（环境科学专业论文）上海地区土地利用变化的景观生态格局演化研究.pdf

复旦大学硕士论文 ，j ：海地区七地利用变化的景观生态格局演化研究 景观格局的自相似性逐渐减小，景观镶嵌结构日益复杂，相应的复杂度也日益增 大；同时由于土地开发利用的区域性、组团性，使城市景观的聚集度呈现急剧增 大的演化趋势；景观格局的多样性和异质性日益增大。 论文第五章从时间尺度上，将城市景观生态的动态变化与人口、经济增长相 结合，分析了在城市化进程中城市土地利用和景观格局演化与人口、经济的关联 性。研究表明：表明除景观均匀度指数( s i i e i ) 外，其余9 个指数( p d 、e d 、s h d i 、 m p s 、a w m s i 、a w m f d 、f n n _ m n 、c o n t 、s p l i t ) 均与上海市年末户籍总人口、工业 总产值和第三产业增加值的变化存在着显著的相关性；并通过回归分析，探讨了 各景观生态指数与社会、经济相关性的预测模型及回归方程。 最后，在第六章中对论文主要研究成果进行概括和总结，提出了当前研究的 不足和未来主要的研究方向。 关键词：g i s & r s 土地利用动态变化景观格局景观生态指数尺度效应 复日- 大学硕上论文埔地区土地利用变化的最观生态格局演化研究 s t u d yo nl a n d s c a p ep a t t e r nd y n a m i c sb a s e do nl a n du s e c o v e r c h a n g ei ns h a n g h a im e t r o p o l i t a na r e a a b s t r a c t u r b a n i z i n gp r o c e s s e sh a sb e e no n eo ft h ep r i m a r ym o d e sf o rh u m a nt oc h a n g et h e n a t u r a le n v i r o n m e n t d y n a m i cu r b a nc h a n g ep r o c e s s e si sm a i n l yb e h a v e da st h e t r e m e n d o u sw o r l d w i d ee x p a n s i o no fu r b a np o p u l a t i o na n du r b a n i z e da r e a g i sa n d r sa su s e f u lt o o l ss h o u l db eu s e di nt h el a n d s c a p ep a t t e md y n a m i c ss t u d y e f f e c t i v e l y t h el a n d s c a p ep a t t e r nr e s p o n s e st ot h ec h a n g eo f t h es p a t i a ls c a l e si nt h er e g i o n a la r e a s h o u l db es t u d i e d i ta l s ou r g e n ta n dn e c e s s a r yt os t u d yt h el a n da s e c o v e rc h a n g ea n d t h el a n d s c a p ep a t t e r nd y n a m i c sd u r i n gt h eu r b a n i z i n gp r o c e s s e ss y n t h e t i c a l l y 。 t h eu s eo fr e m o t e l ys e n s e dd a t ao f f e r sa no b j e c t i v ea n dc o n v e n i e n tm e t h o df o rt h e r e s e a r c h e so ns u c hf i e l d i n1 9 9 0 s ，s h a n g h a ie n j o y e dar a p i dd e v e l o p m e n tw i t ht h e e a c hp a s s i n gd a ya n dt h eu r b a n i z a t i o ni nt h es u b u r bo fs h a n g h a ih a sg r e a t l y q u i c k e n e d t h i ss t u d yw o r k so v e rt h el a n du s e c o v e rc h a n g ea n dt h el a n d s c a p ep a t t e r n d y n a m i c sd u r i n gt h eu r b a n i z i n gp r o c e s s e sf r o m1 9 8 7t o2 0 0 4w i t l l2 0l a n d s c a p e m e t r i c s ( 1 