（环境科学专业论文）基于rs与gis的南充市土地利用覆被动态变化研究.pdf

t h e s t u d yo nt h ed y n a m i cc h a n g eo fl a n du s e c o v e r i nn a n c h o n gc i t y m a j o f ：e n v i r o n m e n ts c i e n c e p o s t g r a d u a t e ：l i uj i a nt u t o r ：d i n gh u ij i a n gs h i z h o n g a b s t r a c t ：l a n du s ea n dl a n dc o v e rc h a n g ei so n eo ft h em o s ti m p o r t a n t c o m p o n e n t sa n dm a j o rc a u s e s t o g l o b a l e n v i r o n m e n t a lc h a n g e s t h ec h i n e s e g o v e r n m e n te n e r g e t i c a l l yr e s p o n d s t ot h er e l e v a n tr e s e a r c ha d d e n d a j o i n t l y f o r m u l a t e db yi g b pa n dh u m a nf i e l dr e s e a r c hp r o j e c to fg l o b a le n v i r o n m e n t a l c h a n g ea n dt r i e st og e ti nl i n ew i t hi ta sw e l la sr e f l e c t st h ec h i n e s ec h a r a c t e r i s t i c s d i r e c t e db yt h ev i e wo fs y s t e m a t i ca n ds u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ta n dl a n d s c a p e e c o l o g yt h e o r ya n dg e o m e t r i e si n f o r m a t i o nt u p ut h e o r y , as y s t e m i ca n dt y p i c a l s t u d yo nl a n du s ea n dl a n dc o v e yc h a n g e ( l u c c ) w a sc a r r i e do u ti nn a n c h o n g c i t y a i m e da tt h es t a t u sq u o ，a n di ns u p p o r to fr e m o t es e n s i n ga n dg e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e m t e c h n o l o g y ：t h e s t a t u s q u o ，t h et e m p o r a l s p a t i a lc h a n g e c h a r a c t e r sw e r es y s t e m i c a l l ya n a l y z e d ，o nb a s i so ft h ed a t ao f3 0y e a r s ( 1 9 7 8 - 2 0 0 4 ) t h ek e yc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) p h es t u d yo nt h es t a t u squ oa n da n a l y s i so ft h et e m p o r a l s p a t i a lc h a r a c t e r o fl u c ci nt h er e s e a r c ha r e a o nb a s i so ft h el u c cm a po fy e a r1 9 7 8 ， 1 9 9 2a n d2 0 0 4 ，t h et e m p o r a l s p a t i a lc h a n g ec h a r a c t e rw a sa n a l y z e df r o m t h ep o i n to fv i e wo f q u a n t i t yc h a n g e ，t y p ec o n v e r s i o na n dl a n d s c a p e e c o l o g yp a t t e r n ， ( 2 ) t h ea n a l y s i so ft h ed r i v i n gf o r c e so fl u c ci nt h er e s e a