第三節　國內外研究進展

一、資源環境演變

人們普遍認為，資源環境是可持續發展的根本要素，資源環境是自然和社會環境，即自然與人類社會的結合，土地資源、水資源、能源和生態環境在現有研究中被視為核心資源環境［18］。土地既是人類的棲息地，也是人們賴以生存的食物、水等重要資源的物質基礎，土地不僅是重要的自然資源，也是了解區域經濟發展潛力的重要工具［19］。作為地區社會經濟發展的空間載體，土地在城市化和工業化進程中發揮著至關重要的作用，在經濟增長和社會發展的背景下，土地空間結構在近幾十年發生了巨大變化，對生態環境產生了一系列影響，引起了人們的廣泛關注［20］。學者對土地資源的研究主要集中于土地資源時空演化特征［21］、土地利用效率［22］、不同土地類型演化特征［23］、土地利用碳源/碳匯［24］、土地利用與經濟發展關系［25］、土地利用與生態系統服務價值［26］、土地資源承載力［27］以及土地利用景觀［28］等方面。其中，土地資源承載力是優化配置土地資源和指引土地開發整治的重要依據，因此有學者利用土地資源承載力對土地資源展開了進一步研究［29］。從研究內容來看，包括土地資源承載力的指標體系構建［30］、影響因素研究［31］及優化提升策略［32］等方面。研究內容從簡單化、單因素逐步轉向與人口、資源與環境相結合的綜合性研究。從研究方法來看，主要采用因子分析法［33］、改進生態足跡模型［34］及DPSIR（Driving-Pressure-State-Impact-Response）模型［35］等定量方法，同時“3S”技術也開始應用到土地資源承載力時空分異格局的研究中［36］。在研究尺度上主要涉及大中尺度城市群［37］、省域［38］及單個城市［39］。其中，土地利用和景觀模式反映了景觀的異質性，也是各種生態過程的結果，土地利用和景觀模式與自然環境有重要關系，因此受到了學者們的關注［40］。對土地利用和景觀格局的綜合研究，可以更深入地了解土地利用景觀格局對碳排放、生物多樣性、區域環境等全球性問題的綜合影響［41］。目前對土地利用景觀的研究主要包括土地利用景觀格局時空演化［42］、土地利用景觀生態安全評價［43］、土地利用景觀分區［44］、土地利用景觀及生態系統服務價值［45］等方面，主要圍繞森林、河流［46］等區域展開，RS（Remote Sensing）和GIS（Geographic Information System）也逐漸應用到研究中。然而，隨著工業化和城市化的快速發展，土地資源的可持續發展正面臨越來越大的人類壓力和氣候變化的負面影響，土地資源利用效率低下導致了土地資源日益稀缺等問題［47］。因此，為了對土地資源進行更科學的調整，人們開發了預測模型對土地利用進行模擬預測。目前的預測主要基于多目標回歸方法，包括數量預測模型和空間預測模型，數量預測模型主要包括馬爾可夫模型、系統動力模型和Logistic回歸模型［48］；空間預測模型主要包括人工神經網絡模型、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］。隨著技術的發展，學者們基于多種模型耦合對土地資源進行研究，還開發了土地利用變化的可計算一般均衡模型，該模型可對社會經濟系統與土地資源之間的相互作用進行量化，在考慮土地資源和社會經濟可持續發展的系統特征方面更加全面和完整［50］。如Yu等［51］結合了土地利用變化的可計算一般均衡模型和土地系統動力學模型對山西省的土地利用進行了分情景模擬。

除了土地資源外，水資源和能源同樣是目前人類賴以生存和發展的重要資源。水資源對人類生存至關重要，是社會經濟可持續發展的重要基礎，在資源安全、能源供應、糧食生產和環境維護方面發揮著不可替代的作用［52］。但隨著時間的推移，全球水資源時空分布不均、氣候變化以及高強度的人類活動導致水資源特征波動明顯［53］。從這個意義上說，水資源的可持續利用已成為促進區域經濟、社會和生態環境協調發展的關鍵環節。水資源可持續利用的研究方法主要包括模糊綜合評估、系統動力學、遙感和地理信息系統和生態足跡等［54］。從研究內容來看，水資源的研究集中于水資源效率時空演變［55］、水資源質量的評估和演變［56］、水資源承載力的時空演變及驅動因素研究［57］、水資源與社會經濟活動的關系演變［58］等方面。水資源承載力的評估可以為區域水資源規劃和水資源管理提供實用指導，水資源承載力的主要研究方法有綜合評估和系統動力兩種，其他廣泛使用的方法包括人工神經網絡、層次分析、評估模型和優化模型等［59］。從研究尺度來看，主要集中于國家［60］、流域［61］、城市群［62］和省市［63］等。能源為經濟的高速發展提供了重要動力，但能源消耗總量的不斷增加與粗放型能源消耗帶來的負面效應制約了經濟的高質量發展。因此，對能源研究的主要目標是推動能源轉型、應對氣候風險，最終實現資源環境保護。對能源的研究主要集中于能源發展歷程演變［64］、能源消費碳排放演變［65］、能源利用效率［66］以及不同行業能源消耗［67］等方面。隨著研究的進一步深入，學者們對多種能源進行了綜合研究，如Feng等［68］發現不同土地利用類型的水—能—碳關系有助于解釋資源容量與土地利用活動環境影響之間的相互作用。

