元代前期省域耕地面积重建

基于历史文献资料重建区域历史时期土地利用/覆被变化,对深入研究区域生态环境效应、充实全球历史土地利用数据集等均具有重要意义。本文通过对元代（1271-1368年）屯田与屯户、垦田与户口等册载数据及相关史料的梳理与分析,提出了户均屯田数与户均垦田数的转换关系,构建了元代省域耕地面积估算方法,重建了至元二十七年（1290年）研究区省域耕地面积。结果表明：① 元代户均屯田数和户均垦田数均具有明显北高南低的特征,这种区域差异性是南北方地区自然条件和种植制度等差异的客观反映,而地域一致性则是户均屯田数配拨以该地户均垦田数为参照的具体表征。② 在省域尺度上,户均屯田数与户均垦田数存有一定偏差,其南北方地区的修订系数分别为1.23和0.65。③ 元代至元二十七年研究区耕地总量为535.4×10⁶今亩,垦殖率为6.8%,人均耕地面积为6.7今亩;其中,境内北方地区耕地面积约占57.8%,垦殖率为6.6%,人均耕地面积为15.6今亩;南方地区约占42.2%,垦殖率为7.1%,人均耕地面积为4.1今亩。④ 黄河中下游的腹里地区、淮河流域的河南行省、长江中下游地区的江浙、江西及湖广行省和西南地区的云南行省是元代至元年间耕地的主要分布区。     

北宋路域耕地面积重建及时空特征分析

基于垦田和户口史料及耕地分布影响因子的分析,本文建立了北宋册载垦田数据的订正方法以及路域耕地分布倾向模型和分配模型,重建了北宋4个时点的路域耕地面积。结果表明：① 北宋开宝九年（976年）、至道三年（997年）、治平三年（1066年）和元丰元年（1078年）的耕地总量分别为468.27×10⁶今亩、495.53×10⁶今亩、697.65×10⁶今亩和731.94×10⁶今亩,百年间耕地面积增加了约2.64亿今亩;垦殖率从开宝九年（976年）的10.8%,增加至元丰元年（1078年）的16.9%,提高了约6个百分点;而人均耕地面积由15.7今亩降至8.4今亩。② 从空间变化特征看,东南地区是北宋土地垦殖发展最快的地区,土地垦殖率增加了约12.0%,北宋中期长江中下游平原局部地区垦殖率高达40%;其次是北方地区,土地垦殖率增加了5.2%,北宋中期黄淮海平原的土地垦殖率也超过了20%;西南地区农业发展相对落后,区域土地垦殖率仅增加1.2%,除成都府路外,各路垦殖率均低于6%。③ 从评估结果看,本文所构建的路域耕地分配模型具有一定的可行性,相对误差绝对值小于20%的路域占总路数的84.2%,结果能较好地反映北宋时期路域耕地面积的时空变化特征。     

北宋中期耕地面积及其空间分布格局重建

以北宋暖期为研究时段,依据历史文献中有关“田亩”与“户额”的记载资料,通过对赋役、户籍、土地等制度的考证,订正了北宋中期各路耕地面积和府级人口数量;并以地面坡度、海拔高程和人口密度作为影响土地宜垦程度的主导因子,网格化重建了北宋中期境内耕地空间分布格局(60 km×60 km)。结果表明：(1) 北宋中期境内耕地约7.2 亿亩,北方占40.1%,南方占59.9%;人口数量为8720 万人,北方占38.7%,南方占61.3%;境内土地垦殖率为16.6%,人均耕地面积为8.2 亩。(2) 垦殖率较大的地区主要分布在黄淮海平原、长江中下游平原、关中平原、两湖平原以及四川盆地等,其垦殖率基本在40%以上;而岭南、西南(除成都平原外)、东南沿海和山陕黄土高原等地区垦殖率较低,其垦殖率大多小于20%。(3) 耕地分布在不同海拔高度和坡度上存在明显差异,其中低海拔(< 250m)、中海拔(250~1000 m) 和高海拔(1000~3500 m) 地区的耕地分别为4.43、2.15 和0.64 亿亩,其相应平均垦殖率为27.5%、12.6%和7.2%;而平耕地(≤ 2°)、缓坡耕地(2°~6°)、坡耕地(6°~15°) 和陡坡耕地(>15°) 的面积分别为1.16、4.56、1.44 和0.02 亿亩,其平均垦殖率分别为34.6%、20.7%、8.5%和2.3%。     

