土地利用覆被變化與生態系統服務的影響關系研究進展

陳端呂 陳哲夫 彭保發

(湖南文理學院地理科學與旅游學院，湖南 常德 415000)

生態系統服務作為人類從生態系統中獲得賴以生存與發展的收益[1]，是實現區域可持續發展的基礎與保障，土地利用/覆被變化(LUCC)通過人類活動改變生態系統結構與生態過程，是生態系統服務變化的驅動力。生態系統服務在價值評估、空間分異等方面具有較多的研究成果，土地利用/覆被變化成為全球研究熱點。從近期的發展歷程來看，生態系統服務與土地利用/覆被變化的相互關系研究越來越受到重視，本文通過對相關研究進行梳理及未來的研究趨勢的展望，為土地利用規劃管理、生態建設與區域發展提供參考。

1 生態系統服務

1.1 生態系統服務的形成

生態系統服務不僅依賴于生態系統，而且也受到社會經濟系統的影響。生態系統服務的形成機制雖有一些研究，但結論尚需進行一步論證，存在一定的復雜性。生態系統結構與生態過程是生態系統服務產生的載體與物質基礎，同時生態系統服務受結構與過程的復雜性制約，主要體現在生態過程的復雜性與尺度性導致生態系統服務形成的不確定性與非穩定性，不同區域提供的主導生態系統服務也不同[2]。從現有的研究來看，雖然生態系統服務形成、生態系統服務與區域發展之間的耦合機制尚不清晰，尚處于探索階段，可能需要長期的定位觀測與實驗研究，但仍然為生態系統服務相關研究奠定了基礎。

1.2 生態系統服務的分類與評估

聯合國千年生態系統評估(Millennium ecosystem Assessment，MA)將生態系統服務歸納為供給服務、調節服務、文化服務和支持服務[3]。Wallace[4]提出了針對自然資源管理的分類系統，Fisher與Turner[5]提出了中間服務、終點服務與收益類型，而Constanza[6]根據空間特征及排他性進行了分類。生態系統服務根據空間特征關系可分為全球非臨近、局部鄰近、流動方向性、原位性和使用者遷移性等 5 種類型[6]。從目前情況看，難以找到一個普適的分類方法，對生態系統服務的分類有不同的看法，各有側重，但依然是進行生態系統服務評估的基礎。

早期較為常用的評估方法主要基于市場理論，分為實際市場法、替代市場法、虛擬市場法[7]。生態系統功能的量化和空間模擬成為生態系統服務評估的核心，對生態系統服務評估及相關研究起著關鍵作用。在過去的研究中，生態系統服務評估指標呈現迅速增加趨勢，提出了大量生態系統服務供給制圖工具[8]，評價體系一般供給評價指標構建較多，但由于理論基礎和數據支撐的限制，受可獲得數據的依賴性等因素影響，服務需求及供需關系分析相對較少，缺乏統一的指標體系和方法，而且針對服務的需求、供—需關系分析的指標還有待進一步發展，在數量的估算上仍然存在很大的不確定性。

1.3 生態系統服務空間分異

生態系統服務空間分異格局包含生態系統服務供給格局、消費格局與服務流網絡格局。隨著生態系統服務評估及相關社會經濟問題對區域發展重要性的認識[9]，陳萬旭等根據敏感性對縣域時空分異特征進行測度[10]，黃木易等利用地理探測器揭示了生態系統服務空間分異驅動因素[11]，吳健生等[12]、黃智洵等[13]進行了生態系統服務空間重構及供求格局研究；同時，GIS技術與量化模型得到了較多的應用[14]，生態系統服務的供給和需求在時間和空間上具有很強的分異特征[15]。

2 土地利用/覆被變化(LUCC)

2.1 LUCC的信息獲取與處理

20世紀50年代由于衛星遙感技術的應用，為LUCC信息獲取提供了可能，加快了LUCC研究的發展[16]。隨后，對土壤、巖石和植被等進行了大量的波譜測試，并利用氣象衛星數據進行土地覆被研究。1995年的“IGBP”與“IIHDP”項目進一步推進了LUCC的信息獲取，為建立完善的土地分類系統及分類方法提供基礎。我國LUCC信息獲取最早采用傳統的實地調查方法，隨著遙感與GIS技術的廣泛應用，土地利用分類信息方法得到了極大的發展，特別是遙感多源數據融合與計算機分類模型，體現了現代技術的整體優勢。

2.2 LUCC的景觀格局及動態

對不同地區和不同時段的景觀空間格局進行分析，是研究土地利用/覆蓋變化的主要內容，有助于探討景觀格局和LUCC過程的相互作用機理[17]。對于LUCC的景觀格局及動態研究，主要集中于景觀格局指數分析指標[18]，用于探討景觀異質性、土地類型的均衡程度、土地結構的空間配置等，包括斑塊、斑塊類型、景觀3個層次[19，20]。同時，通過土地利用規模變化、土地利用變化軌跡等分析土地利用景觀格局動態，可直觀體現區域LUCC整體狀況[21]，并探索土地利用景觀格局及LUCC過程中的相互關系[22]，但針對景觀生態敏感性及土地利用安全格局構建有待于進一步的研究。

