（水土保持与荒漠化防治专业论文）沂蒙山区土地覆被与土壤侵蚀动态特征.pdf

s e c o n d y e a r d a y 秒 年 日 c e l s i u sd e g r e e摄氏度 一- _ _ - - - - - - _ - 一 目录 中文摘要1 a b s t r a c t 3 1 引言6 1 1 研究目的与意义6 1 2 土地覆被变化的研究现状7 1 2 1 国外研究进展7 1 2 2 国内研究进展9 1 2 3 “3 s 技术在土地覆被动态监测中的作用与优势1 1 1 3 土壤侵蚀动态监测研究1 3 1 3 1 国外土壤侵蚀动态监测研究进展1 3 1 3 2 国内土壤侵蚀动态监测研究进展1 4 2 研究区概况1 8 2 1 自然因素1 8 2 2 社会经济因素1 8 3 研究内容与方法2 0 3 1 研究内容2 0 3 2 研究方法2 0 3 2 1 数据来源2 0 3 2 2 数据处理2 l 3 2 3 图谱分析方法3 0 3 2 4 土壤侵蚀分析方法3 0 3 3 建立土地利用分类系统3 l 4 结果与分析3 4 4 1 土地利用格局与时空变化3 4 4 1 1 土地利用现状与空问格局3 4 4 1 2 土地利用时空变化特征与图谱分析4 1 4 1 3 土地利用变化驱动因素分析7 8 4 2 土壤侵蚀格局与时空变化7 9 4 2 1 土壤侵蚀现状与空间格局7 9 4 2 2 土壤侵蚀时空变化特征与图谱分析8 4 5 结论与讨论9 7 参考文献1 0 0 致谢1 0 7 攻读学位期间发表论文情况1 0 8 山东农业人学硕士学位论文 沂蒙山区土地覆被与土壤侵蚀动态特征 中文摘要 本文利用沂蒙山区三个时期t m 影像资料和其他图件及数据资料， 应用遥感( r s ) 、地理信息系统( g i s ) 、全球定位系统( g p s ) 技术手段， 从沂蒙山区总体和区域( 县、市区) 空间尺度上，阐明了土地利用覆被 以及土壤侵蚀的空间格局及其动态特征。为沂蒙山区生态退化过程与机制 研究提供参考，对沂蒙山区水土保持的科学规划具有指导作用。论文的主 要结果与结论如下。 1 沂蒙山区土地利用覆被分类系统 以土地利用现状分类国家标准( g b t2 1 0 1 0 2 0 0 7 ) 为原则，参考 我国土地资源遥感调查与监测技术规程，结合研究目的和区域实际，建立 了一套研究区土地利用分类系统。 2 沂蒙山区土地利用覆被格局与动态特征 基于1 9 8 7 、1 9 9 7 、2 0 0 7 年三个典型时期t m 影像资料，通过人机交 互解译，建立了不同时期研究区域土地利用、植被数据库，揭示了土地利 用和土壤侵蚀时空变化规律及其主要影响因素。 ( 1 ) 2 0 0 7 年沂蒙山区土地利用结构以耕地、林地为主，两者占土地总 面积的7 7 6 5 。 ( 2 ) 2 0 年间沂蒙山区土地利用结构发生了很大的变化：耕地面积减 少，林地持续增加，草地持续减少，城镇村及工矿交通用地持续增加，水 域及水利设施用地先增加后减少，但变化不大，未利用土地先增加后减少。 耕地与林地之间转化频繁，减少的耕地主要用于林地、城镇村及工矿交通 用地的增加。 一 ( 3 ) 随着城市化、工业化进程的加快和社会经济的迅猛发展，建设用 地的需求仍会保持较高增长进度，耕地、林地等资源的保护压力会进一步 加剧。虽然土地利用率较高，但由于居民区分布较为分散，土地利用、植 被的聚集程度仍然较低，生态破碎化有加剧的趋势。 3 沂蒙山区土壤侵蚀格局与动态特征 以土地利用、植被数据库为基础，对土壤侵蚀进行分析，揭示了土壤 沂蒙山区十地覆被与十壤侵蚀动态特征 侵蚀时空变化规律。 ( 1 ) 2 0 0 7 年沂蒙山区土壤侵蚀面积占土地总面积的2 5 6 7 ；土壤侵 蚀强度以中度和轻度侵蚀为主，局部地区是以强度、极强度侵蚀为主的侵 蚀类型区；从土壤侵蚀面积在沂蒙山区各个县市的分布来看，土壤侵蚀面 积主要分布在鲁中中低山地丘陵区，侵蚀面积较大的县市区主要有，沂源 县、沂水县、费县、平邑县、蒙阴县、山亭区等。 ( 2 ) 2 0 年间沂蒙山区土壤侵蚀的变化特征：土壤侵蚀面积由1 9 8 7 年 到2 0 0 7 年的2 0 年间呈现整体减小的趋势。在土壤侵蚀强度等级中，轻度 侵蚀面积先减小后增大；中度及中度以上侵蚀面积均减小，剧烈侵蚀的增 减幅度为最大，其次为极强度侵蚀。2 0 年间，土壤侵蚀强度表现出总体 减弱的趋势。各县市土壤侵蚀面积变化不同，增减幅度差异较大。 ( 3 ) 2 0 年沂蒙山区各种土壤侵蚀强度与面积的转化结果表明： 1 9 8 7 - 1 9 9 7 年时段低强度侵蚀面积增加、高强度侵蚀面积减少，而19 9 7 - 2 0 0 7 年时段高强度侵蚀面积减少、低强度侵蚀面积增加。总体表现为高强度侵 蚀面积减少、低强度侵蚀面积增加的趋势，其实质是土壤侵蚀由高强度向 低强度转变的过程，这是沂蒙山区2 0 年来土壤侵蚀面积减少、土壤侵蚀 强度减轻的原因所在。轻度侵蚀面积减少、局部地区强度和极强度侵蚀面 积增加，生态环境质量有退化的趋势。 