土地利用/覆盖变化对生态环境影响综述

landgod

土地利用/覆盖变化对生态环境影响综述

土地利用/覆盖变化(LUCC)是目前全球变化研究的核心课题之一。土地利用/覆盖变化包含两层含义:（1）转变。转变是指一种土地利用/覆盖类型向另一种土地利用/覆盖类型的转变，即土地利用/覆盖类型间的变化，例如农业用地转变为城镇用地；(2)转化。转化是指一种土地利用/覆盖类型内部发生变化，这种变化可能是密度的变化，也可能是功能的变化，例如，城镇用地中的住宅区变成了商业区。无论是在全球还是国家或区域的尺度上，土地利用的变化总是不断地导致土地覆盖的变化，土地覆盖变化又会引发一系列环境的改变。鉴于LUCC所引起一系列关系到全球变化的深刻问题，“国际地圈与生物圈计划”(IGBP)和“全球环境变化的人文领域计划”(HDP)于1995年联合提出了“土地利用/覆盖变化”(LUCC)研究计划，使LUCC研究成为全球变化研究的前沿和热点课题。在这样一个全球性重要课题的推动下，国内外学者在近几年对LUCC做了大量研究工作，充分探讨了LUCC过程和动力机制、LUCC类型与区域问题、LUCC环境效应等问题。

    1　土地利用/土地覆盖变化对生态环境影响的研究意义

    全球环境变化已成为世界性的焦点问题，在以此为中心的大量研究中，土地利用/土地覆盖变化(LUCC或LU/CC)具有特殊的重要意义。这是因为:在引起生态环境变化的众多驱动因素中，人类活动无疑具有举足轻重的作用。但是由于人类活动对于地球系统的影响机理异常复杂，很难予以直接揭示。所以人们从综合影响的角度出发，选择了最能表述这一过程的土地利用/土地覆盖变化机制，作为上述全球环境变化研究的切入点和立足点。LUCC不仅是人地相互作用过程的最终体现，也是地球表层系统最明显的景观标志。它的变化不仅对全球辐射平衡和能量流的改变产生了巨大深远的影响，而且对生物地球化学循环、水循环的改变和生态复杂度的影响也不容忽视。不仅如此，通过这些生态环境效应，LUCC还潜在地影响到全球食物保障和世界农林生产支持系统的可持续性。

    提高对土地利用变化人为驱动力的认识是首要的问题，作为联系人与自然的联系纽带的土地，土地利用方式与土地覆盖类型的变化是人类开发利用自然环境所带来的直接后果，是人类与各种自然和人文环境之间的关系在地表面的投影。当前，随着全球变化研究的深入，人们越来越认识到，人类活动作为主导因素所导致的土地利用/土地覆盖变化在全球环境变化过程中占据着十分重要的地位，在将来的数十年间，由土地利用/土地覆盖变化所带来的全球影响，要等于甚至大于潜在气候变化所带来的影响。因此，开展土地利用引起的地表覆盖状况变化的环境影响研究成为了LUCC计划研究的核心。

    2　土地利用/土地覆盖变化与生态环境的关系

    土地资源作为一种人类生存与发展最重要的自然资源，具有明显的自然生态与社会经济特性。一方面，土地资源是在一定区域自然环境条件下形成、演变与发展的，这些自然条件即是土地资源本身与土地利用/覆盖变化的影响因子；另一方面，有些自然条件也是直接构成土地资源的重要组成部分，因此土地资源被赋予了十分鲜明的自然特征。而土地资源的开发利用却离不开人类经济行为与社会活动的参与、影响、干预甚至干扰，更少不了以其为生存载体的生物资源及综合的生态环境的交互影响和作用。土地资源自然特性、社会特性和生态特性的综合与交融，决定了土地利用/土地覆盖变化的调控是一项复杂的、综合的系统工程。

    人类社会历史的发展已经证明，人类对土地的开发利用经历的是一个从自发向自觉、从盲目向科学的转变过程。从我国来看，在实行社会主义市场经济体制的今天，由于在引进市场机制过程中存在一些市场调控的盲目性、局限性与滞后性等弊端，再加上土地资源本身有稀缺、不可再生、不能移动的特点以及我国人多地少、后备土地资源不足的严峻形势，而人们在开发利用土地资源的过程中仍然不可避免地会出现一些土地利用的不合理行为，其结果不仅影响到土地资源的有效合理利用，也妨碍了我国社会经济的正常有序发展。因此，进行宏观调控，以达到对土地资源的合理利用已是十分的必要与紧迫。

