石曉麗，史文嬌

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北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線的變遷及其驅(qū)動(dòng)力研究進(jìn)展

石曉麗1,3，史文嬌2,4※

（1. 河北師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，石家莊 050024；2. 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所 中國(guó)科學(xué)院陸地表層格局與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101；3. 河北省環(huán)境演變與生態(tài)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室，石家莊 050024； 4. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100049）

在氣候變化與人類活動(dòng)的影響下，北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線不斷變遷。定量辨識(shí)氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷的貢獻(xiàn)程度，是當(dāng)今氣候變化領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。該文基于國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究，概括了不同視角下北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的定義方法，分析了氣候變化與人類活動(dòng)對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷的驅(qū)動(dòng)作用，總結(jié)了定量分析驅(qū)動(dòng)力貢獻(xiàn)程度的方法及主要結(jié)果。同時(shí)指出目前研究還存在定義、數(shù)據(jù)、方法和解釋方面的問(wèn)題。針對(duì)以上問(wèn)題，提出了多要素綜合定義、驅(qū)動(dòng)力定量分析、高時(shí)空分辨率數(shù)據(jù)的收集以及深層次因果關(guān)系的解釋等解決方法。該文可為敏感區(qū)域土地利用的合理規(guī)劃和氣候變化的減緩與適應(yīng)措施的制定提供科學(xué)依據(jù)。

氣候變化；農(nóng)業(yè)；北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶；界線變遷；人類活動(dòng)；定量分析

0 引 言

中國(guó)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶地處溫帶季風(fēng)氣候與溫帶大陸性氣候、干旱與濕潤(rùn)、東北平原與內(nèi)蒙古高原、農(nóng)業(yè)與牧業(yè)的復(fù)合過(guò)渡區(qū)，是人類與氣候相互作用最激烈的地區(qū)之一，對(duì)全球變化較為敏感[1]。近幾十年來(lái)，在降水變率增加、溫度上升等氣候變化和超載放牧、過(guò)度開墾等人類活動(dòng)的影響下，北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的界線頻繁改變，界線變遷區(qū)的土地利用處于持續(xù)變化中，給當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了不良影響，使其成為中國(guó)生態(tài)問(wèn)題最為嚴(yán)重的區(qū)域[2]。研究北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷的驅(qū)動(dòng)力及其定量貢獻(xiàn)，對(duì)剖析氣候變化影響下的敏感區(qū)域生態(tài)環(huán)境響應(yīng)特征及指導(dǎo)區(qū)域土地利用政策具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

近年來(lái)，學(xué)者們圍繞北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷及其驅(qū)動(dòng)力開展了大量研究[3-9]。有研究指出，氣候冷暖和干濕波動(dòng)對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的形成和變遷有深刻影響[3]。也有研究認(rèn)為，人類活動(dòng)（諸如人口、經(jīng)濟(jì)、政策等）造成農(nóng)牧業(yè)的交融碰撞、反復(fù)侵退，進(jìn)而導(dǎo)致北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的界線波動(dòng)[4-5,7]。事實(shí)上，北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的界線隨時(shí)空的變遷是對(duì)氣候變化和人類活動(dòng)響應(yīng)的綜合結(jié)果[10-11]。氣候變化提供了農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)所需的水熱資源，而人口壓力、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和政策則誘導(dǎo)人們到北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶墾荒耕種，造成了農(nóng)耕范圍的擴(kuò)大。但是，對(duì)于氣候變化與人類活動(dòng)在北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷中的相對(duì)作用，已有研究多從定性角度分析，缺乏定量分析和統(tǒng)一結(jié)論。量化北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷的驅(qū)動(dòng)作用，摸清氣候變化與人類活動(dòng)對(duì)界線變遷影響的強(qiáng)弱差異，有助于系統(tǒng)全面地認(rèn)識(shí)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能的變化規(guī)律。因此，關(guān)于氣候變化與人類活動(dòng)對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷的驅(qū)動(dòng)作用的定量研究急需加強(qiáng)。基于國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究，本文概括了不同視角下北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的定義方法，分析了氣候變化與人類活動(dòng)對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷的驅(qū)動(dòng)作用，總結(jié)了研究驅(qū)動(dòng)力貢獻(xiàn)程度的方法和結(jié)果，并進(jìn)一步提出存在問(wèn)題及解決思路。研究有助于深入理解敏感區(qū)域?qū)夂蜃兓捻憫?yīng)特征，為因地制宜地采取氣候變化的應(yīng)對(duì)措施提供理論基礎(chǔ)。

1 北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶定義

1.1 基于代用證據(jù)的推斷

歷史時(shí)期北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶范圍的界定，主要基于代用證據(jù)的采集與分析，包括歷史文獻(xiàn)、考古事件、冰芯、珊瑚、樹輪、石筍與湖泊沉積記錄等[12-16]。張丕遠(yuǎn)依據(jù)史料勾畫了公元前5世紀(jì)到20世紀(jì)初北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的分布范圍[13]（表1，圖1a，1b）。王金朔等依據(jù)行政建制設(shè)置，推求了清朝蒙地農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線的變化[14]。古土壤剖面孢粉、地球化學(xué)特征和沉積相分析顯示，北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶位于明長(zhǎng)城與秦長(zhǎng)城之間[15]。

代用證據(jù)是進(jìn)行歷史時(shí)期北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線確定的有效手段，但往往不夠系統(tǒng)，且覆蓋的時(shí)空尺度有限。北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶范圍的最終確定往往以代用證據(jù)推斷的多數(shù)情況綜合而定，因此較為粗略。

1.2 基于野外調(diào)查的定義

1953年，趙松喬第一次提出北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的概念，認(rèn)為察北、察盟及錫盟等地區(qū)土地利用方式由南至北呈現(xiàn)出集約農(nóng)業(yè)粗放農(nóng)業(yè)定牧區(qū)定牧游牧過(guò)渡區(qū)游牧區(qū)的漸變特征[2]。隨后，基于氣候、土壤、經(jīng)濟(jì)、土地利用等狀況的調(diào)查，許多學(xué)者對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶范圍進(jìn)行了定性描述[17-18]（表1，圖1c）。如周立三等認(rèn)為甘青地區(qū)農(nóng)牧交錯(cuò)帶表現(xiàn)出由南向北、由東向西的純農(nóng)業(yè)-農(nóng)牧交錯(cuò)帶-純牧區(qū)的漸變特征[17]。王錚等認(rèn)為沿騰沖-黑河連線的胡煥庸人口地理線的生態(tài)環(huán)境過(guò)渡帶大致和北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶分布一致[18]。

