土地利用动态监测研究现状

土地利用是人类根据土地的自然和社会经济属性，根据一定的社会和经济目的，采取一系列的技术手段，对土地进行的经营活动，是人类利用土地的自然属性和社会经济属性不断满足自身需求的过程（黄秉维等，1999）。农业、林业及城镇的发展等人类对土地资源的利用活动都属于土地利用的范畴，不仅包括自然因素，也包括经济、技术和社会因素（吴传钧和郭焕成，1994）。与土地利用相对应的概念便是土地覆盖，这两者既有联系又有区别。土地覆盖更注重描述土地的自然属性或物理属性，IGBP和IHDP将土地覆盖定义为 “地球陆地表层和近地表层的自然状态，是自然过程和人类活动的自然结果”（Turner等，1995）。可见，土地覆盖是指地表自然形成的或者人为引起的覆盖情况，如地表植被、冰川、土壤、建筑、道路等。在研究土地利用情况时，必须先查明土地覆盖类型，根据土地的覆盖状况来分析和判断土地利用情况。

土地利用与土地覆盖既有密切联系又有本质区别，土地利用变化是土地覆被变化的原因，也是土地覆被变化的响应。由于土地利用变化对环境的影响主要是通过改变土地覆被状况产生的，因此人们常把土地利用变化与土地覆被变化联系在一起，简称LUCC，所以认识土地利用变化是深入了解土地覆盖变化的重要基础。

土地利用动态监测是将不同时相的土地利用数据进行对比，从空间和数量上分析其动态变化特征和未来发展趋势，主要采用遥感技术获取动态土地利用数据及地理信息系统管理和更新土地利用现状数据库的方式进行土地利用的实时监测。不管是土地利用状况还是土地覆盖情况都是大面积的，随时间变化的，采用传统方法进行监测存在许多的困难，而遥感与地理信息系统技术的出现与发展很好地解决了这一问题。遥感作为一种新兴技术，是根据电磁波理论，利用传感器接受物体的电磁波而获取物体的光谱信息等，通过遥感手段就可以获得从同一地区的不同时相的数据图像。地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，用于空间和地理有关数据的采集、存储、提取、检索、分析、显示、制图、实现综合管理和分析应用的技术系统。以遥感为获取数据的手段，以地理信息系统作为数据存储和分析的工具，两种技术的结合使得人们可以准确、及时地掌握土地利用变化情况。同时，全球定位系统（GPS）技术的出现和发展给测绘带来了一场全新的革命，它可以为土地利用遥感数据获取提供准确定位，从而为准确地界定区域界线提供了可能。遥感技术具有强大的数据获取能力而且时效性强，准确度高，监测范围大，包含多种定量、定性的信息，同时还可以方便地在计算机和地理信息系统软件中进行数据分析，所以遥感技术已成为土地利用/土地覆盖变化研究的主要方法。

20世纪30—70年代，土地利用的研究主要集中在土地利用类型分类描述、制图以及引起土地利用变化的机理等初步研究上，而且主要是从经济学角度出发进行研究的。在第二次世界大战后开始出现了利用航空照片进行区域范围内土地调查与制图的研究。从20世纪50年代开始起，人们开始探讨利用遥感资料进行大范围土地覆盖和土地利用制图的可行性，包括发展适用于遥感数据特点的土地分类系统及分类方法问题。70年代，卫星遥感技术应用于大范围土地资源的研究。80年代，开始在洲际范围内利用气象卫星数据进行土地覆盖的研究，并取得了有效的成果。80年代后期以来，随着遥感与GIS技术在土地研究中的广泛应用，典型地区的土地利用变化动态与检测蓬勃发展，并开始以此为基础的土地利用的优化决策的定量分析。

20世纪90年代以来，全球环境变化研究领域逐渐加强了对LUCC的研究工作，LUCC 机制对解释土地覆盖的时空变化和建立LUCC 的预测模型起到关键作用，是全球变化研究的焦点问题。

1.2.4.1　国外研究进展

国外LUCC研究主要包括北美流派、欧洲流派和日本流派，他们分别从宏观模型、福利分析和数量模拟入手对LUCC 进行研究。总的来说，国外LUCC研究主要集中在几个关键性领域：土地利用的动力机制、土地覆盖变化、LUCC的区域与全球模型以及遥感技术在LUCC研究中的应用等。

国外早期的土地利用/土地覆盖变化的数据主要通过人工调查的方式来获取，以此为基础进行土地利用的分类与制图。1922年，索尔等就在美国的密歇根州开展了土地利用综合调查，开创了小区域土地利用综合考查的先例。1931年，Webb对美国大平原的土地利用类型及变化进行了研究。1946 年，澳大利亚在全国领土的1/3以上地区完成了大、中比例尺的土地调查。随后，英国、加拿大和一些东欧国家以及亚洲的日本、印度和拉丁美洲的墨西哥、巴西等国先后开展了土地资源调查研究。到了20世纪70年代，随着世界范围内的土地利用调查广泛开展和计算机技术、遥感技术的发展，计算机技术和遥感技术被运用于解决土地利用的一些具体问题。目前，通过3S技术来进行土地利用变化的研究已经成为一种趋势，成为土地利用变化研究最重要的技术手段。例如，Skole等利用1978—1988年1∶50万比例尺的陆地卫星TM 图像与GIS技术对巴西亚马逊盆地大面积的热带森林砍伐和居住区破碎化进行研究，取得了良好的效果。

