第九章土地利用／土地覆被变化

1、第九章土地利用土地覆被变化第一节第一节 土地利用土地利用/ /土地覆被变化概述土地覆被变化概述一、概念一、概念 人类活动对地球陆地表层系统作用的步伐、程度与人类活动对地球陆地表层系统作用的步伐、程度与广度是空前的，陆地表层系统最重要的变化之一就是土广度是空前的，陆地表层系统最重要的变化之一就是土地利用地利用/ /土地覆被的变化。土地利用土地覆被变化的土地覆被的变化。土地利用土地覆被变化的研究是地球表层科学研究领域中的一个重要内容，是全研究是地球表层科学研究领域中的一个重要内容，是全球变化研究的前沿和热点。球变化研究的前沿和热点。 土地利用是人类根据土地的特点，按一定的经济土地利用是人类根据土地

2、的特点，按一定的经济与社会目的，采取一系列生物和技术手段，对土地进与社会目的，采取一系列生物和技术手段，对土地进行的长期性或周期性的经营活动；主要表现为土地用行的长期性或周期性的经营活动；主要表现为土地用途转移和土地利用集约度的变化，侧重于土地的经济途转移和土地利用集约度的变化，侧重于土地的经济属性；属性； 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、冰川、湖泊、沼泽、湿地素的综合体，包括地表植被、土壤、冰川、湖泊、沼泽、湿地及各种建筑物（如道路等）。主要表现为土地质量与类型的变及各种建筑物（如道路等）。主

3、要表现为土地质量与类型的变化和土地属性的转变，侧重于土地的自然属性。化和土地属性的转变，侧重于土地的自然属性。 土地利用是土地覆被变化最重要的影响因素，土地覆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。人类通过各种活动如被的变化反过来又作用于土地利用。人类通过各种活动如土地利用、工业生产等有意无意地导致土地覆被的变化，土地利用、工业生产等有意无意地导致土地覆被的变化，但土地覆被状况及变化不完全受控于人类，人类活动只是但土地覆被状况及变化不完全受控于人类，人类活动只是导致土地覆被变化的许多因素之一。导致土地覆被变化的许多因素之一。 土地利用土地利用/ /土地覆被

4、变化的表现极为复杂，其动因土地覆被变化的表现极为复杂，其动因与广泛的人类活动及自然变化相关，其结果将影响全与广泛的人类活动及自然变化相关，其结果将影响全部人类的生存和发展，其研究涉及从自然科学到社会部人类的生存和发展，其研究涉及从自然科学到社会科学的众多学科。科学的众多学科。 人类的土地利用方式多种多样，包括各种方式的耕作、放牧、人类的土地利用方式多种多样，包括各种方式的耕作、放牧、伐木、聚落与城市、基础设施、自然保护、旅游休闲、军事等。伐木、聚落与城市、基础设施、自然保护、旅游休闲、军事等。 土地覆被变化现象也是形形色色的，可归纳为三种：土地覆被变化现象也是形形色色的，可归纳为三种： 一是土

5、地覆被的退化，即某种覆被类型虽未改变，但其一是土地覆被的退化，即某种覆被类型虽未改变，但其质量已经降低，例如由于过度放牧引起草地退化，伐木引质量已经降低，例如由于过度放牧引起草地退化，伐木引起森林覆被密度降低；起森林覆被密度降低； 二是土地覆被的转换，即某种覆被类型完全改变成另一二是土地覆被的转换，即某种覆被类型完全改变成另一种类型，例如耕地被城市或工业建设占用，林地被全部砍种类型，例如耕地被城市或工业建设占用，林地被全部砍伐并开垦为牧草地或耕地；伐并开垦为牧草地或耕地； 三是土地覆被的改良，指某种覆被得到维护、修复、三是土地覆被的改良，指某种覆被得到维护、修复、更新，例如土壤改良、耕地梯化、

6、草地改良、森林抚育、更新，例如土壤改良、耕地梯化、草地改良、森林抚育、灌溉系统的建立与完善。灌溉系统的建立与完善。 三种土地覆被变化中，转换和改良比较容易引起人三种土地覆被变化中，转换和改良比较容易引起人们的重视，也比较容易监测；而退化却较难观测，因而们的重视，也比较容易监测；而退化却较难观测，因而其记录最不完备其记录最不完备 。 土地覆被变化既表现为各类型之内的功能复杂性，又表现土地覆被变化既表现为各类型之内的功能复杂性，又表现为各类型之间的结构复杂性，两者都需要从空间格局和时间过为各类型之间的结构复杂性，两者都需要从空间格局和时间过程来分析。程来分析。 土地覆被变化并非简单过程，曾经被认为

7、是连续过程的土土地覆被变化并非简单过程，曾经被认为是连续过程的土地覆被变化其实是一种不连续过程，常有一些急剧变化时期，地覆被变化其实是一种不连续过程，常有一些急剧变化时期，常被某些突然事件所激发，从而在系统中引起突变。为了全面常被某些突然事件所激发，从而在系统中引起突变。为了全面深入地认识土地覆被变化，应该充分估计其复杂性，并根据复深入地认识土地覆被变化，应该充分估计其复杂性，并根据复杂性来测度它。杂性来测度它。 例如，同样是森林覆被，但诸如生物量和物种组成之例如，同样是森林覆被，但诸如生物量和物种组成之类的属性却会大不一样。同样是林地利用，却可能用作公类的属性却会大不一样。同样是林地利用，却

8、可能用作公园，或作为自然保护地，或作为伐木地。耕地类型的利用园，或作为自然保护地，或作为伐木地。耕地类型的利用更是复杂，可以是水田、旱地、水浇地，可以种植不同的更是复杂，可以是水田、旱地、水浇地，可以种植不同的作物，可以有不同的耕作方式，可以施放不同数量的化肥，作物，可以有不同的耕作方式，可以施放不同数量的化肥，如此等等。如此等等。 由于土地利用的功能不同，土地覆被演化的方向和进程都由于土地利用的功能不同，土地覆被演化的方向和进程都会有明显的区别。因此，在测度土地覆被变化的格局时，区会有明显的区别。因此，在测度土地覆被变化的格局时，区分土地利用分土地利用/ /土地覆被是至关重要的。土地覆被是至

