（土壤学专业论文）红壤丘陵北部过渡带土地利用覆盖变化研究——以湖北省咸宁为例.pdf

红壤丘陵北部过渡带土地利用，覆盖变化研究以湖北省威宁为例 捅要 研究人类活动影响下的生态环境变化已成为全球生态与地理学界关注的焦 点和前沿，而作为具有自然和人文双重属性的土地利用覆盖是人类活动与自然 环境相互作用的集中反映；区域土地利用覆被变化研究是全球研究的重点，区 域尺度上的典型研究为土地利用覆被变化的综合研究提供了丰富的区域信息， 也是参与全球环境变化的有效途径。 我国红壤丘陵区地处热带、亚热带，包括长江流域的大部分及其南部，跨 南方1 0 个省( 区) ，面积1 1 3 万k m 2 ，占国土总面积的1 1 8 ，人口约占全国的3 0 。 该区自然条件优越，生产潜力大，是我国重要的农业生产区域，也是热带、亚 热带特种经济作物和经济林木的主要生产基地。其北部边缘区处于我国中部地 区，气候由中亚热带向北亚热带过渡，地貌由西部高山高原向东部丘陵平原过 渡。区域的植被区系、农业生产方式、农业生态模式乃至文化结构与经济形态 等都具有明显的过渡特征，是我国生态环境条件比较特殊区域。长期以来，该 区域由于土地资源不合理的开发与利用，旱坡地面积比例大，生态环境破坏严 重，土地退化成为本区发展最大的制约因素。但是，由于南方地区自然条件的 复杂性和人们认识上的差异性，早期工作大多在南方典型红壤区开展，而忽视 了红壤丘陵北部区，特别是亚热带北缘的过渡区。 鉴于此，本文以红壤丘陵北部边缘典型区湖北省成宁市为研究对象， 利用1 9 7 8 年、1 9 9 1 年和2 0 0 2 年三期m s s 和t m e t m 卫星遥感数据获取了该区域 1 9 7 0 s 末、1 9 9 0 s 初和2 0 0 0 s 初的地表土地覆盖特征。然后在g i s 支持下，结合区域 自然和社会经济资料，利用土地利用动态度、土地重心指数分析阐述了2 0 余年 来成宁市土地利用，覆盖变化的时空过程，为充分揭示不同土地利用类型转移特 征在土地结构整体变化中的地位和作用，利用a r c g i s 数据集成分析平台，将不 同时段土地利用图叠加分析统计了不同土地利用类型在2 个比较时段的转移概 率矩阵。结果显示：2 0 多年来成宁市土地利用结构一直是以林地为主导的土地 覆盖格局，林地，园地，建设用地、水域面积显著增加，耕地、未利用地则明 显减少。同时根据该市地貌特征，利用土地利用程度指数分析了不同地貌区( 平 原，丘陵和低山区) 土地利用变化特征，平原区地势平坦、土壤熟化程度高， 耕地是其主导土地利用类型；在丘陵和低山区，林地分布占绝对优势，自然植 华中农业大学2 0 0 6 届硕士学位论文 被与人工植被逐渐优化，人工植被中以用材林( 杉木、松树、楠竹) 和经济林 ( 油茶、茶叶) 为主。本文又从景观、类型、斑块三个层次，从研究区、不同的地 貌区，揭示成宁市三个时期的景观变化特征，结果显示：斑块数与斑块密度呈 同比例增长趋势，斑块平均面积下降明显，说明随着人口的增加、经济的发展， 各土地利用类型的关联度减弱，景观的破碎程度逐年加剧。最后在定量刻画土 地利用变化的基础上，运用相关和逐步回归方法对该市土地利用变化的自然与 人为影响因素进行分析，最终筛选出影响该地区土地格局变化的主要驱动力： 海拔高度、坡度、速效钾、全氮是影响各个土地利用变化的主要自然驱动因素， 政策导向、科技投入、消费水平与人口因素是主要人为驱动因素。 关键词：红壤丘陵区，土地利用，土地覆盖，驱动力，遥感，地理信息系统 红壤丘陵北韶过渡带土地利用覆盖变化研究一以湖北省咸宁为例 a b s t r a c t t h ec h a n g eo fe c o l o g ya n de n v i r o n m e n ta f f e c t e db yh u m a na c t i v i t i e sh a sb e e n f o c a lp o i n ta n dk e yc o n t e n ti nt h es t u d yo fg l o b a le c o l o g ya n dg e o g r a p h y , a n dl a n d u s ea n dl a n dc o v e r ( l u c c ) t a k e no nn a t u r a la n ds o c i a la t t r i b u t e sa r er e f l e c t e d i n t e n s e l yb yh u m a na c t i v i t i e sa n dn a t u r a le n v i r o n m e n tw h i c ha c t o rr e a c to ne a c h o t h e r l u c ci st h ef o c a lp o i n to ft h eg l o b a lr e s e a r c h , w h i c ho f f e r sn o to n l ya b u n d a n t r e g i o n a li n f o r m a t i o nf o rt h ei n t e g r a t e dr e s e a r c ho fl u c c b u ta l s