关键词：3 s 技术，土地覆被，土壤侵蚀，时空动态 2 山东农业火学硕士学位论文 t h el a n dc o v e ra n ds o i le r o s i o nd y n a m i c sc h a r a c t e r i s t i c so f m o u n t a i n o u sa r e a g a ix i a o g a n g d i r e c t e db yz h a n gg u a n g c a n a b s t r a c t i no r d e rt op r o v i d er e f e r e n c e sf o rr e s e a r c ho np r o c e s sa n dm e c h a n i s mo f e c o l o g i c a ld e g r a g a t i o na n dg u i d e s c i e n t i f i cp l a n n i n go fs o i la n dw a t e r c o n s e r v a t i o n ，s p a t i a lp a t t e r n sa n dd y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so fl a n du s e c o v e r a n ds o i le r o s i o nw e r ec l a r i f i e db a s e do nt mi m a g i n gd a t ao ft h r e ep e r i o d sa n d o t h e rd a t aa n dm a p si ny i m e n gm o u n t a i n o u sa r e af r o mt h es p a t i a ls c a l e so ft h e o v e r a l la n dr e g i n a lr e s e a r c ha r e ab yt e c h n i c a lm e a n so fr e m o t es e n s i n g ( r s ) ， 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 ( g i s ) ，g l o b l ep o s i t i o n i n gs y s t e m ( g p s ) t h e m a i nr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： 1 l a n du s e c o v e rc l a s s i f i c a t i o ns y s t e mo fy i m e n gm o u n t a i n o u sa r e a b a s e do ng b t 2 1 0 1 0 2 0 0 7i n ( ( c l a s s i f i c a t i o no f l a n dp r e s e n tu s es i t u a t i o n a n dr e g u l a t i o n so nr e m o t es e n s i n gs u r v e ya n dm o n i t o r i n gt e c h n i q u e so fl a n d r e s o u r c ei no u rc o u n t r y , c o m b i n e dw i t hr e s e a r c ho b j e c t i v e sa n da r e af a c t ，l a n d u s ec l a s s i f i c a t i o ns y s t e mw a se s t a b l i s h e d 2 l a n d u s e c o v e r p a t t e r n s a n d d y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c so f y i m e n g m o u n t a i n o u sa r e a d a t eb a s e so fl a n du s ea n dp l a n ti nr e s e a r c ha r e ai nd i f f e r e n tp e r i o d sw e r e e s t a b l i s h e d ，s p a c e t i m ec h a n g el a w sa n di n f l u e n c i a lf a c t o r so fl a n du s ea n d s o i le r o s i o nw e r er e v e a l e db ym e a no fm a n - c o m p u t e ri n t e r a c t i v eb a s e do nt m i m a g ed a t ai nt y p i c a lp e r i o do