清代西南地区耕地空间格局网格化重建

本文以现代耕地分布格局为基础, 通过量化地形(海拔、坡度)、气候生产潜力(光照、温度、水分)和人口密度等因子与耕地空间分布的关系, 重建了清代西南地区6 个时点分辨率为10 km×10 km的耕地数据。结果表明:①就整体而言, 清代西南地区耕地空间格局的变化表现在两个方面:一是垦殖范围的扩张, 1661-1911 年土地垦殖率在0~10%的网格占比减少了约24%, 主要分布在四川盆地和云贵高原;二是垦殖强度的提高, 1661-1911 年垦殖率大于30%的网格占比提高了10.3%, 最为显著的是四川盆地和云南中东部地区。②就清代西南地区耕地数量增减来看, 整个时段可划分为3 个阶段:前期(1661-1724 年) “复原性”垦殖, 60 多年间土地垦殖率在0~10%的网格占比减少了11.4%;中期(1724-1820 年)缓慢“拓展性”垦殖, 全区垦殖率在0~10%的网格占比下降约7%, 在30%以上的网格占比提高约7%;后期(1820-1911 年)局部抛荒与再垦, 垦殖率在0~10%的网格占比从75.0%降至72.2%, 在30%以上的网格占比从9.1%提高至10.9%。相关分析表明, 本文网格化重建的清代西南地区的耕地空间格局具有一定的合理性。     

过去2000年中国农耕区拓展与垦殖率变化基本特征

通过梳理和集成近年研究成果,综述了过去2000年中国主要农耕区拓展的阶段性及其间全国耕地面积和其中近千年垦殖率变化的主要特征。主要结论有：① 中国主要农耕区第一次大规模拓展出现在西汉,从黄河中下游拓至整个长江以北地区;第二次在唐宋时期,主要是长江以南农耕区域从平原低地拓垦至丘陵山地;第三次在清中叶以后,主要是对东北、西北和西南等边疆地区的拓垦和山地的深度开发。② 过去2000年中国耕地面积呈波动增加趋势,公元初突破5亿亩（1亩≈ 667 m²）,8世纪前期突破6亿亩,11世纪后半叶达近8亿亩,16世纪后期突破10亿亩,19世纪前期突破12亿亩,1953年逾16亿亩,1980年逾20亿亩。③ 中国耕地空间分布的主体格局至11世纪前后就已基本奠定。1080年前后,黄淮海、关中平原等的垦殖率达30%以上,长江三角洲、鄱阳湖平原、两湖平原和四川盆地等达30%左右。1850年前后,华北平原、汾渭盆地和陇东地区、四川盆地、两湖平原、鄱阳湖平原及长三角地区等的垦殖率均超过30%。2000年前后,东北平原、黄淮海地区、汾渭盆地和陇东地区、四川盆地、长江中下游平原等农业区中有2/3以上垦殖率超过50%,辽西丘陵、坝上高原、黄土高原及南方各省的丘陵山地也多达15%以上;西北绿洲农业带及青藏高原河谷农业带的局部地区也达50%以上。     

新石器时代晚期华北地区耕地重建

全新世以来农业的起源使全球人类活动日益加剧,而新石器时代晚期（在中国大约距今7 ka—5 ka）农业发展正处于从刀耕火种向耒耜翻耕过渡阶段,由此被认为是人类活动改变自然植被的关键时期。中国华北地区丰富的考古遗迹记录了该时期人类活动的状况。基于已发现和挖掘的考古资料,运用考古学关联建模方法推算出新石器时代晚期华北地区各聚落遗址的人口规模与耕地面积,并在此基础上重建了耕地空间分布格局。结果显示：① 新石器时代晚期华北地区的人口规模至少为50.61×10 ⁴人。其中,河南地区人口最多,约为30.46×10 ⁴人,山东地区约13.72×10 ⁴人,河北地区约6.43×10 ⁴人。② 耕地面积至少约102.22×10 ⁴ hm2,约是现代耕地的4.6%,整个华北地区垦殖率达到1.99%。河南地区耕地面积最大,约为61.52×10 ⁴ hm2,垦殖率达3.68%;山东地区次之,约为27.72×10 ⁴ hm2,垦殖率为1.75%;河北地区最少,约为12.98×10 ⁴ hm2,垦殖率为0.69%。③ 遗址周围3 km范围内是个体聚落耕地的主要分布区,约占总耕地面积的83.43%。④ 在地形分布上,63.36%的耕地分布在低海拔的平原和台地,仅2.43%分布在海拔1000 m以上的地区。就耕地分布的坡度而言,81.55%的耕地分布在坡度小于2°的地区;16.61%的耕地介于2°~6°的缓坡地区;6°~15°的坡地地区仅占耕地的1.84%。     

