土地利用与土地覆盖变化研究概要

• 土地覆盖通过特定的地表特征（粗糙度、反射率与 影响水热通量的其他性质）影响着海洋驱动的大气 环流的基本格局并导致区域与局地气候发生变化。
• 不同的土地覆盖类型有着不同的生态系统结构、群 落组成与生物量；它们也以不同的速度吸收与固定 诸如炭与氮之类的养分，对营养成分在土壤、大气 与水中的分布有着重要影响。( B. L. Turner II, David Skole, 1992 )
• 由于过渡放牧，退化草场占可利用草场面积的1/4，由于 各种原因引起的土地沙化面积达1.26亿公顷。 • 土地利用模式的改变使物种栖息地斑块化，造成了许多 交错带，产生了边界效应(edge effect)，引起生物多样性 的变化。
6. 模型构建与驱动力分析
6.1 目的及意义
• 在不同的时空尺度上对LUCC的主要社会经济与自 然驱动力，以及LUCC对这些驱动力与全球变化的 反馈进行模拟，在此基础上对LUCC进行准确的预 测。 • 增进对在局部、区域以及全球等不同尺度上的 LUCC与主要驱动力之间关系的动态与后果的理解， 也可以加深我们有关LUCC对外界变化敏感性的认 识。
LUCC研究的实质是为人类进一步理性化的土 地利用服务，通过对人类土地利用及所带来的土地 覆盖变化的研究，对人类现时的土地使用政策进行 评估，预测由此所带来的种种后果，以求最终能提 出土地利用的最优模式，实现可持续性的土地利用。
焦点
由于土地利用/覆盖变化的机制对解释土地覆盖 的时空变化和建立土地覆盖变化的预测模型起关键 作用，是整个全球环境变化研究计划对土地利用/ 覆盖变化项目的要求，因而是LUCC研究的焦点。 要进行土地利用/覆盖变化机制研究，现在主要 是通过遥感图像分析，通过区域性案例的研究，了 解过去不同时段土地覆盖的空间变化过程，并将其 与改变土地利用方式的自然和经济主要驱动因子联 系起来，建立解释土地覆盖时空变化的经验模型。 再结合土地利用的地面调查，建立区域性的驱动因 子－土地利用－土地覆盖变化的诊断模型。
1. 背景及意义
进入90年代以来，全球环境变化研究领域逐渐 加强了对土地利用/土地覆盖变化的研究 (IGBP、 IHDP) 。 IGBP 国际地圈生物圈计划 IHDP 国际全球环境变化人文因素计划
原因
(1) 首先，土地利用/土地覆盖变化在全球环境变化 和可持续发展中占有重要地位。 “人类通过对与土地有关的自然资源的利用活动， 改变地球陆地表面的覆盖状况，其环境影响不仅仅 局限于当地，而远至于全球。而土地覆盖变化对区 域水循环、环境质量、生物多样性及陆地生态系统 的生产力和适应能力的影响则更为深刻。 ”
科尔沁沙地 沙化年代
流沙与沙化草地 固定沙质草地 农田 水域
榆林
毛乌素沙地 沙化动态
60年代
75年
北京地区土地 利用变化
91年
城镇 农田 草地 灌草地 林地 水域
97年
2.2 两种变化的关系
• 单一的土地利用形式往往与某一种土地覆盖类型 相对应（放牧－草地）。一种土地覆盖类型可能 支持多种利用方式，如森林可用于木材开采、采 伐或火烧后用于耕作、狩猎和采集、燃料木收集、 娱乐活动、野生生物保护、水土保持等。一个单 一的土地利用系统可能包含不同的土地覆盖类型 共同存在，如一个农业系统兼有耕地、林地、已 开发的牧场、村落（居民地）。
全 球 变 化 专 题 性 研 究 中 所 需 的 LUCC 信 息
土地覆盖—大气 的相互作用 生物多样性
生物地球化学 大气化学 水与能量
生态系统的结构与功能
物种与基因多样性 土地覆盖的破碎化 土壤利用与侵蚀速率
可持续性问题
土壤养分的保持 水资源利用 农业–生态潜力/承载容量 农村规划/环境与发展 国家与国际政策
土地利用与土地覆盖变化研究
Land Use and Cover Change：LUCC
提纲
1. 背景和意义 2. 土地利用/覆盖及其变化的定义与相互关系 3. LUCC的研究目标、主旨、焦点 4. LUCC在全球变化研究中的重要地位 5. LUCC研究进展 6. LUCC模型的构建 7. 建立LUCC研究的数据库 8. LUCC研究趋势 9. 案例分析 10. 主要参考文献
