《Farming System》：Remote sensing enhanced multiple cropping systems zoning: A case study in China
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本研究针对传统多熟制分区方法难以整合气候潜力与实际种植状况的局限，开发了基于遥感数据与核密度估计的概率分区框架。通过分析2001-2018年MODIS时间序列影像，将中国多熟制系统划分为双季耕作系统(DCS)、季节休耕系统(SFS)、单季耕作系统(SCS)和年度休耕系统(AFS)四类，并量化其空间聚集格局。研究结果表明，多熟制系统呈现明显的空间分异特征，人类活动对系统迁移的影响日益显著。该分区方案为优化农业空间布局、提升资源利用效率提供了科学依据，对推动农业系统可持续发展具有重要意义。
随着全球气候变化对粮食生产系统的威胁日益加剧，多熟制作为提升农业韧性的关键措施受到广泛关注。然而，传统多熟制分区多基于气候潜力评估，难以捕捉实际种植活动的空间异质性，导致理论潜力与实际种植之间存在显著差距。这种脱节不仅限制了分区成果的决策支持价值，还可能造成资源错配。在这一背景下，如何整合遥感观测数据与空间分析方法，建立更贴近农业生产现实的分区框架，成为农业地理学领域亟待解决的关键问题。
为突破这一瓶颈，研究人员以中国为案例区，开展了遥感增强的多熟制系统分区研究。研究团队首先利用2001-2018年MODIS时间序列影像，生成了空间分辨率为500米的多熟制系统数据集，将耕作模式划分为双季耕作系统(DCS)、季节休耕系统(SFS)、单季耕作系统(SCS)和年度休耕系统(AFS)四类。通过核密度估计(Kernel Density Estimation, KDE)方法计算各系统的概率密度分布，并基于90%覆盖率的准则确定分区边界，最终构建了连续的多熟制系统分区图谱。
在技术方法层面，研究主要依托三大关键技术：基于MOD13Q1数据的多熟制指数反演技术，实现了耕作强度的长期动态监测；核密度估计空间分析方法，通过Epanechnikov二次核函数和10公里带宽参数设置，有效识别了多熟制系统的空间聚集特征；GIS空间离散化技术，通过等高线提取、空间融合和最小制图单元(1000平方公里)设置，将概率密度表面转化为实用分区方案。所有分析均基于全国范围的耕地样本点(总计约873万点)开展，确保了数据的代表性。
3.1 核密度估计结果
通过分析等高线值与覆盖率的对应关系，确定了各系统的临界等高线值(DCS:0.5、SFS:0.3、SCS:0.2、AFS:0.7)。单季耕作系统的空间聚集度最高，双季耕作系统次之，季节休耕系统的聚集度高于年度休耕系统，但当概率密度超过0.5时，季节休耕系统的占比急剧下降，反映出其固有的低空间聚集特性。
3.2 多熟制系统分区结果
分区结果显示，双季耕作系统主要分布在黄淮海平原、长江中下游地区及两广地区，北界约至北纬40°，覆盖1198个县级行政单元，面积达115.59万平方公里。季节休耕系统集中分布于长江中下游和西南地区，跨越北纬20-36°的广阔范围，涉及910个县级单元，面积118.93万平方公里。单季耕作系统以东北和华北地区为主，南界约至北纬30°，覆盖606个县级单元，面积116.98万平方公里。年度休耕系统主要分布在镰刀形旱作带和新疆地区，面积40.33万平方公里，仅涉及216个县级单元。值得注意的是，随着气候变暖，双季耕作系统已开始向新疆等传统单季耕作区扩张，而南方部分地区却出现了从双季稻向单季稻的转变，反映出人类活动对耕作系统演变的深刻影响。
3.3 景观格局指标变化
分区前后景观指标对比表明，分区方法显著降低了景观破碎化程度。斑块数量减少超过99.97%，平均斑块面积增长数个数量级(如双季耕作系统从1.85平方公里增至20461.11平方公里)，边界长度减少93.55%以上，证明分区方案有效提升了空间连续性。
3.4 全局空间自相关分析
莫兰指数(Moran's I)分析显示，多熟制系统在99.9%置信水平上呈现显著负相关(z值<-2.58，p<0.01)，表明系统分布具有明显的空间异质性和相互排斥性，为分区提供了统计基础。
3.5 验证分析
基于≥0°C积温的验证表明，分区结果与气候潜力高度吻合。双季耕作区90%以上区域满足双季种植积温条件(≥4400°C)，其中40%区域甚至满足三季种植要求(≥6000°C)；季节休耕区85%区域具备双季种植潜力；单季耕作区90%区域积温不足以支持双季种植；年度休耕区大部分区域缺乏多熟制发展的热量条件。这种一致性证明了分区方案的科学性。
研究结论表明，该分区框架成功整合了遥感观测与空间分析技术，提供了中国多熟制系统的精确空间表达。四类耕作系统呈现出清晰的地理分异格局：双季耕作系统主导黄淮海平原，季节休耕系统集中于西南地区，单季耕作系统主导东北地区，年度休耕系统突出分布于干旱半干旱带。这些格局既反映了长期的农业生态梯度，也体现了人类活动对耕作系统形成与迁移的日益增强的影响。
讨论部分进一步指出，与传统农业分区相比，本研究揭示的空间格局既有吻合也有显著差异。如长江中下游地区已演变为双季耕作与季节休耕并存的格局，西南地区则以季节休耕系统为主导，而黄淮海平原和黄土高原地区表现出更高的多样性。这些差异凸显了在当代社会经济和环境压力下农业景观的动态特征，也体现了高分辨率数据和先进空间分析技术在捕捉区域异质性方面的优势。
该研究的科学意义在于建立了可动态更新的农业分区方法学框架，为区域农业资源配置、种植结构优化和可持续发展政策制定提供了科学依据。特别是在全球气候变化背景下，对季节休耕系统等可持续耕作模式的识别与规划，将为平衡农业生产与生态保护提供重要参考。
