, 四川藏区生态农业综合发展指数稳步提升, 2014年达到0.449, 整体上还处于起步阶段, 远远滞后于全省平均水平。由于农业自然资源的空间异质性和区域农业发展的不平衡, 2014年仅有28.13%的县进入初步实现阶段, 68.75%的县 (市) 步入起步阶段, 石渠县还处于准备阶段。从分类指标的时序变化来看, 资源环境安全水平和经济社会发展持续提升, 成为四川藏区生态农业综合指数增长的主要驱动力, 对比分析经济社会和资源减量投入分类指标, 四川藏区生态农业的发展依然依赖于资源要素的追加投入, 资源减量投入和资源循环利用2个分类指标作为评价生态农业发展的核心因素, 增长相对较慢。从分类指标的空间变化来看, “三江一河” (岷江、金沙江、雅砻江、大渡河) 的高山峡谷区由于农业自然资源禀赋较好, 交通区位相对较好, 经济社会发展较快, 资源要素投入强度较大。阿坝藏区北部、甘孜藏区的中部和西北部地区经济社会整体水平发展较低。

5 对策建议

数字农业时空信息 篇5

都市农业通过生产、经济、社会、生态、空间等多元功能服务都市发展, 其中生态服务功能主要表现为生态屏障功能和景观功能[2], 即都市农业具有较高的防护与保育作用以及净化能力, 如防沙降尘、保持水土、固碳释氧、保护生物多样性、净化污染、减轻城市热岛效应等, 并且不同于城市的乡村景观成为城市居民的生态休闲娱乐场所。都市农业生态服务功能对缓解因快速城市化发展而引发的一系列生态环境问题具有重要作用, 都市农业成为改善城市生态环境、减少城市生态足迹以及实现区域城乡生态环境一体化发展的重要手段[9,10];学者也已经展开了对都市农业生态服务功能价值定量评估方面的大量研究, 并获得重大进展[11,12]。然而, 城镇化快速发展削弱都市农业生态服务功能的问题不断加剧, 都市农业生态安全问题面临挑战[13,14]。中国城镇化水平接近于52%, 正处于城市病的爆发时期, 特别是近期中国城市雾霾、水质恶化等生态环境问题持续凸显, 严重影响了人们正常生活与身体健康, 如何充分发挥都市农业生态服务功能, 以保障中国城市生态环境可持续发展已成为具有重大现实意义的问题。

现有文献从实践和理论上论证了都市农业生态服务功能对都市发展的重要性, 并对其价值展开定量化研究, 但并未深入到都市农业生态服务功能空间分布格局的变化研究。都市农业生态服务功能在空间上具有异质性和动态性特征, 其空间分布格局是都市与农业在空间上互动耦合的结果, 并制约和影响都市农业生态的过程和服务水平, 关系到城乡区域可持续发展的实现。因此, 都市农业生态服务功能空间格局演化研究具有创新性和现实性意义, 无疑有助于合理规划城市用地与农业用地空间, 协调都市农业生态服务功能与都市社会经济功能的发展, 促进城乡区域生态环境发展的可持续性。

1 研究区概况

西安都市圈位于关中平原中部, 是深受西安和咸阳两大城市深刻影响的都市区及其乡镇地域, 行政上包括西安市域全部、咸阳市两区六县 (秦都、渭城、兴平、武功、乾县、礼泉、泾阳、三原) 和杨凌区 (图1) , 共22 个区县, 土地总面积约为14995 km2、2011年总人口约1215.28 万人;本区在构造关中城市群, 振兴陕西经济及其引领我国西部经济与区域发展方面具有重大意义。