0o fc l a s sl e v e la n d1 0o fl a n d s c a p el e v e l ) ，i n t e g r a t e da sg i sa n dr s t h e s t u d ya l s or e s e a r c h e st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nl a n d s c a p em e t t l e sa n dt h ec h a n g eo f p o p u l a t i o na n de c o n o m i c st oe x p l o r eau s e f u ll a n d u s em o d ef o rz o o l o g ya n d e n v i r o n m e n t i nc h a p t e ro n e ，t h er e s e a r c hb a c k g r o u n d , s u b j e c ts i g n i f i c a n c e ，t e c h n i c a lr o u t ea n d m a i nc o n t e x ta r eb r i e f l y 舀v e i l i nc h a p t e rt w o ，t h eg e n e r a ls i t u a t i o no f r e s e a r c ha r e ai si n t r o d u c e d , m a i n l yf o c u s i n g o nt h el a n dr e s o u r c es i t u a t i o n s o m ep r e p r o c e s s e sa r eg i v e nt ot h em u f t i - t e m p o r a l l a n d s a tt m e t m + r e m o t es e n s i n gi m a g e t h es u p e r v i s e dc l a s s i f i c a t i o ni su s e dt o c l a s s f yt h er e m o t es e n s i n gi m a g e so f1 9 8 7 ，1 9 9 0 ，1 9 9 7 ，1 9 9 9a n d2 0 0 4 a l lo f t h et o t a l a c c u r a c ya r ea b o v e8 5 a n dt h ek a p p ac o e f f i c i e n ta r ea l la b o v e0 7w h i c hi st h e m i n i m u ma l l o w a b l ea c c u r a c y i n c h a p t e rt h r e e ，t h r o u g hs c a l i n g ( d o w n s e a l i n g ) ，a l lk i n d so fl a n d s c a p et a k eo n d i s t i n c tv a r i a t i o np a t t e r nt ot h es c a l ec h a n g i n g t h o u g ht h es t u d yw ec a nk n o wt h a t 1 2 0 1 5 0m e t e rg r a i nc o m p a r e dw i t ho t h e rg r a i n si ns h a n g h a ic i t yi sm o r ec l o s et o i n t r i n s i cs c a l eo fu r b a nl a i l d s e a p e a c c o r d i n gt oa n a l y z i n gt h er e s p o n s ec h a r a c t e r so f s p a t i a lh e t e r o g e n e i t yo fl a n d s c a p ei n d i c e st oe x t e n tc h a n c i n g ，2 k me x t e n ti sap e r f e c t c h o i c e 复q 人学硕l 论文 上海地区土地利用变化的景舰生态格局演化研究 i nc h a p t e rf o u r , t h el a n d s c a p ep a t t e r ni ns h a n g h a im e t r o p o l i t a na r e ai ss m d i e d b a s e do nl a n du s ec h a n g i n gi nt h ec l a s sl e v e la n dl a n d s c a p el e v e l t h er e s e a r c hs h o w s t h a tw i t hu r b a n i z i n g ，t h es p l i t t i n gd e