农业遥感团队在中国北方农牧交错带耕地动态监测领域取得系列进展
农业遥感团队在中国北方农牧交错带耕地动态监测领域取得系列进展
北方农牧交错带是我国重要的生态脆弱区和粮食生产功能区，其耕地变化监测对于保障国家粮食安全和生态环境具有重要意义。然而，受土壤贫瘠、水资源短缺、“退耕还林”政策及劳动力流失等因素影响，该区域耕地变化复杂多变，休耕地、撂荒地和复垦地的分布难以准确捕捉。中国农业科学院农业资源与农业区划研究所农业遥感团队针对这一难题，通过整合多源卫星影像与地面数据，结合先进技术，开发了多种创新方法，取得了突破性进展。
近日，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所农业遥感团队在北方农牧交错带耕地动态监测领域取得突破性进展。相关成果陆续发表在《GIScience & Remote Sensing》、《Computers and Electronics in Agriculture》、《International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation》、《Scientific Data》和《Science of the Total Environment》等国际权威期刊上。
图1 基于高时空分辨率遥感图像及TSARC方法的休耕、撂荒及复垦耕地监测工作流程图
研究团队整合多源卫星影像与地面数据，结合先进技术，突破了耕地动态监测的难题。团队开发了多种创新方法。例如，利用Landsat TM和OLI影像及谷歌地球引擎，团队提出了土地使用变化轨迹法，首次精准区分了分散耕地与光谱相似的草地，揭示了1990-2019年间耕地面积先快速扩张、后逐渐减少，至2019年低于1990年水平的趋势，并通过植被指数分析，确认了退耕后植被的持续恢复。
此外，整合Sentinel-1和Sentinel-2数据，构建包含雷达和光谱特征的数据集，生成了2020年10米分辨率的休耕地分布图，精度高达95.82%。在内蒙古撂荒监测中，团队优化了LandTrendr算法，引入基于地面样本和植被健康指数的分析方法，显著提高了复杂气候条件下的监测精度，达到82.02%。
研究团队还开发了时序分割方法（TSARC），结合关键生长期数据，生成2000-2022年内蒙古30米分辨率的耕地状态图，年均精度介于97%-99%，清晰呈现了撂荒与复垦的空间趋势。在此基础上，利用Sentinel-1/2数据，生产了覆盖2016-2023年内蒙古10米分辨率的撂荒与复垦数据集（ARCC10-IM），区分了活跃耕作、不稳定休耕、持续撂荒和复垦四种状态。
研究团队的上述成果可为休耕、撂荒及复垦的精细化管理提供可靠数据支持，同时为“退耕还林”政策的生态效应提供科学依据，并有效揭示耕地变化对植被的深远影响。此外，ARCC10-IM数据集的发布为中国北方干旱与半干旱地区的土地规划、环境监测及粮食安全管理提供了宝贵资源。
中国农业科学院农业资源与农业区划研究所博士后乌云德吉为系列论文第一作者，孙亮研究员为通讯作者。以上研究得到了北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室、国家重点研发计划“粮食生产大数据平台研发与应用”及中国农业科学院农科英才计划的资助。巴西大豆研究中心和联合国粮农组织的研究人员共同参与了以上研究。
原文链接:
- https://doi.org/10.1038/s41597-025-04614-8.
- https://doi.org/10.1016/j.jag.2025.104399.
- https://doi.org/10.1016/j.compag.2024.109541.
- https://doi.org/10.1080/15481603.2022.2026638.
- https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.150286.
发布数据集链接：