r c ha r e a o nt h e b a s i so ft h es y s t e m a t i c a ls t u d yo i ln a t u r a la n ds o c i a l e c o n o m i cf a c t o r s ，t h e d r i v i n gf o r c e st h a tc a u s e dl a n du s e c o v e rt e m p o r a l s p a t i a lc h a n g ep r o c e s s i nt h er e s e a r c ha r e a t h ed r i v i n gf o r c e so ft h em a i nl a n du s et y p e sw e r e a l s oe l a b o r a t e do i l k e yw o r d s ：n a n c h o n gc i t y , r e m o t es e n s i n g ，g i s ，l a n du s e c o v e r , t e m p o r a l s p a t i a lc h a n g e ，d r i v i i l gf o r c e v 甚于r s 与g i s 的南充市土地利刚覆被动态变化研究 1 研究意义 当今世晃，随着人口数量的急剧增加和科学技术水平的提高，人类正以 空前的速度和规模改变着自身赖以生存的地球环境，并由此产生了一系列的全 球环境变化问题，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。j g g , t a 类4 + 会的生存和发展构成了极大的威胁。因此， 了解造成全球变化的原因，预测其未来趋势和可能产生的各种后果，并制定相 应的对策，已成为世界各国的重要课题“1 。而在众多的全球变化问题中，土地 利用覆被变化( l a n du s e c o v e rc h a n g e ，简称l u c c ) 研究显得尤为重要，其 原因有二：首先，l u c c 是引起其他环境问题的主要原因，因而在全球环境变 化和可持续发展研究中占有重要地位：其次，地球系统科学、全球环境变化以 及可持续发展涉及到自然和人文多方面的问题，而在全球环境变化阎题中， l u c c 可以说是自然和人文过程交叉最为密切的问题。3 。 通过不同尺度、不同学科的综合研究，建立各种l u c c 模型，定量分析和 预测g u c c 前景，是研究者们普遍瞩目的方向。作为自然与人文过程交叉最为 密切的土地利用覆被变化，其自然与社会经济的驱动力分析，也无疑成为 个更为人们所关注的核心。 目前l u c c 研究主要集中在经济发展水平较高的东部地区，如长江三角洲、 珠江三角洲、黄淮海平原等地区。而在我国典型的生态环境脆弱区土地利用 覆被研究中，北方农牧交错带、西北干旱内陆区的土地利用覆被研究也较多 。1 。但是，到目前为止，虽然对四川省土地利用覆被研究较早，但对生态类 型复杂的整个西南山区的土地利用研究则起步较晚，特别是长江上游地区桷士 地利用覆被时空变化研究明显滞后。 嘉陵江是长江水系流域面积最大的支流，也是长江输沙量最大的河流。其 水土流失状况不仅关系到生态环境，也对三峡工程产生重要影响。1 9 8 9 年， 该区被列为“长治”工程重点治理区。 本文在遥感与6 i s 技术的支持下，研究嘉陵江中游地区南充市土地利用 基于r s 与g i s 的南充市土地利用覆被动态变化研究 第2 页共5 8 更 覆被变化，并将时间尺度扩展为3 0 年( 1 9 7 8 - 2 0 0 4 年) ，以揭示南充市土地利 用覆被变化的特征及变化趋势，为土地政策的制定提供定量化、定位和定时 的信息和理论支持。对南充市上地利用覆被变化的研究，既是在土地利用 覆被变化理论指导下的热点区域典型案例研究；又是对土地利用与覆被变化研 究的重要补充和发展，弥补了南充市土地利用覆被变化研究的不足，是全球 土地利用覆被变化及全球环境变化研究的有机组成部分。 华于r s 与g i g 的南充市土地毒q 用馒被动态变化研究 第3 页共5 8 页 2 土地利用覆被变化国内外研究进展 2 1 土地利用与土地覆被的概念 土地利用与土地覆被是两个既有密切联系又有本质区别的重要概念“1 。土 地覆被是指地球表层的自然詹陛和生物物理属性，是自然和社会综合体，而土 地利用则指土地的使用状况或土地的社会、经济属性；土地覆被和土地利用构 成了土地的双重属性。由于当代的土地覆被变化主要是人类对土地的利用造成 的，所以认识土地利用变化是了解土地覆被变化的首要条件。 2 2 国内外研究进展 2 2 1 国外研究进展 目前，在土地利用土地覆被变化研究中占有重要地位的研究领域有：土 地利用动态变化过程、土地利用变化的驱动力、环境影响评价及发展趋势的研 究，同时它们也构成了土地利用变化研究的主要内容。概括起来就是土地利用 覆被如何变、为什么会变、变化的环境响应以及未来变化趋势等。 关于土地利用覆被变化的研究，在国内外受到了普遍的关注。