作为全球最为重要的生态系统类型，农田生态系统具有丰富的静态与动态景观，该景观高度破碎化和异质化，这些多维景观特征与人类活动密切相关，其主要归因于不同作物用地的时空分布格局。众所周知，由作物种植管理导致的景观格局时空异质性对耕地生产力、粮食安全及其应对气候变化具有显著的影响作用，但目前国内外相关研究主要集中于探讨表象景观格局与粮食生产和气候适应性的关系，忽视了景观格局形成的内部驱动机理及其对耕地产能和对应气候变化的作用原理，在学科理论体系构建和生产实践应用方面支撑不足。基于以上问题，亟需提出相应的理论框架并进行实施应用，旨在为耕地产能效益提升和应对气候变化提供科学参考，更为农学、地理学与景观生态学之间的学科交叉融合提供范式。
根据多年的理论探索和实地调研，东北地理所郑海峰研究员团队提出了“农艺景观”概念，构建了基于农户行为和农艺景观要素组合而成的农艺景观理论框架(图1)，并将该理论框架应用到了东北黑土区典型小流域，揭示农艺景观格局的特征及其时空变化，分析其对耕地产能和适应气候变化的影响。本项研究首先总结了流域尺度上农艺景观要素的基本特征，发现流域农艺景观破碎化明显，主要表现在小面积地块以及多类型的景观位置、多种垄向和多样化作物的交互组合镶嵌上，形成了年内、年际复杂多样化的景观格局。进一步分析结果表明，作物轮作模式主导着流域农艺景观的时空变化格局，轮作作物的年种植面积及其在景观位置和垄向上的分布呈现周期性更替(图 2)。
图1. 流域尺度的农艺景观框架
图2. 2017-2022年流域不同景观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：坡顶，SH：坡肩，BS：坡腰，FS：坡脚，TS：坡趾)
研究团队在农艺景观理论的基础上建立了一个流域尺度上农艺景观对耕地产能及气候适应性的评价体系，分析了不同农艺景观下农田生产力的分布特征及其在不同气候年份下的差异，系统总结了有利于(或不利于)适应不同气候条件的农艺景观格局。研究发现，低景观位置横垄主导下的农艺景观生产力最低，不同作物镶嵌下的农艺景观格局类型具有不同的分布规律，玉米镶嵌的农艺景观生产力从低景观位置到高景观位置呈直线增长规律，而大豆镶嵌的农艺景观生产力从低景观位置到高景观位置呈现峰型分布规律。针对农艺景观的气候适应性而言，总体来讲，玉米镶嵌于坡脚竖垄下的农艺景观对干旱和湿润均具有较高的适应性，大豆镶嵌于坡趾竖垄下的农艺景观对两种气候条件具有较高的适应性(图3)。
图3. 农艺景观气候适应性分布图
该项研究基于地理参数提取-景观参数模拟-景观耕地产能驱动-景观气候适应性机理分析的系统化研究范式，首次提出了农艺景观理论框架，强调了优化农艺景观对提高农田生产力和气候适应能力的重要性，可为政府部门设计与优化农艺景观提供理论基础和实验案例。
相关成果发表在国际期刊Agricultural Systems(中国科学院1区Top)和Applied Geography(中国科学院2区)上。黑土地保护与利用国家重点实验室(筹)博士研究生邱仁建，硕士研究生孔鸣凤(已毕业)、雷振锋和郑海峰研究员(通讯作者)等人共同完成。研究工作得到中国科学院战略性先导科技专项A类(XDA28070505)和国家自然科学基金项目(42371124)的共同资助。
论文信息及链接如下：
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
相关研究成果：
孔鸣凤,郑海峰.基于遥感影像的农田边界提取方法研究进展[J].中国农机化学报,2024.45(12):168-174+199. DOI:10.13733/j.jcam.issn.2095-5553.2024.12.025.
邱仁建，郑海峰，孔鸣凤. 一种基于地块边界和 DEM 的坡耕地地块垄向提取方法(农田地块垄向提取专利)，CN117197218A，2023年12月08日
郑海峰，孔鸣凤，黄海波，邱仁建，等. FieldLine软件V1.0(农田地块边界提取软著)，2024SR0586897.2024年4月29日
