中国传统农区历史耕地数据网格化方法

建立具有空间属性的历史时期土地覆被数据集有助于更好地模拟土地覆被变化的气候 与生态效应。根据我国历史时期土地开发利用的特点, 深入分析了影响我国历史时期土地开 发利用的主导因子, 量化了海拔高度、坡度、人口分布等自然及人文要素与耕地分布的关系, 并以此为依据设计了一套将我国传统农区历史耕地数据网格化的方法与算法模型, 计算各网 格(分辨率为60 km×60 km) 耕地面积占整个农区耕地总面积的比重、以及各网格的耕地面 积与垦殖率; 同时利用基于《嘉庆重修一统志》重建的中国传统农区历史耕地资料, 采用上 述方法与算法建立了研究区内1820 年(清嘉庆二十五年) 60 km×60 km 空间尺度的耕地数据 集, 并绘制了分布图。重建结果与册载府级田亩数据的比较分析表明: 该方法与算法可以有 效地将以行政区域为统计单元的中国历史耕地数据量化为具有统一且更高空间分辨率的网格 化数据集。     

中国传统农区1820年耕地数据网格化方法

Recent studies have demonstrated the importance of LUCC change with climate and ecosystem simulation, but the result could only be determined precisely if a high-resolution underlying land cover map is used. While the efforts based satellites have provided a good baseline for present land cover, what the next advancement in the research about LUCC change required is the development of reconstruction of historical LUCC change, especially spatially-explicit historical dataset. Being different from other similar studies, this study is based on the analysis of historical land use patterns in the traditional cultivated region of China. Taking no account of the less important factors, altitude, slope and population patterns are selected as the major drivers of reclamation in ancient China, and used to design the HCGM (Historical Cropland Gridding Model, at a 60 km×60 km resolution), which is an empirical model for allocating the historical cropland inventory data spatially to grid cells in each political unit. Then we use this model to reconstruct cropland distribution of the study area in 1820, and verify the result by prefectural cropland data of 1820, which is from the historical documents. The statistical analyzing result shows that the model can simulate the patterns of the cropland distribution in the historical period in the traditional cultivated region efficiently. Foundation: National Natural Science Foundation of China, No.40471007; Innovation Knowledge Project of CAS, No.KZCX2-YW-315 Author: Lin Shanshan (1982–), Master, specialized in historical environmental change.     

20世纪中国耕地格网化数据分区重建

针对中国国家尺度层面耕地历史数据集的缺乏,提出了分区建模的方案.首先,将中国定性划分为四大区域,即传统农区、东北地区、西北地区、青藏地区;在此基础上,分别量化地形、人口要素与耕地分布之间的关系,构建空间格网化模型.利用该方案,重建了中国1913、1933、1950、1970、1990 和2000 年6 个时间断面空间分辨率为10 km的格网化耕地数据.对比1990 年的重建结果与遥感解译结果,发现无论是县域尺度,还是栅格尺度,数据集的准确性都较高.对重建的耕地数据集进行分析发现,近百年来中国的耕地面积出现先增后减的趋势,拐点大体在20 世纪后期,不仅是耕地总量的先增后减,而且垦殖强度也是先增后减,但区域之间并不一致,其中变化较大的是东北和西北地区.     

清代中期江苏省土地利用格局网格化重建

针对当前历史土地利用空间重建研究多基于单一地类且空间分辨率较低的特征,提出较高分辨率全地类土地利用空间重建方法。以1820年为时间断面,以现代江苏省域为研究区,以历史文献记载、历史地理学研究成果、现代统计数据、自然环境数据等为支撑,将土地利用类型划分为耕地、聚落用地（含城镇用地、农村居民点用地）、水域和其他用地（含林草地及未利用地）,考虑区域自然资源和社会经济特征,提出理论假设,对府级耕地、城镇用地、农村居民点用地数量进行修正;沿用以现代土地利用格局为基础反演历史土地利用格局的基本思路,从人地关系角度出发,采用治所邻近度分析、综合评价等方法重建了1820年100 m×100 m空间格网下的江苏省土地利用格局,同时,通过不同地理分区统计及降尺度对比间接验证等分析了重建结果。结果表明：① 1820年江苏省耕地、城镇用地、农村居民点用地、水域用地及其他用地面积分别占区域总面积的48.49%、4.46%、0.16%、15.03%和31.86%;② 1820年研究区内土地垦殖率较高,但建设用地比率较低,受人口分布、地形及河网密度等影响,不同地理分区土地利用差异较为显著;③ 农村居民点用地及耕地的降尺度分析结果均呈显著线性正相关,在一定程度上表明研究结果具有合理性。     

