本文關(guān)鍵詞： 土地資源學(xué) 論文　　

LUCC 研究的現(xiàn)狀、進(jìn)展和趨勢
《土地資源學(xué)》論文 專業(yè)：12 級土地資源管理 1 班 摘要 學(xué)號：12101042 姓名：劉剛

土地利用/覆被變化(land use-cover change,LUCC)是全球環(huán)境變化與 可持續(xù)發(fā)展的重要研究內(nèi)容,受自然、人文因素在不同時間、空間尺度上的相互 作用。LUCC 也是全球環(huán)境變化的重要組成部分和主要原因之一，本文綜述了國 內(nèi) LUCC 研究在動態(tài)信息獲取、土地利用/覆被分類與制圖、驅(qū)動力探討與模型 建立、LUCC 環(huán)境效應(yīng)及與可持續(xù)發(fā)展關(guān)系等方面研究所取得的進(jìn)展，并針對當(dāng) 前國內(nèi) LUCC 研究中存在的一些問題， 認(rèn)為今后 LUCC 研究應(yīng)加強(qiáng) RS 信息與其 他來源信息的結(jié)合、完善 LUCC 模型功能以及構(gòu)建綜合的 LUCC 理論體系。 關(guān)鍵詞 土地利用/覆被變化；研究進(jìn)展；中國 土地利用/覆被變化（LUCC）是全球環(huán)境變化的重要組成部分和主要原因之 一，由于涉及到自然與人文領(lǐng)域的諸多問題，引起越來越多學(xué)者的注意。“國際 地圈與生物圈計劃”（IGBP）和“全球環(huán)境變化的人文領(lǐng)域計劃”（IHDP）于 1995 年聯(lián)合提出“土地利用/土地覆被變化”研究計劃，正是試圖通過對人類驅(qū) 動力－土地利用/覆被變化－全球變化－環(huán)境反饋之間相互作用機(jī)制的認(rèn)識，深 入理解人為活動對土地覆被的影響，從而更多從人類維度預(yù)測 LUCC，進(jìn)而評估 生態(tài)環(huán)境變化，并尋求積極的人為干預(yù)。作為 LUCC 研究計劃最早發(fā)起者之一， 中國學(xué)者及時呼應(yīng)并跟蹤國際 LUCC 研究，開展了許多相關(guān)工作，以深化對土 地、環(huán)境、人口與發(fā)展之間相互關(guān)系的認(rèn)識，在整體把握人類驅(qū)動力與土地利用 之間因果關(guān)系的基礎(chǔ)上提高對土地利用變化的模擬與預(yù)測水平， 從而引導(dǎo)我國土 地資源的合理利用。本文將介紹中國 LUCC 研究在以下幾個方面的進(jìn)展情況。 一、ＬＵＣＣ研究進(jìn)展情況 1. ＬＵＣＣ動態(tài)信息的獲�。� 揭示 LUCC 變化的過程與機(jī)制需要一定精度與深度的土地利用/覆被及其變 化數(shù)據(jù)，否則，難以鑒別促其發(fā)生的驅(qū)動力，也不可能深入研究 LUCC 及其影 響，而 LUCC 研究目前面臨的最大困難正是數(shù)據(jù)問題，中國的情況同樣如此。 具有多光譜與多時相特征的遙感（RS）是中國當(dāng)前獲取 LUCC 信息的最有效和 最可靠工具。但在實際工作中，人們意識到遙感圖像空間分辨率、比例尺、成像 機(jī)理、分類方法自身固有的及其他與解譯人員繪圖技巧、工作經(jīng)驗、地學(xué)知識掌 握程度等有關(guān)的誤差，使得對常用資源衛(wèi)星影像（中、小比例尺）判讀結(jié)果不盡 如人意， 如解譯土地利用變化范圍和土地覆被類型區(qū)所得界限在應(yīng)用于大比例尺 圖件的繪制時常常僅具示意性；另外，RS 無法正確反映因權(quán)屬劃撥所引起的用 地類型改變（該地塊物理波譜未變）�；诖耍藗儼l(fā)展了面向工程目標(biāo)并借助 3S（RS、GPS、GIS）集成技術(shù)的土地利用動態(tài)監(jiān)測方法：首先遵循“同物同譜” 原理， 解譯不同時期資源衛(wèi)星影像或與以前土地利用圖等進(jìn)行比較；在發(fā)現(xiàn)變化 區(qū)域后運用后處理差分 GPS 技術(shù)實地獲取該區(qū)域空間位置，與此同時人為記錄 當(dāng)?shù)赝恋乩?