9、关重要的。二、主要研究内容二、主要研究内容 20世纪世纪90年代以来，人们认识到土地利用土地覆被年代以来，人们认识到土地利用土地覆被变化在全球变化与可持续发展研究中的重要地位，以及变化在全球变化与可持续发展研究中的重要地位，以及全球变化与可持续发展研究涉及到自然与人文的诸多领全球变化与可持续发展研究涉及到自然与人文的诸多领域，需要自然科学与社会科学加强合作，而土地利用域，需要自然科学与社会科学加强合作，而土地利用土地覆被变化过程中自然与人文过程联系最为紧密，因土地覆被变化过程中自然与人文过程联系最为紧密，因而，作为一个研究切入点，许多全球变化的研究者均将而，作为一个研究切入点，许多全球变化的研

10、究者均将LUCC作为研究内容，对人类在全球变化中所起的作用进作为研究内容，对人类在全球变化中所起的作用进行研究。行研究。 国际地圈国际地圈生物圈计划（生物圈计划（IGBP）和全球环境变化中的）和全球环境变化中的人文领域计划（人文领域计划（IHDP）于）于1995年联合提出了年联合提出了“土地利用和土地利用和土地覆被变化土地覆被变化”（Land use and land cover change，LUCC）研究计划，使土地利用变化研究成为全球变化研究的前沿和研究计划，使土地利用变化研究成为全球变化研究的前沿和热点课题。热点课题。 1. LUCC研究的基本问题和重点领域研究的基本问题和重点领域 L

11、UCC计划研究的基本目标是提高对全球土地利计划研究的基本目标是提高对全球土地利用用/土地覆被变化的动态过程的认识，及对人类活动和土地覆被变化的动态过程的认识，及对人类活动和全球变化的人类驱动机制研究。因此全球变化的人类驱动机制研究。因此IGBP和和IHDP提提出了出了LUCC研究计划需要面对的基本问题包括：研究计划需要面对的基本问题包括：（1）近）近300年来土地覆被是如何受人类的影响而发生变化的年来土地覆被是如何受人类的影响而发生变化的?（2）在不同的地区与不同的历史时期内土地覆被的变化主要受哪）在不同的地区与不同的历史时期内土地覆被的变化主要受哪些人为因素的影响些人为因素的影响?（3）在近

12、）在近50100年来土地利用的变化是怎样影响到土地覆被及其变年来土地利用的变化是怎样影响到土地覆被及其变化的化的?（4）对于某一特定的土地利用类型来说，近期内有哪些人为因素）对于某一特定的土地利用类型来说，近期内有哪些人为因素或者自然环境要素的变化影响到土地利用的可持续性或者自然环境要素的变化影响到土地利用的可持续性? （5）气候与地球生物化学圈层的变化是怎样影响到土地利用）气候与地球生物化学圈层的变化是怎样影响到土地利用/土地覆被及其变土地覆被及其变化的化的?（6）土地利用）土地利用/土地覆被的变化又是怎样反过来影响着人类的行为的土地覆被的变化又是怎样反过来影响着人类的行为的?土地覆被的变化

13、如何导致或者加剧了某些特定区域的脆弱性土地覆被的变化如何导致或者加剧了某些特定区域的脆弱性? 针对土地利用针对土地利用/土地覆被本身变化，土地覆被本身变化，LUCC研究计划中提研究计划中提出了三个研究重点：土地利用的动力机制、土地覆被的变化、出了三个研究重点：土地利用的动力机制、土地覆被的变化、土地利用土地利用/土地覆被变化的区域与全球综合模型。土地覆被变化的区域与全球综合模型。（1）采用案例比较研究方法的土地利用动态研究。）采用案例比较研究方法的土地利用动态研究。 通过区域性个例的比较研究，分析影响土地使用者或管理通过区域性个例的比较研究，分析影响土地使用者或管理者改变土地利用和管理方式的自

14、然和社会经济方面的主要驱动者改变土地利用和管理方式的自然和社会经济方面的主要驱动因子，建立区域性的土地利用因子，建立区域性的土地利用/土地覆被变化经验模型；土地覆被变化经验模型；（2）采用直接观测和诊断模型的土地覆被动态研究）采用直接观测和诊断模型的土地覆被动态研究 主要通过遥感图像分析，了解过去主要通过遥感图像分析，了解过去20年内土地覆被的年内土地覆被的空间变化过程，并将其与驱动因子联系起来，建立解释土空间变化过程，并将其与驱动因子联系起来，建立解释土地覆被时空变化和推断未来地覆被时空变化和推断未来1020年的土地覆被变化的经年的土地覆被变化的经验型诊断模型；验型诊断模型；（3）区域和全球

15、综合模型）区域和全球综合模型 建立宏观尺度的，包括与土地利用有关的各经济部建立宏观尺度的，包括与土地利用有关的各经济部门在内的土地利用门在内的土地利用/土地覆被变化动态模型，根据驱动因土地覆被变化动态模型，根据驱动因子的变化来推断土地覆被变化未来（子的变化来推断土地覆被变化未来（50100年）的变年）的变化趋势，为制定相应对策和全球环境变化服务。化趋势，为制定相应对策和全球环境变化服务。 在具体研究中，需要综合研究的内容有数据和分类在具体研究中，需要综合研究的内容有数据和分类研究、尺度动态研究等，前者包括建立一套土地利用研究、尺度动态研究等，前者包括建立一套土地利用/土土地覆被变化的分类体系、

