萬(wàn) 煒, 魏 偉, 錢(qián)大文, 魏曉旭, 馮 坤

(1.中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院，甘肅 蘭州 730000；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.西北師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

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土地利用/覆被變化的環(huán)境效應(yīng)研究進(jìn)展

萬(wàn) 煒1,2, 魏 偉3, 錢(qián)大文1,2, 魏曉旭1,2, 馮 坤1,2

(1.中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院，甘肅 蘭州 730000；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.西北師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

土地利用/覆被變化(LUCC)研究經(jīng)歷了一個(gè)不斷發(fā)展的過(guò)程，清楚、透徹地認(rèn)識(shí)LUCC的研究現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，有利于更好地把握核心領(lǐng)域并開(kāi)展更進(jìn)一步的研究.在回顧國(guó)際LUCC研究發(fā)展歷程的基礎(chǔ)上，首先闡述了LUCC的內(nèi)涵、驅(qū)動(dòng)因子及驅(qū)動(dòng)機(jī)制，再將LUCC對(duì)大氣、水體、土壤與生物等四大自然要素的環(huán)境效應(yīng)方面展開(kāi)論述，分析了目前研究所取得的進(jìn)展，最后基于國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀存在的不足進(jìn)行了討論與展望，對(duì)今后LUCC的環(huán)境效應(yīng)研究提出以下幾點(diǎn)意見(jiàn)：重視遙感與GIS研究手段的同時(shí)，加強(qiáng)其他方法的應(yīng)用；重視學(xué)科交叉，加強(qiáng)綜合研究；環(huán)境效應(yīng)的微觀機(jī)理及反饋機(jī)制研究有待加強(qiáng)；將多尺度融合問(wèn)題及構(gòu)建普適模型作為今后研究的突破點(diǎn).

土地利用; 土地覆被; LUCC; 環(huán)境效應(yīng); 驅(qū)動(dòng)力

隨著人們對(duì)全球變化(global change)與地球系統(tǒng)科學(xué)(earth system science)的日益關(guān)注[1-3]，土地利用/覆被變化(land use and land cover change, LUCC)作為聯(lián)系地球系統(tǒng)四大圈層(大氣圈、水圈、生物圈與巖石圈)的關(guān)鍵紐帶，能夠很好地體現(xiàn)全球變化中人類活動(dòng)這一重要影響因素.因此LUCC是目前全球變化研究的熱點(diǎn)問(wèn)題與核心領(lǐng)域之一，亦是自然過(guò)程與人文過(guò)程相互耦合、交互作用最為密切的環(huán)節(jié)之一[4].

國(guó)際上，LUCC科學(xué)研究的真正確立可追溯到1992年，聯(lián)合國(guó)發(fā)布的“21世紀(jì)議程”中明確提出將土地利用/覆被變化的研究作為21世紀(jì)工作的重點(diǎn)之一[5].1994年，聯(lián)合國(guó)環(huán)境署(UNEP)發(fā)起了“土地覆被評(píng)價(jià)和模擬(LCAM)項(xiàng)目”，用于觀測(cè)研究區(qū)域土地覆被的現(xiàn)狀與變化[6].1995年，國(guó)際地圈與生物圈計(jì)劃(international geoshpere-biosphere programme,IGBP)以及全球環(huán)境變化的人文因素計(jì)劃(international human dimensions programme,IHDP)聯(lián)合提出了“土地利用/覆被變化科學(xué)研究計(jì)劃”，從而使LUCC的相關(guān)論題成為焦點(diǎn)[7]，世界各國(guó)陸續(xù)對(duì)LUCC相關(guān)問(wèn)題展開(kāi)研究.2003年，IGBP在之前的工作基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了今后土地計(jì)劃項(xiàng)目的研究重點(diǎn)，并提煉了相關(guān)的前沿科學(xué)問(wèn)題[8].2005年，作為原計(jì)劃的延續(xù)，IGBP與IHDP再次共同發(fā)布了全球土地研究計(jì)劃(global land project, GLP)[9]，該國(guó)際項(xiàng)目的研究意義在于通過(guò)模擬和定量評(píng)估社會(huì)與環(huán)境相互作用的陸地系統(tǒng)，深刻理解并預(yù)測(cè)土地利用/覆被變化的過(guò)程及其引發(fā)相應(yīng)自然與人文方面的結(jié)果，從而進(jìn)一步加強(qiáng)土地利用/覆被變化的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究.2012年6月，聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展大會(huì)提出了“未來(lái)地球計(jì)劃(future earth)”，該計(jì)劃的核心問(wèn)題是研究人類和自然因子、人類福祉以及全球環(huán)境變化這三者之間的相互關(guān)聯(lián)和作用，最終實(shí)現(xiàn)全球可持續(xù)發(fā)展[10].未來(lái)地球計(jì)劃的實(shí)施，為L(zhǎng)UCC的進(jìn)一步向前發(fā)展提供了良好的契機(jī).

從近20余年的發(fā)展歷程來(lái)看，人類活動(dòng)與自然環(huán)境相互耦合作用的研究越來(lái)越受到重視，LUCC的相關(guān)研究已經(jīng)在世界各國(guó)得到了廣泛地開(kāi)展與實(shí)施，其研究?jī)?nèi)容也從最初的應(yīng)對(duì)全球氣候變化，擴(kuò)展到不同時(shí)空尺度下土地利用/覆被變化的過(guò)程、驅(qū)動(dòng)機(jī)制、模型模擬、以及生態(tài)資源環(huán)境效應(yīng)影響等諸多領(lǐng)域.