基于野外調(diào)查的北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶范圍沒有特定的定量約束條件，直觀形象。但由于只是大致位置的描述，且在具體界線勾畫時(shí)受主觀影響，因此限制了北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷及其驅(qū)動(dòng)力的進(jìn)一步定量研究。

1.3 基于氣候要素的定義

農(nóng)作物與牧草的生長(zhǎng)格局一般與沿梯度明顯過(guò)渡的氣候一致。因此，許多學(xué)者基于氣候要素對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶進(jìn)行定義。

北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶處于干旱半干旱地區(qū)，水分是使用頻率最高的指標(biāo)，如降水量、濕潤(rùn)度、降水變率等（表1，圖1d）[19-29]。關(guān)于北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線的降水量范圍，已有研究認(rèn)為介于200～550 mm之間。作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)雨量需求的底線，400 mm等降水量線常被看作北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的中心[29]。例如，李棟梁等和賈慎修分別認(rèn)為北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶分布在200～400與300～550 mm降水量范圍內(nèi)[20,28]。濕潤(rùn)度可以從水分收支的角度對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶進(jìn)行定義[19,30-31]。例如，林儒耕將濕潤(rùn)度為0.3的等值線作為內(nèi)蒙古農(nóng)牧交錯(cuò)帶旱作農(nóng)業(yè)的西界[19]。降水變率大是北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的顯著特征[32]。因此，趙哈林等選擇降水變率的范圍（15%～30%）、年降水量（300～450 mm）和干燥指數(shù)（1～2）等指標(biāo)定義北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶[21]。李世奎等取年降水量≥400 mm保證率20%為北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶北界，保證率50%為南界[33]。

表1 北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶定義方法

溫度是影響農(nóng)牧生產(chǎn)的另一重要因素[22,34]。Ye等依據(jù)年均溫大于1 ℃或≥0 ℃積溫大于2 500～2 700 ℃，降水大于350 mm的標(biāo)準(zhǔn)，推斷農(nóng)牧交錯(cuò)帶可能的耕地界線[34]。農(nóng)牧交錯(cuò)帶類型會(huì)因氣候、地貌、植被等特征的不同而有差異，選擇的主導(dǎo)因子也應(yīng)因地制宜。如余優(yōu)森等將水分因子（年均降水400 mm及其80%和20%保證率）和溫度因子（≥0 ℃積溫1 800 ℃及其80%和20%保證率）分別作為劃分甘肅省半干旱地區(qū)和高寒濕潤(rùn)地區(qū)農(nóng)牧交錯(cuò)帶的主導(dǎo)因子[35]。

除水分、溫度外，風(fēng)力、土壤、海拔等也可作為輔助指標(biāo)來(lái)定義北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶[23,36]。李世奎等增加了全年日平均風(fēng)速≥5 m/s的天數(shù)作為輔助指標(biāo)[23]。這一定義同時(shí)考慮了旱作農(nóng)業(yè)的穩(wěn)定性和土地沙化的潛在動(dòng)力，并因地制宜地確定了指標(biāo)的相應(yīng)數(shù)值，因此被廣泛采用[37-39]。朱震達(dá)等認(rèn)為除年降水量、降水變率和風(fēng)力狀況外，北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶還應(yīng)符合地面沙物質(zhì)厚度為80～170 cm這一條件[24]。陳全功等在氣候要素的基礎(chǔ)上增加了海拔來(lái)模擬北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的范圍[40]。

氣候要素具備空間連貫性和時(shí)間完整性，可以打破行政區(qū)劃限制?；跉夂蛞貙?duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶進(jìn)行定義，可方便分析各種時(shí)空尺度上的界線變遷，因此被許多學(xué)者采用。但是，氣候條件只是客觀提供農(nóng)牧業(yè)利用的可能和適宜度，現(xiàn)實(shí)情況下農(nóng)牧業(yè)是否按照氣候提供的分布則不得而知[7]?；跉夂蛞囟x的界線忽略了人類活動(dòng)的影響，對(duì)沒有太多人類活動(dòng)干預(yù)的地區(qū)而言直接且準(zhǔn)確，但對(duì)于復(fù)雜耦合的自然-人類生態(tài)系統(tǒng)不夠全面。

圖1 不同定義下北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶范圍

1.4 基于土地利用要素的定義

基于土地利用要素的定義是指根據(jù)實(shí)際土地利用模式，以農(nóng)牧用地的數(shù)量比例與空間結(jié)構(gòu)對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的范圍及界線進(jìn)行界定[7,25,41]，又稱為土地利用界線。吳傳鈞等定義北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶內(nèi)耕、林、草的面積之比為1∶0.5∶1.5[25]（表1，圖1e）。Yu等將北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶定義為農(nóng)、牧業(yè)用地在網(wǎng)格內(nèi)的比例均為≥10%且≤80%，且林業(yè)用地比例≤10%[7]。Shi等認(rèn)為北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶為1 km2網(wǎng)格內(nèi)耕地與草地的比例各≥15%的連片區(qū)域[8]。

基于土地利用方式的空間結(jié)構(gòu)，從現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的角度確定北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的范圍較為合理，地理信息系統(tǒng)和遙感技術(shù)的發(fā)展也為高時(shí)空分辨率土地利用信息的提取提供了技術(shù)支持。但是，20世紀(jì)70年代及以前的土地利用空間分布的資料有限。而且，土地利用決策的復(fù)雜性使得界線會(huì)隨著經(jīng)濟(jì)、人口等一些社會(huì)因素發(fā)生頻繁的改變，不易捕捉。