从8 0 年代 开始，国际社会开展了一系列大规模、跨学科、综合性的全球变化研究项目， 其中国际地圈生物圈计划( i g b p ) 、世界气候研究计划( w c r p ) 、全球环境变化 人文计划( i h d p ) 和生物多样性计划( d i v e r s i t a s ) 构成了全球变化研究的主 体，分别从不同角度研究引起全球变化的主要原因，而土地利用覆被变化问 题则是四大计划之间糨互联系的重要桥梁。 国际上对土地利用的研究，其发展是不均衡的，在土地利用调查和保护方 面，以英、美国家为代表，技术处于领先地位。土地利用起步最早的为英国， 于1 9 3 0 年成立不列颠土地利用调查所，从1 9 3 1 1 9 3 9 年开展了全国第一次土 基于r s 与0 1 5 的南充市土地利用履被动态变化研究 第4 页共5 8 页 地利用调查，并在1 9 9 6 年又进行了第二次调查。英国土地科用调查的成功， 普遍引起了世界各国的理解和关注。1 9 4 9 年在里斯本召开了第1 6 届国际地理 大会并通过决议，在国际地理联合会( i g u ) 下设世界土地利用调查专业委员 会，推动世界各国l ：1 0 0 万土地利用图的编制。在此启发下，欧洲各国都各 自进行了土地利用调查。 本世纪4 0 年代开始，土地利用类型的研究逐渐应用于实际，尤其是近二、 三十年，由于资源问题和环境问题日趋突出，不少国家为了开发土地、农业区 划、环境治理等目的，需要对土地进行深入的研究，使得土地利用方面的研究 得到迅速发展。 随着人类社会对环境问题日益重视，全球环境变化研究的不断深入，人们 越来越认识到土地利用和土地覆被变化在全球环境变化中作为人类社会和自 然界交互作用接触界面的重要性，土地利用变化的研究越来越受到关注。自 1 9 9 3 年国际科学联合会与国际社会科学联合会成立了土地利用覆被变化核心 项目计划委员会以来，一些积极参与全球变化研究的国际组织和国家纷纷跟 进，启动了各自的土地利用覆被变化项目。国际应用系统研究所( i i a s a ) 于 1 9 9 5 年启动了“欧洲和北亚地区土地利用覆被变化模拟”的三年期项目，旨 在分析1 9 0 0 年到1 9 9 0 年欧洲和北亚地区土地利用土地覆被变化的空间特征、 时间动态和环境效应，并预测在全球环境、人口、经济、技术、社会及政治等 因素变化的背景下，该区域未来5 0 年土地利用覆被的变化趋势，为制定相关 对策服务。为跟进i g b p h d p 土地利用覆被变化核心项目计划，在日本环境署 支持下，日本国立科学院全球环境研究中心提出了“为全球环境保护的土地利 用研究”项目，着眼于亚太地区土地可持续利用，第一阶段的研究目标主要是 预测2 0 2 5 年该地区土地利用土地覆被状况( 包括耕地、林地、城市用地及荒 漠化土地) 和土地生产力的变化。该项目也将采用地方性个例分析、遥感和 ( 订s 监测以及空间模型分析等方法，研究土地利用变化的空间分布、时间动态 及驱动因子，同时强调相应对策和技术的研究。由此可见，土地利用变化近几 年已成为全球变化研究的核心和焦点问题。 在此框架下，世界各国都纷纷制定自己的土地利用土地覆被变化的研究 计划。在所开展的各项研究中，运用各种遥感方法提取土地利用土地覆被变 基于r s 与g i s 的南壳市土地利用覆被动态变化研究第5 页共5 8 页 化的动态信息并对其变化过程进行模拟的研究己经取得了相当多的成果，同时 利用各方面的统计资料和数据在对土地利用土地覆被变化的驱动力研究方面 也做了大量的工作。但是在土地n n 土地覆被变化对环境的影响评价方面的 研究成果并不显著，而且大部分的研究工作都着重于在全球尺度上的环境影响 研究，很少涉及土地利用土地覆被变化对区域生态环境和生态过程的影响方 面。 土地利用土地覆被变化对区域生态环境的影响研究主要集中在对区域气 候、区域土壤要素、区域水文环境以及区域睦的水土流失和上地退化等领域。 在土地利用土地覆被变化对区域气候的影响研究中，人类对土地经营方 式的不断变化，会使近下垫面层几乎所有天气要素都发生变化，如太阳辐射、 温度、湿度、能见度、风速和风向及降雨等。因为土地利用覆被变化改变了 地表一系列特征，如反射率等，从而影响温度和湿度的变化。h e n d r s o ns e l l e r 和w i i s o n 对土蚜0 用变化影响地表反射率的过程进行了些模拟研究。”。所 得的结论表明，对土地的利用程度越强，土地利用变化越倾向于增加发射率， 使得更多的能量返回到大气中，对流层温度增加，大气的稳定性增强并减少对 流雨嘲。土地利用覆被变化对气候的影响还在于土地表顽是温室气体和痕量 气体如c 吼、c i i 、n 2 0 等的重要来源。j o u c ee p e n n e r 估计从】_ 8 5 0 年到1 9 8 5 年大气中c 鸥增加量的3 5 是由土地利用变化产生的，主要是森林退化引起的 “；森林的砍伐和焚烧也导致a t 的增加2 1 。研究表明，近年来n 。o 的增加可能 是来源于热带( 大片森林的砍t 勘和北半球中纬度地区( 人类活动影响) 。 当前区域气候变化预测模型在预测地区湿度和降水的研究领域中还没有 达到一致，但目前已有一些区域植被和土地利用模型。“，它们主要关注区域 植被模型( 格局) 如何影响碳的贮存和释放等特征，以及此过程中土地利用变化 所起的关键作用。