g r e eo ft h el a n d s c a p ep a t t e r ni n c r e a s e dr a p i d l y ； t h el a n d s c a p ei n l a i ds t r u c t u r ei sm o r ea n dm o r ec o m p l e xs ot h el a n d s c a p ec o m p l e x i t y i n c r e a s e di n c r e a s i n g l y ；t h ed i v e r s i t ya n dc o n t a g i o na l s oi n c r e a s e db e c a u s eo ft h e r e g i o n a ld e v e l o p m e n t i nc h a p t e rf i v e ，i n t e g r a t e dw i t ht h el a n d s c a p ep a t t e r nd y n a m i c sa n dt h ei n c r e a s eo f p o p u l a t i o na n de c o n o m i c s ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nl a n d s c a p ep a t t e r nd y n a m i c sa n d p o p u l a t i o na n de c o n o m i e si ss t u d i e d t h es t u d ys h o w st h a te x c e p ts h e i ，t h eo t h e r9 m e t r i c s ( p d ，e d ，s h d i ，m p s ，a w m s i ，a w m f d ，f n n m n ，c o n t ，s p l i t ) a l lh a v ed i s t i n c tr e l a t i v i t yt op o p u l a t i o n i n d u s t r i a lg r o s so u t p u t sa n dt h et h i r di n d u s t r y v a l u ea d d e d t h ep r e d i c t i o nm o d e l sa n dt h e i rr e g r e s s i o ne q u a t i o n sb e t w e e n l a n d s c a p e p a t t e md y n a m i c sa n dp o p u l a t i o na n de c o n o m i c sa r ed i s c u s s e dt h r o u g hr e g r e s s i v e a n a l y s i s f i n a l l y , i nc h a p t e rs i x , r e s e a r c hr e s u l t sa l ec o n c l u d e da n do t h e rn e e d i n gf u r t h e r s t u d i e sa 旭p r o s p e c t e d k e yw o r d s ：g i s & r s ，l a n du s e c o v e rc h a n g e ，l a n d s e a p ep a t t e r n , l a n d s c a p em e t r i c s ， s c a l ee 虢c t 论文独创性声明 本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。论文中除 了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或其它机构已经发表或撰写过的 研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明 并表示了谢意。 作者签名：蜷j 孟日期：羔沮 论文使用授权声明 本人完全了解复旦大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此 规定。 作者签名：蔓算乏i 耄 导师签名：日期：迦= ：l 复臣大学硕i ：论文l 海地区十地利用变化的景观生态格局演化研究 第一章绪论 第一节城市土地利用及其景观生态格局演化 1 1 1 城市土地利用 城市化是当前我国的一个热点问题。2 0 0 0 年美国经济学家、诺贝尔经济学奖 获得者斯蒂格利茨( s t i g l i t s e ) 曾经说过：影响2 1 世纪人类社会进程两件最深刻 的事情：第一是以美国为首的新技术革命，第二是中国的城市化。 按世界范围内城市化发展的规律，当城市化率达到3 0 以上时，城市化发展 的速度就会进入一个加速发展的时期，学界通常认为，城市化发展最为迅速的阶 段是城市化率由3 0 向7 0 增长的过程中0 1 。