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华南师范大学硕士论文:广东省从化市土地利用变化及其驱动力研究 摘要 土地利用与覆被变化( l a n du s e c o v e rc h a n g e ) 是全球变化研究的前沿和 热点课题,而土地利用与覆盖变化的驱动力研究又是该研究的核心内容。 本研究选择广州市郊区县级市从化市进行土地利用变化研究,首先进行土地 利用现状分析,重点分析了从化市的土地利用现状、土地利用模式。然后利用 1 9 8 0 年2 0 0 0 年土地利用变更数据,分别从土地利用数量变化( 包括幅度变化 和速度变化) 、土地利用程度变化、土地利用的区域差异变化等动态变化过程和 土地利用变化规律,分析研究了2 0 年间从化市土地利用动态变化时空特征;最 后利用1 9 8 - - - 2 0 0 0 的社会经济统计数据,运用多元统计分析方法,在时间序列 上,揭示区域耕地变化的主要驱动力和驱动机制。 通过上述分析,文章得出以下有意义的结论: 1 、2 0 0 0 年从化市以林地、耕地和园地为主,其中林地面积最大,占从化市 土地总面积的6 6 0 2 。且8 种土地利用类型面积在各个镇、场中分布不均,差 异较大。 2 、从化市自1 9 8 0 - - - 2 0 0 0 年土地利用发生了大幅度的变化,具体表现在:耕 地、林地和未利用地面积为减少,其中未利用地减少得最多,以平均每年3 2 9 的变化速度在减少,1 9 8 0 - - - 2 0 0 0 年一直呈减少的状态:而其余五种土地利用类 型的面积均为增加,2 0 年问园地增加的面积最多,变化速度最大,年变化率达 1 2 0 8 ,时间上呈先增后减。 3 、从化市1 9 8 0 年2 0 0 0 年期间,土地利用综合指数从2 1 7 8 4 9 3 提高到 2 3 1 5 3 4 8 ,土地利用程度变化蠡l b a 为1 3 6 8 5 5 1 从化市土地利用变化率r 0 , 说明该研究区的土地利用变化程度处于发展时期,即研究区土地利用的程度有明 显提高的发展趋势。且与全市的相比,从化市内部各镇、场土地利用程度存在着 明显的差异性:街口镇的土地利用综合利用程度变化最大,发展最为迅速,而最 小的是北部的东明镇。 4 、从化市8 种土地利用类型变化在空间上存在差异性。其中差异性最小的 土地利用类型是未利用地。差异性最大的土地利用类型是林地。耕地相对变化最 大区域的是大岭山林场;良口镇的园地相对变化最为明显;林地的相对变化以街 口镇最大;水域面积相对变化最大的是吕田镇;城乡居民点与独立工矿用地、交 华南师范大学硕士论文:广东省从化市土地利用变化及其驱动力研究 通用地和水利水工用地相对变化最大的分别是:城郊镇、大岭山林场和东明镇; 而鳌头镇的未利用地相对变化最大。 5 、根据驱动因子与土地利用变化关系的分析,提出从化市土地利用变化驱 动因子的指标体系,分析了二者的相关关系,建立了多元回归模型,并以其标准 回归系数为指标定量分析了驱动因子对耕地变化的影响。结果表明:从化市土地 利用变化的主导驱动力包括经济非农化率、单位面积农业机械总动力、农业人口 所占比例、三鸟全年出栏量。在此基础上,揭示从化市土地利用变化的驱动机制, 并为进一步进行的土地利用变化研究提供素材。 关键词:土地利用变化;驱动因子:驱动机制;从化市 i i 华南师范大学硕士论文,广东省从化市土地利用变化及其驱动力研究 s t u d y o nl a n du s e c h a n g e s a n dt h e i r d r i v i n g f o r c e s i nc o n g h n a c i t yo fg u a n g d o n g a b s t r a c t l a n du s e l a n dc o v e rc h a n g e ( l u c c ) h a sb e c o m et h ec e n t e ro ft h es t u d yo f g l o b a lc h a n g e sa n dt h es t u d yo f t h ed r i v i n gm e c h a n i s mo fl u c ci sb e c o m i n go n eo f t h ef o c u s e so nt h i ss u b j e c t t h es t u d i e da r e ai sc o n g h u ae i t yi nt h es u b u r bo f g u a n g z l l o u a n a l y s i so f t h e p r e s e n tl a n d u s ei nc o n g h u ai sf i r s t l yc a r r i e do u t t h i sp a r te m p h a t i c a l l ya n a l y z e st h e p r e s e n tl a n du s ea n dt h e l a n du s em o d e t h e n ,e n s u e st h es t u d yo nt h el