16、土地利用和土地覆被变化分类地覆被变化的分类体系、土地利用和土地覆被变化分类成图和建立社会经济数据库及测量标准；后者力图认识成图和建立社会经济数据库及测量标准；后者力图认识各种不同尺度下的各种不同尺度下的LUCC研究过程以及研究中的不同尺度研究过程以及研究中的不同尺度分析，排除进行分析，排除进行LUCC综合认识的主要障碍。该项研究试综合认识的主要障碍。该项研究试图确定指导图确定指导LUCC努力的主要规范，从而提高三个研究重努力的主要规范，从而提高三个研究重点的整体性。点的整体性。 由于土地利用由于土地利用/土地覆被变化的机制对解释土地覆被的土地覆被变化的机制对解释土地覆被的时空变化和建立土地覆被

17、变化的预测模型起关键作用，是时空变化和建立土地覆被变化的预测模型起关键作用，是LUCC研究的焦点。研究的焦点。2. LUCC与全球环境变化及可持续发展与全球环境变化及可持续发展 LUCC研究还关注土地利用研究还关注土地利用/土地覆被变化与全球环境变化及土地覆被变化与全球环境变化及可持续发展的关系，研究内容包括：可持续发展的关系，研究内容包括：（1）土地覆被变化对全球环境变化的影响）土地覆被变化对全球环境变化的影响 全球环境变化包括两个层次的变化：系统性的变化和累积性的全球环境变化包括两个层次的变化：系统性的变化和累积性的变化。前者指真正全球意义上的变化，如气候波动和碳循环等；后变化。前者指真正

18、全球意义上的变化，如气候波动和碳循环等；后者指区域性的变化，但其累积效果影响到全球性的环境现象，如植者指区域性的变化，但其累积效果影响到全球性的环境现象，如植被破坏、生物多样性的损失及土壤侵蚀等。土地覆被变化对系统性被破坏、生物多样性的损失及土壤侵蚀等。土地覆被变化对系统性全球环境变化的影响研究主要包括：土地退化、生物多样性、流域全球环境变化的影响研究主要包括：土地退化、生物多样性、流域水平衡、水质和水环境、河流泥沙及海洋生态系统等方面的影响。水平衡、水质和水环境、河流泥沙及海洋生态系统等方面的影响。（2）全球环境变化对土地覆被变化的影响）全球环境变化对土地覆被变化的影响 主要研究气候变化对土

19、地利用主要研究气候变化对土地利用/土地覆被的影响，以及土地覆被的影响，以及土地利用土地利用/土地覆被对可能的环境变化的敏感性。气候变化土地覆被对可能的环境变化的敏感性。气候变化对土地利用对土地利用/土地覆被的影响包括通过气温和降水的波动造土地覆被的影响包括通过气温和降水的波动造成的直接影响及通过干旱、洪水、土地退化产生的间接影成的直接影响及通过干旱、洪水、土地退化产生的间接影响。各种土地利用方式对气候波动的敏感性差异很大，如响。各种土地利用方式对气候波动的敏感性差异很大，如旱作农业就比灌溉农业脆弱得多。这方面研究主要通过各旱作农业就比灌溉农业脆弱得多。这方面研究主要通过各种环境条件假设的模型模

20、拟进行。种环境条件假设的模型模拟进行。（3）土地利用）土地利用/土地覆被变化与可持续发展土地覆被变化与可持续发展 由于陆地和海洋生态系统的土地、水、食物及纤维等资源的丰缺都由于陆地和海洋生态系统的土地、水、食物及纤维等资源的丰缺都会受到土地利用会受到土地利用/土地覆被变化的直接或间接的影响，因此世界环境和土地覆被变化的直接或间接的影响，因此世界环境和发展大会所提出的许多可持续发展问题均与土地利用发展大会所提出的许多可持续发展问题均与土地利用/土地覆被变化有土地覆被变化有关。这方面的研究主要着眼于：关。这方面的研究主要着眼于： 协调各经济部门对土地的利用，保护那些对人类未来发展至关重协调各经济部

21、门对土地的利用，保护那些对人类未来发展至关重要的土地利用方式和土地覆被类型，如耕地和湿地的保护；要的土地利用方式和土地覆被类型，如耕地和湿地的保护； 探索有利于生态和环境的土地利用方式，如免耕和少耕农业、生态农探索有利于生态和环境的土地利用方式，如免耕和少耕农业、生态农业及复合农林业；业及复合农林业； 现状土地利用方式的可持续性及其调控，如河北平原地下水位现状土地利用方式的可持续性及其调控，如河北平原地下水位下降的主要原因是耕作制度的变化，这就涉及到土地利用方式下降的主要原因是耕作制度的变化，这就涉及到土地利用方式本身的可持续性。本身的可持续性。三、研究进展三、研究进展 大量的大量的LUCC研

22、究工作主要包括监测（研究工作主要包括监测（Detection）、解释）、解释（Explanation）和效应（）和效应（Impact）。）。 1. LUCC的监测的监测 LUCC监测是指监测是指LUCC信息的获取，主要包括数据的获取和分类体系的建信息的获取，主要包括数据的获取和分类体系的建立。立。 LUCC研究计划中提出了进行多空间尺度的土地利用研究计划中提出了进行多空间尺度的土地利用/土地覆被变土地覆被变化研究，将低空间分辨率和高空间分辨率的卫星遥感信息相结合化研究，将低空间分辨率和高空间分辨率的卫星遥感信息相结合进行全球尺度和区域尺度的研究，在全球范围进行进行全球尺度和区域尺度的研究，在全

23、球范围进行12km分辨率分辨率的土地覆被变化制图，对区域的精确研究则采用陆地卫星数据等的土地覆被变化制图，对区域的精确研究则采用陆地卫星数据等高空间分辨率资料进行。高空间分辨率资料进行。 随着遥感技术的快速发展，全球各个尺度上的土地利用随着遥感技术的快速发展，全球各个尺度上的土地利用/土地覆被土地覆被数据库都得到了充实，基于卫星遥感的数据库都得到了充实，基于卫星遥感的LUCC信息获取方面的进展信息获取方面的进展表现在以下三个方面：表现在以下三个方面：全球对地观测体系的建立全球对地观测体系的建立理论与方法取得进展理论与方法取得进展成功地开展了一些具体工作成功地开展了一些具体工作（1）全球对地观测

