我国土地利用_土地覆被变化研究近期进展

AREALRESEARCHANDDEVELOPMENTVol.25󰀁No.2Apr.2006

我国土地利用/土地覆被变化研究近期进展

王󰀁兵,臧󰀁玲

(河南省土地勘测规划院,郑州450002)

摘要:土地利用/土地覆被变化(LUCC)是自然与人文因素紧密交织并相互作用的过程,是全球环境变化研究的重要组成部分,也是󰀁国际地圈生物圈计划󰀁(IGBP)和󰀁国际全球环境变化人文计划󰀁(IHDP)共同推动的核心研究项目。近年来我国学者在LUCC研究方面做了大量工作,取得了丰硕的成果。文章就我国近期土地利用/土地覆被的研究方法及应用、驱动机制、变化影响、土地资源优化配置及研究尺度等方面的研究进展进行了简要的评述。

关󰀁键󰀁词:土地利用/土地覆被;驱动机制;优化配置;研究进展

中图分类号:F301󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁文献标识码:A󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁文章编号:1003󰀁2363(2006)02󰀁0086󰀁06

󰀁󰀁土地利用/土地覆被(盖)变化(LUCC)是自然与人文因素密切交叉结合的过程,是全球环境变化研究的重要组成部分,也是󰀁国际地圈生物圈计划󰀁(IGBP)和󰀁国际全球环境变化人文计划󰀁(IHDP)共同推动的核心研究项目。IGBP和IHDP共同制定的󰀁土地利用/土地覆被变化科学研究计划󰀁中提出了3个研究重点,即土地利用的变化机制;土地覆被的变化机制;区域和全球模式。LUCC计划的目标是要更清楚地认识地方、区域和全球尺度上土地利用和土地覆被变化状况和过程,认识这些过程中的人文和自然驱动力[1]。为响应国际土地利用/土地覆被变化研究,国内学者在这方面做了大量的工作,取得了丰硕的成果,大致呼应了以上3个研究重点,成为近年来学术研究的一大特点。由于土地利用/土地覆被变化研究需要综合考虑自然和社会经济多种因素,并且涉及多个学科。因此,全面、深入地研究肯定是一个巨大的挑战,研究中也难免存在一些问题。

统诊断模型、土地利用动态变化模型和土地利用变化综合评价模型,并重点阐述了反映土地利用动态变化的几种常用模型:(1)土地资源数量变化模型,包括单一土地利用动态度模型和综合土地利用动态度模型。(2)土地资源生态背景质量变化模型,包括土地资源生态背景质量指数模型和生态背景质量变化率。(3)土地利用程度变化模型,包括土地利用程度综合指数、变化量和变化率。(4)土地利用变化区域差异模型。(5)土地利用空间变化模型,用土地资源分布重心变化来反映。(6)土地需求量预测模型,包括灰色预测模型、马尔可夫预测方法、系统动力学预测法和规划预测法等[2]。

在土地利用/土地覆被变化研究的技术路线方面,于兴修等在分析中国土地利用/土地覆被变化研究的现状与问题时指出,有关研究总体上看主要是围绕时间域和空间域两个角度,以数据采集、模型建立、结果分析预测为主

[3]

。朱会义等人指出:空间变化反映土

1󰀁研究方法及应用

1.1󰀁土地利用/土地覆被变化的研究方法

时间变化和空间变化是土地利用/土地覆被变化研究最基本的、首要的问题,也是研究比较成熟的方面。对此,学者们已经构建了大量的模型,采用各种方法进行研究。王秀兰等专门探讨了土地利用动态变化的研究方法,将土地利用变化模型区分为3种类型:系

收稿日期:2005-01-04;修回日期:2006-01-18基金项目:河南省杰出青年科学基金资助项目(0112001700)作者简介:王兵(1979-),男,河南社旗县人,助理工程师,硕士,主要从事土地利用与区域可持续发展研究,(E_mial)wang-

地利用变化的空间类型、变化类型的空间分布以及区域差异,是土地管理和规划关注的焦点问题。而解决这一问题的关键是如何获取土地利用空间变化信息以及如何对获取的信息进行科学的分析处理。目前获取土地利用空间变化信息的途径主要有利用历史图件、实地调查如土地详查和遥感解译制图等;变化信息的处理则要应用GIS的空间分析功能[4]。因此,将土地利用变化模型同遥感解译和GIS的空间分析有机结合,是我国当前土地利用/土地覆被变化研究的一个重要技术特征,这在众多的研究中都有反映[5~7]。1.2󰀁重要模型及方法在研究中的应用