ot h ee f f e c t i v e c h a n n e li n t ot h er e s e a r c ho fg l o b a le n v i r o n m e n t a lc h a n g e r e ds o i lh i l l yr e g i o n , l o c a t e di nt h et r o p i c a la n ds u b t r o p i c a lz o n e so fs o u t h e a s t c h i n a , c o n s i s t so f9p r o v i n c e sa n d1a u t o n o m o u sr e g i o n t h i sr e g i o ni sa b o u t1 1 3 m i l l i o nk m 2 ，a n dh o l d1 1 8 o fc o u n t r ya n d3 0 o ft h ep o p u l a t i o n t h e r ea r el a r g e r e g i o n sw i t he x c e l l e n tw a t e ra n dh e a tc o n d i t i o n si nr e de a r t hh i u ya r e ao fc h i n a , w h i c hi st h ei m p o r t a n ta r e ao fa g r i c u l t u r ep r o d u c e di nc h i n a , a n dt h em a i nb a s eo f i n d u s t r i a lc r o p sa n dn o n t i m b e rf o r e s ti nt r o p i ca n ds u b t r o p i c so fc h i n a t h en o r t h e d g eo ft h i sr e g i o ni st h er e m a r k a b l et r a n s i t i o no ft h ec l i m a t ef r o mm i d d l es u b t r o p i c s t on o r t hs u b t r o p i c sa n dt o p o g r a p h yf r o mt h ew e s tp l a t e a ul a n dt ot h ec a s tp l a i na n d h i l l yl a n d a sas p e c i a lz o n eo fe c o e n v i r o n m e n t ，t h e r ea r es o m eo b v i o u sc h a r a c t e r s o ft r a n s i t i o ni nt e m ao ft h ea 班c u l t u r a le c o l c i g i e a lm o d e l ，t h ec o m p o s i t i o no fn o 取 c u l t u r a ls t r u c t u r ea n de c o n o m i cs t a t e f o rl o n gt i m e ，b e c a u s eo ft h el a n dr e s o u r c e so f t h eu t i l i z a t i o na n de x p l o i t a t i o n ，t h ed r ys l o p i n gf i e l d sa r e ai sl a r g e ，a n dt h es t u d ya r e a i s n ts or e a s o n a b l et h a t e c o s y s t e m e n v i r o n m e n tb r e a k s s e v e r e l y t h e l a n d d e g e n e r a t i o nb e c o m e st h eb i g g e s to b s t a c l et od e v e l o pi nt h i sa r e a b u t , b e c a u s eo f n a t u r a lc o n d i t i o n a lc o m p l e x i t yi ns o u t h e r nr e g i o na n dt h ec o g n i t i v ed i f f e r e n c eo f p e o p l e ，i ne a r l yd a y sal o to fs t u d i e sm o s t l ya r ec a u g h to u ti nt h et y p i c a lr e ds o i l d i s t r i c to fs o u t h e r nr e g i o n ，n e g l e c t i n gt h en o a he d g eo fr e ds o i l h i l l yr e g i o n , e s p e c i a l l yt h et r a n s i t i o n a lz o n eo f t h en o r t he d g eo ft h es u b t r o p i c s f o rt h en o r t he d g eo fr e ds o i lh i l l yr e g i o n , s e l e c t i n gx j a n n i n gc i t yf o rt h es t u d y o b j e c t , t h i sp a p e rd e m o n s t r a t et h ec h a r a c t e r so fl a n dc o v e rc h a n g e 。