生態土地分類研究進展綜述

陳 蕾 唐立娜 胡冬雪

(中國科學院城市環境研究所，城市環境與健康重點實驗室，福建廈門 361021）

土地分類是按照土地的自然和經濟屬性及其他因素進行的綜合分類，它既是認識土地的開始，也是充分合理利用土地資源并對土地實施動態監管和有效控制的重要環節［1］。國外土地分類工作的開展至今約有半個世紀的歷史，普遍以多目的、多比例尺、多種分類體系的建立與制圖為主要研究內容，我國是80年代后開始大規模的開展土地分類體系的研究。對于我國土地資源緊缺的現狀，具有科學性和通用性的土地分類體系將直接影響我國對土地資源管理和利用狀況的判斷和認識。因此，建立一套既具有中國特色，嚴謹全面、科學簡明、可操作性強，且與國際接軌的土地分類體系是當前及今后我國對資源管理的一項重要任務［2］。

生態土地分類(Ecological Land Classification）是一種科學的土地分類方法，它以土地資源管理為目的，試圖對整個生態系統進行組織、分級和評估［3］，突出了土地的綜合性和生態屬性，并用標準的比例尺和強度對生態系統進行描繪以滿足生產的需要。生態土地分類在國際上已經得到了廣泛的應用，并且當前國際上生態土地分類的級別體系有向統一化和多級化發展的趨勢［4］。把它正確的應用到我國的資源管理中具有重要現實意義。本文主要對生態土地分類的定義、國內外研究進展、最新研究領域以及生態分類系統進行了綜合整理，旨在為我國今后土地分類的研究工作及發展起到借鑒作用。

1 生態土地分類的定義

生物之間以及生物和非生物環境之間是相互影響、彼此依存的統一體。在一定的空間內，生物的成分和非生物的成分通過物質的循環和能量的流動互相作用、互相依存而構成生態系統(Ecosystem）［5］。地球上的生態系統在空間上是漸變的，通常情況下，不同生態系統之間并沒有一個客觀存在的實體邊界。為了研究和管理應用的需要，人們研究將生態系統進行分類，生態土地分類就是一種對生態系統的分類。

我國肖寶英等人，對生態土地分類做出了這樣的定義:生態土地分類是一個描述和劃分地球表面具有不同生態學特征區域的過程［6，7］，它以現代生態學和生態系統理論為基礎，綜合自然地理、土壤、植被等方面的信息，將某一地區復雜的環境梯度，按其生態屬性的異同進行合并和區分，構成不同的立地單元。具體的操作上，生態土地分類要求在進行土地分類時除最低一級是同質的自然體外，其上的分類采取鄰近相似自然體合并的方式，分類單位每上升一級，意味著劃分的地域單元向上擴大一個層次。故而，這種土地分類的方法也稱之為土地分級。由于地質、地形、土壤、植被、氣候、野火、水，甚至人類等因素的互相交織和相互影響，每個區域都可被視為一個不連續的系統［8］。

2 生態分類系統

生態分類系統是生態土地分類的實踐基礎，區域的自然區劃和中低尺度的土地分類結合并貫徹在生態分類系統中，產生了融合現代生態思想和滿足土地資源多目標管理的現代意義上的生態土地分類［9－11］。生態分類系統是用來確定、描述和繪制生態系統類型圖的一個方法。這種系統的目的在于用圖的形式把森林景觀的生物和環境特征抽象化、綜合化、標準化和整體化。通過繪制各種景觀特征圖，林業人員可以根據土地承載力及適應性確定森林的經營方向。有了這種標準化的格式，各部門之間以及上下級之間可以實現對森林資源信息的統一認識，以便實現統一規劃，統一管理［12］。國際上具有代表性的生態分類系統主要有，由加拿大1976年成立的生態土地分類委員會建立的6級生態土地系統，和美國農業部林業署的8級分類系統。

加拿大生態土地分類建立了六級生態土地系統:生態省(ecoprovince）、生態區(ecoregion）、生態縣(ecodistrict）、生態組(ecosection）、生態立地(ecosite）和生態要素。為了強調土地分類的生態方法，在專業名詞中把前綴“土地”換成“生態土地”，但在分類的研究中仍然存在強烈的地貌傾向。