1.5 基于綜合指標(biāo)的定義

基于綜合指標(biāo)的定義是指根據(jù)氣候、土地利用、景觀、植被以及經(jīng)濟(jì)、行政區(qū)劃等綜合界定北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶。大部分研究將氣候與土地利用指標(biāo)相結(jié)合，如王靜愛等根據(jù)濕潤(rùn)系數(shù)（0.35～0.60）和土地利用數(shù)量特征（農(nóng)業(yè)用地占15%～35%，牧業(yè)用地占35%～75%），確定了內(nèi)蒙古農(nóng)牧交錯(cuò)帶的分布范圍[10]（表1，圖1f）。隨后，又在年降水量（250～500 mm）和降水變率（25%～50%）基礎(chǔ)上，結(jié)合土地利用結(jié)構(gòu)，劃定了北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的范圍[32]。Liu等[4]以年降水量400 mm等值線為中心，結(jié)合耕地密度（10%～40%）和草地密度（25%～70%）界定了北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶范圍。也有研究考慮了經(jīng)濟(jì)和行政區(qū)劃因素。例如，Gao等[42]認(rèn)為除土地類型比例、降水和干旱指數(shù)外，北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的種植業(yè)需占農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的60%以上。Ping等和Zhang等分別根據(jù)居民生計(jì)方式和行政區(qū)劃中的旗-縣界線來(lái)定義北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶[26-27]。

選擇綜合指標(biāo)對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的范圍進(jìn)行定義，符合北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的形成原理與變遷規(guī)律。但是，在指標(biāo)選取之前需進(jìn)行相關(guān)關(guān)系檢驗(yàn)，以免聯(lián)系緊密的指標(biāo)同時(shí)進(jìn)行定義。除此之外，各指標(biāo)定義時(shí)的數(shù)量范圍還需在調(diào)查基礎(chǔ)上進(jìn)行詳細(xì)的討論研究。

2　北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷的驅(qū)動(dòng)力

由于生態(tài)系統(tǒng)交錯(cuò)分布的獨(dú)特性和生態(tài)環(huán)境的脆弱性，北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷的驅(qū)動(dòng)力較為復(fù)雜。目前的研究認(rèn)為氣候變化和人類活動(dòng)是導(dǎo)致北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷的主要原因，但對(duì)兩者之間相對(duì)作用的定量研究還較為缺乏。

2.1 氣候變化

2.1.1 歷史時(shí)期氣候變化對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線的影響

在生產(chǎn)力低下的歷史時(shí)期，氣候變化經(jīng)常左右著北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的遷移[43]（表2，圖2a）。學(xué)者們基于代用證據(jù)復(fù)原北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的范圍[13]，采用回歸校準(zhǔn)、多項(xiàng)式擬合等方法重建歷史時(shí)期氣候變化，采用小波分析、多窗譜分析等識(shí)別冷暖期與降水周期，通過(guò)氣候長(zhǎng)期變化重建結(jié)果與北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶范圍變化的對(duì)比和相關(guān)分析，研究?jī)烧叩幕?dòng)關(guān)系[6]。

氣候寒暖變化會(huì)造成歷史時(shí)期北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的推移[3]，溫暖時(shí)期界線北移，反之亦然。秦漢以來(lái)七個(gè)時(shí)期北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線的偏北程度與同期中東部地區(qū)溫暖程度的變化幅度與速率一致[6]。9－13世紀(jì)的中世紀(jì)暖期，農(nóng)耕區(qū)向北擴(kuò)展至現(xiàn)今蒙古境內(nèi)的漠北地區(qū)[6]。15世紀(jì)初，北部氣候轉(zhuǎn)寒致農(nóng)耕區(qū)北界內(nèi)徙至長(zhǎng)城以內(nèi)；18世紀(jì)氣候轉(zhuǎn)暖，北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶東段顯著向北推移[3]。

氣候干濕波動(dòng)也與北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶農(nóng)牧業(yè)興衰息息相關(guān)。干燥期牧業(yè)擴(kuò)張，界線南移；濕潤(rùn)期農(nóng)業(yè)擴(kuò)張，界線北推[44-45]。若降水較多年平均降水量減少100 mm，北方農(nóng)區(qū)北界將向東南退縮100 km以上[44]。全新世濕潤(rùn)期，北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶西界較20世紀(jì)90年代西移90 km左右，干燥期東移180 km左右[45]。

許多學(xué)者將水熱條件綜合起來(lái)考慮氣候變化對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶波動(dòng)的影響[46-47]。張?zhí)m生等、楊志榮等基于內(nèi)陸封閉湖泊孢粉與殘留動(dòng)植物的分析，發(fā)現(xiàn)全新世暖濕期對(duì)應(yīng)農(nóng)業(yè)文化，暖期結(jié)束時(shí)農(nóng)業(yè)向牧業(yè)轉(zhuǎn)換，冷干期對(duì)應(yīng)農(nóng)牧交錯(cuò)文化[46-47]。自公元前1500年至公元前4世紀(jì)，氣候冷干化導(dǎo)致北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶向南移動(dòng)了2~5個(gè)緯度[48]。歷史上春秋戰(zhàn)國(guó)、漢、晉、唐、遼金、清代中葉及現(xiàn)代等時(shí)期氣候暖濕，農(nóng)業(yè)文化興盛，農(nóng)業(yè)北界北擴(kuò)[49]。

以上多數(shù)研究能夠給出歷史時(shí)期氣候變化的基本特征與界線遷移方向的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即暖濕期界線北移，冷干期界線南擴(kuò)；部分研究也給出了界線推移的定量范圍。但對(duì)氣候變化的描述還停留在冷暖干濕特征上，沒有給出具體溫度水分變化與界線推移范圍的定量因果關(guān)系。

2.1.2 20世紀(jì)以來(lái)及未來(lái)氣候變化對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線的影響

北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線隨氣候的冷暖干濕發(fā)生進(jìn)退交替的現(xiàn)象一直延續(xù)至今。1950－1990年，30%的年份北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線出現(xiàn)整體擺動(dòng)，20%的年份出現(xiàn)東西相異擺動(dòng)[15]。

關(guān)于20世紀(jì)以來(lái)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線的波動(dòng)，大部分學(xué)者認(rèn)為降水變化是主要原因[20,38-39]。1961－2000年，干旱年界線東南移，極端干旱年份，北界（200 mm等降水量線）正好與多年平均狀態(tài)下的南界（400 mm等降水量線）相吻合，多雨年向西北移動(dòng)[21]。Liu等和楊建平等發(fā)現(xiàn)1961—2005年，區(qū)域干旱化導(dǎo)致氣候界線整體上向東、南、東南方向變遷[4,50]。不同區(qū)域變遷范圍有所差異，東北段氣候界線向東移動(dòng)，其東南界和西北界移動(dòng)的最大距離分別為259.7 km和220.5 km；華北段與西北段界線均向東南移動(dòng)，其東南界、西北界移動(dòng)的最大距離分別為126.5 km、96.4 km和118.9 km、98.1 km[4,42]。以上研究發(fā)現(xiàn)，隨著近幾十年降水量的減少，北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的氣候界線整體向東南移動(dòng)較為明顯[4,41-42]（圖2b）。

