土地利用與土地覆被變化政策驅(qū)動(dòng)力空間尺度研究探析

2.西北師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 73000）

摘 要：土地利用/覆蓋變化（LUCC）由三個(gè)層面的因素控制，即自然環(huán)境因素和屬于土地利用變化的人文驅(qū)動(dòng)力的社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素和土地利用管理方法。其中對人文驅(qū)動(dòng)力是造成的現(xiàn)代土地利用變化的主要推手的結(jié)論正逐步達(dá)成共識。本文針對土地利用與土地覆被政策驅(qū)動(dòng)力的空間尺度研究的三個(gè)層次進(jìn)行初步歸納。通過討論可見，目前已有研究中空間大尺度或中尺度研究居多，小尺度研究顯得薄弱，在政策驅(qū)動(dòng)力空間尺度評估預(yù)測模型急需技術(shù)革新等問題仍有待解決。

關(guān)鍵詞：LUCC 土地利用；政策驅(qū)動(dòng)力；空間尺度

1 引言

土地利用/覆蓋變化（LUCC）是人與土地系統(tǒng)之間直接和最直觀的互動(dòng)形式。這是一個(gè)人類繼續(xù)滿足自身發(fā)展需求的動(dòng)態(tài)過程。自1994年，聯(lián)合國環(huán)境署（UNEP）啟動(dòng)的“土地覆被評價(jià)和模擬（LACM）”項(xiàng)目，以及“國際地圈—生物圈計(jì)劃”（IGBP）和“全球變化人文領(lǐng)域計(jì)劃”（IHDP）聯(lián)合推廣的國際項(xiàng)目，將LUCC研究引入到國內(nèi)外重點(diǎn)土地科學(xué)領(lǐng)域之中，同時(shí)也成為了全球變化研究的重要切入點(diǎn)之一。土地利用變化機(jī)制研究是LUCC項(xiàng)目三大核心問題中的難點(diǎn)[1]。其中人文驅(qū)動(dòng)力造成的現(xiàn)代土地利用變化成為主要驅(qū)動(dòng)力。政策驅(qū)動(dòng)因素對土地使用和土地覆蓋變化的影響來自被動(dòng)接受，而其影響范圍與程度難于量化一直是該研究的重點(diǎn)。對LUCC政策驅(qū)動(dòng)力研究離不開不同空間尺度的分析。當(dāng)政策驅(qū)動(dòng)力在作為人文社會(huì)主要驅(qū)動(dòng)因子時(shí)，尤其在中國，政策執(zhí)行力度較強(qiáng)的中央集權(quán)制國家對政策驅(qū)動(dòng)力研究應(yīng)當(dāng)引起重視[2]。

