周玲玲

（貴州省國(guó)土資源勘測(cè)規(guī)劃研究院 貴陽(yáng) 550004）

土地利用/覆蓋變化研究方法綜述

周玲玲

（貴州省國(guó)土資源勘測(cè)規(guī)劃研究院 貴陽(yáng) 550004）

目的：土地利用/覆蓋變化（LUCC）已是當(dāng)前全球環(huán)境變化的重要構(gòu)成部分，LUCC近幾年已成為全球環(huán)境變化研究的熱點(diǎn)課題。文章從土地利用/覆蓋變化涉及的四個(gè)主要內(nèi)容入手，包括為何發(fā)生變化、發(fā)生了什么樣的變化、其對(duì)環(huán)境影響的評(píng)價(jià)以及對(duì)未來(lái)變化的模擬預(yù)測(cè)等四個(gè)方面，分別綜述了目前研究中應(yīng)用較廣、較成熟的LUCC研究方法，為未來(lái)LUCC研究方法提供了重要參考。

土地利用/覆蓋變化；研究方法；綜述

前言

隨著全球環(huán)境變化研究深入，土地利用/覆蓋變化（Land Use and Land Cover Change：LUCC）已是當(dāng)前全球環(huán)境變化的重要構(gòu)成部分，近幾年已成為全球環(huán)境變化研究的熱點(diǎn)課題[1]。在過(guò)去的研究里，眾多學(xué)者對(duì)LUCC的研究方法給予了很多關(guān)注，將不同的研究方法用于LUCC驅(qū)動(dòng)力機(jī)制、LUCC空間格局變化、LUCC對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響以及LUCC模擬和預(yù)測(cè)等方面。目前，比較成熟的研究方法有數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法、基于GIS和RS技術(shù)的研究方法、實(shí)地觀測(cè)法和模型法，而模型法則是目前應(yīng)用最多最廣的一種研究方法。本文將圍繞LUCC為何發(fā)生變化、發(fā)生了什么樣的變化、其對(duì)環(huán)境影響的評(píng)價(jià)以及對(duì)未來(lái)變化的模擬預(yù)測(cè)等四個(gè)方面，即LUCC驅(qū)動(dòng)力機(jī)制研究、LUCC時(shí)空格局變化研究、LUCC對(duì)地球生態(tài)環(huán)境的影響評(píng)價(jià)以及LUCC未來(lái)變化的模擬和預(yù)測(cè)，針對(duì)各個(gè)方面歸納總結(jié)了部分影響較大的LUCC研究方法。

1 LUCC驅(qū)動(dòng)力研究及其研究方法

LUCC驅(qū)動(dòng)力研究是土地利用/覆蓋變化研究的重要核心內(nèi)容，占據(jù)LUCC研究課題的主導(dǎo)地位[2]。驅(qū)動(dòng)力是指導(dǎo)致土地利用/覆蓋變化的自然環(huán)境、人口、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、政治決策、交通區(qū)位等因素，可分為自然因素驅(qū)動(dòng)力和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素驅(qū)動(dòng)力兩大類因素。LUCC驅(qū)動(dòng)力研究目的在于揭示其變化原因、內(nèi)部驅(qū)動(dòng)機(jī)制及驅(qū)動(dòng)過(guò)程，并預(yù)測(cè)其未來(lái)變化的發(fā)展趨勢(shì)和變化結(jié)果，以便于制定相應(yīng)的對(duì)策[3]。由于LUCC本身的不確定性和驅(qū)動(dòng)因子的多樣性和復(fù)雜性，選取適當(dāng)?shù)难芯糠椒ㄊ翘岣週UCC驅(qū)動(dòng)力研究水平的重要手段。近年來(lái)，有關(guān)土地利用/覆蓋變化驅(qū)動(dòng)力研究的方法有定性研究方法、定量研究方法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。

