国际LUCC研究发展趋势综述

**********************装********************订********************线****新疆大学研究生课程考试（查）论文2014—2015学年第一学期《国际LUCC研究发展趋势综述》国际LUCC研究发展趋势综述摘要：在对土地利用/覆被变化(LUCC)的最新研究进展进行综述的基础上，总结分析了LUCC研究的主要方向及关键问题。国际对LUCC的研究主要包括4个方面：①LUCC的状况研究、②LUCC的驱动力及驱动机制研究、③LUCC的效应与作用机制研究、④LUCC的模型模拟与土地可持续利用研究。LUCC研究的基础在于数据的来源及整合，难点在于尺度的转换，焦点是模型的建立和完善。关键字：LUCC；国际；研究进展SummaryaboutthedevelopmenttrendofinternationalresearchonLUCCBianYingying(InstituteofResourcesandEnvironmentScience，XinjiangUniversity，Urumqi830046)Abstract：Basedonasystematicsummaryoftheresearchprogressinlanduseandlandcoverchange(LUCC)summarizedthemaindirectionsofresearchonLUCCandkeyissues.InternationalresearchonLUCC4mainparts:LUCCstudy,IIofLUCCdrivingforcesanddrivingmechanismresearchin,andaimateffectandmechanismstudyonLUCC,LUCCsimulationandstudyonlandsustainableutilizationmodels.LUCCresearchisbasedonthesourcesofdataandintegration,conversionofthedifficultyscale,thefocusistheestablishmentandperfectionofamodel.Keywords:LUCC;International;Researchprogress20世纪中期以来,随着人口激增、环境污染降、能源和资源短缺等诸多全球性重大问题的出现,世界正面临非常严峻的环境问题。土地利用/覆被变化(LanduseandLandcoverchange，简称LUCC)，对区域可持续发展和全球变化产生着较大的影响，在一些区域已经成为生态环境变化的主要原因[1]。随着全球环境变化研究的深入和发展，土地利用/覆被变化（LUCC）研究愈来愈受到重视。1990年，美国国家研究委员会（NRC）的全球变化委员会最早提出了一个全球性LUCC研究框架。1995年，国际地圈-生物圈计划（IGBP）和国际全球环境变化人文因素计划（IHDP）联合提出“土地利用/覆被变化（LUCC）”研究项目，自那时以来，土地利用/覆被变化（LUCC）迅速成为全球变化研究的前沿和热点话题[2]。国际上开展了一系列以土地利用/覆被变化为主题的研究计划和项目，以探究土地利用/覆被变化的机制、效应与预测。国际上开展的项目主要有：国际应用系统分析研究所（IIASA）确立的以欧洲和亚洲北部为主要研究区域的土地利用/覆被变化的LUC项目；联合国粮农组织（UN/FAO）开展的土地利用分类项目；国际卫星对地观测委员会（CEOS）提出的全球森林和地表覆被动态监测项目；国际地理学联合会（IGU）开展的土地利用与土地覆被变化研究项目等[3]。