上述模型和研究方法,绝大多数已被国内学者在有关我国土地利用变化的区域案例研究中得到成功应bing7904@sohu.com。第2期王󰀁兵等:我国土地利用/土地覆被变化研究近期进展

󰀁87󰀁

用。值得一提的是,刘盛和等从土地利用变化的空间涵义出发,认为传统的数量变化模型虽然简明扼要,且不需要较复杂的专业性分析技能,但完全忽略了土地利用空间区位的固定性与独特性,没有考虑土地利用动态变化的空间过程及相关属性。动态度模型虽然是一种基于GIS空间分析技术的测算模型,但仅考虑了土地利用动态变化的空间转移过程,而忽略了其新增过程,从而严重地低估了那些转移慢、但增长快的土地利用类型,特别是城市用地的动态变化程度与速率[8]。据此,刘盛和等将土地利用动态细分为未变化部分、转移部分和新增部分3种空间类型,并在土地利用动态度模型的基础上提出了土地利用变化的空间分析模型,来测算各土地利用类型的动态变化的空间过程和强烈程度,并以北京城市边缘区的土地利用变化作为案例,测算出各种土地利用类型的动态变化程度和幅度。

此外,垦殖指数模型

[9]

环境意识等受到广泛关注[19,20]。

在不同的地域范围、不同的历史时期,影响土地利用/土地覆被变化的主导因子是有区别的,甚至可能差别很大。在某一地域可能是加速土地利用变化的因子,在另一地域起到的则可能是减缓的作用;即使是同一地域,不同的历史时期,相同的因子也可能产生不同的甚至相反的作用。因此,在土地利用/土地覆被变化研究中重视个案研究(可以突出地域主导因子,减少信息损失)也就具有特别重要的意义。2.2󰀁驱动机制

在分析驱动机制方面,学者们较多地采用基于经验的定性分析方法[21,22]和相关分析与回归分析方法[23~

25]

。相比而言,前者的分析是对因果关系的定性

探讨,有利于综合评判驱动因子与变化结果之间的联系,但很难解释清楚各种因子在对土地利用变化的影响中起到多大的作用,只能用实证数据大致反映这种变化,可以说是把土地利用变化驱动机制和过程作为一个󰀁黑箱󰀁,我们所能知道的只是影响土地利用变化的各种因子及变化结果;而后者虽然能较精确地反映各因子与土地利用变化的相关关系,却往往陷入数理分析,过分强调数理关系,对土地利用变化的内在机制分析仍然欠缺,解释乏力。正如陈佑启和P.H.Ver-burg所指出的:󰀁通过统计分析,可以揭示并度量各地区土地利用/土地覆盖与各因子之间的相互作用关系。但是通过统计方法所确定的土地利用/土地覆盖的空间分布密切相关的某些因素,并不一定就是土地利用/土地覆盖空间分布的直接原因,相关关系并不一定是因果关系[26]󰀁。由于各个因子之间往往存在错综复杂的相互关系,比如人口增长与土地利用观念、经济发展与政策制度变化、经济发展与环境意识等,它们之间都有一定的关联,并且在不同的空间和时间尺度上,各种因素之间的相互作用(互相促进或制约)以及它们对土地利用/土地覆被变化的影响程度都有很大差异。人口增长与经济发展一方面对土地,譬如耕地,形成巨大需求,另一方面又因为对城镇、交通等建设用地需求的增加而对其供给造成巨大的压力。政策和制度、土地利用伦理、生活方式、环境意识等也会起到约束和推动土地利用变化的作用。

实际上,无论是哪种社会经济因素,都是通过影响土地管理者和土地使用者,改变他们的观念和行为方式,从而改变土地利用方式,最终导致了土地覆被的变化。在这一过程中,人始终处于中心位置,一方面受到各种社会经济因素的影响,另一方面又通过自己的行为改变了土地利用/土地覆被。把人作为中心来探讨、景观多样性指数、优势度

指数、均匀度指数和破碎度指数以及土地利用重心迁移模型和景观类型转移模型(即土地利用类型转移模型)[10]、变化趋势指数[11]、情景分析[12,13]、分形理论[14,15]、参与性农村评估(PRA)[16]等方法也被应用到土地利用/土地覆被变化的研究中,使研究方法日趋多样化,也使研究能够从更多的角度进行,有效地开拓了研究领域,丰富了研究成果。

