（环境科学专业论文）西安市土地利用土地覆盖变化对生态环境的影响及其驱动力研究.pdf

a b s t r a c t l a n du s e ，a ss o c i a le c o n o m i ca c t i v i t i e so fh u m a nt h a th a v et h ep u r p o s ea n di n t e n t i o n ，r u n s t h r o u g ht h ew h o l eh i s t o r yp r o g r e s sw h i c hh u m a nl i v ea n dd e v e l o p m e n ti n s o i lm a n t l e d c h a n g e ，w h i c hr e s u l t sf r o mt e r r i t o r i a le x p l o i t a t i o nu t i l i z ea c t i v i t yo fh u m a n ，i sr e g a r d e da s m a i nr e a s o no fg l o b a le n v i r o n m e n tc h a n g e ，t h e r e f o r et h er e s e a r c ho fl a n du s ec h a n g eb e c o m e t h el e a d i n ge d g ea n dh o t s p o to fi n v e s t i g a t i v ea l lo v e rt h ew o r l da tp r e s e n t e s p e c i a l l yt h e s t u d yo nn a t u r a la n ds o c i a ld r i v i n gf o r c e so fl a n du s ec h a n g ew i l lp l a ya ni m p o r t a n tr o l ei n u n d e r s t a n d i n gm e c h a n i s mm a n a g e m e n ta n ds e t t i n gu pp r e d i c t i o nm o d e lo fl a n du s ec h a n g e a c c o r d i n gt ol a n du s ed a t ao fx i a nf r o m19 9 6 t o2 0 0 5 ，t h i sp a p e rs t u d i e so nt h el a n du s e s i t u a t i o no fx i a na tp r e s e n t t h e n ，f r o md i f f e r e n tv i e w s ，t h ep a p e ra n a l y z e st h ed y n a m i c c h a n g eo fl a n du s ei nx i a n ，a n dc o n c l u d e st h ec h a r a c t e ro fl a n du s e a f t e rt h a t ，i td i s c u s s e s t h ei n f l u e n c eo fl a n du s eo ne n v i r o n m e n t m e a n w h i l e ，c o m b i n gq u a l i t a t i v ea n a l y s i sa n d q u a n t i t a t i v ea n a l y s i s ，t h ep a p e r sd ot h er e s e a r c ho nt h ed r i v i n gf o r c e so fl a n du s ec h a n g e i t u s e sas o f tc a l l e ds p s st os e tu pam o d e ld e f i n et h em a i ni n f l u e n c i n gf a c t o r s b a s e do nt h i s ， t h ep a p e rp r e d i c t st h et r e n do fc o n s t r u c t i o nl a n di nx i a ni n2 0 2 0 a tl a s t ，i tp u t sf o r w a r d s o m es u g g e s t i o n so nt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to f l a n dr e s o u r c ei nx i a n ( 1 ) i nt h ec h a n g er a n g eo fl a n du s e ，t h ea r e ao fa r a b l el a n d ，g r a s sl a n d ，a n du n u s e dl a n d w e r ed e c l i n i