也有學(xué)者同時(shí)考慮氣溫和降水對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線的影響。Ye等分別以溫度和降水作為南北與東西界線的限制，發(fā)現(xiàn)相對(duì)于1951－2008年而言，20世紀(jì)早期的冷期東北地區(qū)耕地北界平均南移75 km，1990 s的溫暖期平均北移100 km。西界和東界干旱期向東北遷移了250和125 km，濕潤(rùn)期西界和東界分別向西南遷移了125和200 km[34]。

未來(lái)氣候變化對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶格局的影響，多基于氣候界線的定義，根據(jù)未來(lái)氣候變化情景進(jìn)行預(yù)測(cè)[45,51-52]。周廷儒等預(yù)測(cè)未來(lái)百年內(nèi)相對(duì)濕潤(rùn)期北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶西界在丘陵區(qū)和沙區(qū)較20世紀(jì)90年代分別西移35和80 km，相對(duì)干燥期則相應(yīng)分別東移45 km和80 km[45]。以1961－1995年的氣候條件為基準(zhǔn)，溫度增加2 ℃、降水不變的情況下，北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶將向東南移，移動(dòng)最大處可達(dá)200 km[52]；降水增加10%時(shí)，北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的位置基本上與現(xiàn)在一致[52]（圖2c）。

20世紀(jì)以來(lái)及未來(lái)時(shí)期氣候變化對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線的驅(qū)動(dòng)作用大都以氣候界線為基礎(chǔ)。由于兩者本身存在的原生因果關(guān)系，基于氣候界線分析氣候變化的驅(qū)動(dòng)作用，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)是不科學(xué)的。因此，北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線波動(dòng)的氣候驅(qū)動(dòng)作用的研究還需借助土地利用界線。

圖2 不同時(shí)期北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷

2.2 人類活動(dòng)

處于生態(tài)環(huán)境過(guò)渡帶的北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶，對(duì)人類干擾（政策、人口、經(jīng)濟(jì)以及宗教等）也十分敏感[53]（表2）。

秦和西漢的“戍邊屯墾和移民富邊”，唐代的“屯田戍邊”，東漢、晉、五代、宋遼、西夏時(shí)期游牧民族的南下，明、清朝大規(guī)模地興修長(zhǎng)城，“軍屯”“民屯”的實(shí)施，清朝康熙、咸豐年間的“邊禁”及“關(guān)禁”以及清末明初直到新中國(guó)成立時(shí)的墾荒政策，是影響北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶格局的主要驅(qū)動(dòng)因子[30]。在政策和移民的驅(qū)動(dòng)下，1916—2000年北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶東北段耕地界線持續(xù)向西北方向移動(dòng)。1916—1940年，東北地區(qū)耕地界線質(zhì)心分別向西、向北移動(dòng)了15′44″和58′49″[5,54]。

人口增加造成了人類對(duì)更多耕地資源的需求，促使了墾殖政策的實(shí)施，影響著北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線的變遷。以東北三省為例，1851—1949年，人口由312.5萬(wàn)人增加至3 664.8萬(wàn)人，增加了10.72倍；與此同時(shí)，耕地由1851年的12.12 km2增加至1949年的144.29 km2，擴(kuò)張了10.91倍[55]。近100年，東北耕地的墾殖率由約10%增至20%以上[56]。1949－2000年，東北三省的人口達(dá)到了1 0655萬(wàn)人[57]，增加了1.91倍。1940—1980年，耕地界線質(zhì)心分別向西、北移動(dòng)了56′4″和3′40″；1980—2000年，耕地界線質(zhì)心分別向西、北移動(dòng)了48′15″和16′53″[5]。1986—2000年，農(nóng)牧交錯(cuò)帶東北段東南界、西北界均向西變遷，兩者變遷的最大距離分別為78.8和206.5 km[4]；至2008年，東北三省人口增至10874萬(wàn)人[58]，由于人口增長(zhǎng)的壓力，1975—2008年大興安嶺東南緣的農(nóng)牧交錯(cuò)帶被持續(xù)向西向南擴(kuò)張的農(nóng)業(yè)所侵占，移向更加干旱的地方[7]。

除人口外，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、土地開發(fā)強(qiáng)度、宗教傳播以及飲食結(jié)構(gòu)的變化也會(huì)影響農(nóng)牧交錯(cuò)帶的變遷[27]。由于經(jīng)濟(jì)水平和土地開發(fā)強(qiáng)度較高，華北段界線變遷明顯大于西北段。華北段西北界北移最大距離為93.7 km，東南界顯著向西北方向移動(dòng)，最大距離為144.3 km[4,42]。18世紀(jì)中葉開始，天主教傳教士把當(dāng)?shù)鼐用褶D(zhuǎn)化為教徒的同時(shí)還提供土地、房屋和農(nóng)具的出租。到1952年，天主教促使農(nóng)業(yè)活動(dòng)越過(guò)長(zhǎng)城進(jìn)入牧區(qū)，察哈爾地區(qū)農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線也因此向北向西移動(dòng)[27]。1991年之后，阿爾巴尼亞南部地區(qū)城市居民飲食結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，肉、奶需求量增加，導(dǎo)致該區(qū)農(nóng)牧交錯(cuò)帶牧業(yè)擴(kuò)張[59]。

2.3 氣候變化與人類活動(dòng)的綜合作用

北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線是過(guò)去幾千年勞動(dòng)人民根據(jù)氣候、土壤等自然因素，同時(shí)受到政治、軍事、民族習(xí)慣等人為活動(dòng)影響而形成的界線（表2），氣候變化和人類活動(dòng)共同促進(jìn)了北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶空間格局的形成與變化[5,10,60]。近300年來(lái)，北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶出現(xiàn)兩次明顯北移過(guò)程，乾隆年間北移近100 km，清末“移民實(shí)邊”東段和西段分別北移了300和50 km，自然、區(qū)位、戰(zhàn)爭(zhēng)、政策和人口是驅(qū)動(dòng)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶從明長(zhǎng)城向西向北推進(jìn)的主要?jiǎng)恿3,14]。曾早早等對(duì)過(guò)去300年吉林土地開墾界線的研究也得出相似結(jié)論[60]。