1 LUCC的主要內(nèi)容與研究趨勢(shì)

1.1 土地利用與土地覆被的關(guān)系

土地利用(land use)和土地覆被(land cover)是兩個(gè)緊密相關(guān)的概念.土地利用是指人類有目的的對(duì)土地資源的利用方式和利用狀況，即人類根據(jù)一定的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)目的，采取一定的手段，通過(guò)對(duì)土地資源進(jìn)行長(zhǎng)期或周期性的開(kāi)發(fā)利用、改造和保護(hù)等一系列經(jīng)營(yíng)方式，最終把土地的自然生態(tài)系統(tǒng)改變?yōu)槿斯ど鷳B(tài)系統(tǒng)，其表現(xiàn)是一種人類活動(dòng)的過(guò)程[7].土地覆被則是隨著遙感技術(shù)應(yīng)用的興起而出現(xiàn)的新概念，是自然過(guò)程和人類活動(dòng)共同作用的結(jié)果，包括覆蓋地表的自然景觀和人工建筑物，它主要反映的是地球表層的自然狀況[11].目前，國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界許多文獻(xiàn)對(duì)“l(fā)and cover”一詞存在使用“土地覆蓋”這種譯法，相比而言，“土地覆被”這一術(shù)語(yǔ)則表達(dá)得更為精準(zhǔn).綜上所述，農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)以及城市發(fā)展等人類對(duì)與土地有關(guān)的利用活動(dòng)屬于土地利用的范疇；而耕地、林地、草地、交通運(yùn)輸用地、河湖、冰川、積雪和沙漠等地表景觀則屬于土地覆被的范疇[12].不同的土地利用方式能夠直接改變土地覆被狀況，而土地覆被的差異又能夠形成不同的土地利用方式.因此，二者處在動(dòng)態(tài)變化的環(huán)境中，且相互發(fā)生作用.從時(shí)間尺度上看，LUCC的動(dòng)態(tài)變化可分為漸變(modification)和改變(conversion)兩種形式.漸變是指某種土地覆被類型內(nèi)在屬性的變化，其時(shí)間跨度較長(zhǎng)；而改變則是指由于人類活動(dòng)對(duì)土地利用目的的變化從而使土地覆被類型發(fā)生的轉(zhuǎn)變，其時(shí)間跨度相對(duì)較短[13].從空間尺度上看，全球不同區(qū)域的宏觀土地覆被狀況主要決定于當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件，即地域分異因素致使形成不同的土地覆被狀況；在此基礎(chǔ)之上，人類通過(guò)利用和改造某一地域上的土地從而形成不同的土地利用格局.

1.2 LUCC的研究意義與研究趨勢(shì)

IPCC第5次評(píng)估報(bào)告[14]的研究結(jié)論表明，近百年來(lái)，由于人類活動(dòng)導(dǎo)致的全球氣候變化問(wèn)題已日益凸顯，雖然人類活動(dòng)的貢獻(xiàn)程度難以精確度量，但從地球系統(tǒng)科學(xué)的角度分析，LUCC能夠直接反映當(dāng)今全球變化中的主導(dǎo)因子，即人類活動(dòng)通過(guò)土地利用以及由此導(dǎo)致的土地覆被發(fā)生變化會(huì)影響區(qū)域生態(tài)環(huán)境，其累加作用進(jìn)而導(dǎo)致全球變化.因此，通過(guò)研究土地利用與土地覆被的相互作用與過(guò)程、變化機(jī)理、及其對(duì)自然環(huán)境與人類社會(huì)所產(chǎn)生的一系列影響，將有助于了解人類活動(dòng)、土地利用、土地覆被變化以及自然環(huán)境四者之間的相互作用關(guān)系，相關(guān)研究可為區(qū)域乃至全球的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供決策依據(jù).通過(guò)利用Web of Science以及中國(guó)知網(wǎng)的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，檢索2000—2015年國(guó)內(nèi)外發(fā)表的以LUCC為主題的相關(guān)學(xué)術(shù)論文(圖1)，結(jié)果表明，國(guó)內(nèi)外對(duì)LUCC的相關(guān)研究總體上呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，特別是以LUCC為主題的外文文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量持續(xù)增加，可見(jiàn)國(guó)際上對(duì)LUCC研究的關(guān)注度較高.

土地利用/覆被變化的相關(guān)研究涉及多個(gè)學(xué)科，以Web of Science文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)“LUCC”一詞進(jìn)行主題檢索，可得到截至目前不同學(xué)科領(lǐng)域?qū)ν恋乩?覆被變化研究的貢獻(xiàn)情況，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析論文發(fā)表數(shù)量排名前10位的相關(guān)學(xué)科(圖2)，可以得出：LUCC主要立足于生態(tài)環(huán)境，并以遙感作為最主要的技術(shù)支撐；LUCC的相關(guān)研究不僅包括地學(xué)多個(gè)分支學(xué)科，還涉及工程學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等一系列其他學(xué)科.由此可見(jiàn)，LUCC是一項(xiàng)多學(xué)科集成、為實(shí)現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展研究的學(xué)科需求而形成的科學(xué)前沿領(lǐng)域.經(jīng)過(guò)近幾十年的相關(guān)研究，多學(xué)科交叉正成為未來(lái)研究的主流，在一定程度上推動(dòng)了LUCC的學(xué)科發(fā)展[15].

圖1 以LUCC為主題的國(guó)內(nèi)外論文發(fā)表數(shù)量變化趨勢(shì)

圖2 LUCC研究所涉及的相關(guān)學(xué)科與論文發(fā)表數(shù)量

2 LUCC驅(qū)動(dòng)力研究

LUCC的驅(qū)動(dòng)力研究是為了闡明土地利用/覆被變化的原因、發(fā)生機(jī)理以及動(dòng)態(tài)過(guò)程，并預(yù)測(cè)其未來(lái)的趨勢(shì)與結(jié)果.LUCC的驅(qū)動(dòng)力是指導(dǎo)致土地利用與土地覆被狀況發(fā)生變化的因素，這些驅(qū)動(dòng)因子從總體上又可以劃分為自然環(huán)境因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素兩種類型，土地利用/覆被變化是某區(qū)域內(nèi)自然環(huán)境因素與社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素綜合作用的結(jié)果[16].首先，自然環(huán)境因素(氣候、地貌、水文、土壤等)決定著土地覆被的形成、發(fā)展與演化，是該區(qū)域土地利用/覆被變化的客觀基礎(chǔ).另一方面，社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素(人口密度、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)、政策實(shí)施、技術(shù)條件等)通過(guò)建立在區(qū)域自然地理環(huán)境基礎(chǔ)上對(duì)當(dāng)前土地景觀格局施加影響.因此，從空間尺度分析，自然環(huán)境因素在宏觀尺度上起到?jīng)Q定性作用[17-19]，社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素則更主要是作用在開(kāi)發(fā)歷史較長(zhǎng)、人類擾動(dòng)強(qiáng)烈且受自然條件約束較少的區(qū)域，其空間尺度相對(duì)較小[20,21].而從較短的時(shí)間尺度分析，自然環(huán)境因素的影響較為穩(wěn)定，主要表現(xiàn)為積累性效應(yīng)；而社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的驅(qū)動(dòng)力則更為活躍與敏感，被普遍認(rèn)為是當(dāng)前土地利用/覆被變化的主導(dǎo)因子[22,23].