而目前，按最新统计数据，我国2 0 0 1 年的城市化率已达3 7 6 6 ，早已高于3 0 9 6 这一界点。可以预计，今后我国城市化 进程将进入空前快速发展的时期。城市化进程的整体走势仍趋于稳健，大约每年 仍会保持1 个多百分点的增长。根据第五次人口普查数据和城市化进程预测， 2 0 2 0 年全国城镇人口将占总人口的6 0 9 6 左右，达到中等发达国家水平“。 可见，城市化已经成为目前人类活动改造自然环境的主要方式之一。城市的 产生和发展是以空间为依托的；随着城市化的进展，需要的城市土地也越多，导 致了城市发展对用地需求的增多。城市空间扩展过程主要是通过城市用地不断拓 展表现出来的，城市化的过程实质上就是城市土地的开发利用过程。 城市是一个人流、物流、资金流等高度集聚的巨大的人工生态系统。城市 土地利用系统是由许多相互联系，相互制约的因素组成的有机整体，具有复杂系 统的特征： ( 1 ) 多目标和总体性 城市土地利用是多目标的，它不但追求经济效益，还要考虑社会、生态效益， 不仅要考虑到当前利益，也要考虑长远利益，因此需要统筹兼顾，优化系统的总 体功能嘲。 ( 2 ) 复杂性和非线性 城市土地利用是一个人地相互作用过程，涉及面广，影响因素众多”1 。系统 涉及人口、农业、工业、交通、城镇、水域等诸多因素，这些因素之问并非线性 关系，而是一个复杂的非线性大系统”1 。因此，传统的方法难以进行协调。 ( 3 ) 动态性 土地资源利用系统是一个动态系统，其系统元素的量随时自j 变化而变化；系 复且大学颂f ：论文 上海地区七地利用变化的景观生态格局演化研究 统元素的相互关系随着时间变化而变化。 ( 4 ) 时延性 土地资源利用系统的内部各因素之间相互影响，其因果关系往往有时间和空 间上的分离，开发利用效果一般非立竿见影，而是存在明显的时延性“1 。 随着城市的发展，土地利用方式和土地覆被类型也发生着剧烈变化。尤其近 几年，经济的快速发展，大、中、小城市的急剧膨胀，使得城市化更为突出。城 市化的过程引起土地利用及土地覆被的剧烈变化，进而影响区域生态环境及景 观，使得城市成为地球表层系统中人类行为对自然生态系统作用最频繁和最剧烈 的区域，也使其成为自然景观发生变化最为明显的区域，引起一系列城市化问题。 这种土地利用覆被变化从微观尺度上看，为人类提供了更多就业机会，提高生 活水平，同时产生了诸如环境污染、交通拥挤、大气污染、居住环境恶化等一系 列城市问题；从宏观尺度上看，由于以自然为主的土地利用覆盖变成了以高楼 大厦等人工建筑为主的人为土地利用覆盖，破坏自然生态系统，带来复杂的生 态环境后果，影响区域和全球的可持续发展。目前，我国正处于城市化高速发展 阶段，城市发展与城市土地利用的矛盾加剧，如何协调两者间的矛盾，已成为当 今政府和公众最为关注的焦点问题之一。 随着2 0 世纪9 0 年代可持续发展思想的形成，以及1 9 9 0 年国际土地可持续 利用系统研讨会的召开，土地可持续利用研究日益成为土地科学的研究热点，引 起国际社会的关注。土地可持续利用就是持续的满足人类对土地的需求，并保持 合理高效的土地利用结构。土地可持续利用具有区域性和利用方式的特定性、时 间动态性、系统开放性以及尺度多维性”。土地可持续利用研究的基本目标不仅 是提高对全球土地利用动态过程的认识，并着重提高预测土地利用变化的能力， 更重要的是区域土地可持续利用驱动力的分析和实现可持续利用的战略对策的 选择。城市土地的合理、持续利用关系到城市的兴衰发展以及区域经济的持续发 展，因此城市土地可持续利用研究对于我国的可持续发展具有重要意义。 1 1 2 景观生态格局演化 1 1 2 1 景观的概念与特征 1 9 世纪初，现代地植物学和自然地理的先驱洪堡( a v o nh u m b o l d t ) 把景观 作为科学的地理术语，指代“自然地域综合体”，具体是指由气候、水文、土壤、 植被等自然要素以及文化现象组成的地理综合体，在地表一定地带内典型的重复 【刀 o 复q 大学硕 ：论文j ：海地区t 地利用变化的景观生态格局演化研究 自2 0 世纪3 0 年代德国生物地理学家t r o l l 提出景观生态一词以来，景观的 概念被引入生态学并形成景观生态学这一分支学科。t r o l l 认为“景观代表生态 系统之上的一种尺度单元，并表示一个区域整体”，后又迸一步解释景观生态学 表示景观某一地段上生物群落与环境问主要的、综合的、因果关系的研究，这些 研究可以从明确的分布组合( 景观镶嵌，景观组合) 和各种大小不同等级的自然区 划表示出来旧。著名景观生态学家f o r m a n 和g o d r o n ( 1 9 8 6 ，1 9 9 5 ) ”进一步 提出了景观生态学的基本范式：斑块一廊道基质模式，在国际景观生态学 界形成了以生态学为基础的新的景观生态概念，认为景观是不同生态系统组成的 具有异质性的空间镶嵌体。据m o s sm r 的总结，现代景观生态学中的景观概念包 括：( 1 ) 相互作用的生态系统的异质性镶嵌；( 2 ) 地貌、植被、土地利用和人类居 住格局的特别结构；( 3 ) 围绕着种群、群落和生态系统的一种组织尺度；( 4 ) 综合 人类活动与土地区域的整体系统；( 5 ) 一种风景，具有由文化决定的美学价值； ( 6 ) 遥感图像中的像元排列。 