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。     

清至民国洛川塬土地利用演变及其对土壤侵蚀的影响

依据史料和已有研究,恢复了洛川塬土地利用的演变过程及其对土壤侵蚀的影响。研究表明,清至民国时期是一个由土地垦殖的初步恢复到土地垦殖力度的增强、垦殖范围的扩大,再至战乱、自然灾害后期的重建以及民国时期土地垦殖发展的过程。地貌的复杂性、降水的不稳定性,对土地开垦造成客观限制;政策制度的推行对土地开垦起到主导作用;而人口因素是土地开垦的根本动力。土地开垦面积随不同时期的人口变化而呈现显著差异,即土地开垦面积和人口数量之间成正相关关系。洛川塬环境伴随着人口增长、土地利用强度增强而逐步恶化。这种恶化是地理环境系统自我调节能力减弱,继而引发土壤侵蚀加剧,并呈现为人为加速侵蚀和自然侵蚀交相混合的共同作用。     

西藏雅鲁藏布江中游河谷地区1830年耕地格局重建

通过收集、整理《铁虎清册》中记录的雅鲁藏布江中游河谷地区1830年的耕地税收数据,将其换算为现代耕地面积,在此基础上运用网格化模型重建出该区1 km×1 km空间分辨率的耕地格局。结果显示：① 从耕地数量分析,1830年研究区耕地面积约895 km²,其中政府占有耕地39%,贵族占有耕地31%,寺庙占有耕地29%。② 从耕地分布格局分析,研究区内耕地分布较少,只有27.4%的网格具有耕地分布,且呈分散分布状态,耕地主要分布在雅鲁藏布江干流及主要支流宽阔的河谷地区。③ 从垦殖程度分析,全区垦殖程度较低,其平均垦殖率仅有0.6%,其中垦殖率最高的地区是拉萨,平均垦殖率为6.3%;日喀则、江孜、乃东、琼结等地垦殖率均达到3%左右;工布地区和西部县区垦殖率均在1%以下,耕地垦殖率区域差异明显。     

1700—1978年云南山地掌鸠河流域耕地时空演变的网格化重建

基于多源数据资料重建小尺度区域历史时期土地利用/覆盖变化,对深入理解土地利用变化的驱动力机制及其环境和气候效应具有重要意义。本文利用从流域尺度聚落格局演变重建到聚落尺度耕地数量和空间分布重建,再到流域尺度耕地格局重建的思路,以云南山地典型的中小流域为研究区,以历史文献资料、田野考察资料、历史地理学研究成果、档案资料、现代统计资料、地理基础数据为支撑,综合考虑区域自然因素（坡度、海拔高度）、人文因素（人口、政策、农业技术、耕地与居民点距离）,设计了历史时期山地小尺度区域耕地网格化重建模型,重建了1700—1978年具有明确时间和空间属性的网格化耕地格局。结果表明：① 掌鸠河流域的耕地面积近300 a增长6.3倍,垦殖率从1700年的2.1%上升到1978年的15.6%。② 不同地形区的耕地面积差异较为显著,其中山区和半山区的耕地面积最大,且增长速度最快;平坝区和中下游河谷区的耕地面积增长相对平缓,是自然环境、人口、政策和农业技术等因素综合作用的结果。③ 通过总耕地面积和人均耕地面积等对结果进行验证,证明了重建结果的合理性。本文设计的网格化重建模型可以为模拟具有明确时间和空间属性的小尺度区域历史耕地网格化数据集提供参考。     

近300年中国耕地数据集重建与耕地变化分析

针对中国历史时期不同政体耕地记录的特点,分别采用因素修正、引用替换、线性内插、衔接对比、人地关系检验、垦殖趋势检验、行政面积比例调整等方法对历史耕地数据进行修正,重建了基于现代省界的近300年中国分省耕地数据集,从数量角度对中国耕地总量和分省耕地变动特点进行分析,得到以下主要结论：① 在耕地总量上,SAGE和周荣的数据明显高估,本文结果与HYDE、CHCD和章有义数据的平均差异率在15%以下;但在省域尺度上,与SAGE、HYDE数据库存在明显差异,相对差异率>30%的省份比重分别为94%和61%,与CHCD数据较为接近,相对差异率>30%的省份比重为22%,但部分省份差异明显,仍需进一步分析研究;② 伴随清中期后的人口爆炸,近300年中国耕地增长近3.2倍,由清朝初年的42.4×10⁶ hm²增加至1985年的136.9×10⁶ hm²,根据增长速率变化可分为五个阶段,即清前中期快速增长阶段、清后期低速增长阶段、民国时期波动阶段、建国初期剧烈增长阶段和建国后耕地流失阶段,影响耕地变化主要是国家政策、战乱、经济发展等驱动因素。③ 从省域尺度看,近300年中国各区域耕地变化差异显著。清初,中国耕地主要集中于长江中下游平原、黄淮海平原、关中盆地及银川平原等地,此后,内地的垦殖活动不断增强,外围农区呈由南向北的趋势不断开荒。建国后,耕地开垦逐步向西北和东北方向发展。     

