8第八章土地利用可持续性评价

第八章土地利用可持续性评价一、土地利用/土地覆被变化1、土地利用与土地覆被1）土地利用与土地覆被的概念1土地利用：指农业、林业、牧业和城市发展等人类对与土地有关的自然资源的利用活动。土地覆被：耕地、林地、草地、公路、建筑及土壤、冰雪和水体等地表物质组成。土地覆被包含两个含义：①土地覆被是陆地生物圈的重要组成部分。②土地覆被最主要的组成部分是植被，但也包含土壤和陆地表面的水体。1）土地利用与土地覆被的概念2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。土地利用变化与土地覆被变化的关系：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）。1）土地利用与土地覆被的概念3土地利用是指人类根据土地的自然属性和社会经济发展的需要，有目的地长期改造、开发和利用土地资源的活动，如农业用地、工业用地、交通用地、居住用地等。土地覆被是随着技术的应用而出现的概念，是指地球陆地表层和近地面层的自然状态，是自然过程和人类活动共同作用的结果；或指覆被着地球表面的植被及其特质，如各种作物、土壤、冰川、水面等。2）土地利用与土地覆被的关系（土地利用是土地覆被变化最重要的影响因素，土地覆被的变化反过来又作用于土地利用。土地覆被的性质主要取决于自然因素，但目前的土地覆被状况则主要是人类对土地的利用和整治活动造成的。土地利用变化导致土地覆被状况的变化，通过渐变、转换或维护表现出来；土地覆被变化又通过环境影响反馈回路影响到土地利用变化的驱动力或经过累积作用影响全球规模加速气候变化，而气候变化的结果又通过环境影响回路对驱动力发生作用。渐变——同一土地覆被类型内部条件的变化，如森林疏伐、农田施肥等；转换——一种覆被类型转变为另一种覆被类型，如森林变成农田或草地；维护——让土地覆被保持一定的状态，是人类活动影响土地覆被的一种形式。3）土地利用与土地覆被变化的复杂性（1）土地利用/土地覆被变化的表现极其复杂——其动因与广泛的人类活动及自然变化相关；其结果将影响全部人类的生存和发展；其研究涉及从自然科学到社会科学的众多学科。（2）人类的土地利用方式有多种多样。各种土地利用的作用累积起来就在全球尺度上改变了土壤覆被，其结果不仅对土地覆被本身至关重要，而且对很多方面都产生显著影响。（3）土地覆被变化现象可归纳为三种：是土地覆被的退化；是土地覆被的转换；三是土地覆被的改良。2、土地利用/覆被变化（LUCC）研究计划1）LUCC研究背景进入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/国际地圈生物圈计划、IHDP/人文因素计划)。2）LUCC研究原因首先，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。”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（InternationalScienceUnion:ICSU）”的IGBP和隶属于“国际社会科学联合会（InternationalSocialScienceCouncil: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》（TurnerII,1995），将其列为核心项目之一。3）LUCC研究目标⑴提高对全球土地利用和土地覆被变化的动态过程的认识。⑵对人类活动与全球变化的人类驱动机制研究。4）LUCC研究的基本问题⑴在过去的300年中，人类利用怎样改变了土地覆被？⑵在不同的地理和历史条件下，土地利用变化最主要的人为因素是什么？⑶在未来的50-100年里，土地利用变化将如何影响土地覆被？⑷人类和自然界动态变化如何影响特定土地利用的可持续性？⑸全球环境变化将如何影响土地利用和土地覆被？反向影响又如何？⑹土地利用与土地覆被与土地使用者的脆弱性有何关联？土地利用和土地覆被变化又如何反过来冲击和强化危机地区的脆弱性？5）LUCC研究的重点领域⑴采用案例比较研究方法的土地利用动态研究；⑵采用直接观测和诊断模型的土地覆被动态研究⑶区域和全球综合模型研究。6）LUCC与全球环境变化及可持续发展研究内容⑴土地覆被变化对全球环境变化的影响——系统性的变化和累积性的变化。⑵全球环境变化对土地覆被变化的影响——气候变化（直接影响--气温、降水；间接影响—干旱、洪水、土地退化）⑶土地利用/土地覆被变化与可持续发展——协调各部门的土地利用，保护重要的土地利用方式和土地覆被类型；探索利于生态的土地利用方式；现状土地利用方式的可持续性及其调控。