比較傳統(tǒng)的研究方法有定量研究方法、定性研究方法，而定量研究又是應(yīng)用最廣、最成熟的方法。定量研究方法[4]是基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)，主要從土地利用/覆蓋變化與所確定的自然、人口、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、政策等眾多影響因子數(shù)值間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系來(lái)篩選出主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)因子，要盡可能考慮所有驅(qū)動(dòng)因素影響，常用土地利用/覆蓋變得統(tǒng)計(jì)分析模型：含主成分分析法、回歸分析法、典型相關(guān)分析法。其中主成分分析法是多元統(tǒng)計(jì)分析中的一種方法，其基本思想就是在保證原始數(shù)據(jù)信息丟失最小的原則下，對(duì)高維空間進(jìn)行降維處理，以少數(shù)綜合變量取代原始多維變量；回歸分析法一般適合用于在系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定的短期內(nèi)（一般5～10年）分析土地利用/覆蓋變化與驅(qū)動(dòng)力因子的相互關(guān)系，具有一定的時(shí)間局限性；典型相關(guān)分析法適用于有多個(gè)自變量和多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)變量，而各標(biāo)準(zhǔn)變量之間具有較強(qiáng)的相關(guān)性的問(wèn)題。定性研究方法最常用的是概念化邏輯診斷模型[5]，如土地利用變化驅(qū)動(dòng)力概念診斷模型，早期的土地利用/覆蓋變化及其驅(qū)動(dòng)力的分析多采用這種方法，后來(lái)一些學(xué)者又將經(jīng)濟(jì)、政策、水文等因素引入了LUCC的概念診斷模型中，對(duì)其進(jìn)行了完善。

2 LUCC時(shí)空格局變化及其研究方法

土地利用/覆蓋時(shí)空格局變化是指隨時(shí)間變化其土地利用類型、數(shù)量、結(jié)構(gòu)的變化和空間格局的變化，對(duì)于前者主要的研究方法有土地利用動(dòng)態(tài)變化模型，而后者則主要引入生態(tài)學(xué)和景觀格局的相關(guān)理論和研究方法。近年來(lái)還利用了地學(xué)信息圖譜原理，開(kāi)展了LUCC圖譜研究是研究LUCC的新方法。

土地利用類型、數(shù)量、結(jié)構(gòu)的變化上完全依賴于人類對(duì)土地的利用方式轉(zhuǎn)變的速率，因此，土地利用變化主要體現(xiàn)在土地利用類型種類的變化、土地利用類型數(shù)量的變化、土地利用程度變化及土地利用變化的區(qū)域差異等方面，常用的研究方法有土地資源數(shù)量變化模型、土地利用程度變化模型、土地利用變化區(qū)域差異模型[6]。而土地利用/覆蓋空間格局的變化常用景觀格局分析方法，通過(guò)探討景觀格局變化過(guò)程，揭示土地利用/覆蓋變化過(guò)程中的景觀變化規(guī)律，常用景觀指數(shù)來(lái)衡量。景觀指數(shù)能夠高度濃縮景觀格局信息，反映其結(jié)構(gòu)組成和空間配置，定量分析土地利用/覆蓋變化特征[7]。通常選取分離度指數(shù)（FI）、破碎度指數(shù)（FN）、分維數(shù)倒數(shù)（FD）、多樣性指數(shù)（H）、優(yōu)勢(shì)度指數(shù)（D）、均勻度指數(shù)（E）來(lái)反映各土地利用類型（景觀類型）和土地覆蓋的變化特點(diǎn)及其變化原理。

軌跡分析法是研究土地利用/覆蓋動(dòng)態(tài)變化的一種新方法，通過(guò)構(gòu)建“曲線”或“分布圖”來(lái)發(fā)現(xiàn)土地利用/覆蓋變化的趨勢(shì)，主要依賴于RS和GIS，它們是土地利用/覆蓋變化數(shù)據(jù)獲得和分析的主要平臺(tái)。當(dāng)土地利用類型數(shù)少于10種地類時(shí)，可由以下公式計(jì)算出柵格圖層的像元編碼，計(jì)算公式：

式中：Tij軌跡圖層第i行和第j列的像元編碼，n是分析的時(shí)段數(shù)，（G1）ij，（G2）ij，（Gn）ij為每個(gè)圖斑在各個(gè)時(shí)段的土地利用/覆蓋類型的編碼。