f t h ey e a ro f19 8 7 ，19 9 7a n d2 0 0 7 ( 1 ) f a r m l a n da n df c i r e s tl a n d ，a r e ao fw h i c ha c c o u n t e df o r7 7 6 5 o ft h e t o t a la r e ai nt h i sr e g i o n ，w e r et h em a i nl a n du s es t r u c t u r ei ny i m e n g 3 沂蒙山区十地覆被与土壤侵蚀动态特征 m o u n t a i n o u sa r e ai n2 0 0 7 ( 2 ) t h e r ew a sg r e a tc h a n g ea m o n g2 0y e a r si nl a n du s es t r u c t u r ei ny i m e n g m o u n t a i n o u sa r e a a r e ao f b o t hf a r m l a n da n dg r a s s l a n dd e c r e a s e dw h i l et h a t o ff o r e s tl a n d ，t o w na n dv i l l a g el a n d ，a n di n d u s t 巧a n dm i n i n ga n dt r a f f j f i cl a n d i n c r e a s e d m e a n w h i l e ，w a t e r sa n dw a t e rc o n s e r v a n c yf a c i l i t i e sl a n di n c r e a s e d f i r s ta n dt h e nd e c r e a s e d ，w h i c hc h a n g e dal i t t l e a n du n u t i l i z e dl a n ds h o w e d t h es a m ec h a n g i n gt r e n da sw a t e r sa n dw a t e rc o n s e t v a n c yf a c i l i t i e sl a n d i n a d d i t i o n ，t h e r ew e r ef r e q u e n tc o n v e r s i o n sb e t w e e nf a r m l a n da n df o r e s tl a n d a n dt h ed e c r e a s e df a r m l a n dm a i n l yc o n v e r t e df o r e s tl a n d ，t o w na n dv i l l a g e l a n da n di n d u s t r ya n dm i n i n ga n dt r a f f i cl a n d ( 3 ) a sp r o c e s so fu r b a n i z a t i o na n di n d u s t r i l a z a t i o ns p e e d e du pa n ds o c i a l e c o n o m yf a s td e v e l o p e d ，d e m a n d so fc o n s t r u c t i o nl a n dw o u l dr e m a i nk e e p i n c r e a s i n g ，a n dp r o t e c t i o np r e s s u r eo fr e s o u r c e ss u c ha sf a r m l a n da n df o r e s t l a n dw o u l df u t h e ri n t e n s i f y l a n du s ee f f i c i e n c yw a sh i g h e r ，b u ta g g r e g a t i o n e x t e n to fl a n du s ea n dp l a n tw a sl o w e ra n de c o l o g i c a lf r a g m e n t a t i o nw o u l d s h o wi n t e n s i f i n gt r e n d 3 s o i le r o s i o np a t t e r n sa n dd y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so fy i m e n gm o u n t a i n o u s a r e a b a s e do nd a t eb a s eo fl a n du s ea n dp l a n t ，s o i le r o s i o nw a sa n a l