LUCC驅(qū)動(dòng)力方面的研究，不僅要確定驅(qū)動(dòng)因子，還要分析各驅(qū)動(dòng)因子與LUCC之間的相互關(guān)系，綜合地認(rèn)識(shí)LUCC的驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng).首先，驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)具有層次性.即LUCC驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)是由各個(gè)驅(qū)動(dòng)因子相互結(jié)合所構(gòu)成的具有一定層次的系統(tǒng)，可根據(jù)不同的研究視角與研究目的劃分不同的層次.比如，LUCC的驅(qū)動(dòng)力因子可劃分為自然環(huán)境因子與社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子，亦可劃分為自然生物因子、制度因子、技術(shù)因子和經(jīng)濟(jì)因子[24].自然生物因素作為L(zhǎng)UCC驅(qū)動(dòng)力的子系統(tǒng)，又可細(xì)分為氣候、地貌、水文、土壤、生物等.關(guān)于在實(shí)際中如何劃分LUCC驅(qū)動(dòng)力，則是由研究的深度與廣度所決定的.第二，驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)具有綜合性.LUCC的驅(qū)動(dòng)力是由各個(gè)子驅(qū)動(dòng)因子構(gòu)成且共同作用所形成的合力，其綜合效應(yīng)不能簡(jiǎn)單地視為系統(tǒng)內(nèi)子驅(qū)動(dòng)力的簡(jiǎn)單疊加，各個(gè)子驅(qū)動(dòng)力相互作用可能起到放大或者制約的效應(yīng).因此，在相關(guān)研究中應(yīng)從綜合視角對(duì)LUCC的驅(qū)動(dòng)力機(jī)制進(jìn)行分析.第三，驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)具有尺度轉(zhuǎn)換性.驅(qū)動(dòng)因子的尺度轉(zhuǎn)換是指在不同的研究時(shí)空尺度視閾下，驅(qū)動(dòng)因子在系統(tǒng)內(nèi)的狀態(tài)與功能發(fā)生相應(yīng)地轉(zhuǎn)化.即LUCC具有時(shí)間和空間的異質(zhì)性，不同時(shí)空尺度上的土地利用/覆被變化往往表現(xiàn)出不同的驅(qū)動(dòng)力.比如，從較短的時(shí)間尺度來(lái)看，研究區(qū)域內(nèi)的氣候、地貌等自然環(huán)境因子基本不會(huì)發(fā)生明顯變化，因而一般不作為驅(qū)動(dòng)因素予以考慮.而從長(zhǎng)時(shí)間尺度來(lái)看，這些自然環(huán)境因子的變化則直接影響LUCC的變化.第四，驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)性.LUCC驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)是動(dòng)態(tài)開(kāi)放系統(tǒng).一方面，系統(tǒng)中各驅(qū)動(dòng)因子通過(guò)與外界進(jìn)行物質(zhì)與能量的交換，不斷獲取外部動(dòng)力，從而推動(dòng)著土地利用與土地覆被狀況發(fā)生變化.另一個(gè)方面，系統(tǒng)內(nèi)部各驅(qū)動(dòng)因子之間的相互耦合作用所形成的自然約束和協(xié)調(diào)機(jī)制，是LUCC驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化的內(nèi)部動(dòng)力.驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)在內(nèi)外動(dòng)力共同作用下產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變化，使得土地利用與土地覆被發(fā)生變化.因此，動(dòng)態(tài)把握驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)，是揭示LUCC驅(qū)動(dòng)力的關(guān)鍵.

近年來(lái)，國(guó)外關(guān)于LUCC驅(qū)動(dòng)力方面主要側(cè)重于土地利用/覆被變化宏觀層面上的驅(qū)動(dòng)機(jī)理研究.如Teixeira et al[25]以葡萄牙Mondego河流域?yàn)檠芯繉?duì)象，定量分析了1990—2006年由于農(nóng)業(yè)耕種區(qū)的變化以及城市化擴(kuò)張等驅(qū)動(dòng)因素對(duì)該區(qū)域土地利用/覆被變化的貢獻(xiàn).Kanianska et al[26]通過(guò)選取斯洛伐克的3個(gè)農(nóng)村地區(qū)為研究對(duì)象，分析了1782—2006年不同時(shí)期由于不同的政治制度對(duì)土地利用/覆被變化產(chǎn)生的影響.Pulido與Bocco以發(fā)展中國(guó)家的農(nóng)戶為研究對(duì)象，系統(tǒng)分析了由于農(nóng)民的主觀意識(shí)與傳統(tǒng)文化對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境及土地退化產(chǎn)生的重要作用[27].Choudhary et al[28]以遙感與GIS為研究手段，分析了俄羅斯Samara市土地利用與覆被變化及城市化擴(kuò)張的機(jī)理.中國(guó)就LUCC驅(qū)動(dòng)力方面的研究，一方面著眼于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)(如珠三角地區(qū)[29]、長(zhǎng)三角地區(qū)[30])、城市化進(jìn)程迅速(如上海[31]、武漢[32])等人文社會(huì)驅(qū)動(dòng)因子相對(duì)活躍的地區(qū)：人類活動(dòng)所造成的強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)力導(dǎo)致了土地利用與土地覆被的快速變化，致使生態(tài)環(huán)境所面臨的脅迫不斷加劇，因此如何協(xié)調(diào)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和土地資源、生態(tài)環(huán)境之間的矛盾成為當(dāng)前主要的研究熱點(diǎn)方向之一.對(duì)以上區(qū)域的土地利用/覆被變化的驅(qū)動(dòng)力研究表明，建設(shè)、交通等城市用地的迅速擴(kuò)張大量侵占了耕地、林地、水域等生態(tài)用地，致使這些區(qū)域生態(tài)環(huán)境的自我修復(fù)功能與穩(wěn)態(tài)下降.雖然區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平得以提高，但由此帶來(lái)的環(huán)境污染與自然災(zāi)害等問(wèn)題也變得更加頻繁.因此，如何協(xié)調(diào)好經(jīng)濟(jì)建設(shè)、生態(tài)用地保護(hù)與防災(zāi)減災(zāi)三者之間的關(guān)系是研究的關(guān)鍵所在.另一方面，中國(guó)學(xué)者亦重視對(duì)生態(tài)環(huán)境脆弱(如沙漠化地區(qū)[33]、喀斯特山區(qū)[34])與敏感(如農(nóng)牧交錯(cuò)帶[35]、綠洲[36])地區(qū)的研究：這些區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱，加之人類不合理的開(kāi)發(fā)與利用，致使出現(xiàn)了諸如植被退化、災(zāi)害頻發(fā)、水土流失、土壤肥力下降、水資源短缺等一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，進(jìn)而加劇了當(dāng)?shù)氐呢毨c發(fā)展滯后.因此，通過(guò)相關(guān)研究揭示生態(tài)脆弱與敏感區(qū)的形成演變機(jī)制，并提出相應(yīng)的政策措施，對(duì)改善當(dāng)?shù)卮嗳醯纳鷳B(tài)環(huán)境、協(xié)調(diào)人地關(guān)系、實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展等問(wèn)題，具有重要的理論價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義.