区域土地利用转型与土地整理

目前,我国城市土地利用结构远未达到优化的水平,农业土地利用的规模不经济等土地利用问题都可通过土地整理加以解决,我国未来土地管理的任务会更多的在"土地整理"方面。我国土地整理的根本任务是形成合理、高效、集约的土地利用结构,增加有效耕地面积,提高土地利用效率,适应社会经济发展对土地的需求。我国地域辽阔,社会经济发展程度存在明显的区域差异,正是因为社会经济发展程度的这种区域差异,它将导致在同一时段内含有不同的土地利用转型阶段。大多数区域的土地利用形态都要经历一些发展阶段,即经过一段时期的持续变化后,直至与其它类型之间达到一个新的平衡。因此,有关部门在制定有关土地整理的目标、模式及政策的过程中,也要充分考虑待整理区所处的土地利用转型阶段,因为在通常情况下这些阶段是区域发展进程中必须要经历的。然而,通过实施土地整理,调整用地结构,可加快社会经济的发展,促使区域土地利用转型阶段的转变,同时它也会向土地整理提出新的更高层次的要求,以实现土地资源的可持续利用。     

Reconstruction of historical arable land use patterns using constrained cellular automata: A case study of Jiangsu,China

The reconstruction of arable land patterns over historical periods is one of critical research issues in the study of land use and land cover change (LUCC). Taking into account the continuous distribution of arable land and spatial constraints, this paper proposes a constrained cellular automata model to reconstruct historical arable land patterns. The paper describes model establishment, parameter calibration, and results validation in detail. The model was applied to Jiangsu Province, China, and was compared with a conventional spatial allocation method. The results showed that the methodology developed in this study can more objectively reflect the evolution of the pattern of arable land over historical periods, in terms of similarity with contemporary pattern, than the spatial allocation methods and can provide an effective basis for the historical study of arable land.     

土地利用/土地覆被时空分布100 年数字重建 ——-以大庆市杜尔伯特蒙古族自治县为例

长时间序列的土地利用/ 土地覆被数据是开展全球变化、可持续发展及生态安全等各项研究的重要基础。然而,早期的土地利用/ 土地覆被数据,特别是卫星遥感数据出现之前 的土地利用/ 土地覆被信息通常很难获取。利用TM、MSS 遥感影像数据和地形图、气候、地质、地貌、土壤、植被、水文等自然环境背景图件以及数据,社会经济统计数据等多源数 据,选择大庆市杜尔伯特蒙古族自治县作为典型案例区,在GIS 技术支持下建立了土地利用/ 土地覆被数字重建模型,再现了典型研究区20 世纪30 年代和50 年代土地利用/ 土地覆被空间分布状况。通过野外调查和历史文献资料对土地利用数字重建结果进行精度评价并初步得到以下结论：① 采用逐个图斑跟踪记录的方法对研究区各个时期土地利用/ 覆被变化的敏感 性进行分析,有利于揭示区域土地利用/ 土地覆被变化的规律;② 在定量、定位分析环境背景对土地利用/ 土地覆被分布及其变化的影响基础上,综合判断各种土地利用/ 土地覆被分布概率,其结果可为土地利用数字重建提供依据;③ 对1:10 万地形图提取土地利用信息的可行性与可信度分析表明,地形图中土地利用信息完全能够达到一级土地利用分类精度,同时疏林地、灌木林、沼泽地、盐碱地、沙地等二级分类信息也能获取。     

中国北方农牧交错带土地利用空间优化布局的动态模拟

合理、最优的土地利用方案涉及到影响土地利用变化的诸多因素,引起了目前学术界的广泛关注与重视。 本文利用CLUE- S 模型的理论框架,构建了中国北方农牧交错带土地利用空间优化布局模拟模型,通过对中国北 方农牧交错带土地利用变化的情景设置,实现了六种土地利用变化分配模式下的空间优化布局。研究表明,中国北 方农牧交错带在不同的分配模式下,各用地类型间的竞争导致区域土地利用类型之间的转移差异较大。经过空间 优化的土地利用空间分布和土地利用现状相比较,耕地和草地更加集中,从不同分配模式的空间分布比较中可以 看出,进行土地利用空间分配时,土地利用变化的敏感地带位于东北部地区和西部地区,东北部地区主要表现为林 地转化为耕地,在西北地区,主要是草地和耕地之间的相互转化,而在广大的中部地区,则主要是耕地转化为草地。     

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。     

基于MODIS数据网格化重建历史耕地空间分布的方法——以清代云南省为例

建立具有准确空间属性的历史时期土地覆被数据集有助于更好地模拟土地覆被变化的过程及其效应。本文基于我国过去300年耕地面积总体呈持续增加的特点,提出了历史时期耕地分布范围未超出现代耕地范围的合理假设,并以地表高程和坡度为影响土地宜垦程度的主导因子,评估了MODIS土地覆被产品中现代耕地分布区域的宜垦程度,再按宜垦程度从高...     