y s i s e d ， s p a c e - t i m ec h a n g el a w so fs o i le r o s i o nw a sr e v e a l e d ( 1 ) a r e ao fs o i le r o s i o na c c o u n t e df o r2 5 6 7 o ft h et o t a ll a n da r e ai n y i m e n gm o u n t a i n o u sa r e ai n2 0 0 7 m o d e r a t ee r o s i o na n dm i l de r o s i o nw e r e t h em a i ns o i le r o s i o nt y p e si nr e e a r c ha r e aw h i l ei n t e n s i v ee r o s i o na n dd e e p i n t e n s i v ee r o s i o nw e r et h em a i ns o i le r o s i o nt y p e si nl o c a la r e a f r o mt h ev i e w o ft h ed i s t r i b u t i o no fs o i le r o s i o ni ny i m e n gm o u n t a i n o u sa r e a , m e d i u m - l o w m o u n t a i n o u sh i l l yr a g i o nw a st h em a i ns o i le r o s i o nr e g i o n ，i n c l u d i n gt o w n so f y i y u a n ，y i s h u i ，f e i ，p i n g y ia n dm e n g y i n ，a n dz o n eo fs h a n t i n g ( 2 ) c h a n g i n gc h a r a c t e r i s t i c so fs o i le r o s i o ni ny i m e n ga r e ai nt h er e s e a r c h e d 2 0y e a r sw e r ea sf o l l o w s ：a r e ao fs o i le r o s i o ns h o w e dd e c r e a s i n gt r e n d i n r e s e a r c ha r e a ，a r e ao fm i l de r o s i o nd e c r e a s e df i r s ta n dt h e ni n c r e a s e dw h i l e 4 山东农业大学硕：j 二学位论文 a r e a so fm o d e r a t ee r o s i o na n da b o v em o d e r a t ee r o s i o nb o t hd e c r e a s e d i n a d d i t i o n ，f l u c t u a t ea m p l i t u d eo fv i o l e n te r o s i o nw a sl a r g e s t ，a n dd e e pi n t e n s i v e e r o s i o nw a sl a r g e r i nr e s e a r c h e d2 0y e a r s ，s o i le r o s i o ni n t e n s i t ye x h i b i t e d o v e r a l lw e a kt r e n d a r e ac h a n g e so fs o i le r o s i o ni nd i f f e r e n tt o w n sw e r e d i f f e r e n ta n dt h e i rf l u t u a t ea m p l i t u d e sm a d eg r e a td i f f e r e c e ( 3 ) c o n v e r s i o n a lr e s u l t so fs o i le r o s i o ni n t e n s i t ya n da r e ai nt h er e s e a r c h e d 2 0y e a r si ny i m e n gm o u n t a i n o u sa r e as h o w e dt h a ta r e ao fl o w e ri n t e n s i t yo f s o i le r o s i o ni n c r e a s e da n dt h a to fh i g h e ri n t e n s i t yo fs o i le r o s i o nd e c r e a s e d d u r i n