n g ，b u tt h eg a r d e n ，w o o d l a n d ，s e t t l e m e n t sa n dm i n i n gs i t e s ，t r a n s p o r t a t i o ns i t e s ， a n dw a t e r sr e s p e c t i v e l yw e r ei nag r o w t ht r e n d ( 2 ) i nt h ec h a n g es p e e do fl a n du s e ，t h es i z eo fa r a b l el a n dr e d u c e dm o s tq u i c k l 5a n dt h a t o fg r a s s l a n df o l l o w s t h es i z eo fu n u s e dl a n dr e d u c e dm o s ts l o w l y m e a n w h i l e ，t h es i z eo f t r a n s p o r t a t i o ns i t e si n c r e a s e sm o s tq u i c k l y , a n dt h a to fm i n i n gs i t e sa n ds e t t l e m e n t s ，g a r d e n ， w o o d l a n d sa n dw a t e r sf o l l o w ( 3 ) i nt h ec h a n g eo fl a n du t i l i z a t i o ns t r u c t u r e ，t h ed i v e r s i f i c a t i o no fl a n d u s et y p e sw a s i n c r e a s i n go nt h ew h o l e t h el a n du s es t r u c t u r eb e c a m em o r ea n dm o r ec o m p l e x ( 4 ) t h el a n du s ei nx i a ni sn o to n l yi nap e r i o do fd e v e l o p m e n t ，b u ta l s og o i n gt h r o u g ha n a d j u s t m e n tp e r i o d ( 5 ) l u c cc a nc a u s ep o l l u t i o no fv a r i o u sa s p e c t s p o p u l a t i o ng r o w t ha n de c o n o m i c i i d e v e l o p m e n ti s t h em a i nd r i v i n gf o r c e sw h i c hl e a d c h a n g eo fl a n du s ei n x i a n t h e d e v e l o p m e n t o ft e r t i a r yi n d u s t r yi nx i a na l s oa f f e c t st h ec h a n g eo fc o n s t r u c t i o nl a n d ，a n dt h i s i m p a c ti sg r a d u a l l ys t r e n g t h e n i n g t h et r e n df o r e c a s ti n d i c a t e st h a tt h em a j o rp r o b l e m so f x i a nu r b a n i z a t i o ni nt h ef u t u r ei st h es h o r t a g eo fl a n dr e s o u r c e s k e y w o r d s ：x i a nc i t y ；l u c c ；e c o l o g i c a le n v i r o n m e n t a li n f l u e n c e ；d r i v i n gf o r c e s i i i 西北大学学位论文知识产权声明书 本人完全了解西北大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。 本人允许论文被查阅和借阅。本人授权西北大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研 究所等机构将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库或其它 相关数据库。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：星文倚指导教师签名： 謇暇营l 畦倒 2 弼年6 月f 7 日2 弼年6 月7 日 西北大学学位论文独创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西北大学或其它教育机构的学位或证书而 使用过的材料。