生态土地分类研究进展综述

陈 蕾 唐立娜 胡冬雪

(中国科学院城市环境研究所，城市环境与健康重点实验室，福建厦门 361021）

土地分类是按照土地的自然和经济属性及其他因素进行的综合分类，它既是认识土地的开始，也是充分合理利用土地资源并对土地实施动态监管和有效控制的重要环节［1］。国外土地分类工作的开展至今约有半个世纪的历史，普遍以多目的、多比例尺、多种分类体系的建立与制图为主要研究内容，我国是80年代后开始大规模的开展土地分类体系的研究。对于我国土地资源紧缺的现状，具有科学性和通用性的土地分类体系将直接影响我国对土地资源管理和利用状况的判断和认识。因此，建立一套既具有中国特色，严谨全面、科学简明、可操作性强，且与国际接轨的土地分类体系是当前及今后我国对资源管理的一项重要任务［2］。

生态土地分类(Ecological Land Classification）是一种科学的土地分类方法，它以土地资源管理为目的，试图对整个生态系统进行组织、分级和评估［3］，突出了土地的综合性和生态属性，并用标准的比例尺和强度对生态系统进行描绘以满足生产的需要。生态土地分类在国际上已经得到了广泛的应用，并且当前国际上生态土地分类的级别体系有向统一化和多级化发展的趋势［4］。把它正确的应用到我国的资源管理中具有重要现实意义。本文主要对生态土地分类的定义、国内外研究进展、最新研究领域以及生态分类系统进行了综合整理，旨在为我国今后土地分类的研究工作及发展起到借鉴作用。

1 生态土地分类的定义

生物之间以及生物和非生物环境之间是相互影响、彼此依存的统一体。在一定的空间内，生物的成分和非生物的成分通过物质的循环和能量的流动互相作用、互相依存而构成生态系统(Ecosystem）［5］。地球上的生态系统在空间上是渐变的，通常情况下，不同生态系统之间并没有一个客观存在的实体边界。为了研究和管理应用的需要，人们研究将生态系统进行分类，生态土地分类就是一种对生态系统的分类。

我国肖宝英等人，对生态土地分类做出了这样的定义:生态土地分类是一个描述和划分地球表面具有不同生态学特征区域的过程［6，7］，它以现代生态学和生态系统理论为基础，综合自然地理、土壤、植被等方面的信息，将某一地区复杂的环境梯度，按其生态属性的异同进行合并和区分，构成不同的立地单元。具体的操作上，生态土地分类要求在进行土地分类时除最低一级是同质的自然体外，其上的分类采取邻近相似自然体合并的方式，分类单位每上升一级，意味着划分的地域单元向上扩大一个层次。故而，这种土地分类的方法也称之为土地分级。由于地质、地形、土壤、植被、气候、野火、水，甚至人类等因素的互相交织和相互影响，每个区域都可被视为一个不连续的系统［8］。

2 生态分类系统

生态分类系统是生态土地分类的实践基础，区域的自然区划和中低尺度的土地分类结合并贯彻在生态分类系统中，产生了融合现代生态思想和满足土地资源多目标管理的现代意义上的生态土地分类［9－11］。生态分类系统是用来确定、描述和绘制生态系统类型图的一个方法。这种系统的目的在于用图的形式把森林景观的生物和环境特征抽象化、综合化、标准化和整体化。通过绘制各种景观特征图，林业人员可以根据土地承载力及适应性确定森林的经营方向。有了这种标准化的格式，各部门之间以及上下级之间可以实现对森林资源信息的统一认识，以便实现统一规划，统一管理［12］。国际上具有代表性的生态分类系统主要有，由加拿大1976年成立的生态土地分类委员会建立的6级生态土地系统，和美国农业部林业署的8级分类系统。

加拿大生态土地分类建立了六级生态土地系统:生态省(ecoprovince）、生态区(ecoregion）、生态县(ecodistrict）、生态组(ecosection）、生态立地(ecosite）和生态要素。为了强调土地分类的生态方法，在专业名词中把前缀“土地”换成“生态土地”，但在分类的研究中仍然存在强烈的地貌倾向。