对我国山区开发整治的几点看法

我国是一个以山地为主的国家。山地丘陵占全国领土面积的2/3。其余1/3虽属平川,但其中约有一半处于干旱草原或荒漠带,不宜垦殖。我国宜垦土地有限,全国耕地面积仅15亿亩,人均不到1.5亩,只及苏联或美国的1/8,印度的1/2。因此我国发展农业不能只盯着少数平川耕地,还必须开发山区。 长期以来,我国一直轻视山区工作,忽视对山区资源的合理利用和对生态环境的保护。问题很多,主要为:1.滥伐滥垦,搞掠夺性开发,是山区贫困落后的根源,使山区走入“越垦越穷,越穷越垦”的深渊而难     

清代中期苏皖地区耕地数据网格化处理及精度对比

格点化区域历史土地利用数据是进行历史土地利用/土地覆被变化环境效应模拟的基础。本文基于苏皖地区耕地垦殖倾向,分别采用清代中期苏皖地区省域及县域耕地数据进行网格化降尺度处理,分配至10 km×10 km的网格中,并将两种分配结果进行对比评估来定量探讨数据的空间范围大小对格点化数据的精度影响。得到以下结果:①用苏皖省域耕地数据和县域耕地数据模拟的网格化结果之间存在差异,平均差异率为16.61%。相对差异率较小(-10%~10%)的网格有24.55%,较大(>70%或<-70%)的网格有13.3%,主要存在于洪泽湖流域及苏北北部沿江平原(黄河改道前入海口处)。②苏皖地区清代中期耕地的空间分布具有一定的地域差异。耕地垦殖率较高的地区主要集中于苏南平原地区的太仓市和昆山市北部,苏皖西北部的砀山县、丰县和沛县,垦殖率均在80%以上;而苏北北部旧黄河入海口、洪泽湖流域、太湖流域及安徽南部山区丘陵地区垦殖率较低,多在10%左右。③1735 年耕地主要分布于海拔高度≤100 m,坡度≤2°的地区。到1980s 时,不同坡度下的垦殖率有较大增加。     

明代省域耕地数量重建及时空特征分析

基于明代册载田亩、屯田和人口数据,以及相关赋役制度和土地制度等史料,考察了明代册载田亩和屯田数据的合理性,辨识了导致明代册载数据失实的主要因素,重建了明代典型时点省域耕地面积。结果表明：① 册籍讹误、官民田和卫所屯田的分类统计及山、塘、湖、荡等非耕地的登册起科,是导致洪武和万历年间册载数据失实的主要原因。② 洪武年间河南和湖广册载田亩数据人均耕地面积畸高,其原因为“册籍讹误”,订正后的数值分别为41万今亩和18万今亩;该时期研究区阙载的屯田总额约为5620万今亩。③ 非耕地的登册起科主要出现在南方地区,且洪武和万历年间浙江、南直隶、江西、湖广等省的册载田土数据中非耕地占比分别为24.7%、23.3%、4.4%、3.7%和28.9%、16.2%、19.2%、11.6%。④ 洪武二十六年（1393年）至万历十一年（1583年）,研究区耕地总量由49 550万今亩增至75 430万今亩;省域土地垦殖变化呈现明显的区域差异,河南和山东两省垦殖率增量超过15个百分点,湖广和四川超过3个百分点,而其余各省增量低于1个百分点。区域历史时期土地利用/覆被变化数据重建,不仅是区域生态环境效应模拟的客观需求,也可为充实和完善全球数据集提供参考。     

19世纪末黑龙江省的耕地覆盖重建

揭示过去100年尺度上的土地利用/覆盖变化是认识人类活动对气候和环境影响的基础。本文在充分吸收既有成果的基础上,利用历史文献中的县(府、州、厅)级耕地面积记录,通过构建综合聚落、地形和水系信息的垦殖倾向指数模型,在1 km×1 km像元尺度上重建了黑龙江省19世纪末的耕地覆盖,并与基于卫星遥感反演的2009年的耕地覆盖进行了对比。结果表明,黑龙江省19世纪末的耕地总面积为25397.00 km~2,主要分布于中南部,其中在海伦市、巴彦县、五常市、呼兰区、双城市、望奎县有集中分布;2009年的耕地面积为163808.70 km~2,广布于西南部、中南部和东北部。20世纪期间,黑龙江省耕地面积增加了138411.70 km~2,与之对应,垦殖率由5.60%增加至36.20%,增幅为30.6%。这意味着,20世纪农业开垦改变了黑龙江省30.6%的自然地表性质,其中,大约60962.00 km~2(约占新增耕地的44.00%)来自对森林的开垦,这部分新增耕地主要出现在东北部和西部边缘地区。本文的重建结果为进一步研究20世纪农业垦殖的气候、生态和环境效应提供了高分辨率的基础数据。     

