区域土地利用变化驱动力研究综述

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摘要:土地资源是人类赖以生存以及社会经济可持续发展的基础,随着人口增长、粮食短缺、环境污染、气候变异等一系列全球性问题的日趋激化,全球性变化研究领域逐渐加强了对土地利用、土地覆被变化(LAND USE AND LAND COVER CHANGE―LUCC)的研究。目前,我国对土地利用变化驱动力分析较为深入,研究成果表明土地利用变化既受自然因素的制约,又受社会、经济、技术、历史等因素的影响,且具有很强的地域性和综合性。本文综述了国内外一些有代表意义的学者观点,分别从土地利用变化驱动力因素、驱动机制及土地利用变化驱动力分析模型等多个方面进行了具体分析。

关键词:土地利用变化;驱动力;因素;机制

中图分类号:N8文献标识码:A 文章编号:1673-0992(2010)06A-0049-02

一、引言

土地资源作为一种重要的综合性资源,与人类生产、生活息息相关。近年来,伴随着全球变化研究的兴起,土地利用/土地覆被变化(LUCC)成为全球环境变化研究的核心。IGBP(国际地圈――生物圈计划)与IHDP(全球环境变化的人文领域计划)于1993年委任了正式的核心计划委员会,并于1995年联合提出了“土地利用/覆盖变化”研究计划,进行土地利用/覆盖变化研究。1995年,国际应用系统分析研究所 (ILASA)为了推动土地利用/覆盖变化方面的创造性研究和交叉学科研究,以欧洲和亚洲北部为研究对象,确定以发展新方法,提出新概念,对复杂的人类――环境系统进行预测(陈佑启、杨鹏,2005);日本京都大学、国立环境研究所及东京农业大学所做的LU/GEC项目,是为研究全球环境保护而进行的土地利用项目,项目主要对亚太地区土地利用/覆盖情况进行可持续研究等。

随着国际上有关LUCC研究大量开展,自20世纪90年代起我国学者紧跟国际研究动态,开展了一些对土地利用/覆被变化的监测、驱动力、生态环境效应的研究(张芳怡等,2009)。由于我国具有土地利用条件优越、土地资源数量高度稀缺、土地开发强度大、综合产出率高、耕地流失强度大、土地利用结构急剧变动等一系列显著的驱动特征,因而驱动力及驱动机制成为土地利用变化研究的关键领域,同时也是建立动态模型定量分析和预测土地利用变化的基础。

二、土地利用变化驱动力因素研究

土地利用变化的驱动力一般包括自然驱动力和社会经济驱动力。在自然系统中,气候、土壤、水文3类被认为是主要的驱动力类型。在社会系统中,社会经济驱动力可分为接驱动力和间接驱动力,直接驱动因素包括:对土地的投入、对土地产品的需求、土地集约程度、土地权属、城市化程度、土地利用政策及土地资源保护态度等,间接驱动因素包括:人口变化、技术发展、经济增长、经济政策、富裕程度和价值取向(郑海金等,2005)。对于此类研究,我国许多学者从不同尺度、不同角度进行了大量研究,并取得了明显的成果。例如:李静等(2008)对黄河三角洲土地利用/覆被变化时空特征进行了研究,结果显示黄河淡水和海洋咸水所控制的水文条件变化等自然因素是该区土地利用/覆被变化的重要驱动因素,基本控制了分布的格局,并影响土地利用/覆被变化的可能性及变化方向。郭杰、欧名豪、刘琼、欧维新(2009)根据江苏省不同来源耕地数据差异,对江苏1949-2006年耕地数据序列进行修正,探讨了耕地数量变化的主要驱动力,成果表明人口增长与农业科技进步、经济发展和农业结构调整等社会因素是耕地面积变化的主要驱动因子。王宗明(2009)对2000-2005年三江平原土地利用/覆被变化对植被净初级生产力的影响进行了研究,成果表明人类活动干扰的强度和频率加剧等社会因素是该区域土地利用变化的主要驱动力。