概而言之，景观生态学( 1 a n d s c a p ee c o l o g y ) 是研究景观单元的类型组成、 空间配置及其生态学过程相互作用的综合性学科；强调空问格局、生态学过程与 尺度之间的相互作用是景观生态学研究的核心所在“”。综合起来，对景观可以 作如下理解：( 1 ) 景观由不同空间单元镶嵌组成，具有异质性；( 2 ) 景观是具有明 显形态特征与功能联系的地理实体，其结构与功能具有相关性和地域性；( 3 ) 景 观既是生物的栖息地，更是人类生存环境；( 4 ) 景观是处于生态系统之上，区域 之一下的中间尺度，具有尺度性；( 5 ) 景观具有经济、生态、和文化的多重价值， 表现为综合性。 城市景观的生态特征n ”包括： ( 1 ) 以人为主体的景观生态单元。这是城市景观区别于其它景观的最重要特 点。由于人类活动的强烈影响，城市中的自然条件，从水文气象到地表结构、动 植物区系等，都发生了很大变化。不同地区的城市景观面貌，在一定程度上反映 了当地的社会经济发展状况和历史文化特点”1 。城市内部以及城市与其外部之间 物质、能量、信息的交换，主要靠人类活动来协调和维持。在这样一个人为影响 占主要地位的景观中，自然景观和自然过程已被人类分隔得四分五裂。 ( 2 ) 城市景观的不稳定性。随着社会经济的发展，以及政治文化等因素的变 动，城市景观变化极快。深圳是最明显的例子：在短短十几年里，它由一个很小 的沿海城镇发展为一个具有相当规模、集多种工业、服务业于一体的现代化开放 城市，这是与政治、经济因素密切相关的。受我国改革开放政策的影响，不仅新 城市大批涌现，老城市也发生了巨大变化。像北京、上海、广州等城市，旧城改 造与新城扩建同时并举，近1 0 年的发展速度几乎相当于过去几十年发展的总和。 复旦人学硕l 论文上海地区土地利用变化的景观生态格局演化研究 ( 3 ) 城市景观的破碎性。城市内四通八达的交通网络，贯穿整个市区景观， 将其切割成许多大小不等的人为斑块”1 ，这与大面积连续分布的农田、自然景观 形成鲜明的对比。城市景观的破碎性，是与城市居民的工作、生活相适应的。许 多小斑块依其性质、功能的不同，组合成大小不一的“功能团”，也可把这些“功 能团”视为斑块。 ( 4 ) 城市景观的梯度性。城市是人为影响相对集中的地段。单核心城市，由 市中心至边缘区，人类活动的强度逐渐减小，方式也有所改变，表现为人口密度、 功能等，呈梯度性递变。市中心一般建有大的购物中心，以及文教、司法、行政 部门等，向外过渡为轻工业区、大专院校、车站等，再向外围，则布局重工业区、 较大的公园、居民区等。双核心和多核心城市也是如此，只是梯度性表现得更为 复杂。 ( 5 ) 城市景观的异质性和自相似性“”。城市景观组分的异质性表现为各类功 能多样、性质多样的土地利用活动，如居民区、工业区、商业区、学校、公园、 绿地等；景观结构的异质性是指各类景观要素、景观单元的异质性，如斑块大小、 形状、面积等；城市景观格局的异质性表现为各类景观单元的复杂性、多样性； 景观格局的白相似性是指各类景观单元之间、景观单元与生态变量之间的关联关 系，在城市生态系统表现为景观格局同生态过程和功能之间的关联度的变异程 度。 1 1 2 2 景观格局及其演化 景观作为一个整体成为一个系统，具有一定的结构和功能，而其结构和功能 在外界干扰和其本身自然演替的作用下，呈现出动态的特征。景观格局 ( 1 a n d s c a p ep a t t e r n ) 一般是指空间格局，广义讲，它包括景观组成单元的类型、 数目以及空间分布与配置。景观格局决定着资源和物理环境的分布形式和组合 “”，与景观中的各种生态过程密切相关，对于抗干扰能力、恢复能力、系统稳定 性和生物多样性有着深刻的影响“”。格局决定过程，反过来又被过程改变o “”。 格局与过程相互作用原理不但是景观生态学的核心内容“，也为城市景观生态 安全研究奠定了重要的理论基础。景观格局研究是揭示区域生态状况及空间变异 特征的有效手段，其分析的主要内容是景观元素在空间分布中的数量、位置、类 型、形状、大小和方向“。研究景观格局是研究景观功能和动态变化的基础。景 观格局分析的目的是从看似无序的景观斑块镶嵌中，发现潜在的有意义的规律 【1 6 o 景观格局对生态过程的影响主要有四个方面”“：景观格局的空间分布， 如方位( 坡向) 、母质组成和坡度等，将影响到局域空气流动、地表温度、养分丰 4 复避大学顿l 论文上海地区土地利用变化的景_ 嘏! 生态格局演化研究 缺或其他物质( 如污染物) 在景观中的分布状况；景观格局将影响景观中的生物 迁移、扩散( 种子等) 、物质和能量( 水、水溶物质、有机或无机固体颗粒) 在景观 中的流动；景观格局同样影响由非地貌因子引起的干扰在空间上的分布、扩散 与发生频率，如：火、风和放牧等；景观格局将改变各种生态过程的演变及其 在空间上的分布规律。景观格局是各种景观生态过程的瞬间表现。然而由于生态 过程的复杂性和抽象性，很难定量地、直接地研究生态过程的演变和特征，生态 学家往往通过研究景观格局的变化来反映景观生态过程。 景观格局演化是指景观格局与功能在一定时空尺度上的变化。景观空间格局 与生态学过程之间的关系一直是景观生态学研究的重点与热点问题“”，而景观动 态研究是联系景观格局与功能的重要纽带。