a n du s e d y n a m i cc h a n g e i nc o n g h u a c i t yb a s e do n t h ea l t e r a t i o nd a t ao f l a n du s ef o r m1 9 8 0t o 2 0 0 0 ,t h i sp a r tr e s p e c t i v e l ya n a l y z e st h ea r e a ( i n c l u d er a n g ea n ds p e e d ) ,d e g r e ea n d s p a c ec h a n g e s o fl a n du s ei nc o n g h u a d u r i n gt h e2 0y e a r s f i n a l l yc o m e s t h ea n a l y s i s o ft h ed r i v i n gf a c t o r s t h i sp a r ta p p l y sm u l t i v a r i a t es t a t i s t i c a la n a l y s i st oa n a l y z et h e m a i nd r i v i n gf o r c e sa n dd r i v i n gm e c h a n i s mo fl a n du s ec h a n g eb a s e do nt h es o c e c o n o m i c a ls t a t i s t i cd a t ad u r i n g1 9 8 0t o2 0 0 0 t h r o u g h t h ea b o v e a n a l y s i s ,t h e a r t i c l ed r a w st h e f o l l o w i n gm e a n i n g f u l c o n e l u s i c i a s : 1 、i n2 0 0 0 ,t h e | n e a so f f o r e s t ,c u l t i v a t e dl a n da n d g a r d e nl a n da r er e l a t i v e l yl a r g e i nc o n g h u a ,a m o n gt h e mf o r e s tl a n di sb i g g e s t ,a c c o u n t i n gf o r6 6 0 2 o fl a n dt o t a l a r e ao ft h ed i s t r i c t f u r t h e r m o r e ,t h ea r e a so f8k i n d so fl a n du s ep a t t e r nd i s t r i b u t e u n e v e n l y i na l lt h et o w n sa n df a r m s , a n dt h ed i f f e r e n c ei so b v i o 邺 2 、f o r m1 9 8 0t o2 0 0 0 ,l a n du s eo fc o n g h u at a k ep l a c et h ec h a n g eb yal a r g e m a r g i n ,d i s p l a y i n gi nt h ef o l l o w i n gs e v e r a lp o i n t sc o n c r e t e l y :t h ea r e a so f c u l t i v a t e d l a n d ,f o r e s tl a n da n du n u s e dl a n dd e c r e a s e ,a m o n gt h e m u n u s e dl a n di sr e d u c e dm o s t a ta n a v e r a g ev a r i e t yr a t e3 2 9 e a c hy e a ra n d t h i st e n d e n c yh a db e e n k e p t f o r m1 9 8 0 t o2 0 0 0 t h er e s tf i v ek i n d so fl a n du s ep a t t e r ni n c r e a s e ,d u r i n gt h e2 0y e a r st h ea r e a o f g a r d e nl a n di n c r e a s e sm o s t l y w i t hab i g g e s tv a r i e t ys p e e d t h ey e a rv a r i e t yr a t eo f g a r d e n l a n da m o u n t st o1 2 0 8 ,s h o w i n go nt i m et or e d u c ea f t e ri n c r e a s i n gw i t ht i m e i l l 