2󰀁驱动机制研究

2.1󰀁驱动因子

土地利用/土地覆被变化是自然因素和社会经济因素共同影响的结果。在很长的时期内,自然条件的变化,如气温、降水、生物种类与数量等的变化会对土地利用/土地覆被产生较大的影响;但在较短的时期内,自然条件变化不明显,影响作用微弱,社会经济活动则成为影响土地利用/土地覆被变化的主要因素。刘湘南认为自然条件在大环境背景上控制着土地利用变化的基本趋势和过程[17],但是历史时期土地覆被的变化大多是人类通过土地利用活动造成的。从历史发展进程看,随着社会经济的发展,人类对土地这一社会经济载体的依赖程度和要求不断发生变化,土地利用的方式和程度也在不断改变,导致土地利用的景观结构和格局发生相应地改变。人类从农耕社会向工业化社会的转变就引起了土地覆被和土地利用的巨大变化。因此,在研究中分析社会经济因素对土地利用的作用被摆在重要位置[18]。所以,社会经济因素,尤其是人口增长、经济发展、政策和制度、土地利用观念及󰀁88󰀁

地域研究与开发第25卷

土地利用/土地覆被变化驱动机制日益受到重视[27,28]。李平等将土地利用变化分为内生性变化或主动性变化(对土地产出或服务的种类或数量的需求发生改变而导致的土地利用变化)、外生性变化或被动性变化(自然或人为原因导致土地的属性发生变化,或者社会群体目标变化改变土地的利用方式)和技术性变化(技术进步导致土地利用方式的改变)3种。󰀁然而,无论哪种原因导致的变化,都源于土地所有者或使用者对于利用类型间边际效用的比较󰀁[27]。他们利用土地利用的基本竞争模型解释微观主体的行为(即从土地利用的边际收益考虑),同时从宏观上进行分析,认为土地利用变化驱动力可由土地使用者个体行为和社会群体行为两个角度综合分析,个体行为驱动主要有生存型经济福利驱动和最优经济福利驱动,社会行为驱动则主要是环境安全驱动和食物安全驱动。樊杰等从人文地理学的视角解析土地利用变化,认为消费需求、经济收益、以及(理性)行为方式等是直接的土地利用驱动机制,同时还指出了规制、调控对策的经济评价以及环境伦理观念等是3个影响土地利用结构与变化产生分异的主要外界因素[28]。

刘彦随则从自然环境要素功能及其彼此不能替代的原理出发,经过环境辨识、系统分析,重点选取对土地类型质量起决定作用的5种评价因素及其13个资源潜力因子,构建了土地类型质量评价指标体系[33]。这些研究虽然考虑了不同因子的影响程度,建立了土地类型质量评价模型,但这种模型的建立主要是基于土地的自然属性。土地资源生态背景质量变化模型也是从土地资源所处的地貌、气候、干湿度、土壤质地、地势等方面考虑的。许学工等人提出,应以󰀁对当时的生产力反映最敏锐的植被状况以及人工作用下的作物产量󰀁和󰀁可以相对稳定地反映土地质量󰀁的土壤的状况作为指标来衡量土地质量的变化[34]。

可以看出,目前对土地质量变化的衡量主要还是从土地的自然属性来考察的。显然,这是不全面的。土地利用程度变化模型虽然可以揭示土地利用的综合水平和变化趋势,但是这种方法无法反映出区域内部土地利用类型相互转化所导致的土地质量的变化,无法反映土地生产率、经济效益、生态效益等的变化。例如,城市的快速扩张使近郊大面积的优质农田被改作城市建设用地,而同样面积的废弃矿井、公路等被复垦为农田,建设用地和农田的面积虽然都没有变化,整个区域的土地利用程度也没有发生变化,但是农田生产效益却明显下降了,可以说农田土地质量发生了变化。土地利用程度模型掩盖了不同土地类型相互转化所导致的土地质量的变化。因此,土地质量变化的衡量仍然是有待解决的一个问题。3.3󰀁对人类活动的影响