t u r n e r 等人研究了景观尺度上土地利用变化与气候的关系“ 1 0 在土地利用土地覆被变化对土壤的影响研究中，p e t e r j o h n 和c o r r e e l 对n 、p 、c 流失进行了分析”1 ，发现在自然植被中，土壤系统具有不同的营养 循环能力。土坡营养成分的迁移在很大程度上依赖于土地利用格局及其变化。 l i k e n s 等通过将一个未受干扰的流域同另一个森林被砍伐的流域的河流养分 基于r s 与6 1 s 的南充市土地利用履被动态变化研究 第6 页共5 8 页 流失睛况加以对比，结果发现森林未受干扰和森林被砍伐的流域的n 损失量 迥异。研究土地利用土地覆被变化对养分流动的影响在于配置最佳的土地利 用结构，最大限度地减少养分流失。 人口的增加、人类不合理的土地利用方式如森林砍伐、矿山开采、陡坡开 荒、过度放牧等是造成土地荒漠化的主要原因。墨西哥的s u s a n ao e h o a - g a o n a 等人，对墨西哥c h i a p a s 高原土地利用变化和森林退化关系进行了分析，得出 大面积的毁林开荒，增加了水土流失。 1 9 9 9 年2 月，1 6 b p i m p l u c 、又提出了土地利用土地预盖变化项目执 行计划草案，继续推进国际上的l u c c 研究。可以相信，该计划的全面实施最 终将使人类更加全面和清醒的认识到自己的土地利用活动所产生的环境后果， 并自觉地采取措旖减少或避免其不利影响，从而促使全球环境向着良性方向发 展。 2 2 2 国内研究进展 我国对土地研究具有长远历史，据“周礼”一书记载，大约在2 5 0 0 年前 的战圆耐代，就把全匡i 土地划分为山林、川泽、丘陵、坟衍、原五类，是我国 最古老的具有土地思想萌芽的著作。战国时期的管子地员篇是我国具有土 地类型思想的又一著作，它把全国土地分为3 类2 5 种，不但体现了综合的思 潮，而且具有等级系统，还具有简要评价“1 。 近几十年来，我国的土地资源利用研究主要是为经济建设服务，并在土地 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。例如，以黄秉维先生为首，进行了土地生产力研究；此夕卜还 进行了全国及部门土地利用区划及规划研究等。中国科学院地理所编制完成了 1 ：1 0 0 万土地利用图，并于1 9 9 0 年正式出版该图和中国土地利用专 著。8 0 年代初到9 0 年代初，由国家土地管理局组织了全国土地概查工作，历 时l o 年完成了土地概查，并利用概查数据对中国土地利用发展变化规律、特 点、问题及土地潜力进行了研究，并对全国土地利用进行了总体规划，且于 1 9 9 4 年出版了全国土地利用总体规划研究一书，在此基础上，各省完成 基于r s 与g i s 的南充市土地利用覆被动态变化研究第7 页共5 8 页 了省级土地利用总体规划工作。1 9 8 6 年，由中国科学院综合考察委员会主持 的“中国土地资源生产能力及人口承载量研究”，从各个角度综合地研究了我 国土地、粮食和人口的关系，提出了可选择的不同方案，这是我国首次开展的 全国大规模的土地资源承载力研究。 在土地利用土地覆被变化及其对环境的影响评价研究方法上，目前多采 用3 s ( r s ，g i s 和g p s ) 集成方法，其中以遥感方法为基础和核心。由于遥感 对地观测技术具有覆被面广、宏观 生强、快速、多时相、丰富的综合信息等优 点，可以用于实时地或准实时地提供目标及其环境信息，发现地球表面的各种 变化，所以己经被较普遍地陂嗣于各类土地监测及土地利用变化研究中。美国、 西欧等发达国家还为泰国、墨西哥、肯尼亚等第三世界国家制作中小比例尺的 土地利用图。加拿大环境部土地局对人为活动稀少的育空地区和西北地区使用 遥感技术做过土地资源和土地利用调查，其目的除为土地的利用和开发采集资 料外，还在于参与研究环境变化。g i s 是管理空间信息的计算机系统，包括空 间数据的输入、存储、检索、运算、显示、分析和输出，可以对多种来源包括 遥感监测的时空数据进行综合处理、集成管理、动态存取，具有独特的区域综 合、空间分析、动态预测和提供决策支持的功能咖。利用g i s 空间叠置分析模 型进行不同时期土地利用状况的叠加分析，监测土地利用变化，通过g i s 数据 库和g i s 支持下专家知识利用，建立土地利用决策模型，辅助土地利用决策。 在土地利用监测中，杨平通过g i s 图形叠加功能得到了榆林市芹河乡1 9 6 0 1 9 8 7 年土地利用变化图”。在土地利用决策中，黄杏元等通过g i s 中土地适宜 性评价结果与土地利用现状图的对比，提供土地利用调整及规划依据嘲。 傅伯杰等研究了陕北黄土丘陵区持续1 5 年的4 种典型土地利用结构对土 壤养分的影响。1 。从梁底到梁顶，土地利用组合分别为草地一坡耕地一林地、 坡耕地一草地一林地、梯田一草地一林地和坡耕地一林地一草地。通过测定土 壤全氮、全磷、有效氮、有效磷和有机质含量发现，坡耕地一草地一林地和梯 h 一草地一林地有较好的土壤养分保持自助和水土保持效果，是黄土区丘陵沟 壑区梁坡地上较好的土地利用结构类型。