第1章概述
1.1选题背景和意义
黄淮海平原是中华民族的心腹之地，从三皇五帝开始，一直到近现代，既是我国政治、经济和文化的中心地带，又是我国重要的工农业生产基地。该区水热条件较好，区内风沙化土地具有较大的利用潜力，是我国宝贵的土地资源。20世纪80年代，朱震达（1986）就半湿润地区的风沙化问题进行了专项论述，提出黄淮海平原沙地发展农业生产最大的危害是季节性风沙。中国科学院众多科研院所曾对该区予以较多研究，成立了黄淮海平原农业开发风沙化土地开发利用课题组，配合国家黄淮海平原开发的总战略，治理风沙化土地，改善生态环境，科学、有效地利用沙荒地资源，创下了不凡的业绩。
在全球变暖的大背景下，土地利用覆被变化（land use and land cover change，LUCC）已成为目前研究的前沿和热点问题之一。随着研究的深入，各国科学家越来越感到人类活动对环境变化的影响，尤其是土地开发、利用以及引起的土地覆被变化，被认为是全球环境变化的重要组成部分（刘彦随和陈百明，2002）。
目前，我国的城市化进程和社会主义新农村建设正在加速推进。伴之而来的结果便是耕地、林地、建设用地和未利用地等土地利用类型之间的相互转换和质量变化，最终围绕土地资源形成土地利用覆被发生一系列的变化（Lin and Ho，2003）。良好的生态环境，是享受精神文明、政治文明和物质文明的基础。我国的新农村建设把生态环境建设放在了重要的位置。同时国家明确提出的“十八亿亩耕地” 的红线和出台粮食直补鼓励农民种粮等相关政策，把粮食安全和其他安全一样放在了很高的位置。在此大背景下，时隔20年后的黄淮海平原的土地利用及生态环境状况如何，再次予以关注。
1.1.1选题背景
由于各种原因，在以往有关全球环境变化的研究中，人们的着眼点主要集中于地球的流体系统，即大气系统和海洋系统的变化，而对陆地表面环境变化的研究相对较少。实际上，影响地球系统中尺度变化（几十至几百年）最重要的因素——人类活动——集中于陆地表面。人类活动对地球系统的影响极其广泛，突出表现在两个方面：一方面是煤炭、石油和天然气等化石燃料的燃烧干扰地球系统的生物地球化学循环，如碳循环和氮循环；另一方面是土地利用活动导致地球陆地表面的覆被变化，如热带森林变成农田，草场变成耕地，土壤铺上沥青成为道路，有着绿色植被的土地浇注水泥发展为城市。土地覆被的变化通过对地面反照率和生态系统储碳能力的影响，作用于地球的生物化学循环。同时，它对区域水质和水量、生物多样性及陆地生态系统的第一性生产力和环境适应能力具有深刻的影响。因此，美国全球变化研究委员会将土地利用土地覆被变化、气候变化、臭氧层的耗损、陆地和海洋生态系统的变化并列为主要的全球环境变化问题（李秀彬，1996）。
自20世纪70年代，科学家研究发现，由于土地覆被变化改变了地表辐射率，引起地面大气能量的变化，从而对区域气候造成重要影响。之后的研究显示，土地覆被变化对区域碳循环、水循环、生物多样性（Crist et al.，2000）及陆地生态系统的生产力和适应能力（Vitousek， 1994；Vermote et al.，1997；Millennium Ecosystem Assessment，2003）均产生着深远的影响。这种影响在区域尺度上的不断积累，会使土地覆被变化在全球尺度上对地球系统功能产生重要影响（Cassman et al.，2006）。
