第7章土地變化

教學內容與重點：

土地變化科學、土地利用/土地覆被變化的概念，土地利用/土地覆被變化的驅動力與環境效應。

參考教材：蒙吉軍《綜自》7.1.1土地變化科學概述

人類活動改變了自然地理環境,全球土地變化是引起全球變化的主要原因。1984年，全球變化大會在加拿大渥太華召開，全球變化科學受到國際關注。1995年國際地圈—生物圈計劃（IGBP）和全球環境變化中的人文領域計劃（IHDP）聯合提出了“土地利用和土地覆被變化”（Landuseandlandcoverchange，LUCC）的10年研究計劃，使LUCC研究成為全球變化研究的前沿和熱點課題。§7.1土地利用與土地覆被變化

2002年，IGBP和IHDP在總結LUCC研究計劃的基礎上，頒布了今后10年土地研究計劃-IGBPⅡ,將LUCC研究計劃的重點轉向與其他研究領域的綜合（尤其強調GCTE(GlobalChangesinTerrestrialEcosystemsProject)，研究對象也擴展到“陸地人類與環境系統(TerrestrialHuman-environment,T-H-E)），發展成一種新的科學范式，即“土地變化科學(LandChangeScience，LCS）（IGBP，2003）。土地變化科學的研究內容聚焦于以下三方面（Moran,2003;陳睿山和蔡運龍，2010)：主要研究土地系統變化的原因和性質（驅動因子）土地系統變化的后果（效應）土地可持續性的綜合分析和模擬，目的是判斷陸地上人類-環境系統變化,以及局部、區域和全球尺度上該系統的承受限度7.1.2土地利用/土地覆被變化的定義

土地利用：是人類根據土地的特點，按一定的經濟和社會目的采取一定的生物和技術手段，對土地進行長期和周期性的經營活動。LandUse/CoverChange,LUCC土地覆被：是指自然營造物和人工建筑物所覆蓋的地表諸要素的綜合體，包括地表植被、土壤、水體、沼澤濕地及各種建筑物（如道路、房屋等），具有特定的時間和空間屬性，其形態和狀態可在多種時空尺度上變化。土地利用/土地覆被7.1.3土地利用和土地覆被的相互關系1.二者的關系一般地說，土地利用是土地覆被變化最重要的影響因素，土地覆被的變化反過來又作用于土地利用。

土地利用側重于土地的社會經濟屬性，而土地覆被則側重于土地的自然屬性，二者共同構成了土地資源社會和自然的雙重屬性。人類活動、土地利用和土地覆被之間的聯系2.二者關系的表現土地利用與土地覆被之間的關系可在很多地方表現出來

①從概念上土地利用：活動；土地覆被：利用的對象和結果。

②從類型劃分的依據上土地利用：利用目的、產品性質等利用情況；土地覆被：植被、土壤等內在自然屬性。7.1.4土地利用和土地覆被變化的研究動向1.國外相關領域的主要研究動向是：聯合國環境署（UNEP）亞太地區環境評價計劃于1994年啟動了土地覆被評價和模擬”（LCAM）項目。國際應用系統研究所（IIASA）：IIASA于1995年啟動了“歐洲和北亞土地利用/土地覆被變化模擬”的3年期項目。

美國全球變化研究委員會（USOC，RP）將土地覆被變化與氣候變化、臭氧層的損耗一起，列為全球變化研究的主要領域，與歐洲空間署等國際組織合作開展了高分辨率雷達監測土地覆被變化和季節性植被狀況項目。

日本國立科學院全球環境研究中心提出了“為全球環境保護的土地利用研究”。2.國內土地利用/土地覆被變化的相關研究情況

20世紀80年代前我國主要以土地調查研究為主;

80年代后，隨著RS和GIS技術發展以及IGBP和IHDP國際組織的推動，近十年我國土地利用/覆被研究的熱點下：（1）LUCC的集成技術(3S技術結合與集成)

（2）LUCC的驅動力研究

（3）LUCC研究的景觀生態學理念(生態服務價值)

7.1.5土地利用和土地覆被研究的主要內容與問題

1.主要內容圍繞LUCC的監測、解釋與環境效應展開：在土地覆被變化狀況的評價、全球土地利用與土地覆被變化的建模與預測、不同空間尺度（全球、區域和局地）土地利用和土地覆被變化的驅動力及其相互聯系、全球環境變化與LUCC的相互作用。2.在學科研究上，LUCC提出了六大科學問題：

（1）在過去300年間，人類的土地利用活動是如何改變土地覆被狀況的？（2）在不同地區、不同歷史時期，土地利用變化的人文因素主要有哪些？（3）在未來的50到100年內，土地利用變化將如何影響土地覆被的狀況？（4）自然和人文因子是如何直接影響土地利用方式，及其可持續性的？（5）氣候變化和全球生物地球化學循環與土地利用/土地覆被變化的相互作用如何？（6）土地利用和覆被變化對土地使用者的應變能力起什么作用，土地覆被變化又是如何加劇或改善環境脆弱性的？7.2.6常用的LUCC研究方法1.基于遙感影像的空間分析這種方法主要從歷史時期的遙感影像上獲取不同時間序列土地利用/土地覆被圖，從而得到土地覆被變化的速率，了解土地覆被變化的“熱點”地區，其中包含從制圖上獲取快速變化的區域，以及特殊重要的覆被類型。198120062011若爾蓋黑青喬土地覆被變化2.