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作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：关丈铸 2 弼年月7 日 1 引言 1 1 研究背景与意义 土地是人类赖以生存与发展的重要资源和物质保障，在“人口一资源一环境一发展 ( p r e d ) ”复合系统中，土地资源处于基础地位【。作为人类生存与发展的根本，土地 还是人类进行各种生产、生活等活动的空间载体，人类各种活动最终都会反映在土地利 用变化上，包括变化的方向和强度等。这些促使了土地利用与土地覆盖变化愈发活跃， 其直接结果是改变了地表的覆盖状况，从而引起一系列的变化。一方面土地利用方式的 变化改变了地球表面的物理特征，影响与气候直接有关的地表与大气之间能量和水分的 交换过程。另一方面土地利用变化改变了地球表面牛物地球化学的循环过程，影响地表 与大气之问的微量气体交换以及土壤与植被之间的营养物质输送。另外，土地利用变化 还通过使得土地覆盖的改变直接影响生物的多样性和区域的水分循环特征，改变了生态 系统的结构以及组成，从而对生态系统的功能产生影响。城市是一个人口、资金、科学 技术、信息等高度集中的人工生态系统，在地球表层系统中被人类行为改造和影响得最 频繁，也最剧烈，因此城市成为自然景观生态系统中较为脆弱的区域之一。上世纪9 0 年代以后，随着世界经济发展进入一个新时期，大城市不断迅速扩张，同时，一些区位 条件好的小城镇及其周围的农村地域也在经历着快速的城市化过程。土地数量的有限性 和经济供给的稀缺性与土地社会需求的不断增长之间的不协调逐渐受到越来越多的关 注。1 9 9 5 年国际地圈生物圈计划( i g b p ) 和国际全球变化的人文因素领域计划( 1 h d p ) 推出l u c c 研究的科学计划，一些国际组织和国家纷纷跟进，启动了l u c c 研究项目。 近年来，土地利用土地覆盖变化( l u c c ) 研究已成为地球系统科学的研究重点【3 12 1 。 由于土地利用土地覆盖变化研究是一个跨学科、多领域的综合研究，根据学者们的学术 背景与研究目的的不同，因此在具体研究中所采用的视角也有差别。地理学家和生态学 家主要从空问的和生态的视角探讨土地利用土地覆盖变化的空间特性( 主要是空间格 局、空间演化、空间异质性等) 和生态特性( 生态平衡、生态安全、生态演化等) ，环 境学家则从土地利用土地覆盖变化与区域环境变化之问的关系构建其理论体系，探究土 地利用土地覆盖变化与环境变化( 主要是污染变化) 的关系。在过去的土地利用变化研 究中，国内外学者集中在土地利用和覆被变化的监测和解释两个方面开展工作，其中在 监测方而成果突出，而对土地利用变化环境响应的工作仍处在研究阶段1 1 3 】。近年来，土 地利用变化在区域尺度上的环境响应研究逐渐得到了学术界的重视【1 4 。16 1 。我国主要集中 在土地利用土地覆盖变化的生态坏境效应研究，尤其是关注区域生态建设和生态工程研 究。当自订，如何及时掌握土地利用空问格局和土地利用方式的变化信息，发现由其带来 的不良影响，提出相应的保护措施，实现社会和经济的可持续发展，是当今社会急需研 究解决的热点问题。而要揭示土地利用变化的过程与机制，就必须具有能动态地反映变 化过程的信息及其处理方法。“3 s ”技术( r s ，g p s 和g i s 技术) 具有主动发现、方便 快捷和数据精度高等优势，可用来完成土地利用的动态监测、土地利用变化信息的实时 获取、数据空间分析与处理和土地资源数据库的建立等工作。1 3 s ”技术的发展与成熟 为定量和深入研究土地利用土地覆盖变化提供了相关的处理技术和方法，并开阔了该研 究的应用前景。 目前，西安市f 处于向工业化后期成熟阶段转折的关键时期，城市化快速发展，居 民生活水平不断提高，社会需求也呈现多样化，城市空间快速拓展，土地利用不断变化， 进而也影响了整个城市的环境。随着西安城市建设速度加快以及由南至北城市主体骨架 逐渐形成，建设用地需求急剧增加，城市规模扩大与耕地保护之i 、日j 的矛盾日益突出，出 现了“有用地指标、无用地空间”的局面，人地矛盾加剧，环境问题越来越严重。同时， 土地粗放利用、低效利用现象仍然存在，土地利用结构和布局需要调整。当前，我国正 处在一个新的战略机遇期，党中央提出全面建设小康社会与和谐社会的目标。作为西部 发展的重点城市之一，西安应牢牢把握这一发展机遇，找准城市发展的方向和目标，增 强城市竞争力。在此背景下，本文以城市地区为主要研究区域，应用定性与定量相结合 的方法，对土地利用变化及其驱动力进行了详尽的分析，进而讨论了土地利用变化对生 态环境的影响，并提出西安土地利用可持续发展调控对策。其研究意义在于：( 1 ) 探索 出西安市土地利用土地覆盖变化的主要驱动因素，为西安市政府更好地统筹城乡发展， 协调产业发展与土地利用的关系，协调人与自然的和谐发展，创造出有利于城市发展居 民健康的环境等都具有重要的意义。( 2 ) 对城市地区土地利用变化及其对生态环境影响 的研究可以为全国同类地区提供典型范例与依据，得到的研究结论，可为制定或充实完 善全国的研究框架提供依据。 