i ns t u d ya r e au s i n g t h em s si m a g ei n l 9 7 8 ，t h et mi m a g ei n1 9 9 1a n dt h ee t mi m a g ei n2 0 0 2 t h e n s u p p o r t e dw i t hg i st e c h n o l o g y , c o m b i n e dw i t hs o c i a la n de c o n o m i cd a t a ，u s i n gt h e d e v e l o p m e n td e g r e ea n db a r y c e n t e ri n d e xo fl a n du s e ，t h ep a p e r i n d i c a t ef r o m1 9 7 8t o 2 0 0 2t h ec h a r a c t e r so fs p a c e - t i m ec h a n g eo fl a n du s ei ns t u d ya r e a i no r d e rt os h o w t h es t a t u so fa l lk i n d so fl a n du s e si nt h ew h o l ec h a n g eo ft h es t u d ya r c a t h ep a p e ru s e t h em e t h o do fm a r k o vc o n v e r s i o nm a t r i xi n t e g r a t e dw i t ha r c g i st e c h n o l o g y , a n dt h e 华中农业大学2 0 0 6 届硕士学位论文 r e s u l ti n d i c a t ef o r e s t l a n di sm a j o re l e m e n ti nt h es t u d ya r e a , a n df o r e s t l a n d ，g a r d e n l a u d ，c o n s t r u c t i o nl a n da n dw a t e rb o d yi n c r e a s eo b v i o u s l y ，w h i l ec u l t i v a t e dl a n da n d u n u s e dl a n d d e c r e a s el a r g e l y t h e na c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e ro ft o p o g r a p h y , t h i s s t u d ya r e ai sd i v i d e di n t op l a i nd i s t r i c t ，h i l l yd i s t r i c ta n dm o u n t a i nd i s t r i c t u s i n gt h e g r a d ei n d e xo fl a n du s e ，i ti sr e v e a l e dt h a tt h e r ew a s f i a ti np l a i nd i s t r i c tw i t hf e r t i l e a n dh i g h l yg r o w t hs o i l ，b e i n gs t i l ld o m i n a t e db yc u l t i v a t e dl a n d ，w h i l et h e r ea r e h i g h e re l e v a t i o ni nh i l l yd i s t r i c ta n dm o u n t a i nd i s t r i c t , b e i n gc o v e r e dm o s t l yb y f o r e s t l a n d ，w h e r en a t u r a lv e g e t a t i o na n dr e g e n e r a t e dv e g e t a t i o na r eo p t i m i z i n g g r a d u a l l y , a n dr e g e n e r a t e dv e g e