鄂尔多斯农牧交错土地利用格局的演变与机理

依据史料和已有研究成果恢复了鄂尔多斯农牧交错土地利用格局的演变过程,即清代、民国是一个由自发开垦到政府组织开垦、由汉人租佃开垦到蒙汉共同开垦、由鄂尔多斯周缘 向其内部深入的过程。进而从自然条件、人口压力、经济利益和民族融合等因素的作用探讨 鄂尔多斯农牧交错土地利用格局的演变机理。清代气候进入暖湿期,为土地开垦奠定了条件; 生态系统脆弱性又阻碍了过度开垦。中国人口空前增长和耕地单产徘徊促使耕地开发向边疆 拓展;鄂尔多斯与周边的人口梯度力以及黄土高原土地退化对人口的排斥力是促进鄂尔多斯土地开垦的根本动力。无论是民间自发的还是政府组织的,都是在追逐利益中促进了土地开垦;同时,中央与地方、蒙古人与汉人、豪强与贫民之间的利益争夺阻碍了开垦进程。蒙汉 人口结构改变和开垦中建立的共同利益关系促进了民族融合,其中的彼此接受和排斥,既加强了农业的地位,又巩固了畜牧业的地位。鄂尔多斯的农牧交错土地利用格局正是这些因素 的共同驱动和阻碍的平衡中形成和发展的。     

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。     

基于聚落地名记录的过去300年吉林省土地开垦过程

聚落作为一种土地利用类型,是人类活动与自然环境之间相互作用的综合反映。新开垦区的聚落建立与农业土地开垦相辅相成,聚落格局演变可反映出土地开垦的过程。聚落地名,记录人类移居到新开垦区域时的直观状况,对于认识土地开发过程和恢复土地利用/覆被变化的历史进程有着重要的价值。本文根据地名志资料,将聚落地名依据不同的土地开垦类型进行划分,提出了土地开垦-聚落地名的分类方法,在此基础上辨识出土地开垦-聚落类型,即官垦聚落和民垦聚落,其中民垦聚落又可分为自发移民聚落和政府招垦聚落,并得到各类型聚落近300年来的时空格局演变过程,为认识吉林省土地利用/覆被变化提供依据,也为利用聚落地名进行土地开垦格局重建提供尝试。     

太平天国战争前后安徽的垦殖考量

以安徽垦殖为例,充分考虑各种误差因素,把误差控制在一定范围的要求,借助历史学的研究方法对文献资料进行考证与鉴别,运用现代的统计科学对数据进行一致性检验与修正,尝试对太平天国战争前后安徽的垦殖变动进行量化处理,提出耕地数据重建及无资料时段垦殖率插补的可行性方法,并以此完成战争前后分县垦殖率的重建,进而利用GIS再现区域垦殖变化格局。资料检验表明,这是一种较为合理的土地利用空间格局度量方法。     

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。     

1974-2011年白洋淀土地覆盖时空变化特征

在野外调查的基础上,运用遥感和地理信息系统技术对1974年、1979年、1984年、1987年、1989年、1991年、1996年、2001年、2006年和2011年10期遥感影像进行解译和分析,揭示了白洋淀近37年土地覆盖动态变化。结果表明:近37年白洋淀土地覆盖类型变化极为复杂,主要表现为水体、芦苇地、耕地3种土地覆盖类型相互转化。1974-2011年,水体面积从58.01 km2上升到80.07 km2,芦苇地面积从104.94 km2下降到72.95 km2,水生植被从14.02 km2下降到4.27 km2。1974-2011年,耕地、水体、芦苇地、居民点转化为其它类型的比例相对较小,分别为39.25%、34.46%、53.74%和18.15%。水体面积增加主要分布在地势较低的东部和北部地区,水体面积减少主要分布在地势较高的西南地区。水位变化、入淀径流量变化、淀区气候变化、人类活动及管理政策是白洋淀土地覆盖变化的驱动因子。研究揭示了白洋淀土地覆盖与人类活动的相互作用关系,对白洋淀土地管理和生态系统服务可持续供给具有重要意义。     

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。     

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。     

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.     