3 LUCC環(huán)境效應(yīng)研究

關(guān)于土地利用/覆被變化與環(huán)境之間的關(guān)系研究，最早可追溯到1865年，Marsh與Lowenthal在《Man and Nature》一書(shū)中系統(tǒng)地論述了土地利用與生態(tài)環(huán)境之間的相互關(guān)系[37]，這為L(zhǎng)UCC環(huán)境效應(yīng)這一科學(xué)問(wèn)題的研究奠定了一定的理論基礎(chǔ).如今，從地球系統(tǒng)科學(xué)的角度出發(fā)，可將土地利用/覆被變化的過(guò)程及其效應(yīng)視為一個(gè)由區(qū)域土地內(nèi)自然環(huán)境因素與社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素相互作用而成的變化系統(tǒng).系統(tǒng)內(nèi)的驅(qū)動(dòng)力通過(guò)改變土地利用與土地覆被的狀況從而影響區(qū)域內(nèi)諸如大氣、水體、土壤以及生物等環(huán)境要素，這些環(huán)境要素之間又存在著復(fù)雜、非線性的耦合關(guān)系，其累積作用進(jìn)一步導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的變化.一方面，這將直接導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)水熱平衡、能量平衡以及景觀格局等自然地理環(huán)境發(fā)生相應(yīng)改變；另一方面也會(huì)造成土地生產(chǎn)力與人類生存環(huán)境條件的改變.這一系列環(huán)境效應(yīng)又會(huì)反饋回土地利用/覆被變化的驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)當(dāng)中，從而構(gòu)成完整的LUCC環(huán)境效應(yīng)機(jī)制(圖3).通過(guò)深入分析土地利用與覆被變化與各自然環(huán)境要素之間的關(guān)系，研究由此產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)，具有重要的科學(xué)意義.因此，本文以大氣、水體、土壤以及生物等4個(gè)主要方面對(duì)土地利用/覆被變化的環(huán)境效應(yīng)展開(kāi)論述.

圖3 土地利用/覆被變化的環(huán)境效應(yīng)

3.1 LUCC對(duì)大氣環(huán)境效應(yīng)的研究

LUCC主要通過(guò)改變下墊面物理性質(zhì)以及影響大氣成分從而對(duì)大氣產(chǎn)生一系列環(huán)境效應(yīng).一方面，由于土地利用/覆被變化會(huì)引起諸如地表反射率、粗糙度、植被葉面積指數(shù)、植被覆蓋度等地表下墊面物理性質(zhì)的改變，從而引起近地表溫度、濕度、降水、氣壓以及風(fēng)速等氣象參數(shù)的變化，進(jìn)而引發(fā)局地或者區(qū)域乃至全球尺度范圍的氣候變化.另一方面，土地利用/覆被變化通過(guò)與大氣之間相互作用使大氣成分發(fā)生變化，其產(chǎn)生的溫室氣體以及毒害物質(zhì)會(huì)引起全球變暖、大氣污染等問(wèn)題(圖4).

圖4 土地利用/覆被變化對(duì)大氣的環(huán)境效應(yīng)

LUCC引起的局地氣候變化以城市熱島效應(yīng)最為明顯，如Rotem-Mindali et al[38]通過(guò)衛(wèi)星遙感對(duì)以色列Tel Aviv市的土地利用狀況進(jìn)行研究，定量評(píng)價(jià)了當(dāng)?shù)赝恋乩米兓l(fā)的城市熱島效應(yīng).研究結(jié)果表明：隨著城市化的日益推進(jìn)，城區(qū)內(nèi)較大面積的綠地公園不斷減少對(duì)城市熱島效應(yīng)的引發(fā)產(chǎn)生重要影響.關(guān)于LUCC對(duì)區(qū)域氣候變化影響方面的研究，如Sylla et al[39]通過(guò)運(yùn)用ICTP區(qū)域氣候模式研究了1998—2010年西非地區(qū)植被覆蓋變化對(duì)區(qū)域氣候的響應(yīng).研究結(jié)果表明：區(qū)域氣候變化與當(dāng)?shù)亓帜痉N類、農(nóng)業(yè)種植擴(kuò)張以及土地利用政策有明顯關(guān)系，比如大規(guī)模減少草地而擴(kuò)大種植面積將使區(qū)域氣溫小幅度升高，而大范圍種植熱帶常綠闊葉林又能緩解該區(qū)域氣候變暖.此外，還有學(xué)者分別以CAM 5.1模型、LPJmL模型和RegCM4模型相應(yīng)地對(duì)亞洲東部、拉丁美洲以及印度進(jìn)行研究，分析LUCC與區(qū)域氣候變化的響應(yīng)關(guān)系[40-42].隨著人類對(duì)土地利用的不斷加強(qiáng)，地表植被覆蓋相對(duì)減少，從而導(dǎo)致大量溫室氣體排放到大氣中.因此，土地利用/覆被變化使大氣中的CO2、CH4等溫室氣體含量增加，由此引發(fā)的溫室效應(yīng)使全球氣候變暖且幅度不斷加大.如Chang et al[43]以歐洲地區(qū)的草地覆被為研究對(duì)象、Armstrong et al[44]以全球尺度的植被覆被為研究對(duì)象，分析了由于CO2含量的變化所引起的氣候變化.Tubiello et al[45]以IPCC AR5所提供的分析數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，研究表明，由農(nóng)業(yè)、林業(yè)及其他土地利用所造成的溫室氣體排放呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)，人為土地利用因素造成溫室氣體排放所占份額的年平均值已由1990年代的28.7±1.5%、2000年代的23.6±2.1%，降低至2010年代的21.2±1.5%.雖然該研究結(jié)論與以往的普遍認(rèn)識(shí)有所不同，但研究表明：在過(guò)去的10年間，由于土地利用變化所造成碳排放的貢獻(xiàn)率(23.6±2.1%)仍明顯高于農(nóng)牧業(yè)(11.2±0.4%)所帶來(lái)的影響.另外，土地利用/覆被變化所引起的大氣污染問(wèn)題也日益受到重視.如Wu et al[46]通過(guò)系列模型模擬了2000—2010年由于植被覆蓋變化而導(dǎo)致的諸如NOX、CO2、臭氧與有機(jī)氣溶膠等大氣化學(xué)成分的變化.Sun et al[47]以MODIS數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)分析中國(guó)40°N附近自東向西8個(gè)典型城市2001—2010年LUCC與大氣顆粒物污染的關(guān)系，研究結(jié)果表明：中國(guó)內(nèi)陸地區(qū)LUCC與大氣顆粒物污染之間的關(guān)系明顯高于沿海地區(qū)；由沿海至內(nèi)陸影響城市空氣質(zhì)量的主要覆被因素依次為海洋、林地、城市用地、草地或未利用地.