土地是人类社会经济发展的基础,任何部门经济的发展都离不开土地资源的支撑,土地利用方式、程度和结构的变化映射着社会经济发展的变化。人类活动是土地利用/土地覆被变化的主要原因,反过来,土地利用/土地覆被的变化也会对人类社会经济活动产生影响,而这又可能加大对土地利用/土地覆被的影响,表现出󰀁自我强化󰀁或者󰀁自我抑制󰀁的趋势,即土地利用/土地覆被变化能够起到加强或抑制本身进一步变化的作用。当然,之所以能出现这种趋势是与人类活动紧密相连的。当大面积的草原被人类开垦为农田时,畜牧业就有衰退之势,紧密依靠当地供给的畜牧产品加工业、运输业、销售业等便会受到影响,农业活动则日趋增强,这又有可能加重人们对耕地的依赖,一方面增加对耕地的需求,另一方面又对耕地造成很大的压力。如果任其自然,那么人类活动就会发生更大的改变;如果为了保护草原,那就不得不采取一些措施,而这些措施的实施以及与此相关的活动也正是土地利3󰀁影响研究

3.1󰀁对生态环境的影响

傅伯杰等学者指出:󰀁土地利用变化可以引起许多自然现象和生态过程的变化,如土壤养分和水分的变化,地表径流与侵蚀,生物多样性的分布和生物地球化学循环等。因此,研究土地利用变化及其对生态环境的影响对于了解区域生态环境乃至全球环境变化具有重要意义󰀁

[22]

。土地利用/土地覆被变化对生态环境

的影响是巨大的,从而也对人类自身造成了不可忽视的影响。也正因为如此,土地利用/土地覆被变化对生态环境的影响成为研究的重点之一,同时也是研究比较深入、成果比较显著的方面[29~31]。3.2󰀁对土地质量的影响

就土地本身而言,它不仅有自然属性,而且还包含着经济属性和社会属性,土地质量的变化应该能够表现出经济和社会属性方面的变化,这已经超出了纯自然的范围。现在已经建立了比较完善的模型体系,基本可以满足研究土地时空变化的需要。但是,如何衡量土地利用/土地覆被变化所引致的土地质量的变化,还没有很好的方法。在已有的研究中,郭旭东等以丘陵低山区不同土地利用下土壤养分和容重的变化情况,研究土地利用变化对土壤质量的影响,用土壤退化指数定量描述不同土地利用下的土壤退化程度[32]。第2期王󰀁兵等:我国土地利用/土地覆被变化研究近期进展

󰀁89󰀁

用/土地覆被的变化对人类活动造成的影响,在没有发生这些变化的时候,是不必采取这些措施的。农牧交错地带、农林交错地带、城市边缘区等是土地利用/土地覆被变化剧烈的地区,同样也是人类活动变化最大的地区。现有的研究更多关注的是人类活动对土地利用/土地覆被变化的影响,文章认为,作为事物的另一方面,土地利用/土地覆被变化对人类活动的影响也应该成为关注的重点。

何忽视社会实际情况的调控措施都难以发挥作用。黄土丘陵区燕沟流域的优化调控即是一个比较成功的例子[21]。

5󰀁研究尺度问题

󰀁任何要素均具有自身独特的最为适宜的尺度规模,在这一尺度上该要素的表现最为充分。过高的综合会带来信息详细程度的损失。因此对全球或者区域性的土地利用与土地覆盖变化而言,适宜的综合水平显得十分关键,它必须能充分地反映土地管理、土地资源、土地利用的集约程度等特征。󰀁󰀁事实表明,在不同的规模尺度上土地利用与土地覆盖变化具有不同的动力机制[1]。󰀁目前的土地利用/土地覆被变化研究,大致有全球[40]、国家[9,10]、区域[5,7,12,25,34]、城市[36,41,42]、小流域[21,29,30]等几种主要的研究尺度。大范围的研究有利于从宏观的角度认识土地利用/土地覆被变化及其驱动机制,如全球和国家等的森林、草地、耕地等的变化及其与经济发展、政策和制度、群体行为等的关系,能够更好地从总体上反映时间、空间变化趋势;小范围的研究有利于针对具体的研究区域深入地进行探讨,可以详细地分析土地利用/土地覆被变化的过程,便于更好地探寻地域主导因子和驱动机制,有效地预测未来变化方向,为土地利用决策提供可靠的依据。邓祥征等根据对我国北方农牧交错带区土地利用变化的研究,发现了土地利用变化(耕地扩张与草地收缩)与其驱动因子之间的ExponentBeta系数随研究尺度不同而发生变化,就揭示了多尺度进行土地利用变化驱动力研究的必要性[43]。