基于地貌分区的1990-2015年中国耕地时空特征变化分析

地形地貌通过分配地表水分和热量制约耕地的利用形式和成效,对耕地质量具有非常重要的决定意义,以地貌分区的视角研究中国耕地变化具有重要意义。根据1990-2015年中国6期土地利用空间数据和地貌分区数据,运用GIS空间叠加分析方法,分析中国耕地1990-2015年的面积变化和空间分布格局,进一步探讨不同地貌分区下的耕地新增与流失方向。结果表明,中国耕地面积略有增加,但总体变化不大,耕地面积从1990年的17715万hm²增加到2015年的17851万hm²,平均每年增加5.44万hm²,每年增幅仅为0.03%。耕地主要分布在平原地区,台地、丘陵次之;新增耕地主要来源为草地、林地和未利用地。东部平原低山丘陵区（I）耕地面积最大,而西北高中山盆地高原区（IV）耕地动态度明显高于其他地貌区。空间上呈现“南减北增,新增耕地的重心向西北移动”的特征。1990-2015年间,西北高中山盆地高原区（IV）和东部平原低山丘陵区（I）为耕地面积增长区,平均每年增加耕地面积分别为8.9万hm²和5.4万hm²;东南低山丘陵平原区（II）和西南中低山高原盆地区（V）为耕地面积减少区,平均每年减少耕地面积分别为5.9万hm²和2.8万hm²;而华北—内蒙东中山高原区（III）和青藏高原高山极高山盆地谷地区（VI）耕地面积几乎没有变化,平均每年变化仅为0.15 万hm²和0.06万 hm²。耕地流失主要发生在东部平原低山丘陵区（I）和东南低山丘陵平原区（II）,主要原因为城镇化进程加快带来的建设用地对优质耕地的大量占用;而新增耕地主要发生在西北高中山盆地高原区（IV）,多来自于对草地和未利用地的开垦。     

江苏沿海滩涂围垦耕地质量演变趋势分析

淤涨型沿海滩涂作为中国重要湿地和耕地后备资源,承担着生态保护、社会保障、经济发展等多重服务功能。选取江苏中部淤涨型滨海滩涂开展实证分析,分析围垦年限为0~40年滩涂垦区耕地质量因子空间差异,采用“时空代换”方法揭示滨海滩涂围垦后耕地质量的演变趋势,为沿海滩涂围垦区耕地资源可持续利用提供决策参考。结果表明：江苏中部沿海滩涂土壤总体呈现盐碱度高、养分贫瘠等特征且土壤理化性质变异程度高,土壤质地呈现显著南北和陆海梯度特征。滩涂垦区围垦初期地形、植被状态和围垦后滨海滩涂转变为耕地路径对耕地质量演变趋势均具有重要影响。沿海滩涂转为耕地路径由垦区自然条件、开发主体、开发规模等因素共同作用,江苏中部沿海滩涂转为耕地路径已从“盐生植被→养殖水体→耕地”转变为“盐生植被→耕地”,该转变缩短了滩涂转为耕地的周期,但同时也带来围垦滩涂撂荒闲置现象。围垦后沿海滩涂土壤逐步向耕地土壤转变,耕地质量因子演变趋势可分为四种：上升型,如土壤全磷、有效磷、粘粒含量;下降型,如土壤砂粒含量;下降—上升型,如有机质、全氮、碱解氮和CEC;上升—下降型,如土壤盐分和pH。围垦初期,滩涂土壤脱离海水环境,土壤有机质发生矿化过程呈现下降趋势,土壤盐分和pH受到蒸发和蒸腾作用急剧上升;围垦中期,受到人类耕作作物秸秆等有机物输入以及施肥的影响,土壤有机质、养分等呈现上升趋势,土壤盐分和pH呈现下降趋势;围垦后期,耕地质量因子受到耕作管理影响存在一定幅度的波动,由于沿海滩涂垦区耕地形成时间短,耕地质量对耕作管理等因素敏感度高。