gt h ep e r i o do ft h ey e a r sf r o m19 8 7 t o19 9 7w h i l et h ec h a n g i n gt r e n dw a s j u s to p p o s i t ed u r i n gt h ey e a r sf r o m19 9 7t o2 0 0 7 a saw h o l e ，a r e ao fh i g h e r i n t e n s i t yo fs o i le r o s i o nd e c r e a s e da n dt h a to f1 0 w e ri n t e n s i t yo f s o i le r o s i o n i n c r e a s e dd u r i n gt h e2 0y e a r s t h a ti s ，s o i le r o s i o ni nt h ea r e ai nt h e2 0y e a r s c h a n g e df r o mh i g h e ri n t e n s i t yo fe r o s i o ni n t o l o w e ri n t e n s i t yo fe r o s i o n g r a d u a l l y , w h i c hs h o w e dw h yt h et o t a la r e ao fs o i le r o s i o nd e c r e a s e da n dt h e i n t e n s i t yo fs o i le r o s i o na l l e v i a t e di ny i m e n gm o u n t a i n o u sa r e ai nt h e2 0y e a r s h o w e v e r , a r e ao fm i l di n t e n s i t yo fs o i le r o s i o nd e c r e a s e da n di nl o c a la r e a i n t e n s i v ee r o s i o na n dd e e pi n t e n s i v ee r o s i o ni n c r e a s e d a l s o ，e c o l o g i c a la n d e n v i r o n m e n t a lq u a l i t ys h o w e dd e g r a d a t i n gt r e n d k e y w o r d s ：3st e c h n o l o g y , l a n dc o v e r ，s o i le r o s i o n , s p a c e - t i m ed y n a m i c 5 沂蒙山区十地覆被与土壤侵蚀动态特征 1 引言 1 1 研究目的与意义 近年来，随着人类对土地资源的过度开发和不合理利用，由此造成的 环境问题也同益突出，国际上针对土地的科学研究，更多地关注土地系统 本身的演变、土地利用活动所造成的资源环境影响以及区域乃至全球环境 的变化。由于地球表面的土地利用覆被状况及其动态变化，直观地反映了 自然变化和人类活动的结果。因此，人类的生存和发展对土地的开发利用 以及引起的土地覆被变化包括土地质量与类型的变化和土地属性的转变 ( w i i lj a m ，2 0 0 1 ) ，成为全球研究的前沿和热点课题( 李秀彬，1 9 9 6 ) 。人 们越来越多地将遥感技术用于土地资源变化的监测中，并在其时空变化研 究中取得一系列进展( k c s e t o 等，2 0 0 2 ；贾凌等，2 0 0 3 ；王思远等， 2 0 0 2 ；史培军，2 0 0 0 ) 。我国地域辽阔，土地资源的利用方式、区域土地 利用结构、土地利用程度明显的区域特点( 龙花楼等，2 0 0 1 ；刘纪远等， 1 9 9 9 ) ，选择较小空间范围的典型地区进行空间差异性和对比研究，是深 入分析土地利用土地覆盖时空变化规律的有效手段( 赵书河等，2 0 0 3 ) 。 土地覆被( 1 a n dc o v e r ) 是覆盖地表的自然营造物和人工营造物的综 合体。是随着遥感技术发展而产生的一个新概念( 宋乃平等2 0 0 8 ) 。土地 覆被变化是全球环境变化的重要组成部分和主要原因之一，可持续发展的 核心问题，与人类的未来生存息息相关。它既受自然因素的制约又受社会、 经济、政治等人文因素的影响。同时，土地覆被的集成作用又反过来影响 着全球环境及人类社会的发展( 熊惠波，2 0 0 3 ) 。它的含义与“土地利用” 相近，只是研究的角度有所不同。土地覆被侧重于土地的自然属性，土地 利用侧重于土地的社会属性，对地表覆盖物( 包括已利用和未利用) 进行 分类( 宋乃平等2 0 0 8 ) ，其形式和状态可在多种时空尺度上变化( 柏延臣， 2 0 0 5 ) ，它是把一个土地的自然生态系统变为人工生态系统的过程，包含 着人类利用上地的目的和意图，是一种人类活动( l u n e t t a ，1 9 9 1 ：摆万齐， 1 9 9 9 ) 。