2.3 LUCC驅動力機制

目前，土地利用/覆蓋變化研究主要側重于國家或區域尺度的案例，探討LUCC的動力學過程與機制。提出了建立LUCC案例研究的全球戰略框架，通過變化敏感度探討LUCC分異與分區，對土地利用/覆被變化的時空演化機理有帶進行系統研究。土地利用/覆蓋變化的驅動因素體現在自然與人文2個方面，是自然因素與人文社會因素的綜合結果[23]。自然環境因素是土地利用/覆蓋變化的客觀基礎，主要包括氣候、地貌、水文、土壤等。在人文因素方面，從人口增長及社會、經濟進行土地利用結構變化趨勢探討，分析了人口因素對土地利用/土地覆被變化的影響，研究了土地利用/土地覆被變化的人文驅動機制。驅動力研究主要采用單一因素分析[24]及區域綜合LUCC分析[25]，運用統計分析方法的較多，包括主成分分析法、回歸分析法、灰色系統關聯分析法等。

3 土地利用變化與生態系統服務的關系

土地利用變化與生態系統服務之間相互關聯與影響已成為地理學和生態學領域共同關注的熱點與重點。土地利用反映了人類活動，而生態系統服務可體現自然生態環境狀態，圍繞土地利用變化與生態系統服務存在相互影響的關系開展了相應的探討及個案研究，見圖1。

圖1 LUCC與生態系統服務關系研究內容及其進展

3.1 LUCC對生態系統服務的影響

土地利用/覆蓋變化是生態系統服務的重要驅動因素。近來來國內外學者從多個方面探討了LUCC對生態系統服務的影響。

3.1.1 LUCC對生態系統服務形成機制的影響

生態系統的結構、組分與過程是生態系統服務的物質基礎，LUCC通過影響生態系統的脆弱性從而影響生態系統服務的形成[26]。具體表現在LUCC確定產生和控制空間格局的因子和機制，從而控制生態過程。土地利用通過景觀異質性、景觀類型組合體，改變了物種的生存環境，從而導致生態系統服務功能的變化。

3.1.2 LUCC對生態系統服務時空分異的影響

LUCC從規模、情景、方式與強度等方面影響生態系統服務，土地利用規模引起生態系統服務供給損益與生態服務功能變化，土地利用情景引起生態系統服務價值時空演變，土地利用方式與強度引起生態系統服務之間權衡[27]。

3.1.3 LUCC可作為生態系統服務的調控手段

人類活動通過土地類型合理的空間配置，改變了土地利用格局、功能，從而優化了生態系統服務供需的空間流動過程[28]，通過深入探究LUCC中土地類型間的競爭過程和演化機理，探討LUCC對生態系統服務的影響，從而保障生態系統服務能力與人類社會經濟發展的適應性。總體而言，目前土地利用變化對生態系統服務的影響研究成果較多，但準確把握土地利用變化與生態系統服務價值的空間異質性，仍有待于更多的時空尺度案例進一步檢驗與探索。

3.2 LUCC對生態系統服務的響應

生態系統服務同樣對土地利用變化存在多重影響。生態系統服務體現了區域生態承載能力與生態安全狀態，成為人類感知生態安全狀態最直接的途徑，耦合生態系統服務逐漸成為區域生態安全研究的重要議題。通過引導人類需求，改變土地利用變化的均衡或波動關系。自俞孔堅等提出景觀生態安全格局以來，一些學者嘗試基于生態系統服務進行生態安全格局理論與實踐探索，利用“源地—阻力面—廊道”的組合方式[29]，為土地利用的精準空間劃定提供科學依據。同時，生態系統服務將生態系統結構功能與人類福祉聯系起來，揭示生態系統結構—功能—服務—人類福祉間的遞進關系[30]，通過生態系統服務支持人類福祉的能力及對人類福祉的貢獻，從用地規模和結構優化來實現區域效益最大化，從而影響土地利用類型的利用程度與方式，使土地資源在各行業各部門得到合理分配，實施土地利用轉型的空間結構優化與土地利用規劃管理，為國土空間規劃提供方向性指引。

4 研究展望

國內外對土地利用/覆蓋變化研究內容較為豐富，取得了較多的研究成果，土地利用格局分析在生態學上已有一定的理論探索，在土地利用空間規劃決策上有較多的應用。生態系統服務研究主要側重于價值評估、空間格局、權衡協同等。生態系統服務與土地利用/覆蓋變化的相互影響關系研究仍處于理論分析與模型模擬階段。通過識別生態系統服務與土地利用變化的影響特征，建立生態系統服務與土地合理開發利用的關系，具有一定的挑戰性，仍然是值得關注的重點。在綜合性應用方面，人類活動的影響具有一定的復雜性，基于自然因素與社會經濟條件的影響，從生態系統服務的區域供需平衡與匹配，探討區域生態系統服務的可持續性有待加強。在多個視角量化方面，LUCC與生態系統服務都具有復雜的尺度性，構建普適模型分析不同尺度的二者相互作用的特征與反饋機制，精度和結果的準確性仍有進一步提升的空間。將生態系統服務的域內、域外效應納入區域空間框架，從空間上辨識構成生態系統服務特征，通過LUCC現狀與時空動態，構建土地利用規劃與優化框架，需要有一定的突破。