3、土地利用/覆被变化研究认识的发展和研究内容概括1）LUCC研究认识进展（见下表）过去现在仅关注土地覆被转换也关注土地覆被退化和土地覆被改良多关注热带雨林类型关注所有土地覆被类型，包括草地、疏林、城郊、湿地等认为变化历史简单认识到变化受几千年人类的复杂活动影响认为变化是单向连续的认识到变化沿复杂且可逆的轨道，土地覆被处于一种不断变迁的状态根据同质空间来研究认识到空间具有高度异质性，景观破碎化随处可见多归因为人口增长也归因到人们对经济机会和政策变化的响应，并伴随生物-自然和社会-经济的突发事件多认为变化是地方性的认识到变化可被遥远的城市中心影响，随强烈的本土化和全球化相互作用而被全球化增强或消弱多归因到农业的扩展认识到对压力和机会更为常见的响应是土地利用的集约化和多样化多关注对碳循环的影响也关注对人类健康、生物多样性、日照反射率、水循环、碳循环、甲烷排放、N2O等排放的影响认识影响取决于生物-自然变化的大小认识影响更取决于人自身和地方响应能力所关注的地区不甚集中聚焦于变化的“热点”地区2）土地利用覆被变化研究内容概括（1）LUCC的监测（2）LUCC的解释（3）LUCC的环境效应①土地利用/土地覆被状况的巨大变化对全球气候、碳循环、氮循环，水循环产生直接的影响，加剧物种消失。②区域尺度上土地利用变化可引起许多自然现象和生态过程的变化。4、土地利用/覆被变化研究特点土地利用/覆被变化研究的总特点是综合1）论题的综合——LUCC及其环境效应在区域和系统关系上是一个统一的整体，“效应”的研究及解释必须建立在“监测”和“解释”的基础上，因此，监测-解释-效应的综合研究是LUCC效应研究的一般程式。2）尺度的综合——在区域尺度上，土地利用变化模式具有高度的空间异质性，为判定和说明原因和表象之间关系的变量，要求空间解析和时间解析都达到一定的详细程度，需要地方和区域尺度的研究。对复杂系统的研究必须从一些具体、可操作的问题入手，要求：论题范围要有明确界定；研究的时间尺度和空间尺度要有明确界定。3）方法的综合——20世纪60～80年代提出采用系统论方法，如乔利建立自然地理系统；哈盖特建立地球表层系统；贝呢特和乔利建立环境系统等。目前，对复杂系统可建立“黑箱化”模型，对LUCC的格局、过程和驱动力的认识需要“白箱化”的机理探讨。复杂系统的机理探讨正成为方法综合的突破点：既建立贴切的“物理”模型，找出相应的算法，还借助计算机求解；既不断深入研究形态和过程，还重视机理研究。将为LUCC的格局、过程和驱动力探究提供借鉴。土地利用变化模型研究可通过对土地动态案例的综合研究获得。4）理论的综合——理论的作用是解释经验的发现并预测新的结果。目前已建立特定土地利用系统中某些组分的理论，如小业主和农民行为理论；土地配置理论；技术创新理论等。而LUCC的研究就是对综合这些理论原则的认识和模拟。对LUCC来说，最重要的是要形成综合的科学理论框架。5、LUCC在全球变化研究中的重要地位(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。(2)气候变化(3)水文的变化(4)对生物多样性的影响6、从土地利用/覆被变化研究到土地变化科学研究1）背景意义：IGBP和IHDP于1995年和1999年发表“土地利用/覆被变化科学研究计划”和“土地利用/覆被变化执行战略”来，LUCC研究遵循“压力-状态-响应”三段式的科学研究范式；人们对LUCC在各个尺度和区域条件下的变化过程、驱动力和模式有了深刻理解；LUCC的监测、解释和效应研究取得显著进展，在理论上有重大突破。2）目前，LUCC研究范围：①区域的、整体的、系统的研究思路越来越受到重视，土地利用变化和区域生态安全、土地持续利用等紧密结合；②越来越重视土地变化的过程与机理，模拟与虚拟研究已成为选择解决资源、环境与灾害问题途径的重要手段。3）IGBPⅡ的研究重点：强调与GCTE研究计划的整合；研究对象扩展到“陆地人类与环境系统”（T-H-E）；强调生态系统功能与人类社会动态的紧密联系；提出土地变化科学。4）土地变化科学（LCS）的研究焦点：①土地系统变化的原因和本质（强调对人类活动，尤其是对土地利用活动产生的影响）；②土地系统变化的影响（强调不同程度的土地利用对生态系统产生的影响）；③综合分析和建模（强调复杂系统的突变性质和非线性特征，构建适应系统复杂性的一组时空模型）。研究方法：通过定点研究、长期观测和实验、过程模型分析、决策支持模型和综合模型（强调将区域研究和过程研究相结合，进行综合模拟）。5）LCS对IGBPⅠLUCC计划的超越体现：①研究对象与目标的改变研究对象由LUCC上升到T-H-E；研究目标由“了解LUCC的途径和规律”转变为“减小人类与环境系统面对全球变化的脆弱性，实现可持续性”。②LCS的本质是综合和深化综合体现在视角的综合、研究领域和学科间的综合、研究方法的综合；深化体现在认识上的深化和方法的深化。