例如对林地的划分方面来讲，土地覆盖是根据林地生态环境的不 同，将林地分为针叶林地、阔叶林地、针阔混交林地等，以反映林地所处 的环境、分布特征及其地带性分布规律和垂直差异。土地利用依据林地的 6 山东农业大学硕士学位论文 利用目的和利用方向，将林地分为用材林地经济林地、薪炭林地、防护林 地等。这两者在很多情况下有共同之处。所以在开展土地利用和土地覆被 调查研究工作中需将两者综合考虑，建立起一个统一的分类系统。 开展区域土壤侵蚀调查主要有两类方法：一是人工普查方法；二是应 用遥感普查方法。人工普查方法所需时间长、费用大、用人多、精度低， 不能及时反映水土流失动态变化，难以适应大区域范围开展水土保持普查 工作的需要。遥感普查方法是目前最先进的水土流失调查方法，已被广泛 应用于区域水土流失调查与评价等研究工作，具有历时短、费用省、用人 少、精度高的优点。利用卫星遥感信息多时相特点，能及时反映水土流失 动态变化。建国以来，我国应用遥感技术对全国范围内土壤侵蚀进行过两 次调查，基本摸清了我国水土流失的大体概况。但具体到不同地区，还缺 乏对同一区域上土壤侵蚀格局与动态方面的研究。 为此，本文以沂蒙山区为研究区域，综合运用“3 s 技术和水土保持 相关理论与方法，开展土壤侵蚀格局与动态研究。研究目的：1 ) 阐明不 同时期土地覆被及其空间格局：2 ) 揭示土壤侵蚀动态特征及其主要影响 因素：3 ) 评价不同时期水土保持综合治理成效，为优化水土保持措施提 供决策依据和技术支撑。二 山东沂蒙山区水土流失严重，长期以来水土流失已造成土壤切割破 碎、石漠化面积扩张、自然植被退化、生物多样性破坏、土壤质量下降、 生态功能衰退等问题。该区域严重的土壤侵蚀已对当地国民经济发展起了 重要阻碍作用。因此有必要掌握沂蒙山区土地退化和土壤侵蚀的表现形 式、特征及其影响因素，为沂蒙山生态退化过程与机制研究，以及生态修 复机理与适宜性分区和生态修复技术模式研究提供基础。沂蒙山区水土保 持生态修复工程建设规划提供决策参考和理论与技术依据。 1 2 土地覆被变化的研究现状 1 2 1 国外研究进展 国外利用遥感技术对l u c c 的研究至少可以追溯至2 0 世纪2 0 年代。 以美国为例，早在1 9 2 2 年，l e e 的论文从空中看到的地球表面就表 述了利用遥感手段研究自然景观与人类活动关系的可行性和重要性 ( l e e w t ，1 9 2 2 ) ，但当时航空摄影技术主要用在拍摄地面军事目标和地形 沂蒙山区十地覆被与士壤侵蚀动态特征 勘测等方面( a n d e r s n o j r ，1 9 6 1 ) 。 进入2 0 世纪8 0 年代，人们已在洲际范围内利用气象卫星数据进行土 地覆盖的研究，并取得了有效成果( t u c k e r ，e t a l ，1 9 8 5 ：t o w n h s n e d ，e t a l ， 1 9 8 7 ) 。而应用气象卫星a v h r r ( a d v e n c d e v e 卿h i h g r e e s l u t i n o r a d i o a t e r ， 改进的甚高分辨率扫描辐射仪) 数据进行全球和洲际尺度的植被变化和土 地利用研究始于1 9 8 1 年，最早应用多时相a v h r r 植被指数( n d v i ) 进行洲 际尺度的土地覆盖研究是t u k c e r 和t o w n s h e n d ，他们分别对非洲( t u c k e r ， e t a l ，1 9 8 5 ) 和南美洲进行了研究( t o w n h s n e d ，e t a l ，1 9 8 7 ) 。c h i l a r 等 研究了n o a a a v h r r 数据的多波段组合方案，并进行了加拿大北方地区 土地覆盖分类。1 9 8 0 1 9 8 6 年，美国农业部、国家海洋大气管理局、宇 航局和商业部开展了全球性的农业和资源空间遥感调查计划( l a c 正) ，建 成了集成化的运行系统，完成了美国l ：1 0 0 万比例尺和全球范围的土地覆 盖数据集。 自1 9 9 5 年两大国际组织i g b p 和m d p 共同拟订并发表了土地利用与 土地覆被变化科学研究计划以后，许多国际组织和国家纷纷响应号召。 1 9 9 9 年4 月，i g b p 和班d p 又提出了l u c c 研究实施策略( r o b e r t ，2 0 0 6 ) ， 继续推动国际上的l u c c 研究。联合国粮农组织( f a o ) 、- 联合国环境署亚太 地区环境评价计划( u n e p e a p a p ) 、国际系统应用研究所( i i a s a ) 等都确立 了与“土地利用覆被变化( l u c c ) ”计划相对应的研究项目，美国、日本、 欧共体等也分别建立了不同层次的l u c c 研究项目，并形成了不同的研究 流派( p o w e l l ，2 0 0 4 ) 。 