    土地利用是人们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。人类的发展史也就是人类对土地资源的开发利用史，土地利用变化通常会导致土地覆盖的变化，进而对生态环境发生影响，导致生态系统结构和功能的改变；反之，生态环境的变化又会在很大程度上影响到土地利用/覆盖的变化。

    3  国际土地利用/覆盖变化对生态环境影响研究的主要内容

    土地利用/土地覆盖变化研究在未来几十年里无疑将成为全球变化研究的重点之一。从一些国际及国内主要的研究计划中制定的未来发展战略中即可略见端倪。从中可以看出，全球土地利用/土地覆盖变化的环境影响研究的重要地位和发展方向。

    3.1　美国生态学会提出的研究内容

    美国生态学会于1988年确定了本世纪最后10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(SustainableBiosphereInititative:SBI)，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。其主要研究问题中包含有土地利用变化研究，“通过理解土地变化如何改变生态过程来确定土地利用变化的生态后果”，研究内容包括:①个体、种群、生态系统对干扰的尺度、频率、模式及类型的反应如何？②土地利用变化改变了碳、氮等微量气体向大气中的释放，群落的种类组成将如何改变？③土地利用变化怎样影响了生物地球化学过程及微量气体的释放？④土地利用变化对人类种群结构的影响如何？土地利用模式与水质的关系如何？⑤景观片断化或景观破碎对局地和区域多样性的影响如何？

    3.2　IGBP和IHDP的研究内容

    IGBP和IHDP共同制定的《土地利用/土地覆盖变化科学研究计划》中提出3个研究重点:①土地利用动态。通过区域性个例的比较研究，提高人类对土地利用动态变化管理的理解力，建立区域性的土地利用变化模型；②土地覆盖动态。主要通过遥感图像分析，了解过去20年内土地覆盖的空间变化过程，并将其与驱动因子联系起来，建立解释土地覆盖时空变化和推断未来10～20年的土地覆盖变化的经验性诊断模型；③建立区域和全球尺度的模型。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/土地覆盖变化动态模型，根据驱动因子的变化来推断土地覆盖未来(50～100年)的变化趋势，为制定相应对策和全球环境变化研究任务提供可靠的科学依据。

    3.3　国际应用系统分析研究所(IIASA)提出的研究内容

    国际应用系统分析研究所提出了其LUCC科学研究计划的结构，将土地利用/土地覆盖变化研究集中在3个方面:①土地利用动力学——案例研究的比较分析；②土地覆盖模式——直接观测与空间分析；③区域与全球模型——用于综合评价的框架。在土地利用变化研究中，强调土地利用变化的质变与量变，人类作用的程度及其影响；在土地覆盖变化研究中，强调变化的表面特征、能流与物流、生物地球化学循环、水循环以及变化的影响；在土地利用/土地覆盖动态变化模拟研究中，主要包括土地生产模型、土地覆盖及环境影响模型、土地利用分配模型、经济模型等的综合，在此基础上进一步发展由人口模型及人类行为与法律共同综合而成的区域、全球土地利用/土地覆盖模型系统。

    3.4　美国国家研究委员会(NRC)提出的研究内容

    美国国家研究委员会(NationalResearchCommittee:NRC)在其全球变化和陆地生态系统研究所列重点问题中提出涵盖有全球土地利用/土地覆盖变化的研究项目:①全球变化如何改变生物多样性?生物多样性改变对生态系统产生什么样的影响?②全球变化如何影响水循环和地表能量的相互作用?③全球变化如何影响水、养分和物质由陆地向淡水生态系统和海洋流动的生物学控制?④根据已知的土地利用、干扰条件和气候的变化，研究管理生态系统和自然生态系统未来的分布和结构。

    3.5　多学科地球研究办公室

    多学科地球研究办公室(OfficeforInterdisciplinaryEarthStudies:OIES)于1994年由其一个研究组提出土地利用/土地覆盖变化研究框架，综合介绍了其未来研究方向。其涉及到局地、区域、全球三个空间尺度，包含植被、土壤、气候、社会政治、经济等诸多方面，是一个综合性的研究框架。

    4  土地利用/覆盖变化中生态环境信息的研究方法

    土地利用/覆盖变化的研究主要以模型方法为主。土地利用/覆盖变化模型是将复杂的、现实的土地利用/覆盖变化进行简单、抽象和结构性的处理，用以研究土地利用/覆盖变化过程、驱动力机制、变化影响及变化趋势。由于土地利用/覆盖变化研究拥有上百年的发展历史，所以相关的土地利用/覆盖变化模型的门类和数量已经相当可观，模型研究的内容也涉及到土地利用/覆盖变化研究的各个方面。土地利用/覆盖变化模型大致可以分为六大体系1)土地利用/覆盖变化经济统计模型体系；(2)土地利用/覆盖变化空间交互模型体系；(3)土地利用/覆盖变化优化模型体系；(4)土地利用/覆盖变化整合模型体系；(5)土地利用/覆盖变化描述模型体系；(6)土地利用/覆盖变化其它应用模型。