20世纪80年代以后，面向解决全球环境变化和可持续发展领域的若干重大问题，“土地利用和覆被变化”研究受到国际社会重视（朱会义，1996）。在此背景下，世界气候研究计划（WCRP）、国际地圈生物圈计划（IGBP）、全球环境变化的人类因素计划（IHDP）和生物多样性计划（DIVERSITAS）国际四大全球变化研究计划中的IGBP和IHDP于1995年共同发起了“土地利用和土地覆被变化”研究计划。其研究的根本出发点就在于通过对人类驱动力—土地利用土地覆被—全球变化—环境反馈之间相互作用机制的认识，进而深入开展全球、国家和地区的人口、资源与环境及社会经济可持续发展的科学研究。1999年，IGBP和IHDP出版了《LUCC研究实施策略》，进一步提出将土地利用过程、LUCC的人类响应、综合的全球和区域模型作为研究的主题，同时强调了LUCC的研究必须与区域的土地退化、水资源和贫困问题等可持续发展问题相联系。国际应用系统分析研究所（IIASA）将揭示LUCC的主要社会经济驱动力及其反馈机制和作用方式，作为LUCC研究计划的三大目标。其中，有关中国土地利用变化研究（LUCChina）涉及粮食紧张与预期的土地利用变化、中国土地利用变化的各种人为驱动力，如人口增长、城市化和生活方式转变等被作为重点问题。
从自然到人文、从全球到区域，区域土地利用覆被变化已经成为当前国际土地利用覆被变化研究的最新动向。进入20世纪90年代以来，全球环境变化研究领域逐渐加强了对土地利用和土地覆被变化的研究工作。这主要与该领域具有全球影响的IGBP和IHDP的推动有关。跨入21世纪，我国进入工业化、城市化迅速发展时期，围绕小康社会建设、社会主义新农村建设及和谐社会建设等国家战略目标，使得涉及生态环境、耕地保护与食物安全、社会可持续发展等一系列重大问题的LUCC研究更具现实意义。特别是美国农业和环境问题专家莱斯特?布朗，1994年在《世界观察》上撰文提出了“谁来养活中国”的问题更是引起了很大的轰动。粮食安全、耕地保护与土地非农化等问题开始再次受到关注，并成为国内外学术研究的热点领域（朱会义， 1996；邵晓梅， 2003；刘巽浩， 2005，谢高地等，2005；高中贵等，2006；刘燕华等，2006；刘彦随，2006；曾科军等，2006；朱红波，2006；马文杰和冯中朝，2007；余方镇，2007；李玉平，2007；徐元明，2008；朱险峰，2009； 杨铭和闫人华，2010；Yu and Lu，2006）。许多专家学者提出“提高粮食综合生产能力” “藏粮于土”蔡运龙，2001；封志明和李香莲，2000）、“可持续食物安全” （刘彦随等，2002；刘彦随和翟荣新，2009）“最小人均耕地面积”Zhang and Liu，2001）标准人均耕地面积（李根明等，2007）等战略和理念。
位居黄淮海平原的河南是我国重要的产粮大省，作为中国的“粮仓”，河南的粮食产量占全国的110，小麦产量占全国的14。统计数据表明，河南粮食总产量已连续11年位居全国首位，连续四年超过5000万t，连续四年创历史新高，新增粮食产量占全国增量的13以上。2007年该省粮食总产量达到5245万t；2008年粮食总产量达到5370万t，其中夏粮总产首次突破3000万t，居全国第一位，占全国总产量的14；2009年粮食总产量5390万t（河南省2009统计年鉴）。可以说，河南粮食生产的稳定和提高，对保障全国的粮食安全有着举足轻重的作用。同时，作为我国第一人口大省，河南目前正处在全面建设小康社会、奋力实现崛起的重要时期，随着城市的扩张、工业规模的扩大，环境与发展的矛盾日益突出、自然灾害频繁、水资源匮乏、土壤质量下降等一系列生态环境问题凸显，人地关系将面临更加严峻的考验，人地关系也将更加复杂化。这就需要针对地区实际，加强人为活动对土地利用土地覆被研究的影响，寻求积极的人为干预，以期实现资源、环境与发展的协调统一。
1.1.2研究目的及意义
随着工业化、城镇化发展和人民生活水平的不断提高，粮食消费需求刚性增长，农用土地转变为非农业用地的规模急剧增大，粮食安全与耕地保护面临严峻的挑战（Liu，2006）。对土地利用土地覆被变化进行研究，有利于人类更好地理解和认识土地利用土地覆被在不同时间与空间尺度上相互作用及其变化，诸如土地利用土地覆被变化的过程、机理及其对人类社会经济与环境所产生的一系列影响，为全球、国家或区域的可持续发展战略提供决策依据。
