盐亭土地利用结构图.ppt

第7章土地变化科学,7.1土地利用/覆被变化研究的意义7.2土地利用/覆被变化的基本概念7.3土地利用/土地覆被变化的研究方法7.4土地利用和土地覆被变化的驱动因子7.5土地利用/土地覆被变化的环境效应7.6土地利用/土地覆被变化对人地系统的影响及其调控,7.1土地利用/覆被变化研究的意义,1,全球变化是二战后世界成为“地球村”以来人类共同面临问题，其相关研究是近年来国际上最为活跃的研究领域之一2,理解土地利用/覆被变化动力学机制对全球变化研究及地方、区域乃至全球尺度的环境与发展决策至关重要。3,国际地圈生物圈计划（IGBP）、国际全球变化的人文因素计划（IHDP）等研究计划突出了土地利用/土地覆被变化方面的五个中心问题：,近三百年来人类利用（humanuse）导致的土地覆被的变化；人类土地利用发生变化的主要原因；(3)土地利用变化在今后50年如何改变土地覆被；(4)人类和生物物理的直接驱动力对特定类型土地利用可持续发展的影响；(5)全球气候变化及生物地球化学变化与土地利用与覆被之间的相互影响.,7.2土地利用/覆被变化的基本概念7.2.1土地利用和土地覆被的含义1，土地利用与土地覆被变化的定义A，土地利用：是人类根据土地的特点，按一定的经济和社会目的采取一定的生物和技术手段，对土地进行长期和周期性的经营活动。,B，土地覆被：是指自然营造物和人工建筑物所覆盖的地表诸要素的综合体，包括地表植被、土壤、水体、沼泽湿地及各种建筑物（如道路、房屋等），具有特定的时间和空间属性，其形态和状态可在多种时空尺度上变化,C，土地利用变化驱动土地覆被变化，土地覆被变化反作用于土地利用变化。LandUse/CoverChange,LUCC,7.2.2土地利用和土地覆被的相互关系1，二者的关系（既关系密切又有明显区别）一般地说，土地利用是土地覆被变化最重要的影响因素，土地覆被的变化反过来又作用于土地利用。土地利用侧重于土地的社会经济属性，而土地覆被则侧重于土地的自然属性，二者共同构成了土地资源社会和自然的双重属性。,2，二者关系的表现土地利用与土地覆被之间的关系可在很多地方表现出来（1）从概念上土地利用：活动；土地覆被：利用的对象和结果。（2）从类型划分的依据上土地利用：利用目的、产品性质等利用情况；土地覆被：植被、土壤等内在自然属性。,7.2.3土地利用和土地覆被变化的研究动向1，国外相关领域的主要研究动向是：联合国环境署（UNEP）亚太地区环境评价计划于1994年启动了土地覆被评价和模拟”（LCAM）项目国际应用系统研究所（IIASA）：IIASA于1995年启动了“欧洲和北亚土地利用/土地覆被变化模拟”的3年期项目美国全球变化研究委员会（USOC，RP）将土地覆被变化与气候变化、臭氧层的损耗一起，列为全球变化研究的主要领域，与欧洲空间署等国际组织合作开展了高分辨率雷达监测土地覆被变化和季节性植被状况项目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”,2,国内土地利用/土地覆被变化的相关研究情况20世纪80年代前我国主要以土地调查研究为主;80年代后，随着RS和GIS技术发展以及IGBP和HDP国际组织的推动，近十年我国土地利用/覆被研究的热点下：（1）LUCC的集成技术（2）LUCC的驱动力研究（3）LUCC研究的景观生态学理念,7.2.4土地利用和土地覆被研究的主要问题1，目前，LUCC的研究重在土地覆被变化状况的评估，全球土地利用与土地覆被变化的建模与预测，不同空间尺度（全球、区域和局地）土地利用和土地覆被变化的驱动力及其相互联系，全球环境变化与LUCC的相互作用，以及数据开发与数据信息系统方面。,2，在学科研究上，LUCC提出了六大科学问题：（1）在过去300年间，人类的土地利用活动是如何改变土地覆被状况的？（2）在不同地区、不同历史时期，土地利用变化的人文因素主要有哪些？（3）在未来的50到100年内，土地利用变化将如何影响土地覆被的状况？（4）自然和人文因子是如何直接影响土地利用方式，及其可持续性的？（5）气候变化和全球生物地球化学循环与土地利用/土地覆被变化的相互作用如何？（6）土地利用和覆被变化对土地使用者的应变能力起什么作用，土地覆被变化又是如何加剧或改善环境脆弱性的？