当前,有关土地利用与土地覆盖变化研究的视野正不断地由纯自然转向了自然与社会经济相结合,由全球变化不断地转向有针对性的区域变化[39]。随着土地利用/土地覆被变化研究越来越深入,较小尺度的、典型的区域研究倍受关注。土地利用变化最快的城市、地理单元相对独立的小流域和一些生态环境相对脆弱的典型区[11,22,43]成为研究的热点。

4󰀁土地资源优化配置

土地利用是人类根据土地资源的特性、功能和一定的经济目的对土地的使用、保护和改造。确切地说,土地利用是人类通过与土地结合获得物质产品和服务的经济活动过程,这一过程是人类与土地进行的物质、能量和价值、信息的交流、转换过程[35]。土地资源优化配置主要是为了实现土地的最佳利用方式,寻求土地利用的生态、经济和社会效益的平衡和统一。土地利用系统的基本属性在于它的经济可利用性和用途可调控性,这是区域土地利用配置得以运作的基本前提。配置作为一种手段,其实质是依据土地类型本身的生态适宜性及其结构格局的差异性,通过人工技术调控的方法,对有悖于自然生态结构的现状利用结构进行优化调整与安排,以寻求土地资源在产业间、地区间的合理利用结构与布局,从而达到土地利用系统功能趋优的目的[33]。土地利用/土地覆被变化与土地资源优化配置的关系、土地利用优化配置设计与应用等是这方面研究的重点[36,37]。

刘彦随按照土地资源优化配置目标的内在联系性,建立由空间分区模型、结构优化模型和微观设计模型等组合而成的系列模型,来进行土地利用优化配置设计[38]。何书金等根据对黄河三角洲主体东营市土地利用现状和变化特征的分析,提出了因地制宜、发挥优势、突出综合效益和保护生态环境的土地持续利用优化原则与目标,并按土地利用类型进行了土地持续利用约束分析,提出了退耕还林还牧、提高森林覆盖率、适当集中布局农村居民点、加大土地整理力度、适度开发滩涂、荒草地和盐碱地等土地持续利用结构优化配置方案[39]。根据对土地利用/土地覆被变化的影响因素、驱动机制、自然及社会影响等的分析以及对未来变化趋势的预测,人们可以有根据、有目的地对土地资源进行优化配置。这就不仅要考虑土地类型的适宜性,还要考虑当地的经济发展水平、所面临的主要问题、公众价值观念、传统习惯等方面的因素,不能一味只追求经济效益,或者不顾实际地强调生态效益。任6󰀁结语

综上所述,近期我国土地利用/土地覆被变化研究成果丰硕,但是,也应该认识到,目前的研究只是一个良好的开端。随着研究的深入,不少需要迫切解决的深层次问题也逐渐显现出来,比如,土地利用/土地覆被变化所导致的生态环境(如土壤环境、水环境、生物多样性、大气等)的变化与生态环境的反馈,对人类农业、工业生产活动和其他社会经济活动的影响,土地利󰀁90󰀁

地域研究与开发第25卷

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用/土地覆被变化的人文驱动机制,如何减弱和消除土地利用/土地覆被向对人类社会可持续发展不利的方向变化,通过正确的社会决策和措施引导其向良性发展等都是非常重要、非常复杂的,也是今后将要着力研究的问题。其中,人类活动与土地利用/土地覆被变化之间的相互影响和相互作用将是研究的重点,这些研究将为人类更好地认识自身活动与自然界的相互关系提供科学依据,促使人类决策和行为建立在人与自然和谐的基础上,促进整个人类社会的可持续发展。这对丰富我国土地利用/土地覆被变化的研究、推动我国科学研究的进步也是大有裨益的。参考文献:

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RecentProgressofStudies

onLandUseandLandCoverChangeinChina

WANGBing,ZANGLing

(HenanInstituteofLandSurveyingandPlanning,Zhengzhou450002,China)

Abstract:Landuseandlandcoverchange(LUCC)isaprocessthatnaturalandhumanfactorsinterrelateandinteractclosely,oneofthemostcomponentstoglobalenvironmentalchanges,whichalsoisthecommoncoreofthestudiesprojectofIGBPandIHDP.RecentlyyearsChinesescholarshavedonemanystudiesandgotalotofsignificantachievements.ThepaperreviewstherecentprogressoftheLUCCstudiesinChina,includingthemethodsofstudiesandtheirapplications,drivingmechanism,theimpactofLUCC,optimalallocationoflandresourcesandthescaleofstudies.

Keywords:landuseandlandcoverchange;drivingmechanism;optimalallocation;progressofthestudies