24、体系的建立。随着一系列大型国际遥感计划）全球对地观测体系的建立。随着一系列大型国际遥感计划的实施，如美国宇航局（的实施，如美国宇航局（NASA）对地观测计划）对地观测计划(EOS）、日）、日本本/美国的热带降雨量测计划（美国的热带降雨量测计划（TRMM）、欧洲空间局（）、欧洲空间局（ESA）的极轨平台计划（的极轨平台计划（POEM）等以及相关地球表面观测站点的建）等以及相关地球表面观测站点的建立，全天候、多层次的全球对地观测体系已经初步建立，这为立，全天候、多层次的全球对地观测体系已经初步建立，这为当前的当前的LUCC研究提供了坚实的信息获取基础。研究提供了坚实的信息获取基础。（2）理论与方法

25、取得进展。）理论与方法取得进展。 土地覆被不再仅仅被看作是单一的土地和植被类型，土地覆被不再仅仅被看作是单一的土地和植被类型，而是土地类型及其所具有的一系列自然属性和特征的综而是土地类型及其所具有的一系列自然属性和特征的综合体。利用卫星在生长季节内获得的多时相数据，依据合体。利用卫星在生长季节内获得的多时相数据，依据地表覆被的动态过程将图像像元划分为不同的土地覆被地表覆被的动态过程将图像像元划分为不同的土地覆被单元单元季节性土地覆被单元，根据土地覆被单元的类季节性土地覆被单元，根据土地覆被单元的类型和一系列属性特征，用户可根据应用需要将季节性单型和一系列属性特征，用户可根据应用需要将季节性单元

26、调整和归并至所需土地利用元调整和归并至所需土地利用/土地覆被系统中。土地覆被系统中。（3）成功地开展了一些具体工作。）成功地开展了一些具体工作。 应用卫星图像进行土地利用应用卫星图像进行土地利用/土地覆被变化动态监测目前主土地覆被变化动态监测目前主要在两种区域尺度范围开展：一是全球和洲际尺度，以应用气要在两种区域尺度范围开展：一是全球和洲际尺度，以应用气象卫星象卫星NOAA/AVHRR数据进行监测为主；二是区域（亚洲际数据进行监测为主；二是区域（亚洲际或更小区域）尺度，所选用的遥感信息源以高空间分辨率的卫或更小区域）尺度，所选用的遥感信息源以高空间分辨率的卫星数据星数据Landsat/MSS和

27、和Landsat/TM为主。目前人们可以采用航为主。目前人们可以采用航片、片、IKONOS、SPOT、TM/MSS、中巴资源卫星、中巴资源卫星、MODIS、NOAA/AVHRR和风云卫星提供的地面分辨率从一米到几千米和风云卫星提供的地面分辨率从一米到几千米的数据进行不同尺度和空间范围的的数据进行不同尺度和空间范围的LUCC监测。监测。 相对土地利用变化评价而言，土地覆被变化的定量评价进展相对土地利用变化评价而言，土地覆被变化的定量评价进展要缓慢得多。目前最常用的评价方法是根据土地覆被类型变化进要缓慢得多。目前最常用的评价方法是根据土地覆被类型变化进行评价，对于同一土地覆被类型质量变化则缺乏有效

28、的探测。行评价，对于同一土地覆被类型质量变化则缺乏有效的探测。 基于基于MSS和和TM多波段影响计算的多波段影响计算的AVDI指数可以较好的反指数可以较好的反映地面土地覆被类型的植被覆盖度，但对诸如土地退化程度等映地面土地覆被类型的植被覆盖度，但对诸如土地退化程度等其它重要参数则没有理想的反映。因此其它重要参数则没有理想的反映。因此LUCC项目组强调：如项目组强调：如何更好的评价土地覆被变化速度是新时期土地覆被变化研究的何更好的评价土地覆被变化速度是新时期土地覆被变化研究的优先方向。优先方向。 土地覆被遥感分类方法目前利用数据统计理论方法结合土地覆被遥感分类方法目前利用数据统计理论方法结合人工

29、解译被公认为是在多尺度内进行遥感分类的主要方法。人工解译被公认为是在多尺度内进行遥感分类的主要方法。 这种方法具有算法成熟、充分利用人机交互和影响的特点，这种方法具有算法成熟、充分利用人机交互和影响的特点，然而其用时长，对参与解译分析人员的依赖性强，很大程度上然而其用时长，对参与解译分析人员的依赖性强，很大程度上不具备重复性等局限影响了快速、准确、客观地获取大面积土不具备重复性等局限影响了快速、准确、客观地获取大面积土地覆被信息。地覆被信息。 分类体系的研究是分类体系的研究是LUCC计划制定之初就考虑到了的计划制定之初就考虑到了的重点内容。重点内容。 近年来各个国家、组织、研究团体乃至个人都根

30、据自己面近年来各个国家、组织、研究团体乃至个人都根据自己面对的研究对象、问题和区域特点提出了各自的土地利用对的研究对象、问题和区域特点提出了各自的土地利用/土地土地覆被体系。多案例比较研究需要在规范的单个案例研究基础覆被体系。多案例比较研究需要在规范的单个案例研究基础上进行，其中采用具有可比性的土地利用上进行，其中采用具有可比性的土地利用/土地覆被体系是其土地覆被体系是其基本要求，但不顾区域环境和研究方法的差异勉强追求统一基本要求，但不顾区域环境和研究方法的差异勉强追求统一的分类体系也未必是合理的选择。的分类体系也未必是合理的选择。 由于问题的复杂性，由于问题的复杂性，LUCC作用机制和过程的

