气候变化和人类活动对北方农牧交错带耕地时空变化贡献程度的空间辨识

For the climate change, food security and land use and land cover change, it is an important issue to study the contribution of climate change and human activities to cropland temporal-spatial change. The cropland of agro-pasture ecotone will be selected as the study object. Based on the climate data and image interpretation data of cropland, changes of moisture-thermal conditions and the cropland will be explored. Then, we will consider the coupling relationships between climate change and cropland change from the point-line-region perspective. According to the local crop parameters, potential distribution of cropland in different period will be simulated by the GAEZ model. We will compare the potential distribution to the cropland reclamation and abandonment to analyze the contribution of climate change and human activities. In addition, the questionnaire will be investigated in the reclamation and abandonment areas, combined with the changes of moisture-thermal conditions, the spatial choice model will be employed to explore the internal mechanism of the reclamation and abandoned. The contribution of climate change and human activities to cropland temporal-spatial change can be identified spatially. The research will help us to understand the driving process of cropland in agro-pasture ecotone and it will have important realistic significance for the adaption of climate change and mitigation the reverse impact on agriculture.

研究气候变化和人类活动对耕地时空变化的贡献程度是当今气候变化、粮食安全和土地变化领域的热点问题。本项目以北方农牧交错带的耕地为研究对象，以定量研究为核心，以空间辨识为目的，系统评价两者在耕地开垦与弃耕过程中的贡献程度。拟基于气象数据和耕地变化信息，分析1980年以来水热条件时空变化和耕地格局变化特征；在此基础上，从点、线、面三个角度交互探讨气候变化与耕地变化的时空耦合特征；结合当地作物生长参数，基于农业生态地带模型对不同时期耕地潜在分布进行模拟，将潜在分布与现实耕地开垦和弃耕现象相对比，分析气候变化和人类活动的驱动作用与耕地利用变化的生态过程；基于问卷调查，结合空间选择模型与水热条件趋势组合，分析农民土地利用方式意愿选择，实现气候变化和人类活动对耕地时空变化贡献程度的空间辨识。研究有助于理解北方农牧交错带耕地变化过程的驱动作用机理，对因地制宜地采取应对气候变化的措施具有重要的现实意义。

研究气候变化和人类活动对耕地时空变化的贡献程度是当今气候变化、粮食安全和土地变化领域的热点问题。本项目选取北方农牧交错带为研究区，以定量研究为核心，以空间辨识为目的，系统评价气候变化和人类活动在耕地开垦与弃耕过程中的贡献程度。基于气象数据和耕地变化信息，分析1980年以来水热条件时空变化和耕地格局变化特征；在此基础上，交互探讨气候变化与耕地变化的时空耦合特征；基于气候界线和土地利用界线，通过垂直和水平方向变动探测方法（FishNet）和界线变迁方向变动探测方法（DSAS）对气候界线与土地利用界线的时空分布格局进行探测，定量分析了不同时期气候对农牧交错带界线变迁影响的贡献率，实现气候变化和人类活动对农牧交错带界线变迁的贡献程度的空间辨识。研究结果表明：（1）近30年研究区积温呈上升趋势，其增加趋势在21.4°C•d/10a-155.2°C•d/10a之间变动；呈干旱趋势的有内蒙古东部、甘肃西北部以及河北、北京、辽宁的部分地区。（2）1980s-2000s，北方耕地呈增加趋势，其增加的面积（10.23Mha）大于减少的面积（2.94Mha）。耕地开垦主要发生在东北地区和内蒙古东部地区，而弃耕主要发生在华北和西北地区。（3）1980s-1990s超过60%的耕地开垦发生在暖湿化区域；但是，1990s-2000s大约70%的耕地开垦发生在暖干化区域。除气候变化影响外，实施于1999年的退耕还林还草工程以及城市化进程是影响耕地转化的主要人类活动因素。（4）气候与土地利用界线空间分布格局及气候贡献率在不同时期、不同区域差异较大，在西北地区变幅最小，东北地区变幅最大。在大兴安岭东南缘农田控制水源涵养生态功能区西北段以及内蒙古高原东南缘农、林、牧业生态-生产功能区西北段，气候与土地利用界线空间耦合关系最为密切，在该地区基于FishNet方法下水平方向上气候贡献率达10.7%-44.4%，垂直方向上达4.7%-55.9%；基于DSAS方法下气候贡献率为1.1%-16.8%。在将来的研究中，需要进一步分析人类活动的具体因素对北方农牧交错带界线变迁的定量贡献，以明确人类活动对北方农牧交错带耕地与草地分布的驱动作用。