美國受生態系統思想的影響，更多立足于生態分類系統，根據生態原則進行土地分類等級體系研究。美國農業部林業署［13］根據空間尺度的不同生態分類系統采用不同的生態單位，并且不同生態單位的劃分有不同的劃分依據和主導因子，將整個北美劃分為領域、區域、省、地區、亞地區、生態土地類型集、生態土地類型和生態土地類型相8個等級的生態分類系統(見表1）。“領域”是根據總體氣候特征劃分的，如冷、熱、干、濕;“區域”的劃分加入了植被的內容，包括森林、草原、沙漠等;“省”是根據亞氣候條件來劃分的，包括植被過渡類型等;“地區”的劃分主要根據地質和地殼的特征，如山地、平原等;“亞地區”主要根據具體地形來劃分;“生態土地類型集”的劃分強調的是地形地勢和區域性水文的空間特征;“生態土地類型”的劃分主要根據水文關系，如坡度坡向等，和土壤類型;“生態土地類型相”主要依據植物種群、指示性植物以及土壤特性來劃分。

表1 美國農業部林務署制定的全美生態單位等級

3 生態土地分類國內外研究進展

3.1 國外生態土地分類發展

3.1.1 發展歷程

生態土地分類早期是在國外發展起來的，美國的Veatch、英國的Bourne和Milne等為生態土地分類的發展做出了重要的貢獻。20世紀30年代，美國人Veatch他以綜合的觀點看待土地，認為自然土地類型是由各種自然要素組成，包括氣候、地文、植被、動物及土壤等，突出了生態學含義。并提出了自然土地類型的概念［14］:自然土地類型是由土壤類型和地形特征(如丘陵、盆地、湖泊、沼澤及各種坡度的比例）的各種組合所組成。這一觀點與后來1972年在荷蘭瓦格寧根召開的土地評價專家會議給出的定義:“土地包括地球特定地域表面及其以上和以下的大氣、土壤、基礎地質、水文和植被，還包括這一地域范圍內的過去和現在人類活動的種種后果，以及動物就它們對目前和未來人類利用土地所施加的重要影響”是很接近的，此觀點現在已經被各國學者所廣泛接受，并且成為各國學者在考慮土地分類時的基本原則［15］。幾乎與美國Veatch同時，英國Bourne提出了地文區、單元區、單元立地的概念，發展了不同等級土地單位的思想，后來這三級術語被以各種方式繼承下來。1935年，Milne提出了土壤鏈的概念［16］:他說，鏈是這樣一組土壤，它們在以基本的發生差異和形態差異為依據的自然分類系統中彼此分離很遠，但它們的出現由于地形狀況而聯系起來，并且在任何地方，只要遇到相同的狀況，它們就會按同樣的相互關系而重復。

20世紀40年代到70年代末，生態土地分類從理論發展到廣泛應用的時期，許多國家設立了專門的機構進行有計劃的土地調查［6］。例如，1946年澳大利亞聯邦科研和工業研究組織(CSIRO）設立土地資源處，對全國土地進行調查。荷蘭國際航測和地學研究所以航空照片判讀和制圖作為土地資源調查的主要手段。各個國家，眾多的研究機構和個人都試圖建立一個完整的、全面的生態土地分類，期待對土地和其他自然資源管理有一個整體的框架，并且在大尺度上他們都加入了氣候區劃，擴大了土地分類范圍。澳大利亞、英國、加拿大、荷蘭等國家在這方面成績較突出。

20世紀80年代后期，綜合的自然資源管理需求和計算機、地理信息系統、遙感、全球定位系統等技術［17］的廣泛應用，極大地促進了生態土地分類的發展，全球許多國家和地區開始進行全國性的或者區域性的土地分類系統研制和相關的地圖制作。生態土地分類系統［8］在陸地和景觀尺度上取得了很快的發展，將生態原理運用在土地分類，使得等級系統在尺度上發展到區域，能繪制特大區域的土地分類，并運用GIS對地被物進行數字化和建立空間模型。

3.1.2 研究實例

早先，土地分類的發展是為了簡單的用途，如木材生產、娛樂潛能或農業土壤調查。土地分類并沒有應用到所有的土地，那些荒蕪的、沒有娛樂價值的土地或者非農用土地都不適用于土地分類。隨著生態土地分類作為科學不斷的嘗試，生態土地分類能提供的綜合型生態系統基礎信息的需求也在不斷增長［2］，生態土地分類開始應用于森林的資源管理。如森林規劃的制定和實施、土壤保護、植物群落分類、生物多樣性保護、森林生物量產出的評估等，尤其在可持續發展的生態系統管理和生物多樣性保護的實踐中起著關鍵的作用。近年來，生態土地分類逐漸擴展到更多的領域。

