英文题目：Shifting agricultural land use and its unintended water consumption in the North China Plain
中文译名：华北平原农业用地转移及其非计划用水
发表时间：2024年12月
发表期刊：Science Bulletin
第一作者：Liang Dong et al
第一单位：清华大学
DOI：10.1016/j.scib.2024.11.009
精选理由：本研究深入分析了中国北方平原（NCP）农业土地利用（ALU）的动态变化及其对水资源管理的影响，尤其聚焦于多维驱动因素的作用。研究揭示了从2013年至2022年，NCP地区农业生产模式的重大转变：从双季作物向单季作物的转换，再到经济林的扩展。特别是，经济林的水资源消耗增加了126%，对粮食生产和水资源的需求产生了重大冲击。研究还强调了政府政策在这些变化中的关键作用，尤其是关于地下水保护的政策。然而，这些政策在提升水资源利用效率和促进经济作物种植的同时，可能无意中影响了粮食产量。通过这一研究，作者提出了优化农业土地利用的管理框架，呼吁在水资源和粮食安全之间找到平衡，为其他农业密集型地区提供了宝贵的政策参考。
农业土地利用（ALU）对粮食生产和水资源分配具有重要影响。本研究考察了中国北方平原（NCP）地区农业土地利用的动态变化，该地区以高强度农业和严重的地下水过度开采为特点，重点分析了多维驱动因素及其对水资源管理的影响。通过基于卫星影像和广泛的第一手田野数据，采用精细化分类方案，我们识别了作物模式的显著变化。从2013年到2017年，双季作（主要为小麦-玉米）向单季作（主要为玉米）转变，涉及面积4600 km²，占2013年单季作总面积的42%。从2017年到2022年，单季作转变为经济林（包括果园、木材树种和防护林带），涉及面积3600 km²，占2017年经济林总面积的22%。这些变化导致2013至2022年期间粮食作物面积减少了11%（6800 km²），但作物水资源消耗增加了11%（6.3 km³）。特别是，经济林的水资源消耗在此期间增加了126%（9.4 km³）。本研究强调了平衡粮食和水资源安全之间竞争性需求的关键性，提供了对其他农业密集地区具有借鉴意义的见解。
该研究揭示了华北平原（NCP）农业用地（ALU）发生的重大转变，从2013至2022年，农业生产模式从双季作（主要是小麦-玉米轮作）向单季作（主要是玉米）以及经济林（如果园、林木、护林带）过渡。这一变化导致粮食面积减少11%，但水资源消耗却增加了11%，尤其是经济林的水消耗增加了126%。
华北平原的农业用地变化受多种因素影响，主要包括自然条件（如水资源的空间分布）、政府政策（如地下水保护和生态恢复政策）以及社会经济发展（如城市化和农业收益政策）。政府的水资源保护政策（如季节性休耕和雨养农业）在2017年后促进了农业模式的转型，但这些政策在促进生态和经济发展的同时，也带来了粮食产量和水资源供给之间的冲突。
该研究揭示了政策目标之间的冲突，尤其是在粮食安全与水资源保护之间。政府的农业政策旨在增加农民收入和促进生态恢复，但在某些情况下却导致了耕地面积的减少和水资源消耗的增加，尤其是在推动经济林建设和生态恢复项目时，造成了对地下水的进一步依赖。
华北平原的农业用地转移（如从双季作到经济林）虽有助于生态恢复和农民增收，但却带来了粮食生产与水资源消耗的矛盾。这种转变需要在政策制定时考虑粮食安全与水资源管理的平衡。
政府的农业和生态政策在一定程度上促使了农业用地的转型，但也导致了水资源消耗的增加。尤其是地下水的过度开采和经济林的水消耗加剧了水资源压力，政策制定者需要综合考虑各项政策的长远影响。
在应对农业可持续性挑战时，政策应更加注重优化作物种植模式和水资源管理。例如，采用水效高的灌溉技术、推动跨流域水资源调配等措施，可以有效缓解水资源短缺问题，确保农业生产的长远可持续性。
图1. 概念图展示了华北平原(NCP)内农业用地(ALU)的变化以及随之而来的用水量变化。
图2. 2013年华北平原农业用地情况。
图3. 华北平原农业土地利用模式动态。图4. 2013年至2022年双季作物(DC)、单季作物(SC)、温室作物(GH) 和经济林(EF)的年度组成用水量(CWC)(a)和每月平均CWC(b)。
图5. 几个具有代表性的城市农业土地利用变化驱动机制的变化。
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