東北地理所在農(nóng)藝景觀理論與應(yīng)用方面取得進(jìn)展
作為全球最為重要的生態(tài)系統(tǒng)類型，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)具有豐富的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)景觀，該景觀高度破碎化和異質(zhì)化，這些多維景觀特征與人類活動(dòng)密切相關(guān)，其主要?dú)w因于不同作物用地的時(shí)空分布格局。眾所周知，由作物種植管理導(dǎo)致的景觀格局時(shí)空異質(zhì)性對(duì)耕地生產(chǎn)力、糧食安全及其應(yīng)對(duì)氣候變化具有顯著的影響作用，但目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究主要集中于探討表象景觀格局與糧食生產(chǎn)和氣候適應(yīng)性的關(guān)系，忽視了景觀格局形成的內(nèi)部驅(qū)動(dòng)機(jī)理及其對(duì)耕地產(chǎn)能和對(duì)應(yīng)氣候變化的作用原理，在學(xué)科理論體系構(gòu)建和生產(chǎn)實(shí)踐應(yīng)用方面支撐不足。基于以上問(wèn)題，亟需提出相應(yīng)的理論框架并進(jìn)行實(shí)施應(yīng)用，旨在為耕地產(chǎn)能效益提升和應(yīng)對(duì)氣候變化提供科學(xué)參考，更為農(nóng)學(xué)、地理學(xué)與景觀生態(tài)學(xué)之間的學(xué)科交叉融合提供范式。
根據(jù)多年的理論探索和實(shí)地調(diào)研，東北地理所鄭海峰研究員團(tuán)隊(duì)提出了“農(nóng)藝景觀”概念，構(gòu)建了基于農(nóng)戶行為和農(nóng)藝景觀要素組合而成的農(nóng)藝景觀理論框架（圖1），并將該理論框架應(yīng)用到了東北黑土區(qū)典型小流域，揭示農(nóng)藝景觀格局的特征及其時(shí)空變化，分析其對(duì)耕地產(chǎn)能和適應(yīng)氣候變化的影響。本項(xiàng)研究首先總結(jié)了流域尺度上農(nóng)藝景觀要素的基本特征，發(fā)現(xiàn)流域農(nóng)藝景觀破碎化明顯，主要表現(xiàn)在小面積地塊以及多類型的景觀位置、多種壟向和多樣化作物的交互組合鑲嵌上，形成了年內(nèi)、年際復(fù)雜多樣化的景觀格局。進(jìn)一步分析結(jié)果表明，作物輪作模式主導(dǎo)著流域農(nóng)藝景觀的時(shí)空變化格局，輪作作物的年種植面積及其在景觀位置和壟向上的分布呈現(xiàn)周期性更替（圖 2）。
圖1. 流域尺度的農(nóng)藝景觀框架
圖2. 2017-2022年流域不同景觀位置上不同作物的格局分布和比例（S：大豆，R：水稻，M：玉米；SU：坡頂，SH：坡肩，BS：坡腰，FS：坡腳，TS：坡趾）
研究團(tuán)隊(duì)在農(nóng)藝景觀理論的基礎(chǔ)上建立了一個(gè)流域尺度上農(nóng)藝景觀對(duì)耕地產(chǎn)能及氣候適應(yīng)性的評(píng)價(jià)體系，分析了不同農(nóng)藝景觀下農(nóng)田生產(chǎn)力的分布特征及其在不同氣候年份下的差異，系統(tǒng)總結(jié)了有利于（或不利于）適應(yīng)不同氣候條件的農(nóng)藝景觀格局。研究發(fā)現(xiàn)，低景觀位置橫壟主導(dǎo)下的農(nóng)藝景觀生產(chǎn)力最低，不同作物鑲嵌下的農(nóng)藝景觀格局類型具有不同的分布規(guī)律，玉米鑲嵌的農(nóng)藝景觀生產(chǎn)力從低景觀位置到高景觀位置呈直線增長(zhǎng)規(guī)律，而大豆鑲嵌的農(nóng)藝景觀生產(chǎn)力從低景觀位置到高景觀位置呈現(xiàn)峰型分布規(guī)律。針對(duì)農(nóng)藝景觀的氣候適應(yīng)性而言，總體來(lái)講，玉米鑲嵌于坡腳豎壟下的農(nóng)藝景觀對(duì)干旱和濕潤(rùn)均具有較高的適應(yīng)性，大豆鑲嵌于坡趾豎壟下的農(nóng)藝景觀對(duì)兩種氣候條件具有較高的適應(yīng)性（圖3）。
圖3. 農(nóng)藝景觀氣候適應(yīng)性分布圖
該項(xiàng)研究基于地理參數(shù)提取-景觀參數(shù)模擬-景觀耕地產(chǎn)能驅(qū)動(dòng)-景觀氣候適應(yīng)性機(jī)理分析的系統(tǒng)化研究范式，首次提出了農(nóng)藝景觀理論框架，強(qiáng)調(diào)了優(yōu)化農(nóng)藝景觀對(duì)提高農(nóng)田生產(chǎn)力和氣候適應(yīng)能力的重要性，可為政府部門設(shè)計(jì)與優(yōu)化農(nóng)藝景觀提供理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)案例。
相關(guān)成果發(fā)表在國(guó)際期刊Agricultural Systems（中國(guó)科學(xué)院1區(qū)Top）和Applied Geography（中國(guó)科學(xué)院2區(qū)）上。黑土地保護(hù)與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（籌）博士研究生邱仁建，碩士研究生孔鳴鳳（已畢業(yè)）、雷振鋒和鄭海峰研究員（通訊作者）等人共同完成。研究工作得到中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)A類（XDA28070505）和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（42371124）的共同資助。
論文信息及鏈接如下：
Qiu Renjian,Zheng Haifeng*,2025. Assessing the adaptability of agronomic landscape to climate change at watershed scale. Agricultural Systems,224,104225. https://doi.org/10.1016/j.agsy.2024.104225
Qiu Renjian,Kong Mingfeng,Lei Zhenfeng,Shi Jinhao,Li Zhaoyi,Zheng Haifeng*,2025. Characteristics and spatial-temporal dynamics in agronomic landscape: Case study of Guangrong watershed,Northeast China. Applied Geography,174,103484. http://doi.org/10.1016/j.apgeog.2024.103484
相關(guān)研究成果：
孔鳴鳳,鄭海峰.基于遙感影像的農(nóng)田邊界提取方法研究進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào),2024,45(12):168-174+199. DOI:10.13733/j.jcam.issn.2095-5553.2024.12.025.
邱仁建，鄭海峰，孔鳴鳳. 一種基于地塊邊界和 DEM 的坡耕地地塊壟向提取方法（農(nóng)田地塊壟向提取專利），CN117197218A，2023年12月08日
鄭海峰，孔鳴鳳，黃海波，邱仁建，等. FieldLine軟件V1.0（農(nóng)田地塊邊界提取軟著），2024SR0586897，2024年4月29日
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