文章信息
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文章标题：Innovations through crop switching happen on the diverse margins of US agriculture
标题译文：通过作物转换实现的创新发生在美国农业的多样化边缘
发表期刊：PNAS
在线时间：2024.10.07
通讯作者：Matthew M. Kling
作者单位：Department of Biology, University of Vermont, Burlington
研究背景
Background
作物轮作，即农民在特定田地上种植一种新作物，可以帮助农业系统适应不断变化的环境、文化和市场竞争力。尽管区域作物生产趋势受到广泛关注，但对这些宏观趋势背后的本地规模作物轮作知之甚少。文章利用美国农业部（USDA）的农作物数据层（CDL）从2008-2022年的年度高分辨率（30米像素大小）遥感作物土地数据，对美国农田的本地作物转换模式进行了表征。研究提出了一个框架，将作物转换基于时间新颖性（作物引入与中断）、空间新颖性（本地发散与收敛转换）和分类新颖性（转型与渐进转换）进行分类。框架显示，作物转换在一些地区推动了多样化，而在另一些地区则推动了同质化，这可能会影响生态和经济恢复力。作物转换在农业较少、现有作物多样性较高的地区最为常见，这为政策制定和未来研究提供了有趣的机会，以探索作物转换对农业多样性和适应性的驱动因素和影响。
时间新颖性（Temporal Novelty）:作物引入（Crop Introduction）: 指在给定田地中种植一种之前未种植过的作物。作物中断（Crop Discontinuation）: 指停止种植一种之前在某地种植的作物。这种新颖性关注的是作物是否是新引入到该地点的，或者是替换了之前种植的作物。
空间新颖性（Spatial Novelty）:发散性转换（Divergent Switching）: 如果新作物在周边农业景观中的种植频率低于之前种植的作物，则认为这种转换具有空间新颖性。趋同性转换（Convergent Switching）: 如果新作物在周边农业景观中的种植频率高于之前种植的作物，则认为这种转换是趋同性的。空间新颖性考虑的是作物转换是否导致农田与周边地区的作物种植模式趋于一致或不同。
分类新颖性（Categorical Novelty）:转型性转换（Transformative Switching）: 指从一种作物类别转换到完全不同的另一类别，例如从种植谷物转换为种植果树。渐进性转换（Incremental Switching）: 指在同一作物类别内进行转换，例如从种植玉米转换为种植大豆。这种新颖性关注的是作物转换是否涉及到完全不同的种植系统和农业实践，或者是在同一种植系统内部进行较小的调整。
主要结果
Results
作物转换在美国各地普遍存在，并且转换率高，平均每年超过6%的美国农田发生作物转换。但在不同地区差异显著。例如，北部大平原地区的年平均转换率最高，而中西部玉米带的转换率最低。作物转换率高的地区往往具有较少的耕地和更高的作物多样性。
作物转换的时间新颖性显示，引入和中断作物的比率在全国范围内大致平衡，但个别地区差异显著。在分类新颖性方面，大多数作物转换是渐进的，只有很小一部分（1.8%至1.9%）被归类为转型。空间新颖性方面，发散性作物转换（即转向较不常见的作物）占所有作物转换的53%，而趋同性转换占47%。
文章图表
Figures & tables
Fig. 1: 作物转换的三个维度：时间、空间和分类新颖性的概念图示。
Fig. 2: 全国年度作物转换率的时间序列。
Fig. 3: 作物转换率及其属性的空间模式。
Fig. 4: 作物转换率的预测因子。
Fig. 5: 作物转换特性与随时间变化的作物多样性趋势之间的强正相关性。
Fig. 6: 通过转型性作物转换导致的作物类别之间的转换。
作物生理生态
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