,7.3土地利用/土地覆被变化的研究方法土地利用/土地覆被变化的研究方法主要有：7.3.1实地观测法实地观测可获得第一手资料（定性、定量观测法）7.3.2历史地理法在进行较长时间尺度的LUCC研究时，尤其是需要获得1970年代之前的完整区域土地利用/覆被时可以利用历史地理研究方法进行研究历史地理学对于研究近3000年来土地利用/覆被变化具有很大的优势,7.3.3遥感研究方法1，静态遥感图像分析法分析和发现历史时期以来长尺度大范围土地覆盖类型及其变化的规模、空间范围和面积2，动态遥感图像分析法由于动态遥感资料的出现只有几十年的时间，因此该方法常用来研究一年、几年或几十年之内的变化。这是目前土地利用与土地覆被变化研究中最常用的方法。,7.3.4模型方法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,按照模型是否具有空间特性，可分为数值模型和空间模型,1、分类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,按照解释和模拟的内容和方式的不同，可将主要的土地利用变化模拟和解释模型分为以下几类：（1）概念模型（由Ehrlich等提出）（2）统计模型（回归模型、典型相关分析等），该方法适用于对现有研究基础较弱的新热点地区的研究。（3）系统动力学仿真模型，该方法在土地利用变化研究中尚处于尝试性阶段（4）元胞自动机模型，该方法的优点在于能够直观地模拟土地利用变化的过程，但对于分析土地利用变化的机理有一定欠缺。,1958年土地利用图,1987年土地利用图,2000年土地利用图,盐亭县土地利用的变化情况（103hm2）,7.3.5常用的研究方法1，常用的LUCC模型方法（1）基于遥感影像的空间分析这种方法主要从历史时期的遥感影像上获取不同时间序列土地利用/土地覆被图，从而得到土地覆被变化的速率，了解土地覆被变化的“热点”地区，其中包含从制图上获取快速变化的区域，以及特殊重要的覆被类型.,（2）研究土地利用变化的主要指数及现有主要模型,表7.1土地利用变化的主要指数,（3）LUCC模型的难点模型具有局限性:不同驱动力作用的时间和空间尺度不同；而且，全球、国家、地方尺度的驱动力之间的相互作用难以区分；尺度选择比较困难。尺度是一个广泛的概念，包括空间、时间，甚至是测度一个现象时的分析维度。,案例1：环渤海土地利用变化分析,（4）模型方法研究LUCC的案例,土地利用的数量变化1，土地利用变化的幅度；2，土地利用变化的速度；单一土地利用动态度；综合土地利用动态度；3，土地利用数量变化的区域差异单一土地利用类型相对变化率土地利用的空间变化变化的主要类型、土地利用变化的空间分布特征和方向,案例2：中国北方土地利用变化分析,区域土地利用/覆盖的景观异质性程度在逐渐提高，土地利用向着多样化方向发展。,研究区土地利用/覆盖类型间转变的总体特征：耕地的转出量中大部分转变为草地和林地，同时耕地的转入量主要由草地和林地转化而来，而且转化幅度要远大于退耕还林还草的幅度，导致耕地面积在这一时段内增长了27%。,7.4土地利用和土地覆被变化的驱动因子驱动力是指导致土地利用/土地覆被的目的发生变化的主要地理环境因素和社会经济因素，是土地利用/土地覆被变化的动力因素。在自然条件复杂的地区，各种自然因素对土地利用变化发挥着很大的作用。对于受自然因素限制较小的区域，土地利用/覆被的变化则主要受经济发展、人口增长及政策等人文因素的控制。,1，自然因素主要引起土地覆被的变化，而不直接引起土地利用的变化，即使有影响也是间接地起作用。,2，经济社会因素包含直接因素（主要有对土地产品的需求、对土地的投入、城市化程度等）和间接因素（人口变化、技术发展、经济增长、政经政策、富裕程度和价值取向)。,社会经济驱动力可通过影响人们在土地利用上的决策对土地利用的变化直接产生影响。,3，驱动力作用研究土地利用/土地覆被变化具有区域性和综合性，不同的地区的驱动主导因子是不同的,1）根据LUCC驱动因子的时空差异性划分亚区；2）分析选择合适的驱动因子，遴选出主导因子；3）分析各驱动因子与LUCC之间的相互关系。,在分析驱动力时一般参照下列流程：,4，中国近期土地利用变化驱动力分析对1990年代中国的土地利用分析表明，全国耕地总面积呈北增南减、总量增加的趋势;（北方草地和林地的开垦）；林业用地总体减少，减少林地主要分布于传统林区，南方水热丰沛区造林明显；城乡建设用地持续扩张：1990年代后五年总体增速减缓，西部增速加快。,耕地变化驱动力分析植树造林各类林地采伐及开垦(2)林地变化驱动力分析(3)林地变化驱动力分析(4)草地变化驱动力分析(5)城乡建设用地变化驱动力分析,盐亭县土地利用变化影响因素的定量分析,方法：主成分分析法（以耕地为代表）；因素指标：（9个）总人口；城市人口；小麦、水稻和玉米单产；人均粮食占有量；农民人均纯收入；年降水量；年平均气温。