第九章土地利用／土地覆被变化.ppt

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第九章土地利用土地覆被变化,第一节土地利用/土地覆被变化概述,一、概念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地利用/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；主要表现为土地用途转移和土地利用集约度的变化，侧重于土地的经济属性；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，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。

土地利用/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。

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。

土地覆被变化现象也是形形色色的，可归纳为三种：

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；,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、草地改良、森林抚育、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。

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程来分析。

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，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类的属性却会大不一样。

同样是林地利用，却可能用作公园，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，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/土地覆被是至关重要的。

二、主要研究内容20世纪90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LUCC作为研究内容，对人类在全球变化中所起的作用进行研究。

国际地圈生物圈计划（IGBP）和全球环境变化中的人文领域计划（IHDP）于1995年联合提出了“土地利用和土地覆被变化”（Landuseandlandcoverchange，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热点课题。

1.LUCC研究的基本问题和重点领域LUCC计划研究的基本目标是提高对全球土地利用/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IGBP和IHDP提出了LUCC研究计划需要面对的基本问题包括：

（1）近300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些人为因素的影响?

（3）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/土地覆被及其变化的?

（6）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/土地覆被本身变化，LUCC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、土地利用/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。

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/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主要通过遥感图像分析，了解过去20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，建立解释土地覆被时空变化和推断未来1020年的土地覆被变化的经验型诊断模型；（3）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门在内的土地利用/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（50100年）的变化趋势，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研究、尺度动态研究等，前者包括建立一套土地利用/土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；后者力图认识各种不同尺度下的LUCC研究过程以及研究中的不同尺度分析，排除进行LUCC综合认识的主要障碍。

该项研究试图确定指导LUCC努力的主要规范，从而提高三个研究重点的整体性。

由于土地利用/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变化的预测模型起关键作用，是LUCC研究的焦点。

2.LUCC与全球环境变化及可持续发展LUCC研究还关注土地利用/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：

（1）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。

（2）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地利用/土地覆被的影响，以及土地利用/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/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种环境条件假设的模型模拟进行。

（3）土地利用/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。

三、研究进展大量的LUCC研究工作主要包括监测（Detection）、解释（Explanation）和效应（Impact）。

1.LUCC的监测LUCC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立。

LUCC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12km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/土地覆被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表现在以下三个方面：

全球对地观测体系的建立理论与方法取得进展成功地开展了一些具体工作,

（1）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（NASA）对地观测计划（EOS）、日本/美国的热带降雨量测计划（TRMM）、欧洲空间局（ESA）的极轨平台计划（POEM）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，这为当前的LUCC研究提供了坚实的信息获取基础。

（2）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，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元调整和归并至所需土地利用/土地覆被系统中。

（3）成功地开展了一些具体工作。

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NOAA/AVHRR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星数据Landsat/MSS和Landsat/TM为主。

目前人们可以采用航片、IKONOS、SPOT、TM/MSS、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的数据进行不同尺度和空间范围的LUCC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的探测。

基于MSS和TM多波段影响计算的AVDI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其它重要参数则没有理想的反映。

因此LUCC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，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地覆被信息。

分类体系的研究是LUCC计划制定之初就考虑到了的重点内容。

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/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。

由于问题的复杂性，LUCC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土地利用/土地覆被变化全球变化区域响应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。

长期以来，人们从不同的目的出发，构造了许多有关LUCC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释；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。

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、土地需求量预测模型）；回归模型