    各种自然和人文因素的综合作用导致了区域土地利用/覆盖格局的变化，这种变化必然导致相关自然和人文过程的改变，带来复杂的生态环境影响。因此，区域土地利用/覆盖变化的信息处理是一个十分复杂的问题。从处理的进程和使用的方法上看，区域土地利用/覆盖变化的信息处理基本上应该包括信息的测量，信息的初步处理和信息的综合处理3个部分。其中，信息的测量是研究的基础，重点是保证所得到信息的准确性和可靠性；信息的初步处理是研究的桥梁，重点是保证信息的清楚，定量，以认识区域土地利用/覆盖变化的格局特征和演变规律；信息的综合处理是研究的关键，重点是综合各种辅助信息，建立合理的区域土地利用/覆盖变化模型，以揭示土地利用/覆盖变化对各种生态环境变化过程的影响。

    基于“3S”技术的区域土地利用/覆盖变化信息处理，已经成为了定量和深入研究区域土地利用/覆盖变化的重要基础。本文从信息处理进程和方法的角度，建立了一个基于“3S”技术的区域土地利用/覆盖变化信息处理基本模式有三种:

    (1)在进行区域土地利用/覆盖变化测量时，关键是要排除干扰因素，选择合适的动态监测方法，以保证所得信息的准确性和可靠性。同时，随着遥感高分辨率，高光谱数据的逐渐丰富，很有必要积极探求新的动态监测方法，以充分利用这些遥感数据，获得更可靠有效的区域土地利用/覆盖变化信息。

    (2)在进行区域土地利用/覆盖变化信息初步处理时，关键是利用各种手段，在测量信息的基础上，解决对区域土地利用/覆盖格局特征和演变规律的认识问题，它在区域土地利用/覆盖变化信息处理中起着承上启下的桥梁作用。

    (3)在进行区域土地利用/覆盖变化信息综合处理时，应该充分认识到遥感信息的局限性，利用模型合理有效地集成各种辅助信息进行综合处理，以实现从格局到过程的转变。在“社会化像元和像元化社会”思想的指导下，开展多学科的交叉研究是今后土地利用/覆盖变化研究的发展趋势。

    5　研究展望

    近年来，国际上对土地利用/土地覆盖变化的研究已经取得了一定的进展，但是由于以IGBP-IHDP的LUCC计划为代表的国际土地利用/土地覆盖变化研究计划所研究的重点是对变化机制的研究，使得有关土地利用/土地覆盖变化对生态环境的影响至今尚未得到全面、充分的研究。在今后的若干年之中，随着土地利用/土地覆盖变化日益成为影响全球环境变化的主导因素，尤其是对生态环境有很大的影响，有必要加强研究。在研究中，首先要对有关土地利用/土地覆盖变化对生态环境的影响进行全面的了解，在此基础上，结合遥感、GIS技术与数理手段对这种影响进行量化，并定量地确定出由此所造成的对生态系统稳定性以及生态安全的影响。同时，为了适应“从全球到区域，从自然到人文”新的研究动向，在今后的研究中，应该将人文的因素加入到相关的研究之中，并将研究尺度集中于区域的尺度上，进行综合集成，以期使相关研究得以更深入地开展。

    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、创新。如在全球范围内如何实现土地利用/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；各个国家与地区如何相互协调构筑土地利用/土地覆盖变化案例研究的全球战略框架；以及遥感、GIS技术与数理统计、传统的社会经济研究手段的相互结合等。但是，在认识和预测人类对整个地球生态系统影响的过程中，目前最为关健性的障碍是:缺乏全面和综合的人地关系相互作用理论。理论的作用在于对已有试验结果的解释和对新的结果的预测。土地利用/土地覆盖变化研究根植于人地关系理论之中。到目前为止，尽管某些特殊的人地关系或者人地相互作用过程在土地利用理论体系中得到了一定的研究，如农户经济学、农民行为学、土地配置、技术革新、土壤肥力、与土地资源管理紧密相关的政治体制、国际国内市场等方面的研究均涉及到了人地关系的理论。但是这些分散的理论需要系统的归纳与总结，形成综合的人地关系相互作用理论体系。