從近年來(lái)關(guān)于LUCC對(duì)大氣環(huán)境效應(yīng)方面的研究分析，研究手段主要是以遙感數(shù)據(jù)與觀測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，借助區(qū)域或全球氣候模式進(jìn)行數(shù)值模擬分析.然而大氣環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化較強(qiáng)，且缺乏綜合分析模型、遙感數(shù)據(jù)的分辨率較低，加之地表以及氣候數(shù)據(jù)的相對(duì)缺乏等諸多原因，導(dǎo)致關(guān)于LUCC的大氣環(huán)境效應(yīng)研究目前只能做較為粗略的估算，而進(jìn)一步精確化研究還有待加強(qiáng).

3.2 LUCC對(duì)水體環(huán)境效應(yīng)的研究

LUCC是較短時(shí)間尺度內(nèi)水環(huán)境變化的重要影響因素之一，其影響主要表現(xiàn)在水質(zhì)、水量和區(qū)域水循環(huán)過(guò)程等3個(gè)方面.人類對(duì)土地的不合理利用往往使毒害物質(zhì)進(jìn)入水體影響水質(zhì)，從而引發(fā)污染問(wèn)題.土地利用強(qiáng)度的不斷加大，水資源的過(guò)量消耗致使水資源短缺；而隨著生態(tài)用地大量轉(zhuǎn)化為城市用地，區(qū)域蓄水、保水能力下降，且不透水下墊面增多，加劇了洪澇災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn).土地利用/覆被變化深刻地改變了地表下墊面的物理性質(zhì)而導(dǎo)致水文通量的變化；另一方面，土地覆被的變化會(huì)影響太陽(yáng)輻射在地表的重新分配，從而導(dǎo)致潛熱通量發(fā)生變化.因此，LUCC通過(guò)影響區(qū)域水熱條件進(jìn)而改變水循環(huán)的空間格局(圖5).由此可見(jiàn)，LUCC對(duì)水環(huán)境效應(yīng)的影響體現(xiàn)在諸多方面.

圖5 土地利用/覆被變化對(duì)水體的環(huán)境效應(yīng)

近年來(lái)關(guān)于LUCC對(duì)水質(zhì)的影響及面源污染方面的研究，如Teixeira et al[25]以Mondego河流域?yàn)檠芯繉?duì)象，定量分析了由于城市化發(fā)展引發(fā)的諸如農(nóng)業(yè)耕種變化、工業(yè)擴(kuò)張等土地利用/覆被變化因素對(duì)水質(zhì)的影響；Bermúdez-Couso et al[48]以西班牙Galicia地區(qū)的農(nóng)田為研究對(duì)象，對(duì)耕地施用化肥農(nóng)藥所造成水體的面源污染問(wèn)題展開(kāi)深入分析，研究結(jié)果表明，水體污染與不同季節(jié)的降雨量以及土壤排水條件有著重要關(guān)系.LUCC與水資源方面的研究，如Van et al[49]分析了東南亞Srepok河流域水資源與當(dāng)?shù)氐臍夂颉UCC以及人口變化三者之間的關(guān)系，研究結(jié)果表明：未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)，地表徑流將隨著降水量的增加而增加，但土地利用/覆被變化將是水資源需求量大幅度增加的最主要影響因素，這將降低未來(lái)水資源的可得性，從而使獲取水資源的壓力增大.LUCC與洪澇災(zāi)害方面的研究，如袁建新等[50]以佛山市1957—2005年的氣象與水文數(shù)據(jù)以及1988—2003年土地利用/覆被變化數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析了佛山市由于快速城市化導(dǎo)致城鎮(zhèn)建設(shè)用地?cái)U(kuò)張、濕地面積銳減以及城市不透水下墊面迅速增加等原因；此外，Moel et al[51]運(yùn)用災(zāi)害模型模擬評(píng)估了土地利用變化引起的不同洪水深度所造成的災(zāi)害損失.關(guān)于LUCC對(duì)水循環(huán)影響方面的研究，如Nosetto et al[52]以阿根廷中部為研究區(qū)域，分析了不同土地覆被類型(文中選取了森林、草原、人工林、大豆地以及小麥與大豆輪種地)對(duì)不同水文過(guò)程(文中選取了地表徑流、下滲、截留、蒸發(fā)與蒸騰)的影響.從各水文過(guò)程在不同土地覆被中的占比分析：林地的蒸騰作用比例最大，而地表徑流、下滲與蒸發(fā)的比例最?。蝗斯じN的大豆地所測(cè)數(shù)值比重則與林地相反，另外草地對(duì)截留的貢獻(xiàn)最小.Shi et al[53]以中國(guó)淮河為研究對(duì)象，分析了由于土地利用造成的流域水文過(guò)程效應(yīng)，研究結(jié)果表明：土地利用變化導(dǎo)致地表徑流及流量減少，而實(shí)際蒸散量增加.Sterling et al[54]通過(guò)引入相關(guān)模型研究土地覆被變化與全球尺度的陸地蒸散量之間的關(guān)系，結(jié)果表明：當(dāng)前由于人類活動(dòng)引起的土地覆被變化已導(dǎo)致年蒸散量平均減少3 500 km3(5%)，其中最主要的原因是濕地與水庫(kù)的減少；另外，人類活動(dòng)引起的土地覆被變化是導(dǎo)致全球年徑流量增加的主要驅(qū)動(dòng)力.