华南师范大学硕士论文:广东省从化市土地利用变化及其驱动力研究 3 、d u r i n gt h e2 0y e a r s ,l a n du s es y n t h e s i si n d e xo fc o n g h u ai n c r e a s e sf r o m 2 1 7 8 4 9 3t o2 3 1 5 3 4 8 ,a n dt h el a n du s ed e g r e ev a r i e t ym e a s u r e ( a l b - a ) i s1 3 6 8 5 5 l a n du s ed e g r e ev a r i e t yr a t ei sl a r g e r , t h a nz e r o ( r 0 ) ,s h o w i n gt h el a n du s ed e g r e eo f c o n g h u ai s i nac o n d i t i o no fd e v e l o p m e n tp e r i o da n do b v i o u s l ye l e v a t e dw i t ha d e v e l o p m e n tw e n d c o m p a r e dw i t hw h o l ec i t y , t h el a n du s ed e g r e eo fe a c ht o w na n d f a r mo fc o n g h u ae x s i t si no b v i o u sd i f f e r e n c e t h e v a r i e t yo fl a n du s es y n t h e s i s d e g r e eo f t h ej i e k o ut o w ni s b i g g e s t ,w i t haq u i c k e s ts p e e d ,w h i l et h em i n i m u m i s d o n g m i n g t o w ni nt h en o r t ho f c o n g h u a 4 、t h e r ea r eo b v i o u sr e g i o n a ld i f f e r e n c e so f8k i n d so fl a n du s e p a t t e r n i n c o n g h u a ,a m o n gt h e mu n u s e dl a n di st h em i n i m u mo n e ,w h i l et h ef o r e s tl a n di st h e m a x i m u m t h eb i g g e s td i s t r i c ti nr e l a t i v ev a r i e t yo fc u l t i v a t e dl a n di s d a l i n g s h a n f o r e s tf a r m ,a n dt h eo b v i o u s e s tv a r i e t yo f g a r d e nl a n di si nl i a n g k o ut o w n j i e k o u t o w na n dl v t i a nt o w n 黜b i g g e s ti nr e l a t i v ev a r i e t yr e s p e c t i v e l yi nf o r e s tl a n da n d w a t e ra l e a s t h eb i g g e s td i s t r i c t si nr e l a t i v ev a r i e t yi nc i t ya n dr u r a lr e s i d e n t i a la n d i n d e p e n d e n ti n d u s t r i a la n dm i n i n g ,t r a n s p o r t a t i o na n dw a t e rc o n s e r v a n c yb u i l d i n ga r e r e s p e c t i v e l yc h e n g j i a ot o w n , d a l i n g s h a nf o r e s tf a r ma n dd o n g m i n gt o w n ,a n d a o t o ut o w ni st h eb i g g e s ti nr e l a t i v ev a r i e t yo f u n u s e dl a n d 5 、b a s e do nt h ea n a l y s i so f l a n dl k q ec h a n g ea n dm a i nd r i v i n gf o r c e s ,a ni n d e x s y s t e mr e p r e s e n t i n gl a n du s ec h a n g ea n dm a i nd r i v i n g