一種觀點(diǎn)認(rèn)為，全新世暖期結(jié)束的氣候變化事件是北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶形成的主要原因[4,49]。氣候變化提供著作物耕作的客觀范圍，人類活動(dòng)在氣候因素基礎(chǔ)上對(duì)此地帶的形成和分布格局起著加速作用。亞洲季風(fēng)在中國(guó)大陸的進(jìn)退、停留時(shí)間、范圍和強(qiáng)度時(shí)空上的波動(dòng)造成降水的波動(dòng)，誘發(fā)了人們墾殖的僥幸心理，再加上鼓勵(lì)墾殖的政策造成北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶墾殖界線向西北擴(kuò)張[61]。人類通過(guò)調(diào)整自己的行為來(lái)減緩氣候變化帶來(lái)的不利影響，尤其是極端氣候事件發(fā)生后的政策與移民的響應(yīng)，對(duì)東北農(nóng)牧交錯(cuò)帶的界線有著不可忽視的貢獻(xiàn)[11,62-63]。Ye等發(fā)現(xiàn)東北地區(qū)移民開墾的七次高峰對(duì)應(yīng)著華北地區(qū)氣候?yàn)?zāi)害的發(fā)生，而每一次土地和移民政策的變化則是東北地區(qū)對(duì)極端氣候事件的響應(yīng)[63]。

另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，歷史時(shí)期北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的形成是各民族勢(shì)力消長(zhǎng)導(dǎo)致的農(nóng)耕文化與畜牧文化空間上推移和交融的結(jié)果[30]，人類活動(dòng)比氣候變化的作用更大[37,50]。程序認(rèn)為北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的形成是在自然條件不宜農(nóng)耕的基礎(chǔ)上，因人為活動(dòng)干擾而形成的社會(huì)-生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，人文因素是其主要原因[37]。楊建平等通過(guò)分析近五十年亞洲季風(fēng)與北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線關(guān)系得出類似結(jié)論[50]。需要指出的是，人類活動(dòng)對(duì)界線變遷的影響取決于當(dāng)時(shí)所處的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、政策和地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱程度等綜合影響的人類適應(yīng)能力[43,48]。隨著科技的進(jìn)步，氣候變化對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的影響日趨減小。例如明清時(shí)期“小冰期”的寒冷氣候下，北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶并未出現(xiàn)明顯南退[6]。氣候變化對(duì)坦桑尼亞中北部農(nóng)牧交錯(cuò)帶的影響研究也證實(shí)了這一觀點(diǎn)，當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶的適應(yīng)能力直接影響著農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線的穩(wěn)定性[64]。

世界上其他農(nóng)牧交錯(cuò)帶也是氣候變化與人類活動(dòng)共同作用的結(jié)果。例如，基于孢粉記錄推斷，俄羅斯泰梅爾半島農(nóng)牧交錯(cuò)帶的形成受到農(nóng)業(yè)活動(dòng)、海侵和氣候變化的共同影響[65]。隨著環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和政策的變化，許多農(nóng)牧交錯(cuò)帶都出現(xiàn)了牧業(yè)系統(tǒng)的收縮，其主要原因有干旱、城市化、自然資源的退化、農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展以及接近市場(chǎng)與服務(wù)的欲望[66-68]。例如，過(guò)去三十年，干旱、野火以及土地覆被變化（由于棉花種植導(dǎo)致的農(nóng)業(yè)擴(kuò)張）導(dǎo)致西非馬里農(nóng)牧交錯(cuò)帶北部地區(qū)多年生草本植物被毀，牧業(yè)活動(dòng)南移[66]?；诙嚯A段采樣技術(shù)對(duì)埃塞俄比亞南部博洛南農(nóng)牧交錯(cuò)帶的農(nóng)戶進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，發(fā)現(xiàn)，在降水少、病蟲害增加、市場(chǎng)可達(dá)性差和投入資本缺乏的情況下，當(dāng)?shù)啬撩駷榱颂岣呱?jì)水平，轉(zhuǎn)換為農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)的意愿非常強(qiáng)烈[67]。埃塞俄比亞?wèn)|部農(nóng)牧交錯(cuò)帶的問(wèn)卷調(diào)查也有同樣結(jié)論，干旱和土地使用權(quán)的變更是造成農(nóng)牧界線變遷的主要原因[68]。

許多學(xué)者能夠認(rèn)識(shí)到北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶土地利用界線的波動(dòng)是氣候變化和人類活動(dòng)共同驅(qū)動(dòng)的結(jié)果，但關(guān)于兩者相對(duì)作用的大小多從定性角度進(jìn)行分析，較少定量區(qū)分氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷的貢獻(xiàn)程度。

表2 北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷驅(qū)動(dòng)力

2.4 氣候變化與人類活動(dòng)的定量貢獻(xiàn)

為解決以上問(wèn)題，學(xué)者們?cè)噲D定量識(shí)別氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷的貢獻(xiàn)。

2.4.1 研究方法

常用的方法有相關(guān)分析、回歸分析、格蘭杰因果檢驗(yàn)、小波分析、方差分解及冗余分析等[8-9,16]。如Shi等通過(guò)垂直和水平方向變動(dòng)探測(cè)方法（FishNet）和界線變遷方向變動(dòng)探測(cè)方法（digital shoreline analysis system，DSAS）對(duì)土地利用界線和氣候界線進(jìn)行探測(cè)，基于兩者的相關(guān)分析，分別從垂直、水平和界線變遷方向?qū)夂蜇暙I(xiàn)率進(jìn)行計(jì)算[8,69]。相關(guān)分析與回歸分析操作性強(qiáng)，易于理解，其結(jié)果表征二者之間的依存關(guān)系，但并不一定表示兩者之間必然的因果關(guān)系。為克服以上局限性，有人選擇格蘭杰檢驗(yàn)和小波分析來(lái)分析氣候變化與人類活動(dòng)對(duì)農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷的貢獻(xiàn)率。例如Zhang等基于格蘭杰因果檢驗(yàn)及小波分析發(fā)現(xiàn)，歷史時(shí)期北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷與降水波動(dòng)和人類活動(dòng)關(guān)系密切[16]。格蘭杰因果檢驗(yàn)與小波分析能夠證實(shí)氣候變化和人類活動(dòng)與界線變遷的因果關(guān)系，但對(duì)貢獻(xiàn)程度的計(jì)算具有一定的限制性。方差分解和冗余分析能夠給出各因素對(duì)某對(duì)象影響的貢獻(xiàn)程度，可以用做氣候變化與人類活動(dòng)對(duì)農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷的貢獻(xiàn)率的量化。Li等使用方差分解和冗余分析，定量分析歷史時(shí)期氣候變化驅(qū)動(dòng)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶變化的相對(duì)作用[9]。

