土地利用覆被/變化（LUCC）研究進(jìn)展

摘 要：土地利用/覆被變化（LUCC）研究一直是全球變化研究的熱點(diǎn)。從LUCC相關(guān)概念入手，對(duì)LUCC的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)歸納，得到結(jié)論：國(guó)外LUCC領(lǐng)域的研究啟動(dòng)早、覆蓋面廣且研究較為深入，中國(guó)LUCC研究主要集中在時(shí)空變化、驅(qū)動(dòng)機(jī)制、生態(tài)環(huán)境效應(yīng)及模型模擬研究四個(gè)方面，加強(qiáng)區(qū)域性研究、提高模型的實(shí)用性仍是中國(guó)今后LUCC領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：LUCC; 時(shí)空演變; 模型模擬

中圖分類(lèi)號(hào)：F301.24 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-291X（2012）19-0142-03

土地利用/覆被變化（LUCC）研究是全球變化研究的核心主題之一[1]，其研究成果對(duì)于實(shí)現(xiàn)區(qū)域土地可持續(xù)利用有著至關(guān)重要的意義。

一、LUCC相關(guān)概念

土地覆被（Land Cover）曾被IGBP（國(guó)際地圈與生物圈計(jì)劃）和IHDP（全球環(huán)境變化人文計(jì)劃）定義成人類(lèi)活動(dòng)和自然過(guò)程共同作用后在近地面層及地球陸地表層所形成的自然狀態(tài)[2]，其他組織機(jī)構(gòu)和學(xué)者也給出了其他定義，但其內(nèi)涵均包括：（1）其本身是由植被、土壤和陸地表面的水體等構(gòu)成；（2）其是構(gòu)成陸地生物圈的重要成分[3]。

土地利用（Land Use）于1985年被世界糧農(nóng)組織（FAO）定義為土地利用是由自然條件與人的干涉所決定的土地功能[4]，但目前應(yīng)用較廣的定義是：人類(lèi)所進(jìn)行的一切有目的開(kāi)發(fā)利用土地資源的行為活動(dòng)的總稱(chēng)，如耕地、林地、牧草地、建設(shè)用地等都是不同的土地利用類(lèi)型[1]。

可見(jiàn)，土地覆被和土地利用間具有巨大的關(guān)聯(lián)性，前者的變化作用于后者，而后者又是造成前者變化的最重要影響因素，其二者共同構(gòu)成了土地的社會(huì)、自然雙重屬性。

二、LUCC國(guó)外研究進(jìn)展

1990年全球變化研究委員會(huì)最早提出了一個(gè)全球性LUCC研究框架。國(guó)際上真正意義上的LUCC研究開(kāi)始于1992年，聯(lián)合國(guó)在“21世紀(jì)議程”中明確提出將加強(qiáng)LUCC研究作為21世紀(jì)工作的重點(diǎn)[5]。1994年，聯(lián)合國(guó)環(huán)境署（UNEP）啟動(dòng)了LCAM（土地覆被的評(píng)價(jià)與模擬）項(xiàng)目。次年，國(guó)際科學(xué)聯(lián)盟組織的IGBP與國(guó)際社會(huì)科學(xué)聯(lián)盟組織的IHDP發(fā)起一項(xiàng)名為“土地利用/覆被變化（LUCC）”的研究計(jì)劃，并發(fā)表兩個(gè)綱領(lǐng)性文件，即“LUCC研究計(jì)劃”（1995）和“LUCC執(zhí)行戰(zhàn)略”（1999）[6]。IIASA（國(guó)際應(yīng)用系統(tǒng)與分析研究所）也在同一年開(kāi)展了“歐洲和北亞的LUCC模擬”研究。1996年，美國(guó)開(kāi)展了洲際尺（北美洲）的土地覆被變化研究，主要涉及土地覆被（主要是森林）變化監(jiān)測(cè)及土地覆被變化與溫室氣體排放關(guān)系的研究。2003年，IGBP進(jìn)一步提出了土地計(jì)劃項(xiàng)目的研究重點(diǎn)并提煉了相關(guān)科學(xué)問(wèn)題[7]。2005年，IGBP和IHDP又聯(lián)合推出了全球土地計(jì)劃（Global Land Project，GLP）。該科學(xué)計(jì)劃是全球變化與陸地生態(tài)系統(tǒng)（GCTE）研究計(jì)劃和LUCC研究計(jì)劃的綜合，其研究目標(biāo)是量測(cè)、模擬和理解人類(lèi)—環(huán)境耦合的陸地生態(tài)系統(tǒng)[8]。