f o r c e si ss u b m i t t e d t h e c o r r e l a t i o nb e t w e e nf a c t o r sa n dl a n du s ec h a n g ei sd i s c u s s e da n dm u l t i v a r i a b t e r e g r e s s i o nm o d e li s s e tu p b ym e a n so fs t a n d a r d i z e dr e g r e s s i o nc o e f f i c i e n to ft h e m o d e l ,i m p a c t o fm a i n d r i v i n g f o r c e so nc u l t i v a t e dl a n d c h a n g e i s a n a l y z e d q u a n t i t a t i v e l y t h er e s u l t ss h o w t h a t :t h em a i nd r i v i n gf o r c e so fl a n du s ec h a n g eo f c o n g h u ac i t ya r et h er a t i oo fu n a g r i c u l t u r ee c o n o m y , u n i t a r e ao ft h et o t a lm o t i v eo f f a r mm a c h i n e r y , t h er a t i oo f a g r i c u l t u r a lp r o p o r t i o na n dt h eo u t p u to f c 日l l - e eb i r d s e s ” i nt h ew h o l ey e a r t h e r e f o r e 。t h ep a p e rr e v e a l st h em e c h a n i s mo fl a n du s ec h a n g eo f c o n g h u a , a n d a l s oc o n t r i b u t e st oa c c u m u l a t et h em e t h o d sa n de x p e d e n c e si ns t u d yo f l a n du s ei nt h ef u t u r e k e y w o r d s :l a n du s ec h a n g e :d r i v i n gf o r c e s ;d r i v i n gm e c h a n i s m ;c o n g h u a 华南师范大学硕士学位论文答辩合格证明 学位申请人翌查蕴向本学位论文答辩委员会提交 题为主查盔出墙避叠1 目查也哒蕴幺叻耷亟的硕士论文, 经答辩委员会审议,本论文答辩合格,特此证明。 学位论文答辩委员会委员( 签名) 主席: 委员: 绉丝 纽也争皂曩墟手黾 论文指导老师( 签名) : 五世钧 沙吖年易月p 日 ( 此框用于存档的学位论文贴学位论文答辩合格证明) 华南师范大学硕士论文:广东省从化市土地利用变化及其驱动力研究 1 日青 1 1 研究背景 2 0 世纪五、六十年代以来,大量的全球性环境问题不断涌现,如大气中温 室气体增加、臭氧层破坏、土地荒漠化、生物多样性丧失、森林减少等。这对人 类的生存和发展构成了巨大的威胁“1 。因此,全球环境变化研究已成为最为引人 瞩目和关注的环境与科学问题之一“。 进入2 0 世纪9 0 年代,随着全球变化研究的深入,人们越来越认识到,人类 活动作为主导因素所导致的土地利用土地覆被变化在全球环境变化过程中占据 着十分重要的地位,无论在地方尺度还是在全球尺度上,土地利用土地覆被变 化都构成了全球环境变化的一个重要方面。全球环境变化包括系统性( s y s t e m a t i c ) 变化和累积性( c u m u l a t i v e ) 变化两种类型。前者指真正全球意义上的生物地球化 学系统变化,如大气组成、土地覆被格局、碳循环和气候变化等;后者则是指大 量小范围区域性变化所产生的影响及积累效果影响到全球性的环境现象,如植被 破坏、生物多样性的损失及土壤侵蚀等。土地利用变化对全球变化的影响主要是 通过累积性方式发生作用的。虽然小范围区域性的土地利用变化对地球系统主要 的影响可以忽略不计,但是这样的变化在时间和空间上不断出现,并通过累积效 应产生全球尺度上的重要影响。毁林、施肥、沙摸化和城市化等都有此类性质。 反过来,全球环境变化对土地利用与土地覆被变化也有深刻的影响,这种影响包 括气候变化和区域环境变化对土地利用与土地覆被变化的影响。前者通过气温和 降水波动及自然灾害和土地退化等方式直接或间接地影响土地利用土地覆被变 化的相应变化。后者则因其典型的区域性特征与土地利用土地覆被变化更为密 切,影响更为深刻“3 。两者的关系见图卜1 “3 。有研究表明:在将来的数十年间, 由土地利用与土地覆被变化所带来的全球影响,要等于甚至大于潜在气候变化所 带来的影响”1 。