中科院空天院团队Geography and Sustainability：1985年至2022年各国人均耕地面积差距的扩大：对实现可持续发展目标的威胁

耕地作为粮食的载体是保障粮食安全的关键要素。全球人口增长不可避免地导致耕地扩张以满足对食物、纤维和能源日益增长的需求这给耕地的承载能力带来沉重负担并加速了土壤退化与流失对实现联合国可持续发展目标2SDG 2即到2030年消除饥饿构成了重大挑战。自2015年以来全球饥饿和粮食不安全问题因疫情、冲突、气候变化及日益加剧的不平衡而恶化。截至2022年全球仍有近三分之一的人口约24亿处于中度或严重的粮食不安全状态。因此分析1985-2022年长时间序列的耕地面积和人均耕地面积变化趋势对于评估SDG 2的进展至关重要。传统耕地变化分析多依赖统计数据。遥感技术凭借其高空间分辨率和广覆盖能力已成为监测长时间序列耕地变化的有效工具。然而目前缺乏能够精确捕捉耕地动态信息特别是能反映耕地变化空间细节的高分辨率遥感数据集。本研究利用新开发的GLC_FCS30D动态数据集旨在1监测1985-2022年全球耕地的时空动态格局2使用人均耕地面积这一关键指标分析人口与耕地面积的相关性3基于基尼指数和各国人均耕地全球份额衡量全球不平衡分布与趋势。最终为理解全球耕地动态和SDG 2背后的全球不平衡提供有价值的参考研究方法1. 数据来源GLC_FCS30D动态数据集本研究使用了1985年至2022年、空间分辨率为30米的GLC_FCS30D土地覆盖动态数据集。该数据集采用精细分类系统包含四种耕地类型雨养耕地、草本覆盖耕地、乔木或灌木覆盖耕地以及灌溉耕地。数据时间跨度为1985-2022年共24个时间节点1985-2000年每5年一期之后每年一期。精度评估表明该数据集对耕地类型具有优秀的分类性能。全球人口数据使用了联合国《2022年世界人口展望》修订版中的数据计算了1985年至2022年全球、区域和国家层面的人口数据用于估算人均耕地面积并探究耕地变化与人口增长的关系。2. 研究方法耕地变化估算基于0.05°×0.05°网格聚合像元级耕地面积数据计算了各国在1985-2022年期间的耕地净变化面积和变化幅度。人均耕地面积计算人均耕地面积是SDGs提出的反映不平衡现象的关键指标。本研究通过整合耕地动态数据集与全球人口数据在国家尺度上计算了人均耕地面积及其变化并探讨了不同大洲以及发达国家与发展中国家之间的时间趋势。不平衡性表达基尼指数采用基尼指数来分析全球人均耕地的不平衡性及总体趋势。基尼指数取值范围为0到10表示人均耕地在各国间完全平衡分布1表示所有耕地集中在一个国家。人均耕地全球份额定义建立了各国人均耕地全球份额指标即各国人均耕地面积与全球人均耕地平均值的比值用以说明各国人均耕地的不平衡性以及与全球平均水平的差异。如表1所示根据PCC值将国家分为四类人均耕地丰富国、相对丰富国、相对贫乏国和贫乏国。结 果1. 耕地的时空动态格局1985-2022年耕地变化空间格局如图1(a)和(c)所示全球耕地扩张和损失分别发生在所有农业生产区。耕地扩张显著的区域包括巴西的热带雨林大片林地转为耕地和东南非洲。耕地大规模损失主要发生在南亚的印度河-恒河平原、中国华北平原和南美洲东部等地。如图1(b)所示从纬度方向看20°N-40°N纬度带耕地面积处于净损失状态而耕地面积的净增加主要集中在30°S-10°N范围。如图1(d)和(e)所示从大洲尺度看非洲和南美洲的耕地扩张比例较高而北美和非洲的耕地损失程度较高。亚洲因快速城市化导致大量耕地被侵占。南美洲的耕地净增益最大占全球净扩张的68.94%。1985-2022年耕地时间趋势如图2所示全球耕地面积总体呈增长趋势平均变化率为2.42×10⁴ km²/年。具体而言耕地面积在1985-2000年间略有减少随后加速增加在2010-2015年间达到峰值增长率2015年后增速略有放缓。南美洲的耕地面积增加最大平均变化率为1.70×10⁴ km²/年。非洲也呈现整体增长趋势。