时段：两个时段（资料的可得性，政策因素）19591980年；19851994年。,19591980年主成分载荷矩阵,19811994年主成分载荷矩阵,盐亭县土地利用覆被变化的驱动力模型,（1），根据主成分分析的结果进行多元线性回归。第一时段（19591980）：Y58051-190.15212X1758.05753X2+18.69534X314.56996X4+6.83856X5+13.89873X69.77509X7+0.42997X8201.16738X9第二时段（19851994）：Y94527-864.00841X1690.11566X2+9.12939X3+14.32865X4+9.24160X527.02912X6+0.21579X70.53098X8+49.97107X9,（2）人类活动对LUCC的贡献率,（4.1）,式中，K平均气温，P年降水量，Y耕地面积，M人类活动的强度。,黑箱方法：,（4.2）,（4.3）,（4.4）,弹性系数、可用弧弹性公式计算：,（4.5）,（4.6）,盐亭县人类活动对土地利用变化的贡献率,7.5土地利用/土地覆被变化的环境效应7.5.1对气候的影响主要有两个途径：一是由于化石燃料燃烧以及土地利用与土地覆盖变化等人类活动使得大气中温室气体（CO2、CH4等）的含量增多，由此产生的温室效应使得全球气候变暖而且变幅加大。二是由于下垫面性质的改变。,7.5.2土壤环境效应1,LUCC对土壤的环境效应累积为土壤质量、土壤生产力的下降，主要表现为不同形式的土壤退化;2，土壤环境变化的因素及后果土壤环境变化：土壤环境、土壤养分、土壤微生物。LUCC影响到土壤对不同降水的截留和和产沙输沙；土壤环境变化导致植物和土壤的C排放有较大差异。,7.5.3水环境效应,1，LUCC对水环境的影响主要表现在对水质、水量以及区域水循环的影响上,2，土地利用/覆盖的变化直接体现了人类活动的影响程度，对水文过程的影响主要表现为对水分循环过程及水量水质的改变作用方面（1）造林与毁林的水文效应（2）城市化过程和农业开发活动对水文过程的间接影响（3）水土保持的水文效应,7.5.4生态效应,LUCC对生态系统的影响主要表现为结构遭受破坏、生态系统类型转变，通常是逆向退化，由此造成生物多样性的丧失。生态环境变化还使全球物质循环发生以下显著改变：（1）对C循环的影响（2）对N循环的影响（3）对其他元素循环的影响,盐亭县土地利用/覆被变化的生态环境效应,对局地小气候的影响；对水土流失的影响；对土壤肥力的影响；对生物群落的影响；,盐亭县行政区略图,盐亭县自然环境特征,北高南低，丘陵和低山比重大.亚热带湿润季风气候，降水变率大.紫色土主要分布区，河流短小，径流量少.人类活动影响强烈，形成了独特的农林复合生态系统.地域分异受非地带性因素地貌的制约.,盐亭县月平均气温（T）、降水量（P）与太阳辐射值（R）统计,（、kJ/cm2.a）,盐亭县与四川省经济发展比较,盐亭县土地利用结构图（1958年）,盐亭县土地利用结构图（1958年）,盐亭县土地利用结构图（1958年）,盐亭县土地利用结构图（1987年）,盐亭县土地利用结构图（2000年）,对局地小气候的影响,对水土流失的影响盐亭县不同土地利用下的水土流失（19831986）,对土壤肥力的影响对土壤温度的影响；对土壤有机质的影响。,不同土地利用下土壤有机质含量统计（g/kg）,对生物群落的影响,对生物群落的影响；对群落生产力的影响。,盐亭县林山乡林区与无林区或疏林区动物数量的比较（19811983）,盐亭县不同土地利用类型的生物量,盐亭县桤柏混交林净生产力估算（kg/hm2）,盐亭县主要耕地年净生产力（kg/hm2）,盐亭县草地净生产力测定值（g/m2）,7.6土地利用/土地覆被变化对人地系统的影响及其调控,7.6.1土地利用/土地覆被变化研究对人地系统的作用,从土地利用/土地覆被变化角度看，相关研究应当成为研究人地关系地域系统的一个重要载体。,从人地系统角度看，土地利用是人地关系的首要问题，也是人地关系的核心问题。在人地关系构建中，土地综合体和土地利用处于基础层次，其它层次的人地关系均是在此基础层次上的延伸和拓展，土地利用是可持续发展的中心议题，是自然过程与人文过程交互作用的结果，是揭示人地关系属性、特征、机制、演化、地域分异及人地矛盾冲突的主题。,LUCC问题的实质是“人类环境”（人地）关系的集中反映。人类和所