摘要
耕地生产力稳定提升是保障粮食安全和农业可持续发展的重要手段。近年来，东北地区耕地土壤“变薄、变瘦、变硬”问题日益突出。为进一步巩固东北作为我国粮食生产“压舱石”的地位，深入了解东北地区耕地生产力状况和时空分布差异及其影响因素显得尤为重要。粮食产量调查能反映耕地生产力水平，但在较大的时空尺度进行研究时存在诸多劣势。遥感手段能方便快捷地对长时间大范围的耕地生产力进行实时监控。本文基于2000-2021年东北地区耕地归一化植被指数（normalizeddifferencevegetationindex，NDVI）时间序列数据和2000-2020年粮食单位面积产量调查统计数据，用NDVI表征耕地生产力，采用Sen+MK趋势分析法和Hurst指数法研究耕地生产力的时空变异规律，并采用地理探测器模型、随机森林模型探究了气候、地形、土壤要素共14个驱动力因子的相对重要性。主要研究结果如下： （1）2000-2021年东北地区耕地面积变化表现为减少—增加—减少趋势，与2000年相比，2021年耕地面积减少了6.556×103km2，主要向林地、草地、不透水面发生了转移。耕地生产力空间变化表现为：粮食单产呈现中部和南部高、北部低的空间分布特征。近21年来，黑龙江省、吉林省、辽宁省粮食作物单位面积产量均呈上升趋势。此外，相关性分析结果表明，东北地区70%以上的耕地NDVI与粮食单产呈显著正相关关系（r＞0.4，p＜0.05）。 （2）2000-2021年东北地区耕地年际NDVI呈现上升趋势，增长幅度为0.039/10a。各季节耕地NDVI年际间变化从大到小排序为：夏季＞生长季＞秋季＞春季，增长幅度分别为0.051/10a、0.034/10a、0.03/10a、0.01/10a。年内耕地NDVI最大值出现在7月，且4-7月和7-10月变化幅度最大。2000-2021年东北地区NDVI呈中部低，北部、东北部和东南部高的空间分布特征，其中耕地年际NDVI的低值区位于东北地区的中部和西南部。夏季东北地区耕地NDVI空间差异最小，吉林西部平原的西部和松嫩平原北部耕地NDVI低于其他耕作区。趋势分析结果表明，近22年来，东北地区92.98%的区域耕地年际生产力状况得到改善，但从各个季节来看，春季三江平原作物生长出现退化现象，夏季和生长季均表现为吉林西部平原的东部和辽宁中部平原耕地作物生长退化较为明显。东北地区84.66%的耕地生产力Hurst指数大于0.5，变化趋势具有持续性。10.54%的农业区耕地生产力未来变化趋势不确定，需要进一步关注这部分区域。 （3）东北地区2000-2021年平均气温呈波动上升趋势，上升幅度为0.273℃/10a，空间上呈现自南向北逐渐递减的趋势。年均降水同样呈现波动上升趋势，上升幅度为33.542mm/10a，空间上呈现自东向西递减趋势。东北地区耕作区的主要位于中部和东部平原地带。土壤质地以壤土、粉壤土、粉粘土和粘土为主；按照全国第二次土壤普查养分分级标准，大部分区域土壤CEC、有机碳、全氮、全磷、全钾含量水平属于三级水平以上。地理探测器模型结果表明，不同影响因素对耕地生产力驱动程度从大到小排序为：全氮＞容重＞pH＞有机碳＞年降水量＞CEC＞全磷＞年均温＞质地＞土壤类型＞高程＞全钾＞坡度＞坡向；随机森林模型计算结果为：全氮＞年降水＞容重＞pH＞有机碳＞CEC＞坡向＞全磷＞高程＞全钾＞土壤类型＞质地＞年均温＞坡度，模型的方差解释率为70.24%。对比得出，全氮、容重、pH、有机碳、CEC、年降水是影响耕地生产力的主控因素，与耕地生产力的相关系数分别为：0.657、-0.619、-0.515、0.642、0.541、0.493（p＜0.01）。交互作用探测结果表明，各驱动力因子间协同作用表现为双因子增强和非线性增强关系。 综上所述，2000-2021年东北地区粮食单产大多区域呈现上升趋势，但存在较大的时空差异，主要受土壤全氮、容重、pH、有机碳和年降水调控。本研究深入分析了东北耕地生产力时空分布特征及其驱动因素，对保障我国粮食安全和农业可持续发展具有重要指导意义。
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