基于GIS的华北平原小麦玉米精准种植区划研究

摘要

精准识别农业生产环境信息和农业生产特征，对气象、土壤和作物等多源数据进行综合分类，是提高农业资源利用效率和优化农业种植结构的基础。但近些年全球环境变化影响区域内环境稳定，直接影响农业生产，从而引发包括粮食安全在内的诸多生态环境、社会经济问题。因此为提升农业生产对环境变异的应对能力，本文针对现有种植结构，从时间和空间两个角度精准分析小麦玉米种植区划。华北平原作为中国粮食主产区，对此区域展开研究对于指导农业生产、优化产业布局具有非常积极的现实意义。 本文的最终目的是完成华北平原小麦、玉米时空型种植区划，主要的研究工作包括： 1、通过查阅相关文献，对气象指标进行选取，最终确定小麦生育期内的主要气候影响因子为降雨量、大于0℃的活动积温、小于0℃的活动积温（负积温）、太阳辐射量、最冷月的平均温；玉米生育期内的主要气候影响因子为降雨量、大于10℃的活动积温、日照时数、太阳辐射量。 2、基于华北平原近二十年69个气象站点数据，构建了华北平原多年环境特征数据库，利用空间分析方法，得到环境特征要素多年空间分布图，七项气象指标均存在显著的时空变化。 3、结合495个县的玉米和小麦单位面积产量数据，通过利用熵权法计算各指标权重，利用ISOData聚类算法对各指标进行空间一体化聚类，实现对作物的精细划分。将华北平原夏玉米和冬小麦种植区各分为五大类：极不适应区、不适宜区、较适宜区、适宜区和极适宜区。 4、通过环境类别归属度分析方法，将每一大类分为5小类，并统计分析了概率大于75%的玉米和小麦的相对稳定区域分别约占总面积的63%和90%，小于75%的波动区域分别约占37%和10%；玉米种植区中的极不适宜区、不适宜区和较适宜区，三类时空分布比较稳定，隶属度为100%的区域分别占各类面积的87.67、70.41%和84.28%，波动区主要发生在适宜区和极适宜区，以及极适宜区和较适宜区之间；小麦种植区中的极不适宜区、较适宜区和适宜区，三类近20年的分布也较为稳定，隶属度为100%的区域分别占各类面积的87.14%、73.74%和74.79%，波动区主要发生在较适宜区和极适宜区，以及极适宜区和适宜区之间。 本研究从空间和时间两个角度，解析了华北平原小麦玉米生产环境信息，基于此构建的华北平原小麦玉米精细区划，对提高当地资源利用效率和优化产业布局具有重要的指导意义。

目录

声明

1绪论

1.1选题目的及意义

1.2国内外研究现状

1.3研究目标

1.4研究内容

1.5技术路线

1.6本文的组织结构

2数据准备与预处理

2.1研究区概况

2.2数据准备

2.3数据清洗

2.4多年环境特征值的计算

2.5本章小结

3种植区划方法

3.1区划指标的选择

3.2多源数据的网格化

3.2.1空间插值样本点的选取

3.2.2空间插值方法的选用

3.2.3多源数据的栅格处理

3.3多源栅格数据空间聚类算法

3.3.1 ISOData聚类算法

3.3.2熵权法计算指标权重

3.3.3决定系数R2与半偏决定系数R’2的确定

3.4本章小结

4华北平原自然资源空间分布

4.1华北平原多年环境数据特征

4.2华北平原多年环境数据空间分布

4.2.1华北平原玉米生育期内自然资源空间分布

4.2.2华北平原小麦生育期内自然资源空间分布

4.3本章小结

5华北平原玉米种植区划

5.1聚类数目的确定

5.2华北平原玉米空间型种植区划

5.3华北平原玉米时空型区划

5.4玉米种植区划结果分析

5.5本章小结

6华北平原小麦种植区划

6.1聚类数目的确定

6.2华北平原小麦空间型区划

6.3华北平原小麦时空型区划

6.4小麦种植区划结果分析

6.5本章小结

7总结与展望

7.1总结

7.1.1本文主要研究成果与分析

7.1.2本文创新点

7.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文情况