因而,全球变化研究领域逐渐加强了对土地利用土地覆被变化 的研究。 另一方面,土地利用土地覆被变化作为全球变化的关键,是自然与人文科 学领域的“桥梁工程”,它的研究可以进一步推动全球问题的综合研究。为此, 国际科学联盟组织的“国际地圈与生物圈计划”( i g b p ) 和国际社会科学联盟组 织的“全球环境变化人文计划”( h d p ) 积极共同推进土地利用土地覆被变化的 华南师范大学硕士论文:广东省从化市土地利用变化及其驱动力研究 研究工作。1 9 9 1 年,i g b p 和h d p 两大组织组建特别委员会,调查自然科学家 和社会科学家联手进行土地利用土地覆被变化研究的可行性,并于1 9 9 3 年发表 了题为联合土地利用和全球土地覆被变化的报告。1 。1 9 9 5 年,i g b p 和h d p 委托研究土地利用土地覆被变化的“核心项目计划委员会”和“研究项目计划 委员会”( c p p c r p p cl u c c ) ,发表了土地利用土地覆被变化科学研究计划 。1 。1 9 9 9 年,i g b p 和h d p 发表了土地利用土地覆被变化研究实施策略”报 告,针对研究重点提出了一系列的任务,并号召各个领域的科学家( 人文生态学 家、土地经济学家、遥感地理信息系统专家、土地利用土地覆被变化模型专家 和致力于综合评价的专家) 加强合作。这一系列任务的提出,无疑为各个领域的 科学家在土地利用土地覆被变化研究中提供了突破口,成为各个领域的科学家 进行协作研究的纽带。正是由于i g b p 和h d p 这两大国际组织的极力推进和土 地利用土地覆被变化在全球变化研究中的重要作用,土地利用土地覆被变化已 经成为全球变化研究的熟点和前沿问题。 1 2 土地利用土地覆被变化研究的基本内容 1 2 1土地利用土地覆被变化的涵义及相互关系 土地利用( l a n d u s e ) 与土地覆被( l a n d c o v e r ) 是两个容易混淆的概念,它们 之间既有密切联系,又有本质区别。在进行土地利用土地覆被变化研究时,必 须弄清楚两者的内在涵义及相互之间的关系。 土地利用是指土地的使用状况,侧重于土地的社会属性,是人类根据土地的 自然特点,按照一定的经济、社会目的,采取一系列生物、技术手段,对土地进 行长期或周期性的经营管理和治理改造活动蜘:或者说,土地利用是一个把土地 生态系统变为人工生态系统的过程,是自然、经济、社会诸要素综合作用的复杂 过程。土地利用的方式、程度、结构及地域分布和效益,既受自然条件的影响, 更受各种社会、经济、技术条件的约束,而且社会生产方式往往对土地利用起着 决定性的作用“”。 至于土地覆被,很多学者都对其下过定义。i g b p 和i h d p 将土地覆被定义 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“”;美国“全球变化研究计划”( u s s g c r ) 将其定义为“覆被着地球表面的 植被及其它特质川“1 ;还有学者定义土地覆被为“地球表面当前所具有的自然和 2 华南师范大学硕士论文:广东省从化市土地利用变化及其驱动力研究 人为影响所形成的覆被物,包括地表植被、土壤、冰川、湖泊、沼泽、湿地及道 路等川”1 ;摆万奇等将土地覆被定义为“覆被地面的自然物体和人工建筑物,它 反映的是地球表层的自然状态“”1 ;最近有一种定义认为“土地覆被是随着遥感 技术的应用而出现的新概念,是指覆被地面的自然物体和人工建筑物,最主要的 组成部分是植被,也包括土壤和陆地表面的水体川“1 。以上定义虽各不相同,但 都包含二层含义:土地覆被指的是地球表层的自然状况,也包含有一定程度的 人为影响的结果;土地覆被中最主要的组成部分是植被、土壤和地表水体。国 内有些学者使用“土地覆盖”一词,其实“土地覆被”一词更接近其科学定义, 也符合现实研究的需要2 ”。 图1 - 1 土地利用,土地覆被变化与全球环境变化关系( 引自参考文献5 ) 可见,土地利用与土地覆被是两个既有联系又有区别的概念,是同一事物的 两个方面,都是“土地”概念的延伸,是土地双重属性的体现。土地利用则指土 华南师范大学硕士论文:广东省从化市土地利用变化及其驱动力研究 地的使用状态或土地的社会经济属性,侧重于土地的社会属性,而土地覆被侧重 于土地的自然属性。如土地利用将土地划分为农业用地、林业用地、牧业用地、 城镇用地等。林业用地范围内,可以进一步划分为用材林地、薪炭林地、防护林 地和水源涵养林地等。土地覆被将土地分为耕地、林地、草地、城镇等。在林地 的内部,可进一部分为阔叶林、针叶林、针阔混交林等9 3 。从另一个角度讲,土 地利用与土地覆被是一种因果互动关系。土地利用类型变化,导致土地覆被类型 变化,土地覆被变化通过土地利用主体的决策响应进行反馈,又影响土地利用, 使土地利用方式发生改变,两者在地表构成一个统一的艇体。因此,在全球变化 研究中往往把土地利用与土地覆被作为一个整体来考虑“。 