t a t i o nm a i n l y i n c l u d ec o m m e r c i a lf o r e s ta n d e c o n o m i cf o r e s t t h e na c c o r d i n gt ot h eh i e r a r c h yi n c l u d i n gl a n d s c a p el e v e l ，c l a s s l e v e la n dp a t c hl e v e l ，a n dt h ea r e ac o v e r a g ei n c l u d i n gt h ew h o l es t u d ya r e a ，t h e d i f f e r e n tg e o m o r p h i cz o n e s ，t h er e s u l t sa n a l y s et h ec h a r a c t e r so fl a n d s c a p ec h a n g ei n s t u d ya r e ab a s e do ns o m el a n d s c a p em e t r i c sf r o m1 9 7 8t o2 0 0 2 ，a n dw i t ht h eg r o w i n g o fp o p u l a t i o na n dt h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m y , t h ei n c r e a s i n go fp a t c hn u m b e ra n d p a t c hd e n s i t ya n dd e c r e a s i n go fa v e r a g ep a t c ha r e as h o wt h a th u m a nb e i n g s r e c o n s t r u c t i n g t h e l a n d s c a p e o f x i a n n i n g w h e r e l a n d s c a p ef r a g m e n t a t i o n i s b e c o m i n gs e r i o u s a tl a s ta n a l y s i so fc o r r e l a t i v i t ya n ds t e p w i s er e g r e s sa r eu s e dt o s t u d yt h em a i nd r i v i n gf o r c eo fl a n dc o v e f f u s e i ti sr e p r e s e n t e df r o ms t a t i s t i c a lr e s u l t t h a te l e v a t i o n , s l o p e ，a v a i l a b l eka n ds o i lt o t a ln i t r o g e na r em a i nn a t u r a ld r i v i n g f o r c e s ，w h i l eh u m a nf a c t o r sa r et h em a j o rd r i v i n gf o r c eu n d e r l y i n gt h er e g i o n a ll a n d u s ec h a n g e ，a n ds i g n i f i c a n t l ya f f e c t e db yp o l i c yo r i e n t a t i o n ，c o n s u m p t i o nl e v e b d e v o t i o no fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g ya n dp o p u l a t i o ng r o w t h k e yw o r d ：r e ds o i lh i l l y , l a n du s e ，l a n dc o v e r d r i v i n gf o r c e ，r e m o t es e n s i n g , g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m i v 华中农业大学学位论文独创性声明及使用授权书 学位论文题目：红壤丘陵北部过渡带土地利用，覆盖变化 学位级别 硕士 研究一以湖北省咸宁为例 听在学院( 院) 资源与环境学院 学科专业土壤学导师姓名 史志华 学生姓名温利华 学位论文 是否保密 否如需保密，解密时间2 0 0 6 年6 月1 5 日 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料，指导教师对此进行了审定与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中做了明确的说明，并表示了谢意 研究生签名：秘t l 竿 时问：砌，年石月5 日 学位论文使用授权书 本人完全了解。