《Journal of Environmental Management》:Influence of cumulative extreme climate risk on agricultural ecosystem resilience in the karst mountainous region of southwestern China
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•累积极端气候风险与较慢的短期恢复相关。•空间溢出效应主导了累积极端气候风险(CECR)与恢复持续性之间的关系。•社会经济条件塑造了CECR潜在的传导路径。•在更温暖和更脆弱的条件下,CECR的关联效应增强。•基于GPP的AR(1)方法捕捉了韧性中的短期恢复维度。引言农业生态
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累积极端气候风险与较慢的短期恢复相关。
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空间溢出效应主导了累积极端气候风险(CECR)与恢复持续性之间的关系。
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社会经济条件塑造了CECR潜在的传导路径。
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在更温暖和更脆弱的条件下,CECR的关联效应增强。
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基于GPP的AR(1)方法捕捉了韧性中的短期恢复维度。
引言
农业生态系统是一个由生物物理过程与人类管理相互作用而形成的复杂适应系统。维持其结构完整性和功能稳定性是粮食安全和可持续农业发展所必需(Jagustovic et al., 2019)。随着气候变化的加剧,农业系统面临双重压力:极端事件变得更加频繁和强烈,同时扰动在时间和空间上不断重复并累积(Cao et al., 2025)。在此背景下,农业生态系统韧性(AES)已成为表征农业系统吸收、缓冲、恢复和适应外部冲击能力的核心概念。AES不仅反映了生态结构和功能的稳定性,还体现了社会生态系统人类维度的影响,包括生产实践、资源配置、技术能力和区域经济状况对适应能力的塑造作用(Matsushita et al., 2016; Luo et al., 2025; Chen, T. et al., 2025)。因此,AES应被视为社会过程与生态过程多层次相互作用所产生的动态结果,具有非线性、条件依赖性和空间耦合等特征。
农业是食物供给、生计保障和区域可持续发展的核心。因此,增强AES对于缓冲农业系统应对极端气候扰动以及维持稳定的农业产出至关重要。尽管中国农业现代化进展迅速,整体生产能力持续提升,但农业生态系统仍然面临资源约束、环境胁迫和人类活动的交互压力而保持脆弱。这种脆弱性在极端天气频发的地区尤为突出。因此,在这些地区提高韧性是亟需应对的适应性优先事项(图1)。
在此背景下,本研究分析了中国西南喀斯特山区60个地级行政单元,探讨累积极端气候风险(CECR)与AES的关联,为生态脆弱地区的气候风险管理和可持续农业发展提供参考。本研究做出三点贡献。首先,将关注点从孤立的极端事件转向累积气候扰动,从而明确考虑重复冲击的时间和路径依赖后果。其次,开发了一个综合框架,连接了局部效应、空间溢出、社会经济传导和条件依赖放大效应,从而为气候风险如何在区域网络中传播提供了更系统的解释。第三,将基于GPP时间序列的AR(1)恢复持续性指标与空间计量模型、中介效应模型和门槛模型相结合,考察CECR下AES的短期恢复维度。
章节摘要
文献综述
与本研究相关的文献主要分为三个方向。第一个方向涉及生态系统韧性的理论基础。自Holling(1973)以来,韧性通常被理解为生态系统在遭受外部扰动时保持或恢复其结构和功能的能力。随着社会生态系统研究的发展,该概念已扩展至涵盖在变化环境条件下的抵抗性、恢复力和适应性。
研究区域
研究区域包括中国西南喀斯特山区贵州省、云南省、四川省和广西壮族自治区的地级行政单元(图2)。该地区以广泛的喀斯特地貌、普遍的石漠化、破碎的地形、浅薄的土壤和高度的生态脆弱性为特征,所有这些因素都加剧了农业生态系统对外部扰动的敏感性。该地区以亚热带季风气候为主。
理论分析与研究假设
AES描述了农业系统在扰动下维持功能并恢复和适应的能力。在气候变化背景下,农业系统不仅暴露于离散极端事件,还面临随时间反复发生并累积的扰动,从而产生路径依赖和延迟恢复。这些过程在喀斯特山区尤为重要,因为资源约束和生态脆弱性限制了调整空间并加剧了
数据来源
表1总结了分析中使用的遥感与气象数据集,包括提取的主要变量、处理流程和空间分辨率。除另有说明外,数据提取、时空处理以及向行政单元的聚合均在Google Earth Engine中完成。
GPP数据来源于MODIS MOD17A2HGF产品,空间分辨率为500米。该产品提供2001年至2023年为期8天的累计GPP估算值。8天数值
CECR的空间迁移与基于AR(1)的恢复持续性指标
为刻画CECR和基于AR(1)的恢复持续性指标的空间演化特征,本研究结合重心迁移轨迹与标准差椭圆(图4),考察重心位置、年度迁移距离、空间范围和方位的变化。2005年至2023年期间,CECR重心的年度迁移距离在2.37至26.04公里之间,表明整体移动幅度有限。最大的位移发生在2017-2018年和2021-2022年,
结论
利用2005年至2023年中国西南喀斯特山区60个地级行政单元的面板数据,本研究从累积扰动视角探讨了CECR与农业生态系统短期恢复动态之间的关系。研究综合运用空间迁移分析、动态空间杜宾模型、中介效应分析和面板门槛模型,考察了空间关联、社会经济传导和条件异质性。四个主要
CRediT作者贡献声明
王 Hai:写作 – 审阅与编辑、写作 – 初稿撰写、监督指导、软件、方法学、调查研究、形式分析、数据管理、概念构思。罗 Cheng:写作 – 审阅与编辑、写作 – 初稿撰写、可视化、软件、方法学、形式分析、数据管理。戴 Linlin:写作 – 审阅与编辑、监督指导、方法学、数据管理、概念构思。邹 Yuandong:写作 – 审阅与编辑、写作 – 初稿撰写、软件、形式分析。
利益冲突声明
作者声明,他们不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本研究由贵州省哲学社会科学规划年度项目资助(项目编号:24GZYB153)。
王 Hai|罗 Cheng|戴 Linlin|邹 Yuandong|曾 Liangen|魏 Mingding|黄 Haiyan