2 政策驅(qū)動(dòng)力空間尺度研究

基于土地利用空間布局理論，相應(yīng)研究方法得到了創(chuàng)新和優(yōu)化。20世紀(jì)70年代，線性規(guī)劃和非線性規(guī)劃理論得到綜合運(yùn)用，并成為土地利用空間布局新的強(qiáng)有力的分析工具。Dockmic等（1974）首次利用線性規(guī)劃對土地資源的空間配置進(jìn)行了多目標(biāo)研究，隨后Chames等（1975）也。由于計(jì)算機(jī)的快速普及與信息技術(shù)的高速發(fā)展，20世紀(jì)80年代以后，遙感影像及信息技術(shù)的結(jié)合運(yùn)用成為土地利用空間分析研究的重要特征。Goelon等（2003）利用遙感衛(wèi)星技術(shù)獲取多元遙感數(shù)據(jù)，并在土地利用分類中得到應(yīng)用。同時(shí)，各種數(shù)學(xué)模型、方法和專家知識在土地利用空詞研究領(lǐng)域也得到了融合與發(fā)展，它們的特征是可以處理大量數(shù)據(jù)并解決各類復(fù)雜性問題，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能、模糊數(shù)學(xué)、遺傳算法、專家知識等。元胞自動(dòng)機(jī)理論（CA）、生態(tài)位理論、自組織理論等也成為近年研究中關(guān)注的熱點(diǎn)[3]?；谕恋乩每臻g布局理論，對相應(yīng)的研究方法進(jìn)行了創(chuàng)新和優(yōu)化。20世紀(jì)70年代，Dockmic，Goelon等人將線性規(guī)劃方法應(yīng)用于土地利用規(guī)劃研究領(lǐng)域，至此線性規(guī)劃和非線性規(guī)劃理論得到了全面的應(yīng)用，成為土地利用空間布局的一種新的強(qiáng)有力的分析工具。由于計(jì)算機(jī)的迅速普及和信息技術(shù)的迅速發(fā)展，遙感圖像與信息技術(shù)的結(jié)合已成為20世紀(jì)80年代以來土地利用空間分析的一個(gè)重要特征。同時(shí)，在土地利用控制研究領(lǐng)域也綜合和發(fā)展了各種數(shù)學(xué)模型，方法和專家知識。如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，人工智能，模糊數(shù)學(xué)，遺傳算法，專家知識等。細(xì)胞自動(dòng)機(jī)理論（CA），生態(tài)位理論和自組織理論也成為近年來關(guān)注的焦點(diǎn)。21世紀(jì)以來，Verburg等（2002）在荷蘭瓦赫蘭根大學(xué)研究在CLUE（Conversion of Land Use and its Effects）模型基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，提出了 CLUE- S模型，它不僅集成了 GIS，專家知識和線性規(guī)劃，還考慮了土地利用系統(tǒng)的生物物理和社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因素，在近十年時(shí)間中將其在全世界范圍內(nèi)進(jìn)行推廣，模型優(yōu)勢所在與能夠?qū)⒎强臻g的政策驅(qū)動(dòng)力落實(shí)于區(qū)域像元并進(jìn)行趨勢分析，在區(qū)域范圍內(nèi)土地利用/覆蓋變化的空間模擬具有高度可信度[4]。隨后，許多國內(nèi)外學(xué)者使用CLUE-S模型來分析和預(yù)測土地利用和土地覆蓋變化。CLUE模型到CLUE-S模型不僅是模型的細(xì)化也是空間尺度的細(xì)化。當(dāng)CLUE模型只能用于國家尺度的變化應(yīng)用時(shí)，區(qū)域研究尺度細(xì)化的需求使其應(yīng)運(yùn)而生。

2.1宏觀尺度研究

空間大尺度土地利用與土地覆被變化監(jiān)測常應(yīng)用于全球范圍、各大洲以及國家與洲之間和相鄰鄰國家之間的尺度。這種大尺度的變化研究往往以國家或聯(lián)盟國利益集體的形式的政策影響而展開。如圖1。

為監(jiān)測1945年至2007年在希臘雅典大都市區(qū)的兩個(gè)城郊山區(qū)的土地利用/土地覆蓋變化Mallinis等人調(diào)查了歐洲南部的兩個(gè)相鄰的山體的LUCC變換。使用強(qiáng)度分析來識別是系統(tǒng)性的還是階段過程。判斷出普遍趨勢與社會(huì)經(jīng)濟(jì)變化和歐洲政策有關(guān)。差異性與常期森林火災(zāi)和特殊保護(hù)制度相關(guān)。[5]

Corbelle- Rico等人對加入歐洲經(jīng)濟(jì)共同體前后西班牙西北部的土地覆蓋變化的主要驅(qū)動(dòng)力探究技術(shù)還是政策進(jìn)行了判別。在過去的50年中，許多技術(shù)革新和政治的變化已經(jīng)改變了歐洲的農(nóng)業(yè)，而在大陸地區(qū)這也可能是歐洲的主要土地利用方式轉(zhuǎn)變以至于耕地面積大幅減少的原因。該研究指出主要可能是農(nóng)業(yè)技術(shù)的進(jìn)步或農(nóng)業(yè)政策變化所主導(dǎo)，但難以明確區(qū)分[6]。