1 9 9 9 年，i g b p 和i h d p 发表了土地利用土地覆被变化( l u c c ) 研究 实施策略，进一步提出将土地利用的过程、土地利用土地覆被变化的人 类响应、综合的全球和区域模型作为研究的主题。2 0 0 2 年，l u c c 研究进 入l a n dp r o j e c t 阶段，2 0 0 3 年i g b p 为l a n dp r o j e c t 制定了研究重点并 提出了相关的科学问题。土地利用变化的驱动机制是土地利用变化的核 心，也是l u c c 研究的焦点问题。世界范围内各组织和地区在这方面己取 得了很大的进展。就目前的研究情况来看，一般将驱动力分为自然驱动力 和社会经济驱动力( 也称人类驱动力) 两部分。其中，自然驱动长安大学硕 士学位论文力相对较为稳定，它发挥的是渐近的、累积性的效应。而社会 8 山东农业大学硕士学位论文 经济驱动力则相对较活跃，因此，目前的研究主要集中在人类驱动力方面。 在此方面的研究中，具有代表性的主要有：p c s t e r n 等人认为，土地利 用变化的社会驱动力主要包括人口变化、贫富状况、技术变化、经济增长、 政治和经济结构、观念和价值等：k a s p e r s o n 则把土地利用的社会驱动力 分为人口、技术水平、富裕程度、政治经济结构等几个方面；t u r n e r ：的观 点是人类驱动力应当包括人口、收入、技术、政治经济状况和文化。 当前，国际上大范围内土地覆盖和土地利用遥感技术发展的特点是美 国处于领先地位，俄罗斯落后于美国，然后是西欧、加拿大、日本等国， 许多第三世界国家都把遥感技术作为关键技术在土地覆盖和土地利用中 加以采用。总之，目前的土地利用土地覆盖变化研究己经取得了一些进 展( 史培军，2 0 0 0 ：季艳等，2 0 0 2 ：何蔓等，2 0 0 5 ) 。在土地利用覆盖变化 信息的获取方面随着对地观测技术的日益完善( 王之卓，1 9 9 4 ：刘闯等， 2 0 0 0 ：李德仁，2 0 0 1 ) ，为土地利用覆盖变化的研究提供了丰富的多种信 息源，在全球及区域尺度上进行了多次土地利用覆盖变化信息提取研究， 建立和完成了若干个大面积土地覆盖和地表生物物理特征数据库，从而推 动了全球环境变化研究。遥感技术在全球性土地覆盖和土地利用中正起着 越来越重要的作用。 1 2 2 国内研究进展 长期以来，我国也进行了许多有关l u c c 的研究工作，这些研究主要 为国家经济建设服务，在土地利用调查、规划、基础理论研究、基础图件 编制和资源环境数据库建设等方面取得了大量成果。如8 0 年代出版了全 国1 ：1 0 0 万土地利用图集、1 9 9 2 年出版了与全国1 ：1 0 0 万土地利用图 集相关联的中国土地利用，“七五 期间完成了全国县级土地利用 现状调查工作，并进行了土地利用程度的研究，积累了丰富的资料( - s 建 文。2 0 0 5 ) 。“八五”期间中国科学院将“国家资源环境遥感宏观调查与 动态分析项目”列为院“八五重大应用项目( 李磊等，2 0 0 1 ：刘纪远等， 2 0 0 3 ) ，其主要目的在于“查清我国主要土地资源及其环境要素现状、基 本数量及分布状况，以及解决土地资源和环境要素大尺度快速遥感调查中 的关键技术问题。 2 0 世纪9 0 年代中后期以来，中国在l u c c 方面进行了大量的研究工 9 沂蒙山区十地覆被与土壤侵蚀动态特征 作，从土地利用统计资料、遥感土地利用土地覆盖数据和模型等方面开 展l u c c 的研究。顾朝林( 顾朝林，1 9 9 9 ) 利用三个时段的s p o t 卫星数据和 北京市土地利用资料进行土地利用土地覆盖研究，分析其变化机制，研 究表明，北京土地利用变化主要表现为农用地向非农用地的转变。葛全胜 ( 葛全胜等，2 0 0 0 ) 根据民国时期的文献记载以及1 9 4 9 年以后的普查、调 查与统计资料，分析了2 0 世纪中国土地利用变化状况，结果表明，在2 0 世纪，特别是在近5 0 年，中国的土地利用强度有比较明显的增加。这种 结构变化趋势与我国人口增长及社会、经济的迅速发展趋势是一致的。王 思远等( 王思远等，2 0 0 1 ) 在遥感技术与g i s 技术的支持下，通过数学华东 师范大学2 0 0 6 届专业硕士学位论文第一章绪论建模，利用土地利用动态 度模型、土地利用程度模型、垦殖指数模型等对中国近5 年来土地利用的 时间动态特征和空间动态特征进行了定量分析。王秀兰( 王秀兰，2 0 0 0 ) 对土地利用土地覆盖变化研究中人口因素进行了分析，分析表明，人口 因素对土地利用土地覆盖变化的影响，主要体现在人口对土地利用土地 覆盖空间分异及时间变化的影响上。人口变化对土地利用土地覆盖变化 的影响的累积效应能在土地利用土地覆盖的时间序列中得到充分的显 示。范月娇( 范月娇，2 0 0 1 ) 利用遥感和g i s 一体化技术对三峡库区土地利 用变化状况作了研究和分析。赵淑清等( 赵淑清等，2 0 0 1 ) 依据三期遥感影 像进行了洪泽湖湖区的土地利用土地覆盖时空格局研究，指出不同时期 土地覆盖类型之间的相互转化，并利用平均斑块大小、斑块密度、平均形 状指数三个指标从景观生态学角度分析了土地利用土地覆盖变化对景观 的影响。