31、分析通常以作用机制和过程的分析通常以模型研究为基础，通过模型研究认识和分析人类驱动力模型研究为基础，通过模型研究认识和分析人类驱动力土地土地利用利用/土地覆被变化土地覆被变化全球变化全球变化区域响应区域响应环境反馈之间的环境反馈之间的相互关系，并对未来发展趋势做出相应的预测和情景分析。相互关系，并对未来发展趋势做出相应的预测和情景分析。长期以来，人们从不同的目的出发，构造了许多有关长期以来，人们从不同的目的出发，构造了许多有关LUCC的的模型，尤以引入人文因子的驱动模型居多。其目的：模型，尤以引入人文因子的驱动模型居多。其目的：一是对土地利用土地覆被的变化过程及其驱动力等进行科学解一是对土地利

32、用土地覆被的变化过程及其驱动力等进行科学解释；释；二是预测未来一段时间内土地利用变化趋势；二是预测未来一段时间内土地利用变化趋势；三是为可持续发展提供基础资料和理论依据。三是为可持续发展提供基础资料和理论依据。模型主要有：模型主要有： 土地利用动态变化模型（土地资源数量变化模型、土地土地利用动态变化模型（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、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）；回归模型；马尔科夫模型；系土地需求量预测模型）；回归模

33、型；马尔科夫模型；系统动力学模型；三维紊乱闭合模型等。统动力学模型；三维紊乱闭合模型等。 LUCC模型尽管在问题分析和决策支持中取得很大发模型尽管在问题分析和决策支持中取得很大发展，由于展，由于LUCC问题的复杂性和数据的不完备，离问题的复杂性和数据的不完备，离LUCC计计划对模型提出的要求还有很大距离。在很长时期内基于不划对模型提出的要求还有很大距离。在很长时期内基于不完备的数据研究复杂的完备的数据研究复杂的LUCC问题依旧是模型研究的基本问题依旧是模型研究的基本局面，因此模型研究的重点应该是如何在模型中更好的实局面，因此模型研究的重点应该是如何在模型中更好的实现对问题的理解。现对问题的理解

34、。3. LUCC的效应的效应 近年来，由于近年来，由于LUCC过程的区域差异很大、生态建设往往过程的区域差异很大、生态建设往往通过改变土地利用方式实现、通过改变土地利用方式实现、LUCC的区域环境效应评估与国的区域环境效应评估与国家可持续发展战略决策关系密切而重大等原因，家可持续发展战略决策关系密切而重大等原因，LUCC在区域在区域尺度上的环境效应研究逐渐得到了学术界的重视。事实上，从尺度上的环境效应研究逐渐得到了学术界的重视。事实上，从20世纪世纪90年代末期开始，年代末期开始，IGBP开始讨论的第二个发展战略就开始讨论的第二个发展战略就把全球变化研究与可持续发展问题相联系，如水资源、土地退

35、把全球变化研究与可持续发展问题相联系，如水资源、土地退化、环境污染、贫困以及区域自然环境和社会在全球变化压力化、环境污染、贫困以及区域自然环境和社会在全球变化压力下的脆弱性等。下的脆弱性等。 LUCC对环境影响是多方面的，生物多样性安全以及与对环境影响是多方面的，生物多样性安全以及与之紧密相关的食物资源安全、水资源安全和土地资源安全等之紧密相关的食物资源安全、水资源安全和土地资源安全等均与土地利用均与土地利用/土地覆被强度和格局密切相关。土地覆被强度和格局密切相关。 土地利用土地利用/土地覆被是影响土地质量、生物地球化学循环、区域气土地覆被是影响土地质量、生物地球化学循环、区域气候特征、水资源

36、以及自然灾害发生的重要影响因素。土地利用候特征、水资源以及自然灾害发生的重要影响因素。土地利用/土地覆土地覆被状况通过对下垫面性质，如地表反射率、粗糙度、植被叶面积指数被状况通过对下垫面性质，如地表反射率、粗糙度、植被叶面积指数等的变化，导致温度、湿度、风和降水等发生变化，因此它是引起局等的变化，导致温度、湿度、风和降水等发生变化，因此它是引起局地与区域气候变化的重要因素。地与区域气候变化的重要因素。 随着土地开发利用范围的扩大与强度的增加，会造成对水随着土地开发利用范围的扩大与强度的增加，会造成对水资源需求量的急剧增加，有研究表明，在一个流域内部的各种资源需求量的急剧增加，有研究表明，在一个

37、流域内部的各种土地利用土地利用/土地覆被类型比例的变化，是造成河流水质发生变化土地覆被类型比例的变化，是造成河流水质发生变化的主要原因。的主要原因。第二节第二节 土地利用土地利用/ /土地覆被变化的土地覆被变化的驱动力研究驱动力研究一、驱动力影响因素一、驱动力影响因素 土地利用变化的驱动力既有内在因素，也有外在因素，土地利用变化的驱动力既有内在因素，也有外在因素，既有自然驱动力，也有社会驱动力。气候、土壤、水文等被既有自然驱动力，也有社会驱动力。气候、土壤、水文等被认为是主要的自然驱动力。社会驱动力因素可分为直接因素认为是主要的自然驱动力。社会驱动力因素可分为直接因素和间接因素。和间接因素。

38、一般而言，某一区域的土地利用结构是该区自然因素和社一般而言，某一区域的土地利用结构是该区自然因素和社会经济因素共同作用的结果，这些因素对土地利用变化的作用，会经济因素共同作用的结果，这些因素对土地利用变化的作用，包括作用方式和作用强度各有不同。包括作用方式和作用强度各有不同。（一）自然因素（一）自然因素 自然因素（气候、土壤、水文、地质地貌等）是影响区域自然因素（气候、土壤、水文、地质地貌等）是影响区域土地利用结构的最基本要素，在某种程度上具有一定的主导作土地利用结构的最基本要素，在某种程度上具有一定的主导作用。用。1. 气候气候 气候条件对土地利用有制约作用，主要表现在其对农作物、气候条件对