從近年來(lái)關(guān)于LUCC對(duì)水體的環(huán)境效應(yīng)研究成果分析，其數(shù)據(jù)源不僅需要相關(guān)的水文參數(shù)資料，還需氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)作為參考，且研究手段需要引進(jìn)相應(yīng)水文模型.然而這都需要較長(zhǎng)時(shí)間序列的野外觀測(cè)資料作為支撐.因此，缺乏相關(guān)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)是目前研究的主要短板.

3.3 LUCC對(duì)土壤環(huán)境效應(yīng)的研究

當(dāng)前LUCC對(duì)土壤環(huán)境效應(yīng)的研究熱點(diǎn)主要包括3個(gè)方面，即土壤污染、土地退化和土壤碳收支.首先，人類通過(guò)工礦、交通運(yùn)輸?shù)确绞脚欧哦竞ξ镔|(zhì)進(jìn)入表層土壤造成土壤污染，而農(nóng)業(yè)不合理的灌溉方式則易造成土壤層鹽分析出地表進(jìn)而產(chǎn)生鹽漬化現(xiàn)象.另外，土地利用變化通過(guò)改變土地的空間組合，影響土地覆被(特別是地表植被覆蓋)狀況，從而改變土壤的理化性質(zhì)，引起水分、養(yǎng)分等物質(zhì)在土壤系統(tǒng)內(nèi)的再分配，進(jìn)而影響土壤的質(zhì)量或性質(zhì)，因此土地覆被狀況變差往往會(huì)造成水土流失、土壤肥力下降以及土地沙漠化等一系列土地退化問(wèn)題.此外，近年來(lái)通過(guò)分析LUCC對(duì)土壤有機(jī)碳(soil organic carbon, SOC)儲(chǔ)量的變化進(jìn)而研究區(qū)域碳收支狀況，亦是全球變化研究領(lǐng)域的重要方向之一(圖6).

圖6 土地利用/覆被變化對(duì)土壤的環(huán)境效應(yīng)

關(guān)于LUCC對(duì)土壤環(huán)境影響方面的研究，如Biro et al[55]以蘇丹Gadarif北部地區(qū)為研究對(duì)象，以1979年、1989年、1999年和2009年的四期衛(wèi)星遙感影像為基礎(chǔ)，分析了由于農(nóng)業(yè)擴(kuò)張、政府政策以及環(huán)境災(zāi)害等原因造成的土地利用/覆被變化對(duì)當(dāng)?shù)赝寥佬再|(zhì)的影響.其研究的土壤環(huán)境指標(biāo)包括：質(zhì)地、容重、有機(jī)質(zhì)、土壤pH、導(dǎo)電率以及鈉、磷、鉀的吸附率.結(jié)果表明，在過(guò)去的30年間，當(dāng)?shù)赝寥赖奈锢?、化學(xué)性質(zhì)明顯受到LUCC的影響，其最終影響表現(xiàn)為土地退化與土地生產(chǎn)力下降.Dankoub et al[56]以伊朗中部的Isfahan市為研究區(qū)，分析了受土地利用影響下的土壤表層重金屬的空間分布特征，研究結(jié)果表明：城市和工業(yè)用地土壤樣本的磁化率要明顯高于農(nóng)業(yè)用地和未利用土地；Cu、Zn、Pb、Mn、Fe元素的富集主要來(lái)源于交通排放和工業(yè)生產(chǎn)；且Cu、Zn元素的富集主要是人為源產(chǎn)生，Ni、Cr、Co元素的富集主要受自然源控制，而Pb、Fe元素的富集則受巖性和人為活動(dòng)共同影響.土壤鹽漬化主要由于不合理的灌溉農(nóng)業(yè)(漫灌或只灌不排)導(dǎo)致的，且多發(fā)生在干旱半干旱地區(qū).因此，許多學(xué)者就干旱、半干旱區(qū)自然條件與土地利用與覆被狀況而導(dǎo)致土壤鹽漬化進(jìn)行機(jī)理分析[57-59].LUCC導(dǎo)致土壤侵蝕的主要機(jī)制可概括為：植被覆蓋度的變化會(huì)導(dǎo)致徑流系數(shù)的變化(呈負(fù)相關(guān))，而徑流系數(shù)直接影響著土壤侵蝕模數(shù).相關(guān)試驗(yàn)表明，隨著植被覆蓋度的減小，土壤侵蝕模數(shù)將急劇上升.這方面的研究以中國(guó)黃土高原地區(qū)的相關(guān)案例最為典型[60,61]，而隨著近十余年來(lái)退耕還林政策的實(shí)施，我國(guó)陜北黃土高原區(qū)植被覆蓋得到良好提高，其土壤侵蝕作用與1990年代相比已明顯降低[62].另外，將遙感和GIS相結(jié)合，是目前研究不同土地覆被類型對(duì)土壤侵蝕影響的研究熱點(diǎn)[63,64].土地利用/覆被變化一方面易造成土壤侵蝕問(wèn)題，另一方面，易產(chǎn)生干旱半干旱區(qū)的土地沙漠化問(wèn)題.相關(guān)研究表明：人類活動(dòng)通過(guò)對(duì)土地利用方式施加影響，使土地利用狀況與土地覆被類型發(fā)生轉(zhuǎn)化，是導(dǎo)致沙漠化發(fā)展或逆轉(zhuǎn)的直接原因[65,66].近年來(lái)，隨著人們對(duì)全球變化研究的日益重視，LUCC對(duì)土壤有機(jī)碳的(SOC)的影響也成為研究熱點(diǎn).土壤作為陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫(kù)參與全球碳循環(huán)過(guò)程，其中土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的小幅度變化就可能影響到大氣CO2濃度的變化，從而影響全球氣候環(huán)境.因此，近期越來(lái)越多的學(xué)者通過(guò)研究LUCC對(duì)土壤有機(jī)碳的影響，進(jìn)而分析其與生態(tài)系統(tǒng)以及全球變化之間的耦合關(guān)系[67,68].

從國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究來(lái)看，早期關(guān)于LUCC的土壤環(huán)境效應(yīng)研究較為注重土地退化(如土壤侵蝕、沙漠化、鹽漬化)和土地生產(chǎn)力(如土壤養(yǎng)分遷移、土壤肥力下降)等方面，而近期則更加側(cè)重LUCC與土壤生態(tài)環(huán)境功能之間的關(guān)系，以及LUCC與土壤碳循環(huán)之間的機(jī)理研究.