基于像元計(jì)算，轉(zhuǎn)移圖譜可以有效的針對(duì)某種用地類型的變化過(guò)程進(jìn)行分析，并且直觀地刻畫(huà)該用地類型在空間上的變化軌跡和變化終點(diǎn)[8]。

3 LUCC對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響評(píng)價(jià)及其研究方法

土地利用/覆蓋變化是全球環(huán)境變化的主要因素之一，主要表現(xiàn)在全球環(huán)境的系統(tǒng)性變化與累積性變化兩個(gè)方面。系統(tǒng)性變化研究包括溫室氣體的凈釋放效應(yīng)、大氣下墊面反照率變化等內(nèi)容，而累積性變化研究包括土地退化、生物多樣性、流域水平衡。LUCC對(duì)生態(tài)環(huán)境到底產(chǎn)生多大程度的影響，目前常用的研究方法是生態(tài)服務(wù)價(jià)值測(cè)算模型，運(yùn)用土地利用變化環(huán)境效應(yīng)指數(shù)計(jì)算[9]。

由于生態(tài)系統(tǒng)本身是一個(gè)十分復(fù)雜的系統(tǒng)，要對(duì)其定量評(píng)價(jià)是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，很難精確的量化每一個(gè)指標(biāo)值，同時(shí)也沒(méi)有一個(gè)確定的安全閾值，所以此方法還處于探索階段，還需要更多的案例對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，使其更加完善。

4 LUCC模擬預(yù)測(cè)及其研究方法要求

LUCC本身是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，涉及人口、資源、環(huán)境與發(fā)展等多個(gè)問(wèn)題，而日益增長(zhǎng)的人口和稀缺的資源給土地資源的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了巨大壓力。土地資源的可持續(xù)發(fā)展體現(xiàn)在土地的需求和土地的供給平衡關(guān)系中，這就使得LUCC模擬和預(yù)測(cè)成了必要。模擬土地利用/覆蓋變化可以對(duì)其空間的未來(lái)發(fā)展?fàn)顟B(tài)做出了科學(xué)分析，預(yù)測(cè)土地利用/覆蓋變化才能科學(xué)、合理的做出未來(lái)土地資源配置，合理的做出未來(lái)土地利用規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)土地資源的可持續(xù)發(fā)展。目前，對(duì)于LUCC的模擬預(yù)測(cè)方法有很多，較成熟的研究方法主要有CLUE-S模型、元胞自動(dòng)機(jī)模型、Agent-based模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型和馬爾科夫預(yù)測(cè)模型[10～12]。

5 結(jié)論

LUCC是全球環(huán)境變化的重要原因和重要組成部分，是全球土地科學(xué)研究的重要主題。同時(shí)，LUCC也是一個(gè)開(kāi)放的復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，對(duì)于不同時(shí)期、不同時(shí)空格局的土地利用/覆蓋變化的研究，應(yīng)該用不同的方法，即使在同一時(shí)期，針對(duì)不用的區(qū)域特點(diǎn)，其研究方法也是不同的，要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇相應(yīng)的研究方法，這樣才能得出滿意的結(jié)果。

近幾年來(lái)，對(duì)于LUCC模型方法的研究也很多，在實(shí)踐方面也取得了長(zhǎng)足進(jìn)展，并且引入了遙感技術(shù)和地理信息技術(shù)，使其與LUCC模型方法結(jié)合，這樣使得LUCC研究理論更完善，研究成果應(yīng)用更廣。但是，也存在一些不足之處，如土地利用/覆蓋變化的軌跡跟蹤研究較少，對(duì)每一個(gè)時(shí)期土地利用類型變化的來(lái)源和去向都沒(méi)有明確的跟蹤。所以，在今后的研究中，應(yīng)該加強(qiáng)這方面的研究。

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F301

A

1004-7344（2016）02-0148-02

2015-12-28

周玲玲（1988-），助理工程師，碩士，主要從事土地利用，土地規(guī)劃工作。