基于历史耕地回溯模型的近300年中国时空连续耕地数据重建研究

Historical land use and cover change (LUCC), which is an important part of global change research, has been one of the hot topics of international concerns. To facilitate the study of spatiotemporal dynamics of land-use and its impacts on climate and ecology, it is crucial to reconstruct the historical land-use in long time series. The study period of this project is the past 300 years with a rapid population growth and land-use changes. With arable land, which guides and controls the process of land-use changes in China, as study object of this project, this study aims to focus on historical data revise and spatial pattern reconstruction. Based on collating and revising the existing data, this study is going to systematically analyze the expanding process of historical arable land and fully tap arable land-use evolution rules. Under the constraints of quantity, border and rules, a historical backtracking model of the arable land is built. Through evaluating accuracy and precision of the backtracking results, a continuous historical arable land-use dataset (at a 1 km×1 km resolution) in typical study area during the past 300 years is going to be formed. The project is looking forward to providing method references for historical land-use reconstructing.

历史时期土地利用与覆被变化是全球变化研究的重要组成部分，长时间序列的土地利用数据重建对研究土地利用时空变化，以及分析、预测由其产生的气候和生态效应具有重要作用。本项目拟选取人口快速增长、土地利用与覆被急剧变化的近300年为研究期，以引导和控制中国土地利用变化过程的耕地为对象，从历史数据订正与空间格局重建两方面进行研究。在对现有历史数据甄别、整理和订正的基础上，系统剖析历史时期耕地空间拓展的地理过程，充分挖掘耕地演化规则，建立历史耕地回溯模型，重建近300年典型区域（江苏省和山东省）1km格网时空连续耕地数据集，以期为探索历史时期耕地变化规律与驱动机制提供思路借鉴，为历史土地利用数据集重建提供方法支撑。

大量研究表明，土地利用/覆被变化（LUCC）对区域乃至全球气候与生态环境变化都有着重要影响。随着相关研究的不断深入，作为各类LUCC效应模型的重要边界条件，历史土地覆被数据逐渐成为开展长时间尺度全球环境变化模拟研究的关键。特别是过去300年，人类活动对地球系统的干扰开始加剧，重建这一时段的土地覆被数据对深入理解覆被变化过程及其气候和生态效应至关重要。近年来，我国学者对中国历史时期耕地变化进行了较为广泛的研究：在耕地数据修正方面，历史地理学者已取得丰硕的研究成果，但由于相关数据来源复杂、重建方法多样，导致研究结果的差异较大；在空间格局重建方面，可分为单地类垦殖率和多地类空间网格化，大范围的耕地空间格局重建成果以垦殖率为主，空间分辨率较低，这与深入分析全球变化陆地表面过程研究对土地利用/覆被变化基础数据的要求仍有一定差距。本研究以引导和控制中国土地利用变化过程的耕地为对象，沿袭数量订正与空间重建的整体思路，从历史耕地数据校核和地理空间建模两方面开展了深入研究。在耕地数量校核方面，针对中国历史时期不同政体耕地记录的特点，综合了多方面的数据来源，在对现有历史数据进行甄别、整理和订正的基础上，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。在耕地空间重建方面，突破采用基于总量进行空间分配的传统方法，考虑到耕地连续性分布及相关空间约束特点，基于约束性元胞自动机模型提出重建历史时期土地利用空间格局的方法，给出了模型建立、参数识别和结果验证的方法，结合数据可获得性，采用1km空间格网，以中国传统农区中的江苏省（北亚热带，长江中下游农业区）和山东省（暖温带，黄淮海农业区）为典型区进行了历史耕地空间格局重建。通过与空间分配方法进行对比，结果表明该方法能较为客观地反映历史时期耕地空间格局的演变过程，可为历史LUCC研究提供新的方法借鉴。在上述核心研究的基础上，围绕后期研究方法的完善和研究区域的拓展，还进行了外围耕地界线变迁、耕地变化影响因素分析等内容的探索。本项目严格按照任务书开展工作，研究计划和研究内容均未发生变化。截至2014年12月，本项目在国内外学术刊物发表研究论文7篇，其中SCI收录论文3篇，国内具有重要影响的核心期刊论文4篇；培养硕士研究生3人。