南京信息工程大学余振团队发布中国土地利用与覆被、农田分布、氮肥施用量长期历史数据集
- ：余振团队
- ：2022-12-06
近期，南京信息工程大学陆地碳水循环模拟研究组（负责人：余振教授）通过国家生态科学数据中心生态网络云平台（http://www.nesdc.org.cn）发布了1900-2019年中国土地利用和覆盖变化数据集、1900-2016年中国历史农田分布变化数据集、1952-2018年中国历史氮肥施用数据集，用户可在线访问获取数据。相关研究成果在Nature Communication、Earth System Science Data等期刊发表。
（1）1900-2019年中国土地利用和覆盖变化数据集
当前，在全球碳收支评估中多采用联合国粮农组织（FAO）数据所衍生的土地利用和覆盖变化（LUCC）数据集。但对中国而言，FAO的农田面积数据来源于中国农业年鉴资料，而早期年鉴数据由于地方政策、统计方法和调查技术的原因，往往低估了该时期农田面积。而随着遥感等新技术在土地调查中广泛使用，早期未能计入的农田被逐步纳入统计，这造成统计年鉴中我国农田面积不断扩张的假象。在以FAO农田数据为驱动所衍生的全球LUCC数据集中，农田面积扩张的信号又会传递至其它陆地生态系统类型面积的变化，导致该数据集中我国近期森林面积数据偏离实际，最终影响我国陆地生态系统碳收支评估的准确性。
针对上述问题，研究团队联合中国林业科学研究院、北京大学、法国气候与环境科学实验室、爱荷华州立大学等单位的研究人员，在广泛查阅历史资料数据的基础上，研发设计了一种自上向下的模型算法，重构生成了1900-2019年中国逐年0.5度分辨率土地利用与覆盖变化数据集，更正了基于FAO数据所衍生的LUCC数据集在中国区域的偏差。
图 1. 不同数据集中的中国农田和森林覆盖变化比较（LUH2-GCB数据为Global Carbon Budget所用的数据集，基于FAO数据发展而来）
研究团队采用重构后的LUCC数据集，基于动态陆地生态系统模型（DLEM）对中国历史碳收支进行了重新评估。研究发现，中国陆地生态系统总碳储量在1900-1980年期间下降了69亿吨，但是1980年-2019年上升了89亿吨。1980年以来中国陆地生态系统碳储量的恢复不仅抵消了前期的碳排放，还额外增加了约20亿吨碳。同时，研究结果表明，1980-2019年我国陆地生态系统碳汇（2.3亿吨碳/年）的最主要贡献来自于造林和森林恢复（贡献约为44%），凸显了我国近40多年来林业生态工程建设所取得的瞩目成就以及森林在减缓全球气候变化方面发挥的重要作用。
图2. 1900年以来中国陆地碳储量变化
（图a-c分别为植被碳、土壤有机碳和总碳储量；黑色为本研究模拟结果，MsTMIP和TRENDY是基于FAO衍生数据的模拟结果）
该项研究工作和数据制备得到了国家重点研发计划（2021YFD2200405）、国家自然科学基金（32001166， 42130506， 42071031）、南京信息工程大学人才启动项目（2019r059， 003080）和江苏省高校自然科学研究基金（20KJB170013）等项目的资助。
论文信息：Yu, Z., Ciais, P., Piao, S. et al. Forest expansion dominates China’s land carbon sink since 1980. Nat Commun 13, 5374 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-32961-2
数据链接： http://www.nesdc.org.cn/sdo/detail?id=638d61df7e28173e660814c6
（2）1900-2016年中国历史农田分布变化数据集
长时序的农田空间分布图是准确评估陆地生态系统生物地球化学过程及其与气候系统的相互作用的基础。现有中国农田分布图普遍存在分辨率较低、时空连续性不做或数据不一致等问题。
研究团队综合考虑数据精度、时间覆盖范围和空间分辨率等要素，通过融合多源数据，重建生成了1900-2016年中国逐年5公里分辨率的农田分布数据集。研究结果表明，全国农田面积从1900年的77.72 Mha扩大到1979年的峰值151.00 Mha，此后持续下降到2016年的134.92 Mha。农田撂荒约为43.12 Mha，主要集中发生在1990-2010年期间的华北平原和四川平原。农田扩张超过74.37 Mha，主要集中发生在1950年之前的中国东南部、中北部和东北地区。该数据集有效地校正了联合国粮农组织（FAO）数据和全球环境历史数据库（HYDE）中有关中国耕地总量和空间分布在1960年至1980年期间的偏差，能够为区域和全球相关评估如温室气体排放核算、粮食估产等提供更好支撑。
图3. 不同历史时期（1900-2016年）中国农田分布及变化情况
图4. 不同来源中国农田面积数据对比
该项研究工作和数据制备得到了国家自然科学基金（32001166）、江苏省农业气象重点实验室基金（JKLAM2004）和南京信息工程大学人才启动项目（2019r059）等项目的资助。
论文信息：Yu, Z., Jin, X., Miao, L., and Yang, X.: A historical reconstruction of cropland in China from 1900 to 2016, Earth Syst. Sci. Data, 13, 3203–3218, https://doi.org/10.5194/essd-13-3203-2021, 2021.
数据链接： http://www.nesdc.org.cn/sdo/detail?id=638d61df7e28173e660814c8
（3）1952-2018年中国历史氮肥施用数据集
中国是世界上氮肥消耗量最高的国家。虽然氮肥的使用对中国的粮食生产做出了巨大贡献，但这也对生物地球化学循环产生前所未有的改变，并可能对水生生态系统产生不利影响。中国现有的氮肥施用分布数据通常分辨率较低，或缺乏时空连续性。
研究团队整合了中国历史农田分布图，融合多源数据，重建生成了1952至2018年中国逐年历史氮肥施用数据集，空间分辨率为5km × 5 km。研究结果表明，自1980年以来，大部分氮素源自纯氮肥料施用，复混肥的贡献在16% ~ 24%之间。全国氮肥投入从1952年的0.06 Tg N yr-1 (0.05 g N m-2yr-1)增加到2014年的31.15 Tg N yr-1 (18.83 g N m-2yr-1)，然后下降到2018年的28.31 Tg N yr-1 (17.06 g N m-2yr-1)。尽管从2014年到2018年，氮肥总投入减少了9.1% (2.84 Tg N yr-1)，但同期复混肥的氮素投入增加了6% (0.43 Tg N yr-1)。以往基于联合国粮农组织(FAO)数据的中国氮肥产品高估了低耕地盖度地区的氮素使用量，而低估了高耕地盖度地区的氮素使用量。重建后的数据集纠正了现有的偏差，改善了氮肥施用的空间分布信息，有助于更好地支撑生物地球化学循环模拟，包括中国的温室气体排放和粮食生产评估等。
图5. 不同历史时期（1952-2018年间）中国氮肥施用速率的空间分布
图6. 1952-2018年中国农田氮肥总投入及平均氮肥施用量
该项研究工作和数据制备得到了国家自然科学基金（32001166）、江苏省高校自然科学研究基金（20KJB170013）和南京信息工程大学人才启动项目（2019r059）等项目的资助。
论文信息：Yu, Z., Liu, J., and Kattel, G.: Historical nitrogen fertilizer use in China from 1952 to 2018, Earth Syst. Sci. Data, 14, 5179–5194, https://doi.org/10.5194/essd-14-5179-2022, 2022.
数据链接： http://www.nesdc.org.cn/sdo/detail?id=638d61df7e28173e660814ca