39、土地利用有制约作用，主要表现在其对农作物、牧草和林木种类选择及其分布、组合、耕作制度和产量的影响牧草和林木种类选择及其分布、组合、耕作制度和产量的影响上。上。2. 地形、地质地貌地形、地质地貌 地质、地貌直接影响着土地利用类型的分布，地形通过对气地质、地貌直接影响着土地利用类型的分布，地形通过对气温、降水及山体坡度等的作用而影响土地利用类型和分布。温、降水及山体坡度等的作用而影响土地利用类型和分布。3. 水文水文 水文因素对土地利用类型的数量和质量有着深远的影水文因素对土地利用类型的数量和质量有着深远的影响，在较长的时间尺度或大的空间尺度上，它对土地利用响，在较长的时间尺度或大的空间尺度上，它

40、对土地利用/土地覆被变化显著而深远的影响是不容忽视的。但在较土地覆被变化显著而深远的影响是不容忽视的。但在较短时段内，它对土地利用短时段内，它对土地利用/土地覆被变化的影响并不直观土地覆被变化的影响并不直观明显。明显。4. 自然灾害自然灾害 自然灾害会引起人类活动和土地利用条件的异常变化，直接自然灾害会引起人类活动和土地利用条件的异常变化，直接或间接地影响土地的利用方式和利用程度。自然灾害频繁发生不或间接地影响土地的利用方式和利用程度。自然灾害频繁发生不仅影响农牧业生产的发展，而且导致土地利用仅影响农牧业生产的发展，而且导致土地利用/覆被发生变化，加覆被发生变化，加重了生态环境恶化。重了生态环

41、境恶化。（二）社会经济因素（二）社会经济因素 社会驱动力因素可分为直接因素和间接因素。社会驱动力因素可分为直接因素和间接因素。 直接因素包括对土地产品的需求、对土地的投入、城市直接因素包括对土地产品的需求、对土地的投入、城市化程度、土地利用的集约化程度、土地权属、土地利用政化程度、土地利用的集约化程度、土地权属、土地利用政策及土地资源保护的态度等；策及土地资源保护的态度等； 间接因素包括人口变化、技术发展、经济增长、政治与经间接因素包括人口变化、技术发展、经济增长、政治与经济政策、富裕程度和价值取向等方面，它们通过直接因素作用济政策、富裕程度和价值取向等方面，它们通过直接因素作用于土地利用。于

42、土地利用。 社会、经济、政策、技术等人文因素作用的强度、合理与社会、经济、政策、技术等人文因素作用的强度、合理与否对土地利用的时空变化具有决定性影响。否对土地利用的时空变化具有决定性影响。 1. 人口人口 在土地利用的人文驱动力中，人口是一个非常重要的在土地利用的人文驱动力中，人口是一个非常重要的因素，也是最具活力的土地利用变化的驱动力之一。因素，也是最具活力的土地利用变化的驱动力之一。 人类通过改变土地利用的类型与结构，增强对土地这个自人类通过改变土地利用的类型与结构，增强对土地这个自然综合体的干预程度，来满足人类对生存环境的需求。然综合体的干预程度，来满足人类对生存环境的需求。 人口对土地

43、利用的影响，主要体现在人口对土地利用空间人口对土地利用的影响，主要体现在人口对土地利用空间分异及时间变化的影响上。人口对土地利用空间分异的影响，分异及时间变化的影响上。人口对土地利用空间分异的影响，其中一个主要方面表现在人口对土地利用程度的影响上。其中一个主要方面表现在人口对土地利用程度的影响上。 土地利用变化是人地相互作用的表现，是人类活动作用土地利用变化是人地相互作用的表现，是人类活动作用于自然资源和环境的一种最为显著的表现形式。土地利用程于自然资源和环境的一种最为显著的表现形式。土地利用程度综合指数越高，则表示该地区人类活动越频繁，人类对环度综合指数越高，则表示该地区人类活动越频繁，人类

44、对环境的影响越大。境的影响越大。 随着人口数量的增加，人地关系紧张带来的社会系随着人口数量的增加，人地关系紧张带来的社会系统压力，必然进一步驱动本区的土地利用发生剧烈变化；统压力，必然进一步驱动本区的土地利用发生剧烈变化；另外，人口受教育程度的提高及民族、职业结构和人口另外，人口受教育程度的提高及民族、职业结构和人口密度等的变化也是土地利用变化的重要原因。密度等的变化也是土地利用变化的重要原因。 2. 政策政策 政策因素在城市化所引发的土地利用变化中起着不政策因素在城市化所引发的土地利用变化中起着不可低估的作用。通过政策、法律和市场手段对土地利用可低估的作用。通过政策、法律和市场手段对土地利用

45、的影响是巨大的，它引导着社会的经济生产活动，进而的影响是巨大的，它引导着社会的经济生产活动，进而影响土地利用的方式和强度。在市场经济的调控和影响影响土地利用的方式和强度。在市场经济的调控和影响下，土地利用也有所变化，下，土地利用也有所变化，“开发区热开发区热”、“房地产热房地产热”等，使得各项建设占用耕地的规模有较大增长，乱占滥等，使得各项建设占用耕地的规模有较大增长，乱占滥用土地现象十分突出。用土地现象十分突出。3. 技术技术 技术的发展水平和应用程度直接影响着土地利用的深技术的发展水平和应用程度直接影响着土地利用的深度和广度，可以通过提高土地的生产力，缓解人口增长对农度和广度，可以通过提高

