我国土地利用/土地覆盖变化研究的特点和问题

吴 利,杨艳俊,阳利永

(玉溪师范学院，云南玉溪 653100)



我国土地利用/土地覆盖变化研究的特点和问题

吴 利,杨艳俊,阳利永

(玉溪师范学院，云南玉溪 653100)

我国土地利用/土地覆盖变化的研究自20世纪90年代起发展至今共分为3个阶段，包括理论研究起步阶段、理论应用于实践的快速发展阶段和不断发展与完善阶段。笔者拟从3个不同的发展阶段分析其研究的特点及其存在问题，并对未来我国土地利用/土地覆盖变化研究进行展望。研究结果表明：我国土地利用/土地覆盖变化不论是在时空变化研究、驱动机制研究还是生态环境效应研究和模型模拟研究中都取得较大进步，但在研究过程中未能区分气候变化与人类活动对土地利用变化的影响作用。

土地利用/土地覆盖变化；时空变化；驱动机制；生态环境效应；模型模拟

在具有全球影响力的两大组织国际地圈生物圈计划(IGBP)和国际全球变化的人文因素计划(IHDP)的大力推动下，土地利用/土地覆盖变化研究在20世纪90年代迅速成为全球环境变化研究的重点领域。改革开放以来，我国经济的快速发展对土地利用的变化产生了重大影响，快速城镇化对土地的刚性需求使得对土地利用变化的研究显得尤为迫切。我国土地利用/土地覆盖变化(即LUCC)的研究起步于20世纪90年代末期，起步较晚，发展历程较短，但近年来在国际科学界的影响下得以快速发展，基础理论和研究方法以及新技术的应用日趋完善。笔者从时间跨度上分3个阶段来梳理分析土地利用/土地覆盖变化的研究特点及存在问题，针对土地利用/土地覆盖变化的基础理论、时空变化、驱动机制、环境效应、模型模拟等研究进展及研究热点进行了综述，指出研究过程中存在的问题以及未来的研究发展方向，旨在为后续土地利用/土地覆盖变化的研究提供一定的理论参考。

1　2000年以前的理论研究起步阶段

1997年以前，我国学者对于土地利用/土地覆盖变化的研究仅限于翻译国外相关研究以供国内参考，译作大多阐述的是土地利用/土地覆盖变化的研究重点及其与全球环境变化的关系。摆万奇等[1]开始对全球变化研究中的土地利用/土地覆盖变化模型进行综述，重点介绍了植被模型和引入社会驱动力的土地利用/土地覆盖变化模型，并且归纳出土地利用/土地覆盖变化模型的发展趋势。李晓兵[2]综述了国际全球变化研究领域中重要的研究焦点之一——土地利用/土地覆盖变化的环境影响研究所取得的进展及未来的发展方向。郭旭东等[3]从宏观角度讨论了土地利用/土地覆盖变化对区域气候、土壤、水量水质的影响。王秀兰[4]通过分析人口与土地利用程度指数及人口与土地利用动态度之间的相互关系，建立了人口与土地利用/土地覆盖变化之间的定量模型。罗湘华等[5]回顾了土地利用/土地覆盖变化的研究背景，系统分析土地利用变化的研究模型，并展望了土地利用变化研究的趋势。

该阶段研究的特点主要为：①翻译国外最新研究成果以供国内学者进行理论参考；②综述国外最新研究进展以指导国内的研究；③开始基础理论研究，尝试建立定量模型。存在问题主要是仅限于借鉴国外的研究成果来进行基础理论研究，未涉及实践应用。

2　2001～2006年将理论应用于实践的快速发展阶段

土地利用变化研究涉及多个时空尺度，这一阶段已由全球研究转向针对性的区域性研究。在这一阶段中，国内学者开始将理论应用于实践，注重解决实际问题，寻求地区土地利用变化特征和规律与土地利用变化的驱动机制，同时开始应用“3S”技术和各种土地利用/土地覆盖变化模型，主要从以下几个方面分析这一阶段的研究特点和存在问题。