此外，还有日本对亚太地区土地利用/覆盖情况进行可持续研究所做的LU/GEC项目，美国国家航空航天局（NASA）的土地利用/覆被变化研究项目、中国科学院和农业部组织实施的“八五”重大应用研究项目“国家资源环境遥感宏观调查和动态研究”、农业部计划司项目“我国农业土地利用/覆被变化与21世纪的粮食安全”、国家自然科学基金重大项目、国土资源部组织实施的国家“十一五”科技支撑计划重点项目、“区域土地资源安全保障与调控关键技术研究”项目、2010年启动的由中国科学院地理科学与资源研究所主持的“973”计划全球变化研究重大科学研究计划“大尺度土地利用变化对全球气候的影响”项目、《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》所确定的国家科技重大专项“高分辨率对地观测系统”等[4]。随着国际上土地利用/覆被变化研究项目的顺利开展与实施，以及取得了大量的研究成果，研究内容也从全球气候变化效应研究扩展到不同空间尺度的土地利用/覆被变化过程、驱动机制以及资源生态和环境效应影响的研究等诸多方面。主要体现在四个方面：①LUCC的状况研究、②LUCC的驱动力及驱动机制研究、③LUCC的效应与作用机制研究、④LUCC的模型模拟与土地可持续利用研究[2;5-8]。1.LUCC的状况研究早期的土地利用/覆被变化（LUCC）研究主要集中于动态信息的获取、分类、制图。1970年以前，土地利用/覆被数据大多来自历史资料统计。20世纪80年代以来，随着RS和GIS在土地调查中的广泛应用，土地利用/覆被的动态监测蓬勃发展，不断有全国尺度和区域尺度LUCC图问世。随着研究的深入，LUCC的研究也逐步从数量、质量变化研究转向空间格局分析。土地空间格局及其变化特点是土地利用/覆被研究中的一个重要方面[9]。对土地利用/覆被现状特点的分析及动态变化的监测是深入研究其变化机制及驱动因子的必要前提和基础，因此该领域在LUCC研究中开展较早。例如瑞典从1972年起开始在非洲进行荒漠化和植被动态监测，对该地区土地利用和土地覆被变化进行了长期的研究[10]。通过长期的历史资料整理及近些年遥感技术的广泛应用，全球大部分区域对其土地利用/覆被变化状况均有了较为系统的认识，且已经逐渐步入定量化的阶段，主要成果包括绘制成各种土地利用类型图、植被覆盖类型图等。国际上该领域的主要项目包括：联合国环境署亚太地区环境评价计划于1994年启动的“土地覆被评价和模拟”项目，旨在调查东南亚地区土地覆被的现状和变化。该项目采用美国宇航局高分辨率雷达影像和1：100万比例尺进行区域土地覆被制图和监测，已取得不少成果[11]。美国与欧洲空间署等国际组织合作开展的高分辨率雷达监测土地覆被变化和季节性植被状况项目，并利用该遥感信息编制了全球土地覆被图，进行了全球植被分类和生物量估算工作[12]。国内实现了全国范围的土地利用调查并建立了相应的技术系统，有学者利用土地利用程度指数和植被指数等指标，采用GIS工具和数学模型方法，对我国土地利用/土地覆被的状况进行分析[13;14]。2.LUCC的驱动力及驱动机制研究土地利用系统是极其复杂的，需要从多个学科进行分析。早期研究土地利用/覆被变化驱动力及驱动机制时，主要集中在自然因素（如海拔，坡度或土壤类型），多采用定性分析法。现在影响土地利用/覆被变化的驱动力主要包括生物物理和社会经济两方面因素[15]。生物物理驱动力包括自然环境的特征及气候变化、土壤过程、植被演替和自然界存在的周期性干扰等自然过程，主要体现在全球尺度和大区域尺度等尺度上；而社会经济驱动力则主要体现在小区域尺度上。根据IHDP的研究报告，可将社会经济驱动力分为直接因素和间接因素，其中间接因素主要包括人口变化、富裕程度、技术发展、政治经济、政治结构、观念与价值6个方面，它们通过土地产品的需求、土地的投入、土地利用的集约化程度、土地权属、土地政策以及对土地资源保护的态度等直接因素使土地利用与土地覆盖发生改变。栾福明等选取2001—2011年的相关数据,采用因子分析、相关性分析的方法对乌鲁木齐市土地利用/土地覆被变化及社会人文因素进行分析。表明随着全球城市化进程加速，人口快速增长，农业化、工业化等社会经济活动的不断推进，人为驱动因子较自然驱动因素更具研究价值[8]。