1 2 国内外研究进展 1 2 1 国外研究进展 国际上有关土地利用变化的研究正式始于1 9 9 2 年联合国制定的“2 1 世纪议程”，但 是各国根据自己的情况开展的相关研究活动比较早。1 9 3 1 年，w e b b 在对美国大平原( t h e 2 g r e a tp l a i n s ) 农业社会的研究当中，就对当地农业土地利用类型的影响因素进行了研究， 得出土地利用类型主要由当地的干旱程度决定的结论。1 9 世纪中期，g e o r g ep e r k i n d n a r s h 就人类活动对地表的改变进行了讨论，同时期还有v i v e m a d s k y 就人类活动对地 球上主要的生物地理化学循环进行的分析研究。瑞典从1 9 7 2 年起在撒哈尔进行荒漠化 和植被动态检测至今，对该地区土地利用和覆被变化进行了长期的研究。美国生态学会 于1 9 8 8 年确定了本世纪最后1 0 年其生态学优先研究领域，提出了创建可持续生物圈的 规划( s u s t a i n a b l eb i o s p h e r ei n i t i a t i v e ，s b i ) ，致力于研究生态学在地球资源管理和地球 生命支持系统保护中的作用。进入2 0 世纪9 0 年代，随着人口、资源和环境问题的 = 1 益 突出，隶属于固际科学联合会( i c s u ) 的国际地圈一生物圈计划( i g b p ) 和隶属于国 际社会科学联合会( i s s c ) 的全球环境变化中的人文领域计划( i h d p ) 积极筹划全球 性综合研究计划，土地利用土地覆盖变化研究成为全球环境变化研究的自订沿和热点领域 1 1 2 j 。1 9 9 4 年联合国环境署( 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 年国际地圈一生物圈计划( i g b p ) 和全球环境变化中的人文领 域计划( i h d p ) 共同拟定并发表了土地利用土地覆盖变化科学研究计划，将其列为 核心研究计划，其研究的重点是自然和社会经济驱动因素一土地利用变化一土地覆盖变 化一环境响应系统的研刭5 - 9 , 1 7 l ；同年，国际应用系统分析研究所( i i a s a ) 开展了“欧 洲和北亚土地利用土地覆盖变化模拟”研究。1 9 9 6 年美国开展北美洲土地覆盖变化研 究；同年，欧盟也推出了欧洲的l u c c 计划；此外，日本国立科学院全球环境研究中心 在日本环境署的支持下也开展了“为全球环境保护的土地利用研究”( l u g e c ) 项目。 1 9 9 9 年，i g b p 和i h d p 又发表了土地利用土地覆被变化( l u c c ) 研究实施策略1 1 8 l ， 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。其中，土地利用变化机制是l u c c 研究的三大核心问题之一。到 2 0 0 2 年，在南非举办的“2 0 0 2 年区域地理大会”上，有关l u c c 的论文多达3 0 余篇， 无论是研究内容还是研究的范围都取得了一定的进展。因此，目前国际上土地利用土地 覆盖变化研究项目，其重点领域和研究方法大致地归纳为三个方面，即土地利用的动力 机制、土地覆盖的变化、土地利用与土地覆盖变化的区域与全球模型。而土地利用变化 的过程与动力机制研究、土地利用与土地覆盖类型的区域问题研究、区域性或全球性空 问统计模型研究、遥感技术在土地利用土地覆盖变化研究中的应用问题、土地利用土 地覆盖的可持续性研究等是今后国际上l u c c 变化研究的关键性领域1 2 1 j 。 2 0 世纪3 0 到7 0 年代，土地利用主要集中在从经济学的角度初步研究土地利用类型 分类描述、制图及引起土地利用变化机理。7 0 年代土地利用研究的一个显著特点是开始 运用遥感、计算机技术手段来解决地域性或某一领域土地利用的一些具体问题，主要包 括土地利用变化的分析与监测、遥感技术支持的土地利用调查与分类研究、土地利用的 空间格局与模式和土地利用规划与制图。从8 0 年代起，g i s 技术开始应用于土地资源 调查与评价、土地利用模式、农业土地利用规划、农业上地利用及其变化研究。特别是 1 9 9 2 年世界环境与发展会议上2 1 世纪议程的颁布，大大推动了可持续发展的思想 和理念，实现土地资源可持续利用与管理，也成为新时期世界各国共同关注的目标。近 年来，人们在土地利用与环境变化、土地利用规划模式、可持续土地评价等方面丌展了 比较深入的研究，并己经取得了不少成果，如美国国际应用系统研究所在1 9 9 2 到1 9 9 9 年间就发表了直接与土地利用有关的研究报告6 0 多篇。这些研究主要有以下几个特点： ( 1 ) 从研究内容上多侧重于土地利用结构的动态变化的监测、分析和模拟；( 2 ) 空间尺 度多侧重于全球大区域或国家尺度的研究，而针对较小区域如省内区县一级区域的研究 不多；( 3 ) 从研究方向上，构建大量的模型深入研究土地利用结构现状的驱动力和影响 因素，但就土地利用结构研究而言，大多局限于这方面的评价和统计分析；( 4 ) 对土地 利用系统要素和结构的分析大多停留在定性的描述上，或采用建模方法并结合g i s 技术 对单一土地利用系统进行模拟和分析。