2.1对具体区域进行时空变化动态监测研究在这一阶段，我国学者在土地利用与覆盖的时空变化研究方面取得了一定的成绩，研究土地利用/土地覆盖变化的手段主要有两种：一是利用遥感技术对大地域进行研究；二是利用地图，通过变更调查和统计资料，对小地域进行研究。许学工等[6]研究了黄河三角洲地区数年和20余年的土地利用/土地覆盖的质量变化，得出结论为其在区域总体上向好的方向发展，但在内部地段间存在差异和不平衡。张建春等[7]利用马鞍山市1983、1996、2010年的土地详查、土地现状和土地规划数据，分析了马鞍山市1983～1996年以及1997～2010年地利用类型结构的变化及其土地变化的驱动因子。唐俊梅等[8]以大庆地区为例，定量分析研究了区域内土地景观结构、土地利用动态度变化过程以及土地利用各类型的相互转化状况。杨朝现等[9]利用土地变更调查数据和统计资料，对重庆市万州区、北碚区、酉阳县3个样点的土地利用动态变化和土地利用程度变化进行了分析，得出3个样点的土地利用无论从类型还是利用程度上都有显著的变化。于兴修等[10]基于土地详查和变更数据资料，借助GIS技术，采用景观空间格局分析法和模型分析法，对临沂市土地利用结构变化特征、土地利用程度变化特征及土地利用/土地覆盖空间格局变化进行了分析。王光谦[11]应用遥感技术与地理信息系统对土地利用变化进行监测，通过应用土地利用动态度模型、土地利用程度时空演变模型、土地利用类型转移模型和土地利用重心模型，对黄河流域近10年的土地利用/土地覆盖变化进行了研究。胥彦玲等[12]利用RS和GIS技术，分析了近20年来秦岭地区土地利用/土地覆盖在数量、结构和空间分布上的变化情况，得出建设用地增长而耕地大大减少的结论。

该阶段的研究成果概括起来主要表现在：①通过研究发现土地利用变化强度和速度增加得非常明显；②土地利用变化除了在时间上，在空间分异上也存在明显的差异；③采用两种手段研究土地利用/土地覆盖变化；④开始运用“3S”技术和各种模型进行分析。

2.2土地利用/土地覆盖变化驱动力或驱动机制研究在这一阶段中，对土地利用/土地覆盖变化动力机制研究的主要途径是对某一区域的动力因子进行分析，以揭示这个区域内影响动力所在。我国学者在这一阶段也进行了大量研究，认为我国土地利用/覆盖变化驱动力主要包括自然驱动力和社会驱动力。自然驱动力一般是指气候、土壤、水文；社会驱动力主要指人口变化、技术发展、经济增长、政府政策、富裕程度和价值取向。龙花楼等[13]通过分析20世纪80年代长江沿线样带土地利用格局，并在样带内选取典型区进行对比分析，认为长江沿线样带的土地利用格局受自然和社会经济因素的综合影响，在海拔高度、气温、地形坡度、经济密度和乡村劳动力密度等因素的影响下，土地利用变化的驱动力在空间上表现出较大的差异。于兴修[10]在分析临沂市土地利用变化特征的基础上，对其土地利用/土地覆盖变化机制进行了分析，得到其驱动因子为城市化的驱动、经济发展的驱动和人口增长的驱动。江晓波等[14]从土地利用/土地覆盖变化的角度出发，利用RS和GIS技术，阐明了20世纪最后10年三峡库区土地利用/土地覆盖变化在数量、结构和空间分布上的特点，并进一步分析了变化的驱动力。

同时，国内很多学者从不同的目的出发，构造了许多有关土地利用/土地覆盖变化的模型，尤以引入人文因子的驱动模型居多。叶宝莹等[15]先利用空间相关分析筛选出主要影响因子，然后再利用多元线性回归函数求得土地利用程度变化模型。摆万奇等[16]采用回归分析模型，应用Logistic逐步回归方法，通过空间分析，从15个生物物理和社会经济因素中筛选出对不同地类具有重要影响的关键因素，并确定它们之间的定量关系和影响大小。臧淑英等[17]利用主成分分析和多元回归分析模型，分析了大庆地区5类主要土地利用/土地覆盖类型变化的驱动机制，认为变化主要是石油资源的开发与利用驱动的。赵永华等[18]通过定性分析和定量分析(主成分分析法)两种方法对岷江上游土地利用/土地覆盖变化的驱动力进行分析，得出人口和经济是该区土地利用变化的主要驱动因素。