就目前的研究方法而言，多集中于統(tǒng)計(jì)分析，該類方法操作簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)易獲取，但是，在北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線對(duì)氣候變化和人類活動(dòng)的響應(yīng)機(jī)理的理解方面，還缺乏理論的全面支撐。

2.4.2 研究結(jié)果

關(guān)于氣候變化與人類活動(dòng)對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的貢獻(xiàn)程度。有研究認(rèn)為自然因素的貢獻(xiàn)率超過(guò)了人類活動(dòng)，如Yang等[70]以土地利用的變化軌跡中是否有因人類干擾而發(fā)生變化的區(qū)域作為區(qū)分自然和人類活動(dòng)因素的指標(biāo)，從空間上識(shí)別出1954—2007年?yáng)|北農(nóng)牧交錯(cuò)帶鎮(zhèn)賚縣的土地變化中自然因素的貢獻(xiàn)率（37.28%）超過(guò)了人類活動(dòng)的貢獻(xiàn)率（26.89%）。

也有研究認(rèn)為，氣候變化與人類活動(dòng)的相對(duì)貢獻(xiàn)率的大小隨時(shí)間、位置、方向的不同而有所差異，例如，Shi等在1 km2尺度上從多階段、多區(qū)域、多方向上定量區(qū)分了氣候變化對(duì)不同區(qū)域農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷的相對(duì)作用，發(fā)現(xiàn)1970s—2010年，氣候貢獻(xiàn)率最大的地區(qū)集中在大興安嶺東南緣以及內(nèi)蒙古高原東南緣的西北段，在水平方向和垂直方向上分別達(dá)10.7%～44.4%和4.7%～55.9%；在界線變遷方向上為1.1%～16.8%[8]。過(guò)去2300年，北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷在幾百年尺度上受長(zhǎng)期降水波動(dòng)影響，短期尺度上與人類活動(dòng)有關(guān)[16]。以上研究將氣候變化與人類活動(dòng)作為一個(gè)整體來(lái)考慮，并未進(jìn)一步區(qū)分氣候變化或人類活動(dòng)各具體要素的貢獻(xiàn)率。Li等[9]認(rèn)為，在過(guò)去2200年里，降水對(duì)驅(qū)動(dòng)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷、游牧民族南下、沙塵暴天氣等17個(gè)歷史現(xiàn)象的作用（67.4%）大于溫度的驅(qū)動(dòng)作用（32.5%）。但是關(guān)于人類活動(dòng)對(duì)界線變遷的貢獻(xiàn)率，只能通過(guò)氣候變化貢獻(xiàn)率間接推測(cè)，未做明確的量化分析。另外研究將總體宏觀尺度的農(nóng)業(yè)生態(tài)、地理政治以及生態(tài)移動(dòng)等17個(gè)指標(biāo)作為一個(gè)整體來(lái)考慮，沒有單獨(dú)區(qū)分氣候變化對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷這一單獨(dú)結(jié)果的貢獻(xiàn)。

關(guān)于氣候變化與人類活動(dòng)對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷的貢獻(xiàn)程度的衡量，應(yīng)當(dāng)在分別分析氣候變化和人類活動(dòng)的整體作用之后，再具體考慮氣候變化或人類活動(dòng)各具體要素的具體貢獻(xiàn)，以識(shí)別驅(qū)動(dòng)界線變遷的主要因子。但是目前還缺乏驅(qū)動(dòng)力的整體與部分的遞進(jìn)研究。

3 北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷研究存在問(wèn)題

3.1 定義不統(tǒng)一

自從趙松喬先生提出北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶以來(lái)，歷時(shí)60余年，不同背景的學(xué)者基于不同用途給出北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的定義，使用的指標(biāo)大致包括代用證據(jù)、野外調(diào)查、氣候、土地利用、植被、生計(jì)方式等方面。由于定義視角、指標(biāo)選擇、指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的差別，關(guān)于北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的定義并不統(tǒng)一。除此之外，基于多要素的北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶綜合定義的研究還十分有限。在進(jìn)行北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶定義時(shí)，應(yīng)當(dāng)選擇哪些指標(biāo)，如何區(qū)分主要指標(biāo)與輔助指標(biāo)，各指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重如何，都是值得思考的具體問(wèn)題。作為量化氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷的貢獻(xiàn)程度的基礎(chǔ)，準(zhǔn)確、合理且綜合的定義亟待解決。

3.2 方法問(wèn)題

北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶是中國(guó)北方一條重要的生態(tài)脆弱和敏感帶，其變遷同時(shí)受到氣候變化和人類活動(dòng)的影響。但是，目前關(guān)于北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶變遷的驅(qū)動(dòng)力分析中，以定性研究為主，有限的定量化研究集中在氣候變化對(duì)界線變遷的貢獻(xiàn)上，方法停留在相關(guān)分析、回歸分析等統(tǒng)計(jì)階段，統(tǒng)計(jì)分析簡(jiǎn)便易行，可操作性強(qiáng)，但是研究基于驅(qū)動(dòng)力-界線變遷關(guān)系的各種簡(jiǎn)化假設(shè)，關(guān)于界線變遷對(duì)驅(qū)動(dòng)力響應(yīng)機(jī)理的理解不夠全面透徹，很難判斷驅(qū)動(dòng)力與界線變遷之間的必然因果關(guān)系。格蘭杰檢驗(yàn)與小波分析能夠進(jìn)一步證明兩者之間的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的因果關(guān)系，但不能判斷兩者之間的內(nèi)在機(jī)制，而且對(duì)貢獻(xiàn)率的定量化不夠有說(shuō)服力。另外，目前研究對(duì)不同時(shí)期不同區(qū)域氣候變化的具體要素（氣溫、降水等）、人類活動(dòng)的具體要素（社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、人口等）以及氣候變化和人類活動(dòng)整體的影響差異還不能定量區(qū)分，因此，為因地制宜地采取氣候變化應(yīng)對(duì)措施的支持有限。