而针对区域性土地利用结构，进行定量分析的研 究并不多见。 一 1 2 2 国内研究进展 我国丌展土地利用研究历史可以追溯到2 0 世纪3 0 年代初地理学家胡焕庸和农学家 张心一进行的比较系统的土地利用调查研究。当时规模最大的工作是金陵大学农学院美 籍教授仆凯( j l b u c k ) 主持的对中国东部农业区进行的调查，并于1 9 3 7 年分别出版了 附有大量统计图表的中国土地利用一书。之后的几年间，我国一些大学又丌展了小 区域的土地利用研究调查。5 0 7 0 年代中期，我国开展了大量的土地利用变化调查与研 究。6 0 7 0 年代在进行土地资源的调查评价的基础上，还结合大规模的区域自然资源综 合考察丌展了具有特定目的的区域远景规划研究，但由于多属定性的、经验性研究，尚 缺乏系统的理论性总结。7 0 年代后期至8 0 年代后期，我国土地利用调查研究内容和方 法得到了全面和丰富，遥感、计算机技术得以广泛应用，进入了转折阶段。在此期问， 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研究工作，完成了各省区1 ：5 0 4 力和全国1 ：1 0 0 万的土地利用现状图集的编制及说明书的编写。依此为基础，吴传 钧在1 9 9 4 年主编出版的中国土地利用一书，系统、全面地论述了我国土地利用研 究的理论、方法与特点。8 0 年代后期至9 0 年代，遥感技术( r s ) 、地理信息系统技术 ( g i s ) 和全球定位系统技术( g p s ) 的发展和推广，使土地利用研究有了长足的发展， 基础理论研究进一步加强，研究领域更加广泛深入。土地利用信息系统( l i s ) 的丌发 潜力与应用受到普遍重视，全国及部分地区已建立了土地利用信息系统，它们在土地利 用动态分析、监测中丁f 在发挥着越来越重要的作用。 近几年来，对于土地利用结构的研究逐渐增多，这些研究大多采用3 s 等先进技术， 引用各学科的理论和方法，如景观生态学、经济学等等，并取得一定的成绩。国内学者 主要探讨了以下几个方面内容：( 1 ) 土地利用结构的动态变化。主要是通过各种模型来 分析和模拟区域土地利用结构的变化。表现为：建立国土资源环境动态数据库。我国 已利用1 ：2 5 万卫片完成全国和分省土地面积的统计、全国1 ：2 0 0 万土地利用卫星影像图 及1 ：5 万主要城市土地利用现状卫星影像图等；国家环保局于2 0 0 0 年完成了“西部遥感 调查项目：还有刘纪远等开展“国家资源环境遥感宏观调查与动态研究”，并建立了中 国资源环境数据库。对土地利用土地覆盖变化监测技术的研究。主要是和3 s 技术的 结合，如党安荣等人利用3 s 技术对北京密云县土地利用动态变化研究。主要的监测方 法有：分类后比较法、直接差值法、直接主成分法、变化向量法等。这些方法虽有可行 性，但有一定的不足。目前，国内学者正致力于这方面的研究。北京师范大学潘耀忠等 人给出了一种利用多光谱t m 和全色s p o t 数据信息融合的土地利用变化监测方法 变异特征监测法，该方法避免了有些方法对数据的一些限制，在信息融合技术上加入了 时间信息，对土地利用变化的监测精度有了很大的提高。土地利用土地覆盖时空变化 的案例研究。国内学者不仅对各个地区的土地利用变化的速度、土地利用结构、区域差 异等进行分析，同时还利用数学方法或数学建模定量分析土地利用变化。如朱会义等对 环渤海地区土地利用的时空变化进行了分析1 2 4 l ，洪军等人所做的上海土地利用时空变化 及其驱动力分析【2 8 】，葛全胜等在对上个世纪中国土地利用时空变化研列2 6 1 ，王思远等在 遥感技术与g i s 技术的支持下，对中国近5 年来土地利用的时问动态特征和空问动态特 征进行了定量分析【2 7 1 ，张明等人用典型相关分析法定量分析环渤海地区土地利用结构 【2 剐。( 2 ) 从驱动力和影响因素的角度米分析区域土地利用结构现状。我国学者在这方面 进行了大量的研究。例如石瑞香等从i g b p 全球变化陆地样带中的中国东北样带( n e c t ) 内的农牧交错区选择典型样点作为研究单元所作的研究1 2 8 j ，朱会义等人所做的环渤海地 区土地利用变化的驱动力分析【2 9 1 ，王良健等人做的梧州市土地利用变化的驱动力研究 【3 0 1 ，顾朝林对北京土地利用变化机制的研究等【3 1 1 。城市化是我国土地利用与土地覆盖变 化的最主要作用力机制之一，开展城市土地利用与土地覆盖变化的机制以及城乡作用机 制研究，对揭示土地利用与土地覆盖变化的动力机制有着极其重要的作用。如陈玉萍等 人以武汉市城乡交错带为例进行的土地利用动态变化与预测【3 2 】，顾朝林利用不同时段的 土地利用遥感影像图对北京市土地利用覆盖的机制进行了研究。还有对不同区域进行的 比较研究，如徐小黎等通过对北京和深圳两个城市的城市化过程的比较研究，指出其差 异主要是由于两个城市的政策和经济相互作用方式不同 3 3 】。土地利用土地覆盖变化动 力机制的研究的另一个途径则是对区域的动力因素在定量分析的基础上建立相关模型。 土地利用土地覆盖模型主要揭示土地利用与社会和自然驱动力之间的关系，进而对土地 利用土地覆盖变化情况进行预测分析，为指定土地利用规划和相关土地政策打下基础。 