干旱胁迫下水稻主产区土地利用转型的多因子分析与生态水文效应

本综述通过多尺度融合遥感（Remote Sensing）与机器学习技术，系统解析加州萨克拉门托谷地14年干旱期间水稻田向休耕/经济作物转型的驱动机制，揭示土壤黏粒含量（<40% Clay）与作物价格对土地利用决策的关键影响，为气候变化下农业水资源优化提供科学范式。

　　

Highlight

Land use change: trends in rice, fallow, and perennial crops

研究区域以水稻为主导作物，2007-2021年间水稻种植面积在150,000至225,000公顷间波动（图1）。我们制作的定制地图与USDA NASS报告的水稻面积高度吻合（R² = 0.992，数据未显示）。2007-2013年期间水稻面积持续高位（200,000-225,000公顷），但2014年后波动加剧，2013-2021年平均面积较2007-2013年减少31,500公顷。干旱年份（2007-2009、2012-2016及2020-2021）水稻面积显著下降，而休耕面积增加——2014-2015年休耕面积峰值达70,000公顷，占水稻种植区的30%以上。

与此相反，杏仁和核桃等多年生作物面积在干旱期间净增16,400公顷（占水稻总面积的6%），主要分布在萨克拉门托谷地东部边缘。值得注意的是，这些果树作物的年需水量高于水稻，但受持续高价格驱动仍被优先种植。

Economic and climatic drivers of land use change

本研究核心发现表明：尽管存在水资源限制，农民仍因经济收益优势而种植高需水量的果园作物。这一结论与既往研究一致。例如Rodríguez-Flores等（2019）基于加州中央谷地南部分析指出，过去四十年间多年生作物面积增长近三倍，当前占比约60%，且价格与水资源可用性是关键驱动因子。我们的研究进一步揭示，土壤属性（尤其是黏粒含量）显著约束了作物转换——黏粒含量低于40%的土壤更易向果园作物转型，而黏粒含量高的盆地土壤因排水性差和物理限制，几乎无法支持水稻以外的作物。

Conclusion

本研究通过卫星遥感土地覆盖数据、经济分析与土壤评估，揭示了14年严重干旱期间加州水稻田土地利用变化的驱动机制。结果表明，杏仁与核桃的高经济回报推动土地转型，而土壤黏粒含量（Clay Content）构成转型的物理边界。这些发现强调短期经济激励与生物物理限制的交互作用，为应对气候变化的农业适应性策略提供关键科学依据。