土地利用/土地覆盖变化的研究方法

文章从LUCC计划研究的主要内容入手,探讨了其相应的研究方法,提出了我国LUCC研究的新思路：(1)从研究的空间尺度来看,应遵循“先局部、再整体;既分工、又合作”的研究思路;(2)从研究的时间尺度来看,应遵循“聚焦近期、兼顾历史、瞄准未来”的研究思路,用考古等研究方法重现5000多年来各个时期的土地利用与土地覆盖状况,建立与竺可桢先生建立的5000年以来的气候变化序列相匹配的LUCC变化序列;(3)从研究的技术手段来看,应注意多源信息的复合使用,重视新技术(尤其是3S技术的集成使用)的运用;(4)开展跨学科研究;(5)结合国家建设与发展需要开展研究;(6)加强理论集成研究。     

Accuracy assessment of approaches to spatially explicit reconstruction of historical cropland in Songnen Plain,Northeast China

To understand historical human-induced land use/cover change (LUCC) and its climatic effects, it is essential to reconstruct historical land use/cover changes with explicit spatial information. In this study, based on the historically documented cropland area at county level, we reconstructed the spatially explicit cropland distribution at a cell size of 1 km × 1 km for the Songnen Plain in the late Qing Dynasty (1908 AD). The reconstructions were carried out using two methods. One method (hereafter, referred to as method I) allocated the cropland to cells ordered from a high agricultural suitability index (ASI) to a low ASI, but they were all within the domain of potential cropland area. The potential cropland area was created by excluding natural woodland, swamp, water bodies, and mountains from the study area. The other method (hereafter, method II) allocated the cropland to cells in the order from high ASI to low ASI within the domain of cropland area in 1959. This method was based on the hypothesis that the cropland area domain in 1959 resulted from enlargement of the cropland area domain in 1908. We then compared these two reconstructions. We found that the cropland distributions reconstructed by the two methods exhibit a similar spatial distribution pattern. Both reconstructions show that the cropland was mostly found in the southern and eastern parts of the Songnen Plain. The two reconstructions matched each other for about 68% of the total cropland area. By spatially comparing the unmatched cropland cells of the two reconstructions with the settlements for each county, we found that unmatched cropland cells from method I are closer to settlements than those from method II. This finding suggests that reconstruction using method I may have less bias than reconstruction with method II.     

中国土地利用变化及其影响的空间建模分析

通过 GIS建模 ,本文分析了我国土地利用的变化与其影响因子之间的相互作用关系 ,并着重对耕地的变化及其空间分布进行了模拟。研究发现 ,土地利用的变化主要是自然与经济因素综合作用的结果 ,并且区分不同的规模尺度与不同的区域类型 ,将对提高土地利用空间变化模型的精度有着重要的影响。     

江苏省土地利用变化及其驱动机理研究

基于土地利用系统综合研究,采用解析方法将土地利用系统分解为自然子系统、经济子系统和社会子系统,对江苏省土地利用变化过程与格局进行分析。研究表明,耕地资源总量呈递减趋势,但粮食生产能力呈递增趋势,并表现出明显的地区分异规律;虽然经济总量也呈递增趋势,但信息熵指数表明区域分异明显;最后提出区域土地利用变化的“多层推—拉驱动”模型。     

滇西北三江并流区土地利用变化研究

土地利用变化会改变地表覆盖,从而影响环境质量及陆地生态系统性质。开展区域土地利用/土地覆盖变化研究,可为区域土地资源优化利用和可持续发展提供科学依据。以第二次土壤普查资料和土地详查资料为依据,采用土地利用变化指数模型,定量分析三江并流区1983年到1999年土地利用变化特征,结果表明:(1)与土地利用结构分析法相比,土地利用变化指数模型更能反映土地变化趋势及在时空上变化特点;(2)研究区土地利用程度不断提高,其中林地园地、耕地与城郊用地增加较快;(3)1983～1996年间的变化大于1996～1999年间的变化;(4)州政府所在地(香格里拉县、泸水县、丽江县)的变化较其它地区大;(5)土地利用变化的主要原因是社会经济因素,包括人口增长、科技进步、经济增长、传统文化继承与发展、政策变化等。     

干旱区土地利用/土地覆盖变化与全球环境变化

土地利用与土地覆盖是人类活动在地球表面是宏观的表现，为分析全球环境变化中人类活动的作用提供了切入点，土地利用/土地覆盖变化（LUCC）既是全球环境变化的原因，也是全球环境变化的结果，而占全球陆地表面40%以上的干旱区，由于其具有成因复杂，类型多样，对环境变化敏感，变化过程快，幅度大，景观差异明显等特点，是全球变化特别是LUCC研究的重要场所，文章在介绍LUCC概念的基础上，综述了全球环境变化与LUCC的关系，依据干旱区的自然和生态环境，分析了干旱区LUCC的特点，阐述了干旱区土地利用/覆盖变化研究对全球环境变化研究的重要性，概括了干旱区LUCC研究的方法。     