因此，国内学者从不同的角度出发构造了大量的适用于各种土地利用土地覆盖变化的模 型。如高志强等提出“中国土地利用的极地模式1 3 4 j ”；吴承祯等应用地统计学“k r i g e ” 内插技术模拟了我国土地利用程度的区域分异规律，为我国土地利用程度时空分布的模 拟与预测提供可靠方法；细胞自动机( c e l l u l a r a u t o m a t i o n ，简称c a ) 是一种“自下而 上”的动态模拟建模框架，贾华等把细胞自动机和灰色局势决策结合起来对土地利用变 换机制进行模拟；赵庚星等则利用马尔科夫链模型模拟对土地利用空问格局的变化及动 态的分析。( 3 ) 运用不同的方法来分析区域土地利用的结构，如典型相关分析、灰色局 势决策分析等。( 4 ) 土地利用土地覆盖变化对生态环境影响的研究。土地利用土地覆 盖影响了区域内水分循环特征、气候、植被、生物多样性，土壤沉积物等，土地利用影 响着土地覆盖，而土地覆盖必然对全球的环境变化产生影响。因此，土地利用土地覆盖 对生态环境的影响是l u c c 研究的主要内容。目前国内学者已做了不少这方面的研究， 如傅泊杰等以黄土丘陵区为例研究土地利用变化对生态环境的影响，史培军等对深圳市 土地利用土地覆盖变化与生态环境安全进行研究，郭东旭等研究了土地利用土地覆盖 对区域气候及大气质量的影响等。目前国际学者在这方面研究主要侧重于土地利用变化 对全球环境变化的研究，缺乏对区域生态环境的影响研究，而困内学者相反侧重于区域 土地利用变化对生态环境的影响研究，弥补这一不足之处。 1 3 土地利用变化研究发展趋势 6 土地利用变化研究涉及自然和人文等多方面，当前的研究已出现多学科综合的发展 趋势。随着研究的深化，多学科交叉发展的趋势更为明显。目前对土地利用十地覆盖变 化的研究主要有：( 1 ) 从宏观角度，对大区域的土地利用变化的驱动力进行分析；( 2 ) 从微观角度，通过考察特定地区的土地利用变化与主要驱动力的关系，归纳出一般规律。 在土地利用土地覆盖变化研究中，还有很多方面需要不断的探索和创新。如加强遥感、 g i s 技术、数理统计及传统社会经济研究手段相结合，对土地利用土地覆盖变化进行模 拟与预测；研究在全球范围内如何实现土地利用与土地覆盖分类指标的统一、数据的标 准化与分析方法的规范化：类型研究与过程分析的结合等。同时，需要科学地归纳、总 结，形成土地利用土地覆盖变化的理论体系，即综合的人地相互作用理论体系。这对土 地利用土地覆盖变化研究的发展具有更为重要的意义。 1 4 研究区域的选择及研究内容 图1 西安市范围 f i g 1 t h er a n g eo fx i a nc i t y 在进行研究区选择时，应遵循以下原则：( 1 ) 选定区域在一定的时问序列内士地利 用变化明显，具有代表性：( 2 ) 地区发展潜力大，所选定区域不但过去若干年内土地利 用发生了很大变化，同时可以预测将来的经济发展仍将使该地区土地利用的空问结构发 生很大的变化；( 3 ) 选择区域必须是一个完整区域，具备城市土地利用的所有特征：( 4 ) 研究数据和资料齐全，丰富的数据是进行研究分析的基础。西安是我国中西部的特大城 市之一，不仅是陕西省的政治、经济、科技、文化和交通中心，而且是联结我国东西部 地区交通、通讯的咽喉，具有典型的内陆大城市的特点。近几年来，社会经济的发展与 7 土地资源的供需矛盾同趋突出，土地利用结构不尽合理和土地污染等严重影响西安市社 会经济的协调发展，也影响城市的生态环境。随着西安城市化水平的不断提高，其城市 扩张不断加剧，建城区面积由建国初期的1 3 2 2 k m 2 上升至2 0 0 5 年的2 3 1 k m 2 。西安市土 地利用的研究不仅有利于西安城市健康有序的发展，而且对西部其它城市和同类型城市 的研究具有较大的参考及借鉴意义。本文选择了现在西安市的9 区4 县( 新城区、碑林 区、莲湖区、灞桥区、未央区、雁塔区、阎良区、临潼区、长安区、蓝用县、周至县、 户县、高陵县) 作为研究区域，建立土地利用现状数据库，通过计算分析总结出西安市 _ 十地利用变化的特点。接着研究西安市土地利用变化对生态环境的影响，并由此从定性 和定量两个角度综合系统地分析了引起土地利用变化的驱动力，最后探讨西安市的土地 利用可持续发展调控对策。 1 。5 研究方法与技术路线 1 5 1 研究方法 本文在分析综述国内外研究动态的基础上，提出了本文的研究内容、研究方法和技 术路线。接着以西安市为研究对象，概述了研究区的自然状况和社会经济状况，然后分 析了西安市土地利用类型现状，进而从变化幅度、变化速度、结构变化、程度变化四个 不同的角度全面分析西安市土地利用的动态变化状况，总结出西安市土地利用的特点。 然后文章讨论了西安市土地利用变化对生态环境的影响，并本着从根源抓起的原则，运 用定性与定量结合的方法分析了造成这种生态环境影响的西安市土地利用变化驱动力 因素。在驱动力因素的研究中运用s p s s 统计分析软件，耕地变化驱动因素采用多元线 性逐步回归分析方法，建设用地变化采用主成分分析方法，以确定主要影响因素。在综 合定量分析了影响耕地和建设用地驱动因素的基础上，对2 0 2 0 年的建设用地面积进行 了趋势预测。 