IGBP與IHDP在《LUCC研究計(jì)劃》中提出了LUCC的三項(xiàng)研究重點(diǎn)（見(jiàn)下頁(yè)圖1）：（1）從案例比較角度研究土地利用變化機(jī)制；（2）土地覆被變化機(jī)制研究，尤其是其直接觀測(cè)、診斷模型的研究；（3）區(qū)域和全球模型的研究。

國(guó)際上按照研究目的、方法以及研究區(qū)域等方面的差異，將LUCC領(lǐng)域研究分成三種學(xué)術(shù)流派，即北美流派、歐洲流派及日本流派[10]。從宏觀角度出發(fā)是北美學(xué)術(shù)流派的特點(diǎn)，其研究側(cè)重大尺度上（如全球）的LUCC狀況及其與全球變化之間的關(guān)系；基于福利分析（Welfare Analysis），歐洲流派重視對(duì)土地資源與食品政策的分析，并進(jìn)行相應(yīng)的情景模擬研究；數(shù)量及經(jīng)濟(jì)學(xué)模型是日本流派的研究?jī)?yōu)勢(shì)，其更側(cè)重對(duì)研究區(qū)的定量研究與預(yù)測(cè)。

三、LUCC國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

中國(guó)科學(xué)家在全球LUCC計(jì)劃和全球土地計(jì)劃的發(fā)起與組織實(shí)施過(guò)程中發(fā)揮過(guò)重要作用。早在1988年的第二十一屆ICSU大會(huì)上，葉篤正等人就提出要將土地利用引發(fā)的全球環(huán)境問(wèn)題作為除溫室氣體以外的另一類(lèi)重大問(wèn)題加以重視，這一提議在一定程度上促成了LUCC計(jì)劃的形成與發(fā)展[11]。從相關(guān)中文數(shù)據(jù)庫(kù)中（CNKI、萬(wàn)方、維普）文獻(xiàn)可看出，國(guó)內(nèi)LUCC研究熱潮始于1996年，在已有的LUCC研究中，主要體現(xiàn)在以下四個(gè)環(huán)節(jié)：LUCC時(shí)空變化、LUCC的驅(qū)動(dòng)機(jī)制、LUCC的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)以及LUCC的模型模擬研究。

1.LUCC時(shí)空變化研究。LUCC時(shí)空變化研究分?jǐn)?shù)量變化和空間變化兩個(gè)層面：在數(shù)量方面，主要通過(guò)動(dòng)態(tài)度、土地利用程度綜合指數(shù)等指標(biāo)來(lái)分析LUCC的變化速度和幅度等數(shù)量特征[12～13]；在空間變化上，主要借助遙感影像，獲取LUCC動(dòng)態(tài)信息，并借助GIS的空間疊加分析功能定量、定位確定區(qū)域單元土地利用類(lèi)型的變化，計(jì)算各個(gè)時(shí)期土地利用類(lèi)型的轉(zhuǎn)換矩陣，用以確定土地利用類(lèi)型相互之間的轉(zhuǎn)換情況[14～15]。

2.LUCC驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究。LUCC驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究是LUCC研究的焦點(diǎn)[3]，對(duì)于揭示LUCC的基本過(guò)程、驅(qū)動(dòng)原因、未來(lái)變化預(yù)測(cè)、及相應(yīng)政策的制定都起到關(guān)鍵作用[16]。在中國(guó)，基于經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)的模型仍是LUCC時(shí)空過(guò)程驅(qū)動(dòng)機(jī)理分析的主導(dǎo)路徑。該模型包含的方法有主成分分析法、灰色關(guān)聯(lián)度分析法、逐步回歸法、典型相關(guān)分析法、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法、空間統(tǒng)計(jì)模型及非線性回歸模型等[17～26]，主要側(cè)重于研究LUCC時(shí)空過(guò)程與各種社會(huì)經(jīng)濟(jì)和自然驅(qū)動(dòng)因子之間的關(guān)系，通過(guò)提取LUCC時(shí)空過(guò)程主要驅(qū)動(dòng)因子，解釋LUCC時(shí)空過(guò)程的原因。同時(shí)，在研究個(gè)案的選擇方面，人文和自然驅(qū)動(dòng)因素活躍的熱點(diǎn)地區(qū)（如蘇州、無(wú)錫、常州等），及人口、資源、環(huán)境、發(fā)展協(xié)調(diào)欠佳的生態(tài)脆弱區(qū)（如河西走廊、北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶、干旱區(qū)等）皆為研究的重點(diǎn)區(qū)域[27]。

