第三节　国内外研究进展

一、资源环境演变

人们普遍认为，资源环境是可持续发展的根本要素，资源环境是自然和社会环境，即自然与人类社会的结合，土地资源、水资源、能源和生态环境在现有研究中被视为核心资源环境［18］。土地既是人类的栖息地，也是人们赖以生存的食物、水等重要资源的物质基础，土地不仅是重要的自然资源，也是了解区域经济发展潜力的重要工具［19］。作为地区社会经济发展的空间载体，土地在城市化和工业化进程中发挥着至关重要的作用，在经济增长和社会发展的背景下，土地空间结构在近几十年发生了巨大变化，对生态环境产生了一系列影响，引起了人们的广泛关注［20］。学者对土地资源的研究主要集中于土地资源时空演化特征［21］、土地利用效率［22］、不同土地类型演化特征［23］、土地利用碳源/碳汇［24］、土地利用与经济发展关系［25］、土地利用与生态系统服务价值［26］、土地资源承载力［27］以及土地利用景观［28］等方面。其中，土地资源承载力是优化配置土地资源和指引土地开发整治的重要依据，因此有学者利用土地资源承载力对土地资源展开了进一步研究［29］。从研究内容来看，包括土地资源承载力的指标体系构建［30］、影响因素研究［31］及优化提升策略［32］等方面。研究内容从简单化、单因素逐步转向与人口、资源与环境相结合的综合性研究。从研究方法来看，主要采用因子分析法［33］、改进生态足迹模型［34］及DPSIR（Driving-Pressure-State-Impact-Response）模型［35］等定量方法，同时“3S”技术也开始应用到土地资源承载力时空分异格局的研究中［36］。在研究尺度上主要涉及大中尺度城市群［37］、省域［38］及单个城市［39］。其中，土地利用和景观模式反映了景观的异质性，也是各种生态过程的结果，土地利用和景观模式与自然环境有重要关系，因此受到了学者们的关注［40］。对土地利用和景观格局的综合研究，可以更深入地了解土地利用景观格局对碳排放、生物多样性、区域环境等全球性问题的综合影响［41］。目前对土地利用景观的研究主要包括土地利用景观格局时空演化［42］、土地利用景观生态安全评价［43］、土地利用景观分区［44］、土地利用景观及生态系统服务价值［45］等方面，主要围绕森林、河流［46］等区域展开，RS（Remote Sensing）和GIS（Geographic Information System）也逐渐应用到研究中。然而，随着工业化和城市化的快速发展，土地资源的可持续发展正面临越来越大的人类压力和气候变化的负面影响，土地资源利用效率低下导致了土地资源日益稀缺等问题［47］。因此，为了对土地资源进行更科学的调整，人们开发了预测模型对土地利用进行模拟预测。目前的预测主要基于多目标回归方法，包括数量预测模型和空间预测模型，数量预测模型主要包括马尔可夫模型、系统动力模型和Logistic回归模型［48］；空间预测模型主要包括人工神经网络模型、CLUE-S（Conversion of Land Use and its Effects at Small region extent）模型、FLUS（Future Land Use Simulation）模型和PLUS（Patch-generating Land Use Simulation）模型［49］。随着技术的发展，学者们基于多种模型耦合对土地资源进行研究，还开发了土地利用变化的可计算一般均衡模型，该模型可对社会经济系统与土地资源之间的相互作用进行量化，在考虑土地资源和社会经济可持续发展的系统特征方面更加全面和完整［50］。如Yu等［51］结合了土地利用变化的可计算一般均衡模型和土地系统动力学模型对山西省的土地利用进行了分情景模拟。

除了土地资源外，水资源和能源同样是目前人类赖以生存和发展的重要资源。水资源对人类生存至关重要，是社会经济可持续发展的重要基础，在资源安全、能源供应、粮食生产和环境维护方面发挥着不可替代的作用［52］。但随着时间的推移，全球水资源时空分布不均、气候变化以及高强度的人类活动导致水资源特征波动明显［53］。从这个意义上说，水资源的可持续利用已成为促进区域经济、社会和生态环境协调发展的关键环节。水资源可持续利用的研究方法主要包括模糊综合评估、系统动力学、遥感和地理信息系统和生态足迹等［54］。从研究内容来看，水资源的研究集中于水资源效率时空演变［55］、水资源质量的评估和演变［56］、水资源承载力的时空演变及驱动因素研究［57］、水资源与社会经济活动的关系演变［58］等方面。水资源承载力的评估可以为区域水资源规划和水资源管理提供实用指导，水资源承载力的主要研究方法有综合评估和系统动力两种，其他广泛使用的方法包括人工神经网络、层次分析、评估模型和优化模型等［59］。从研究尺度来看，主要集中于国家［60］、流域［61］、城市群［62］和省市［63］等。能源为经济的高速发展提供了重要动力，但能源消耗总量的不断增加与粗放型能源消耗带来的负面效应制约了经济的高质量发展。因此，对能源研究的主要目标是推动能源转型、应对气候风险，最终实现资源环境保护。对能源的研究主要集中于能源发展历程演变［64］、能源消费碳排放演变［65］、能源利用效率［66］以及不同行业能源消耗［67］等方面。随着研究的进一步深入，学者们对多种能源进行了综合研究，如Feng等［68］发现不同土地利用类型的水—能—碳关系有助于解释资源容量与土地利用活动环境影响之间的相互作用。