1 5 2 技术路线 本研究所用数据来自于西安市统计年鉴( 1 9 9 6 2 0 0 5 年) 和陕西省土地利用现 状数据集( 1 9 9 6 2 0 0 5 年) 。其中，人口数为市公安局户籍年报数，土地类型划分及处 理按照国家土地利用分类标准，将土地利用类型分为耕地、园地、林地、牧草地、居民 点及工矿用地、交通用地、水域、未利用士地8 大类。因为在研究时段内西安市的行政 区划有所变动，所以在收集数据时以最新的行政区划即现辖的九区四县为统计单元进行 整理。此外，部分资料的计量单位与统计标准前后不一，在资料整理过程中，对其进行 8 严格的校准、统一化和标准化。 图2 技术路线图 f i g 2 t h eii n 6o fr e s e a r c hm e t h o d 9 2 理论基础 2 1 土地利用土地覆盖变化相关理论 2 1 1 土地利用土地覆盖变化 土地利用是人类在土地自然属性的基础上，对土地施加影响而产生的利用方式和利 用状况【删，是人类根据土地的特点，按一定的经济与社会目的，采取一系列技术手段， 对土地进行长期性的经营活动。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，包涵着人类利用土地的目的和意图，是一种人类活动【4 l 】。土地利用是土地在人类活 动干预下进行自然再生产和经济再生产的复杂过程，既受自然因素的作用和制约，又受 社会、经济、技术条件的重大影响1 4 2 j ，它反映了人类与自然界相互影响、相互作用最直 接、最密切的关系【4 3 1 。人类利用土地在发展经济和创造物质财富的同时，也对自然资源 结构和生态环境产生巨大的影响i 矧。土地覆盖是“地球陆地表面和近地面层的白然状态， 是自然过程和人类活动共同作用的结果”1 4 5 j ，是“覆盖着地球表面的植被及其他特质” 1 4 引，是“地球表面当前所具有的自然和人为影响所形成的覆盖物包括植被、土壤、冰川、 湖泊、沼泽及道路等”1 4 训，是“覆盖地面的自然物体和人工建筑物，它反映了地球表面 的自然状态”【4 1 】。土地利用土地覆盖变化是指因自然及人类因素作用引起的土地利用 变化和土地覆盖变化。土地利用变化为土地用途转移和土地利用集约度的变化；土地覆 盖变化则包括土地质量与类型的变化和土地属性的转变。土地利用与土地覆盖变化之间 存在密切的关系。一土地利用导致了土地覆盖状况的变化，而土地覆盖的变化又影响土地 利用，土地覆盖的现状是土地利用的结果【4 引。土地利用覆盖的变化可划分为两类：改 造和变异，前者指由一种土地覆盖类型转为另一类土地覆盖类型，如由农用地转变为非 农用地；后者指土地覆盖类型内部的变化，如工业用地转变为商业居住地的变化。 4 9 - 5 2 】 2 1 2 土地利用变化驱动力 驱动力是指导致土地利用方式和目的发生变化的主要生物物理和社会经济因素【5 4 】。 影响土地利用面积变化的因素可分为自然驱动因素和人力驱动因素两方面。自然驱动因 素包括气候、地形地貌、水文、土壤、植被等诸多要素；人力驱动因素包括人口、社会 经济、政策、技术和城市化等。其中，自然驱动因素对土地利用变化的影响在较长时间 才能突出地体现，因此短时间尺度研究中很少考虑。而对于人力驱动因素，因为它们的 影响具有短期内可实现性，所以常常作为研究重点。 土地利用变化有狭义和广义之分，狭义的土地利用变化指土地利用类型的转变和土 1 0 地利用强度的变化等，即通常意义上的土地利用变化；广义的土地利用变化是一个驱动 力系统运动作用而导致的动态变化过程，是由不同的利用方式和利用强度组成的系统， 有横向与纵向之分。横向运动是指土地利用系统与驱动力系统和其它系统之间，以及与 外部环境的相互作用，这是一种内在的、难以观察的过程；纵向运动即狭义土地利用变 化，这是一种外在的、可观察到的变化，它是横向运动的结果。土地利用的横向运动是 一个循环作用过程，表现为：驱动力一土地利用决策者一土地利用变化一土地覆被变化 一驱动力，即驱动力首先影响到土地利用的决策者做出决策，不同的土地利用决策的产 生引起相应的土地利用变化，这些变化进一步导致土地覆被变化，而土地覆被的变化又 通过各种途径反馈作用于驱动力。这种驱动力与土地利用之间的相互作用为主导的土地 利用系统的横向动态变化导致了土地利用系统外在的纵向变化，其中土地利用类型的变 化如森林转变为农田、沙漠改造成绿洲、耕地变为建设用地等；利用强度的变化如耕地 通过灌溉、施肥、平整等措施改变部分性状后提高了生产力；同样面积的住宅用地，通 过提高建筑物高度增大居住空间等。 在对土地利用变化产生影响的过程中，土地利用变化的各种驱动力要素一方面独立 成体系单独变化作用，另一方面又相互制约，形成一个完整的驱动力系统。因此，在进 行驱动力分析时如果孤立地分析个别的驱动力，便很难全面充分地解释它们与土地利用 变化之间的复杂关系，因此需要通过点与面结合的方式综合研究。然而在进行土地利用 变化驱动力的系统研究时，如果只为满足所选择的因素细致全面而导致指标过多又会加 大分析问题的难度和复杂性，特别是在所选因素相互之问也耦合关联时。所以在土地利 用变化驱动力分析中，我们必须以联系的系统的动态的角度入手。 2 2 可持续发展理论 自2 0 世纪6 0 年代以来，工业化快速发展的同时出现了一系列的环境污染和生态破 坏问题，其中以全球变化、人口剧增、资源短缺、环境污染等为主的生态与环境问题成 为世界性的“生态危机”。