王兵，张晶等( 王兵等，2 0 0 6 ：张晶等，2 0 0 5 ) 总结了中国上土地 利用土地覆盖变化的研究方法及应用、驱动机制、变化影响、土地资源 优化配置、环境效应及研究尺度等方面的研究新进展，对土地利用土地 覆盖变化的主要内容进行了提炼，阐述未来中国土地利用土地覆盖变化 研究发展趋势。喻锋、李晓兵等( 喻锋等，2 0 0 6 ) 用3 s 技研究了黄埔川流 域近十多年土地利用变化状况，并进一步在像元水平上对流域安全进行了 综合评价，重点分析了流域土地利用与生态安全的关系。 国内配合国际l u c c 研究计划，并主要针对我国粮食安全、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的研究逐渐开展起 1 0 山东农业大学硕j 二学位论文 来，并取得了一批有价值的研究成果( 张定祥等，2 0 0 4 ：张文忠等，2 0 0 3 ) 。 目前，土地利用覆被变化研究中存在着技术潮流、环境效应研究潮 流、驱动力研究潮流、景观生态学潮流等热点，这对于推动土地利用覆 被变化的多学科深入研究具有积极作用。当前，土地利用覆被变化研究 中存在的“重技术轻学理”现象，微观机理研究不足、忽视土地利用替代 性研究、土地可持续利用评价针对性不够、研究的服务对象单一等问题， 土地利用覆被变化研究要在克服这些问题中发展。 1 2 3 “3 s ”技术在土地覆被动态监测中的作用与优势 遥感( r s ) 、地理信息系统( g i s ) 、全球定位系统( g p s ) “3 s 集成 技术是目前对地观测系统中空间信息获取、存贮管理、更新、分析和应用 的三大支撑技术，它们是现代社会持续发展、资源合理规划利用、城乡规 划与管理、自然灾害动态监测与防治等重要技术手段，也是地学研究走向 定量化的科学方法之一( 李德仁，2 0 0 3 ) 。土地利用覆被信息的获取是研 究土地利用覆被动态变化的基础，应用遥感、地理信息系统和全球定位 系统相结合开展国土资源和环境综合调查，具有现势性强，分类周期短， 更新资源信息快，从而达到以最快的速度动态监测土地资源利用及环境变 化情况( 甘甫平，1 9 9 9 ) 。 目前土地覆被遥感分类以利用数据统计理论方法结合人工解译进行 大尺度的遥感分类为主导方法( 刘慧平等，1 9 9 5 ) 。这种方法虽具有算法成 熟、人机交互解译的优势，但其同时对参与解译分析的人员专业性知识依 赖强，且很大程度上不具有可重复性等缺点，影响了解译的速度和准确性， 特别是获取大面积土地覆被信息的有效性。近年来又出现了不少研究讨论 土地遥感分类的新方法，它们在提高土地利用土地覆被分类精度及综合 多元信息进行分类上有了较大进展，主要有人工智能神经网络分类、分类 树方法、多元数据的遥感图像判读专家系统和计算机识别法等，这些方法 还处于试验和完善阶段。其中，分类树及神经元网络方法目前正应用于美 国宇航局( n a s a ) 对地观测计划( e o s m o d i s ) 土地覆被数据库的开发试验 中，并取得了一些经验。遥感图像判读专家系统的发展十分引人注目( 吴 健平，1 9 9 9 ) ，它汇集了遥感及有关领域专家的知识及经验，利用计算机 模拟专家的思维过程，研究和解决不确定的、经验性的问题，充分利用 沂蒙山区十地覆被与土壤侵蚀动态特征 g i s 中的各种辅助数据，从而用来指导遥感数据的获取和处理，进行图像 分析，改善遥感数据的分类精度。目前，专家系统在知识的表示和获取方 面还存在很大困难，还有很多基础工作要做，是一个有待进一步开发的领 域。随着全球变化研究的深入，土地覆被变化研究越来越受到重视，它作 为全球环境的下挚面影响因子，其变化对全球环境演变带来最直接的影 响，并且是产生生态灾害的重要原因( 刘新卫，2 0 0 4 ) 。在i g b p 和i h d p 报 告中，将l u c c 作为其核心研究计划，并且阐明了进行多空间尺度的土地 覆被变化研究的必要性( 沙占江，2 0 0 4 ) 。 随着现代科学研究对数据精度要求的提高，依据遥感数据提取专题信 息的理论和方法也在不断的更新与发展。遥感用于土地覆被的探测的发展 趋势是结合g i s 手段，以遥感影像数据分析处理为依托，以传统的野外调 查为辅助，将地理环境数据与影像光谱信息、空间信息，和时间信息，盐渍 化程度状况的生物地学规律和其外在表现有机结合；已逐渐出现较为成熟 的应用化的模式识别技术，在算法上以知识库为基础的推理决策、多种复 合分类方法相继产生并将迅速发展( 付炜，2 0 0 2 ；沙占江等2 0 0 4 ) ；特征 提取和设计合理的分类器成为人们研究的热点。加之s 3 技术迅速发展在 许多方面得到了广泛应用( 邱洁，2 0 0 5 ) ，以及空间数据挖掘方法不断涌现 ( 过仲阳，2 0 0 3 ：过仲阳，2 0 0 4 ) ，因而3 5 技术成为实现土地覆被提取的先 进手段。近年来，尺度效应的问题一直被研究人类活动的空间特征、地球 表面物理过程的科学家们所重视( r a s i m ，2 0 0 4 ：沙片江，2 0 0 4 ：d a i ，z 0 0 6 ) 。 特别是近年