Qiu, B., Wu, F., Hu, X., Yang, P., Wu, W., Chen, J., Chen, X., He, L., Joe, B., Tubiello, F.N., Qian, J., Wang, L., 2025. A robust framework for mapping complex cropping patterns: The first national-scale 10 m map with 10 crops in China using Sentinel 1/2 images. ISPRS J Photogramm 224, 361-381.
近日，数字中国研究院（福建）教师邱炳文研究团队与中国农科院农业资源与农业区划研究所、北京师范大学等单位合作研发成果，以“A robust framework for mapping complex cropping patterns: The first national-scale 10-m map with 10 crops in China using Sentinel 1/2 images”为题在ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing期刊发表。该研究获得国家重点研发计划子课题(2022YFD2001101)、国家自然科学基金(42171325，41771468)、福建省科技厅项目(2023Y0042)等项目资助。论文通讯作者为福州大学邱炳文研究员，该项成果由研究生吴方政、胡翔同学等参与了研究工作。
我国作为全球最大的粮食生产和进口国，及时准确获取全国作物时空分布及其轮作模式，对于确保国家粮食安全和应对气候变化具有重要的科学意义和应用价值。我国作物类型众多、种植模式复杂多样，不同作物类型与轮作模式时空谱特征存在高度复杂异质性，给现有作物识别算法性能与模型迁移能力带来巨大挑战。现有作物识别方法与制图产品，与实际需求之间存在巨大鸿沟：1）农作物光谱时空异质性强，限制了识别算法的跨域迁移能力；2）以大宗粮油作物专题制图为主，多熟制种植模式以及旱杂粮作物判别精度低。目前虽然在农作物识别方面取得了系列研究成果，但在缺乏大量训练样本数据的情况下，大多数分类模型算法依然难以直接应用于复杂种植制度下的大尺度高精度农作物自动制图。
针对上述问题，数研院邱炳文研究团队基于知识数据双驱动模型和物候归一化策略，构建了一种稳健的复杂种植模式识别框架(A robust Complex Cropping Pattern Mapping framework enabled by dual-driven models and phenological normalization,简称为CCPM)。基于CCPM框架，项目组以中国为研究区，构建了全球首套10米分辨率中国涵盖10种作物类型和熟制信息的高精度作物种植模式分布图（ChinaCP-T10）。ChinaCP-T10数据集，精准刻画了全国水稻、玉米、小麦、大豆、花生、油菜、烟叶、甘蔗、土豆、向日葵在内的多种作物类型空间分布及其轮作模式。经18,706个地面实测验证数据集评估，总体精度达91.47%。与现有作物数据产品对比表明，ChinaCP-T10能提供更全面、更一致的复杂种植模式信息。CCPM研究框架，能实现覆盖更多作物类型的全口径作物精准识别，具备多熟制复杂种植模式识别能力。
基于2020年ChinaCP-T10数据集揭示，不同农业区主导种植模式差异显著：华北单季玉米、黄淮海冬小麦-玉米轮作、西部单季油料、南方单季或双季稻作。其中湘赣粤三省构成双季稻核心区，呈现蝶形分布特征。全国共11个省级行政单元以水稻种植为主，江苏则以冬小麦-水稻双熟制轮作独树一帜。豫鲁皖三省为冬小麦-玉米主产区，我国北方普遍单季玉米。值得注意的是，桂川藏青四省区则以甘蔗/油料等经济作物为主导。全国层面，单作玉米、单季稻和冬小麦-玉米轮作为全国最主要作物种植模式。
全国不同作物种植模式呈现出海拔梯度规律：极低海拔区域（<50米）以双季粮食作物种植模式为主，50-500米海拔区间内为单季粮食作物，500米以上则以单季经济作物为主。全国双季粮食作物面积为15.17万平方公里，绝大部分(91%)集中分布在海拔200米以下区域；粮经双作、双经作、单季粮作和单季经济作物依次有78%、59%、54%和35%面积分布在低海拔区域（<200米）。全国粮食种植区耕地种植强度高，多熟制模式占粮食种植区域的36.1%；低海拔区域(<500 m)贡献了80%以上粮食产量，非粮化率随海拔升高显著提升（200米以下32%→700米以上超70%）。该成果为农业可持续管理提供了关键数据支撑，作物多样性和轮作模式监测对保障粮食安全的重要价值。
论文成果链接：https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2025.04.012
Figure 1. 2020年全国单熟制以及复杂多熟制种植模式分布图以及典型区域分布图
Figure 2. 全国不同省份主导作物种植模式分布图、不同海拔区间内作物种植模式分布面积、比例以及非粮率变化趋势图
