土地利用覆被变化与生态系统服务的影响关系研究进展

陈端吕 陈哲夫 彭保发

(湖南文理学院地理科学与旅游学院，湖南 常德 415000)

生态系统服务作为人类从生态系统中获得赖以生存与发展的收益[1]，是实现区域可持续发展的基础与保障，土地利用/覆被变化(LUCC)通过人类活动改变生态系统结构与生态过程，是生态系统服务变化的驱动力。生态系统服务在价值评估、空间分异等方面具有较多的研究成果，土地利用/覆被变化成为全球研究热点。从近期的发展历程来看，生态系统服务与土地利用/覆被变化的相互关系研究越来越受到重视，本文通过对相关研究进行梳理及未来的研究趋势的展望，为土地利用规划管理、生态建设与区域发展提供参考。

1 生态系统服务

1.1 生态系统服务的形成

生态系统服务不仅依赖于生态系统，而且也受到社会经济系统的影响。生态系统服务的形成机制虽有一些研究，但结论尚需进行一步论证，存在一定的复杂性。生态系统结构与生态过程是生态系统服务产生的载体与物质基础，同时生态系统服务受结构与过程的复杂性制约，主要体现在生态过程的复杂性与尺度性导致生态系统服务形成的不确定性与非稳定性，不同区域提供的主导生态系统服务也不同[2]。从现有的研究来看，虽然生态系统服务形成、生态系统服务与区域发展之间的耦合机制尚不清晰，尚处于探索阶段，可能需要长期的定位观测与实验研究，但仍然为生态系统服务相关研究奠定了基础。

1.2 生态系统服务的分类与评估

联合国千年生态系统评估(Millennium ecosystem Assessment，MA)将生态系统服务归纳为供给服务、调节服务、文化服务和支持服务[3]。Wallace[4]提出了针对自然资源管理的分类系统，Fisher与Turner[5]提出了中间服务、终点服务与收益类型，而Constanza[6]根据空间特征及排他性进行了分类。生态系统服务根据空间特征关系可分为全球非临近、局部邻近、流动方向性、原位性和使用者迁移性等 5 种类型[6]。从目前情况看，难以找到一个普适的分类方法，对生态系统服务的分类有不同的看法，各有侧重，但依然是进行生态系统服务评估的基础。

早期较为常用的评估方法主要基于市场理论，分为实际市场法、替代市场法、虚拟市场法[7]。生态系统功能的量化和空间模拟成为生态系统服务评估的核心，对生态系统服务评估及相关研究起着关键作用。在过去的研究中，生态系统服务评估指标呈现迅速增加趋势，提出了大量生态系统服务供给制图工具[8]，评价体系一般供给评价指标构建较多，但由于理论基础和数据支撑的限制，受可获得数据的依赖性等因素影响，服务需求及供需关系分析相对较少，缺乏统一的指标体系和方法，而且针对服务的需求、供—需关系分析的指标还有待进一步发展，在数量的估算上仍然存在很大的不确定性。

1.3 生态系统服务空间分异

生态系统服务空间分异格局包含生态系统服务供给格局、消费格局与服务流网络格局。随着生态系统服务评估及相关社会经济问题对区域发展重要性的认识[9]，陈万旭等根据敏感性对县域时空分异特征进行测度[10]，黄木易等利用地理探测器揭示了生态系统服务空间分异驱动因素[11]，吴健生等[12]、黄智洵等[13]进行了生态系统服务空间重构及供求格局研究；同时，GIS技术与量化模型得到了较多的应用[14]，生态系统服务的供给和需求在时间和空间上具有很强的分异特征[15]。

2 土地利用/覆被变化(LUCC)

2.1 LUCC的信息获取与处理

20世纪50年代由于卫星遥感技术的应用，为LUCC信息获取提供了可能，加快了LUCC研究的发展[16]。随后，对土壤、岩石和植被等进行了大量的波谱测试，并利用气象卫星数据进行土地覆被研究。1995年的“IGBP”与“IIHDP”项目进一步推进了LUCC的信息获取，为建立完善的土地分类系统及分类方法提供基础。我国LUCC信息获取最早采用传统的实地调查方法，随着遥感与GIS技术的广泛应用，土地利用分类信息方法得到了极大的发展，特别是遥感多源数据融合与计算机分类模型，体现了现代技术的整体优势。

2.2 LUCC的景观格局及动态

对不同地区和不同时段的景观空间格局进行分析，是研究土地利用/覆盖变化的主要内容，有助于探讨景观格局和LUCC过程的相互作用机理[17]。对于LUCC的景观格局及动态研究，主要集中于景观格局指数分析指标[18]，用于探讨景观异质性、土地类型的均衡程度、土地结构的空间配置等，包括斑块、斑块类型、景观3个层次[19，20]。同时，通过土地利用规模变化、土地利用变化轨迹等分析土地利用景观格局动态，可直观体现区域LUCC整体状况[21]，并探索土地利用景观格局及LUCC过程中的相互关系[22]，但针对景观生态敏感性及土地利用安全格局构建有待于进一步的研究。

