亚洲高海拔稻田的历史分布与未来扩张：对可持续粮食安全的综合评估

《npj Sustainable Agriculture》：The historical distribution and future expansion of paddy rice fields in Asian highlands

随着低地稻田因城市化而萎缩，亚洲高海拔地区（>1000米）的稻作潜力成为保障未来粮食安全的关键。本研究结合2000–2020年地球观测数据与随机森林（Random Forest）模型，系统解析了亚洲高海拔稻田的分布格局及驱动因子。结果显示，当前高海拔稻田面积约148.9万公顷，集中分布于天山-塔里木盆地、黄河河套平原及云贵高原；海拔是主要限制因子，而人口密度与经济增长促进扩张。情景模拟预测至2035年高海拔稻田将扩张约60%并向北迁移，有望产出营养丰富、污染物低的稻米，并助力盐碱地改良。该研究为高海拔农业生态系统的可持续开发提供了科学依据，填补了相关领域知识空白。

　　

在全球人口持续增长和快速城市化的背景下，亚洲传统低地水稻产区正面临严峻挑战。据统计，中国在2023至2032年间预计将损失120万公顷稻田，而低地稻田还普遍受到重金属和微塑料污染的影响。气候变暖更加剧了土壤中砷等有毒物质的释放，通过食物链威胁人类健康。当肥沃的低地被城市和工业侵占时，人类不得不将目光投向以往被忽视的区域——亚洲高海拔地区。这些地区约占亚洲陆地面积的一半，包括兴都库什-喜马拉雅山系和青藏高原等广阔地带，虽然气候寒冷干燥，但丰富的光照资源和冰川融水为水稻种植提供了独特条件。然而，高海拔稻田的规模、分布格局及未来潜力一直缺乏系统研究，制约了该区域农业资源的合理规划。

发表在《npj Sustainable Agriculture》上的最新研究《亚洲高海拔稻田的历史分布与未来扩张》首次对这一问题进行了全面解答。研究团队整合多源遥感数据与机器学习算法，揭示了2000-2020年间亚洲高海拔稻田的时空演变规律，并预测了至2035年的扩张趋势。该研究不仅量化了高海拔稻作对粮食安全的贡献潜力，更深入解析了环境与社会经济因子的驱动机制，为山地农业的可持续发展提供了科学依据。

研究人员主要依托三项关键技术开展研究：首先，利用APRA500数据集（500米分辨率）识别2000-2020年间亚洲高海拔稻田的时空分布；其次，基于随机森林（Random Forest）算法构建预测模型，纳入气温、降水、海拔、冰川覆盖率、人口密度和GDP等13个环境与社会经济因子；最后，结合PARIS-2°C情景的气候预测数据，模拟2021-2035年稻田扩张趋势。所有分析均以0.5°×0.5°网格为单元，覆盖海拔1000米以上的亚洲高地区域。

高海拔稻田的分布与动态特征

研究显示，亚洲高海拔稻田总面积约为148.9±17.6万公顷，但分布极不均衡：青藏高原主体区域稻田稀疏，而周边山地盆地集中了93%的种植面积。具体而言，天山-昆仑山区（A区）占21%-28%，祁连-阴山-太行山区（B区）占19%-30%，横断山区（C区）占53%-36%。2000-2020年间，A区和B区稻田面积分别增长13%和38%，但C区锐减41%，导致高海拔稻田总面积从159.9万公顷下降至139.2万公顷。海拔分层分析表明，A区16%-35%的稻田分布在2000米以上，B区仅不足1%，而C区2000米以上稻田占比达24%-36%，呈现明显的垂直分布差异。

影响稻田扩张的关键因子识别

通过50次随机森林模型模拟，研究团队发现海拔是制约稻田分布的最主导因子（特征重要性评分2.70），其负面影响在1500-2000米区间减弱后趋于稳定。社会经济因子中，GDP（评分2.17）和人口密度（评分1.52）均呈正效应，但作用非线性：人口密度在60-300人/平方公里时促进效应最强，而GDP的促进作用随水平提升而衰减。气候因子中，四季气温均呈正效应，夏季气温尤为重要；除秋季降水有微弱正效应外，其他季节降水均抑制稻田扩张，可能与云量增加减少光照、土壤冻结损害结构有关。冰川覆盖率虽重要性较低（评分0.70），但通过稳定供水支持稻田发展。

未来稻田扩张的情景预测

模型预测显示，至2035年亚洲高海拔稻田将扩张约60%，总面积达192.6万公顷。新增区域主要分布在塔里木盆地西部、黄河中下游、云贵高原北部及喜马拉雅山南坡（恒河、布拉马普特拉河上游）。按海拔分层，1000-1500米区间面积将增长36%（126.0万公顷），1500-2000米区间增长44%（25.7万公顷），2000米以上区间增长7%（37.7万公顷）。这种“北扩南缩”的格局与气候变化导致的暖湿化趋势密切相关。

高海拔稻作的潜力与挑战

讨论部分指出，高海拔稻作具有双重价值：一方面，如尼泊尔朱姆拉马西稻米等高地品种富含蛋白质、黄酮类物质和矿物质，市场价值高；另一方面，稻田灌溉有助于改良河套平原、新疆等地的盐碱土壤。然而，扩张也面临生态风险：可能加剧森林破碎化、水资源竞争和温室气体排放。研究建议遵循“避免-最小化-修复-补偿”的缓减层级，优先利用退化土地，配套高效灌溉设施和抗逆品种，并建立生态监测网络。

该研究首次系统量化了亚洲高海拔稻田的现状与潜力，揭示了气候-社会-经济因子的协同驱动机制。其创新性在于将遥感反演、机器学习与情景预测相结合，突破了高海拔农业系统数据匮乏的瓶颈。研究成果不仅为山地农业适应气候变化提供了路径参考，也为实现“零毁林”的可持续粮食生产划定了生态安全边界。未来研究需进一步融合高分辨率地形数据、政策干预因子和多物种互作模型，以精准平衡粮食增产与生态保护的目标。