覆被狀況以備屬性數(shù)據(jù)處理之需；然后利用 GIS 進(jìn)行空間數(shù)據(jù)組 織、管理、分析與可視化。因而，該集成系統(tǒng)面向多源數(shù)據(jù)（RS 數(shù)據(jù)、GPS 數(shù) 據(jù)、 GIS 數(shù)據(jù)） 、 多結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù) （矢量、 柵格、 GPS 點數(shù)據(jù)、 GIS 多邊形弧段數(shù)據(jù)） 、

多坐標(biāo)系統(tǒng)數(shù)據(jù)（北京 54 系統(tǒng)、WGS-84 系統(tǒng)），而且監(jiān)測結(jié)果明顯優(yōu)于當(dāng)前 常規(guī)方法，體現(xiàn)了“系統(tǒng)總體最優(yōu)”原則。 2.土地利用／覆被分類與ＬＵＣＣ制圖： 土地利用/覆被分類是 LUCC 研究基礎(chǔ)，也是隨著 RS 技術(shù)發(fā)展而出現(xiàn)的針 對土地分類的新概念[3]；而 LUCC 制圖是以圖件形式反映 LUCC 研究成果，同 時是 LUCC 研究的主要表現(xiàn)形式。土地利用/覆被分類，土地利用/覆被類型劃分 應(yīng)遵循相似的社會、環(huán)境條件以及產(chǎn)生相似 LUCC 模式的相似人類驅(qū)動力，國 內(nèi)目前開展的相關(guān)研究大多是基于光譜信息統(tǒng)計模式算法， 如監(jiān)督分類和非監(jiān)督 分類。這些分類方法除要求較多反映土地利用/覆被的指標(biāo)（主要是自然環(huán)境方 面）和研究區(qū)基礎(chǔ)圖件等本底數(shù)據(jù)外，研究者還應(yīng)掌握遙感地學(xué)規(guī)律，否則，不 僅難以把握分類標(biāo)準(zhǔn)，也不能真實反映特殊地學(xué)分布現(xiàn)象。為提高 RS 影像分類 準(zhǔn)確率， 國內(nèi)有些學(xué)者豐富了特征信息來源，他們以傳統(tǒng)遙感影像分類結(jié)果作為 初始值， 再利用輔助地理數(shù)據(jù)和知識庫進(jìn)行不精確推理， 最后確定像素所屬類別。 但該方法以像素單元為單位，過多著眼于局部而忽略了附近整片圖斑的紋理情 況，而且不能排除圖斑外像素的影響。所以，該方法并不很適于高分辨率、紋理 粗糙的影像。為進(jìn)一步提高高分辨率影像分類精度，程昌秀等從 RS 影像和 GIS 矢量數(shù)據(jù)一體化角度出發(fā)， 將二者配準(zhǔn)疊置，利用矢量數(shù)據(jù)的圖斑邊界信息提取 邊界內(nèi)相元灰階信息；基于灰階信息，統(tǒng)計出圖斑灰度特征；壓縮灰階信息并統(tǒng) 計灰度關(guān)于方向、相鄰間隔、變化幅度的綜合信息以反映圖斑紋理特征；基于圖 斑矢量邊界坐標(biāo)，統(tǒng)計出圖斑形態(tài)特征；最后，根據(jù)灰度特征、紋理特征和形態(tài) 特征，提出相應(yīng)決策樹和判決規(guī)則，識別圖斑類別。實驗結(jié)果表明，該方法準(zhǔn)確 率較其他的高。 LUCC 制圖，劉紀(jì)遠(yuǎn)認(rèn)為，隨著 RS 與 GIS 技術(shù)的發(fā)展與多源數(shù)據(jù)、多時相 數(shù)據(jù)、多尺度數(shù)據(jù)的融合，中國 LUCC 制圖更為系統(tǒng)、客觀和快速準(zhǔn)確。