北美、大洋洲和亚洲对全球耕地净增益的贡献相对较小。2. 人均耕地的时空动态格局2022年全球人均耕地占有情况如图3(a)和(b)所示2022年全球人均耕地面积估计为0.217公顷。大洋洲因人口稀少人均耕地面积特别高。北美和南美洲也因耕地广阔、人口密度较低而位居前列。相反亚洲和非洲作为世界上人口密度最高的地区人均耕地面积较低。在国家层面尽管中国和印度拥有世界第一和第三大的耕地面积但由于人口众多人均耕地面积较低。澳大利亚和哈萨克斯坦则因人口少、耕地多而人均耕地面积最高。发达国家与发展中国家之间也存在差异欧洲发达国家人均耕地面积相对适中而非洲发展中国家普遍处于较低水平。1985-2022年人均耕地变化如图4(a)和(b)所示全球人均耕地面积从1985年的0.347公顷下降至2022年的0.217公顷降幅达37.5%。从大洲尺度看所有大洲的人均耕地面积在1985-2022年间均呈下降趋势。其中大洋洲的人均耕地面积下降最大减少1.372公顷其次是北美减少0.252公顷欧洲下降最小减少0.014公顷。在国家层面澳大利亚的人均耕地面积下降最为显著减少1.797公顷。中国、巴西、大西洋沿岸国家以及加拿大、美国的人均耕地面积均有下降。欧洲发达国家因人口规模稳定或下降人均耕地面积未见显著变化。3. 全球人均耕地不平衡趋势基尼指数变化全球人均耕地的不平衡性在1985-2022年间持续加剧。基尼指数从1985年的0.895上升至2022年的0.909表明人均耕地资源在国家间的分配越来越不平等。人均耕地全球份额变化根据PCC分类表11985年至2022年间属于“人均耕地丰富国”和“相对丰富国”类别的国家数量减少而“相对贫乏国”和“贫乏国”的数量增加。这进一步证实了全球人均耕地资源分配不均的加剧。发展中国家的情况尤为严峻其耕地总面积增加了7.09%但由于人口增长更快人均耕地面积大幅下降了37.38%。讨 论本研究利用高分辨率遥感数据揭示了全球耕地扩张与人均耕地下降并存且国家间不平衡加剧的趋势。这种不平衡对实现SDG 2零饥饿构成了直接威胁因为人均耕地资源的减少和分配不均可能加剧粮食不安全特别是在人口稠密、耕地资源有限的发展中国家。研究强调尽管全球耕地总面积在增加但人口更快的增长速度导致人均耕地面积下降这在发展中国家尤为明显。全球化背景下耕地的扩张和人均耕地的占有呈现出空间不平衡南美洲和非洲的耕地净增加与亚洲等地的耕地损失形成对比。从时间视角看全球不平衡性基尼指数上升稳步增加。本研究也存在一些局限性例如GLC_FCS30D数据集虽然精度高但仍可能存在分类误差人口数据基于国家统计可能无法完全反映次国家尺度的情况。未来研究可结合更高时空分辨率的数据并深入探讨导致这种不平衡的社会经济驱动因素。结 论本研究利用GLC_FCS30D数据集分析了1985-2022年全球耕地的时空动态及其与人口的关系主要结论如下全球耕地面积增加但人均耕地面积下降1985-2022年间全球耕地面积净增94.4万平方公里增长5.33%但同期人口增长近65%导致全球人均耕地面积从0.347公顷下降至0.217公顷降幅达37.5%。耕地变化存在显著的空间不平衡耕地扩张主要发生在南美洲和非洲而损失则集中在亚洲如印度河-恒河平原、华北平原和北美等地。人均耕地占有存在国家间和洲际差异大洋洲、北美和南美洲人均耕地较高而亚洲和非洲较低。人口大国如中国、印度人均耕地远低于世界平均水平。全球人均耕地不平衡持续加剧基尼指数从1985年的0.895上升至2022年的0.909表明人均耕地资源在国家间的分配越来越不平等。发展中国家在总耕地面积增加的同时人均耕地面积却大幅下降-37.38%面临更严峻的挑战。对SDG 2的威胁日益加剧的全球人均耕地不平衡特别是发展中国家人均耕地的显著减少威胁到消除饥饿和实现粮食安全SDG 2目标的达成。研究呼吁国际社会关注耕地资源的公平分配和可持续利用以应对全球粮食安全挑战。原文来自https://doi.org/10.1016/j.geosus.2024.09.005