1 2 2 土地利用土地覆被变化研究的基本内容 1 9 9 5 年,i g b p 与i h d p 共同制定的土地利用一土地覆被变化科学研究计 划中将土地利用土地覆被变化的研究主要内容概括为以下几个方面: ( 1 ) 五个科学问题: 过去的3 0 0 年中人类的活动是如何改变土地覆被的; 在不同历史阶段、不同地理单元,土地利用变化的主要人文因素是什么; 在今后5 0 - 1 0 0 年中,土地利用变化将如何影响土地覆被; 直接的人文和生物物理过程是如何影响特定土地利用类型的承载力的: 气候和全球生物地球化学作用怎样影响土地利用和土地覆被,反之又如 何。 围绕上述五大科学问题,该计划确定了土地利用土地覆被变化的三个研究 重点。 ( 2 ) 三个研究重点: 土地覆被变化直接观察和诊断模型:土地覆被变化采用实地调查与 诊断模型的方法,其主要内容包括土地覆被变化指标体系和热点地区以及关键性 区域的研究、自然与社会经济变量的动态监测以及从局部的案例研究到区域与全 球过程模拟的研究。 土地利用的动力机制典型对比分析研究:土地利用动力机制是一种 案例比较研究方法,目的在于提高对土地管理中的自然社会驱动力变化的认 识,从而帮助建立区域和全球模型。其主要内容包括土地利用行为与决策、土地 4 华南师范大学硕士论文:广东省从化市土地利用变化及其驱动力研究 利用变化的动态模拟、从局部的案例研究到区域与全球的过程模拟以及土地利用 变化的可持续性研究。 区域与全球模型综合评价的框架:区域与全球模型采用综合分析与 评价的方法,其主要内容包括对已有区域模型的回顾总结与对比、区域土地利用 土地覆被变化模型建立过程中的关键性技术与问题、土地利用土地覆被变化及 其相关系统的动力机制、发展规划与关键性的环境问题及其影响评价的研究“。 这三个重点领域相互联系、相互补充,共同构筑了土地利用与土地覆被变 化研究的基本框架( 图1 2 ) 。 图l 2l u c c 科学计划的结构框架( 据i g b p 和i h d p 报告,1 9 9 5 ) ( 3 ) 研究的五个关键性领域 土地利用变化的过程与动力机制研究,主要是对城乡作用机制、区域土地 利用与土地覆被变化过程中的水资源约束机制以及全球粮食生产与粮食安全的 研究; 土地利用土地覆被类型与区域问题的研究,特别是对热点地区、脆弱区 和典型地区的研究l 区域或全球性空间统计模型研究,以便能更准确地模拟土地利用与土地覆 被变化的速率、空间类型、过程、未来的发展趋势和变化的主要动因。 遥感和地理信息系统等先进技术在l u c c 研究中的应用; 华南师范大学硕士论文:广东省从化市土地利用变化及其驱动力研究 土地利用土地覆被变化的可持续性研究,主要包括土地利用土地覆被类 型与结构的持续性、土地利用方式与方法的可持续性、土地利用与土地覆被变化 过程的可持续性以及实现可持续土地利用的对策与途径等“”。 ( 4 ) 研究焦点 土地利用土地覆被变化的机制对解释土地覆被的时空变化和建立土地覆被 变化的预测模型起关键作用,是整个全球环境变化研究计划对土地利用土地覆 被变化项目的要求,也是土地利用土地覆被变化研究的焦点。进行土地利用 土地覆被变化机制研究,现在主要是通过遥感图像分析和监测资料,通过区域性 案例的研究,了解过去不同时段城市土地覆被的空间变化过程,并将其与改变土 地利用方式的自然和经济主要驱动因子联系起来,建立解释土地覆被时空变化的 经验模型。再结合土地利用的地面调查,建立区域性的驱动因子土地利用一 一土地覆被变化的诊断模型“”1 。 综上所述,土地利用变化的人文驱动力、土地利用动态变化过程、发展趋势 及环境影响评价研究在土地利用土地覆被变化研究中占有重要地位,同时也构 成了上地利用变化研究的主要内容“”。 1 3 国内外土地利用土地覆被变化研究进展 1 3 1 国内外研究概况 1 3 1 1 国外研究概况 早在2 0 世纪9 0 年代以前,人们在土地利用研究的过程中,已经认识到土地 利用是一个动态过程,并在这一认识的基础上,开展了一些土地利用变化的研究, 例如e j b e l l 和r c h i n o j o s a 利用m a r k o v 随机过程分析方法对土地利用变化趋 势的分析“”,m g w o l m a n 和f g a f o u r n i e r 对农业土地利用方式转化的分析“” 等。其目的是通过综合分析影响土地利用各种因素的变化规律及其空间联系,研 究土地利用类型与区域变化规律,从而根据土地自然适宜性、经济合理性和技术 可能性,探讨远景土地利用的方向、结构、规律、布局及改善途径,为远景土地 利用规划和决策管理提供依据。这一阶段的土地利用变化研究着眼于土地利用本 身的规划和管理。 进入2 0 世纪9 0 年代,在i g b p 和h d p 两大国际组织的推动下,一些积极 6 华南师范大学硕士论文t 广东省从化市土地利用变化及其驱动力研究 参与全球环境变化研究的国际组织和国家纷纷跟迸和开展了土地利用变化的研 究,逐渐形成了不同的研究流派,基本上可以分为北美流派、欧洲流派和日本流 派三种哪。 ( 1 ) 北美流派,也称为定性流派、宏观流派,其研究工作从宏观的角度出 发,定性的研究全球规模大尺度上的土地利用变化状况及其与全球环境变化的相 互关系,而今i g b p & i h d p 有关土地利用变化研究计划,在很大程度上体现着这 一流派的主要观点。北美流派的主要代表人物包括美国克拉克大学教授 b l t u r n e rd 与密歇根州立大学教授s k o l e 等人。