近年 來，不斷有全國尺度和地方與區(qū)域尺度的 LUCC 圖問世便驗證了這一點。頗值 一提的是，葉慶華等學(xué)者以地學(xué)信息圖譜理論、地球空間信息認(rèn)知理論、地球系 統(tǒng)科學(xué)與地理綜合體理論、 地理信息系統(tǒng)中時空復(fù)合體模型為依據(jù)，提出了研究 LUCC 的、記錄時空復(fù)合信息的基本單元—“圖譜單元”，以及研究 LUCC 圖譜 的概念模型。在此模型幫助下，張?zhí)煊畹热松钊胙芯苛它S河三角洲 LUCC 時空 復(fù)合變化，并取得很好效果。由于中國當(dāng)前并未完全弄清 LUCC 機(jī)理，所以從 土地利用/覆被空間格局及其變化過程表象出發(fā)，通過對其外部特征各種尺度的 圖形表達(dá)， 可以研究 LUCC 及其環(huán)境因素之間規(guī)律性的空間關(guān)系， 從而為 LUCC 驅(qū)動力診斷與機(jī)理模型構(gòu)建提供依據(jù)。 3.ＬＵＣＣ驅(qū)動力研究與模型建立 ： LUCC 驅(qū)動力研究 鑒于 LUCC 研究的關(guān)鍵是要弄清驅(qū)動力及其驅(qū)動機(jī)制， 我國學(xué)者廣泛應(yīng)用多種系統(tǒng)分析與數(shù)理統(tǒng)計方法從各個角度開展了 LUCC 驅(qū)動 力研究。例如，史培軍等通過回歸分析，得出深圳市土地利用變化的內(nèi)在與人文 驅(qū)動力； 擺萬奇采用系統(tǒng)動力學(xué)方法，將主要驅(qū)動力與土地利用類型置于統(tǒng)一系 統(tǒng)中以考察長期動態(tài)趨勢， 并定量診斷出各驅(qū)動因子貢獻(xiàn)大小。在中國開展的廣 泛區(qū)域性個例研究中， 所選地區(qū)均具典型性， 或者是人文和自然驅(qū)動力活躍的 “熱 點地區(qū)”，如蘇、錫、常等地區(qū)，或者是人口、資源、環(huán)境、發(fā)展協(xié)調(diào)欠佳的生 態(tài)脆弱區(qū)，如河西走廊等地區(qū)。這些研究通過代表性地區(qū)的選取呼應(yīng)了國際 LUCC 研究計劃，而且隨著經(jīng)驗證據(jù)的積累、系統(tǒng)案例比較研究的發(fā)展而有助于 土地覆被變化模型的建立和模擬效果的改善。在區(qū)域 LUCC 主要驅(qū)動力比較方

面，目前較為一致的意見是：自然因素在很大程度上決定了高原、山地等自然條 件復(fù)雜地區(qū)的土地利用狀況， 而經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增長及政策等是影響人類擾動強(qiáng) 烈、開發(fā)歷史悠久而較少受自然條件約束地區(qū)的主要因素。 LUCC 模型建立， 中國目前所建立的 LUCC 模型大多是區(qū)域規(guī)模的土地利用 行為模型，與區(qū)域內(nèi)市場、經(jīng)濟(jì)與人口增長、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化過程、技術(shù)進(jìn)步、城市 化進(jìn)程等相聯(lián)系，以認(rèn)識各種自然人文過程影響土地利用/覆被格局的機(jī)理，從 而為區(qū)域未來發(fā)展提供決策支持。這些已建立的模型大致可分為系統(tǒng)診斷模型、 土地利用動態(tài)變化模型和土地利用變化綜合評價模型 3 種 。