f o r m a nrtt 给出了景观动态变化的 1 2 种基本模式”1 。目前，许多景观变化的研究是针对景观格局变化进行的，景观 格局变化的原因在于外界的干扰作用，这些干扰作用机制往往是综合性的，它包 括自然环境、各种生物以及人类社会之间复杂的相互作用。景观的变化是景观内 部各种矛盾与外部作用力相互作用的结果与表现，研究景观的变化就是要研究景 观在时间和空间上的结构与量上的变化以及景观变化的趋势。景观格局的时间异 质性格局演变研究包括解释景观格局演变时空规律及对其演变驱动机制的 总结。目前景观格局演变的分析方法主要有景观格局指数与空间统计特征比较， 马尔柯夫转移矩阵法和主要以“元胞自动机”理论为基础的景观格局动态模拟。 在以城市化为标志的2 0 世纪，人口在城市聚集、城市景观扩张及由此造成 的植被覆盖面积减少，成为近几十年全球范围内景观格局演化的基本特征，当今 快速城市化的趋势仍在继续，在发展中国家尤为突出，未来的景观会越来越深刻 地受人类活动的影响和控制。城市化和密集的人类社会经济活动对景观格局的改 造已经导致了城市热岛效应、大气污染和种群失衡等诸多生态环境问题。研究表 明，城市化过程主要是通过直接或间接的改变地面形态及原本自然的生物地球化 学过程，使生态系统的结构、过程和功能受到影响或发生不可逆转的变化。随着 城市化进程的不断推进，城市景观格局特征越来越复杂，受格局影响的生态过程、 功能也不断发生变化。城市景观的内部格局对城市的第一性生产力、物流、能 流及生物等过程有明显的影响；而城市生态系统重要的服务功能，如改善微气候、 净化空气、削弱噪声、改善地表径流、文化、娱乐等，也同城市格局有密切的关 系。在城市居民各种活动的作用下，城市复合生态系统的组成、结构、过程和功 能十分复杂，因此，城市景观的结构、格局和过程也由于人类活动的干扰而异常 复杂。掌握城市格局特征及变化机制有助于进一步了解城市生态系统的过程和功 能，以及各种生态环境问题产生的机理，有利于优化城市格局，解决各类生态环 境问题，促进城市生态系统健康、有序的发展。 复口大学硕| ：论文l ：海地区土地利用变化的景观生态格局演化研究 第二节国内外相关研究进展 1 2 1 土地利用动态变化研究 1 2 1 i 国外研究进展 二十世纪七十年代以来，伴随着全球人口的持续增长和工业化、城镇化的快 速发展，土地资源的短缺、浪费和耕地非农占用的问题同益突出。为此，主要针 对土地资源经济供给的有限性与其社会增长性之间的不协调发展和生态环境退 化的问题，广泛开展了土地资源类型转换及其结构优化的研究“，主要侧重于 对大农业宏观土地利用结构与布局的优化调整】。 八十年代后期以来，随着遥感与g i s 技术在土地研究中的广泛应用，开始重 视开展对生态脆弱区、城乡结合部和沿海三角洲等典型地区的土地利用动态变化 与监测嘲”1 ，以及在g i s 支持下进行土地利用优化决策的定量分析o “。但这一时 期研究的着眼点还主要在于土地自然生态系统本身，同时也考虑了人类经济活动 的影响。有学者通过利用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， 以及对农业土地利用方式转化的分析，己经认识到随着社会经济、科学技术和城 市化的发展，土地利用方式、结构和土地覆被都在不断变化，土地利用是一个动 态过程0 4 。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，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。 1 9 9 0 年新德里国际土地持续发展会议召开以后，土地资源持续利用成为评价 土地资源类型转换合理与否的重要标准，在这以后土地资源利用及其类型转换的 研究开始强调经济持续性、社会持续性与生态持续性的统一啪”1 。全球变化研究 的深入为土地利用及其变化研究提供了平台，这一领域的研究已被“全球地圈与 生物圈计划”( i g b p ) 和“全球环境变化人文计划”( i h d p ) 列入核心研究区域，重 点研究其变化机制及响应关系，有力地推动了全球范围内土地利用与土地覆盖 ( 类型) 变化及其驱动力研究。1 9 9 5 年，上述两组织发布了土地利用土地覆被 变化科学研究计划( l u c c d 。目前l u c c 研究计划已确定的有关研究重点是：土 地覆盖变化状况的评估；全球土地利用与土地覆盖变化的建模与预测；全球、 区域和局地不同空间尺度土地利用和土地覆盖变化的不同驱动力之1 日j 的联系； 数据开发活动与数据信息系统( d i s ) 。l u c c 计划研究的基本目标是提高对全球土 地利用和土地覆盖变化动力学( 动态过程) 的认识，并着重提高预测土地利用和土 地覆盖变化的能力。其具体包含四个目标：一是更好地认识全球土地利用和土地 6 复口大学硕j ：论文 ：海地区十地利用变化的最舰生态格局演化研究 覆盖的驱动力；二是调查和描述土地利用和土地覆盖动力学中的时空可变性；三 是确定各种土地利用和可持续性问的关系；四是认识l u c c 、生物地球化学和气 候之间的相互关系。 土地利用覆盖变化作为科学研究领域主要包括l u c c 的监测、解释和效应。 目前国内外的l u c c 研究大多集中在监测和解释两个方面，其中在监测方面成果 突出，对l u c c 效应的研究仍处在初始阶段。