优化作物-休耕轮作降低农田利用强度：中国北方农牧交错带水资源可持续管理的关键路径

针对中国北方农牧交错带(CFPENC)因农业集约化导致的水资源危机，研究人员通过构建高灵敏度农田利用强度(cLUI)评价指标，结合遥感与实地观测数据，揭示了乌兰察布市近十年cLUI时空演变规律及其对地表水萎缩和地下水下降的驱动机制。研究创新性提出基于传统绿色休耕系统(GDCS)的轮作休耕调控策略，为区域水资源弹性管理提供科学依据，对保障国家粮食安全与生态安全具有重要实践意义。

　　

中国北方农牧交错带作为国家粮食生产重心北移的关键承接区，正面临水资源过度开发的严峻挑战。过去二十年，尽管该区域通过发展灌溉设施和推广大型农场使粮食产量翻番，但半干旱气候背景下，高强度农业活动已导致湖泊干涸（如黄旗海多次季节性消失）、地下水年均下降1.6米等生态危机。2016年国家虽启动轮作休耕试点，但缺乏精细化的实施依据。针对这一困境，中国农业科学院等机构的研究团队在《Agricultural Water Management》发表重要成果，创新性构建了基于水循环平衡的农田利用强度(cLUI)评价体系，为区域农业可持续发展提供了科学解决方案。

研究团队采用多源遥感数据融合与地面观测相结合的技术路线。通过Landsat/Sentinel-2影像提取NDWI指数监测地表水动态，利用MOD09Q1数据结合随机森林算法实现作物分类，整合中心支轴灌溉(CPI)识别与绿色休耕系统(GDCS)制图技术，构建250米分辨率农田利用数据库。基于FAO-56 Penman-Monteith方程计算作物蒸散发(ET_c)，结合有效降水(P_e)和灌溉用水量建立cLUI双扰动模型（D_c+D_e），采用核密度估计和双变量Moran's I分析空间关联性。

研究结果部分：
3.1节显示乌兰察布2010-2019年cLUI总体上升0.71%，后山地区cLUI(9.70)显著高于前山(9.26)，其中灌溉农田cLUI(13.24)>CPI农田(12.45)>雨养农田(8.10)>GDCS农田(6.80)。3.3节发现仅22.65%农田处于适度cLUI状态。3.4节证实2000-2019年地表水面积以5.42 km²/a速率缩减，黄旗海面积萎缩63%，同时地下水监测站数据显示后山地区水位年均下降达149 cm。3.5节通过空间相关性分析揭示cLUI每增加1单位，周边乡镇地表水缩减速率加快0.235倍（p<0.1）。

讨论部分创新性提出四级休耕分区方案：I级（黄旗海周边灌溉高密度区）和II级（地下水位骤降区）需强制休耕，III级（传统GDCS高实施区）作为示范带，IV级（雨养农业主导区）预防性休耕。基于水均衡原理，建议前山地区采用Y2N1（种植2年休耕1年）、后山地区Y1N1的休耕频率，理论休耕面积需达39.89%。研究特别强调应借鉴传统GDCS经验，将马铃薯-谷物轮作与休耕结合形成"马铃薯→休耕→谷物→休耕"的优化循环模式。

该研究的重要意义在于：首次将农田生态系统内部水循环(cLUI_c)与外部环境扰动(cLUI_e)定量耦合，突破传统经济强度指标的局限性。提出的"以水定耕"调控策略，既传承了当地农民世代积累的GDCS智慧，又创新性融入现代遥感监测技术，为落实国家《耕地轮作休耕制度试点方案》提供了可操作的技术路径。研究证实，将休耕比例恢复至理论值39.89%，配合CPI技术推广，可在保障粮食安全前提下，使区域水资源开发回归可再生阈值内，这对全球干旱区农业可持续发展具有示范价值。