以上的研究大多采用多处采点进行土 样测验的方法，通过实验数据的对比来发现土地利用变比和土壤养分循环之间 的关系，这样只能从点及面地推测区域内各土地利用方式下的土壤养分状况。 基十r s 与o l s 的南充市土地利用，覆被动态变化研究第8 页共5 8 页 我国黄土高原地区，由于人口的不断增加，导致大面积的毁林开荒，增加 了水土流失。查勇等人利用航片和t m 影像对陕西输林地区的土地利用和荒漠 化的关系进行了研究，证实了土地利用对荒漠化程度的影响。1 。 土地利用变化对水文循环和水质的影响方面目前也有一定的研究。史培军 等人通过研究深圳市土地利用变化对流域径流的影响，得出了随着人类活动的 加剧，土地利用的变化使径流量趋于增大的结论。1 。 2 3 土地利用覆被变化研究内容 土地利用覆被变化研究是当前国际全球变化研究计划中的重要组成部 分。自1 9 9 0 年起，隶属于“固际科学联合会( i c s u ) ”的i g b p 和隶属于“国 际社会科学联合会( i s s c ) ”的h d p 积极筹划全球肚综合研究计划，于1 9 9 5 年 共同拟定并发表了土地利用覆被变化科学研究计划，将其列为核心研究计 划，并于1 9 9 6 年1 月28 日至2 月2 目在荷兰举行了有关土地利用覆被变化 的国际会议。在这次会议上提出了五个关于土地利用覆被的框架问题及三个 焦点。五个框架问题为： ( 1 ) 过去的3 0 0 年中人类的活动是如何改变土地覆被的? ( 2 ) 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? ( 3 ) 在今后5 0 年1 0 0 年中土地利用变化将如何影响土地覆被? ( 4 ) 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? ( 5 ) 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? 三个焦点分别为： 焦点l ：土地利用动态变化典型对比分析研究； 焦点2 ：土地覆被动态变化直接观察和诊断模型； 焦点3 ：区域的与全球的模式综合评价的框架。 基于r s 与g i s 的南充市土地利用霍被动态变化研究第9 页共s 8 页 综合以上五个框架问题以及三个研究焦点，土地利用变化的人文驱动力、 二e 地利用动态变化过程、发展趋势及环境影响评价的研究占有重要的地位，电 构成了土地利用变化研究的主要内容1 。 2 4 土地利用覆被变化研究的主要模型 由于土地利用土地覆被的变化涉及因素繁多，过程错综复杂，因而以减少 和抽象化为特征的各种模型对于理解和预测土地利用覆被格局具有不可替代 的作用。般来说，土地利用覆被变化模型用于研究不同土地类型发生变化 的动因、过程及其对环境、生物和人类生产和生活的影响，由四部分组成：土 地利用和土地覆被类型( 1 a n du s e l a n dc o v e rt y p e ) ；各种类型变化的驱动力 ( d r i v i n gf o r c e sf o ra l lk i n g so fl a n dt y p e s ) ；变化的过程和机制 ( p r o c e s s e s ) ：变化造成的影响( i m p a c t sa n dc o n s e q u e n c e s ) 。当然，不同 的模型研究的侧重点一般不同。土地利用变化研究中的模型可概括为三种类 型，即系统诊断模型、土地利用动态变化模型及土地利用变化综合评价模型。 2 4 1 系统诊断模型 系统诊断模型是深入了解土地利用变化机制的主要手段，可分为基于经验 的概念化逻辑诊断模型和基于经验的统计诊断模型。概念化逻辑诊断模型是一 种基于经验的定性分析模型，它是建立定量分析模型的基础，如土地利用变化 驱动力械念诊断模型。基于经验的统计诊断模型是将在一系列时空尺度下的观 狈6 结果同经验模型相联系，用一组观察变量( 如地貌、气候、土壤、地表质地、 地势等自然因素) ，结合一组辅助性变量( 如统计数据) 进行统计分析，如土地 利用变化机制统计珍断模型。统计诊断模型提供了一个综合的方法来认识土地 利用变化，同时也为政策的制定提供了依据。统计诊断模型的建立为地理相关 性预测及土地利用环境影响评价提供了依据。 基于r s 与g i s 的南充市土地利用覆被动奋变化研究第l o 页共5 8 页 2 4 2 土地利用动态变化模型 土地利用动态变化主要体现在土地资源的数量变化、质量变化、类型转化、 土地利用程度变化及士地利用变化的区域差异等。因此，土地利用动态变化模 型包括土地资源数量变化模型、土地资源生态背景质量变化模型、土地利用空 i 1 ；i 变化模型、土地利用变化区域差异模型、土地利用程度变化模型及土地利用 变化驱动力模型等。建立土地利用动态变化模型是研究土地利用变化过程、土 地利用变化程度及未来发展变化趋势的主要手段。 2 ，42 1 土地资源数量变4 匕模型 土地资源数量变化可以用土地利用动态度来表示。动态度按照研究对象的 不同可以分为单土地利用类型动态度和综合土地利用动态度。