最常用的是数理统计法，该方法主要包括多元回归分析、主成分分析、logistic回归分析，灰色关联度分析及灰色模型、典型相关分析、典范对应分析等。国际应用系统分析研究所启动的“欧洲和北亚土地利用/土地覆被变化模拟”项目中，建立的土地利用模型强调了社会经济要素的驱动作用，将土地资源、人类利用和经济因素纳入模型核心部分，并充分考虑了各种自然条件和人口流动、生活方式以及城市化对土地利用的影响，预测该区域未来6年土地利用/土地覆被的变化趋势[16]。土地资源性质驱动因素方面，国际上的若干案例研究表明，在土地资源和土地利用/土地覆被变化之间有着复杂的关系，并非简单的线性相关，具有很大的区域差异性，而且随时间尺度的变化，驱动机制也不尽相同[17]。因此有学者提出，全面认识LUCC驱动因子的作用机制，必须在全球范围内，在不同的区域类型与空间尺度上进行土地利用/土地覆盖变化的案例研究，通过案例比较及描述模型(例如库茨涅兹环境曲线)的建立，对LUCC驱动因子进行综合研究[2;18]。3.LUCC的效应与作用机制研究土地利用/覆被变化影响着物质能量的迁移与转化，对土壤、大气、水环境、生态环境等产生了重大影响，导致生态环境的变化，研究这期间所发生的变化过程、机理和变化结果是LUCC的效应与作用机制研究的主要内容[19]。LUCC对土壤的环境效应主要表现为土壤侵蚀（水蚀、风蚀）、土壤化学退化（土壤污染、盐碱化、水浸、酸化等）、土壤物理退化如土壤紧实等。国际上相关的研究主要有：土壤退化评价指标及分级标准体系的建立；土壤退化过程、机理、影响因素及模拟预测的研究；从社会经济学的角度研究土壤退化对土壤质量及其生产力的影响[17;20]。LUCC对大气的环境效应主要表现在对气候、空气组分、质量等的影响。翟俊等，利用“观测减去再分析(OMR)”方法拆解出土地覆被对气温变化的单独贡献，借助Sen趋势与Mann-Kendall非参数检验计算方法分析了内蒙古地区1980—2010年间不同土地覆被类型，以及不同土地利用方式对气温及其变化趋势的影响。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。国际上关于LUCC对水质的影响，主要从点源和非点源污染来研究的。而LUCC造成的非点源污染则是近年来的研究重点。例如，Javi,S.T.等利用地理加权回归模型对伊朗平原的地下水量和土地利用变化的时空变化的关系进行了研究，结果表明有三个时间序列的GLC和GWD和在不同地区的土地利用类型之间的显着差异。GWR结果可以帮助决策者对未来的规划作出适当的决定[21]。Cai,C.X.研究了南京仙林新城镇湿地水环境的氮、磷在不同的LUCC结构下，呈现出不同的季节性变化[22]。荣洁等利用太湖流域河网水量模型进行了土地利用/覆被变化的水文响应研究，分析了太湖流域19902000年与20002006年间的土地利用/覆被变化及其对水位过程的影响[23]。这些研究对城市化建设中的防洪减灾有重大意义。LUCC对生态环境的效应主要表现为生物多样性降低、生态功能退化。Kadiogullari,A.I.评估了土地利用和土地覆盖变化对土耳其东北森林生态系统的影响，发现由于过度放牧、非法采伐，导致研究区景观结构发生了显著的变化[24]。张琨借助RS和GIS技术并结合实地调查获取研究区LUCC的时间序列数据，通过对土地利用变化及相互转移分析对黄河三角洲的生态环境脆弱性进行了评价[25]。4.LUCC的模型模拟与土地可持续利用研究建立LUCC模拟和预测模型并提出土地可持续利用的对策，一直是LUCC研究的重点和难点。国内外学者构建了诸多土地利用模型，目前，国际上土地利用变化模型呈现多样化：空间模型与非空间模型、经验统计模型和概念机理模型、综合模型等[7]。早期由于受到数据来源的限制，LUCC模型多为非空间模型，如SALU模型，侧重于分析LUCC的变化数量和变化速率特征；近10年来，随着计算机技术、遥感和GIS技术的广泛应用，考虑LUCC空间格局特征和