2.3土地利用/土地覆盖变化的环境效应研究土地利用/土地覆盖变化影响着能量交换、水分循环、土壤侵蚀与堆积、生物地球化学循环和作物生产等陆地主要生态过程的结构和功能。土地利用对土地覆盖格局产生前所未有的影响，而土地覆盖的改变必然会对局地、区域乃至全球环境都产生巨大而深远的影响。因此，土地利用/土地覆盖变化的环境效应研究成为主要内容。

国内不少学者对土地利用/土地覆盖变化的区域环境效应展开了深入研究。张殿发等[19]利用遥感技术和地理信息系统，结合数学模型，动态模拟土地利用/土地覆盖变化的水文及水环境效应，认为长江上游植被破坏和陡坡开垦造成严重的水土流失，直接威胁到三峡库区的生态安全，中游的围湖造田等损害了湖泊的生态功能，导致严重的洪涝灾害。吴彩莲等[20]从气候、生物多样性、土地退化等几个方面分析了福建省土地利用/土地覆盖变化对陆域生态环境的影响以及土地利用变化对湿地的影响。葛京凤等[21]首先分析了河北太行山区土地利用变化特征，然后对不合理土地利用方式下的生态环境负效应、不同土地覆盖度下的减灾效应比较进行了分析，得出河北太行山区由于不合理的土地利用导致地表覆被变化，引起生态环境质量下降，从而制约着经济的进一步发展。赵庚星[22]以基于知识与规则的分类方法提取土地利用/土地覆盖信息，分析研究区的时空变化，并通过空间叠加、缓冲区及相关分析模型，系统分析了土地利用/土地覆盖变化对环境脆弱性的影响。这一阶段的环境效应研究概括起来主要有以下几个方面：①对大气和气候的影响；②对土壤的影响：③对水文的影响；④对生物多样性的影响。

2.4土地利用/土地覆盖变化基础理论研究 首先开始探讨我国可持续发展与土地利用/土地覆盖变化的关系。刘彦随等[23]重点分析了土地利用/土地覆盖变化与可持续发展重点问题的关系，得出结论是我国作为世界上人多地少、经济落后的发展中国家，目前的可持续发展面临许多问题，都与土地利用/土地覆盖变化有着内在的、必然的联系，但二者的联动性可以通过水土资源需求与供给的平衡关系来反映。

其次是研究方法的研究，主要有土地利用/土地覆盖变化空间格局的研究方法、变化过程的研究方法和驱动机制的研究方法。这3类研究方法分别在以上内容中均有阐述。除此之外，还有一些较新的研究方法，如宋博[24]应用盒子计数法计算了郑汴之间沙岗土地各种土地覆盖类型空间分布的分维值，讨论了土地利用/土地覆盖变化的分形性质。张海龙[25]采用遥感影像，利用改进的BP神经网络分类法，提取研究区的土地利用信息。

再次是对土地利用/土地覆盖变化动态模型的研究。在针对区域土地利用/土地覆盖变化的研究中，如前所述已涉及土地利用动态度模型、土地利用程度时空演变模型、土地利用类型转移模型和土地利用重心模型，除此之外，对其他模型的引入也进行了一定的研究。如陈龙泉[26]探讨了Markov模型和CA模型的应用。王丽等[27]探讨了土地利用/土地覆盖变化模型的分类，主要包括物理模型、数值模型、土地利用变化的空间展布模型、土地利用的评价模型和综合评价模型，并对各类模型进行了分析。郭笃发[28]利用马尔柯夫链模型对近代黄河三角洲的土地利用/土地覆盖格局的未来变化进行预测，结果表明模拟结果与实际情况基本吻合。

总之，在这一阶段中，我国学者虽然在土地利用/土地覆盖变化的研究方面初有成效，但是仍然存在一些问题，主要体现在：①尚未建立起系统的土地利用和覆被变化数据平台；②研究又以典型区为主，比较零散，难成系统；③没有形成与我国国情密切结合的土地利用和覆被变化综合模型；④RS、GIS和GPS的集成在获取数据中的作用还有待加强。另外，研究尚处于基础理论与方法的探索阶段，欠缺与区域可持续发展相结合的应用实践性研究。