单一土地利用 类型动态度表达的是某研究区一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化 情况，其表达式为： k ：u b - u 三x 1 0 ( n u丁 式中：k 研究时段，内某一土地利用类型的动态度： 配、卜分别为研究期初及研究期末菜一土地利用类型的数量； 产研究时段长，当7 的时段设定为年时，丘的值就是该研究区 某一土地利用类型的年变化率。 而综合土地利用动态度描述某研究区一定时间范围内各种土地利用类型 的综合变化状况，其动态度的计算式为： 一挲竺 埘 2 埘( f ，1 式中叫为监测起始时问第j 类土地利用类型面积：l u 。为监测时段内 基于r s 与g i s 的南充市土地利用覆被动态变化研究第l l 页共5 8 页 第j 类土地利用类型转换为非j 类土地利用类型面积的绝对值；7 为监测时段 长度，当，的时段设定为年时，比的值就是该研究区土地利用年变化率。 2 4 22 土地资源生态背景质量变化模型 土地资源生态环境背景是由土地资源所处的地貌、气候、干湿度、土壤质 地、地势等条件决定的，因此，土地资源生态环境质量评价要在综合考虑地貌、 气候、干湿度、土壤质地、地势等条件下进行。 土地资源生态背景质量的好坏可以用土地资源生态背景质量指数来表示， 莱行政单元某类土地资源生态背景质量指数表达式为： 月 ，、 q ，；i 0 0 + y 【d 。+ ( a i s f ) j 箭 式中：岔为第个行政单元某类土地资源生态背景质量指数；历为第j 级 土地资源生态背景质量等级量值；爿。为第个行政单元第j 级土地资源面积， 一为土地资源等级数；为第j 令行政单元某类土地资源总面积。 2 4 23 土j 屯利用程度变化模型 地利用程度变化可以用土地利用变化量和土地利用程度变化率来表示： = l b - l o 枷o 【p “c m 一荟4 c w 】 ( 爿。c m ) 一( 4 c m ) 凡。旦! l 一 y ( 4 巳) 式中厶和厶分另0 为b 时l 训和a 时间的区域土地利用程度综合指数；4 为 第i 级的土地利用程度分级指数；c 。和c 。分别为某区域6 时间和a 时问第i 级 基于r s 与g i s 的南充市土地利用覆被动态变化研究 第1 2 页共5 8 页 土地利用程度善积百分比。如4o 。旭或 0 ，贝该区域土地利用处于发展 时期，否则处于调整期或衰退期。 2 4 2 4 土地利用变化区域差异模型 土地利用变化的地区差异可以用各区域某种土地利用类型相对变化率及 各区域土地利用动态度( 单一土地利用动态度，综合土地利用动态度) 的不同 来反映。下而主要介绍土地利用相对变化率的计算方法：某研究区某特定土 地利用类型相对变化率可表示为： 矿， r = 【芋】( a 口l 。 式中：丘、瓜分别代表某区域某特定土地利用类型研究期初及研究期末 的面积；、g 分别代表全研究区某特定土地利用类型研究期初及研究期末 的面积。如果某区域某种土地利用类型的相对变化率胗1 ，则表示该区域这种 土地利用类型变化较全区域大。 2 4 2 5 土地利用变化过程模型 马尔科夫模型包括单一马尔科夫链模型裙辩空的马尔科夫链 ( s p a t i o t e m p o r a lm u z k o vc h a i n s ，s t m c ) 模型。前者表现为静止或时间均一 的，这种模型仅当系统具有时间不变的转移概率和不变的状态或类别才是可用 的，所以对于土地利用变化是不适宜的。后者则尝试将空间维引入模型，将每 一点从单独通过马尔科夫链，解释它的位置，形成了每一时问步骤的状态空间 图，转移概率用复合因子赋予权重。 基于r s 与g 1 s 的南充市土地利用覆被动态变化研究第1 3 页共5 8 页 2 4 3 土地利用变化综合评价模型 气候和生物地球化学变化会影响土地利用土地覆被变化，而土地覆被 土地利用变化反过来又会影响至生物地球化学作用，从而影响地区农业持续发 展。因此，建立土地利用变化综合评价模型有极其重要的意义。这类模型包括： 土地利用变化对环境影响评价模型。如温室效应综合评估模型、对区域持续发 展影响评价模型、对区域水循环影响模型等。建立土地利用变化综合评价模型 是综合评价土地利用变化环境效应的主要手段。 2 5 土地利用覆被变化研究的相关理论 理论是科学研究的基础，只有以正确的理论为指导，科学研究才能发展并 取得预期的成果。随着土地利用覆被变化研究的深入，各种相关理论被应 用到土地利用变化的研究中，相关理论为土地利用土地覆被变化研究带来许多 新鲜思想和思路，丰富了土地利用覆被变化研究的方法和内容。 2 51 系统论 系统论是美籍奥地利生物学家贝塔朗菲( l v b e r t a a n f f y ) 在第二次世 界大战前后提出来的。系统论是- n 运用逻辑学和数学方法研究般系统运动 规律的理论，从系统的角度揭示了客观事物和现缘之间相互联系、相互作用的 共同本质和内在规律性。 现代科学的发展越来越表现出一种综合的趋势，然而不同学科建立在不同 的事实和矛盾基础之已其发展是相对独立的。系统论为科学发展中的综合从 理论上奠定了基础。 系统论的基本观点为：系统是相互联系的若干要素组成的复合体，如果组 成系统的元素本身也是个系统，则这些元素就称为子系统。通常，一个复杂 系统可分为若干子系统，系统与外界环境共同构成一个相互包容的体系。 