2000年，John等［4］對美國田納西州西部的國家森林(Natchez Trace State Forest，NTSF）做了生態土地類型分類等級的研究。研究者以幫助森林管理決策為目的，利用地理信息系統技術合并森林類型、土壤、地勢等信息，對NTSF做了生態土地分類的研究。揭示了森林類型與土壤特征和地勢是密切相關的，并基于土壤類型、坡向、方向和地勢環境等因素對成熟闊葉林地做了進一步研究，分了8個等級的生態土地類型。

John等［18］使用USDA美國生態系統框架中土地單元等級的生態土地類型(ecological land type，ELT）對橡樹再生動力進行檢驗。研究者以MOFEP(The Missouri Ozark Forest Ecosystem Project）中9個森林管理區劃為研究立地，依據地質信息、坡位和地形、坡向、土壤厚度和指示性植物種類等因素進行生態土地類型的分類，并選取4個具有顯著性并且對比鮮明的生態土地類型(ELTs3，4，5，and 6），系統地檢驗橡樹再生動力、生態土地類型(ELTs）和景觀尺度內再生方法(皆伐、分類、單一樹種選擇）之間的相互作用。

2008年，Alireza等［19］采用生態分類方法，對 Hyrcanian(Caspian）lowland forests(northern Iran）地區赤楊木林生態系統進行研究。作者采用雙向指示種分析(TWINSPAN）對植被群落進行分類得到5個赤楊木群落，并且每個群落都有專屬的指示物種;通過主成分分析(PCA）排序得到影響植被群落的主要兩個環境變量是坡度和地下水位。運用除趨勢對應分析(DCA）和典范對應分析(CCA）排序得到兩個主要的環境梯度，即水生植物和沼生植物大部分集中于沼澤的和濕潤的群落;其他物種則集中于較干燥的群落。研究結果表明，影響研究區內赤楊木生境的主要群落類型不同主要是基于地下水和地貌差異。

Andriy等［20］對美國印第安納州的胡希爾國家森林(Hoosier National Forest，HNF）地區進行生態分類系統的研究。研究者采用了USDA美國生態系統框架中最低等級的生態土地類型(ELT）和生態土地類型相(ELTP）進行分類，ELTPs抽取了HNF中位于布朗縣丘陵(Brown County Hills）和克勞福德山地(Crawford Upland）的4個立地單元做為研究樣地。選取10m分辨率的美國地質勘探局(USGS）DEM和土壤測量圖做為源數據圖層，使用ArcGIS提取出海拔、坡度、坡向、土壤類型等數據圖層，最后通過統計分析得出ELTPs。研究結果表明，坡度、坡向和剖面曲線率是影響ELTPs的主要環境變量。

Blasid等［21］，2010年將生態土地分類方法應用到植物社會學領域，研究者論述了植物社會學和生態學之間的關系，并且強調了生態模型和環境評估在植物社會學領域的潛能。并建立了包括區域(Division）、省(Province）、地區(Section）、亞地區(Subsection）、土地系統(Land systems）、土地片(Land facets）、環境單元(Environmental units）7個等級的生態分類系統，并介紹了生態分類系統的分級標準及植被特征。作者表示，這一現代化發展為植物社會學這門學科提供了新的生態前景，生態土地分類可以描繪每一個區域的植物群落和植被動力的信息，在多個空間尺度上，能更好的幫助確立生態區邊界和性質。

3.2 國內生態土地分類發展

3.2.1 發展歷程

我國土地分類的研究工作是在蘇聯景觀學思想的影響下發展起來的，1949年后，我國土地學界最先開展了土地分類的研究工作。隨后，林超等人于60年代初期和中期在北京的山區開展了土地類型的制圖工作，對我國土地分類的研究工作具有一定的代表性。他是按照前蘇聯的分類方法，采用的土地分類單位有地方、限區和相［22，23］。70年代后期，中國科學院地理研究所等組織了許多單位研究討論全國土地類型系統和制圖等為題，提出了土地分類的三級系統［24，25］。

生態土地分類在我國發展較晚，近年來，隨著3S技術的逐漸發展，國內一些學者開始嘗試生態土地分類的研究工作，借鑒國際上相關的生態分類系統，對我國的生態分類進行了深入的理論探討。