2.土地利用/覆盖及其变化的定义 相互关系（Internet信息）
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。它是一个把土地的自然 生态系统变为人工生态系统的过程。 土地覆盖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，具有特定的时间和 空间属性，其形态和状态可在多种时空尺度上变化。 土地利用侧重于土地的社会经济属性，土地覆盖侧重 于土地的自然属性。
• 土地利用的变化很可能引起土地覆盖变化，但在 土地利用不变的情况下，土地覆盖也可能发生变 化。如当木材生产或耕作的常速超过了森林的更 新能力时，森林将不断地缩小。
• 现在大多数的土地覆盖变化是为人类的土地利用 所驱动，土地覆盖的变化是土地利用变化的直接 响应。
3. LUCC的研究目标、主旨、焦点
LUCC计划研究的基本目标是提高对全球土地 利用和土地覆盖变化动力学（动态过程）的认识， 并着重提高预测土地利用和土地覆盖变化的能力。 • 更好地认识全球土地利用和土地覆盖的驱动力； • 调查和描述土地利用和土地覆盖动力学中的时空可 变性； • 确定各种土地利用和可持续性间的关系； • 认识LUCC、生物地球化学和气候之间的相互关系。 最终增进我们对基于区域以模型方式显示的土地利 用与土地覆盖之间关系的理解，以更好地进行预测。
(2) 气候变化
• 微气候的变化 • 区域气候乃至全球变化影响 • 城市的热岛效应
(3) 水文的变化
• 土地利用/土地覆盖变化的水文（地表水和地下水）影 响包括水质和水量的变化。 • 由于人类耕作（特别是化学肥料和杀虫剂的使用）和 定居（城市污水）引起的土地覆盖的变化已造成了世 界性的水污染（Rogers, 1992；Smil, 1990）。 • 很多研究表明，森林开采（特别是高地上的森林）增 加 了 下 游 洪 水 泛 滥 的 频 率 和 强 度 （ Richey, 1989； Sterbberg, 1987）。
• 土地利用/土地覆盖的变化对全球CO2升高的作用是 及其明显的，在当代，其作用仅次于化石燃料的燃 烧，也有研究表明，在过去150年间，土地覆盖的 变化和矿物燃料的燃烧向大气层排放了大致相等数 量的CO2 (Houghton, 1990)，而且是CH4和N2O等温 室气体增加的主要原因，并对局地和区域气候产生 影响 (Vitousek, 1994)。
2.1 两种变化的定义
土地利用变化包括一种利用方式向另一种利用方式 的转变以及利用范围、强度的改变。
土地覆盖变化包含两个方面的含义，一是转化 （Conversion），另一是改变（Modification）， 前者是土地从一种土地覆盖类型向另一种类型的转 化，后者是一种土地覆盖类型内部条件（结构和功 能）的变化。当然，转化和改变之间的界限并不总 是很明确的，长期的、经常性的改变最终会导致完 全的转变。
(2) 其次，地球系统科学、全球环境变化及可持续 发展涉及到自然和人文多方面的问题。在这方面加 强自然和社会科学的综合研究，已成为两大学科领 域众多学者的共识 。 “在全球环境变化问题中，土地利用/土地覆盖变 化可以说是自然与人文过程交叉最为密切的问题。”
隶属“国际科学联合会（International Science Union: ICSU）”的IGBP和隶属于“国际社会科学 联 合 会 （ International Social Science Council: ISSC ）”的IHDP，希望以此为突破口，推动全球 环境问题的综合研究。 1995 年共同拟定并发表了《土地利用 / 土地覆 盖变化科学研究计划》（Turner II, 1995），将其 列为核心项目之一 。
(4) 对生物多样性的影响