土地是由地貌、岩石、土壤、植被、气候、水文等因子组成的立体剖面， 基于r s 与g i s 的南充市土地利用，覆被动态变化研究 第1 4 页共5 8 页 在人类长期生产活动下形成的自然结合体，它具有与周围环境进行物质、能量 交换和自组织的特征，因此，我们可以把这一自然结合体看作为一个土地系统； 土地系统是个开放系统，与外界不断地进行物质和能量交换，并且在人类生 产活动的作用下，不断进行着发展演化，形成一个复杂的自然社会复合系统 土地生态系统。 2 5 2 可持续发展论“ 近年来，随着工业化的发展和土地的无序利用而出现了全球变暖、臭氧层 破坏、生物多样性消失、大气污染和水污染、水土流失、土地荒漠亿等各种各 样的环境问题。可持续发展理论是人类在处理各种环境和发展问题的实践中发 展起来的。 所谓可持续发展，世界公认的定义可以归纳为：满足当代的发展需求，应 以不损害、不掠夺后代的发展需求作为前提。可持续发展的最终目的，一是不 断满足当代和后代的生产与生活对于物质、能量和信息的需求，既从物质或能 量等硬件的角度予以不断地提供，也从信息、文化等软件的角度予以不断满足： 二是“创造”自然社会经济支持系统的外部适宜条件，使得人类生活在一 种更严格、更合适、更健康、更愉快的环境中，即从系统组织与结构的角度予 以不断地优化。 总之，可持续发展是以人为中心的自然社会经济复合生态系统，在资 源和环境承载力允许范围内，依靠科技进步，促进经济的不断发展，保证资源 持续利用和人民生活质量的刁i 断提高。因而可持续发展包括生态可持续性、经 济可持续性、社会可持续性，这三者相互联系，生态可持续性为基础，经济可 持续性为条件，社会可持续性为目的。 土地作为一种数量有限、不可替代、不可移动的特殊资源。在开发利用中， 应在满足当代发展的需求下，以不损害、不掠夺后代的需求作为前提遵守持续 发展理论的空间规则、时间规则和伦理规则，以可持续发展的系统观和效益观 来制定土地资源开发利用的策略和方针。应以生态环境的可持续性为基础，经 济可持续性为条件，社会可持续性为目的的思想来指导土地资源的科学开发利 基于r s 与g i s 的南充市土地利用覆被动态变化研究第1 5 页共5 8 页 用和保护。 2 5 3 地学信息图谱理论 地学图谱是图谱在地学研究中的应j ；| 与发展。图常指地图，是描述山川水 系、城邑 j 镇、疆域四至等，反映研究区域的空闯范围和布局特征的一种空问 概念的表达。我们用各种图，尤其是专题图来客观地描述所观察和分析的对象， 展示其空间属性，属于种静态描述。例如，可以用土壤图、植被图、地形图 等一系列的专题要素来描述其区域自然环境条件的分布状况。图也用来描述现 象的现状，表达其有序的空问各局，因此是一种宏观规律之外部表现，多是可 感知的现象。谱指系统，可以描述发展方向与演化过程，展示其内在规律，表 现为动态。因此，谱是经过推理、演化得到的，它反映了内在规律。图谱合一， 贝q 是空间与时间动态变化的统一表达。在时间演化过程的系统中，同时表达地 区( 空间) 差异的地图，都可以成为地学图谱。简而言之，图谱主要运用图形 语言，进行时间与空间的综合表达与分析。其中地学图谱则是应用地学分析的 系列多维图解，它不仅描述现状，雨且通过建立时空模型来重建过去和虚拟未 来。 土地利用覆被具有特定的时间和空间属性，其空间形态、属性与驱动力 均在多时空尺度上变化。各种土地利用覆被类型在地理空间上相互镶嵌，形 成独特的空间结构，且随时问维发生演替。对土地利用覆被的研究，不仅要 了解其某时刻的空间格局，还要分析其在时空域中的动态变化过程，势解释 这种土地利用覆被时空变化的机制，为未来l u c c 趋势作出预测，进行优化调 控。 前已述及，地学信息幽潜其实就是地学信息的时空复合体。时空复合体可 充分表现时间性和空间性的模型构成或模拟对象，可同时量测地理事物或现象 的时空变化特点。因此，地学信息图谱理论为土地利用覆被时空演化研究提 供了理论基础。将土地利用覆被映射于二维平面上，一系列的土地利用覆被 状况图就形成了土地利用覆被图谱。特定的每个土地利用覆被类型斑块称为 图谱单元，从而将l u c c 转化为信息图谱的研究。由于土地利用覆被是自然与 基十r s 与g i s 的南充市土地利用覆被动态变化研究 第1 6 页共5 8 页 人文结合最紧密的景观表征，影h 向因素众多，且各影响因子间相互影响，作用 机理十分复杂，仅用数学模型难以反映其内在规律。而地学信息图谱正是利用 信息技术与图谱方法研究这种复杂系统的有力工具。 棼予r s 与g 1 s 的南充市土地利用，覆被动态变化研究第1 7 页共5 8 页 3 研究区概况 3 1 自然地理环境 南充市位于四川省东北部，嘉陵江中游，介于北纬3 0 。3 5 一3 1 。5 l7 ， 东经1 0 5 。2 7 一1 0 6 。5 87 之间，南北长1 6 5k m ，东西宽1 4 3k m ，幅员面积 1 2 4 9 4k 帝。东临达州市，南连广安市，西与遂宁市、绵阳市接壤，北与广元 市、巴中地区毗邻。行政七辖顺庆、高坪、嘉陵三区( 县级) 和西充、南部、 营山、莲安、仪陇五个县，代管省辖闽中市。本文所指研究区是j i 瞑庆、高坪、 嘉陵三区，幅员面积2 5 1 5 3 7k m - 。 