“民以食为天，食以粮为先”，粮食问题直接关系到人类生存、国家兴衰和社会安定，粮食安全与耕地保护面临的挑战不言而喻Zhang et al.，2008； Angusa et al.， 2009。目前国内外粮食生产和粮食消费格局正在发生重大变化，粮食供求关系偏紧。调查研究该区土地利用变化及其效应，探讨这种变化和效应的驱动机制，对这种变化和效应进行可持续评价，提出可持续利用的对策，促进社会经济发展与资源环境保护协调统一，既对深化LUCC与可持续土地利用的研究具有科学和实践意义，也对我国的沙漠化防治具有一定指导意义。
本书的目标是，通过对多期研究区的遥感数据和统计数据等进行对比分析，研究土地利用变化的过程及特点，分析土地利用变化的效应，探讨土地利用变化驱动机制，揭示本区社会经济发展中存在的一些问题，了解近年来农业发展政策、生态环境建设政策的效应。为保障粮食安全，优化区域土地利用结构，实现区域可持续发展提供理论参考和科学依据。
1.2土地利用覆被变化研究进展1.2.1土地利用与土地覆被相关概念的内涵和联系土地利用与土地覆被是两个既有本质区别又有密切联系的重要概念。土地利用是指人类根据土地的特点，按一定的经济与社会目的，采取一系列生物和技术手段，对土地进行的长期性或周期性的经营活动（吴传钧，1994），包含着人类利用土地的目的。Meyer和Turner（1994）认为，土地利用变化包括不同土地用途的转换和土地利用方式集约化程度的提高。既包括土地利用类型的转换如农业、建设用地、生态用地之间的转化，也包括土地利用类型集约化程度的提高，如提高耕地复种指数，加大化肥、农药和灌溉等的投入使土地利用强度加大等。土地利用往往是社会科学研究者研究的对象，侧重人类为获取所需的产品或服务，而进行的对土地自然属性的利用（Turner et al.，1995；Turner，1991）。在这种定义中，林地、公园、郊区和农田等都是土地利用的意图和目的，为了获得更好的产量所采用的化肥、除草剂、农药、灌溉等生物化学控制的实践，也是土地利用。联合国粮农组织（FAO）则认为“土地利用是由自然条件和人的干预所决定土地的功能”，其实质是对土地功能的利用。土地利用的方式、程度、结构及地域分布和效益，既受自然条件的影响，又受各种社会、经济、技术条件的制约，社会生产方式往往对土地利用起着决定性的作用。土地利用是人类活动作用于自然环境的主要途径之一，是历史时期土地覆被变化的最直接和最主要的驱动因子。
土地覆被指地球陆地表面和近地表面的自然状态，包括生态群落、土地、地形、地下水以及人文结构。也就是说“它包含了地球陆地表面的自然状态”（Turner et al.，1993），是与土地利用联系非常紧密的一个概念，指自然营造物和人工建筑物所覆盖的地表诸要素的综合体，包括各类植被、湿地及各种建筑物和构筑物（如房屋、道路等）等。它强调土地的自然属性及人类活动的结果。其形态和状态可在多种时间、空间尺度上变化。土地利用侧重于土地的社会经济属性，土地覆被侧重于土地的自然属性（史培军等，2000）。土地覆被是陆地生命支撑系统的主要组成部分，因而其变化是全球环境变化的一个重要方面。作为联系地球系统各圈层的纽带，土地覆被及其变化在很大程度上影响着地球系统其他组分的变化。例如，有人估计，过去150年来由于土地覆被变化造成的陆地生态系统的CO2净释放量与能源燃烧释放的量值相当。
土地利用是土地覆被变化的最重要影响因素，土地覆被的变化反过来又作用于土地利用。通常情况下两者无明确区分，而是二者并用，写成土地利用土地覆被（曾志远，2004）。土地利用覆被变化是指因自然及人类因素作用引起的土地利用变化和土地覆被的变化，如林地的退化、将耕地开发为城市用地等。土地利用的变化会导致土地覆被的变化，但是土地覆被变化却未必导致土地利用方式发生变化。同时一种土地利用类型可以有不同的土地覆被形式，一种土地覆被类型可能包含几种利用类型。土地覆被既可能是自然变化过程的结果，如气候变化、突发事件如火山爆发、洪水等，更多则是人类
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