北宋路域耕地面积重建(英文)

Based on data on taxed-cropland area and on the number of households in historical documents, a probabilistic model of cropland distribution and a cropland area allocation model were designed and validated. Cropland areas for the years AD976, 997, 1066, and 1078 were estimated at the level of Lu(an administrative region of the Northern Song Dynasty). The results indicated that(1) the cropland area of the whole study region for AD976, 997, 1066, and 1078 was about 468.27 million mu(a Chinese unit of area, with1 mu=666.7m2), 495.53 million mu, 697.65 million mu, and 731.94 million mu, respectively. The fractional cropland area(FCA) increased from 10.7% to 16.8%, and the per capita cropland area decreased from 15.7 mu to 8.4 mu.(2) With regard to the cropland spatial pattern, the FCA of the southeast, north, and southwest regions of the Northern Song territory increased by 12.0%, 5.2%, and 1.2%, respectively. The FCA of some regions in the Yangtze River Plain increased to greater than 40%, and the FCA of the North China Plain increased to greater than 20%. However, the FCA of the southwest region(except for the Chengdu Plain) in the Northern Song territory was less than 6%.(3) There were 84.2% Lus whose absolute relative error was smaller than 20% in the mid Northern Song Dynasty. The validation results indicate that our models are reasonable and that the results of reconstruction are credible.     

北宋中期耕地面积及其空间分布格局重建(英文)

To understand historical human-induced land cover change and its climatic effects, it is necessary to create historical land use datasets with explicit spatial information. Using the taxes-cropland area and number of families compiled from historical documents, we esti-mated the real cropland area and populations within each Lu (a province-level political region in the Northern Song Dynasty) in the mid-Northern Song Dynasty (AD1004-1085). The es-timations were accomplished through analyzing the contemporary policies of tax, population and agricultural development. Then, we converted the political region-based cropland area to geographically explicit grid cell-based fractional cropland at the cell size of 60 km by 60 km. The conversion was based on calculating cultivation suitability of each grid cell using the topographic slope, altitude and population density as the independent variables. As a result, the total area of cropland within the Northern Song territory in the 1070s was estimated to be about 720 million mu (Chinese area unit, 1 mu = 666.7 m2), of which 40.1% and 59.9% oc-curred in the north and south respectively. The population was estimated to be about 87.2 million, of which 38.7% and 61.3% were in the north and south respectively, and per capita cropland area was about 8.2 mu. The national mean reclamation ratio (i.e. ratio of cropland area to total land area; RRA hereafter for short) was bout 16.6%. The plain areas, such as the North China Plain, the middle and lower reaches of the Yangtze River, Guanzhong Plain, plains surrounding the Dongting Lake and Poyang Lake and Sichuan Basin, had a higher RRA, being mostly over 40%; while the hilly and mountainous areas, such as south of Nanling Mountains, the southwest regions (excluding the Chengdu Plain), Loess Plateau and south-east coastal regions, had a lower RRA, being less than 20%. Moreover, RRA varied with topographic slope and altitude. In the areas of low altitude (≤250 m), middle altitude (250-100 m) and high altitude (1000-3500 m), there were 443 million, 215 million and 64 million mu of cropland respectively and their regional mean RRAs were 27.5%, 12.6% and 7.2% respectively. In the areas of flat slope, gentle slope, medium slope and steep slope, there were 116 million, 456 million, 144 million and 2 million mu of cropland respectively and their regional mean RRAs were 34.6%, 20.7%, 8.5% and 2.3% respectively.     

