土地利用/覆被变化的发展研究

王启名 高蓉

【摘 要】土地利用/覆被变化（LUCC）是人地关系和环境变化的重要组成部分，也是造成全球气候变化的主要原因之一。文章综述了我国LUCC研究进展，以及LUCC在动态信息获取、土地利用 / 土地覆盖分类与制图、驱动力模型建立、LUCC 环境效应等方面的发展情况，并指出当前国内 LUCC 研究中存在的一些问题，为后期LUCC的发展提供依据。

【关键词】土地利用；土地覆盖；发展趋势

土地利用/覆被变化（LUCC）是人地关系和环境变化的重要组成部分，也是造成全球气候变化的主要原因之一。它是一个交叉学科，涉及到自然、经济、社会、文化与生态领域的诸多问题，引起各不同学科的科学家和学者的关注，“国际地圈与生物圈计划”（IGBP）和“全球环境变化的人文领域计划”（IHDP）在1995 年联合提出“土地利用/土地覆被变化”研究计划，使土地利用变化成为目前全球变化研究的前沿学科和热点课题。

一、我国LUCC 研究进展

中国土地利用的研究的历史源远流长。早在2000多年前，中國就有了土地类型划分和土地资源评价的思想。然而，完整的土地利用理论也是从西方国家那里传播并发展起来的。新中国成立后，20世纪50年代到90年代开张了大量的土地资源调查制图何评价工作。90年代以后，随着遥感技术平台的构建和国际LUCC研究的广泛应用，国内学者也开展了基于LUCC的相关研究，土地利用/覆盖变化的发展趋势成为这一时期土地利用研究的重点。

二、LUCC 研究发展趋势

（一）LUCC 动态信息的获取

一定精度、深度和广度的土地利用/覆被变化数据能够很好地揭示 LUCC 动态的变化和动力机制需要，如果数据达不到所需标准，就很难分析其发生的驱动力影响，也不可能深入分析 LUCC 动态变化及其影响。在实际工作中，人们意识到遥感图像空间分辨率、比例尺、成像机理、分类方法自身固有的及其他与解译人员绘图技巧、工作经验、地学知识掌握程度等有关的误差，使得对常用资源卫星影像（中、小比例尺）判读结果不尽如人意，另外，RS 无法正确反映因权属划拨所引起的用地类型改变。基于此，人们发展了面向工程目标并借助 3S（RS、GPS、GIS）集成技术的土地利用动态监测方法：首先遵循“同物同谱”原理，解译不同时期资源卫星影像或与以前土地利用图等进行比较；在发现变化区域后运用后处理差分 GPS 技术实地获取该区域空间位置，与此同时人为记录当地土地利用/覆被状况以备属性数据处理之需；然后利用 GIS 进行空间数据组织、管理、分析与可视化。

（二）土地利用/覆被分类

国内目前开展的土地利用/覆被类型划分研究大多是基于光谱信息统计模式算法，如监督分类和非监督分类。这些分类方法对遥感专业要求高，不能真实反映特殊地物的分布现象。为提高 RS 影像分类准确率，国内有些学者丰富了特征信息来源，他们以传统遥感影像分类结果作为初始值，再利用辅助地理数据和知识库进行不精确推理，最后确定像素所属类别。但过多着眼于局部而忽略了附近整片图斑的纹理情况，而且不能排除图斑外像素的影响。为进一步提高高分辨率影像分类精度，程昌秀等从 RS 影像和GIS 矢量数据一体化角度出发，将二者配准叠置，利用矢量数据的图斑边界信息提取边界内相元灰阶信息；根据灰阶信息和图斑矢量边界坐标，统计出图斑形态特征，识别图斑类别。实验结果表明，该方法准确率较其他的高。

（三）LUCC 制图

刘纪远认为，随着 RS与GIS技术的发展与多源数据、多时相数据、多尺度数据的融合，中国 LUCC 制图更为系统、客观和快速准确。近年来，不断有全国尺度和地方与区域尺度的LUCC 图问世便验证了这一点。颇值一提的是，叶庆华等学者以地学信息图谱理论、地球空间信息认知理论、地球系统科学与地理综合体理论、地理信息系统中时空复合体模型为依据，提出了研究 LUCC 的记录时空复合信息的基本单元— “图谱单元”，以及研究 LUCC 图谱的概念模型。在此模型帮助下，张天宇等人深入研究了黄河三角洲 LUCC 时空复合变化，并取得很好效果。

（四）LUCC驱动力模型研究

驱动力模型是通过对土地利用变化驱动因子与变化过程之间的简化、拟合验证等来实现对驱动因子筛选、驱动过程模拟和对未来过程预测，科学解释和预测未来一段时间内土地利用变化趋势，为可持续发展提供基础资料和理论依据。目前常用的模型大致可分为：（1）基于经验的统计模型。王晨野等建立吉林西部耕地、林地、草地等各种土地，利用类型与驱动因子多元线性回归模型。该模型提取该地区耕地变化的主要因子是农业人口数和农业机械总动力。（2）土地系统动力学模型。摆万奇，利用系统动力学模型模拟了深圳市1980-2030年是深圳市城镇用地快速增长阶段之后基本保持稳定的状态。该模型能够模拟土地利用系统的结构功能与动态行为之间的相互作用关系，但缺乏空间动态概念。（3）综合模型。陈佑启，用CLUE模拟了中国内地土地利用变化趋势，不仅建立了土地利用变化与其影响因子之间的相互作用关系，而且着重对耕地变化及其空间分布进行了模拟。