根据2006-2012 年 《陕西省统计年鉴》 以及2005 年、2011 年《陕西省土地利用现状数据集》统计可知, 2005-2011 年西安都市圈城市化水平以每年0.73%的速度增长, 2011 年达到44.44%, 在空间分布上呈现由都市圈中心向外围逐渐递减的趋势, 此城市化现象深刻影响西安都市圈都市农业发展, 直接表现为都市农业用地空间分布与结构的变化。从都市圈边缘区向核心区变化过程中, 农业用地破碎程度加剧、结构趋向多样化;2005-2011 年城市建设用地平均以每年22.14%的速度增长, 达到2.355 万hm2, 耕地面积由2005 年的57.93 万hm2减少到2011 年的52.91 万hm2, 林地、园地、草地面积分别增加5.01 万hm2、4.24 万hm2、5.88 万hm2, 水域面积基本不变;农业用地总面积由2005 年的117.19 万hm2增加到2011 年的122.06 万hm2, 农用地开发程度进一步加大;其中设施农业与休闲农业面积分别达到0.29 万hm2、2.7 万hm2;可以看出, 城市快速扩张中耕地面积锐减, 但受到都市对农业需求总量增加、多样化与高级化趋向的影响, 林地、园地、草地面积增加, 都市农业用地总面积并未因城市扩张减少而具有增加趋势, 并且都市农业用地类型趋向高级化。西安都市圈都市农业用地空间分布以及结构变化呈现特有特征, 直接影响都市农业生态服务功能的总量和空间格局变化。

2 研究方法

2.1 数据来源

本文通过解译2005 年与2011 年两期LandsatTM遥感影像, 获得包含建设用地、耕地、林地、园地、草地、水域等土地利用类型现状图, 空间分辨率为30 m;研究区域的经济社会及城市化等数据来源于2006、2012 年的 《陕西统计年鉴》、《西安统计年鉴》、《咸阳市统计年鉴》以及《杨凌政府工作报告》与实地调研数据, 粮食作物价格等数据来源于2006、2012 年的《中国农村统计年鉴》。

2.2 都市农业功能的测评

2.2.1都市农业用地类型单位面积生态服务经济价值计算

谢高地等制定的中国生态系统服务价值当量因子表广泛应用于农田、城市绿地、土地覆被等方面的生态系统服务功能价值研究[15,16,17], 借鉴上述研究, 本文通过公式 (1) 与公式 (2) 分别求得2005年与2011年适合西安都市圈的都市农业生态服务价值当量, 其中, 鉴于西安都市圈发展对生态环境的更高要求以及都市农业生态服务功能的重大作用, 确定1个生态服务价值当量因子的经济价值量等于当年全国平均粮食单产市场价值。谢高地等[17]把中国陆地生态服务功能分为气体调节、气候调节、水源涵养、土壤形成与保护、废物处理、生物多样性保护、食物生产、原材料与休闲娱乐等9个方面, 为使以上各功能更符合都市农业生态服务功能内涵, 本文对上述部分生态服务功能价值测算结果进行合并, 以突出都市农业特性, 其中把水源涵养与土壤形成与保护合并为水土保持功能, 气体调节与废物处理功能合并为环境净化功能, 食物与原材料供给合并为生产供给功能。园地取林地与草地均值 (表1) 。

公式 (1) 为:

式中:Eα为西安都市圈单位面积农田生态系统提供粮食生产服务功能的经济价值 (元/hm2) ;k为西安都市圈小麦、玉米、稻谷、油菜籽等主要农作物种类, pk是查询《中国农村统计年鉴》获得并计算出的第k种农作物的全国平均价格, qk、mk分别是查询西安、咸阳及杨凌等地方统计年鉴获得的第k种农作物单产 (t/hm2) 与面积 (hm2) ;M为n种农作物的总播种面积。

公式 (2) 为:

式中:Eij为第j类都市农业用地类型第i种生态服务功能的单价 (元/hm2) ;eij为第j类都市农业用地类型第i种生态服务功能相对于农田生态系统提供生态服务单元的当量因子;i为生态服务功能类型;j为都市农业用地类型。

2.2.2都市农业生态服务功能值栅格化实现方法

根据遥感解译得到的每个栅格都市农业用地类型面积和西安都市圈都市农业生态系统单位面积生态服务价值量, 分别利用公式 (3) 与公式 (4) , 运用Arc GIS栅格分析方法, 测算西安都市圈每个栅格都市农业生态服务功能值以及动态变化状况, 实现都市农业生态服务功能的栅格化空间分布。