3.LUCC生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究。土地利用通過(guò)改變地表土地覆被狀態(tài)而影響周?chē)鷳B(tài)環(huán)境，是全球環(huán)境變化的一個(gè)“源”。現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)LUCC環(huán)境效應(yīng)的研究包括全球性系統(tǒng)變化和區(qū)域性累積變化兩個(gè)方面。在全球性系統(tǒng)變化研究方面，李克讓等通過(guò)研究認(rèn)為L(zhǎng)UCC對(duì)氣候影響的生物物理反饋主要因?yàn)楦淖兞说乇砉鈱W(xué)特性、粗糙度和水文循環(huán)而影響了地面與大氣間輻射、熱量動(dòng)量和水分交換，而生物地球化學(xué)反饋則因?yàn)樯鷳B(tài)系統(tǒng)碳和養(yǎng)分循環(huán)的變化影響了地面與大氣間交換溫室氣體和氣溶膠并導(dǎo)致氣候變化[28]；區(qū)域環(huán)境效應(yīng)的研究集中在LUCC對(duì)水土流失、土地荒漠化、生物多樣性、農(nóng)業(yè)自然災(zāi)害災(zāi)情、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值、景觀生態(tài)效應(yīng)、局地氣候與環(huán)境質(zhì)量等[28～35]。研究表明，生態(tài)環(huán)境受制于土地利用，而土地利用合理往往會(huì)產(chǎn)生良好的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。

4.LUCC模型模擬研究。LUCC模型模擬是現(xiàn)國(guó)內(nèi)LUCC研究的重要組成部分，其涉及到的模擬模型主要有MAS/LUC（Mufti-Agent Sys-tem for Land-Use/Cover Change）模型、元胞自動(dòng)機(jī)模型（CA）和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。（1）MAS/LUC模型。該模型由元胞模型和Agent模型兩部分組成，前者的作用是模擬自然因素，而后者是對(duì)人類(lèi)決策過(guò)程的模擬，為土地利用決策行為提供了一個(gè)新的研究思路[36]。（2）CA模型。元胞自動(dòng)機(jī)（Cellular Automata，簡(jiǎn)稱(chēng)CA）是一種自下而上的動(dòng)態(tài)模擬建?？蚣?，具有模擬地理復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)空演化過(guò)程的能力，也能表現(xiàn)出區(qū)域的環(huán)境條件、周?chē)耐恋乩妙?lèi)型以及土地利用類(lèi)型之間的相互作用關(guān)系[37]。（3）系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（System Dynamics，SD）模型。該模型以系統(tǒng)論、信息論和控制論為理論基礎(chǔ)，從宏觀方面研究土地利用系統(tǒng)，反映該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和行為之間的相互作用關(guān)系，可以觀察預(yù)測(cè)不同情景下系統(tǒng)的變化規(guī)律，從而為決策提供依據(jù)，該模型尤其適用于研究對(duì)象數(shù)據(jù)不足的情況[38]。

四、結(jié)語(yǔ)

雖然近十多年來(lái)，中國(guó)相關(guān)學(xué)者在LUCC領(lǐng)域做了大量的研究，也積累了不少經(jīng)驗(yàn)，但與國(guó)外相比仍有差距。如何將模型與區(qū)域研究有效結(jié)合、提高研究結(jié)論的實(shí)用性是中國(guó)今后LUCC領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。

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Study on the Research Situation of Land Use/Cover Change

YU Hui-rong，PU Chun-ling

（Department of Land and Resources，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China）

Abstract：Land Use/Cover Change is the focus of global change study.This paper first figures out the concept of LUCC，and then summarizes the research situation of LUCC.The result comes out as follows：the foreign research of LUCC starts early，and has a much broader and deeper study，while the domestic research of LUCC focuses on spatial-time changes，driving forces，eco-environmental effects and the modeling.Strengthening its regional study and improving the practicality of the model are still the concentration of LUCC.

Key words：LUCC；spatial-time changes；modeling[責(zé)任編輯 吳明宇]