劉繼元等深入分析了過去300年、近30年來中國與其他國家對比，土地利用變化的基本特征、空間格局與驅(qū)動(dòng)機(jī)理，揭示了中國與主要對比其他國家/地區(qū)（美國、印度、巴西、中亞、西伯利亞、蒙古高原）LUCC過程基本規(guī)律的差異及驅(qū)動(dòng)機(jī)制差異對比分析，也對中、印中型城市城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)展模式，中、美特大城市土地覆蓋時(shí)空特征差異等大規(guī)模土地利用變化的過程和驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行了清晰，完整的科學(xué)認(rèn)識探索[7]。

2.2中觀尺度研究

對中等土地利用和土地覆蓋變化政策驅(qū)動(dòng)力的研究主要基于省市行政區(qū)劃，包括跨省市的一些聯(lián)動(dòng)區(qū)。如各大氣候區(qū)或自然帶等，既需要服從國家層面政策規(guī)定的同時(shí)要兼顧地方性政策的影響。

李月辰等人以北方13個(gè)省為研究區(qū)，通過主成分分析和逐步多元回歸分析，分析了研究區(qū)土地利用/覆蓋變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。研究區(qū)域的驅(qū)動(dòng)力分量選自驅(qū)動(dòng)因子的驅(qū)動(dòng)力。特別是，人口因素在推動(dòng)研究區(qū)土地利用/覆蓋變化方面發(fā)揮著非常重要的作用。溫度和降水等自然因素的土地利用/覆蓋變化也具有一定的限制作用，主要是在東北和西北等自然因素受到更多限制的地區(qū)。結(jié)論與劉紀(jì)元等人研究一致。部分學(xué)者認(rèn)為，研究區(qū)土地利用/覆蓋變化驅(qū)動(dòng)力的識別和空間差異分析具有一定的局限性。因?yàn)樵S多因素不適用于定量分析。例如，國家和地方政府政策以及人類行為習(xí)慣變化等因素對區(qū)域土地利用/覆蓋變化具有重要意義，但目前難以進(jìn)行定量分析。然而，由于研究區(qū)的地理特征，驅(qū)動(dòng)力研究可為研究區(qū)土地利用開發(fā)和區(qū)域生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供合理依據(jù)。它還可以豐富該地區(qū)土地利用/覆蓋研究的內(nèi)容。因此，具有一定的理論和實(shí)際意義[8]。

2.3微觀尺度研究

小尺度研究在政策驅(qū)動(dòng)力研究領(lǐng)域相對較為薄弱，其原因有自身研究范圍的局限性外，政策驅(qū)動(dòng)力的影響難以細(xì)化到人為活動(dòng)的層面也有一定的關(guān)系。周元立等學(xué)者正在采取內(nèi)蒙古干旱草原生態(tài)環(huán)境的土地利用和土地覆蓋變化局地小氣候研究中通過單景數(shù)據(jù)的5個(gè)不同年份多指數(shù)數(shù)據(jù)融合得出，由于2003年以來內(nèi)蒙古地區(qū)的旱災(zāi)累積影響，植被退化導(dǎo)致2007年平均反照率增加約5%。降水蒸散量在2007年也下降到約0.8cm/d。相關(guān)性分析結(jié)果表明，人類土地利用擴(kuò)張，如農(nóng)業(yè)活動(dòng)，使表層邊界層在地-氣相互作用中反應(yīng)減少，而這些結(jié)果與當(dāng)?shù)卣哂兄懿豢煞值年P(guān)系[9]

政策驅(qū)動(dòng)因素對土地使用和土地覆蓋變化的影響來自被動(dòng)接受。從被作用者與作用程度將該層次劃分為影響領(lǐng)域與范圍、影響制度及評估兩部分。