1990年全球变化研究委员会最早提出了一个全球性LUCC 研究框架。1992年联合国制定的《21世纪议程》标志着国际上关于土地利用变化研究的正式开始。1995年，由隶属于“国际科学联合会（ICSU）” 的“国际地圈——生物圈计划（IGBP）” 和隶属于 “国际社会科学联合会（ISSC）” 的IHDP共同拟定了为期10年的“LUCC科学研究计划”。作为国际全球变化研究的一项核心计划，这一计划重点研究土地利用变化的人地关系。随着计划的不断深入，其他一些组织和各个国家、地区也相继开展了一些相应的研究，如联合国环境规划署的土地覆被评价与模拟、联合国粮农组织（LAO）的土地利用分类、国际系统分析研究所（IIASA）的土地利用变化研究项目、国际地理联合会（IGU）的土地利用与土地覆被研究项目、联合国 “千年生态系统评估（millennium ecosystem assessment，MA）、美国国家航空航天局（NASA） 的“土地覆被与土地利用变化项目（land cover and land use change ，LCLUC）” 等（史培军，1997）。

在LUCC 研究计划执行的10年间，研究内容从全球气候变化效应扩展到 不同空间尺度的LUCC过程、驱动机制，以及资源、生态和环境影响等诸多 方面。除了在LUCC监测技术、驱动力、生态环境效应和建模研究等不同方面取得了丰硕的研究成果外，LUCC 研究在理论上也实现了非常大的突破。 2005年在IHDP第六届开放会议上，为期10年的“LUCC科学研究计划” 宣 告结束。与此同时，Aspinall和Ojima介绍了IHDP与IGBP新设立的“GLP 计划（Global Land Project）”。GLP 是在IGBP核心研究计划—— “全球环 境变化与陆地生态系统（GCTE）计划” 和“LUCC科学研究计划” 基础上的又一项国际性的土地利用/覆被变化研究项目。该计划主要研究陆地系统变化的原因和本质、陆地系统变化的后果以及陆地可持续性的综合分析和模拟（Ojima等，2005；史培军等，2006）。把人类与环境耦合的陆地系统（cou- pled human-environment terrestrial system）作为研究重点，对人类-环境耦合系统间的相互反馈开展综合研究。目标是量测、模拟和理解人类-环境耦合系统，为可持续发展和保护土地资源提供政策借鉴（李学梅， 李忠峰，2008）。2007年12月《美国科学院院刊》上刊发了美国科学院院士、克拉克 大学教授Turner和原LUCC研究计划主席、比利时鲁汶大学教授Lambin及 现GLP研究计划主席、哥本哈根大学教授Reenberg 3人共同撰写的 “全球环境变化和可持续性背景下的土地变化科学” 一文，指出土地变化科学（LCS）重在加强以下4个方面的研究：①对全球的土地变化的观测和监测；②在人与环境耦合系统中去理解这些变化；③土地变化的空间解释模型；④对土地系统的脆弱性、弹性和可持续性进行评价。进一步强调了土地利用变化在全球环境变化和可持续性研究的重要作用（杜习乐等，2011）。

所以，目前国际上对土地利用与覆被信息的研究主要包括土地利用与覆被动态变化过程与驱动机制的关系、土地利用对区域环境的影响、土地利用预测模型的建立以及 “3S” 技术在土地利用与覆被变化动态监测中的应用等。总之，国外对土地利用/土地覆盖变化的研究由最初的经济学意义逐步提升到与社会、环境、人类等关系的层面，研究其变化的社会驱动力，产生的结果等，进而揭示其与环境变化的关系。在研究的过程中，更多地与自然科学和社会科学紧密相关，进一步探索如何更有利、更科学地进行土地利用和如何更有效的对有限的土地进行调控，从而为土地资源科学的可持续发展提供强大的依据。

