东北地区农林交错带近百年土地利用变化数字重建及脆弱性研究

Following with the LUCC plan, the Global Land Project has made the LUCC research step into a new stage of coupled human-environment system. Human-land interaction mechanism and vulnerability has become the new hot topic of the land system research. This project focuses on the vulnerability of agro-forestry ecotone. It was just since 1900s for the development of most farming land in the forest of Northeast China, forming into typical agro-forestry ecotone. Based on multi-source data, this project designs to reconstruct the elements of the agro-forestry ecotone land system to digital maps in Northeast China, including land use, meteorology, hydrology, socio-economic factors, and 7 periods dataset over last 100 years with high spatial resolution (less than 100m) in research area and fine scale land use change data (less than 10m) in typical area. Supported by this dataset, we could quantify the spatial pattern changes of agro-forestry ecotone, and locate its development stage. With the reference of PEISOR model framework, the project focuses on the vulnerability of land use change in agro-forestry ecotone. Combined with analysis of land use change, process simulation, food security and flood risk assessment, and considering the feedback of human system, a comprehensive model with related multifactor would be developed to evaluate the vulnerability of agro-forestry ecotone and analyze its spatial and temporal changes. This work could deeply understand the human-land relationship of agro-forestry ecotone, and provide a reference for assessment of regional ecology and food security.

继LUCC计划之后的GLP计划将LUCC研究推进到人类－环境耦合系统新阶段，人地相互作用机制及脆弱性的研究成为土地系统研究新热点。本项目针对脆弱的农林交错带展开研究。东北森林的农耕土地开发绝大部分从1900年开始，形成具有典型研究意义的农林交错带。以LUCC为主，基于多源资料对东北农林交错带近百年土地系统各要素（包括土地利用、气象、水文、社会经济等）进行7期高空间分辨率(数十米级)数字重建，并选择典型区重建精细尺度(米级)土地利用变化。基于该数据集，定量农林交错带空间格局变化，定位其发展阶段；参考PEISOR模型框架,针对农林交错带土地利用变化产生的脆弱性问题，结合土地利用变化分析、过程模拟、粮食安全和洪灾风险分析，考虑人类系统调节反馈能力，从因素相关关系出发构造模型对土地系统进行脆弱性评价，并分析脆弱性的时空变化，从而深化对农林交错带人地关系的理解，为区域生态和粮食安全评估提供借鉴。

东北地区的农林交错带是区域土地利用变化的热点地区。项目从近八十年时间尺度，搜集多源历史遥感、地图、文字、统计和观测资料，对东北地区农林交错带土地系统各要素因子进行高分辨率空间数字重建，在此基础上对区域土地利用格局特征、土地利用变化导致的人地系统脆弱性进行综合评价研究。研究成果不仅加深了对农林地区土地系统格局和过程的认识，更为区域生态安全研究和粮食安全研究提供了数据基础和借鉴。.主要研究内容和结果包括：（1）项目重建了农林交错带部分地区1930年代甚至一些地区1900年代以来的土地利用数据序列；进行了历史时期长期气温数据的重建研究和质量控制，时间序列追溯到1909年。基于当前全球已有的土地利用变化空间模拟模型，根据概率理论，依托 GIS 平台，构建适宜研究区的土地利用高精度数字重建模型（HLURM），包括由数量控制模块、概率模块、空间转换规则模块和空间网格化分配模块等四个子模块组成，回溯模拟历史时期土地利用。在重建模型研究和数据重建工作的基础上，实现了农林交错带部分典型地区的土地系统要素集建设、土地利用/土地覆盖时空序列图件的编制。.（2）对于农林交错带土地利用格局问题，分析了其主要类型、基本特征、主要生态问题和土地利用时空变化规律。针对东北地区农林交错带的分布格局，在东北地区不同位置典型的农林交错带上提取了五个景观剖面，分析不同地区农林交错带横剖面上的土地利用分布格局。引入景观生态指数计算和两个主要的环境因素，以大兴安岭东麓各种类型的生态交错带为典型区，对比了农林交错带和其他类型的生态交错带之间景观异质性的差异及其变化。.（3）搭建了区域农林交错带脆弱性评价模型框架，并对影响脆弱性的因子之间的关系进行了定量与定性的研究，包括东北地区东部林间农林交错带土地开发过程中的水土流失空间分布格局、嫩江流域农林交错带土地利用变化过程中的气温敏感性研究、克拜地区土壤沟蚀脆弱性研究等，并以区域生态安全评价的方式对农林交错带的区域脆弱性进行了整体评价。