基于土地利用强度的北方农牧交错带休耕机理与调控研究

The farming-pastoral ectone in northern China is facing multiple pressures such as ecological vulnerability and high intensity utilization. To adapt to the national requirements, it is urgent to study the theory and method of farmland fallow based on land use intensity. In this project, first, the connotation of land use intensity and its remote sensing index will be proposed based on the principle of the material balance. Then, the change of the land use intensity, the material change and the ecological effect before and after the fallow will be analyzed, and the mechanism of fallow in the farming-pastoral ecotone will be revealed. Furthermore, the land use intensity threshold of the local dominant farming system will be explored, the fallow mode based on resource constraints, ecological effects and material balance will be built. Based on the characteristics of material balance, the change of land use intensity and its ecological impact in the past 20 years, the fallow range, the regulation mode of land use intensity and the fallow path will be put forward. Finally, the corresponding countermeasures will be proposed in view of the possible effects of the measures taken to take the fallow. The project aims to provide operational decision-making services of fallow for national and local governments, and also provide a useful exploration in the theory and method of the ecological protection and sustainable agricultural development in the ecologically fragile areas.

北方农牧交错带农地生态面临生态脆弱与高强度利用等多重压力, 适应国家要求，研究基于土地利用强度的耕地休耕理论与方法是当前生态恢复与重建迫切需要解决的重大科学问题。项目基于物质平衡理论系统研究土地利用强度的内涵及其多源遥感数据表征方法，从与休耕相似的本地传统农作制度类型——轮歇压青农作制入手，分析其关键节点的土地利用强度及物质平衡特征，揭示基于土地利用强度的北方农牧交错带休耕机理，构建休耕综合评价模型；针对本地土地利用中面临的资源约束与主导生态问题，开展保水型与保土（肥）型典型土地利用休耕模式研究；并根据近20年来北方农牧交错带土地利用强度变化及其生态影响，开展基于土地利用强度调控的休耕策略与休耕路径研究。项目旨在为国家和地方政府提供可操作性的休耕决策服务，亦是生态脆弱区域生态保护与土地可持续利用的有益探索。

北方农牧交错带长期高强度的耕地利用使本就脆弱的生态环境加剧恶化，基于耕地利用强度进行合理的休耕调控，是维护北方农牧交错带生态战略地位、实现耕地可持续利用的迫切需要。项目以北方农牧交错带中部乌兰察布市为研究区，开展了耕地利用强度理论、基于遥感多源数据融合的耕地利用强度表征方法及其基于耕地利用强度的休耕调控实践研究。（1）在理论上，项目研究了作物类型、年内年际间生长期长短、时间分布以及与之相适应的技术措施及投入、产出及其资源匹配等与耕地利用强度的关系，研究老龄化对耕地利用强度的影响，并从农田干扰度和环境干扰度两方面构建了耕地利用强度综合评价理论框架和指标体系；同时，对当地存在400余年的传统耕作制度类型——压青休闲进行深入剖析，据此确定耕地利用强度的合理阈值，并提出“将传统的压青休闲耕作制度作为休耕范本”的建议。（2）在方法上，项目分别基于经验知识、物候信息、形态光谱特征等多种手段，解译了乌兰察布市耕地利用变化轨迹，包括撂荒地、退耕地、喷灌圈以及马铃薯、麦类作物、玉米、向日葵等具体作物类型，提出了基于遥感多源数据融合的北方农牧交错带土地利用强度指标表征方法，并绘制目前已知的首幅压青休闲耕作制度的时空分布图。（3）在实践上，项目基于定点试验及长期观测数据，从时间和空间两个维度开展了乌兰察布市近10年的耕地利用强度及其生态环境效应研究，确认乌兰察布有77.35%的耕地处于高强度利用状态，耕地利用强度从小到大分别为压青地、旱地、圈灌与一般水浇地；空间相关性分析表明乌兰察布长期高强度的耕地利用已造成地表水面积缩减、地下水位下降。利用耕地利用强度与水资源关键要素的冲突诊断，将乌兰察布市划为4种休耕类型，并提出单年理论休耕比例为40%；最后，立足于武川试验站，项目选择旱作小麦、水浇地马铃薯提出了主导耕作方式的休耕模式与管理建议。研究对地区农业休耕决策及生态环境建设具有重要理论与实践意义。