2.3 LUCC驱动力机制

目前，土地利用/覆盖变化研究主要侧重于国家或区域尺度的案例，探讨LUCC的动力学过程与机制。提出了建立LUCC案例研究的全球战略框架，通过变化敏感度探讨LUCC分异与分区，对土地利用/覆被变化的时空演化机理有带进行系统研究。土地利用/覆盖变化的驱动因素体现在自然与人文2个方面，是自然因素与人文社会因素的综合结果[23]。自然环境因素是土地利用/覆盖变化的客观基础，主要包括气候、地貌、水文、土壤等。在人文因素方面，从人口增长及社会、经济进行土地利用结构变化趋势探讨，分析了人口因素对土地利用/土地覆被变化的影响，研究了土地利用/土地覆被变化的人文驱动机制。驱动力研究主要采用单一因素分析[24]及区域综合LUCC分析[25]，运用统计分析方法的较多，包括主成分分析法、回归分析法、灰色系统关联分析法等。

3 土地利用变化与生态系统服务的关系

土地利用变化与生态系统服务之间相互关联与影响已成为地理学和生态学领域共同关注的热点与重点。土地利用反映了人类活动，而生态系统服务可体现自然生态环境状态，围绕土地利用变化与生态系统服务存在相互影响的关系开展了相应的探讨及个案研究，见图1。

图1 LUCC与生态系统服务关系研究内容及其进展

3.1 LUCC对生态系统服务的影响

土地利用/覆盖变化是生态系统服务的重要驱动因素。近来来国内外学者从多个方面探讨了LUCC对生态系统服务的影响。

3.1.1 LUCC对生态系统服务形成机制的影响

生态系统的结构、组分与过程是生态系统服务的物质基础，LUCC通过影响生态系统的脆弱性从而影响生态系统服务的形成[26]。具体表现在LUCC确定产生和控制空间格局的因子和机制，从而控制生态过程。土地利用通过景观异质性、景观类型组合体，改变了物种的生存环境，从而导致生态系统服务功能的变化。

3.1.2 LUCC对生态系统服务时空分异的影响

LUCC从规模、情景、方式与强度等方面影响生态系统服务，土地利用规模引起生态系统服务供给损益与生态服务功能变化，土地利用情景引起生态系统服务价值时空演变，土地利用方式与强度引起生态系统服务之间权衡[27]。

3.1.3 LUCC可作为生态系统服务的调控手段

人类活动通过土地类型合理的空间配置，改变了土地利用格局、功能，从而优化了生态系统服务供需的空间流动过程[28]，通过深入探究LUCC中土地类型间的竞争过程和演化机理，探讨LUCC对生态系统服务的影响，从而保障生态系统服务能力与人类社会经济发展的适应性。总体而言，目前土地利用变化对生态系统服务的影响研究成果较多，但准确把握土地利用变化与生态系统服务价值的空间异质性，仍有待于更多的时空尺度案例进一步检验与探索。

3.2 LUCC对生态系统服务的响应

生态系统服务同样对土地利用变化存在多重影响。生态系统服务体现了区域生态承载能力与生态安全状态，成为人类感知生态安全状态最直接的途径，耦合生态系统服务逐渐成为区域生态安全研究的重要议题。通过引导人类需求，改变土地利用变化的均衡或波动关系。自俞孔坚等提出景观生态安全格局以来，一些学者尝试基于生态系统服务进行生态安全格局理论与实践探索，利用“源地—阻力面—廊道”的组合方式[29]，为土地利用的精准空间划定提供科学依据。同时，生态系统服务将生态系统结构功能与人类福祉联系起来，揭示生态系统结构—功能—服务—人类福祉间的递进关系[30]，通过生态系统服务支持人类福祉的能力及对人类福祉的贡献，从用地规模和结构优化来实现区域效益最大化，从而影响土地利用类型的利用程度与方式，使土地资源在各行业各部门得到合理分配，实施土地利用转型的空间结构优化与土地利用规划管理，为国土空间规划提供方向性指引。

4 研究展望

国内外对土地利用/覆盖变化研究内容较为丰富，取得了较多的研究成果，土地利用格局分析在生态学上已有一定的理论探索，在土地利用空间规划决策上有较多的应用。生态系统服务研究主要侧重于价值评估、空间格局、权衡协同等。生态系统服务与土地利用/覆盖变化的相互影响关系研究仍处于理论分析与模型模拟阶段。通过识别生态系统服务与土地利用变化的影响特征，建立生态系统服务与土地合理开发利用的关系，具有一定的挑战性，仍然是值得关注的重点。在综合性应用方面，人类活动的影响具有一定的复杂性，基于自然因素与社会经济条件的影响，从生态系统服务的区域供需平衡与匹配，探讨区域生态系统服务的可持续性有待加强。在多个视角量化方面，LUCC与生态系统服务都具有复杂的尺度性，构建普适模型分析不同尺度的二者相互作用的特征与反馈机制，精度和结果的准确性仍有进一步提升的空间。将生态系统服务的域内、域外效应纳入区域空间框架，从空间上辨识构成生态系统服务特征，通过LUCC现状与时空动态，构建土地利用规划与优化框架，需要有一定的突破。