华中农业大学关于保存，使用学位论文的规定”，即学生必须按 照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存提交论文的印刷版和电 子版，并提供目录检索和阅览服务，可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存，汇 编学位论文本人同意华中农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表传播学位论 文的全部或部分内容 注：保密学位论文在解密后适用于本授权书 学位论文作者签名：移州绎导师签名：尘兰暂 签名日期：d ，年多月圹日 签名日期：伽年多月留日 注：请将本表直接装订在学位论文的扉页和目录之同 红壤丘陵北部过渡带土地利用，覆盖变化研究以湖北省成宁为例 1 引言 马克思曾经指出：“土地是一切生产和一切存在的源泉”，是人类“不能出 让的生存条件和再生产条件”。土地资源是一切生命存在与繁衍的基础，是人类 赖以生存的物质基础，是进行农业生产最基本的不可替代的生产资料。二十多 年来，我国随着经济的快速发展，人们的生活水平与生活方式发生了极大的变 化，对水土资源需求量以及环境压力的增加，使得我国的土地利用与土地覆盖 都发生了深刻的变化，引起许多自然现象和生态过程的变化，如土壤养分和水 分的变化、地表径流与侵蚀、生物多样性的分布和生物地球化学循环等，在众 多的全球变化问题中，土地利用5 ：地覆被变化( l u c c ) 研究显得尤为重要( 史培 军，2 0 0 1 ；傅伯杰2 0 0 3 ：陈利顶，2 0 0 3 ) 。 鉴于l u c c 在全球环境变化和可持续发展中的重要地位，以及地球系统科 学、全球环境变化与可持续发展涉及到诸多自然与人文方面的问题，需要加强 学科间的综合研究，国际地圈生物圈计划( i g b p ) 和人与环境计划( i h d p ) 于 1 9 9 5 年陆续推出l u c c 研究的科学计划，i g b p 和i h d p 把土地覆盖定义为“地 球陆地表层和近地面层的自然状态，是自然过程和人类活动共同作用的结果” ( t u r n e rbli i ，1 9 9 5 ) ，陈利顶( 2 0 0 1 ) 把土地利用定义为“土地利用是土地 在人类活动的持续或周期性干预下，进行自然再生产和经济再生产的复杂的社 会经济过程”，土地利用覆盖变化( l u c c ) 构成土地自然与经济的双重属性。目 前，随着人口增长、粮食短缺、环境污染、生物多样性、气候变化等一系列全 球性问题的日趋激化，全球变化研究成为国际上最为活跃的研究领域之一， l u c c 机制的研究最能表达全球变化对地球表层系统的动态影响，无论是在全球 尺度、国家尺度或者区域尺度上，l u c c 研究对于揭示土地利用与土地覆被变化 的原因、内部机制、基本过程，预制未来变化方向和后果，以及制定相应的对 策至关重要( t u r n e r ，1 9 9 3 ：w a n g x j ，1 9 9 5 ：d a l e v i i ，1 9 9 7 ：k s r a n ，2 0 0 1 ) 。 t u r n e r ( 1 9 9 4 ) 指出，人类只有对自然界和人类自身的作用有了清醒的认识， 才能比较自由地驾驭人类赖以生存的环境朝着有益于人类的方向发展，土地利 用土地覆被变化( l u c c ) 研究可以深化人类活动在全球变化中作用机制的认识， 加强典型区域生态环境效应的具体研究，因此把握导致区域土地利用覆盖变化 的时空过程，弄清驱动这一过程的关键因素及其作用方式，有助于调整人类自 身活动，对区域资源优化配置、保护和改善区域生态环境、促进区域可持续发 展战略顺利实施具有重要的理论和应用意义。 华中农业大学2 0 0 6 届硕士学位论文 2 文献综述 2 1 土地利用( l 1 d 与土地覆盖( l c ) 的概念 土地利用( l u ) 是人类根据土地的特点，按一定的社会与经济目的，采取 一系列生物和技术手段，对土地进行长期性和周期性的经营活动，它是一个把 土地的自然生态系统变为人工生态系统的过程；土地覆盖( 岣是指自然营造物和 人工建筑物所覆盖的地表诸要素的综合体，包括地表植被、土壤、冰川、湖泊、 沼泽湿地及各种建筑物，具有特定的时间和空间属性，其形态和状态可在多种 时空尺度上变化。土地利用侧重于土地的社会经济属性，其主要表现为土地用 途的转移和土地利用集约度的变化；土地覆盖侧重于土地的自然属性，其主要 表现为土地质量和属性的变化( 史培军，2 0 0 0 ) 。 土地利用覆盖变化( l u c c ) 作为目前全球变化研究的核心主题之一，反映 了自然和人文交叉最为密切的问题。与全球生态环境安全水平密切相关。它不仅 能够客观地记录人类改变地球表面特征的空间格局，还可以再现地球表面景观 的时空动态变化过程( 史培军，2 0 0 4 ) 。 2 2 研究内容 国际生物圈和地圈( i g b p ) 计划、人与环境( i h d p ) 计划、国际应用系统分析 研究所( i i a s a ) 、美国国家研究委员会q 限。以及中国科学院都对l u c c 的研 究内容进行了科学概括，总结各机构l u c c 的研究内容主要包括4 个方面： 过去3 0 0 年，土地覆盖如何变化? 