式中:Vn为第n个栅格都市农业生态服务功能值, Anj为第n个栅格第j类都市农业用地面积。

式中:kn表示第n个栅格单元的都市农业生态服务功能值变化情况, Vnb、Vna分别为研究期末及期初第n个栅格的都市农业生态服务功能值, t为研究时段长。

3 都市农业生态服务功能时空变化特征分析

3.1 都市农业生态服务功能价值总量变化特征分析

运用Arc GIS地统计分析功能, 结合表1, 计算得到2005 与2011 年西安都市圈都市农业各用地类型以及各区县的都市农业生态服务总价值。

(1) 2005 年西安都市圈都市农业生态服务价值总量为10.93×106万元, 2011 年达到16.33×106万元, 增加5.40×106万元, 总量增加明显 (表2) 。在生态服务价值总量方面, 林地始终处于最高水平, 其次是耕地, 园地一直处于中间水平, 草地与水域相对较少。从变化量看, 林地生态服务价值增加量最多, 高达4.96×106万元, 占总变化量的80.69%, 其次是草地、园地, 水域基本不变, 耕地则下降0.10×105万元。内部结构的基本格局没有显著改变, 但变化趋势明显, 林地、草地的生态服务价值总量所占比例明显提高, 分别增加5.67%、2.88%, 园地、水域基本不变, 耕地下降最为明显, 减少7.73%。林地生态服务价值变化对西安都市圈都市农业生态服务功能影响最大, 水域最小, 园地、草地影响逐渐增加。耕地对都市圈生态服务功能的重要性仅次于林地, 但城市扩张加速耕地的削减, 导致耕地生态服务功能表现出明显的衰退迹象, 逐渐成为制约西安都市圈都市农业生态功能服务城市化发展的首要因素。

(2) 分析图2 可以看出, 两个时期西安都市圈各区县的生态服务价值总量以及单位面积都市农业生态服务价值量表现出共同的分布格局, 即都市圈边缘区县高于核心区县, 较高的区县主要是位于都市圈边缘区域的周至县、蓝田县、长安区、户县、礼泉县等, 较低的区县集中分布于都市圈核心区域的西安市市区、咸阳市市区等, 整体上呈现从都市圈边缘区县至核心区县逐渐递减的趋势。主要原因是边缘区县都市农业用地类型以林地、园地集中分布为主, 林地、园地的单位面积生态服务价值较高, 其次, 城市化水平均低于20%, 区县都市农业面临的城市扩张压力较小, 都市农业景观斑块面积大, 破碎化程度低;而核心区县以耕地集中分布为主, 耕地单位面积生态服务价值量较低, 并且城市化水平均在50%之上, 建设用地集中分布, 耕地破碎程度加剧, 导致区县都市农业生态价值量降低。

3.2 都市农业生态服务功能值密度空间分布及变化

运用公式 (3) 计算基于30 m×30 m栅格的都市农业生态服务功能值, 利用自然断裂点法聚类, 并绘制都市农业生态服务功能值密度空间分布图, 如图3。 2005 年功能值密度高值区占都市圈面积的36.22%, 集中分布于都市圈南部秦岭山区、礼泉县北部及临潼与蓝田交界处;功能值密度中值区占9.17%, 礼泉县南部较集中, 并零散分布于周至县、户县、长安区境内;功能值密度低值区占36.58%, 广泛分布于都市圈平原区域。2011 年功能值密度高值区、中值区、低值区占都市圈面积的比例分别为35.97% 、6.03% 、26.22% , 分别下降0.61% 、3.14% 、10.36%, 高值区基本不变, 中值区轻度下降, 低值区下降最为剧烈。同2005 年相比, 高值区空间分布总体特征不变;中值区在户县、长安区境内消失, 周至县内向平原区西部和中东部转移, 分布更为集中, 礼泉县境内向北部扩展;低值区在平原区的分布大量缩减, 趋向于零散化、破碎化状态。

西安都市圈都市农业生态服务功能值密度空间分布格局总体上呈现都市圈边缘区域较高, 内部区域较低, 从边缘区至核心区表现出减少的空间分异特征;面积分布上以高值区、低值区为主, 中值区最少;在空间分布形态上表现出高值区分布较集中, 中值区分布较零散, 低值区分布范围广并呈现破碎化趋势, 2005 年至2011 年的空间基本格局没有改变。由于南部秦岭山区以及礼泉县北部的林地集中连续分布、人类活动影响小以及单位林地面积生态服务价值高, 以致生态服务功能值密度高并且分布集中, 空间分布区域基本不变, 构成西安都市圈生态屏障。礼泉县南部、周至县北部部分区域以园地、草地为主, 生态服务功能值较高, 但空间分布面积少, 易于变动;都市圈平原区的中远郊农耕区以耕地为主, 并且道路、居住等非农业用地对耕地分割作用强烈, 导致生态服务功能值密度较低, 空间分布区域变动幅度大, 支离破碎状态越来越严重。