在过去1 0 年，大量专家开展了l u c c 方面的研究：1 9 9 4 年联合国开发计划署( u n d p ) 启动了以东南亚为研究区的“土 地覆被评价和模拟”( l c a m ) 项目；1 9 9 5 年国际应用系统研究所开展了“欧洲和 北亚土地利用土地覆被变化模拟”研究；1 9 9 6 年美国开展北美洲土地覆被变化 的研究，同年，欧盟也推出了欧洲的l u c c 计划。此外，日本等其他国家和地区 也开展了诸如“为全球环境保护的土地利用研究”等一系列土地利用与土地覆被 变化的项目研究，并且在一些领域己经取得了重大进展m 1 。这一阶段土地利用变 化研究的特点是注重于土地利用和土地覆被变化对全球变化的影响和响应。 1 2 1 2 国内研究进展 随着中国经济的快速发展、人口的大量增加、城乡生活方式的极大改变、水 土资源需求量的激增以及生存环境压力的加大，使得在中国土地利用与土地覆盖 变化的深度、广度以及速度较之以前都呈现出急剧增加的趋势，由此所造成的对 环境的影响也已跨出国界，中国土地利用与土地覆盖的变化己成为全球变化的重 要组成部分。对此，国际学术界给予了高度重视，现有多个有关l u c c 的研究计 划开展了对中国土地利用与土地覆盖变化的专项研究。这些都表明在中国开展 土地利用与土地覆盖变化的研究是十分重要的，也说明加强我国在这一领域的研 究工作是十分必要的。 在土地利用土地覆被变化的研究中，李秀彬”o 于1 9 9 6 年在地理学报上发 表的全球环境变化研究的核心领域土地利用土地覆被变化的国际研究动 向一文是国内最早的也是经典的一篇综述文章，文章论述了全球环境变化中的 土地利用土地覆被变化的内涵及在全球环境变化中的作用，主要研究内容、关 键问题及研究方法，并介绍了国内外有关研究项目的情况，提出土地利用土地 覆被变化与全球环境变化和可持续发展的关系是研究的核心内容，土地利用土 地覆被变化的驱动机制是研究的焦点。该文放大多数土地利用方面的论文所参考 和借鉴。近年来随着国际上对土地利用土地覆被变化研究的深入，我国学者对 土地利用土地覆被的研究逐渐加强，开展了一些对土地利用变化的监侧与驱动 力研究，在此方面做出较大贡献。纵观国内学者研究成果，研究领域主要包括： 7 复叵人学硕l 二论文上海地区土地利用变化的景观生态格局演化研究 利用遥感影像对土地利用与土地覆被变化的监测分析b 6 “、土地利用与土地覆被 变化研究数据库的构建1 、土地利用与土地覆被变化对农业生态系统及全球变化 的影响”、土地利用与土地覆被变化驱动力研究“舛以及土地利用与土地覆被变 化建模等方面“”“。 在中科院“八五”重大应用项目“国家资源环境遥感宏观调查与动态分析” 研究的基础上，刘纪远等啪1 采用遥感与地理信息系统相结合的方法，对中国土地 利用程度的区域分异进行了研究，同时在对遥感数据( n o a a a v h r r ) 进行处理与优 化的基础上，通过n o a a a v h r r 数据生成n d v i 指数，并与地理数据数字影像结合。 史培军m 1 于1 9 9 7 年发表的人地系统动力学研究的现状与展望以及与人合著 出版的对地观测技术与地球系统科学一书中，均对土地利用与土地覆盖变化 的研究有所论述。蔡运龙”1 通过对全球气候变化对农业生产带来的影响的研究， 对土地利用与土地覆盖变化所引起的社会经济领域问题以及如何实现土地利用 的可持续发展问题进行了探讨；同时从驱动力上的综合、尺度上的综合、方法上 的综合以及理论上的综合探讨土地利用覆盖变化的研究方法。顾朝林h 6 1 结合对 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。龙花楼“”借鉴国 外土地利用转型研究成果，结合我国国情，分析了在中国开展土地利用转型研究 的局限性，并选取主要由于区域社会经济发展程度的差异而导致在同一时段内含 有不同土地利用转型阶段的长江沿线样带为研究区，来开展中国的土地利用转型 研究。王秀兰，包玉海“”概括分析了土地利用变化研究的方法、模型的建立，阐 述了各类模型的含义及其在土地利用变化研究中的意义，并重点介绍了定量研究 土地利用动态变化的几种模型：土地资源数量变化模型；土地资源生态背景质量 变化模型；土地利用程度变化模型；土地利用变化区域差异模型；土地利用空间 变化模型；土地需求量预测模型。这篇综述文章将土地利用动态研究的各类模型 集中概括，为今后大多数的研究奠定了基础。陈百明，刘新卫1 等对2 0 0 2 年8 月在南非德班国际地理学联合会“2 0 0 2 年区域地理大会”上有关l u c c 的主要 研究成果做了综述，认为国际上目前在应用r s 、g i s 技术开展土地利用土地覆 盖变化监测、评价与制图；农村与农业土地利用土地覆盖变化分析；城市土地 利用土地覆盖变化分析；土地利用土地覆盖变化动力学；土地利用土地覆盖 变化与生态环境等五个方面取得最新进展。此外，在1 9 9 4 年制定的中国2 1 世纪议程中，把合理利用国土资源和实施可持续发展作为我国现代化建设的基 本战略之一，启动了“支持黄河三角洲可持续发展优先项目”、“我国北方农牧交 错带农牧生产力动力学研究”、“农业资源高效利用与管理技术”等一系列研究项 目，并把土地利用与覆被变化列为“中国全球变化研究方向”的重要内容之一。 