其中，系統(tǒng)診斷模 型多為基于經(jīng)驗的統(tǒng)計模型， 如陳佑啟等利用多尺度統(tǒng)計方法建立的多元回歸模 型等；中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院資源區(qū)劃所與荷蘭瓦赫寧根農(nóng)業(yè)大學(xué)開展合作，在 GIS 空間分析功能輔助下建立的中國土地利用變化及其影響模型可以認(rèn)為是國內(nèi)土 地利用變化綜合評價模型研究的突出成就； 而土地利用動態(tài)變化模型研究工作大 致從土地資源數(shù)量變化、 土地需求量預(yù)測與土地利用時空變化等方面展開，這方 面的研究有：擺萬奇運用系統(tǒng)動力學(xué)模型對深圳市 1950 ~ 2050 年土地利用變化 進(jìn)行了模擬，基于細(xì)胞自動機(jī)原理，黎夏等建立了適于模擬復(fù)雜、具自組織結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的約束性單元自動演化 CA 模型并對可持續(xù)城市發(fā)展形態(tài)進(jìn)行了模擬。 4.ＬＵＣＣ環(huán)境效應(yīng)與可持續(xù)發(fā)展： LUCC 環(huán)境效應(yīng),土地利用通過改變地表土地覆被狀態(tài)而影響周圍環(huán)境，因 而成為全球環(huán)境變化的一個“源”。國內(nèi)學(xué)者對 LUCC 環(huán)境效應(yīng)的研究既包括 全球性系統(tǒng)變化，也包括區(qū)域性累積變化。如在對全球變化影響方面，李克讓等 通過研究認(rèn)為 LUCC 對氣候影響的生物物理反饋主要因為改變了地表光學(xué)特性、 粗糙度和水文循環(huán)而影響了地面與大氣間輻射、熱量動量和水分交換，而生物地 球化學(xué)反饋則因為生態(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；而 LUCC 區(qū)域環(huán)境效應(yīng)的研究集中在 LUCC 水 文效應(yīng)、 對生物多樣性影響與環(huán)境質(zhì)量等方面，如李昌峰闡述了土地利用變化對 水資源量、質(zhì)和空間分布的影響并探討了當(dāng)前研究中存在的問題及今后研究趨 勢，丘君研究了土地利用類型轉(zhuǎn)變、土地利用管理強(qiáng)度變化、生境破碎化與土地 利用調(diào)整等對區(qū)域生物多樣性的影響， 曹慧研究了太湖丘陵地區(qū)高強(qiáng)度開發(fā)背景 條件下土壤肥力質(zhì)量的空間變異特點并認(rèn)為應(yīng)重視農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整過程中出現(xiàn)的 類似新問題。諸多研究均表明：土地質(zhì)量退化、空氣污染、水質(zhì)惡化等生態(tài)環(huán)境 問題的出現(xiàn)總是與不合理的土地利用聯(lián)系在一起， 而土地利用合理往往會促使區(qū) 域生態(tài)環(huán)境向適應(yīng)人類需求的良性方向發(fā)展。 LUCC 與可持續(xù)發(fā)展 由于土地資源的短缺和退化、土地資源的多功能性、 土地利用與其他資源利用的密切聯(lián)系以及工業(yè)化城市化過程中對土地資源的蠶 食，，LUCC 成為中國現(xiàn)代化進(jìn)程中可持續(xù)發(fā)展的焦點所在。因而，中國科學(xué)院與 國土資源部相繼將 LUCC 研究列為重點項目，其可持續(xù)性研究的目標(biāo)正是系統(tǒng) 探究土地利用變化的機(jī)理、過程及其未來趨勢，尤其是研判我國加入 WTO 后 LUCC 的驅(qū)動機(jī)制和未來情景，從而為確保我國糧食安全、資源安全、生態(tài)安全 和經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長，在國家和地方國土規(guī)劃編制、土地用途管制實施、土地可持續(xù) 管理標(biāo)準(zhǔn)建立等方面提供科學(xué)依據(jù)。