土地利用/覆盖变化研究方法综述

周玲玲

（贵州省国土资源勘测规划研究院 贵阳 550004）

土地利用/覆盖变化研究方法综述

周玲玲

（贵州省国土资源勘测规划研究院 贵阳 550004）

目的：土地利用/覆盖变化（LUCC）已是当前全球环境变化的重要构成部分，LUCC近几年已成为全球环境变化研究的热点课题。文章从土地利用/覆盖变化涉及的四个主要内容入手，包括为何发生变化、发生了什么样的变化、其对环境影响的评价以及对未来变化的模拟预测等四个方面，分别综述了目前研究中应用较广、较成熟的LUCC研究方法，为未来LUCC研究方法提供了重要参考。

土地利用/覆盖变化；研究方法；综述

前言

随着全球环境变化研究深入，土地利用/覆盖变化（Land Use and Land Cover Change：LUCC）已是当前全球环境变化的重要构成部分，近几年已成为全球环境变化研究的热点课题[1]。在过去的研究里，众多学者对LUCC的研究方法给予了很多关注，将不同的研究方法用于LUCC驱动力机制、LUCC空间格局变化、LUCC对生态环境的影响以及LUCC模拟和预测等方面。目前，比较成熟的研究方法有数理统计方法、基于GIS和RS技术的研究方法、实地观测法和模型法，而模型法则是目前应用最多最广的一种研究方法。本文将围绕LUCC为何发生变化、发生了什么样的变化、其对环境影响的评价以及对未来变化的模拟预测等四个方面，即LUCC驱动力机制研究、LUCC时空格局变化研究、LUCC对地球生态环境的影响评价以及LUCC未来变化的模拟和预测，针对各个方面归纳总结了部分影响较大的LUCC研究方法。

1 LUCC驱动力研究及其研究方法

LUCC驱动力研究是土地利用/覆盖变化研究的重要核心内容，占据LUCC研究课题的主导地位[2]。驱动力是指导致土地利用/覆盖变化的自然环境、人口、社会经济、政治决策、交通区位等因素，可分为自然因素驱动力和社会经济因素驱动力两大类因素。LUCC驱动力研究目的在于揭示其变化原因、内部驱动机制及驱动过程，并预测其未来变化的发展趋势和变化结果，以便于制定相应的对策[3]。由于LUCC本身的不确定性和驱动因子的多样性和复杂性，选取适当的研究方法是提高LUCC驱动力研究水平的重要手段。近年来，有关土地利用/覆盖变化驱动力研究的方法有定性研究方法、定量研究方法、人工神经网络法。

比较传统的研究方法有定量研究方法、定性研究方法，而定量研究又是应用最广、最成熟的方法。定量研究方法[4]是基于数理统计，主要从土地利用/覆盖变化与所确定的自然、人口、社会、经济、政策等众多影响因子数值间的统计关系来筛选出主导驱动因子，要尽可能考虑所有驱动因素影响，常用土地利用/覆盖变得统计分析模型：含主成分分析法、回归分析法、典型相关分析法。其中主成分分析法是多元统计分析中的一种方法，其基本思想就是在保证原始数据信息丢失最小的原则下，对高维空间进行降维处理，以少数综合变量取代原始多维变量；回归分析法一般适合用于在系统相对稳定的短期内（一般5～10年）分析土地利用/覆盖变化与驱动力因子的相互关系，具有一定的时间局限性；典型相关分析法适用于有多个自变量和多个标准变量，而各标准变量之间具有较强的相关性的问题。定性研究方法最常用的是概念化逻辑诊断模型[5]，如土地利用变化驱动力概念诊断模型，早期的土地利用/覆盖变化及其驱动力的分析多采用这种方法，后来一些学者又将经济、政策、水文等因素引入了LUCC的概念诊断模型中，对其进行了完善。

2 LUCC时空格局变化及其研究方法

土地利用/覆盖时空格局变化是指随时间变化其土地利用类型、数量、结构的变化和空间格局的变化，对于前者主要的研究方法有土地利用动态变化模型，而后者则主要引入生态学和景观格局的相关理论和研究方法。近年来还利用了地学信息图谱原理，开展了LUCC图谱研究是研究LUCC的新方法。

土地利用类型、数量、结构的变化上完全依赖于人类对土地的利用方式转变的速率，因此，土地利用变化主要体现在土地利用类型种类的变化、土地利用类型数量的变化、土地利用程度变化及土地利用变化的区域差异等方面，常用的研究方法有土地资源数量变化模型、土地利用程度变化模型、土地利用变化区域差异模型[6]。而土地利用/覆盖空间格局的变化常用景观格局分析方法，通过探讨景观格局变化过程，揭示土地利用/覆盖变化过程中的景观变化规律，常用景观指数来衡量。景观指数能够高度浓缩景观格局信息，反映其结构组成和空间配置，定量分析土地利用/覆盖变化特征[7]。通常选取分离度指数（FI）、破碎度指数（FN）、分维数倒数（FD）、多样性指数（H）、优势度指数（D）、均匀度指数（E）来反映各土地利用类型（景观类型）和土地覆盖的变化特点及其变化原理。