美国受生态系统思想的影响，更多立足于生态分类系统，根据生态原则进行土地分类等级体系研究。美国农业部林业署［13］根据空间尺度的不同生态分类系统采用不同的生态单位，并且不同生态单位的划分有不同的划分依据和主导因子，将整个北美划分为领域、区域、省、地区、亚地区、生态土地类型集、生态土地类型和生态土地类型相8个等级的生态分类系统(见表1）。“领域”是根据总体气候特征划分的，如冷、热、干、湿;“区域”的划分加入了植被的内容，包括森林、草原、沙漠等;“省”是根据亚气候条件来划分的，包括植被过渡类型等;“地区”的划分主要根据地质和地壳的特征，如山地、平原等;“亚地区”主要根据具体地形来划分;“生态土地类型集”的划分强调的是地形地势和区域性水文的空间特征;“生态土地类型”的划分主要根据水文关系，如坡度坡向等，和土壤类型;“生态土地类型相”主要依据植物种群、指示性植物以及土壤特性来划分。

表1 美国农业部林务署制定的全美生态单位等级

3 生态土地分类国内外研究进展

3.1 国外生态土地分类发展

3.1.1 发展历程

生态土地分类早期是在国外发展起来的，美国的Veatch、英国的Bourne和Milne等为生态土地分类的发展做出了重要的贡献。20世纪30年代，美国人Veatch他以综合的观点看待土地，认为自然土地类型是由各种自然要素组成，包括气候、地文、植被、动物及土壤等，突出了生态学含义。并提出了自然土地类型的概念［14］:自然土地类型是由土壤类型和地形特征(如丘陵、盆地、湖泊、沼泽及各种坡度的比例）的各种组合所组成。这一观点与后来1972年在荷兰瓦格宁根召开的土地评价专家会议给出的定义:“土地包括地球特定地域表面及其以上和以下的大气、土壤、基础地质、水文和植被，还包括这一地域范围内的过去和现在人类活动的种种后果，以及动物就它们对目前和未来人类利用土地所施加的重要影响”是很接近的，此观点现在已经被各国学者所广泛接受，并且成为各国学者在考虑土地分类时的基本原则［15］。几乎与美国Veatch同时，英国Bourne提出了地文区、单元区、单元立地的概念，发展了不同等级土地单位的思想，后来这三级术语被以各种方式继承下来。1935年，Milne提出了土壤链的概念［16］:他说，链是这样一组土壤，它们在以基本的发生差异和形态差异为依据的自然分类系统中彼此分离很远，但它们的出现由于地形状况而联系起来，并且在任何地方，只要遇到相同的状况，它们就会按同样的相互关系而重复。

20世纪40年代到70年代末，生态土地分类从理论发展到广泛应用的时期，许多国家设立了专门的机构进行有计划的土地调查［6］。例如，1946年澳大利亚联邦科研和工业研究组织(CSIRO）设立土地资源处，对全国土地进行调查。荷兰国际航测和地学研究所以航空照片判读和制图作为土地资源调查的主要手段。各个国家，众多的研究机构和个人都试图建立一个完整的、全面的生态土地分类，期待对土地和其他自然资源管理有一个整体的框架，并且在大尺度上他们都加入了气候区划，扩大了土地分类范围。澳大利亚、英国、加拿大、荷兰等国家在这方面成绩较突出。

20世纪80年代后期，综合的自然资源管理需求和计算机、地理信息系统、遥感、全球定位系统等技术［17］的广泛应用，极大地促进了生态土地分类的发展，全球许多国家和地区开始进行全国性的或者区域性的土地分类系统研制和相关的地图制作。生态土地分类系统［8］在陆地和景观尺度上取得了很快的发展，将生态原理运用在土地分类，使得等级系统在尺度上发展到区域，能绘制特大区域的土地分类，并运用GIS对地被物进行数字化和建立空间模型。

3.1.2 研究实例

早先，土地分类的发展是为了简单的用途，如木材生产、娱乐潜能或农业土壤调查。土地分类并没有应用到所有的土地，那些荒芜的、没有娱乐价值的土地或者非农用土地都不适用于土地分类。随着生态土地分类作为科学不断的尝试，生态土地分类能提供的综合型生态系统基础信息的需求也在不断增长［2］，生态土地分类开始应用于森林的资源管理。如森林规划的制定和实施、土壤保护、植物群落分类、生物多样性保护、森林生物量产出的评估等，尤其在可持续发展的生态系统管理和生物多样性保护的实践中起着关键的作用。近年来，生态土地分类逐渐扩展到更多的领域。