然而,由于该研究派别的宏观 性质,使其所得的研究成果过于空泛,多为概念性模型,实用性不大。近年来, 为了改变这种状况该流派的研究方向与重点有所变化,其研究走向正向定量化、 具体化和区域化方向发展。 ( 2 ) 日本流派,主要利用数量模型与经济学模型,定量研究区域性土地利 用变化,最终用其进行预测。此流派的代表人物有日本国立环境研究所的 k u n i n o r io t s u b o 、京都大学的m a s r r u k a g a t s u m e 教授以及东京农业大学的t e i t a r o k i t a m u r a 等人,所做的工作主要反映在l u g e c 项目( 为全球环境保护的土地 利用研究) 上,研究亚太地区土地的可持续性利用问题,并从土地可持续利用的 角度出发提出对全球环境保护政策的建议,设计发展了一个有关土地利用变化的 基本模型l i j ,g e c _ 一1 ,该模型具有良好的操作性与实用性。 ( 3 ) 欧洲流派,以i i a s a 计划和l u c c 计划为代表的土地利用变化研究,是 从福利分析( w e l f a r ea n a l y s i s ) 出发,在对土地资源与食品政策进行研究的基础 上,构建相关研究模型并对未来的情景( s c e n a r i o ) 以及由此造成的自然环境与资 源的改变进行模拟。其主要代表人物是l u c c 研究项目的负贵人gf i s c h e r 。该流 派将土地利用土地覆被变化作为一个整体性的系统,通过对过去与现实的土地 利用变化的仿真,揭示出隐于其后的社会经济驱动力,在此基础上通过模拟其未 来的情景,对今后直至2 0 5 0 年土地利用变化的趋势进行预测。 1 3 1 2 国内研究概况 在我国土地利用与土地覆被变化内容的研究由来以久,不过最初的研究主要 集中于分类、分区以及开发管理方面的工作。在2 0 世纪8 0 年代,中国科学院地 理所组织开展了全国性的土地利用现状调查工作并完成各省区1 :5 0 万和全国1 : 7 华南师范大学硕士论文:广东省从化市土地利用变化及其驱动力研究 1 0 0 万的土地利用现状图集的编制和说明书的编写,在此基础上,1 9 9 4 年吴 传钧主编出版中国土地利用一书,系统全面地阐述了我国土地利用研究的理 论、方法与特点。 自9 0 年代中后期以来,国内配合 g b p h d p 科学研究计划,主要在我国粮 食安全、土地生态环境问题、典型地区土地利用变化与社会经济发展关系以及典 型地区l u c c 驱动机制领域的研究已经得至普遍开展,并己经取得一些有价值 的研究成果。目前,国内从事土地利用变化研究的单位不多,研究开展的时间也 不长,但在借鉴国外相关研究的基础上,提出了许多能反映我国实际情况的研究 方法与模型,取得了多项目研究成果。我国进行土地利用变化研究的主要单位及 工作主要有。“:中国农科院与荷兰瓦赫宁根大学共同开发的中国土地利用变化模 型( c l u e - c h ) ,在不同的规模尺度,通过相关和回归分析,找出影响土地利用 变化的主要驱动因子,并在此基础上预测未来土地利用的变化情景。中国科学院 系统承担的国家自然科学基金重大项目“中国陆地生态系统对全球变化响应的模 式研究”和中国科学院重大项目“东亚季风变迁和全球变化研究”等相关项目, 李秀彬研究员、赵士洞研究员、傅伯杰研究员、刘纪远研究员、严晓东副研究员 等人利用不同方法进行了相关的研究。北京师范大学资源科学研究所承担了“土 地利用土地覆被变化及其对农业生态系统影响机理的研究”与“n t e c 样带土 地利用土地覆被变化研究”两项国家重大基础研究项目。北京大学蔡运龙教授 通过全球气候变化对农业生产影响的研究,对土地利用与土地覆被变化所引起的 社会经济领域问题以及如何实现地利用可持续发展问题进行了探讨。南京大学 顾朝林教授对城市地理的研究,探讨城市边缘土地利用变化的动力学机制。此外, 中国科学院生态环境研究中心、遥感应用研究所和土地管理部门史培军教授等也 越来越重视土地利用土地覆被变化研究。 在土地利用覆被变化的驱动力研究上,张明嘲采用典型相关分析,研究干 旱半干旱过渡带典型代表榆林地区土地利用覆被变化驱动力,得出该地区农 业型土地利用覆被变化的驱动力主要是海拔高度、温度和降水等自然条件决定; 非农业型土地利用覆被变化的驱动力主要是人口、社会经济条件决定。张惠运 等。”采用多元回归分析和相关分析结合,研究贵州喀斯特地区人文因素对土地利 用覆被变化的驱动机制。结果显示:人口是其主要的驱动因子,人均粮食、农 华南师范大学硕士论文t 广东省从化市土地利用变化及其驱动力研究 业人1 2 1 比重也是重要因子。李新通等。”等用景观格局指数和g i s 方法,从景观角 度分析闽东南沿海地区农业景观变化及其驱动力,结果得出该地区驱动力与该地 区的土地利用政策、土地利用经济效益有关。史培军等o ”分析了深圳市土地利用 变化的驱动力,指出人口增长、外资的投入和第三产业的发展是特区内城镇用地 扩大的主要外在驱动力,在外部驱动力的作用下,土地利用变化主要取决于交通 条件、地形条件和土地利用现状内在要素对它的限制。此外还有石瑞香等啪1 对中 国东北样带( n e c t ) 的土地利用覆被变化动力学机制等研究。 