3.3 數(shù)據(jù)問(wèn)題

盡管中國(guó)擁有豐富的歷史文獻(xiàn)記載和自然證據(jù)（樹輪、冰芯、湖芯、石筍和珊瑚樣本等），可以實(shí)現(xiàn)歷史時(shí)期氣候變化重建和北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線的提取。但是，與觀測(cè)數(shù)據(jù)相比，代用數(shù)據(jù)分布零散、缺乏系統(tǒng)性和時(shí)間連續(xù)性，只能大致反演歷史時(shí)期氣候變化，依據(jù)代用證據(jù)勾勒的北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的界線變遷粗糙且不連續(xù)，這些都限制著歷史時(shí)期氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷的貢獻(xiàn)程度的定量化發(fā)展。對(duì)近現(xiàn)代而言，人口、經(jīng)濟(jì)、城市化等人類活動(dòng)要素大都基于行政單元，其時(shí)空分辨率難與自然要素一致。除此之外，政策、技術(shù)、文化等人類活動(dòng)要素的指標(biāo)選取及其空間展示具有一定的局限性[9]，也影響了人類活動(dòng)對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷的相對(duì)作用的定量辨識(shí)。

3.4 機(jī)制解釋欠全面

土地利用是一個(gè)非常復(fù)雜的決策行為，不同時(shí)空尺度上氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)土地利用的貢獻(xiàn)程度不同，同樣的驅(qū)動(dòng)力在不同地區(qū)、不同時(shí)期的驅(qū)動(dòng)作用也會(huì)不同，尤其在氣候頻繁多變、生態(tài)脆弱、經(jīng)濟(jì)不夠發(fā)達(dá)的北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶地區(qū)。目前關(guān)于驅(qū)動(dòng)力-界線變遷的因果機(jī)制的研究，大都集中在時(shí)間尺度，對(duì)于空間尺度和參與者尺度的分析還比較欠缺，而且缺乏不同尺度上驅(qū)動(dòng)力的差異分析。從大時(shí)空尺度而言，氣候控制著農(nóng)作物與牧草的生長(zhǎng)范圍；從小時(shí)空尺度而言，北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的土地利用決策因時(shí)、因地、因人而異，目前研究對(duì)氣候變化-界線變遷的因果機(jī)制，通過(guò)分析作物和牧草的生長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)；但是對(duì)人類活動(dòng)-界線變遷的因果機(jī)制解釋不夠全面，既沒有數(shù)據(jù)定量顯示，也沒有合適案例說(shuō)明。因此，關(guān)于氣候變化和人類活動(dòng)與界線變遷的因果關(guān)系還需深入研究。

4 研究展望

1）多要素的綜合定義

北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶展示出從自然到人類活動(dòng)的過(guò)渡特征，是氣候、土壤、海拔等自然因素空間過(guò)渡和社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、人口等人類活動(dòng)空間響應(yīng)的綜合體現(xiàn)。因此，北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的定義應(yīng)當(dāng)在綜合考慮自然因素與人類活動(dòng)影響的基礎(chǔ)上，因地制宜地選擇合適變量，結(jié)合地理信息系統(tǒng)、遙感、模型模擬等方法，根據(jù)變量在時(shí)空尺度上呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)、數(shù)量與空間梯度，確定北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的合理范圍。

嚴(yán)格而言，北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的界線并非一條將農(nóng)、牧業(yè)截然分開的線，而是具有一定寬度的過(guò)渡帶，因此北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線劃分可以將緩沖區(qū)的概念納入考慮。在充分考慮了理論基礎(chǔ)后，界線劃分時(shí)盡量讓機(jī)器遵循數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)規(guī)則，避免人為主觀判斷的影響。

2）驅(qū)動(dòng)力研究的定量化

為全面了解北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線波動(dòng)的機(jī)制，應(yīng)進(jìn)行北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷驅(qū)動(dòng)力的定量分析，探究農(nóng)牧用地變化的內(nèi)在機(jī)理[8,16]。以氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線驅(qū)動(dòng)的因果關(guān)系為理論基礎(chǔ)，借鑒差值比較法的思路[53]，采用模型分析，結(jié)合當(dāng)?shù)刂脖簧L(zhǎng)參數(shù)，以農(nóng)業(yè)氣候資源能夠滿足農(nóng)牧用地的潛在分布為依據(jù)，模擬不考慮人類活動(dòng)影響，只考慮氣候變化的北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的潛在適宜界線，以其變遷表征表示氣候變化對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷的貢獻(xiàn)率，潛在適宜界線與實(shí)際界線波動(dòng)的方向與強(qiáng)度的差別則代表著人類活動(dòng)對(duì)界線變遷的貢獻(xiàn)率。在得出氣候變化與人類活動(dòng)對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷的整體貢獻(xiàn)程度的基礎(chǔ)上，結(jié)合格蘭杰檢驗(yàn)，確定氣候變化與人類活動(dòng)各具體要素與界線變遷因果關(guān)系，從機(jī)理驅(qū)動(dòng)過(guò)程出發(fā)，借助機(jī)理模型分析與統(tǒng)計(jì)模型分析相結(jié)合，進(jìn)一步探討各具體要素的貢獻(xiàn)率。

3）高時(shí)空分辨率數(shù)據(jù)的搜集

繼續(xù)補(bǔ)充歷史時(shí)期代用證據(jù)，完善數(shù)值模擬、校準(zhǔn)與驗(yàn)證的方法，提高數(shù)據(jù)的時(shí)空分辨率，為氣候變化和人類活動(dòng)的驅(qū)動(dòng)作用的定量化提供支持。對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線波動(dòng)的近現(xiàn)代過(guò)程而言，收集多源數(shù)據(jù)，諸如遙感、統(tǒng)計(jì)、問(wèn)卷調(diào)查和地塊試驗(yàn)數(shù)據(jù)等，尤其注意補(bǔ)充一手?jǐn)?shù)據(jù)，以方便分析農(nóng)牧業(yè)轉(zhuǎn)變與生物-地理-自然屬性、農(nóng)戶經(jīng)濟(jì)特征的關(guān)系，從不同角度理解人類活動(dòng)對(duì)土地利用的過(guò)程。除此之外，繼續(xù)完善人類活動(dòng)數(shù)據(jù)空間化的合理方法。