（五）LUCC 环境效应

国内学者对 LUCC 环境效应的研究既包括全球性系统变化，也包括区域性累积变化。在对全球变化影响方面，李克让等通过研究认为LUCC对气候影响的生物物理反馈主要因为改变了地表光学特性、粗糙度和水文循环而影响了地面与大气间辐射、热量动量和水分交换，而生物地球化学反馈则因为生态系统碳和养分循环的变化影响了地面与大气间交换温室气体和气溶胶并导致气候变化；而对区域环境效应的研究集中在LUCC 水文效应、对生物多样性影响与环境质量等方面，如李昌峰阐述了土地利用变化对水资源量、质和空间分布的影响并探讨了当前研究中存在的问题及今后研究趋势，丘君研究了土地利用类型转变、土地利用管理强度变化、生境破碎化与土地利用调整等对区域生物多样性的影响。以上研究均表明：土地质量退化、空气污染、水质污染、生物多样性减少等生态环境问题总是与不合理的土地利用密切相关，而土地利用合理反而会促使区域生态环境向有利于人类的方向发展。

三、LUCC存在问题

（一）模型功能欠完善

目前国内已建立的驱动力机制模型，但由于数据数量和质量问题以及对动力机制的认识尚不明朗，所建模型大多功能不完善。为克服这一缺陷，一方面，我们要借助3S技术集合区域内自然和人文等多方面信息，开展综合研究，并根据已有信息完备程度、信息处理目的和各类模型本身特点，挑选现已建立的模型；另一方面，要加强GIS与其他用户模型的集成，这不仅是当前GIS发展的一个重要方向，也是土地利用变化研究需要努力的方面。

（二）理论体系有待健全

对土地利用变化的解释和预测依赖于土地利用的理论建设，所以，当前由于缺乏统一理论的指导，不同研究者出于各自目的对同一地区的研究结果互不相同，所采用的研究方法以及建立的模型也不能应用于其他地区。并且，人地关系理论的 LUCC 理论当前更多的是散见于更需要地理学、农业经济学、生态学与可持续发展耦合集成，形成综合的 LUCC科學理论体系。

参考文献

[1] GIS Walker，R.T.Land use transition and deforestation in developing countries [J].Geographical Analysis，1997，19：18-30.

[2] Turner I B L，David Skole，Steven，SQanderson.Land Use and Land Cover Change（LUCC）：Science/Research Plan[R].IGBP Reports，No.35，1995.

[3] Meyer W B，Turner I B L.Change in Land Use and Land Cover：A Global Perspective [M].Cambridge：Cambridge University Press，1994.

[4] 张显峰，崔伟宏.运用RS、GPS和GIS 技术进行大比例尺土地利用动态监测的实验研究[J].地理科学进展，1999，18（02）：137-145.

[5] 程昌秀，严泰来，朱德海.GIS辅助下的图斑地类识别方法研究—以土地利用动态监测为例[J].中国农业大学学报，2001，6（03）：55-59.

[6] 术洪磊，毛赞猷.GIS 辅助下的基于知识的遥感影像分类方法研究[J].测绘学报，1997，26（04）：329 -336.

[7] 程昌秀，严泰来，朱德海，张玮.GIS与RS集成的高分辨率遥感影像分类技术在地类识别中的应用[J].中国农业大学学报，2001，6（03）：50–54.

[8] 刘纪远.中国资源环境遥感宏观调查与动态研究[M].北京：中国科学技术出版社，1996.

[9] 高志强，刘纪远，庄大方.基于RS和GIS的中国土地利用/覆盖的现状研究[J].遥感学报1999，3（02）：134-138.

[10] 陈维明.景观生态分类与制图浅议[J].地球信息科学，2002（02）：61-65.

[11] 叶庆华，刘高焕，陆洲，龚争辉，Marco.基于GIS的时空复合体—土地利用变化图谱模型研究方法[J].地理科学进展，2002，21（04）：349–357.

[12] Zhang Tianyu，Ye Qinghua，Zhou Chenghu，et al.Tupu analysis on land use change in the Yellow River Delta and its possible structure by Marcov prediction，Landscape Change and Human Activity，Lanzhou，The 2nd IALE Asia- Pasific Region Conference，China.Sept，22 - 25th，2001.

[13] 王晨野，汤洁，李昭阳，毛子龙，汪雪格.吉林西部土地利用/覆被时空变化驱动力分析[J].生态环境，2008（05）：1914-1920.

[14] 摆万奇.深圳市土地利用动态趋势分析[J].自然资源报，2000，15（02）：112-116.

[15] 陈佑启.中国土地利用变化及其影响的空间建模分析[J].地理科学进展，2000，19（02）：116-127.

[16] 李克让，陈育峰，黄玫，李小兵，叶卓佳.气候变化对土地覆被变化的影响及其反馈模型[J].地理学报，2000，55（增刊）：57-63.

[17] 李昌峰，高俊峰，曹慧.土地利用变化对水资源影响研究的现状和趋势[J].土壤，2002，34（04）：191-197.

[18] 丘君，陈利顶，傅伯杰.LUCC 对生物多样性影响.土地覆被变化及其环境效应[M].北京：星球地图出版社，2002.

[19] 朱会义，何书金，张明.土地利用变化研究中的GIS空间分析方法及其应用[J].地理科学进展，2001（02）：104-110.

[20] 蔡运龙.LUCC研究：寻求新的综途径[J].地理研究， 2001，2（06）：645–652.

作者简介：王启名（1988- ），男，陕西蒲城人，硕士在读，研究方向：GIS及土地利用变化。