Verburg等人用歐洲高分辨率影像解譯土地利用變化數(shù)據(jù)，從全球到景觀層面的一系列模擬模型，將人口，經(jīng)濟(jì)和政策變化方面的情景條件轉(zhuǎn)變?yōu)闅W洲土地利用模式的變化。基于這些模擬結(jié)果開發(fā)的類型學(xué)確定了歐洲主要發(fā)展趨勢為農(nóng)業(yè)擴(kuò)張-拋棄農(nóng)業(yè)-城市化。研究結(jié)果表明基于微觀尺度模擬土地變化的未來動(dòng)態(tài)更適合于識別潛在政策驅(qū)動(dòng)力影響力區(qū)域[10]。

3 結(jié)論

土地利用和土地覆蓋變化研究有著明顯的空間尺度效應(yīng)，不同尺度研究重點(diǎn)、內(nèi)容、結(jié)果都可能大相徑庭。目前針對性研究也各有特點(diǎn)，有利用遙感圖像分析土地利用和土地覆蓋變化實(shí)現(xiàn)從微觀至全球尺度變化的研究均有呈現(xiàn)，土地使用和覆蓋變化驅(qū)動(dòng)力、土地利用和土地覆蓋變化影響、變化范圍的建模分析——政策驅(qū)動(dòng)力量化分析逐漸成為主流。而目前土地利用變化驅(qū)動(dòng)力研究的驅(qū)動(dòng)機(jī)制和土地覆蓋變化研究以及驅(qū)動(dòng)力空間尺度分析仍有很大的發(fā)展空間。

3.1研究空間大尺度或中尺度居多，小尺度研究顯得薄弱

綜上所述，目前研究有大、中、小等各種不同的尺度，束縛于早期高分遙感影響難于獲取，為配合國際 LUCC研究計(jì)劃的數(shù)據(jù)輸入需求，國內(nèi)研究主要集中在大規(guī)模宏觀研究，小規(guī)模微觀土地利用變化研究目前主要研究大城市或大城市的土地利用變化。因此，通過中國選擇空間范圍較小的典型區(qū)域的政策驅(qū)動(dòng)力等因素，分析土地利用空間規(guī)律和覆蓋變化是一種有效的方法[11]。而各國 LUCC研究各有其標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)據(jù)的度量、分析的尺度上都不盡相同，避免造成合作中的一些障礙建立標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一研究模型是尤為必要的，這也是研究人員未來實(shí)現(xiàn) LUCC研究創(chuàng)新的突破口之一。

3.2政策驅(qū)動(dòng)力空間尺度評估預(yù)測模型急需技術(shù)革新

土地利用與土地覆被變化模型的構(gòu)建及政策驅(qū)動(dòng)因子的空間量化研究中可引入遙感云算法[12]、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型[13]等可以強(qiáng)化 CLUE- S模型的方式對政策效果以及政府執(zhí)政水平進(jìn)行評估和預(yù)測。甚至針對CLUE-S模型進(jìn)行改進(jìn)，因?yàn)镃LUE-S模型由荷蘭瓦赫寧根大學(xué)研制的封裝Dynamic CLUE v2.0進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入估測。針對多全局與局部政策混合實(shí)施以及多項(xiàng)政策交叉疊加的復(fù)雜情況時(shí)，無法按其標(biāo)準(zhǔn)化形式進(jìn)行錄入導(dǎo)致影響評測估算的準(zhǔn)確性。

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（41561024）；內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)校科學(xué)研究項(xiàng)目“縣域草原退化防治政策連續(xù)性問題研究（NJSY16030）”；內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于史密斯理論的內(nèi)蒙古草原生態(tài)安全保障政策連續(xù)性影響因素及優(yōu)化對策研究（2017MS0703）”

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作者簡介：

加力戈（1980.9-），男，蒙古族，內(nèi)蒙古赤峰市，實(shí)驗(yàn)師，在讀博士研究生，主要研究方向?yàn)閰^(qū)域環(huán)境與資源開發(fā)。