中国西部地区历史草地面积重建的方法——以甘宁青新区为例

历史草地面积重建作为历史土地利用与土地覆被变化研究的重要组成部分,可为区域乃至全球环境变化研究提供重要的基础数据。但受研究客体特性与重建资料多寡的制约,目前无论是数量估算上还是空间格局重建上均非常薄弱。本文试图在客观把握中国西部地区历史草地变化趋势与特征的基础上,利用现代遥感土地利用数据和潜在植被数据,确定土地垦殖前草地植被潜在分布范围;并结合历史耕地网格数据,构建以间接扣减为核心的草地面积重建方法;重建甘肃、宁夏、青海和新疆等省区过去300年的草地网格数据。结果表明：土地垦殖前,案例区草地覆被率高达40.87%。受土地垦殖的影响,在过去300年草地面积呈持续减少的态势。草地面积由1661年的1.11亿 hm²下降到1980年的1.03亿 hm²,并经历了1661—1724年的急剧减少、1724—1873年的缓慢减少和1873—1980年的快速减少三个时段,草地年均减少量分别为4.76万 hm²、0.75万 hm²和3.38万 hm²。在空间上,研究时段内草地垦殖区呈现出由甘肃、宁夏向青海、新疆转移的特点。以历史文献资料和1980年遥感草地网格数据为基础,对重建的草地数据开展了可靠性评估。评估显示,重建结果能够较好的再现草地变迁过程。本文构建的重建方法可被用于中国西部地区长时段的草地面积重建。     

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。     

中国传统农区过去300年耕地重建结果的对比分析

土地覆被变化是气候与生态效应模拟研究的重要参量。SAGE和HYDE两个全球历史土地利用数据集在相关研究中得到广泛应用, 但在区域尺度上的应用, 其可靠性如何, 至今少有论及。以我国学者重建的传统农区历史耕地数据集(CHCD) 为基础, 从全区、省区和网格(60 km×60 km) 三个空间尺度, 对SAGE (2010) 和HYDE3.1 数据集中有关中国传统农区历史耕地重建结果进行对比分析, 结果表明:(1) SAGE (2010) 数据集对中国传统农区耕地数量重建是以单一线性插补而得, 其中1700-1950 年是以0.51%的年均增长率线性递增, 1950 年后是以0.34%年均速率线性递减, 这种“标准化”变化趋势不能客观反映传统农区土地垦殖的真实历史, 耕地面积也明显高估, 与CHCD数据集不具有可比性;(2) HYDE3.1 数据集吸纳了区域性研究成果, 使其在总量上与CHCD数据集较为接近, 具有较好的可比性, 但其在省区和网格尺度上与CHCD存在显著差异, 其中相对差异率超过70% (< -70%或> 70%) 的网格占比高达56%~63%, 超过90% (< -90%或> 90%) 的网格占比也高达40%~45%;而相对差异率介于-10%~10%的网格占比仅为5%~6%, 介于-30%~30%的网格占比也仅为17%左右;(3) 充分利用我国丰富的历史文献, 建立更高精度的中国区域历史土地利用数据集, 是提高区域气候与生态效应模拟研究质量的重要保障。     

Exploring the impacts of future tourism development on land use/cover changes

Land use/cover changes (LUCC) are central to tourism because land is used in multiple ways as a resource for tourism-focused activities. Tourism is essentially a geographical phenomenon, encompassing the movement and flow of people (seen as the demand side) and spatial distribution patterns relating to land use consumption (seen as the supply side). However, the impacts of tourism on LUCC are difficult to track and monitor. Contributing factors of this problem include a lack of empirical studies, shortage of micro-level LUCC datasets, and scarce methodological frameworks which can be used for assessments. This paper aims to provide a LUCC modelling approach in order to explore the impacts of tourism development on built-up areas. We developed a Cellular automata model (CA) which integrates Markovian transition probabilities and logistic regression transition suitability maps. LUCC rules for tourism development are framed within the national land use policy guidelines for the development of new tourism accommodation establishments (TAE). This primarily takes into consideration land cover compatibility and the proposed development's proximity to the coastline.Three scenarios were established to explore the impacts of tourism development in LUCC for the year 2020 in a Portuguese coastal region: business as usual (BAU); tourism trends (TOUR); and natural restrictions (NATR). TOUR results indicate that the tourism and urban land use/cover growth is higher and focuses heavily on the coastal region (within 5,000 m) when compared to the other scenarios. The overall results for BAU and NATR show a general convergence with the land use policy guidelines in terms of tourism nucleation and new TAE distance to the coastline.