2000年，John等［4］对美国田纳西州西部的国家森林(Natchez Trace State Forest，NTSF）做了生态土地类型分类等级的研究。研究者以帮助森林管理决策为目的，利用地理信息系统技术合并森林类型、土壤、地势等信息，对NTSF做了生态土地分类的研究。揭示了森林类型与土壤特征和地势是密切相关的，并基于土壤类型、坡向、方向和地势环境等因素对成熟阔叶林地做了进一步研究，分了8个等级的生态土地类型。

John等［18］使用USDA美国生态系统框架中土地单元等级的生态土地类型(ecological land type，ELT）对橡树再生动力进行检验。研究者以MOFEP(The Missouri Ozark Forest Ecosystem Project）中9个森林管理区划为研究立地，依据地质信息、坡位和地形、坡向、土壤厚度和指示性植物种类等因素进行生态土地类型的分类，并选取4个具有显著性并且对比鲜明的生态土地类型(ELTs3，4，5，and 6），系统地检验橡树再生动力、生态土地类型(ELTs）和景观尺度内再生方法(皆伐、分类、单一树种选择）之间的相互作用。

2008年，Alireza等［19］采用生态分类方法，对 Hyrcanian(Caspian）lowland forests(northern Iran）地区赤杨木林生态系统进行研究。作者采用双向指示种分析(TWINSPAN）对植被群落进行分类得到5个赤杨木群落，并且每个群落都有专属的指示物种;通过主成分分析(PCA）排序得到影响植被群落的主要两个环境变量是坡度和地下水位。运用除趋势对应分析(DCA）和典范对应分析(CCA）排序得到两个主要的环境梯度，即水生植物和沼生植物大部分集中于沼泽的和湿润的群落;其他物种则集中于较干燥的群落。研究结果表明，影响研究区内赤杨木生境的主要群落类型不同主要是基于地下水和地貌差异。

Andriy等［20］对美国印第安纳州的胡希尔国家森林(Hoosier National Forest，HNF）地区进行生态分类系统的研究。研究者采用了USDA美国生态系统框架中最低等级的生态土地类型(ELT）和生态土地类型相(ELTP）进行分类，ELTPs抽取了HNF中位于布朗县丘陵(Brown County Hills）和克劳福德山地(Crawford Upland）的4个立地单元做为研究样地。选取10m分辨率的美国地质勘探局(USGS）DEM和土壤测量图做为源数据图层，使用ArcGIS提取出海拔、坡度、坡向、土壤类型等数据图层，最后通过统计分析得出ELTPs。研究结果表明，坡度、坡向和剖面曲线率是影响ELTPs的主要环境变量。

Blasid等［21］，2010年将生态土地分类方法应用到植物社会学领域，研究者论述了植物社会学和生态学之间的关系，并且强调了生态模型和环境评估在植物社会学领域的潜能。并建立了包括区域(Division）、省(Province）、地区(Section）、亚地区(Subsection）、土地系统(Land systems）、土地片(Land facets）、环境单元(Environmental units）7个等级的生态分类系统，并介绍了生态分类系统的分级标准及植被特征。作者表示，这一现代化发展为植物社会学这门学科提供了新的生态前景，生态土地分类可以描绘每一个区域的植物群落和植被动力的信息，在多个空间尺度上，能更好的帮助确立生态区边界和性质。

3.2 国内生态土地分类发展

3.2.1 发展历程

我国土地分类的研究工作是在苏联景观学思想的影响下发展起来的，1949年后，我国土地学界最先开展了土地分类的研究工作。随后，林超等人于60年代初期和中期在北京的山区开展了土地类型的制图工作，对我国土地分类的研究工作具有一定的代表性。他是按照前苏联的分类方法，采用的土地分类单位有地方、限区和相［22，23］。70年代后期，中国科学院地理研究所等组织了许多单位研究讨论全国土地类型系统和制图等为题，提出了土地分类的三级系统［24，25］。

生态土地分类在我国发展较晚，近年来，随着3S技术的逐渐发展，国内一些学者开始尝试生态土地分类的研究工作，借鉴国际上相关的生态分类系统，对我国的生态分类进行了深入的理论探讨。