长期起来土地利用覆盖变化对区域微环境及全球环境的影响，以及二者 之间的正反馈机制如何分析? 土地利用，覆盖变化的驱动因子是什么? 土地利用覆盖变化与驱动因子 之间的关系如何? 未来5 0 年土地利用覆盖变化在不同时空尺度下如何变化? 2 3 研究意义 l u c c 研究内容主要包括两个方面：一是利用遥感和地理信息系统技术监测 土地利用覆盖的动态变化过程，二是通过分析变化背后的各种驱动力来揭示土 地利用履盖变化机制，从而模拟土地利用，覆盖变化及其在不同空间尺度下的环 2 红壤丘陵北部过渡带七地利用覆盖变化研究一以湖北省成宁为例 境及生态影响。土地利用覆盖变化过程直接反映了引起全球及区域微环境变 化的主导因子一人类活动，它既是环境变化的输入又是它的输出，对地一气相 互作用和生物多样性损失起着重要作用，同时也是可持续发展和人类对环境响 应的主要因素，所以洞察土地利用覆盖变化对总体上的综合模拟和评价环境， 认识人类活动在全球变化的作用机制，减小预测的不确定性有重要意义 ( 眦p e a p a p ，1 9 9 5 ；t u r n e r ，1 9 9 1 ) 。土地利用，覆盖变化驱动机制的建立可 以进一步调查土地利用和土地覆盖变化的原因，评估人口统计、社会经济和气 候驱动力在历史时期内的作用，分析由于气候动力学、生态恢复、可持续发展 及经济的稳步增长而造成的土地利用和土地覆盖变化的政策意义等。另外 l u c c 的研究可以加强土地利用变化时空规律的实证研究，为合理利用和保护土 地资源提供基础依据，同时可以为政府部门提出一个短时限高强度人地关系作 用区域的可持续发展模式，以保障研究区的食物安全、资源安全和生态安全， 对研究区的发展决策与规划具有实际应用价值和理论意义。 2 4 研究进展 2 4 1 国外l u c c 研究现状 2 0 世纪3 0 年代，w e b b 在对美国大平原的农业研究中首次提出当地的土地利 用覆盖类型是由当地的气候条件决定此阶段l u c c 研究的重点集中于对土地 覆盖类型与土地利用方式的分类、描述，制图，驱动力的分析主要是从经济角 度考虑，认为l u c c 变化的模式是由气候、经济、社会以及政策等因素所塑造， 但这一阶段的研究忽视了人类行为、文化以及政治因素的作用，更很少涉及 l u c c 变化对全球环境变化的影响。 2 0 世纪7 0 年代，随着全球变化研究迅速发展，l u c c 变化作为影响全球环 境变化的三大基本人类因素之一，引起各个研究领域学者的关注，l u c c 的研究 也进入一个新阶段。土地利用变化引起了地表覆盖以及发生于其中的生物多样 性、植物初级生产力、土壤品质、痕迹气体的释放以及水文环境等方面的变化， l u c c 的研究更加深入且与环境科学的研究紧密结合在一起。 9 0 年代以来，许多全球变化的研究计划都将l u c c 作为研究内容，1 9 9 0 年 n r c 的全球变化委员会最早提出一个全球性土地利用与土地覆盖变化研究框 架。随后，国际地圈生物圈计划( i g b p ) 和人与环境计划n h d p ) 于1 9 9 5 年制定 3 华中农业大学2 0 0 6 届硕士学位论文 并开始执行“土地利用土地覆盖变化科学研究计划( l u c c ) ”，并与陆地生态系 统( g c e ) 研究紧密联系，使l u c c 研究成为目前全球变化研究的前沿和热点 课题，引起了全球各国科学家的高度重视。2 0 0 1 年荷兰阿姆斯特丹召开规模盛 大的国际性会议变化着的地球的挑战( c h a l l e n g e so fac h a n g i n ge a r t h ) ：全 球变化开放科学会议，又一次提出基于区域和全球的角度研究土地利用覆盖剧 烈变化的热点地区。目前，国际上l u c c 的研究出现三种学派：北美学派、日 本学派和欧洲学派。北美学派又称为定性学派，其研究工作主要是从宏观的角 度出发，注重研究全球规模大尺度的土地利用与土地覆盖变化状况及其与全球 环境变化的相互关系，主要涉及范围是l u c c 的时空变化性、预测性和驱动性， 但由于该流派基于宏观性的特点，所得的研究结果或建立的模型实用性不大； 日本学派其l u c c 的研究手段、内容及出发点注重从定量的角度出发，充分利 用数学模型和经济学模型；而欧洲流派更是不同于北美和日本学派，该学派的 研究从福利分析( w e l f a r ea n a l y s i s ) 出发，研究并调整规划中福利与其它政策变 量的权重造成高度非线性的过程。在对土地资源与食品政策进行分析的基础上， 构建模型并对将来l u c c 进行模拟预测。 2 4 2 国内l u c c 研究现状 在我国，由于巨大的人口基数、相对有限的土地特别是耕地资源，以及快 速发展的经济与人民生活水平的提高等特殊国情，土地利用a ：地覆被及其变化 的研究具有更为突出的现实意义，关系到全国与各地区资源的有效开发利用与 合理保护、生态环境的保护与治理、耕地保护与食物安全、社会经济的可持续 发展等一系列重大问题，从而对我国2 1 世纪的发展具有关键性的影响。 中国初期有关l u c c 的研究工作主要集中在土地资源调查、分类、分区及 开发管理方面，主要是为国家经济建设服务，致力于为政府决策、各级土地管 理部f - j f j 定管理政策和落实各项管理措施提供科学依据，未能从环境水平的角 度考虑。