除了土地资源、水资源和能源外，生态环境同样被认为是核心资源环境。生态系统服务是生态系统和人类活动之间的重要桥梁，是人类赖以生存的自然环境条件和效用，是由生态系统维持形成的［69］。生态系统服务价值是生态系统服务给人类带来的社会产品和服务的经济度量，是评估生态系统对可持续福祉贡献的过程，可以反映生态系统的结构和服务功能，进而体现生态环境［70］。国外对生态系统服务的研究要早于国内，1935年，Tansley首次提出了“生态系统”概念［71］，为生态系统服务研究奠定了基础。1997年，Daily等［72］将生态系统服务定义为生态系统及其发展过程所形成的维持人类赖以生存的生态条件与效用。国内关于生态系统服务的研究相对较晚，1998年，刘晓荻第一次采用了生态系统服务的概念［73］。随着研究的深入，生态系统服务价值的量化受到广泛关注，如Costanza等［74］将全球生物圈进行划分估算制定了全球生态系统服务价值当量因子表。国内对生态系统服务评估开始于1999年，此后，国内学者又进一步对林地［75］、草地［76］等生态系统进行了初步探索和分析。2003年，谢高地等在Costanza等研究的基础上，制定的中国生态系统当量因子表，得到了国内学者的广泛应用［77］。目前，对生态系统服务价值的评估方法呈现多样化，主要应用的方法有价值量评估［78］、物质量评估［79］以及其他开发模型［80］等。物质量评估法在大尺度以及生态质量健康评价方面得到广泛应用。价值量评估法是将生态系统提供的服务或产品转化为货币价值，具有较强的可操作性和适用性。随着对生态系统服务价值研究的深入，学者们开发了InVEST（Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs）模型、SolVES（Social Values for Ecosystem Services）模型［81］等，上述模型的开发与应用均为生态系统服务价值的进一步研究奠定了基础。土地利用变化是引起生态系统服务价值变化的主要原因，二者之间相互影响。随着城市化的不断发展，土地利用变化显著改变了地表植被和景观格局，从而引起生态系统的结构及功能发生改变，生态系统服务价值也发生了改变。相应地，生态系统服务价值的变化也影响着土地利用的方式及效率，进一步引起土地利用格局的改变［82］，评估土地利用变化和生态系统服务价值逐渐成为近年的研究焦点。从研究内容来看，主要聚焦于以土地利用变化为表征的人类活动以及自然演变对生态系统服务价值的影响。随着研究的深入，学者们对土地利用变化驱动下生态系统服务价值的时空分布格局与未来演变趋势等方面进行了探索，并取得了丰富的成果。从时空格局来看，国外学者以海岸线［83］和红树林［84］等典型生态脆弱区域为主，国内学者以流域、山地、草地等［85-86］中小区域为主。近年来，学者在分析时空演化的基础上，尝试研究未来土地利用变化对生态系统服务价值产生的影响，如Beroho等利用CA-Markov模拟了摩洛哥地中海流域未来土地利用变化的情况，了解流域森林、湿地和农田等生态系统的未来变化特征，为抑制土壤流失、流域水位下降以及森林滥砍滥伐等问题做出规划管理［87］。总的来看，土地利用与生态系统服务价值息息相关，是资源环境演变的重要研究内容。

综上所述，可以发现土地资源、水资源、能源和生态系统服务价值均受到了学者的关注。其中，土地资源与生态系统服务价值相互影响，对资源环境演变产生了重要作用。随着当前全球生态环境问题日趋严重，寻找协调社会经济与资源环境保护之间和谐发展的路径与方法成为亟需解决的问题。因此，学者们对不同区域及尺度下的土地资源、土地利用与生态系统服务价值的关系展开了大量研究，并取得了丰富的研究成果。但未来仍需继续高度关注土地利用与生态系统服务价值的演变，明确资源环境的演变特征，为区域未来土地利用规划、及时调整不合理的土地利用结构、区域生态经济可持续发展、生态文明建设提供理论支持与科学指导。