本研究区地处中国最典型的方山丘陵区，又称盆中丘陵。以丘陵广布、溪 沟纵横为其显著地理特征。 土壤以紫色土为主，母质以侏罗、白垩纪紫色砂、泥岩为主，矿物以长石、 云母、磷灰石等种类居多，富含钾、磷、钙、镁、铁、锰等营养元素，碳酸钙 含量0 2 - 9 9 6 ，p h 值4 5 - 8 5 ，胶体硅铝率2 6 卜5 5 ，土质风化度低，土壤 发育浅，肥力高，宜于粮食、经济作物生长。 本区年均温1 6 1 8 ，1 0 以上活动积温5 5 0 0 6 0 0 0 ，无霜期2 8 0 3 5 0 天。冬暖春早，是四川热量较高地区。年降水量仅9 0 0 1 0 0 0 毫米，冬干 春早明显，其中，春早频率高达6 0 ，是四川著名旱区。红层地区地下水贫 乏，广大丘陵地区日高水低，故干旱为本区农业生产上的主要矛盾。 川中丘陵地区是四川最大的产盐区和天然气产地，亦是四川棉花、甘蔗、 黄麻、花生和蚕桑等经济作物的主产区，棉花和甘蔗产量各占四j i i9 0 与6 5 。粮食产量占四川粮食总产的4 0 ，南部河谷还生长有龙眼、荔枝等南亚 热带水果。 基于r s 与g i s 的南充市土地利i l l 覆被动态变化研究第1 8 页共5 8 页 3 2 社会经济状况 全区幅员面积2 5 1 5 3 7 k i n 2 ，2 0 0 4 年，全市3 个区总人口1 8 2 4 9 万人，其 中农业人口1 31 6 1 万人，占7 2 1 2 ，非农业人口1 3 1 6 万人，占2 7 8 8 ，人 f j 密度约为7 2 6x k m 2 。 2 0 0 4 年，全市国内生产总值2 1 9 1 l 亿元，人均国内生产总值从1 9 5 2 年 的4 9 元增加到2 0 0 4 年的3 0 6 7 元。其中：第产业增加值7 2 2 1 亿元，第二 产业增加值6 i 9l 亿元( 其中3 2 、j k 增加值4 1 9 5 亿元) ，第三产业增加值8 4 9 9 亿元。 基于r s 与g i s 的南充市土地利用覆被动态变化研究第1 9 页共5 8 页 4 南充市土地利用现状及变化研究 4 1 数据来源与研究方法 4 1 1 数据类型 本研究主要收集以下三方面数据： ( 1 ) t m 图像数据：主要收集研究区1 9 7 8 年、1 9 9 2 年、2 0 0 4 年三个时段 时相相对一致的t m m s s 图像作为变化信息获取的基本资料。 ( 2 ) 图形数据：主要包括研究区的土地利用图、行政区划图、地形图以 及土壤类型图等自然和社会的环境背景数据。 ( 3 ) 统计数据：主要是基于文字、数据表格形式的社会经济发展情况的 唰问序列统计数据。 4 12 数据分析方法 基础数据可分为图形数据、图像数据和统计数据三类。对于图形数据主要 是进行数字化处理，对于统计数据主要是进行整理并进行信息录入，形成土地 利用变化的背景属性数据库。 t m 图像以数字图像的形式提供，可以直接在计算机中进行处理，而m 8 8 图像一般以底片的形式提供，在进行计算机处理之前必须先将其扫描，形成数 字图像。 本研究采用中国资源环境遥感宏观动态研究项目中所制定的分类体系， 结合南充市土地利用的特点，在此基础上，去掉一些研究区不存在的土地利用 类型，该体系将土地利用划分为6 大类，1 8 个二级类型，一级主要根据土地 利用属性分为6 类：二级主要根据各土地资源经营特点、利用方式和覆被特征 等分为1 8 个类型。由此得到南充市土地币岍j 分类体系。( 表4 1 ) 基于r s 与g s 的南充市土地利用，；羹被动态变化研究第2 0 页共5 8 页 表4 1 南充市土 也币i j 用仕地分类体系 一絮类型二级类型含义 水叫 指确冰源保征和灌溉设施，在一般年景能i 酬德溉，用以荆直水 稻、莲猫等水生农作物的耕地，包括实行水稻和早地作物轮种的 耕 耕地。 地旱地指无灌慨水源及i 殳0 缸，靠天然降水生睦作物的耕地；有水源和浇 灌渤卣，在一艘年景不能正常灌溉孽旱作牧耕地： 三1 种菜为主的 耕地：正常轮作的休闲地和轮歇地。 有林地 指树：杠柏部觇赏 3 0 的天然林和人工林。包括用丰擀、经济林、 防护林等n e 片林地。 林 灌木林 指郁闳度 4 傩、高度在2 米以下的矮林地和灌丛林地。 地 疏林地 指树木郁闷度为t 0 3 0 的未成林地、迹地。 园地 包括苗匝及备类园地( 果园、桑园、荼圄、热作林园等) 。 高覆盖度 指覆盖度 5 0 ) 6 的天然草地、改良草地和割草地，此类草地一般水 草 地 单地 分较好，草诎生长茂密。 基于r s 与g i s 的南充市土地利用，覆被动态变化研究第2 1 页托5 8 页 中覆戡 指覆盖度在2 0 5 0 的天然草地和改良草地，此粪荦h 自般水 草地 分不足，革被较稀疏。 低覆盏度 指覆盖度在5 2 0 的天然草地，此类草地水分缺乏草地稀 草地 疏，牧业利用籀薛差。 河渠 指天然形成或人下开挖的惭镕汲主干渠常年水位以下的土地，人 工渠包括堤岸。 水 湖泊 折天然形戏的积水区常年水位以下的土地。 域 水库坑拈指人t 修建的蓄水区常年水位以下的土地。 滩地 指州、湖水域乎水期水位与洪水期水位之间的土地。 蛐镇用地指火、中、小城市及县镇以上建成区用地。 工矿用地 指独0 于城镇以外的