1.2.4.2　国内研究进展

与国外的发展情况相比较，国内在土地利用和土地覆盖变化方面的研究由于某些技术上的落后而发展较缓，但是起步还是比较早的。在20世纪30 年代初，金陵大学教授J.L.Buck 对我国东部农业地区进行了广泛调查并出版了《中国土地利用》专著（唐华俊等，2004）。为了服务于国家经济建设，我国从 20世纪 50年代开始进行了大量的土地利用变化研究，如农业土地分等定级、重点区域的土地资源调查和简要规划以及土地资源适宜性评价等，在土地利用调查、基础图件编制和基础理论研究等方面做了大量的工作，积累了丰富的资料与研究成果。20世纪 80年代至90年代初，国家土地管理局组织了全国土地概查工作，主要对中国土地利用的发展变化规律、特点及土地资源潜力进行了研究，并做出了全国土地利用的总体规划。在1980—1985年期间，我国曾用Landsat多光谱数据对全国的土地资源进行调查，宏观反映了我国土地资源的基本情况。20世纪80年代后期比较重大的遥感工程包括 “黄土高原水土流失遥感调查” 及“遥感技术在西藏自治区土地利用调查中的应用” 等项目。这个时期研究主要集中在土地利用时空变化研究方面，例如史培军（1997）在《人地系统动力学研究现状与展望》中论述到，土地利用/土地覆盖变化的研究是地球表层系统的主要研究方向，而且还提出遥感及技术是土地利用和土地覆盖变化研究中的重要技术手段（史培军，宫鹏等，2000）；王秀兰、包玉海（1999）在“土地利用/土地覆盖变化” 的含义和内容的基础上，对土地利用变化研究的方法和土地利用变化模型的建立进行了概括分析，同时也对各类模型的含义以及在土地利用变化研究中的意义进行了阐释，另外还重点介绍了几种定量研究土地利用动态变化的模型。

20世纪90年代以后，随着国际各国相应LUCC研究项目的相继开展，我国的土地利用研究方向也进行了相应的调整，同全球变化相联系起来，开展了一些与土地利用变化驱动力等方面有关的研究。研究领域主要包括利用遥感影像对土地利用进行动态监测分析、土地利用变化对农业生态系统以及全球环境变化的影响、土地利用变化驱动力和变化研究模型等。研究领域的不断扩大，体现了我国对土地利用和土地覆盖的认识逐步系统、全面、科学化（Browni，1995）。

北京大学蔡运龙教授首次研究了全球气候变化对农业生产的影响，然后对土地利用和土地覆盖变化所引起的社会经济领域问题以及怎样实现土地利用的可持续发展等问题进行了一系列探讨；刘纪远等（1997）通过遥感手段，并采用与地理信息系统相结合的方法，系统地研究了中国境内土地利用程度的区域分异情况。同时，还对遥感数据进行处理和优化，得到归一化植被指数（NDVI），在与地理数字影像相结合的基础上，针对植被的综合分类和土地资源面积以及生态环境质量开展了很多的研究。

近十几年，土地利用变化研究尤其侧重于通过结合遥感、野外观测与调查统计数据，探讨LUCC过程、驱动机制与环境效应。例如在研究LUCC 的驱动力方面，李志等（2006）利用1986年、1994 年和2004年的黄土沟壑区土地利用数据，得出了该研究区18年间的土地利用动态变化规律，并通过三个驱动力因素即政策向导、社会经济因素和人为积极治理进行了驱动力分析。宋开山（2008）等基于遥感技术提取了三江平原的1954—2005年期间的六期土地利用信息并利用地理信息技术对其进行了定量研究，同时就三江平原的土地利用和该地区的国有农场耕地与人口的关系进行了驱动力分析。由于该研究时间跨度大，因此基本了解了三江平原的51年的土地利用信息，为相关部门的决策提供了有效支持。摆万奇等（2005）应用Logistic逐步回归方法，通过空间分析，在大渡河上游地区15个生物、物理和社会因素中筛选出对不同地类具有重要影响的关键因素，并确定了它们之间的关系和影响大小。

自20世纪90年代以来，国内的土地利用和土地覆盖变化的研究在朝着多种技术、方法相结合，涉及研究领域更广阔的方向不断发展着。近十几年来，因为人地矛盾日趋尖锐，国内学者相继开展了一系列土地利用/土地覆盖变化的研究项目。例如，中国科学院和农业部组织实施的“八五” 重大应用研究项目“国家资源环境遥感宏观调查和动态研究”、农业部计划司项目 “我国农业土地利用/覆被变化与21世纪的粮食安全”、国家自然科学基金重大项目 “我国主要陆地生态系统对全球变化的响应与适应性样带研究”、国土资源部组织实施的国家“十一五” 科技支撑计划重点项目“区域土地资源安全保障与调控关键技术研究”、2010 年启动的由中国科学院地理科学与资源研究所主持的“973” 计划全球变化研究重大科学研究计划“大尺度土地利用变化对全球气候的影响” 项目、《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020 年）》所确定的国家科技重大专项“高分辨率对地观测系统” 等。

总之，随着国内外土地利用/土地覆盖变化研究项目的顺利开展与实施以及遥感、地理信息系统技术的诞生，研究方法在不断改进，取得了大量的研究成果，研究内容也从全球气候变化效应研究扩展到不同空间尺度的土地利用/土地覆盖变化过程、驱动机制以及资源生态和环境效应影响的研究等诸多方面。