土地利用/覆盖变化及生态效应研究

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土地利用与土地覆盖作为地球表层系统最突出的景观标志,是引起全球性环境问题的主要原因,也是自然与人文过程交叉最为密切的问题。进入新世纪以来,在“国际地圈与生物圈计划(IGBP)”和“全球变化人文计划(HDP)”两大国际组织的联合推动下,土地利用/覆盖变化(Land Use and Land Cover Change,LUCC)成为全球变化研究的重要部分和核心内容。随着研究的不断深入,LUCC越来越重视多科学综合和方法集成,其研究领域从自然界、全球性逐渐向人类社会、区域性过渡,研究内容也由一开始的驱动机制和模型逐渐向生物地球化学循环、生物多样性及可持续世界转变,即生态效应和人类响应机制的研究。   鉴于中国人口-资源-环境的状况及其在全球变化中的重要地位,开展LUCC研究不仅对我国及区域生态环境、社会经济发展具有重要作用,而且将对全球变化及LUCC研究产生极为重要的推动作用。本文在国土资源部科技专项“土地利用变化驱动力与驱动机制”研究项目资助下,依托国土资源部和中国土地勘测规划院权威、强大的数据库系统和技术支持,集LUCC的“格局-过程-机制-效应-响应”为一体的综合研究思路,通过对我国1991~2001年土地利用/覆盖变化的系统分析、诊断,评价,揭示我国土地利用/覆盖变化的基本态势、驱动机制及其所产生的生态效应,对实现土地资源的整体优化调控、生态-经济-社会效应的良性循环和可持续利用等方面,具有重要的科学和实践意义。论文主要结论如下:   (1)经过漫长的历史变迁,我国土地利用履盖形成了目前相对稳定的整体分布格局。在全国水平上,土地利用结构保持相对稳定;但是,在局地尺度上,土地利用/覆盖则发生频繁相互转变。依据变更数据统计,在1991~2001年间,各地类之间变更数量累计共约有10878.92万ha,相当于全国12%的土地面积在不同时间上或空间上曾发生过转变。与以往任何历史时期相比,目前我国土地利用/覆盖变化在数量、速率、范围及程度上都是史无前例的。从总体上来看,耕地数量急剧减少、非农建设用地迅猛扩张、土地生态退化日益严重构成了近期我国土地利用/覆盖变化的基本态势。   (2)基于IGBP陆地样带和LUCC区域理论,本文选择变化速率快、人地矛盾紧张的黄淮海平原、长江中下游平原地区作为“热点地区”;选择对土地利用/覆盖变化反映敏感的内蒙古高原及长城沿线地区作为“生态脆弱区”。按照“格局到过程”的研究思路,利用景观格局指数和构建过程指数,通过三个典型区域的LUCC案例比较分析,揭示我国区域尺度上LUCC过程的差异性。结果表明,景观要素的组成结构和空间格局,在很大程度上影响和决定着土地利用/覆盖变化过程。   (3)对土地利用/覆盖变化驱动机制的理解和辨析,逐渐成为全球环境变化研究的关键和热点问题。很多学者对不同时间、空间尺度上土地利用/覆盖变化的驱动力进行了探讨性研究,但研究方法上存在过多地依赖数学分析方法的趋向。LUCC驱动力的反演具有复杂性与多样性的特点,有时很难依据某些驱动因素对土地利用变化过程进行模拟。本文通过对土地利用/覆盖变化与其驱动因子的关系辨析,基于“原因-表象”间的因果关系分析(成因分析),从宏观上鉴别引发国家水平上LUCC现象与其变化的直接原因。通过辨析发现,国家宏观土地政策和政府行为是我国土地利用/覆盖变化的直接原因,而土地利用之间的比较经济效益则是它们的主要驱动因子。   (4)土地退化是土地利用/覆盖变化所产生的负面生态效应中最直接的质变结果。依据46个土地利用类型间的相互转化关系,构建土地退化评价指标体系,将土地利用/覆盖变化所产生的土地退化过程划分为土地沙漠化、石漠化、次生盐渍化、非农建设用地占用、森林砍伐、天然草地退化、湿地萎缩7个过程。全面、系统、整体上揭示了我国土地退化的基本特征、发展趋势和空间格局。结果表明,我国土地退化态势乐观与悲观并存;土地退化“边治理,边破坏”的现象仍普遍存在;“部分改善,整体恶化”的态势仍未达到根本扭转。   (5)很多学者从不同角度构建了大量LUCC驱动力模型,以模拟和探索未来土地利用/覆盖变化趋势。但是,在这些模型中,很少是关于连续时间序列上的预测,或者仅对某一土地利用类型。而缺乏对全部土地利用类型变化预测。本文围绕土地利用变化自然-人文驱动机制,借助于LU/GEC项目GKSIM模型,利用长时间序列的土地利用现状数据,通过定量化总人口、城镇化率和GDP对土地利用变化的驱动和贡献作用,对我国未来社会经济发展情景下土地利用变化动态进行预测。模拟结果显示,未来30年我国耕地将持续减少,估计在2013年左右,耕地数量将减为12097万ha,此数量将低于国土资源部规定的保证粮食安全的耕地保有量底限。模拟还显示在未来很长一段时期建设用地仍持续快速增加。由各土地利用类型未来变化态势的模拟结果可以看出,在未来10年(到2015年)将是我国土地利用变化和耕地保护最关键的时期。如何在保障国家粮食安全和生态安全的前提下,调整传统土地利用和管理方式,保证经济持续健康发展,将是我国政府和科学家面临的严峻问题。
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