3.3 都市农业生态服务功能动态变化的空间分异特征

运用公式 (4) , 计算栅格单元都市农业生态服务功能的动态变化程度, 根据结果并结合西安都市圈实际, 运用分位数法进行聚类分析, 当-0.1%≤kn≤-0.03%时, 为生态服务功能减少区域;-0.03%<kn≤0.001%时, 为基本不变区域;0.001%<kn≤0.1%时, 为轻微增加区域;0.1%<kn≤0.4%时;为中度增加区域;0.4%<kn≤1.5%时, 为显著增加区域。结合Arc GIS, 统计各类型区域包含的斑块数量并绘制都市农业生态服务功能动态变化空间分布图 (表3、图4) 。

结合表3 及图4 可知, (1) 都市农业生态服务功能呈衰退区域比重为24.09%, 大致呈两个环状条带分布, 由乾县-礼泉中部-泾阳北部-三原北部-阎良中部-临潼东部-秦岭北麓平原区-杨凌构成的外部环形衰退带, 以及秦都-渭城-高陵西南部-临潼东部-灞桥-长安北部-雁塔-未央构成的内部环形衰退带。 (2) 基本不变区域所占比重为2.85%。零星分布于长安区、户县及兴平市交界处, 户县中东部、礼泉县东南部与周至县北部亦有少量分布。 (3) 轻微增加区域约占三分之二, 所占比重最高, 集中连续地分布在都市圈北部秦岭山区, 其次集中分布于由武功-礼泉南部-泾阳南部-三原南部-高陵北部-临潼北部构成的条形带上, 其他区县内以斑状或点状零散分布。 (4) 中度增加区域占5.20%, 除周至县中部分布面积较大以外, 多以点状形式零散分布。 (5) 显著增加区域占4.24%, 亦零星分布于礼泉、泾阳、三原、临潼境内。

4 都市农业生态服务功能时空格局变化的影响因素分析

本文采用能够全面分析系统多因素相互作用的灰色关联分析方法[18,19], 定量分析都市农业生态服务功能时空变化的驱动因素。其空间分布格局变化受到自然、社会、经济等诸多因素的影响, 自然因素是基础, 并且在较短时间内难以产生较大影响, 研究期内都市农业功能时空格局演变的驱动力主要来自人类活动。为研究人类活动中的社会、经济、技术等因素的影响, 本文以各区县都市农业生态功能减少量 (y1) 、基本不变量 (y2) 、轻微增加量 (y3) 、中度增加量 (y4) 、显著增加量 (y5) 为母序列, 各区县2005 年至2011 年城市化水平 (x1) 、人口总量 (x2) 、GDP (x3) 、人均社会消费品零售总额 (x4) 、第一产业产值 (x5) 、第二产业产值 (x6) 、第三产业产值 (x7) 、农民人均纯收入 (x8) 、农业机械化水平 (x9) 变化量为子序列, 计算都市农业生态功能变化与上述因素的关联度 (表4) 。

从表4 可知, 人均社会消费品零售总额 (x4) 、农民人均纯收入 (x8) 、城市化水平 (x1) 、第二产业产值 (x6) 与都市农业生态功能动态变化的关联度较高, 分别为0.626、0.620、0.617、0.612, 说明城市消费、农民收入、城市化发展与工业建设在都市农业生态功能时空格局演化中具有主导作用, 但都市农业生态功能不同变化类型的驱动因素差异很大, 具体表现如下。

(1) x1、x2、x3、x6与y1的关联度为0.753、0.741、0.690、0.769, 表明城市化发展、人口增加、GDP与第二产业产值提高等因素是都市农业生态功能减少的主要驱动因素。人口增加、城镇扩张、工业建设为寻求足够发展空间占用大量农用地, 导致部分土地丧失提供生态服务的能力。2005-2011 年都市圈城市化水平增加6.21%, 达到44.44%, 人口总量增加将近90 万人, GDP增加近3 千亿元, 但建设用地占用农业用地面积约4.5 万hm2, 直接损失都市农业生态服务功能价值量约0.452×106万元, 其中位于都市圈边缘区的乾县、礼泉、周至、临潼、长安、蓝田主要是农村居民点增加、城镇建设占用农用地及林地转耕地为主, 而都市圈内部的兴平市、灞桥区、秦都区、渭城区、未央区以城市扩张、工业建设占用农用地最为突出。