• 全球1/3—1/2 的陆地表面，已经被人类活动所改变。 • 一些重要的生态系统变成斑块（fragments），有的实际 上已消失（如高草草原，干季落叶的热带森林）。 • 大量的种和遗传学上独立的种群已消失（Wilson, 1992； Myers, 1993）。
• 拥有全球 50 ％物种的栖息地的热带雨林，比原有面积 减少一半；温带森林 1/3已被砍伐；温带雨林已成为濒 危生态系统；澳大利亚、新西兰、美国加利福尼亚的 湿地已消失一半；亚洲、拉丁美洲、西非的红树林损 失严重，印度、巴基斯坦、泰国至少有 3/4 的红树林受 到损害。在中国， 2000 年前森林覆盖率达 50 ％，现在 只约有13.8％。热带森林大部分被橡胶园和热带作物园 取代，老龄的落叶阔叶林已消失，现存的主要为中龄 的次生落叶阔叶林，常绿阔叶林是生物物种最丰富的 一个森林类型，同样遭到严重破坏，保存较好的呈片 断化分散在不同的山地上的。
4.LUCC在全球变化研究中的重要地位
• 地球上至少有一半的没有被冰雪覆盖的陆地表面已 由于人类的各种利用而发生了实质性的改变 (Kate, 1990);
• Vitousek等 (1992) 估计近40％的地球陆地总净生产 力是被人类利用或者通过土地使用的变化而消费掉， 4％的陆地净生产力为人和家养动物直接利用，26.7 ％发生在人控制的系统（如农地）内，还有近12％ 是因为人类活动而遗失。
(b) 全球环境变化对土地覆盖变化的影响。研究其它方面 的环境变化，主要是气候变化对土地利用 /土地覆盖的影响， 以及土地利用/土地覆盖对可能的环境变化的敏感性。气候 变化对土地利用/土地覆盖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。 (c) 土地利用/土地覆盖变化与可持续发展。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/土地覆盖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/土地覆盖变化有关。
5.8 土地利用/土地覆盖变化的环境影响
(1) 大气化学性质及过程
• 对全球气候变化有影响的温室气体是主要的长命气体成份（Penner, 1992）; 其可因土地覆盖的变化而增加。 • 森林消失、土壤碳的氧化、化石燃料的燃烧等都使大气中 CO2浓度 增加; 土地利用变化对19世纪全球大气CO2增加起着重要的作用， 其作用仅次于化石燃料的燃烧（ Keeling, 1976；Bacastow, 1981； Rotty, 1981），对大气CO2含量增加有净贡献；从1750年以来，大 气中CH4 的浓度增加一倍多，原因主要是人类工农业活动的共同作 用；N2O增加的速度较慢，很可能主要与热带的土地利用变化及农 业活动有关（Matson, 1990）；CFC-11（氟氯烷－11）由1950年的 0 增 加到 1990 年 的 0.29ppbv（ 体积 的十 亿分 之一 ） （ Houghton, 1990）。 • 土地利用变化是大气中 CH4和N2O浓度增加的最主要原因。稻田、 生物燃烧、牲畜等释放出CH4，土壤、肥料、生物燃烧放出N2O。
对全球气候变化的 响应 综合建模与评价
对气候变化的土地敏感性 减缓气候变化的土地利用
5. LUCC研究进展及趋势
基本研究内容
(a) 土地覆盖变化对全球环境变化的影响。主要回答土地 利用如何通过改变土地覆盖而影响全球环境变化。全球环 境变化包括两个层次的变化（Turner II, 1990）：系统 性的变化和累积的变化。前者是真正全球意义上的变化， 如气候波动和碳循环等；后者是区域性的变化，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。土地覆盖变化对系统性全球环境变化 的影响研究的内容包括：温室气体的竟释放效应、大气下 垫面反照率的变化等等。对累积性变化影响的研究内容包 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等方面的影响。