除了土地資源、水資源和能源外，生態環境同樣被認為是核心資源環境。生態系統服務是生態系統和人類活動之間的重要橋梁，是人類賴以生存的自然環境條件和效用，是由生態系統維持形成的［69］。生態系統服務價值是生態系統服務給人類帶來的社會產品和服務的經濟度量，是評估生態系統對可持續福祉貢獻的過程，可以反映生態系統的結構和服務功能，進而體現生態環境［70］。國外對生態系統服務的研究要早于國內，1935年，Tansley首次提出了“生態系統”概念［71］，為生態系統服務研究奠定了基礎。1997年，Daily等［72］將生態系統服務定義為生態系統及其發展過程所形成的維持人類賴以生存的生態條件與效用。國內關于生態系統服務的研究相對較晚，1998年，劉曉荻第一次采用了生態系統服務的概念［73］。隨著研究的深入，生態系統服務價值的量化受到廣泛關注，如Costanza等［74］將全球生物圈進行劃分估算制定了全球生態系統服務價值當量因子表。國內對生態系統服務評估開始于1999年，此后，國內學者又進一步對林地［75］、草地［76］等生態系統進行了初步探索和分析。2003年，謝高地等在Costanza等研究的基礎上，制定的中國生態系統當量因子表，得到了國內學者的廣泛應用［77］。目前，對生態系統服務價值的評估方法呈現多樣化，主要應用的方法有價值量評估［78］、物質量評估［79］以及其他開發模型［80］等。物質量評估法在大尺度以及生態質量健康評價方面得到廣泛應用。價值量評估法是將生態系統提供的服務或產品轉化為貨幣價值，具有較強的可操作性和適用性。隨著對生態系統服務價值研究的深入，學者們開發了InVEST（Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs）模型、SolVES（Social Values for Ecosystem Services）模型［81］等，上述模型的開發與應用均為生態系統服務價值的進一步研究奠定了基礎。土地利用變化是引起生態系統服務價值變化的主要原因，二者之間相互影響。隨著城市化的不斷發展，土地利用變化顯著改變了地表植被和景觀格局，從而引起生態系統的結構及功能發生改變，生態系統服務價值也發生了改變。相應地，生態系統服務價值的變化也影響著土地利用的方式及效率，進一步引起土地利用格局的改變［82］，評估土地利用變化和生態系統服務價值逐漸成為近年的研究焦點。從研究內容來看，主要聚焦于以土地利用變化為表征的人類活動以及自然演變對生態系統服務價值的影響。隨著研究的深入，學者們對土地利用變化驅動下生態系統服務價值的時空分布格局與未來演變趨勢等方面進行了探索，并取得了豐富的成果。從時空格局來看，國外學者以海岸線［83］和紅樹林［84］等典型生態脆弱區域為主，國內學者以流域、山地、草地等［85-86］中小區域為主。近年來，學者在分析時空演化的基礎上，嘗試研究未來土地利用變化對生態系統服務價值產生的影響，如Beroho等利用CA-Markov模擬了摩洛哥地中海流域未來土地利用變化的情況，了解流域森林、濕地和農田等生態系統的未來變化特征，為抑制土壤流失、流域水位下降以及森林濫砍濫伐等問題做出規劃管理［87］。總的來看，土地利用與生態系統服務價值息息相關，是資源環境演變的重要研究內容。

綜上所述，可以發現土地資源、水資源、能源和生態系統服務價值均受到了學者的關注。其中，土地資源與生態系統服務價值相互影響，對資源環境演變產生了重要作用。隨著當前全球生態環境問題日趨嚴重，尋找協調社會經濟與資源環境保護之間和諧發展的路徑與方法成為亟需解決的問題。因此，學者們對不同區域及尺度下的土地資源、土地利用與生態系統服務價值的關系展開了大量研究，并取得了豐富的研究成果。但未來仍需繼續高度關注土地利用與生態系統服務價值的演變，明確資源環境的演變特征，為區域未來土地利用規劃、及時調整不合理的土地利用結構、區域生態經濟可持續發展、生態文明建設提供理論支持與科學指導。