1 3 2 研究方法进展 土地利用变化研究的基本资料来源于土地利用图件、统计资料、历史资料和 遥感数据等,对这些资料的分析和处理需要一系列技术方法。目前在土地利用变 化的研究过程中,广泛引进了己经成熟的技术方法,尤其是地学的研究方法,主 要包括数理统计方法、遥感方法、地理信息系统方法和模型方法等。 1 3 2 1 遥感技术与方法 利用卫星遥感技术在大范围土地资源调查中的应用则始于2 0 世纪7 0 年代, 这是由于多种卫星对地观测的出现以及计算机技术的迅猛发展,使得有可能在较 大的地理区域内进行土地利用调查与制图。进入8 0 年代以后,人们已在洲际范 围内利用卫星数据进行土地利用研究,并取得了有效的成果,然而全球尺度上卫 星数据在土地利用方面的应用基本上仍为空白。2 0 世纪9 0 年代,卫星遥感在全 球和区域尺度土地覆被研究与应用方面取得了突破性进展啪“1 。同时土地覆被遥 感分类方法也得到很大发展,数理统计理论方法结合人工解译方法算法较为成 熟,是运用的较多的分类方法。同时一些新的分类方法包括人工智能神经网络分 类、分类树方法、多元数据的专家系统和计算机识别法也在被研究和运用。这使 得研究者能够建立全球和区域尺度的土地利用土地覆被数据库以适应全球气候 变化以及环境资源、人口、发展等研究的迫切需要。目前大面积土地覆被数据库 主要包括利用n d a a - n v h r r 开发完成的全球l 公里空间分辨率的土地覆被 数据库“”;全球1 个经纬度间距的地表生物物理量数据库啪1 ;全球1 个经 纬度间距的土地覆被类型图。“;美国4 8 个州的土地覆被和土地利用数据库; 中国土地覆被和土地利用监测系统及其它区域性的土地资源和植被遥感数据 库。随着遥感数据精度的提高,遥感数据产品已经成为人们研究土地利用土地 9 华南师范大学硕士论文:广东省从化市土地利用变化及其驱动力研究 覆被变化的重要数据来源。 l 。3 2 2 地理信息系统技术与方法 作为地理学的第三代语言,地理信息系统( g i s ) 因其具有强大的图像分析、 空间叠加分析、空间统计分析与制图等功能,被广泛的应用于土地利用土地覆 被变化研究中。早在1 9 9 3 年k i e n a s t t 3 z a 总结的土地利用变化探测方法中,就包括 地理信息系统的空间叠加分析和空间统计方法。i v e r s o n 运用g i s 对美国伊里诺 斯洲土地利用现状和此前1 6 0 年的土地利用进行了比较,分析该区土地利用变化 的类型。b o e m e r 等嘲同样应用g i s 方法分析了俄亥俄核州中部地区4 6 年间土地 利用土地覆被的变化情况。国内学者也进行了相关的研究工作,如刘盛和等 对北京市城市土地利用变化的研究等都应用了g i s 的技术方法;王良健等汹1 还 把地理信息系统的空间分析功能和m a r k o v 随机过程分析方法相结合,分析广西 苍梧县土地利用变化状况。近年来,地理信息系统更成为土地利用土地覆被变 化研究的必备手段。目前己出现土地利用变化模型与g i s 集成的发展趋势,用 于土地利用变化分析的软件系统也开始出现,如m i c h a e lw b e r r y 等建立的土 地利用变化分析系统( l u c a s ) 。 1 3 2 3 模型研究 建立土地利用变化土地覆被变化研究模型( l u c c ) 是深入了解土地利用变 化复杂性的重要手段,按其作用和目的的不同,l u c c 模型主要被用于对土地利 用变化进行描述、解释、预测和制定优化决策。同时通过土地利用变化模型可以 定量分析描述引起土地利用土地覆被变化的驱动力。通过国内外近些年对土地 利用变化土地覆被变化研究,建立了以下一些l u c c 化模型。7 _ 哪。 ( 1 ) 土地利用土地覆被变化描述模型 按照描述的内容和方式的不同,可将土地利用描述模型分为以下几类:( 1 ) 是资源数量变化模型“”,目前用来描述土地资源数量模型变主要有土地利用动态 度( 其中包括单一土地利用动态度和综合土地利用动态度l ( 2 ) 是由土地所处的 地貌、气候、降雨量、土壤质地等参数条件决定的由刘纪远等“0 1 基于土地资源各 种背景参数,提出的土地资源质量变化模型“”( 3 ) 是反映土地利用的广度和深 度的土地利用程度变化模型m 1 ;( 4 ) 是反映土地利用变化存在显著的地区差异的 1 0 华南师范大学硕士论文:广东省从化市土地利用变化及其驱动力研究 土地利用区域变化模型“”;( 5 ) 是通过土地资源分布重心的变化来反映土地利用 空间变化模型“。 ( 2 ) 土地利用土地覆被变化模拟和解释模型 建立土地利用模拟和解释模型是阐明土地利用变化与其社会经济和自 然驱动力之间因果关系的重要手段。按照模型的性质可分为定性解释模型和定量 解释模型两类,早期研究以定性的概念模型为主,目前国内国际多采用各种先进 的定量方法对土地利用进行模拟和解释。 在定量模型中,由于对土地利用变化机理的解释深度不同,可以将模型划分 为诊断模型和系统动力学模型。按照模型是否具有空间特性,可分为数值模型和 空间模型,目前国际的研究多倾向于发展空间明晰的土地利用变化模型,这种模 型便于帮助土地利用决策者进行规划和管理。在

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