40年来长江九江河段河道演变及其趋势预测

利用地理信息系统(GIS)与数字高程模型(DEM)技术定量模拟40年来九江河段冲淤演变过程,结果表明: 1963~1972年总体表现为淤积,淤积量为6.505 hm³,平均淤积速率为0.65 hm³/a。1972~2002年总体表现为冲刷,冲刷量为20.720 hm³,平均年冲刷率为1.036 hm³/a。1963~2002年九江河床总体表现为冲刷,冲刷量为14.977 hm³。2003年与1963年比较,河床淤积区域主要分布在九江河道上段近南岸区域,中下段河道的中间区域;冲刷区域主要分布在九江河道上段的中间及近北岸区域,中下段河道两岸的近岸区域。中下段南岸的不断刷深和南偏对九江的防洪带来更大的压力。     

Reconstruction of <Emphasis Type="Italic">Lu</Emphasis>-level cropland areas in the Northern Song Dynasty (AD976–1078)

Based on data on taxed-cropland area and on the number of households in historical documents, a probabilistic model of cropland distribution and a cropland area allocation model were designed and validated. Cropland areas for the years AD976, 997, 1066, and 1078 were estimated at the level of Lu (an administrative region of the Northern Song Dynasty). The results indicated that (1) the cropland area of the whole study region for AD976, 997, 1066, and 1078 was about 468.27 million mu (a Chinese unit of area, with1 mu=666.7m²), 495.53 million mu, 697.65 million mu, and 731.94 million mu, respectively. The fractional cropland area (FCA) increased from 10.7% to 16.8%, and the per capita cropland area decreased from 15.7 mu to 8.4 mu. (2) With regard to the cropland spatial pattern, the FCA of the southeast, north, and southwest regions of the Northern Song territory increased by 12.0%, 5.2%, and 1.2%, respectively. The FCA of some regions in the Yangtze River Plain increased to greater than 40%, and the FCA of the North China Plain increased to greater than 20%. However, the FCA of the southwest region (except for the Chengdu Plain) in the Northern Song territory was less than 6%. (3) There were 84.2% Lus whose absolute relative error was smaller than 20% in the mid Northern Song Dynasty. The validation results indicate that our models are reasonable and that the results of reconstruction are credible.     

Modelling the impacts of cropland displacement on potential cereal production with four levels of China’s administrative boundaries

Cropland displacement, as an important characteristic of cropland change, places more emphasis on changes in spatial location than on quantity. The effects of cropland displacement on global and regional food production are of general concern in the context of urban expansion. Few studies have explored scale-effects, however, where cropland is displaced not only within, but also outside, the administrative boundary of a certain region. This study used a spatially explicit model (LANDSCAPE) to simulate the potential cropland displacement caused by urban land expansion from 2020 to 2040 at four scales of the Chinese administration system (national, provincial, municipal, and county levels). The corresponding changes in potential cereal production were then assessed by combining cereal productivity data. The results show that 4700 km² of cropland will be occupied by urban expansion by 2040, and the same amount of cropland will be supplemented by forest, grassland, wetland, and unused land. The potential loss of cropland will result in the loss of 3.838×10⁶ tons of cereal production, and the additional cropland will bring 3.546×10⁶ tons, 3.831×10⁶ tons, 3.836×10⁶ tons, and 3.528×10⁶ tons of potential cereal production in SN (national scale), SP (provincial scale), SM (municipal scale), and SC (county scale), respectively. Both SN and SC are observed to make a huge difference in cereal productivity between the lost and the supplemented cropland. We suggest that China should focus on the spatial allocation of cropland during large-scale displacement, especially at the national level.     

中美巴印过去300年耕地时空变化的比较研究

本文利用长时间序列数据,对中、美、巴、印四国过去300 年耕地时空变化特征及驱动因素进行了比较分析。结果表明:①四国耕地总量在过去300 年均呈持续增长态势。中国和印度土地垦殖历史悠久,其中,中国在1700-1980s 耕地面积增加了68.21×10⁴ km²,印度在1700-2000 年增加了131.28×10⁴ km²,为中国的1.92 倍;美国和巴西虽然农业起步较晚,但发展迅猛,其中,美国在1700-1950 年的250 年间耕地面积增长了190.87×10⁴ km²,分别是中国、印度增量的2.80 倍和1.46 倍;巴西在1700-2000 年增加了64.57×10⁴ km²,其中近百年的增量为62.82×10⁴ km²,超过了同期其他三国的增加量。②从空间格局变化特征看,近300 年来,中国和印度均是在已有耕地分布格局的基础上向高原及山地丘陵地区扩展;而美国在“西进运动”的影响下,耕地大规模向中西部拓殖;巴西随着向北西部开发的推进,北部、西部地区的耕地急剧增加。③过去300 年推动四国土地垦殖发展最直接的驱动因素是国家政策,但就根本驱动因素而言,中国和印度是人口,而美国和巴西则是国家财政;在农技发展取向方面,中国和印度选择了精耕细作以提高土地生产率;而美国和巴西则选择了机械化以提高劳动生产率。