文献阅读综合遥感统计和历史灌溉数据
原文题目
TrackingspatiotmporaldynamicsofirrigatdcroplandsinChinafromtothroughthsynrgyofrmotsnsing,statistics,andhistoricalirrigationdatasts
第一作者
ZhaoChao
期刊名称
AgriculturalWatrManagmnt
发表时间
年1月
一作单位
KyLaboratoryofLandSurfacPattrnandSimulation,InstitutofGographicScincsandNaturalRsourcsRsarch,ChinsAcadmyofScincs,China
引用格式
ZHANGC,DONGJ,ZUOL,tal.TrackingspatiotmporaldynamicsofirrigatdcroplandsinChinafromtothroughthsynrgyofrmotsnsing,statistics,andhistoricalirrigationdatasts[J].AgriculturalWatrManagmnt,,:.
本文字数：字
阅读时间：6min
01研究背景灌溉对增加粮食产量和确保粮食安全发挥着重要作用，但是农业生产消耗了全球70%的淡水资源，并引发一系列环境问题。时空信息明确的灌溉地图是促进水资源管理和评估灌溉设施投资的关键，中国农业生产高度依赖集约灌溉，但缺乏高精度、准确的灌溉地图。已有研究利用遥感数据生成了许多不同尺度和范围的灌溉地图，但均存在一些局限，鲜有研究采用综合的方法绘制国家层面的灌溉地图。因此，文章以中国为例，主要的研究目标：1）综合采用遥感、统计、历史灌溉数据等，构建一个新的两阶段框架绘制-年中国年度灌溉地图；2）在国家、省和流域尺度分析灌溉耕地的时空格局变化；3）讨论灌溉面积与农业用水、用水效率的关系，并识别驱动灌溉面积变化的主要因素。
02数据与研究方法文章使用的数据包括m的MODIS数据（MOD09A1V6），使用绿度指数（GI）表征水资源压力和灌溉状态。灌溉面积的统计数据来自省、市、县的统计年鉴，个别年份缺失的数据采用线性插值补充，使用省或市统计数据填补县级单元缺失的数据，并校正了行政区变化对统计结果的影响。选取了GMIA-m、GRIPC、GFASD、IAAA和Xiang等现有的灌溉地图产品作为输入数据集，还选取了NLCD、CCI-LC和GLC-FCS等土地覆被数据作为灌溉耕地的的基准。所有数据重采样到m，并统一坐标系。
（输入的数据产品）
首先根据各个县的灌溉面积大小，分县提取GI指数下的初始灌溉地图。然后，根据数据精度和专家知识对收集到的土地覆被数据、灌溉地图产品的权重进行排序，并计算像元上不同灌溉地图产品之间的一致性，根据一致性和权重计算灌溉用地的得分。接着，每个县根据得分值由高到低迭代选取阈值提取灌溉耕地，直到提取的灌溉耕地接近统计结果。文章采用两种方法验证数据产品的精度，一是选取4个区域的地面样点，进行验证。二是与其他的灌溉地图数据产品进行比较。
（绘制灌溉地图流程）
03结果分析数据产品在四个验证区域的总体精度0.87，Kappa系数0.80，F1-分值接近0.9。与其他现有的数据产品相比，总体用户精度0.90。
-年中国灌溉耕地面积净增加了25%，中国北方增加的面积和速度快于中国南方，新增面积分别为万公顷、44万公顷。随着时间推移，稳定不变的灌溉耕地占比逐渐下降。空间上，研究时段内松辽流域新增灌溉面积最多，高达%。内陆流域、淮河流域和黄河流域灌溉耕地面积保持稳定，超过60%以上未发生变化。珠江流域、东南流域和西南流域损失的灌溉用地占比超过60%以上。从近五年的数据看，长江流域占全国灌溉耕地面积比重最高(26%)，其次是淮河流域(19%)、松嫩流域(17%)。分省来看，黑龙江、新疆和安徽是近五年新增灌溉耕地面积最多的省份也是平均灌溉耕地面积最多的。
（灌溉耕地面积年度变化；a为全国，b为中国南方和北方）
（不同流域灌溉耕地空间变化，SLRB松嫩流域、HARB海河流域、CNB内陆流域、YERB黄河流域、HURB淮河流域、SWB西南流域、YARB长江流域、PRB珠江流域、SER东南流域）
（近五年省级和流域层面灌溉耕地面积时间变化；a为各省灌溉耕地平均面积及标准差，b为各省灌溉面积变化斜率曲线，c为各流域灌溉耕地平均面积及标准差，d为各流域灌溉耕地面积变化斜率）
文章比较了三江平原、河套平原、华北平原和江汉平原的灌溉频率，发现河套平原和华北平原超过60%的耕地在年以前得到灌溉，江汉平原有超过50%的耕地在年以后得到灌溉，三江平原在年之前只有21%的耕地得到灌溉。
（4个区域过去20年的灌溉频率；a为三江平原，b为河套平原，c为华北平原，d为江汉平原；左下方是逐年和灌溉开始年份、灌溉终止年份的灌溉频率分布）
04结论与讨论研究对比了灌溉耕地面积变化与其他自然和社会经济因素之间的关系，发现降水量与灌溉耕地面积的相关性较小，而人口数量、水库数量、水库容量、灌溉县域数量、水利设施投资与之高度相关（R20.9）。此外，耕地面积增长也与灌溉面积变化存在较高的相关性（R20.6）。
（9个流域降水与灌溉耕地面积变化，黑色曲线为灌溉耕地面积，绿色虚线为降水量）
（驱动灌溉耕地面积增长的影响因素，RsrCnt为水库数量，RsrVol为水库容量，IrrDstCnt为灌溉的县域数量，Capital为水利设施建设投资，Pop为人口数量）
（四个传统农业主产区耕地扩张与灌溉耕地的关系；a为佳木斯，b为齐齐哈尔，c为张掖，d为克拉玛依）
文章对比了灌溉耕地面积变化与用水效率和耗水量的关系，发现大部分流域的灌溉耕地面积与耗水量存在正相关关系。松辽流域相关度最高，其次为长江流域、淮河流域，相关度较低的是海河流域，区域之间的差异主要是灌溉基础设施投资和节水灌溉技术水平。
（各流域灌溉用水和农业用水的年际变化；R2为各流域灌溉用水和农业用水的决定系数，P值为显著性）
文章使用遥感、统计和历史灌溉数据绘制近20年中国首个全国灌溉地图，具有较高的精度，填补了以往研究的空白。相对那些仅基于遥感生产的灌溉地图产品，该研究结果与统计资料保持较好的一致性。文章对灌溉耕地时空动态变化及水资源消耗展开分析，为水资源不平衡的热点区域提供了启示，绘制的灌溉地图为国家决策和政策制定提供宝贵的数据来源。
05不足与展望其一，统计数据存在不足和遗漏，特别是县域的统计资料缺少严重，国家统计局的农业统计数据以配备灌溉设施的农区为主，可能忽略了很多小农户的边缘灌溉耕地。其二，GI指数绘制初步的灌溉耕地可能存在一些误差。其三，对多源数据的权衡排序仅是基于整体情况，未考虑局部的差异，对最终的结果也会产生误差。其四，由于全国的地面真实验证数据很难获取，仅考虑四个不同气候和生态的区域进行验证也可能带来潜在偏差。
「HIGHLIGHT」
中国年度灌溉地图（IrriMap_Syn）是通过综合方法形成的
-年中国灌溉耕地增加24.8%，主要位于北方地区
耕地和水利设施增加是两个主要的驱动因素
灌溉面积扩大可以解释更多的用水，但无法解释海河流域
End
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