研究土地利用變化的主要指數及主要模型(1)土地利用變化的主要指數

研究目的闡述的主要問題相關指數表現類型的變化單一地類的面積變化區域土地利用程度區域土地利用程度變化變化率土地利用程度綜合指數土地利用程度變化綜合指數揭示變化的方向地類間的面積轉移類型變化的去向或來源轉移矩陣地類變化的流向百分比透視變化的空間形式熱點地區區域差異空間關系分析空間格局變化變化的空間格局動態度相對變化率鄰接度類型重心的遷移（方向與距離）多度、重要度、景觀特征指數土地利用變化數量土地利用動態度或土地利用程度土地利用綜合程度指數Ld:土地利用類型及程度分級指數（劉紀遠，1996）土地利用綜合程度變化率R:通過土地利用轉移矩陣（landusechangematrix）描述各種土地利用類型之間的轉換情況，能夠清晰地反映下列變化：一是兩個時期各種土地類型面積變化情況；二是土地利用類型從前一個時期向后一個時期的轉移去向比率；三是后一個時期中土地利用類型由前一個時期土地利用類型的轉移來源比率。轉移矩陣的數學形式為：土地利用轉移矩陣式中，S為土地面積，n為土地利用的類型數，i、j分別為研究期初與研究期末的土地利用類型序號如，內蒙古多倫縣2004-2014年土地利用轉移矩陣(km2)土地利用重要度：土地利用重要度（IV）是衡量不同土地利用類型在區域總體變化過程中的地位和程度的重要指標，其計算方法為：土地利用破碎度：表示區域內土地利用類型圖斑被分割的程度，用單位面積上的圖斑數表示。景觀特征指數：景觀多樣性指數、景觀優勢度、景觀均勻度、景觀分形維數、景觀分離度、景觀破碎度等(2)土地利用變化主要模型國內主要土地利用變化模型(黃秋昊，蔡運龍，2005)7.2.1自然因素1.氣候

氣候條件對土地利用有制約作用，主要表現在其對農作物、牧草和林木種類選擇及其分布、組合、耕作制度和產量的影響上。2.地形、地質地貌

地質、地貌直接影響著土地利用類型分布，地形通過對氣溫、降水及山體坡度等的作用而影響土地利用類型和分布。§7.2LUCC的驅動因子3.水文

水文因素對土地利用類型的數量和質量有著深遠的影響，在較長的時間尺度或較大的空間尺度上，它對土地利用/土地覆被變化顯著而深遠的影響是不容忽視的。但在較短時段內，它對土地利用/土地覆被變化的影響并不直觀明顯。4.自然災害

自然災害會引起人類活動和土地利用條件的異常變化，直接或間接地影響土地的利用方式和利用程度。自然災害頻繁發生不僅影響農牧業生產的發展，而且導致土地利用/覆被發生變化，加重了生態環境惡化。7.2.2社會經濟因素社會驅動力因素可分為直接因素和間接因素。直接因素包括對土地產品的需求、對土地的投入、城市化程度、土地利用的集約化程度、土地權屬、土地利用政策及土地資源保護的態度等；間接因素包括人口變化、技術發展、經濟增長、政治與經濟政策、富裕程度和價值取向等方面，它們通過直接因素作用于土地利用。社會、經濟、政策、技術等人文因素作用的強度、合理與否對土地利用的時空變化具有決定性影響。

1.人口人類通過改變土地利用的類型與結構，增強對土地這個自然綜合體的干預程度，來滿足人類對生存環境的需求。人口對土地利用的影響，主要體現在人口對土地利用空間分異及時間變化的影響上。人口對土地利用空間分異的影響，其中一個主要方面表現在人口對土地利用程度的影響上：土地利用程度綜合指數越高，則表示該地區人類活動越頻繁，人類對環境的影響越大。人口學歷及職業結構、人口密度等的變化也是土地利用變化的重要原因。2.政策政策、法律和市場手段對土地利用、引導著社會的經濟生產活動，進而影響土地利用的方式和強度。在市場經濟的調控和影響下，土地利用也有所變化，“開發區熱”、“房地產熱”等，使得各項建設占用耕地的規模有較大增長，亂占濫用土地現象十分突出。3.技術技術的發展水平和應用程度直接影響著土地利用的深度和廣度，通過提高土地的生產力，緩解人口增長對農業用地的壓力，從而使耕地、林地減少和其他用地增多得以實現，提高土地利用程度，從而影響土地利用/土地覆被變化。4.經濟發展經濟發展速度影響土地利用結構。經濟發展水平高的地區，非農建設用地增加，農業用地減少。5.價值與觀念

人類的知識、價值觀，對自然的態度、行為規范、婚姻與生育觀念、生產方式、宗教信仰、生活習慣等，決定或強烈影響著人類如何利用土地。

LUCC的驅動力對土地利用的作用是一個十分復雜的過程。一種驅動力可以同時作用于各種土地利用類型，但其對于不同土地類型的作用程度和作用方式存在著一定的區別。

例如，人口增長可能對耕地、林地、工礦用地、交通用地、居住用地和各種配套服務設施用地的變化都有影響，然而其對居住用地的影響大于交通用地，而交通用地的變化更多的是受經濟發展的影響。

同時，某種土地利用類型的變化并不是單個驅動力作用的結果，而是多種驅動力的共同影響，而且這些驅動力有的相互作用，有的相互抵消。有時一種驅動力可能先是促進土地利用變化，然后又抑制變