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本书研究主题为“天山北麓土地开发与环境变化研究（1757—1949）”，研究的思路是：在既定区域地理环境中人类如何选择生存方式及其对环境影响的力度有多大；区域环境发生了哪些变化；在以上研究基础上，区分环境变化的人文影响因素和自然影响因素，揭示环境变化的人文影响因素及其作用机制。因此，本书的研究内容主要包括区域土地开发与行政管理政策——揭示人类生存方式的选择；人口规模与耕地规模——揭示人类活动对环境的影响力度；河湖水系变迁——反映环境变化的过程及人类活动影响的过程与机制；最后分析区域土地开发与环境变化的关系，关注自然界的突变和人类政策调整所产生的正反两个方面的影响和结果。
区域土地开发与行政管理政策研究主要是为了揭示在特定的区域地理环境中，人类如何认识环境、选择怎样的生存方式，以及人类社会的区域管理方式，包括土地开发思想和政区沿革两个方面的内容。土地开发思想是人类结合区域自然状况和社会历史背景而形成的，它决定了某个时期土地开发的方式与程度。政区沿革是进行区域历史地理研究的基础，而且政区的废置与土地开发有密切联系，反映了区域土地开发的程度及土地开发的新动向。
人口与耕地是区域土地开发对环境影响程度的两项重要指标，它们的关系协调与否，直接影响着区域人地关系的发展。人口和耕地的增长变化、分布差异也直接地体现了土地开发对环境的影响力度和区域差异。尽管载籍人口数字和亩数与实际的人口和耕地面积存在着较大的差距，但是这些数字毕竟是时代的遗留产物，为本书重建时间剖面上的区域总人口和耕地面积提供了基础。
耕地面积的数量及其变化反映出不同时期天山北麓地区农业绿洲的规模及其变化过程，是反映地理景观面貌变化的重要标志之一。
需要重点阐明的是，为了衡量土地开发过程中人口数量变化与耕地数量变化之间的关系、判断环境变化中人文影响因素（其两个重要指标即人口和耕地）的作用，本书在研究过程中，尽量复原统一时间剖面上的所有人口数与耕地数量。为此，在载籍人口数与亩数的基础上，本书用大量篇幅进行了人口数量和耕地数量的重建工作。虽然，从严谨的历史学角度来说，这种人口数量与耕地数量的重建工作几乎是不可能完成的，但是为了回答“历史时期环境变迁的人文影响因素”这一学术问题，笔者不得不在现有史料、现有研究方法的基础上小心翼翼地进行重建工作。
水文因素是天山北麓各环境要素中最关键的因素，它既受气候变化的影响，又对区域生态环境起着决定性的影响。同时，它也是人类开发利用的对象，是联系人类活动与自然环境的关键性纽带。因此，本书选择河湖水系的变化作为区域环境变化研究的主要内容。研究天山北麓河湖水系变化的过程，分析其中突变事件发生的原因，从而揭示土地开发与环境变化的关系。
本书综合运用了社会科学和自然科学研究方法解决天山北麓土地开发与环境变化研究这个综合性科学问题。
本书主要依靠历史文献资料，探讨1757年至1949年间天山北麓地区的土地开发与环境变迁问题，涉及的历史文献主要包括各种正史、实录、会典、通考、奏折、志书、古地图、档案、游记、笔记等。对这些历史文献的收集和整理是本书研究的第一步，为此，笔者大量查阅北京大学图书馆、中国国家图书馆、中国人民大学图书馆、中国第一历史档案馆、新疆维吾尔自治区档案馆、新疆维吾尔自治区图书馆等与本书相关的研究资料，此外，还在研究区各县市收集了部分历史文献资料。在此基础上，采用历史学文献考证与分析的方法，分析辨别这些历史文献记载的真实性和可靠性，解读其中包含的区域土地开发政策、土地开发方式、人口、耕地、区域环境变化的信息，从而对区域土地开发和环境变换之间的相互关系和作用机制进行分析和研究。
古地图，是专指民国以前使用传统方法绘制的当时地图。即使不是非常精准，但古地图往往是对当时当地地理景观的直观反映，而且提供的信息大多是即时的，无论是官方还是私人绘制的地图，其使用价值往往可以弥补文献之不足。目前，绘制于清至民国时期的新疆地图，数量较多，其中包含了不少天山北麓地区人类活动与环境变化的信息，为利用古地图分析研究提供了有利条件。
笔者充分利用地理学、生态学的野外调查、考察方法和社会调查方法，深入研究区有侧重地调查了地理环境状况以及环境变迁的痕迹；收集了历史时期的地方档案和地方文献、现代统计资料，全面了解了区域民族、人口分布与人口迁移、土地利用、水资源状况，以及聚落、交通、经济结构的空间特征，全面认识了研究区自然条件的区域差异，为客观评价研究区地理环境现状的由来奠定了基础。在博士论文撰写期间，笔者曾在2002年夏、2003年夏、2004年夏对研究区进行了三次野外调查。此后，又在主持国家自然科学基金项目“近300年来新疆奇台—吉木萨尔地区土地利用变化及其对区域可持续发展的影响（40801047）”“过去300年新疆平原区湖泊演变及其对气候变化的响应（41271159）”时，对天山北麓的每一个县都进行了细致的野外调查。野外调查在本文的研究中起到了举足轻重的作用。其一，野外考察中不但收集了必要的研究资料，而且帮助笔者深入了解了研究区的自然和社会现状，奠定了深入探讨1757年至1949年间天山北麓土地开发与环境变化研究的认识基础。其二，文献研究和野外考察相结合是解决近三百年来三屯河、呼图壁河、玛纳斯湖变迁研究的重要方法和手段。其三，野外考察和实地调研，是研究天山北麓人地关系演变过程中，发现问题和解决问题的核心方法和手段。
本书注重定性分析与定量研究的结合，在辨析历史文献中记载的人口和耕地数字的可靠性基础上，对其中记载可靠的人口和耕地数字进行了数理统计，重建了八个时间剖面上的区域总人口和总耕地规模，并且对人口和耕地的增长速度和区域差异变化进行了数理统计计算，同时结合社会经济背景进行分析，深入揭示区域土地开发的特点、规律及其对区域环境变化的影响。
本书在注重过程研究的基础上，运用历史地理学剖面研究法，重建不同历史时期典型时间剖面上的人口和耕地规模，揭示土地开发对区域环境的影响程度。同时，充分利用气候变迁研究的成果，结合大量有关社会经济活动和地理环境变迁的历史文献记载，探讨不同历史时期的土地开发的过程和方式；通过重建时间剖面上的人口和耕地规模，揭示土地开发对区域环境的影响强度；探讨区域环境变化的过程，深入研究人类活动对地理环境的影响，探讨人类活动与地理环境相互作用的动态过程及其作用机制。过程研究和剖面研究相结合是本书研究方法的特色之一。
[1] Turner II B.L.，Skole David Sanderson，Fischer Steven Günther， et al .Land.Use and Land.Cover Change Science/Research Plan，IGBP Report No.35 HDP Report No.7，1995；Vogel，Coleen，“Facing the Challenges of the New Millennium：a LUCC/IGBP Perspective”，IGBP Newsletter No.38，1999.