复h 人学硕l ：论文上海地区十地利用变化的累观生态格局演化研究 1 2 2 景观格局演化研究 i 2 2 1 国外研究进展 l u c c 不仅带来了地表结构的巨大变化，而且影响景观中的物质循环和能量流 动，对区域生物多样性和重要的生态过程影响深刻。l u c c 的生态环境效应研究 即属景观生态学的格局与过程研究的范畴。因此，研究l u c c 对景观过程的影响 对于了解区域生态环境变化、维持生态平衡，促进区域经济与环境的协调发展， 具有重要意义。早期景观格局与生态过程的研究多集中在对各种干扰的研究，尤 其是关于林火干扰的研究比较著名”“1 。此外，为自然保护区设计和生物多样性 保护而进行的物种在异质景观中的分布、运动和生存的分析，也是格局与过程的 重要研究内容。 随着科学和技术的迅速发展，尤其是遥感技术和地理信息系统的发展，现代 景观学在研究宏观尺度上的景观结构、功能和动态的方法上已发生了显著变化， 呈现出了一系列以空间分析和动态模型为特征的定量研究方法。景观格局的动态 变化研究已成为景观生态学研究的重要领域。其中，o d u m e p 和t u r n e r m g ( 1 9 9 0 ) “1 在g o r g i a 州对其5 0 年的景观格局的动态变化进行了研究；k i e n a s tf ( 1 9 9 3 ) 。o 运用地理信息系统分析了瑞士高原的景观格局；l u q u ess 和l a t h r o p r g ( 1 9 9 4 ) “3 1 对美国新泽西州松林景观空间和时间的变化进行了研究：f o xj 1 通过量化分析 热带雨林变化的时空格局来说明自然、生物和社会经济参数对泰国高地雨林的控 制作用；l i o u b i m t s e v a 和p d e f o u r n y 以地理信息系统为手段，以自然生态系 统和社会经济系统的结合为特征，研究俄罗斯欧洲部分的景观分类和制图； m a n d e r 和r o bh g j o n g m a n 以可持续发展的思想为指导，研究了欧洲中部和北 部农村景观变化中的人为影响因素；r d s w e t n a me ta l 运用g i s 建模分析功 能建立生态模型，对景观格局的变化过程进行模拟，并以此指导城市与乡村土地 利用规划；h a n n e sp a l a n ge ta l 运用多样性指数对2 0 世纪e s t o n i a 景观多样 性的变化特征进行了研究，指出景观多样性存在地域差异；h i e t a l a - k o i v ur 运用景观面积比、平均斑块面积、斑块密度、平均形状指数以及边界长度研究 3 9 年间芬兰y i a n e 农业景观结构的变化；k r i s t e n s e nsp t 删利用g i s 技术，研 究1 9 7 3 年到1 9 7 5 年间农业活动对丹麦的r o s t r u p 区域景观格局的影响；m i c h a e l b u s h e r “从理论和试验两方面论证了人为因子和自然因子对景观结构、组成和 功能变化的促进作用；m i c h a e lf t h o m a s ”1 研究了景观抗干扰敏感性的时间性和 空间性，指出不同景观组成抗干扰的敏感程度不同，导致了景观的空间分异。 复凡大学硕上论文上海地区土地利用变化的景观生态格局演化研究 i 2 i 2 国内研究进展 城市景观( 包括城郊景观) 格局演变的研究近年来逐渐受到广泛关注。城市景 观的演变包括两个方面：时间序列的演变和空间梯度的演变。这项研究是揭示城 市( 城郊) 景观演变规律性以及进行深入研究的基础。对于时间序列的演变研究， 大多数学者应用不同时期的遥感影像资料进行分析，以揭示城市化进程中不同时 期城市景观格局的特征。 肖笃宁在对沈阳西郊景观格局变化的研究中，首次将美国景观生态分析的 方法引入我国，用于研究城郊景观，对于景观空闻格局的指标提出了若干创见。 傅伯杰1 对黄土区农业景观格局进行了分析；曾辉利用边界数量长度谱分析 景观格局变化，这种基于边界格局的分析方法是传统格局分析法的一种补充；刘 惠明、林伟强等从景观稳定性、景观动态的驱动因素、景观变化对生念环境的 影响、景观变化分析方法和动态模拟5 个方面阐述了景观动态变化的研究特点， 对景观动态特征进行了分析；周华峰、马明杰、傅伯杰利用多样性指数、均匀 度指数等景观指数研究了人类干扰下北京东灵山地区景观格局的变化；王让会时1 等对塔里木河流域景观生态格局的遥感信息进行了提取和分析，指出在此区域人 类活动是导致土地分割、景观破碎化的主要原因；桧建华、岳文泽、谈文琦 等以上海市外环以内的中心城区为区域背景，基于s p o t 全色波段遥感影像数据 和g i s 技术，运用空间统计分析方法，研究了城市景观格局的空间尺度效应；袁 艺，史培军呻1 利用1 9 8 0 ，1 9 8 8 ，1 9 9 4 和2 0 0 0 年t m 影像对深圳市城镇用地和 农地景观格局变化特征进行了研究。可见，在国内通过近年来的研究，在景观格 局分析及其动态变化研究的方法和技术方面都取得了一定进展。 景观格局特征可通过一系列景观格局指数方法和空间统计学方法进行研 究。前者主要用于空间上非连续的类型变量