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全球变化，即全球尺度的地球系统功能的变化，是由自然因素和人文因素共同作用引起的。在改变自然环境的同时，全球变化对社会经济发展也产生着深刻的影响。因此，如何应对全球环境变化，实现可持续发展，是当前人类社会面临的重大挑战。科学地分析全球性环境问题的性质、形成的原因、变化的规律、预测其发展趋势、评估其社会经济影响、提出合理的对策，是社会可持续发展的需要。全球环境变化问题是当前科学研究的前沿问题。
全球性环境问题已经超越了普通的学科分界，出现了“地球系统”的概念。地球系统由一系列过程构成，是地球系统各圈层之间的相互作用，由物理、化学和生物三大基本过程的相互作用以及人类与地球环境的相互作用联系起来的复杂的非线性的多重耦合系统。2003年，IGBP（国际地圈生物圈计划）正式进入第二个发展阶段，其阶段性目标之一“跨学科研究（包括过程研究）仍是全球变化研究的一个核心的、重要的学科议题，并采取更为综合的方法”
。
历史地理学家侯仁之早已指出，历史地理学是地球系统科学若干子系统之一，“以研究人类活动导致自然界变化为主的历史地理学，正是应该包括在地球表层学这个巨系统之中的一个子系统”
。历史地理学是一门综合性和跨学科的研究领域，主要关注人类活动与地球环境变化之间的相互作用过程。基于目前全球变化和科学性发展的最新发展趋势，历史地理学以历史上的人地交互作用的时空特征为核心，迎来了新的发展机遇。
在最近二十多年全球变化思想的形成过程中，国际学术界特别关注人类活动究竟在多大程度上干扰了全球环境，以及全球环境在发生变化之后会对人类生存产生多大影响，并将这种干扰和影响通称为“人文因素”
。中国拥有丰富的历史文献资料和文物考古资料，拥有辽阔的疆域、复杂多样的地理环境以及漫长的文明发展历史，因此，中国历史地理学具备“文理兼备、时空交织、通贯古今”的学科优势。近年来，中国历史地理研究在国际全球变化与可持续发展研究中的独特地位和作用越来越受到学者们的重视，他们提出建立高分辨率环境要素序列与时空特征分析；历史时期土地利用/土地覆被变化研究；适应研究与不同地域适应模型建立；历史时期人地关系地域系统研究等问题是目前历史地理学的重点研究领域。
20世纪90年代中期，由IGBP和IHDP（国际全球环境变化人文因素计划）联合发起的土地利用/土地覆被变化（LUCC）研究中，特别将“过去300年中，人类活动是如何改变土地覆被”以及“在不同历史阶段、不同地理单元，土地利用变化的主要人文因素是什么”列为重点问题，并强调：必须利用各种手段恢复过去土地利用/土地覆被变化的详细历史。
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土地利用（land use）是人类根据土地的特点，按一定经济和社会目的，采取一系列生物和技术手段，对土地进行的长期性或周期性的经营活动。土地覆被（land cover）是指自然营造物和人工建筑物所覆盖的地表诸要素的综合体。土地利用是人类活动作用于自然环境的主要途径之一，是不同历史时期土地覆盖变化的最直接和主要的驱动因子，其变化无论是在全球尺度还是在区域尺度都不断导致土地覆被的加速变化。2003年，IGBP进一步提出了土地计划项目的重点研究内容，并且进一步提炼了相关科学问题。新一轮的全球土地计划（GLP）聚焦土地系统变化研究，强调不同尺度人类行为与陆地生态系统之间的关系，增进对人类活动的全球变化影响的认识。
已有的研究成果和经验表明，人类活动与环境变化研究必然要区分自然影响和人类作用问题。同时，需要从多角度、多层次综合观察与分析人类活动与自然环境的动态变化，从而总结其相互作用和影响的规律。在空间上，应重点选择环境演变敏感地带或区域；在时间上，选择不同时间尺度内人类活动的特征时段；在内容上以解决综合性问题为主，即研究人类活动作用于自然环境的基本方式、程度，自然环境变化的机制、原因、影响评价及趋势预测，尤其注意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。
综合以上科学研究前沿问题及研究方法，本书选取生态环境敏感地带“天山北麓地区”作为研究区域，截取人类活动的特征性时间段“18世纪至1949年”作为研究时间尺度（见后文对时空尺度的论证），探讨这一时空范围内人类活动导致自然环境变化的基本方式、过程，分析人类活动与自然环境之间的相互作用模式及其机制，注意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。
土地开发活动包括土地开发政策的制定和实施、人口迁移与变化、耕地面积的增长变化等问题，进而引起区域自然环境的变化。土地开发活动是18世纪至1949年间天山北麓土地利用变化的主要驱动力，是深入探讨这一时间段内区域土地利用/土地覆被变化研究的重要切入点。
20世纪50年代以来的大规模土地开发活动，使天山北麓地区人工绿洲不断扩大的同时，也使绿洲生态系统变得越来越脆弱，出现河流断流、湖泊干涸、草场退化、土壤次生盐渍化、环境污染严重、生物多样性降低等生态环境问题，人地关系愈加紧张，区域可持续发展问题是目前亟待解决的问题。
2000年以来，政府在天山北麓地区规划了“天山北坡经济带”发展计划，并被列为我国西部大开发战略中优先扶持发展的地区
，后来“天山北坡城市群”又成为国家“十三五”时期推动建设的19个城市群之一。因此，天山北麓地区面临着如何保护和改善已经恶化了的生态环境及如何制定人地关系和谐发展的开发策略的双重紧迫任务。
认识人类活动与自然环境之间的相互作用过程及其作用机制是制定理性的区域开发与环境保护政策的前提。因此，本书将选题的视角定位在“过去300年中，人类活动如何改变了土地覆被”，结合近50年来天山北麓地区环境变迁研究的成果，深入认识天山北麓地区人类活动与环境变化的变迁过程及相互作用机制，为制定区域人地关系和谐发展策略提供科学依据。