虽然目前关于土地利用变化驱动力的研究从总体上看大都包括上述的自然和社会经济因素,但这些因素在不同时空、不同自然和社会经济条件下,不同土地利用方式的作用程度及表现形式还是有所不同的,进行一些特定时期典型区域的土地利用变化驱动力研究是很有必要的。Zhang K等(2007)指出土地利用/覆被变化研究应包括土地利用/覆盖变化指标体系和热点地区以及关键性区域的研究、自然与社会经济变量的动态监测以及从局部的案例研究到区域与全球过程模拟的研究,其研究重点是“热点地区”、脆弱区与典型地区研究。国内方面的研究与国际方面相似,学者们通常选择我国“热点地区”、脆弱地区和典型地区。脆弱和典型地区大多选择受各种因素影响生态环境相对敏感地区或受人文因子影响急剧变化并对生产生活产生巨大影响的地区,如黄英等(2010)就黄果树区域土地资源可持续利用进行相关研究等。

三、土地利用变化驱动机制研究

土地利用变化的动力机制研究是一种典型案例对比分析研究,目的在于提高土地管理中的自然――社会驱动力变化的认识,从而帮助建立区域和全球模型。其主要内容包括土地利用行为与决策、土地利用变化的动态模拟、从局部的案例研究到区域与全球的过程模拟以及土地利用变化的可持续性研究,其中颇受重视的内容是社会经济机制及土地利用决策的影响(何春阳、史培军,2007),包括:体制怎样影响到具体的土地利用行为,经济发展与政治体制的改变怎样作用于土地利用与土地覆盖变化的过程,大区域范围内的国际性协定、国家的环境与国土政策对土地利用的影响等。摆万奇(2005)采用系统动力学方法,结合经典的数理统计方法、多元统计分析方法,对区域性土地利用结构及其驱动因子进行统计分析,将主要驱动力与土地利用类型置于统一的系统中,来考察土地利用的长期动态趋势,较好地模拟了土地利用变化的动态过程,并定量诊断出各驱动因子对区域土地利用结构变化贡献作用的大小。王思远等(2002)在研究湖北省1996以2000年土地利用时空特征的基础上,对湖北省土地利用变化的驱动机制进行了简单的定性分析,认为人口数量、农业人口比重以及收入增加等经济因素是影响土地利用变化的主要驱动因子;杨桂山(2001)在研究长江三角洲近50年耕地数量变化过程的基础上,初步探讨了耕地数量变化的主要驱动因子及其作用,导致长江三角洲耕地数量减少的驱动力主要是政策、经济发展和人口增长,耕地数量变化过程中的明显突变主要与国家宏观政策背景相关联,而耕地数量变化的阶段性和持续减少则主要与经济快速发展密切相关,人口增长对耕地减少的驱动也不可忽视;朱会义(2006)等通过对环渤海地区耕地流向及其与人口变化、农业经济发展的关系等进行分析,得出土地管理政策、人均居住用地的增长、农业生产结构调整以及城市扩张是该区土地利用变化的主要驱动因素。

在驱动机制研究方面,国外的做法主要是通过大量的土地利用变化历史与现状数据获取,并采用多种数学统计分析方法,探讨引起土地利用变化的相关主导因子,建立土地利用变化定性的概念模型与数学模型,在建立模型时,普遍考虑到了影响土地利用变化的自然环境和社会经济因素,并得出结论:在长时间尺度范围上,自然环境条件的改变对土地利用变化起重要的影响,但在短时间尺度内,社会经济条件的变化在土地利用变化中往往起着重要的作用(Bicfk,2001)。

四、土地利用变化驱动力模型研究

国际上对土地利用动态变化的研究,很重视系统模型的开发和应用,重点强调大规模、跨学科和综合性,建立了不少不同尺度、不同内容的分析模型。最初将自然因素和人文因素相结合的土地利用模型是以Richardo和Von Thunen的地租理论为基础的,研究对象主要是城市土地;F. wu,K. C. Clarke,R. white,M. Batty,H. Couclelis等运用CA(Cellular Automata)模型对土地利用变化特别是城镇用地的动态变化过程进行了大量模拟研究;Zuidema G等运用现IMAGE2.0 (Integrated Model to Assess the Global Environment)对经济因素与气候条件影响下的全球土地覆被变化进行了模拟研究。目前,国际学者针对土地利用变化建立了区域与全球模型――空间统计模型框架。区域与全球模型采用综合分析与评价的方法,其主要内容包括对已有区域模型的回顾总结与对比、区域土地利用/土地覆盖变化模型建立过程中的关键性技术与问题、土地利用/土地覆盖变化及其相关系统的动力机制、发展规划与关键性的环境问题及其影响评价的研究。例如:Veldkamp、Fresco和Verburg先后提出的并不断改善CLUE模型,能够模拟多种同时发生的土地利用方式变化,广泛运用在世界各地(Turner BL、 SKole D,2005)。