3.2.2 研究實例

1998年，徐化成等［16］對生態土地分類進行了初步的探索，在河北省平山縣卸甲河流域進行了生態土地分類研究，提出了包括土地系統、土地組合和土地類型的三級分類系統，并對該流域劃分了8個土地系統，對每個系統分別劃分了若干個土地組合和土地類型。最后論述了生態土地分類在我國林業上的應用前景，由于生態土地分類可以滿足不同尺度的規劃要求，土地系統這一級可以符合縣級或者林業局規劃的要求，它可為在較大的范圍內進行農林牧的發展規劃和林種樹種規劃服務。土地組合可為具體的經營單位(如鄉或林場）規劃樹種、作物品種或各種具體措施服務。土地組合最能反映目前土地的植被類型和土地利用類型的現狀，可作為調查和統計的基本單元。生態土地分類可以成為分析林業土地空間格局和結構的有力工具，可以成為針對不同的經營單元進行土地區劃、土地規劃和制定各種造林經營措施的基礎。

2001年，邵國凡等［26］對吉林省東部進行了生態土地類型和生態土地類型相兩個層次的分類和區劃。生態土地類型的劃分主要依據坡向、坡度、坡位和土壤質量;生態土地類型相的劃分主要依據林冠層的優勢樹種、林下的指示植物、林齡以及林冠層蓋度。生態土地類型決定了潛在的針闊混交林類型，例如，在坡下土壤肥沃的地帶適合于水曲柳為優勢的針闊混交林，而在陽坡土壤瘠薄的地方適合于蒙古櫟林的生長。把潛在的森林類型與現有的生態土地類型相進行對比，找出其差別，從而為加速恢復和合理利用地帶性天然林提出具有科學依據的經營措施。

2003年，Dai等［27］介紹了我國東北地區東部山地的生態土地類型，應用20m分辨率的DEM數據，繪制了位于中朝邊境的白河林業局的生態土地類型圖。作者根據當地的實際情況，以坡度和坡向為劃分生態土地類型的主導因子，海拔為次要因子，劃分了10種生態土地類型。并根據沒個土地類型的面積分析了高海拔的生態土地類型是研究區內占優勢的生態土地類型。最后，作者通過對現存植被類型和利用生態土地分類得到的潛在植被類型進行比較和分析，得到正確的森林管理的方法，這些森林管理方法是空間依賴的，在實際的操作中是可行的。

2008年，唐立娜等［28］對遼東山區的生態分類系統進行了研究，完成了生態土地類型(ELT）和生態土地類型相(ELTP）兩個等級的劃分。以數字高程模型和SPOT－5遙感數據為數據源，通過地理信息系統的空間分析，共得到5種生態土地類型和34種生態土地類型相。作者以坡度和坡向為生態土地類型的劃分標準，使用Arc Info GRID或Arc Map空間分析中的GIS命令生成坡度圖和坡向圖，再將坡度圖和坡向圖疊加得到ELT分類圖，并以SPOT影像為基礎，疊加1:10000比例尺地形圖提取研究區現存植被分布圖，將現存植被圖與ELT圖層疊加，得到ELTP分類圖。最后，作者總結了用ELTP代替我國林業區劃中的小班，便于實現對小班的生態系統管理;并且生態分類系統的劃分和制圖，將生態學引入了我國沿用了幾十年的傳統森林經營管理中，森林管理部門可以根據空間精準、生態學含義明確的森林資源數據，從景觀尺度上進行森林經營計劃的編制，調整森林經營管理方式，實現森林生態系統的科學管理。

4 結語

生態土地分類是融合現代生態學思想和生態系統理論為基礎的科學的生態分類方法，它的優點是綜合考慮了地理空間中生物及其環境間的相互關系，并且充分利用了3S技術。就目前我國數字技術快速發展的現狀而言，生態土地分類適宜在以現代化、信息化為特色的城市框架下進行生態環境問題的研究。生態土地分類最早起源于美國，目前在國外已經得到了廣泛的應用，研究領域已經由最初的森林資源管理擴展到了土地資源管理、環境監測、植物學等領域。我國生態土地分類的研究起步較晚，相關應用還較少，研究區域主要集中在東北林地。由此可見，生態土地分類在我國有很大的發展空間，并且有必要將其應用于我國的生態環境問題和資源管理的研究中。

［1］秦明周.土地利用分類及其影響因素研究［J］.地域研究與開發，1997，16(1）:13－16.

［2］林愛文，黃仁濤，佐藤洋平.對我國新的土地分類體系問題的探討［J］.國土資源科技管理，2002，3:7－10.