(2) x5、x7与y2的综合关联度分别为0.804、0.727, 即第一产业产值、第三产业产值发展对稳定都市农业生态功能具有重要作用。位于都市圈的农业区域因占据优越地理区位更易于受到城市科学技术、教育培训、人才资金、消费需求的辐射带动, 因此都市圈农业易于向都市型现代农业转型并且发展迅速, 农用地经济效益较传统农业显著提高, 在一定程度上阻止了农业用地向非农业用地的转换。即第三产业发展提高农业经济效益, 表现为第一产业产值提高, 增强农业用地的可持续性, 都市农业生态服务功能得以保持。西安都市圈2005-2011 年第三产业产值增加1103.9 亿元, 设施农业面积与旅游观光农业面积分别增加约0.29 万hm2、2.2 万hm2, 如位于长安区、兴平市与户县交界处分布有大面积蔬菜生产基地、生态农业观光园等都市型现代农业, 农业土地综合生产率达10 万元/ hm2, 保持了农用地提供生态服务功能的可持续性。

(3) x4、x8、x9与y3、y4、y5的综合关联度一直处于最高水平, 即人均社会消费品零售总额、农民人均纯收入、农业现代化水平是都市农业生态功能改善的最主要因素。近年来西安都市圈城市居民的都市农业消费需求层次趋向于多样化和高级化, 促使农业用地结构不断调整, 传统大田作物用地大量转向苗木花卉、园林水果、生态休闲、牧业渔业以及生态防护林用地, 由于园地、林地、水域单位面积生态服务价值较高, 农用地生态服务价值总量显著提升, 周至、户县、临潼及礼泉县表现最为突出。农民为追求农业用地收益最大化积极转向上述农业用地类型, 表现为农民人均纯收入与都市农业生态功能关联度较大的特点。农业技术革新提高农用地生产率, 保证了农产品的高产、优质, 有利于改善农用地耕作环境和土壤保肥能力, 避免农用地超负荷耕作, 减轻农用地退化及其由此引发的滑坡、塌方等自然灾害。

(4) x1与y4的综合关联度较高, 体现了城市化发展具有改善都市农业功能的作用, 主要原因是城市园林绿化面积增加以及大量人口向城市聚集, 在一定程度上减轻了乡村地区对农业用地的扩张压力, 进一步说明了城市化因素对都市农业生态功能作用的复杂性。

可以看出, 自然分异是西安都市圈都市农业生态服务功能空间分异格局形成及其演变的基础, 社会经济分异是重新调整因子, 区域人口增长、城市化与经济发展、产业结构调整、技术革新等因素通过影响都市农业用地类型, 使都市农业生态服务功能价值产生地域分异并不断演化。

5 结论

(1) 都市农业生态功能服务都市发展的作用越来越突出, 不同都市农业用地类型及不同区县的生态服务功能水平差异显著。2005-2011 年, 西安都市圈都市农业生态服务功能价值总量增加5.4×106万元, 林地生态服务功能始终居于突出地位, 园地、草地影响逐渐增加, 而耕地锐减制约了都市农业生态服务功能水平的发展;都市圈边缘区县都市农业生态服务功能价值总量普遍高于核心区县的空间特征基本不变。

(2) 都市农业生态服务功能值密度空间分异性显著, 不同功能值密度类型区的空间演化特征差异明显。研究期间, 西安都市圈生态服务功能值密度呈现从边缘区向核心区逐渐递减的空间分布格局, 功能值密度高值区分布面积与空间较稳定, 中值区趋于下降与零散化, 低值区分布范围广但表现出分布面积大幅度收缩、空间破碎化越来越严重的趋势。

(3) 都市农业生态服务功能动态变化存在明显的空间差异性。2005-2011 年, 西安都市圈生态服务功能轻微增加区域集中于秦岭山区及北部条行带上, 衰退区域形成外部和内部两大环形衰退带, 基本不变、中度增加及显著增加区域多以斑块状、点状形式零散分布。