轨迹分析法是研究土地利用/覆盖动态变化的一种新方法，通过构建“曲线”或“分布图”来发现土地利用/覆盖变化的趋势，主要依赖于RS和GIS，它们是土地利用/覆盖变化数据获得和分析的主要平台。当土地利用类型数少于10种地类时，可由以下公式计算出栅格图层的像元编码，计算公式：

式中：Tij轨迹图层第i行和第j列的像元编码，n是分析的时段数，（G1）ij，（G2）ij，（Gn）ij为每个图斑在各个时段的土地利用/覆盖类型的编码。

基于像元计算，转移图谱可以有效的针对某种用地类型的变化过程进行分析，并且直观地刻画该用地类型在空间上的变化轨迹和变化终点[8]。

3 LUCC对生态环境的影响评价及其研究方法

土地利用/覆盖变化是全球环境变化的主要因素之一，主要表现在全球环境的系统性变化与累积性变化两个方面。系统性变化研究包括温室气体的净释放效应、大气下垫面反照率变化等内容，而累积性变化研究包括土地退化、生物多样性、流域水平衡。LUCC对生态环境到底产生多大程度的影响，目前常用的研究方法是生态服务价值测算模型，运用土地利用变化环境效应指数计算[9]。

由于生态系统本身是一个十分复杂的系统，要对其定量评价是一个复杂的问题，很难精确的量化每一个指标值，同时也没有一个确定的安全阈值，所以此方法还处于探索阶段，还需要更多的案例对其进行验证，使其更加完善。

4 LUCC模拟预测及其研究方法要求

LUCC本身是一个复杂的动态系统，涉及人口、资源、环境与发展等多个问题，而日益增长的人口和稀缺的资源给土地资源的可持续发展带来了巨大压力。土地资源的可持续发展体现在土地的需求和土地的供给平衡关系中，这就使得LUCC模拟和预测成了必要。模拟土地利用/覆盖变化可以对其空间的未来发展状态做出了科学分析，预测土地利用/覆盖变化才能科学、合理的做出未来土地资源配置，合理的做出未来土地利用规划，实现土地资源的可持续发展。目前，对于LUCC的模拟预测方法有很多，较成熟的研究方法主要有CLUE-S模型、元胞自动机模型、Agent-based模型、人工神经网络、系统动力学模型和马尔科夫预测模型[10～12]。

5 结论

LUCC是全球环境变化的重要原因和重要组成部分，是全球土地科学研究的重要主题。同时，LUCC也是一个开放的复杂的动态系统，对于不同时期、不同时空格局的土地利用/覆盖变化的研究，应该用不同的方法，即使在同一时期，针对不用的区域特点，其研究方法也是不同的，要根据实际情况来选择相应的研究方法，这样才能得出满意的结果。

近几年来，对于LUCC模型方法的研究也很多，在实践方面也取得了长足进展，并且引入了遥感技术和地理信息技术，使其与LUCC模型方法结合，这样使得LUCC研究理论更完善，研究成果应用更广。但是，也存在一些不足之处，如土地利用/覆盖变化的轨迹跟踪研究较少，对每一个时期土地利用类型变化的来源和去向都没有明确的跟踪。所以，在今后的研究中，应该加强这方面的研究。

[1]史培军，宫鹏，李晓兵，等.土地利用/覆盖变化研究的方法与实践[M].北京：科学出版社，2000：1～30.

[2]李秀彬.全球环境变化研究的核心领域-土地利用/覆被变化的国际研究动向[J].地理学报，1996，51（5）：553～557.

[3]摆万奇，赵士洞.土地利用变化驱动力系统分析[J].资源科学，2001，23（3）：39～41.

[4]李月臣.土地利用/覆盖变化驱动力研究[J].水土保持研究，2008（6）：116～120.

[5]Ehrlich P R，Ehrlich A H，Holdren J P.Ecoscience：Population，Resources Environment[M].W H F reeman，Sanfrancisco，CA.1977.

[6]樊玉山，刘纪远，主编.西藏自治区土地利用[M].北京∶科学出版社，1994.

[7]HEMan，ZHANGJun-yan.Scientific research progress of global land-use and land-cover changes project[J].Land&Resources，2005（9）：22～25.

[8]Dongchuan Wang，Jianhua Gong，Liding Chen，Lihui Zhanga，Yiquan Song，Yuejuan Yue.Spatio-temporal pattern analysis of land use/cover change trajectories in Xihe watershed.

[9]苏伟忠，杨桂山，甄峰.长江三角洲生态用地破碎度及其城市化关联[J].地理学报，2007，62（12）：1309～1317.

[10]RINDFUSS R R，WALSH S J，TURNER B L.Developing a science of land change:Challenges and methodological issues 2004（01）.

[11]王丽艳，张学儒，张华，王卫.CLUE-S模型原理与结构及其应用进展[J].地理与地理信息科学，2010（5）：73～79.

[12]张金牡，吴波，沈体雁.基于Agent模型的北京市土地利用变化动态模拟研究[J].东华理工学院学报，2004（3）：80～83.

F301

A

1004-7344（2016）02-0148-02

2015-12-28

周玲玲（1988-），助理工程师，硕士，主要从事土地利用，土地规划工作。