过去300年晋陕地区耕地变化重建研究

Historical land cover change data is the base for global change study. Nowadays, some representative global land cover datasets are widely used in climate and environment simulations at global and regional scales. However, there are still several uncertainties with the global datasets, when they were used in regional studies. In this study, based on the data sources of historical documents, statistics and the survey data, we will reconstruct the cropland change on the county level over the past 300 years in the Jin-Shan area. The suitability of existing gridded methods for the Jin-Shan area will be analyzed and a new cropland area allocation model for the Jin-Shan area will be built. The gridded cropland datasets with high precision will be produced, which can be used in climate and environment simulations directly. The result will be used to improve the precision of global datasets and provide reference for the method of reconstruction and the sustainable development of agriculture in modern time.

历史土地覆被变化数据是全球变化研究的重要基础，目前具有代表性的几个全球数据集已被广泛应用于全球或区域气候和环境模拟研究中。但全球数据集应用于区域研究时仍然具有一定的不确定性，而区域历史土地覆被变化重建研究有利于改进全球数据集的精度。本研究基于历史文献、近现代统计和调查数据及遥感数据，拟重建过去300年我国晋陕地区的分县耕地面积变化，分析现有耕地网格化方法在晋陕地区的适用性，构建晋陕地区耕地网格化模型，获取可以直接应用于气候和环境模拟研究的高精度网格化耕地数据集。本研究不仅为改进全球数据集的精度提供区域上的数据和研究方法支持，而且为指导现代农业的可持续发展提供历史借鉴。

高精度区域历史土地利用数据是评估和改善全球土地利用数据集精度的基础，晋陕地区仍然缺乏基于分县历史耕地记录而研制的数据集。本项目基于清代地方志、近现代统计和调查资料以及现代遥感数据，获得了过去300年晋陕地区分县耕地面积数据；对比了现有耕地网格化方法在晋陕地区的适用性，研制了陕西省过去300年和山西省过去100年1km分辨率耕地数据集。此外，评估对比了全球历史土地利用数据集在晋陕地区和华北地区的可靠性；定量分析了“丁戊奇荒”对晋陕地区粮食收成、人口和耕地变化的影响。.结果表明：1）陕西省耕地面积从1650年的220万公顷增加至2016年的399万公顷。但耕地面积变化趋势分为1650-1830年的持续增长、1830-1937年的波动下降、1937-1980年代的快速增长和之后的快速下降四个阶段。关中地区各县的耕地面积在1830年前增加，1830年后减少。陕北和陕南耕地面积到1937年才明显增加，20世纪80年代以后逐渐减少，尤其是陕北地区。山西省清代耕地面积变化趋势与陕西省基本一致，1916至2016年耕地变化呈现1980年以前的缓慢增长和之后快速下降的趋势。1980年晋南运城和临汾盆地的耕地面积明显减小，而长治盆地的耕地面积有所增加，而到2016年，全省耕地面积均有下降。2）使用土地宜垦性模型和垦殖倾向指数模型进行网格化分配后的耕地数据与遥感数据的绝对差异均主要集中于-20%-20%，且绝对差异越大，网格数的占比越低。基于垦殖倾向指数模型较基于土地宜垦性模型分配结果的精度略有提高，但二者也仅是1%以内的差异。3）SAGE数据集不能反映历史上政策、战争和自然灾害等因素对陕西耕地面积的影响。不论是在陕西省还是华北地区，HYDE3.2的耕地总面积与本项目研究结果较为接近，但垦殖率的空间分布上二者之间存在较大差异。4）“丁戊奇荒”的影响在1877年最为严重，晋陕地区193个县中有141个有歉收或饥荒的记录；饥荒导致当地人口大量损失，有19个县具有人口损失50%以上的记录；人口的减少使得耕地无人耕种而成为荒地，耕地减少30%以上的县有6个，其中减少50%以上的县有3个。