3.4 LUCC對(duì)生物環(huán)境效應(yīng)的研究

LUCC對(duì)生物的影響可從物種、群落以及生態(tài)系統(tǒng)等不同的角度進(jìn)行分析.從物種層面分析：將自然環(huán)境改造為農(nóng)田，城市面積的不斷擴(kuò)張等一系列由于人類活動(dòng)產(chǎn)生的人工生態(tài)系統(tǒng)，其物種豐富度與自然生態(tài)系統(tǒng)相比較低，而人類活動(dòng)對(duì)生物自然棲息地的擾動(dòng)、破壞以及碎片化是造成物種多樣性減小的重要原因.從群落層面分析：LUCC通過(guò)破壞生境穩(wěn)態(tài)、施加環(huán)境脅迫造成生物群落的組成與結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，進(jìn)而易使群落的發(fā)展演替過(guò)程受到干擾與破壞.從生態(tài)系統(tǒng)層面分析：LUCC通過(guò)累積效應(yīng)最終改變生態(tài)系統(tǒng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)從而直接造成景觀的類型、結(jié)構(gòu)以及功能等發(fā)生變化(圖7).

圖7 土地利用/覆被變化對(duì)生物的環(huán)境效應(yīng)

關(guān)于LUCC對(duì)物種豐富度及物種多樣性影響方面的研究，如Flombaum et al[69]以南美洲Patagonian大草原為研究區(qū)域，定量分析了人工生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)力以及物種多樣性比自然生態(tài)系統(tǒng)降低的程度，另有國(guó)外學(xué)者針對(duì)草地[70]、森林[71]以及水體[72]等不同土地覆被類型的物種豐富度進(jìn)行研究.關(guān)于LUCC對(duì)動(dòng)植物群落演替影響方面的研究，如Almeida et al[73]以巴西Cerrado草原為研究區(qū)域，分析了由于人為栽種外來(lái)牧草代替本地?zé)釒枇植菰鴮?duì)蜣螂群落的影響，研究結(jié)果表明，種植外來(lái)牧草導(dǎo)致蜣螂物種豐富度降低；王海星[74]以寧夏鹽池縣四兒灘濕地為研究區(qū)域，以1999、2004和2010年3期遙感衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析了土地利用類型的變化，以及濕地內(nèi)濕生帶、交錯(cuò)帶和旱生帶的植物群落演替過(guò)程.關(guān)于LUCC對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能方面的研究，如Simmons et al[75]以美國(guó)阿巴拉契亞煤田中的某小流域?yàn)檠芯繉?duì)象，該區(qū)域經(jīng)煤礦開(kāi)采后進(jìn)行土地復(fù)墾，土地類型已由開(kāi)采前的林地轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)墾后的草地，通過(guò)分析該流域生態(tài)系統(tǒng)15年以來(lái)復(fù)墾前后的相關(guān)數(shù)據(jù)表明：復(fù)墾后土壤C、N、P的含量分別占原來(lái)的96%、79%、69%；由于土壤容重增加、下滲速率降低，與原始環(huán)境相比更易導(dǎo)致洪峰的發(fā)生；由于土壤硝化作用減弱而導(dǎo)致產(chǎn)流后水體中N的含量減少，但流水中的沉積物含量以及水溫則高于原始環(huán)境；上述變化又導(dǎo)致了產(chǎn)流中枯枝落葉的分解作用降低，以及大型底棲無(wú)脊椎動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變.關(guān)于LUCC引起的景觀格局變化方面的研究，如Dewan et al[76]以孟加拉國(guó)首都達(dá)卡為研究對(duì)象，根據(jù)1975—2005年的土地利用/覆被變化數(shù)據(jù)分析了快速城市化對(duì)區(qū)域環(huán)境造成的影響，研究結(jié)果表明，建成區(qū)的迅速擴(kuò)張以及耕地、植被覆蓋的減少導(dǎo)致景觀破碎化非常明顯，即斑塊面積在不斷減少而斑塊數(shù)量在不斷增多，且生態(tài)景觀多樣性降低.

從近年來(lái)國(guó)內(nèi)外發(fā)表的相關(guān)成果來(lái)看：LUCC與生物之間關(guān)系的研究，其數(shù)據(jù)獲取多為局地樣本抽取的方法，且相關(guān)的定量模型較為缺乏；另外，與大氣、水體和土壤等其他自然環(huán)境要素相比，LUCC對(duì)生物環(huán)境效應(yīng)的研究成果相對(duì)較少，研究體系尚不夠系統(tǒng)與全面，且研究?jī)?nèi)容與研究尺度相對(duì)較小，如目前研究LUCC與土壤碳循環(huán)之間的關(guān)系成果較多，而其他元素通過(guò)LUCC在生物體與環(huán)境之間遷移轉(zhuǎn)化的過(guò)程與機(jī)制，即由LUCC引發(fā)生物地球化學(xué)循環(huán)方面的研究案例尚不多見(jiàn).

4 LUCC環(huán)境效應(yīng)研究的展望

綜上所述，目前關(guān)于LUCC環(huán)境效應(yīng)的研究已經(jīng)取得了較為豐碩的成果，研究手段和研究?jī)?nèi)容也在不斷提高與完善.但是，由于LUCC過(guò)程的復(fù)雜性、研究區(qū)域的多樣性、相關(guān)研究數(shù)據(jù)的可獲取性、方法模型的精確性、驅(qū)動(dòng)力的多因素性，以及環(huán)境效應(yīng)的多元性與累積性等一系列因素，造成LUCC的相關(guān)研究至今尚未達(dá)到十分滿意與系統(tǒng)的研究結(jié)果，目前仍有許多科學(xué)問(wèn)題有待深入探究.因此，筆者根據(jù)目前土地利用/覆被變化相關(guān)研究存在的一些不足進(jìn)行探討與展望.