3　2007年至今不断发展与完善阶段

土地利用/土地覆盖变化的研究更趋向于综合研究，模型也得到了进一步的完善和应用，同时“3S”技术应用广泛。具体从以下几个方面来阐述该阶段的研究特点和存在问题。

3.1土地利用/土地覆盖时空变化研究土地覆盖变化不仅仅是数量和质量的变化，而且还包括空间格局的变化。随着研究的不断深入，土地利用/土地覆盖变化的研究逐渐进一步从简单的现状研究转变为更深层次的空间格局的分析。丁伟翠等[29]运用GIS和RS技术分析了烟台地区13年来土地利用的具体变化状况，以及该地区的土地利用格局，并对驱动这种格局的因素进行了简单分析。苏海民等[30]从遥感影像提取土地利用空间数据库，运用土地利用空间格局的数量模型，获得1988年和2004年两个时期各个土地类型的洛仑兹曲线，并且参照集中化指数、多样化指数和土地利用程度指数，对土地利用空间格局变化进行了定量分析，得出福州市土地类型以北部山区和中心城区最为集中，而靠近城区的近郊区因人类干扰活动强烈导致土地多样性大，土地类型分布较为分散。吴国玺等[31]基于许昌市1985、1995、2000年土地利用变化情况，从各土地利用类型的面积变化、单一土地利用类型变化的动态度和土地利用类型的空间质心迁移3个角度对许昌市的土地利用进行了时空变化分析。

此外，除了更深层次的空间格局分析之外，土地利用/土地覆盖时空变化的研究将目光重点投向了特殊区域，如海岸带、生态脆弱区、自然保护区等。邢伟等[32]、苏大鹏等[33]分别对盐城海岸带和胶州湾海岸带的土地利用/土地覆盖变化进行了时空分析。董铭等[34]则对松华坝水源保护区两个时期近10年的土地利用/土地覆盖变化进行了定量研究。

3.2土地利用/土地覆盖变化的驱动机制研究我国学者在分析国外研究进展的基础上，根据我国土地资源自身的特点进行土地利用/土地覆盖变化驱动机制研究。首先，广泛结合遥感影像与GIS的空间分析技术，以时序资料为基础，以主成分分析、灰色系统分析和回归分析为主要方法，选取了各种驱动力因子，开始从不同空间尺度、不同区域进行研究，增加了小尺度土地利用/土地覆盖变化的驱动力研究。郝仕龙等[35]以黄土丘陵区小流域上黄试区为例，对小尺度的土地利用变化驱动力进行分析，得出其研究时段内该试区土地利用/土地覆盖变化的主要驱动力为人口增长和科技政策。 第二，不仅对总的土地利用变化驱动力进行分析，还对某一种土地利用类型的驱动力进行分析。如陈小佩等[36]利用统计资料对湖南省湘潭市2000～2007年耕地面积变化特征进行了分析，认为湘潭市耕地数量变化驱动力主要有农业人口减少、社会经济发展、农业生产能力三大类制约因素。第三，开始对一些特殊地带进行土地利用/土地覆盖变化的驱动力研究。苏大鹏等[33]结合胶州湾海岸带调查成果和胶州湾实际情况，建立了胶州湾海岸带土地利用/土地覆盖的遥感分类，在此基础上利用Arcgis空间分析功能，进行土地利用/土地覆盖被变化的动态检测，并对其变化的社会经济驱动因子和人文驱动因子进行分析。

此外，变化驱动力因素的范围也在不断扩大和细化。赵雅莉等[37]对永定河下游的土地覆盖变化特征进行了分析，指出其变化的驱动力因素有气候变化、上游地表来水量、地下水位变化和人口政策的变化。

3.3土地利用/土地覆盖变化生态环境效应研究土地利用/土地覆盖变化的环境效应研究，除了对大气成分及气候变化的影响、对水文变化的影响、对土壤性质的影响外，还增加了对自然灾害的影响，即分析土地利用变化对于水土流失、土地荒漠化、环境污染、生物多样性损失以及农业自然灾害灾情等的影响。但由于土地利用/土地覆盖变化引起的环境效应具有复杂性和累积性，是时空耦合的动态变化系统过程，涉及自然、社会的诸多方面，使得研究困难较大，因此对环境效应过程与机理的研究较少[38]。陈莹等[39]以太湖上游的西苕溪流域为研究区，应用长期水文影响模型L-THIA模拟分析3种不同时段土地利用情景对地表径流的影响，并识别不同土地利用转换方式的水文效应的敏感性，结果表明土地利用变化对月径流的影响在春季更为显著，同时，不同土地利用转换方式产生的水文效应存在较大差别。刘敏等[40]通过研究发现，土地利用/土地覆盖变化同水网体系消失紧密相连，同时它也深刻地影响着河流、湖泊水质、城市土壤污染物的迁移转化与城市气候。侯鹏等[41]以辽河流域的浑河-太子河流域为研究区，探讨了流域空间尺度上的土地利用/土地覆盖变化特征及其所带来的生态效应，结果表明该研究区1992～2007年的综合生态功能呈现持平的特征。