“六五”期间，我国完成了全国县级土地详查，历时9 年完成了1 ： 1 0 0 万中国土地利用图；“七五”期间，相继建成了一批数据库，如林业部研制 的全国森林资源数据库，中科院的中国国土基础信息系统等；中科院“八五” 完成“全国资源环境遥感宏观调查与动态分析”等重大项目。对于讨论土地利 用覆盖变化在区域乃至全球变化中起着重要作用，将土地利用与土地覆被变化 与全球变化联系起来进行综合研究，则是随着有关l u c c 研究的各种研究机构 4 红壤丘陵北部过渡带土地利用，覆盖变化研究以湖北省成宁为例 纷纷涌现的背景下开展起来的，一系列关于l u c c 变化的研究迅速在中国展开， 主要包括l u c c 动态监测、驱动力模拟和和生态环境的响应机制等，代表性的 研究是李秀彬( 2 0 0 2 ) 提出了土地利用变化的概念框架，为中国l u c c 的理论 研究指明了方向；刘纪远( 2 0 0 2 ) 在土地利用变化时空信息的平台下，对中国 2 0 世纪8 0 年代未到9 0 年代未来土地利用变化过程进行了全面分析，揭示了中 国1 0 年来土地利用变化的时空规律；史培军( 2 0 0 2 ) 进一步分析了中国土地利 用格局形成的主要政策、经济和自然成因及对生态环境的影响的等等。 从我国l u c c 研究的区域来说，研究主要集中在下列两类地区。一类是“热 点地区”，即人文和自然驱动力极为活跃的地区( 于兴修，2 0 0 2 ) ，研究者多 选择了那些人文因素高度复合的地区前者是东部发达地区，如北京市( 田光进 等，2 0 0 3 ) 、深圳市( 摆万奇，2 0 0 0 ) 与上海市( 李晓文等，2 0 0 4 ) 等地，人 为因素对自然环境高度作用导致了目前及将来土地利用急剧变化；另一类是“脆 弱区”，随着人口的增长、经济的发展和资源的消耗，各种各样的“脆弱区” 不断出现，西北部大范围的农林、农牧交错带( 王晓峰2 0 0 3 ) 、黄土高原( 张 秋菊，傅伯杰，2 0 0 3 ) 、干旱区( 张华，2 0 0 3 ) 的土地利用覆盖变化敏感。 2 5 驱动力研究 驱动力是指导致土地利用方式和目的发生变化的生物物理( b i o p h y s i c a l ) 和社会经济( s a c o e c o n o m i c ) 天i 素；生物物理驱动力包括自然环境的特征和过程， 包括气候变动、地形、火山爆发、植物演替、土壤类型和过程、自然资源的有 效性等；社会经济驱动力则主要包括人口变化、贫富状况、技术进步、经济增 长、政治经济结构以及价值观念等方面( s t e m ，1 9 9 2 ；摆万奇，2 0 0 1 ) 。驱动力 分析的目的是求解各种土地利用类型与自然、生态、社会，经济因素之间的相 互作用关系，评估土地利用变化对区域资源环境演变的综合影响及其效应 ( r i e b s a m e ，1 9 9 4 ) 。从时间尺度的角度考虑，生物物理因素属于少动的稳定因子， 社会经济因素则是具有易变性和错综复杂性的不稳定因子；空间尺度上，生物 物理和社会经济因素都具有很大的不确定性，因此，综合多学科知识、采用多 种手段，从众多的因子中找出影响土地利用变化的主要驱动力，建立土地利用 变化的驱动机制模型，是阐释不同尺度水平上土地利用动态变化与驱动力之间 关系的热点问题。根据国内外发表的文章来看，驱动力研究都是从土地利用结 5 华中农业大学2 0 0 6 届硕士学位论文 构及变动入手，以生物物理和社会经济数据为背景，用定性( 系统动力学方法) 与定量( 统计学方法) 相结合的方法进一步分析土地利用类型的变化。 2 5 1 统计学模型 统计分析方法是研究土地利用与各种社会、经济、自然驱动力之间关系的 一种重要方法，它可以有效的模拟在各种驱动力作用下土地利用的变化。由于 统计分析方法具有使复杂问题简化的特点，易于抓住复杂系统中矛盾的主要方 面和系统内部的重要驱动机制，适于对现有l u c c 研究基础较弱的新热点地区 的研究。目前统计模型主要有典型相关分析方法、主成分分析法，灰色关联度 分析、逐步回归方法及马尔科夫链等。 ( 1 ) 主成分分析法 主成分分析是一种数学变换的方法，它是把给定的一组相关变量通过线性变 换转成另一组不相关的变量，这些新的变量按照方差依次递减的顺序排列。在 数学变换中保持变量的总方差不变，使第一变量具有最大的方差，称为第一主 成分，第二变量的方差次大，并且和第一变量不相关，称为第二主成分；依次 类推，1 个变量就有1 个主成分，主成分分析是一种可以简化驱动因子个数的方 法。l u c c 研究的驱动因子个数较多且互有相关性，利用主成分分析法可以在不 损失或很少损失原有信息的前提下，将原来个数较多且彼此相关的驱动因子转 化为新的个数较少且彼此独立的综合指标。目前利用主成分分析法的l u c c 驱 动力研究，是在建立自然指标系和社会经济指标些的基础上，采用最大方差旋 转法对因子载荷矩阵进行旋转，使各变量之间关系紧密的因子的负荷得到加强， 得到驱动力因子负荷矩阵，利用因子载荷和贡献率进行说明和分析。李森、李 凡等( 2 0 0 4 ) 对额济纳绿洲荒漠化驱动机制的研究，采用主成分分析法，结果 显示荒漠化驱动力的第一主成分与第二主成分的贡献率分别为5 9 2 8 和2 8 0 8 ，第一主成分中社会经济驱动因子负荷量明显高于自然驱动力因子，反映出 绿洲荒漠化驱动因子的多面性和综合性及人为活动的主导性。 ( 2 ) 灰色关联度分析 灰色关联分析( g r e yr e l a t i o n a l a n a l y s i s ) ，就是系统的因素分析。它解决的问 题是某个包含多种因素的系统中，哪些因素是主要的，哪些因素是次要的。它 能根据因素之间发展态势的相似或相异程度来衡量因素间接近的程度，是对系 统动态发展过程的量化分析。基本上灰色关联度分析是依据各因素数列曲线形状 6 红壤丘陵北部过渡带土地利用，覆盏变化研究一以湖北省咸宁为例 的接近程度做发展态势的分析；l u c c 驱动力研究中可采用整体性关联度分析， 各个土地类型变化均可为母序列，各个驱动因子为子序列。这个分析过程可分 为四步：标准化、确定标准系数、关联度；i ( k ) 计算、关联度比较分析。目 前基于灰色关联度的研究主要集中在环境变化和水分循环两个方面，具体实例 很多，蔡体久( 2 0 0 1 ) 基于r 5 和g i s 的林型结构与森林涵养水源关系的研究， 确定母序列为两个因素，即年径流量( y t ) 与年降雨量( y 2 ) ，确定子序列为该流域8 种森林类型及森林覆盖率：白桦林、落叶松林、落白混交林、白落混交林、樟 子松林、榨树林、阔叶混交林及森林覆盖率，经过标准化、关联系数的计算进 行林型结构和森林覆被率与降雨量和径流量的关系分析。章予舒( 2 0 0 3 ) 等对 疏勒河流域土地利用变化驱动因素分析，利用安西县1 9 4 9 - - - 2 0 0 0 年6 个时间段 的耕地( x t ) 、人口( x z ) 、牲畜( x 3 ) 、大风、降水( x s ) 各因子变化数据为子序列， 以主要土地利用类型就地、林地、草地、荒漠化土地的变化为母序列，采用关 联度分析方法，分析研究影响土地利用结构变化的驱动因素及其影响排序。 ( 3 ) 逐步回归法 逐步回归是建立最优回归方程的方法之一，最优回归方程包含所有对因变 量有显著影响的自变量，而不包含对因变量没有显著影响的自变量；多元逐步 回归( m u t i p l es t e p s w i s er e g r e s s i o n ) 的基本思想是将变量逐一引入回归方程。 在引入新交量后用偏回归平方和检验其显著性，若显著才能将该变量加到方程 中；方程中加入了新变量后，要对原有的变量重新用偏回归平方和进行检验， 若某个变量变得不显著时，要将它从方程中删除。重复以上步骤，直到所有的 变量均不能剔除，新变量也不能加入时回归过程才结束。逐步回归法的原理也 是寻求因变量与自变量的关系，可以用于进行土地类型变化与驱动因子之间关 系问题的解释。摆万奇、阎建忠( 2 0 0 4 ) 等对大渡河上游地区土地利用土地 覆盖变化与驱动力分析，利用l o g i t i c 逐步回归，通过分别考察耕地、林地、草地、 水域、建设用的、未利用6 个类型与驱动因子关系的密切程度，确定最终筛选的 各地类的主要驱动因子，并确定定量关系。 ( 4 ) 典型相关分析 相关系数反映的是两个变量之间的相关程度，而回归分析则是考察若干变 量与某一个变量之间的数量关系。但它们都不能反映一组变量整体与另一组变 量整体之间的内在联系。l u c c 驱动力研究主要是解释多种土地类型的数量变化 7 华中农业大学2 0 0 6 届硕士学位论文 与多种驱动因子之间的关系问题，反映的正是一组自变量与另一组标准变量的 关系，而典型相关分析( c a n o n i c a lc o r r e l a t i o na n a l y s i s ，简称c c a ) 可把指标之间 的联系扩展到两组随机变量之间的内在联系，是l u c c 驱动力分析的一种有效方 法。成功典例是蒙吉军，李正国( 2 0 0 3 ) 等利用典型相关分析对张掖绿洲l u c c 及其影响因子进行统计分析，以6 种土地类型面积变化( 增量与减量) 为标准变 量，1 1 个驱动因子为自变量，分离出典型变量及相应的典型载荷因子用于解释 各影响因子对该区l u l c c 的贡献作用大小，并运用典型相关系数和冗余度分析进 行结果检验。通常对于不同时空尺度的土地利用覆盖变化与社会经济要素动 态变化的规律分析，宜采用典型相关分析。 ( 5 ) 偏相关分析 对于涉及多个变量的问题，任意两个变量都可能存在着程度不同的线性相 关关系，某两个变量变化取值时，其它变量也在变化，这一变化因素的存在将 直接或间接影响两个研究变量之问的相关性。周涛( 2 0 0 3 ) 等对气候变化及人 类活动对中国土壤有机碳储量的影响研究，统计结果表明利用简单相关，温度 和降水在有机碳的储量存在很强的正相关性，这显然与人们认为的温度升高导 致土壤异养呼吸增强从而使土壤有机碳储量下降不同，这是因为土壤有机碳储 量与温度之间表现出来的正相关完全有可能是受到的第三个变量( 降水) 的影响， 而利用偏相关分析得到结果与事实相符。偏相关正是在保持其它变量不变的情 况下得出因变量与某一白变量的相关系数；l u c c 研究中土地利用类型之间和驱 动因子之间相互影响、相互制约，当研究因变量与某一驱动因子的相关性时简 单相关系数就不能真实反映两个变量的线性相关关系，偏相关却能解决这一