這方面開展了很多研究工作，如陳百明闡述 了中國土地可持續(xù)利用指標(biāo)體系的理論與方法以及分區(qū)方案的制定， 史培軍等人 認(rèn)為要建立符合區(qū)域自然生態(tài)系統(tǒng)空間格局的“生態(tài)-生產(chǎn)范式”、探求“小面 積搞生產(chǎn)、 大面積搞生態(tài)” 的高效安全土地利用模式以及建設(shè)不同區(qū)域生態(tài)環(huán)境 安全條件下的土地利用/覆蓋空間宏觀格局，王建國通過對經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)低山丘

陵土地利用經(jīng)驗的總結(jié)提出了該類型地區(qū)土地資源持續(xù)利用和優(yōu)化利用的標(biāo)準(zhǔn)、 問題與建議。 二、存在問題與展望 1.對其他來源信息重視不夠： 為揭示不同尺度土地利用/覆被的數(shù)量與空間變化特征，我國已開展了國家、 區(qū)域和縣級 3 種不同尺度的 LUCC 動態(tài)監(jiān)測與研究工作。但目前 LUCC 信息的 獲取偏重 3S 技術(shù)，特別是 RS。由于不可避免誤差、錯誤等情況的存在，3S 數(shù) 據(jù)未必能真正全面顯示 LUCC 過程，更不能僅據(jù)此分析驅(qū)動力。所以，應(yīng)重視 通過諸如國土勘測、地形圖查詢、實地訪問、問卷調(diào)查等傳統(tǒng)方法獲得的信息， 在此過程中， 應(yīng)確保地理學(xué)家的參與，這樣才能正確運用大多數(shù)適宜工作方法并 且導(dǎo)致系統(tǒng)綜合，否則，這種方法系統(tǒng)的綜合會因為沒有專家的參與而缺失。 2.模型功能欠完善 ： 目前國內(nèi)已建立的眾多模型， 主要考慮了土地利用對土地覆被變化的影響及 后者對環(huán)境變化的反饋， 但由于數(shù)據(jù)數(shù)量和質(zhì)量問題以及對動力機(jī)制的認(rèn)識尚不 明朗，所建模型大多功能不完善。為克服這一缺陷，我們一方面要借助 3S 技術(shù) 集合區(qū)域內(nèi)自然和人文等多方面信息（配以其他途徑獲取的數(shù)據(jù)），開展綜合研 究，并根據(jù)已有信息完備程度、信息處理目的和各類模型本身特點，挑選現(xiàn)已建 立的模型；另一方面，要加強(qiáng) GIS 與其他用戶模型的集成，這不僅是當(dāng)前 GIS 發(fā)展的一個重要方向，同樣也是土地利用變化研究需要努力的方面。 3. 理論體系有待健全： 對土地利用變化的解釋和預(yù)測依賴于土地利用的理論建設(shè)，所以，當(dāng)前由于 缺乏統(tǒng)一理論的指導(dǎo)，不同研究者出于各自目的對同一地區(qū)的研究結(jié)果互不相 同， 所采用的研究方法以及建立的模型也不能應(yīng)用于其他地區(qū)。雖然中國學(xué)者從 未停止過對土地利用理論的探討， 如李秀彬在綜述那些直接或間接涉及土地利用 變化理論基礎(chǔ)上，提出了解釋土地利用變化的概念框架，可以認(rèn)為這是對中國 LUCC 理論建設(shè)做出的有益探索和重大貢獻(xiàn)。 但是， 植根于人地關(guān)系理論的 LUCC 理論當(dāng)前更多的是散見于地理學(xué)、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)、生態(tài)學(xué)與可持續(xù)發(fā)展等理論中， 亟需系統(tǒng)歸納與總結(jié)，以形成綜合的 LUCC 科學(xué)理論體系。
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