过去300年中国北方东部地区耕地覆盖变化重建与数据整合研究

Reconstruction of historical land cover changes in China on regional scale for global change research is very necessary. This research will reconstruct the cropland cover change in east northern China during the past 300 years and transfer the results into the standard gridded data sets, using the method of integration of historical documents, data calibration and combination of GIS with mathematical model. It focuses on issues of data source selection, time section and resolution, principle of gridding distribution, and comparison between methods of reconstruction of different reclamation mode, to answer the key question that how to reconstruct datasets of historical cropland cover on regional scale with high accuracy and clear spatial pattern meeting the requirement of global change research . Its goal is to improve the reconstruction method of the historical regional cropland cover changes, and provide gridded cropland cover data sets in east northern China during the past 300 years.

面向全球变化的中国区域尺度历史土地覆盖变化空间重建十分必要。本研究将采用历史文献集成与数据同化处理、GIS与数学模型等相结合的方法，对过去300年我国北方东部地区耕地覆盖变化进行重建和网格化处理，围绕数据源选择、时间断面与分辨率、网格化分配原则、不同区域重建方法适用性比较等关键问题，探求如何重建较高精度且空间分布清楚的符合全球变化研究需求的区域历史耕地覆被数据集的核心问题。以改进中国区域尺度历史耕地覆盖变化重建方法，并提供北方东部地区过去300年耕地网格化数据集。

本项目主要进展如下：（1）通过整合东北三省、北方东部农牧交错带、华北地区3个区域过去300年历史耕地变化重建数据集，建立了过去300年北方东部地区耕地数据集；（2）基于地方志、调查统计数据、现代遥感土地覆盖数据和已有研究成果，量化自然影响因子，构建宜垦性模型，集成重建了华北地区过去300年县级尺度单元下，17世纪后半叶、18世纪、19世纪、1916、1933、1980s和2008共7个时间断面，分辨率为10km×10km的耕地网格化数据集；（3）分析华北地区过去300年耕地面积变化，得到其总体变化趋势可分为清初到康熙末年（1721）的耕地稳定增长阶段，18 世纪中期到19 世纪的耕地平稳和缓慢增长阶段，20世纪初到中期的耕地迅速增长阶段和建国以后耕地的迅速下降时期4个阶段；（4）分析华北地区过去300年耕地空间分布变化趋势，可以看出17 世纪后半叶至20 世纪80年代，耕地向山区扩展，平原地区垦殖率不断增加；（5）基于数据源与网格化方法，对苏皖地区耕地数据集精度进行评估。发现CHCD、HYDE和SWCD在总量上较为一致，但具有空间差异；利用县域耕地数据重建能够较省域数据重建提高精度；使用潜在耕地垦殖率可增加空间分布的差异性，但差异不显著；温度因子不影响网格结果；河流湖泊的不同处理会产生较大差异；历史时期网格大小的差异对数据精度的影响要较现代小；（6）利用北方东部过去300年耕地数据、土地开垦政策的文献和气候、地形数据，对几种不同土地利用模式的开垦扩张过程、原因、差异等进行分析。结果表明：①中国北方东部地区土地利用模式的差异主要是移民开垦区和传统农业区的区别，受到气候和地形适宜性、移民源地远近、移民通达性、开垦政策、人口密度等的影响；②东北平原与北方东部农牧交错带农业区两种农业利用模式下均形成了农耕中心，但在垦殖率、连续性方面呈现不同特点；东北平原移民开垦农业区开发较晚，华北平原集约式农业区开发较早，两种土地利用模式下分别形成农耕中心分化与农耕区连片两种特点。