3.2.2 研究实例

1998年，徐化成等［16］对生态土地分类进行了初步的探索，在河北省平山县卸甲河流域进行了生态土地分类研究，提出了包括土地系统、土地组合和土地类型的三级分类系统，并对该流域划分了8个土地系统，对每个系统分别划分了若干个土地组合和土地类型。最后论述了生态土地分类在我国林业上的应用前景，由于生态土地分类可以满足不同尺度的规划要求，土地系统这一级可以符合县级或者林业局规划的要求，它可为在较大的范围内进行农林牧的发展规划和林种树种规划服务。土地组合可为具体的经营单位(如乡或林场）规划树种、作物品种或各种具体措施服务。土地组合最能反映目前土地的植被类型和土地利用类型的现状，可作为调查和统计的基本单元。生态土地分类可以成为分析林业土地空间格局和结构的有力工具，可以成为针对不同的经营单元进行土地区划、土地规划和制定各种造林经营措施的基础。

2001年，邵国凡等［26］对吉林省东部进行了生态土地类型和生态土地类型相两个层次的分类和区划。生态土地类型的划分主要依据坡向、坡度、坡位和土壤质量;生态土地类型相的划分主要依据林冠层的优势树种、林下的指示植物、林龄以及林冠层盖度。生态土地类型决定了潜在的针阔混交林类型，例如，在坡下土壤肥沃的地带适合于水曲柳为优势的针阔混交林，而在阳坡土壤瘠薄的地方适合于蒙古栎林的生长。把潜在的森林类型与现有的生态土地类型相进行对比，找出其差别，从而为加速恢复和合理利用地带性天然林提出具有科学依据的经营措施。

2003年，Dai等［27］介绍了我国东北地区东部山地的生态土地类型，应用20m分辨率的DEM数据，绘制了位于中朝边境的白河林业局的生态土地类型图。作者根据当地的实际情况，以坡度和坡向为划分生态土地类型的主导因子，海拔为次要因子，划分了10种生态土地类型。并根据没个土地类型的面积分析了高海拔的生态土地类型是研究区内占优势的生态土地类型。最后，作者通过对现存植被类型和利用生态土地分类得到的潜在植被类型进行比较和分析，得到正确的森林管理的方法，这些森林管理方法是空间依赖的，在实际的操作中是可行的。

2008年，唐立娜等［28］对辽东山区的生态分类系统进行了研究，完成了生态土地类型(ELT）和生态土地类型相(ELTP）两个等级的划分。以数字高程模型和SPOT－5遥感数据为数据源，通过地理信息系统的空间分析，共得到5种生态土地类型和34种生态土地类型相。作者以坡度和坡向为生态土地类型的划分标准，使用Arc Info GRID或Arc Map空间分析中的GIS命令生成坡度图和坡向图，再将坡度图和坡向图叠加得到ELT分类图，并以SPOT影像为基础，叠加1:10000比例尺地形图提取研究区现存植被分布图，将现存植被图与ELT图层叠加，得到ELTP分类图。最后，作者总结了用ELTP代替我国林业区划中的小班，便于实现对小班的生态系统管理;并且生态分类系统的划分和制图，将生态学引入了我国沿用了几十年的传统森林经营管理中，森林管理部门可以根据空间精准、生态学含义明确的森林资源数据，从景观尺度上进行森林经营计划的编制，调整森林经营管理方式，实现森林生态系统的科学管理。

4 结语

生态土地分类是融合现代生态学思想和生态系统理论为基础的科学的生态分类方法，它的优点是综合考虑了地理空间中生物及其环境间的相互关系，并且充分利用了3S技术。就目前我国数字技术快速发展的现状而言，生态土地分类适宜在以现代化、信息化为特色的城市框架下进行生态环境问题的研究。生态土地分类最早起源于美国，目前在国外已经得到了广泛的应用，研究领域已经由最初的森林资源管理扩展到了土地资源管理、环境监测、植物学等领域。我国生态土地分类的研究起步较晚，相关应用还较少，研究区域主要集中在东北林地。由此可见，生态土地分类在我国有很大的发展空间，并且有必要将其应用于我国的生态环境问题和资源管理的研究中。

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