4.1 重視遙感與GIS研究手段并加強(qiáng)其他方法的應(yīng)用

目前，土地利用/覆被變化的數(shù)據(jù)主要來(lái)源于對(duì)遙感影像的解譯.然而在分析中小尺度的區(qū)域及研究對(duì)象方面，高分辨率遙感影像的難以獲取以及其高昂價(jià)格是現(xiàn)今存在的主要限制因素；且云的干擾、衛(wèi)星重訪周期等原因易導(dǎo)致研究區(qū)域內(nèi)不同影像的時(shí)相難以達(dá)到完全一致.而GIS作為空間分析的重要技術(shù)手段，在表達(dá)時(shí)空信息的過(guò)程中，對(duì)數(shù)據(jù)的模型模擬與定量化程度還不夠完備.所以受各種因素的影響，遙感與GIS在進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的獲取與地學(xué)分析方面難免存在不同程度的誤差.因此在LUCC的相關(guān)研究中(特別是中小區(qū)域尺度)，一方面要獲取高空間分辨率和高光譜遙感數(shù)據(jù)源以提高地物信息獲取的精度，且要加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)信息的挖掘；另一方面要加強(qiáng)RS、GIS技術(shù)與野外考察、實(shí)地觀測(cè)等驗(yàn)證方法的結(jié)合，以提高研究的精確度.

4.2 重視學(xué)科交叉，加強(qiáng)綜合研究

LUCC的環(huán)境效應(yīng)研究涉及諸多領(lǐng)域，是自然環(huán)境因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素綜合作用的結(jié)果，而從現(xiàn)有的研究成果分析：由于LUCC中的社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因子難以度量，導(dǎo)致學(xué)者們從人文領(lǐng)域開(kāi)展的研究相對(duì)較少；且LUCC環(huán)境效應(yīng)方面的研究多從大氣、水文、土壤及生物等某一自然地理要素出發(fā)，綜合研究偏少，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面效應(yīng)的研究則更少；另外，相關(guān)定量模型亦多是針對(duì)單一要素或過(guò)程進(jìn)行靜態(tài)模擬，動(dòng)態(tài)模擬尚不多見(jiàn).因此，在今后關(guān)于LUCC的環(huán)境效應(yīng)研究中，要重視不同學(xué)科特別是諸如人口學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)及社會(huì)學(xué)等人文領(lǐng)域的交叉融合，加強(qiáng)綜合要素的研究，將自然環(huán)境因素與社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素共同作為模型分析、定量計(jì)算的研究?jī)?nèi)容.

4.3 環(huán)境效應(yīng)的微觀機(jī)理及反饋機(jī)制研究有待加強(qiáng)

目前，土地利用/覆被變化研究多從宏觀層面上分析其變化過(guò)程、空間格局及生態(tài)環(huán)境效應(yīng)等內(nèi)容，缺乏從微觀角度探究這些效應(yīng)的引發(fā)機(jī)制.如LUCC各驅(qū)動(dòng)因子在驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)內(nèi)部的作用機(jī)理是怎樣的？LUCC對(duì)大氣、水文、土壤及生物等諸多自然要素施加環(huán)境影響的具體機(jī)制是什么？另一方面，多數(shù)LUCC研究都是基于“變化—驅(qū)動(dòng)力—效應(yīng)—影響”這一框架體系中進(jìn)行，然而這種研究模式的較大缺點(diǎn)是將LUCC的驅(qū)動(dòng)力及其環(huán)境效應(yīng)視為單向的作用過(guò)程.而實(shí)際上，不僅LUCC會(huì)對(duì)環(huán)境施加影響，其結(jié)果同樣也可能作為一種反饋因子影響LUCC的過(guò)程與格局.因此，要注重LUCC環(huán)境效應(yīng)的微觀機(jī)理及反饋機(jī)制研究，這對(duì)全面理解LUCC的復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性十分必要，只有隨著研究工作的不斷深入，才能更好地把握LUCC的環(huán)境效應(yīng)這一科學(xué)問(wèn)題.

4.4 將多尺度融合問(wèn)題及構(gòu)建普適模型作為今后研究的突破點(diǎn)

由于LUCC的相關(guān)研究立足于某一地域，其尺度區(qū)范大小不一，可包括全球、區(qū)域、局地乃至群落等多種類型.而在不同研究尺度視閾下，LUCC所體現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)機(jī)制、環(huán)境效應(yīng)等問(wèn)題并不相同，這導(dǎo)致目前學(xué)者們的個(gè)案研究成果難以推廣.另一方面，LUCC受諸多因素的影響，由于其“變化過(guò)程-驅(qū)動(dòng)機(jī)制-環(huán)境效應(yīng)”的復(fù)雜性，加之不同研究地域的自然環(huán)境各異，使得LUCC普適模型的建立與推廣很難得到實(shí)現(xiàn)，目前學(xué)術(shù)界在該領(lǐng)域距離構(gòu)建出類似于通用土壤侵蝕方程這種較為成熟的定量模型還有一定的差距.因此，如何實(shí)現(xiàn)LUCC的多尺度融合及建立普適量化分析模型，是今后相關(guān)研究的突破點(diǎn).

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(責(zé)任編輯:吳顯達(dá))

Progress on the environmental effects of land use and land cover change

WAN Wei1,2, WEI Wei3, QIAN Dawen1,2, WEI Xiaoxu1,2, FENG Kun1,2

(1.Northwest Institute of Eco-Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou, Gansu 730000, China; 2.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3.College of Geography and Environmental Science, Northwest Normal University, Lanzhou, Gansu 730070, China)

Clear and thorough understanding of the research status and obstacles on land use and land cover change (LUCC) will contribute to its future development. Firstly, the connotation, driving factors and driving mechanisms of LUCC were introduced. Then the environmental effects of LUCC on 4 aspects, including atmosphere, water body, soil, and biology, were elucidated, followed by discussion on current progress and drawback on LUCC. Lastly, suggestions on future approaches were proposed, which included integration and enhancement of other methods and technologies on LUCC besides remote sensing and GIS, emphasis on interdiscipline and integrated study for comprehensive interpretation. Microscopic mechanism on environmental impact and feedback should be identified in-depth. Last but not the least, problem amalgamation at multiple scales and formation of universal model are likely to be the breakthrough for future study.

land use; land cover; LUCC; environmental effects; driving forces

2016-12-02

2016-12-28

國(guó)家自然科學(xué)基金地區(qū)科學(xué)基金項(xiàng)目(41261104)；國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(41171400).

萬(wàn)煒(1992-)，男，碩士研究生.研究方向:遙感應(yīng)用、土地利用/覆被變化及沙漠化.Email:wanwei@lzb.ac.cn.通訊作者魏偉(1982-)，男，博士，副教授.研究方向:資源環(huán)境遙感與GIS應(yīng)用.Email:weiweigis@163.com.

X171.1; K903

A

1671-5470(2017)04-0361-12

10.13323/j.cnki.j.fafu(nat.sci.).2017.04.001