我国研究者除了借鉴国外相对成熟的CLUE模型外还引入其它学科中较成熟的模型来进行土地利用/土地覆盖变化的预测。其中陆续引入或提出了土地利用动态度模型、土地利用程度变化模型、重要度模型、邻接度模型等模型并用于实际案例分析中。例如:中国农业科学院资源区划所与荷兰瓦赫宁根农业大学合作,在深入探讨土地利用变化驱动因子的综合性、土地利用变化的规模相关性的基础上,建立了中国土地利用变化及其影响模型(CLUE―CH)(陈佑启等,2005)。该模型包括统计分析模块、人口模块、需求模块与空间布局模块等,并借助GIS的空间分析功能,从多尺度对土地利用的动态时空变化进行模拟,还对中国土地利用时空动态变化与粮食生产的差异进行了有益的探索。龙花楼(2007)等运用双变量统计分析模型分析了昆山市土地利用变化的社会经济驱动力,通过叠加分析并依据公式建立1987―2000年的土地利用变化矩阵,计算每一覆被类型的“变化减少”或“变化获得”在转换过程的净得失中所占的百分比,得出昆山市1987年和2000年两期栅格化的土地利用图。黎夏等(2008)将基于GeoCA(地理元胞自动机)的城市扩张模型引入到传统的Location-alb-cation选址模型中,构建一个动态的选址模型框架,探索如何将选址结果建立在动态的、科学的城市形态预测基础上,促使选址结果更具有客观性、先见性和更符合可持续发展。徐昔保等(2009)基于DUEM模型对兰州市城市土地利用变化进行研究,通过采取种子点、导入综合控制层因、训练模型调整参数等过程模拟分析了兰州市城市土地利用变化。此外,也有学者从水文、温度、地质、地貌、土壤、光照等的自然环境因素出发,研究了中国土地利用程度的变化,并依据所建立的空间分异模型,确定了中国土地利用程度的总体空间格局。

总体来说,我国目前有关土地利用/土地覆盖变化的研究项目主要侧重于两个方面:土地利用/土地覆盖的驱动力因素分析和机制影响评价,都是利用遥感和地理信息系统技术分析土地利用变化的过程,在此基础之上分析土地利用变化的驱动力以揭示土地利用变化的机制和环境影响,从而模拟和预测土地利用变化。

五、结束语

现阶段的研究成果表明,对于土地利用/土地覆被变化的研究已经形成了一个比较完备的理论框架,但国内外研究的侧重点有所区分。国外的学者旨在通过LUCC驱动研究以解释全球环境变化的驱动因素,以促进全球环境保护和可持续发展;国内学者则以LUCC驱动研究来合理配置我国典型地区土地资源,减少该区域土地利用变化所带来的不利因素。将国内外研究进行比较,发现我国的土地利用变化驱动力研究存在两大不足之处:

1.资料来源问题。我国学者在研究资料方面主要是基于遥感和地理信息系统技术获取的研究区域内短期的不连续资料,这在研究土地利用过程,尤其是建模型分析时难免有所不足。因此,基于连续的时间序列资料研究将大大提高土地利用/土地覆盖变化研究的科学性和准确性,为以后的深入研究提供依据。

2.机制研究问题。有关土地利用变化的研究项目多侧重于土地覆被的分类、动态监测和土地利用变化时空特征的分析,缺乏对区域土地利用变化驱动机制的研究。随着土地利用变化研究的不断发展和深入,国际上对土地利用变化驱动力的认识已走向深入,我们不能简单沿袭传统土地利用研究的思路,把土地利用变化研究主要看作是一种“调查”或“监测”,而是要从机理上去分析土地利用变化,并将研究成果应用于土地利用变化空间系统的开发中。

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