3.4土地利用/土地覆盖变化模型模拟研究在这一不断发展与完善阶段，模型的功能和作用开始呈现多样化的趋势，从不同角度可划分为不同类型的模型。有从研究目的划分的林地模型、城市模型和农业模型；有从空间尺度划分的区域模型、国家模型等；有从模型建立的理论与方法来划分。此外，这一阶段土地利用/土地覆盖变化模型也呈现多尺度和多层次的特点，从单一空间尺度到现在的多空间尺度。

吴文斌等[42]重点基于Agent的土地利用/土地覆盖变化模型(ABM/LUCC)的研究进展进行了详细论述，重点论述了该模型在城市土地利用、农业土地利用等领域的研究进展。李敬峰等[43]首先利用遥感和地理信息系统方法以及景观分析软件，对徐州市睢宁县土地利用变化和景观指标变化进行分析，然后结合地理元胞自动机的Markov模型模拟该地区土地利用景观格局变化，结果表明该模型模拟结果能较好地反映土地利用变化特征。陈莹等[39]通过土地利用变化模型CLUE-S对未来15年土地利用/土地覆盖变化的空间格局进行模拟。刘培等[44]通过将元胞自动机和马尔科夫模型结合，构建CA_Markov模型对土地覆盖和热环境时空格局进行模拟与分析，结果表明该模型能够有效地提示和预测矿区土地覆盖变化和热环境演变趋势。李佳[45]基于SWAT模型，研究了长江源流域土地利用/土地覆盖情景变化对径流的影响情况，得出以下结论：长江源流域林地和草地面积增加，导致径流减少，而沙地和裸地面积增加导致径流量增加。这一阶段，土地利用/土地覆盖变化模型的研究不断趋于完善，精度也不断提高，模型的数量不断增多。

4　结语

近年来，我国土地利用/土地覆盖变化的研究，不论是在时空变化、驱动机制还是生态环境效应和模型方面，都取得很大的进步，基础理论、研究方法以及新技术的应用日趋完善。随着研究的开展与深入，土地利用/土地覆盖变化引起的生态环境效应日趋成为研究的关注点，但生态环境效应研究涉及因素繁杂，涉及土壤理化性质的改变、生物多样性的缺失、濒危物种栖息地威胁等，其研究开展难度较大，尤其是定量化的研究和指标体系的建立。同时，研究的过程中，气候变化与人类活动对土地利用变化的影响作用的区分到目前为止也未能得以量化和实现，其理论和方法也仍需不断完善和发展，而土地利用/土地覆盖变化的跨学科发展将是今后的发展趋势。

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Analysis on Characteristics and Problems of Researches on Land Use and Land Cover Change in China

WU Li,YANG Yan-jun,YANG Li-yong

(Yuxi Normal University,Yuxi,Yunnan 653100)

Researches about land use/land cover change in China could be devided into three stages since 1990s’ including initial stage of theoretical research,rapid development stage of applying theories to practice and continuous development and improvement stage.The characteristics and existing problems in researches were analyzed from 3 development stages,researches on land use/land cover change in China in the future were forecasted.The results showed that great progress were obtained in research on temporal and spatial change,driving mechanism,ecological environment effect and model simulation.However,both the distinction of influences on land use change between climatic variation and human activities failed to involve in course of study.

Land use/land cover change; Temporal and spatial variation; Driving mechanism; Ecological environment effect; Model simulation

吴利(1980- )，女，湖南汨罗人，讲师，硕士，从事土地利用与土地评价研究。

2016-06-03

F 301.2

A

0517-6611(2016)22-196-04