46、土地的生产力，缓解人口增长对农业用地的压力，从而使耕地、林地减少和其他用地增多得以业用地的压力，从而使耕地、林地减少和其他用地增多得以实现，土地利用程度得以提高，从而影响土地利用实现，土地利用程度得以提高，从而影响土地利用/土地覆土地覆被变化。被变化。4. 经济发展经济发展 经济发展速度的高增长是影响土地利用类型变化的经济发展速度的高增长是影响土地利用类型变化的主导因素，经济发展水平高的地区，城市的规模不断扩大主导因素，经济发展水平高的地区，城市的规模不断扩大，用地量就会增加。伴随着经济发展，工矿企业和交通等，用地量就会增加。伴随着经济发展，工矿企业和交通等建设用地不断增加，必然会挤占大量的耕

47、地。建设用地不断增加，必然会挤占大量的耕地。5. 价值与观念价值与观念 人类的知识、价值观、对自然的态度、行为规范、婚姻与生人类的知识、价值观、对自然的态度、行为规范、婚姻与生育观念、生产方式、宗教信仰、生活习惯等，决定或强烈影响着育观念、生产方式、宗教信仰、生活习惯等，决定或强烈影响着人类如何利用土地。人类如何利用土地。 土地利用土地覆被变化的驱动力对土地利用的作用是一个十分复土地利用土地覆被变化的驱动力对土地利用的作用是一个十分复杂的过程。一种驱动力可以同时作用于各种土地利用类型，但其对于不杂的过程。一种驱动力可以同时作用于各种土地利用类型，但其对于不同土地类型的作用程度和作用方式存在着一

48、定的区别。同土地类型的作用程度和作用方式存在着一定的区别。 例如，人口增长可能对耕地、林地、工矿用地、交通用地、例如，人口增长可能对耕地、林地、工矿用地、交通用地、居住用地和各种配套服务设施用地的变化都有影响，然而其对居居住用地和各种配套服务设施用地的变化都有影响，然而其对居住用地的影响要比交通用地的影响更直接一些，因为居住用地扩住用地的影响要比交通用地的影响更直接一些，因为居住用地扩大主要是人口增长带来的住房需求增加造成的，而交通用地的变大主要是人口增长带来的住房需求增加造成的，而交通用地的变化更多的是受经济发展的影响。化更多的是受经济发展的影响。 另一方面，某种土地利用类型的变化并不是单个

49、驱动力作另一方面，某种土地利用类型的变化并不是单个驱动力作用的结果，而是多种驱动力的共同影响，而且这些驱动力有的用的结果，而是多种驱动力的共同影响，而且这些驱动力有的相互作用，有的相互抵消。有时一种驱动力可能先是促进土地相互作用，有的相互抵消。有时一种驱动力可能先是促进土地利用变化，然后又抑制变化，或者相反。利用变化，然后又抑制变化，或者相反。 例如人口增长增加了粮食需求，因而要求扩大耕地面例如人口增长增加了粮食需求，因而要求扩大耕地面积，但人口增长也会带来居住、交通等其他用地的增加，积，但人口增长也会带来居住、交通等其他用地的增加，而这些用地的增加最终又会侵占耕地，最终导致耕地的减而这些用地

50、的增加最终又会侵占耕地，最终导致耕地的减少。少。二、驱动力研究的方法二、驱动力研究的方法1. 定性分析法定性分析法 定性分析是指通过对研究客体概念、特点及其相关因素定性分析是指通过对研究客体概念、特点及其相关因素的分析对土地利用的分析对土地利用/土地覆被变化的驱动力进行定性描述。较土地覆被变化的驱动力进行定性描述。较早期的土地利用早期的土地利用/覆被变化及其驱动力的分析多采用这种方法。覆被变化及其驱动力的分析多采用这种方法。目前，定性分析法已成为驱动力研究的基础，成为人类逻辑目前，定性分析法已成为驱动力研究的基础，成为人类逻辑思维直接作用于土地这一研究客体的表达方式。思维直接作用于土地这一研究

51、客体的表达方式。2. 统计分析法统计分析法 统计分析法主要是从土地利用统计分析法主要是从土地利用/土地覆被变化与所确定的土地覆被变化与所确定的影响因子数值间的统计关系来筛选确定它的主导驱动因子。影响因子数值间的统计关系来筛选确定它的主导驱动因子。其优点在于能够使复杂问题简单化，易于抓住复杂系统中矛其优点在于能够使复杂问题简单化，易于抓住复杂系统中矛盾的主要方面。因此，在土地利用盾的主要方面。因此，在土地利用/土地覆被变化驱动力研究，土地覆被变化驱动力研究，特别是大量典型地区的案例研究中得以广泛应用。但不难看特别是大量典型地区的案例研究中得以广泛应用。但不难看出，是否能够准确、全面的选择参与统计

52、分析的指标是该方出，是否能够准确、全面的选择参与统计分析的指标是该方法能否成功应用的关键。法能否成功应用的关键。3. 系统分析法系统分析法 系统分析法是指在研究土地利用系统分析法是指在研究土地利用/土地覆被变化的驱动力土地覆被变化的驱动力时应用系统论的理论和方法，把各个驱动因素看成一个完整的时应用系统论的理论和方法，把各个驱动因素看成一个完整的系统探讨其整体与部分，结构与功能的关系。其优势在于有效系统探讨其整体与部分，结构与功能的关系。其优势在于有效地克服了单因子分析的假定性，与土地这一巨系统的复杂性相地克服了单因子分析的假定性，与土地这一巨系统的复杂性相适应。适应。4. 模型化方法模型化方法

53、 定量化和模型化是整个土地利用定量化和模型化是整个土地利用/土地覆被变化驱动力土地覆被变化驱动力研究的趋势。应用该方法进行驱动力研究是指通过对土地利研究的趋势。应用该方法进行驱动力研究是指通过对土地利用用/土地覆被变化驱动因子与变化过程之间的简化、拟合、验土地覆被变化驱动因子与变化过程之间的简化、拟合、验证等，达到去伪存真的目的，实现对驱动因子的筛选、驱动证等，达到去伪存真的目的，实现对驱动因子的筛选、驱动过程的模拟和对未来过程的预测。但目前，土地利用过程的模拟和对未来过程的预测。但目前，土地利用/土地覆土地覆被变化本身的复杂性、跨学科研究、数据的定量化和标准化被变化本身的复杂性、跨学科研究、