［3］Richard A.Sims，Iang W.Corns，Karel Klinka.Introduction-Global to Local:Ecological Land Classification［J］.Environmental Monitoring and Assessment，1996，39:1 －10.

［4］John A.Kupfer，Scott B.Franklin.Evaluation of An Ecological Land Type Classification System，Natchez Trace State Forest，Western Tennessee，USA ［J］.Landscape and Urban Planning，2000，49:179－190.

［5］孫儒泳，李博，諸葛陽，等.普通生態學［M］.高等教育出版社，1993.

［6］Robert G Bailey.Delineation of Ecosystem Regions［J］.Environmental Management，1983，7(4）:365 －373.

［7］Frans klijn，Helias A.Udo de Haes.A Hierarchical Approach to E-cosystems and Its Implications for Ecological Land Classification［J］.Landescapt Ecological，1994，9(2）:89 －104.

［8］肖寶英，陳高，代力民，等.生態土地分類研究進展［J］.應用生態學報，2002，13(11）:1499～1502.

［9］Dan S.Hanson，Bryan Hargrave.Development of A Multilevel Ecological Classification System for The State of Minnesota［J］.Environmental Monitoring and Assessment，1996，39:75 ～84.

［10］Hix David M，Chech Andrea M.Development of An Ecological Classification System for The Wayne National Forest［J］.US Forest Service，1993，North Central Forest Experiment Station:491 ～501.

［11］J.Stan Rowe.Land Classification and Ecosystem Classification［J］.Environmental Monitoring and Assessment，39:11 ～20.

［12］唐立娜.遼東山區生態分類系統及其在數字林業中的應用［D］.2006.

［13］ECOMAP.National Hierarchical Framework of Ecological Units［M］.1993.

［14］David H A，Glendon W S，Edward R B.Landtype forest community relationships:A Case Study on The Mid－Cumberland Plateau［J］.Environmental Monitoring and Assessment，1996，39:339 － 352.39:339－352.

［15］Robert G B，Robert D P，Henderson，Jan A.H.Nature of Land and Resource Classification:a Review ［J］.Journal of Forestry，1978，76:650－655.

［16］徐化成，秦勇，鄭均寶.生態土地分類及其在林業上的應用前景［J］.林業科學，1998，34:2 －8.

［17］張小麗，游先祥.應用“用”9技術進行北京市森林立地分類和立地質量評價的研究［J］.遙感學報，1998，4:292－295.

［18］John M K，Eric K Z，Daniel C D，David G.Using Ecological Land Types to Examine Landscape-scale Oak Regeneration Dynamics［J］.Science Direct，2008，255:3051 －3062.

［19］Alireza Naqinezhad，Behnam Hamzeh’ee，Farideh Attar.Vegetation-environment Relationships in The Alderwood Communities of Caspian lowlands，N.Iran(toward An Ecological Classication）［J］.Science Direct，2008，203:567 －577.

［20］Andriy V Z，George R P.Spatial Analysis and Delineation of Ecological Landtype Phases for The Hoosier National Forest，Indiana，USA［J］.Elsevier，2009，35:214 －224.

［21］Blasi C，Frondoni R.Modern Perspectives for Plant Sociology:The Case of Ecological Land Classi?Cation and the Ecoregions of Italy［J］.Plant Biosystems，2011，145:30 －37.

［22］林超，李昌文.北京山區土地類型研究的初步總結［J］.地理學報，1980，35(3）:187－199.

［23］林超，李壽深.中國土地類型研究的回顧與展望［M］.地理學論文集(第一輯），北京大學地理系，1981.

［24］趙松喬.中國1:100萬土地類型的劃分與制圖，中國土地類型研究［J］.北京:科學出版社.1986，23－28.

［25］趙松喬，申元村.全國1:100萬及重點省區1:20萬土地類型圖的土地分類系統［J］.資源科學，1980(3）:13－24.

［26］邵國凡，張佩昌，柏廣新，趙光，王戰.試論生態分類系統在我國天然林保護與經營中的應用［J］.生態學報，2001，21(9）:1565－1570.

［27］Dai Limin，Shao Guofan，Xiao Baoyiing.Ecological Classification for Mountain Forest Sustainability in Northeast China［J］.The Forestry Chronicle，2003，79(2）:233 －236.

［28］唐立娜，王慶禮，代力民，邵國凡.遼東東部山區林地生態分類系統［J］.應用生態學報，2008，19(1）:20－24.