各国的科学家相继发表了著作，唤醒人们认识生态危机是人 类面临的最大的和共同的危机，它已成为社会可持续发展的“瓶颈”，如美国r 卡逊 ( r c a r s o n ) 寂静的春天、英困哥德史密斯( e g o l d s m i t h ) 生存的蓝图、罗马俱乐部福 罗斯特( j w f o r r e s t e r ) 和米都斯( d l m e a d o w s ) 增长的极限等。1 9 7 2 年6 月5 日，在 斯德哥尔摩举行的联合国人类环境会议提出了“人类环境”的概念，并通过了人类环境 宣言成立了环境规划署。国际自然与自然保护联u 盟( i u c n ) 、联合国环境规划署( u n e p ) 1 1 和世界野生生物基金会( w w f ) 于1 9 8 0 年3 月发表的世界自然保护大纲标志着可持 续发展思想的正式形成。该报告片次提到“可持续发展”一词，“强调人类对生物圈的 管理，使生物圈既能满足当代人的最大持续利益，又能保持其满足后代人需求与欲望的 能力”。1 9 8 7 年4 月2 7 日，世界环境与发展委员会发表了一份题为我们共同的未来 的报告，提出了“可持续发展”的战略思想，确定了“可持续发展”的概念。所谓“可 持续发展”，就是“既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要能力构成危害的发 展。”1 9 9 2 年6 月，在巴西罩约热内卢举行的联合国环境与发展大会，是官方对可持续 发展讨论的一个高峰。大会通过了里约热内卢环境与发展宣言以及二十一世纪议 程，明确提出可持续发展的战略，并将之付诸全球的行动。 可持续发展的概念并不是两个概念的简单相加，而是可持续性在时间尺度、空间尺 度上对发展的本质作出了限定，即可持续发展是可持续性在时间尺度和空问尺度一卜对发 展的负效应做出的限定。可持续发展的实质是人口、资源、环境与经济、社会的协调发 展，即适度人口、资源合理利用、保护环境、经济持续增长、社会健康发展。其原则包 括公平性原则、可持续性原则、和谐性原则、需求性原则、高效性原则和阶跃性原则。 可持续发展作为一个全新的理论体系，一直被发达国家与发展中国家共同关注探索，正 在逐步形成与完善。国际上关于可持续发展领域研究重点有以下方面：( 1 ) 从空间和时 问两个纬度拓展其研究内容；( 2 ) 借助系统工程的理论和方法，深入剖析可持续发展的 内在作用机理和演化过程分析，进而建立相对完善、可行的指标体系以及具有针对性的 评价模型，以实现特定区域、不同领域之间关于可持续发展的“分析一评价一规划”等 综合集成能力；( 3 ) 为保证有效地开展可持续发展实证分析，将不断开发实现大范围、 多领域的科学数据共享。未来可持续发展的研究层面一方面可能涉及到全球或者一个国 家、一个地区的人口、资源、经济、环境和科技等领域的协调发展，在完成大范围可持 续发展宏观综合评价的基础上，为区域规划的制定提供可资参考的政策与建议；另一方 面，可能集中到一个较小区域、特定领域的微观层面，为领域或行业可持续发展提供借 答。 1 2 3 研究区土地利用变化分析 3 1 研究区概况 3 1 1 自然概况 3 1 1 1 地貌与土壤 西安介于北纬3 3 。3 9 3 4 。4 4 ，东经1 0 7 。4 0 - 1 0 9 。4 9 之问，位于关中盈地中部秦岭北 麓，地跨渭河南北两岸，东以零河和灞源山地为界，与渭南市相接；东北大致以荆山黄 土台原为界，与渭南市、成阳市毗连；西以黑河西之太白山及青化台原为界，与宝鸡市 接壤；西北以渭河为界，与成阳市隔河相望；南和东南以秦岭山脉主脊为界，与汉中市、 商洛市相邻。东西最大横距约2 0 4 k m ，南北最大纵距约1 1 6 k m 。西安市辖区内平原山地 界线分明，秦岭北坡山势陡峭，坡降大，断层发育。断层面与平坦舒展的渭河平原相接， 形成强烈的地貌对照。西安市的地貌，根据其形态组成物质，可分为两个大地貌单元： 北部为冲积平原，南部为秦岭剥蚀l l j 地。总体而言，地势南高北低，南北高差悬殊，山 地、山前洪积扇、黄土台塬和渭河冲积平原等地貌类型均作东西延伸，呈条带状分布。 渭河平原又叫关中平原，西高东低，海拔3 2 5 7 5 0 米，地势平坦，土壤肥沃，地下水资 源比较丰富，是西安市社会经济发展条件最优越的地区。秦岭山麓各峪口的冲洪积扇彼 此相连，地貌向北倾斜，形成山前洪积倾斜平原，与北面的渭河阶地连成一片。在临潼、 蓝田、长安、灞桥、高陵、阎良、周至等区县，还分布着面积较大的黄土台塬，从西向 东有神禾塬、少陵园、八里塬、白鹿塬、铜人塬等，其台塬高度大体处于海拔4 5 0 8 0 0 米之间，构成了高出渭河冲积平原的一个明显的地貌层面。西安市南部的秦岭山脉，平 均海拔2 0 0 0 米以上，为我国地理上南北方的重要分界线。西安市的地貌差异造就了该 地区土壤分布形成南北两个差异明显的区域，北部的渭河平原以黄褐土、褐土为代表， 南部的秦岭山地以黄棕壤、棕壤为代表。据土壤普查，全市有1 2 个土类，2 4 个土壤亚 类，5 0 个土属，1 8 1 个土种。土壤类型的复杂多样，为区内农作物的多品种组合，提供 了有利条件。 3 1 1 2 气候特征 西安市属暖温带半湿润大陆季风气候，总的特点是：水热分布