54、数据的定量化和标准化以及建模方法复杂等问题制约了定量模型研究的发展。以及建模方法复杂等问题制约了定量模型研究的发展。三、驱动力研究中存在的问题三、驱动力研究中存在的问题1. 数据问题数据问题 获取准确有效的数据是进行土地利用获取准确有效的数据是进行土地利用/覆被变化的基础。覆被变化的基础。目前，全球性数据的质量和数量从土地覆被、土地利用到人目前，全球性数据的质量和数量从土地覆被、土地利用到人类驱动力的研究都难以满足建立综合类驱动力的研究都难以满足建立综合LUCC模型的需求。随模型的需求。随着遥感等对地观测技术的发展，土地利用和土地覆被数据的着遥感等对地观测技术的发展，土地利用和土地覆被数据的质

55、量和数量将会逐步有所改善，但目前人类驱动力数据获取质量和数量将会逐步有所改善，但目前人类驱动力数据获取的途径仍是以各国统计部门所提供的数据为主，缺乏可靠的的途径仍是以各国统计部门所提供的数据为主，缺乏可靠的全球性对比数据。数据及其标准化问题仍是其驱动力研究发全球性对比数据。数据及其标准化问题仍是其驱动力研究发展亟待解决的重要问题。展亟待解决的重要问题。2. 尺度转换问题尺度转换问题 尺度包括时间和空间，时空尺度决定着土地利用尺度包括时间和空间，时空尺度决定着土地利用/土地覆被变土地覆被变化驱动力研究的角度及方法，如在短时间尺度的研究中，自然因素化驱动力研究的角度及方法，如在短时间尺度的研究中，

56、自然因素可能由于没有发生显著变化而未成为考虑的对象，但在长时间尺度可能由于没有发生显著变化而未成为考虑的对象，但在长时间尺度上，自然因素往往需要考虑。到目前为止，各国各地区科学家已在上，自然因素往往需要考虑。到目前为止，各国各地区科学家已在不同尺度上开展了很多研究工作，但不同时空尺度的土地利用不同尺度上开展了很多研究工作，但不同时空尺度的土地利用/土土地覆被变化驱动力只能解释相对应时空尺度上的土地利用地覆被变化驱动力只能解释相对应时空尺度上的土地利用/土地覆土地覆被变化状况。对土地利用被变化状况。对土地利用/土地覆被变化动力学的更深层次的认识，土地覆被变化动力学的更深层次的认识，往往需要综合不

57、同尺度层次的不同水平的观测和解释结果才能达到。往往需要综合不同尺度层次的不同水平的观测和解释结果才能达到。因此，如何实现大小尺度的嵌套、查清其相互关系是下一步研究的因此，如何实现大小尺度的嵌套、查清其相互关系是下一步研究的重点之一。重点之一。3. 跨学科研究问题跨学科研究问题 土地利用土地利用/土地覆被变化驱动力研究涉及自然、社会、土地覆被变化驱动力研究涉及自然、社会、经济等领域，不同领域的科学家从不同的角度，用不同的经济等领域，不同领域的科学家从不同的角度，用不同的方法进行各自的研究。然而，土地利用方法进行各自的研究。然而，土地利用/土地覆被变化驱动土地覆被变化驱动力综合模型的建立需要方方面

58、面的知识和思路，必须实现力综合模型的建立需要方方面面的知识和思路，必须实现自然科学家和社会科学家实质性的合作，但目前成功合作自然科学家和社会科学家实质性的合作，但目前成功合作的实例还不多见，制约了土地利用的实例还不多见，制约了土地利用/土地覆被变化驱动力综土地覆被变化驱动力综合研究的发展。合研究的发展。4. 人类驱动因素的定量化问题人类驱动因素的定量化问题 土地利用土地利用/土地覆被变化受自然和人类活动的双重影响，土地覆被变化受自然和人类活动的双重影响，在一个不太长的时期内，人类活动对其影响远远大于自然在一个不太长的时期内，人类活动对其影响远远大于自然因素。但与自然因素相比，人类活动对土地利用

59、因素。但与自然因素相比，人类活动对土地利用/土地覆被土地覆被变化的影响因素难以定量化，如政策的变化、个人的土地变化的影响因素难以定量化，如政策的变化、个人的土地利用行为、市场状况等等，给其综合定量驱动模型的建立利用行为、市场状况等等，给其综合定量驱动模型的建立设置了障碍。目前，虽然科学家们已开始关注这一问题的设置了障碍。目前，虽然科学家们已开始关注这一问题的研究，但这方面的研究明显滞后，成为制约土地利用研究，但这方面的研究明显滞后，成为制约土地利用/土地土地覆被变化及其驱动力研究的重要因素。覆被变化及其驱动力研究的重要因素。第三节第三节 土地利用土地利用/ /土地覆被变化的生态环土地覆被变化的

60、生态环境效应研究境效应研究 任何土地利用任何土地利用/土地覆被的变化都与一定的环境后果相联系。土地覆被的变化都与一定的环境后果相联系。LUCC的生态环境效应可从大气、土壤、水文、生物多样的生态环境效应可从大气、土壤、水文、生物多样性等方面论述。性等方面论述。一、对区域气候及大气质量的影响一、对区域气候及大气质量的影响1. 对区域气候的影响对区域气候的影响 研究表明，土地利用研究表明，土地利用/土地覆被变化对气候的影响，主要通过土地覆被变化对气候的影响，主要通过两个途径：两个途径： 一是由于下垫面性质的改变，即由于地表反射率、粗一是由于下垫面性质的改变，即由于地表反射率、粗糙度、植被叶面积以及植