4）深層次的因果關(guān)系解釋

氣候-人類-土地利用之間的相互作用具備復(fù)雜的非線性響應(yīng)特征，氣候變化與人類活動(dòng)對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷的驅(qū)動(dòng)，是對(duì)這一復(fù)雜過(guò)程的表象體現(xiàn)。定性描述對(duì)應(yīng)現(xiàn)象的互動(dòng)關(guān)系雖對(duì)適應(yīng)氣候變化、恢復(fù)生態(tài)平衡有一定的啟示作用，但不能展現(xiàn)驅(qū)動(dòng)力與結(jié)果之間的黑箱或灰箱內(nèi)容，尚不足從機(jī)制的角度為人類調(diào)整自身行為提供借鑒[12]。深層次的因果關(guān)系的解釋需要建立在深入了解驅(qū)動(dòng)力-界線變遷因果理論的基礎(chǔ)上，剖析不同時(shí)期、不同區(qū)域的合適案例，調(diào)查和分析利益相關(guān)者（政策制定者、土地利用決策者等）個(gè)體與群體對(duì)氣候變化、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等因素影響的認(rèn)知和響應(yīng)，結(jié)合其心理過(guò)程，深入解釋氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)界線變遷的相互作用過(guò)程，而不是單純地就模型或統(tǒng)計(jì)的結(jié)果給出脫離實(shí)際地理意義的片面解釋。

5 結(jié) 論

中國(guó)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶處于多要素復(fù)合過(guò)渡區(qū)，氣候變化與人類活動(dòng)共同驅(qū)動(dòng)著其界線的變遷?；趪?guó)內(nèi)外相關(guān)研究，總結(jié)了不同視角下北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的定義方法，主要基于代用證據(jù)、野外調(diào)查、氣候要素、土地利用要素和綜合指標(biāo)。就北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷的驅(qū)動(dòng)力而言，氣溫、降水是導(dǎo)致北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷的主要?dú)夂蜃兓?，表現(xiàn)為暖濕期界線北移，冷干期界線南擴(kuò)；政策、人口、經(jīng)濟(jì)、宗教、飲食結(jié)構(gòu)等是影響北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線變遷的主要人類活動(dòng)要素。氣候變化與人類活動(dòng)對(duì)界線變遷的定量貢獻(xiàn)的研究方法主要有相關(guān)分析、回歸分析、格蘭杰因果檢驗(yàn)、小波分析、方差分解及冗余分析等。目前研究還存在定義不統(tǒng)一、方法、數(shù)據(jù)以及機(jī)制解釋欠全面等問(wèn)題。未來(lái)還需從多要素的綜合定義，驅(qū)動(dòng)力研究的定量化，高時(shí)空分辨率數(shù)據(jù)的搜集以及深層次的因果關(guān)系解釋等方面進(jìn)行研究。

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Review on boundary shift of farming-pastoral ecotone in northern China and its driving forces

Shi Xiaoli1,3, Shi Wenjiao2,4※

(1.050024,; 2.100101,; 3.050024,; 4.100049,)

The boundary of agriculture-animal husbandry ecotone in northern China has changed frequently by climate change and human activities. Quantitatively detecting the contributions of climate change and human activities to the boundary changes of the farming-pastoral ecotone in northern China has been a hot topic in the field of climate change. In recent years, an increasing number of studies have documented the boundary changes in the farming-pastoral ecotone in northern China. However, for a long time, there was not aunified definition of the farming-pastoral ecotone in northern China. Based on the related literatures, we systematically reviewed the definitions of the farming-pastoral ecotone in northern China from five respects. 1) The definition based on the substitute evidences, according to the information indicated in the historical literatures, archaeological events, pollen records, ice cores and tree-rings, the historical boundary of the farming-pastoral ecotone in northern China can be delineated. 2) The definition based on the field investigations, is according to the scholars’ field surveys of the farming-pastoral ecotone in northern China. 3) The definition based on the climatic factors, according to the range of the precipitation (such as the 400 mm isohyet), moisture, temperature and wind, the farming-pastoral ecotone in northern China can be draw accurately. 4) The definition based on the land use factors, according to the proportions of the grassland and cropland, the scope conforming to the farming-pastoral ecotone was selected. 5)The definition based on the comprehensive indicators, this method often combines the land use factors and climatic factors to define the scope of the farming-pastoral ecotone in northern China, besides this, the vegetation, the economic level and livelihood were also used to draw the outline of the farming-pastoral ecotone in northern China. Then we analyzed the contributions of the climate change and human activities to the boundary changes of thefarming-pastoral ecotone in northern China. For the climate change, the boundary of the farming-pastoral ecotone in northern China changed northward during the warmer-wetter period and changed southward during the colder-drier period. For the human activities, the policies, increased population, developed economic levels, religion and diet structure were all the main driving forces of the boundary changes of thefarming-pastoral ecotone in northern China. After that, we introduced the quantitative progresses of the previous researches on evaluation of the contributions of the climate change and human activities. However, there were four defects in assessing the contributions of climate change and human activities to boundary changes of the farming-pastoral ecotone in northern China, such as the lack of the comprehensive definition, the quantitative method, the systematical data and the reasonable explanation. Meanwhile, we obtained the solutions to the existing problems. For example, composited definition based on multi-factors, quantitative identification of driving forces at multi-scales, collection of high resolutions data and the detailed explanations of the mechanism of boundary change. Understanding the contributions of climate change and human activities to the farming-pastoral ecotone in northern China is essential for making comprehensive decisions concerning human adaptability to climate change in different regions; the study will be helpful to the management of reasonable land use and the mitigation and adaptation to climate change for the sensitive regions.

climate change; agriculture; farming-pastoral ecotone; boundary shift; human activities; quantitative analysis

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.20.001

K903

A

1002-6819(2018)-20-0001-11

2018-04-10

2018-08-30

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41401113，41771111和41471091）；中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所優(yōu)秀青年人才基金項(xiàng)目（2016RC201）；中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)（會(huì)員號(hào)：2018071）；河北省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目（ZD2016066）；河北省高校重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目

石曉麗，博士，教授，主要研究方向?yàn)闅夂蜃兓绊懷芯俊mail：hnushixiaoli@163.com

史文嬌，博士，副研究員。主要從事氣候變化與農(nóng)業(yè)研究。Email：shiwj@lreis.ac.cn

石曉麗，史文嬌. 北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶界線的變遷及其驅(qū)動(dòng)力研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2018，34(20)：1－11. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.20.001 http://www.tcsae.org

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