【文献分享：土地与可持续发展（三）】全球土地利用变化为预估的四倍

量化土地利用的动态变化对于应对粮食安全、气候变化和生物多样性丧失等全球社会挑战至关重要。该研究通过结合多个开放数据（遥感、重建和统计）来分析全球土地利用变化的动态，创建土地动力学评估模型（HILDA+）。该研究表明，在短短六十年（1960-2019年）内，土地利用变化影响了全球近三分之一（32%）的土地面积，范围大约是之前根据长期土地变化评估估计的四倍。同时该研究还确定了地理上不同的土地利用变化过程，包括北半球的植树造林和农田撂荒，以及南半球的森林砍伐和农业扩张。在1960-2005年土地利用加速变化与2006-2019年的土地利用减速变化与全球贸易对于农业生产的影响密切相关。

在过去的一千年里，大约四分之三的地球陆地表面被人类显著改变。土地利用变化强烈影响了碳源和碳汇，导致生物栖息地丧失。合理调整土地利用变化可以成功应对气候变化、生物多样性丧失和粮食安全等全球可持续性挑战。发挥土地利用活动的潜力，对于实现《巴黎协定》规定的气候目标至关重要，使土地利用成为许多国际政策讨论的核心内容。因此，量化和理解全球土地利用变化及其时空动态对于支持这些讨论至关重要。但当前由于缺乏全面的数据和现有土地利用/覆被（LUCC），对全球土地利用/覆被（LUCC）如何随时间和空间变化的理解也受到限制。

在大数据背景下，土地利用与覆被数据仍然受到内容碎片化、尺度变化、缺乏空间或时间细节以及时间序列不一致等因素的限制。关于土地利用变化的现有数据都没有充分考虑总体变化。在量化土地利用变化对气候和环境的影响时，确定土地利用动态的总体变化具有重要意义。

为了分析和更好地了解全球土地利用变化的时空动态，该研究将多个高分辨率遥感数据与长期统计数据流（粮农组织土地利用和人口）结合起来，在1公里的空间分辨率下评估了1960-2019年土地利用变化的年变化。基于开放数据集，该研究开发了HILDA+（历史土地动力学评估+）模型，将空间明确的土地利用变化信息与国家尺度的土地利用清单相协调，并将变化分配到全球陆地表面。该方法充分整合了基于数据的6类土地利用变化类型之间的年度总变化：城市、农田、牧场/牧场、森林、天然草地/灌丛、稀疏/无植被，使得土地利用变化的空间范围细节得以量化，并提供随时间推移的年度动态跟踪。该研究提出了主要土地利用变化类别的收益和损失，确定了不同的土地利用变化模式，并在全球范围内进行了比较。

在研究方法上，该研究重建6个LUCC类别(城市、农田、草场、牧场、森林、天然草地/灌木地,稀疏/无植被)，基于多个观测数据的来源，统一计算单元为在研究区内每个国家的规模的变化范围和平均分数区域均为1×1公里网格单元。研究计算了不同类别之间每个土地转换的国家和年份特定的变化面积。将2015年作为研究的基点，分别向前和向后进行推算。每次推算迭代过程中的均产生新的全局LUCC图，作为下一个时间步骤的基础。

研究预测从1960年到2019年，17%的地球陆地表面在六种陆地类别之间至少发生了一次变化（见图1）。当将所有单个变化事件（包括多重变化区域）相加时，总土地变化范围为4300万平方公里，几乎是全球陆地表面的三分之一。这意味着，自1960年以来，平均每年发生变化的陆地面积约为德国面积的两倍（72万平方公里）。

土地利用变化的全球趋势掩盖了许多区域不同的轨迹。北半球的森林面积增加了，而南半球发展中国家的森林面积却急剧减少。与森林面积变化相比，全球耕地面积与之相反，北半球耕地面积减少，南半球耕地面积增加。由于中国和巴西的牧场扩张占全球土地面积的很大一部分（如图2），南北之间的差异在牧场/牧场变化方面不太明显。

图2 全球森林、农田和牧场/牧场的变化

通过将土地利用变化分为单一变化（如森林砍伐）或多重变化事件（如作物-牧草轮作）的区域，可以直观清晰的看到全球的变化（如图1）。在所有土地过渡中，38%是单一变化事件，南半球发展中国家最为明显。大约一半的单一变化事件（48%）包括农业扩张，在中国的牧场扩张或亚马逊的热带森林砍伐中可以看到。多重变化事件占所有土地变迁的62%，与单一变化相比，多重变化在北半球发达国家和快速增长的经济体中占主导地位。

农业集约化和农业部门的重大转型在过去几十年中已有发生。在所有多重变化事件中，86%是农业土地利用变化。其中一些变化直接或间接地与土地管理和农业集约化有关。在美国、澳大利亚和欧洲，农田到牧场的转变可以表明作物轮作或作物-牲畜混合系统的地区。大多数复合变化（75%）发生在有管理的土地和无管理的土地之间，例如由于在苏联解体后的东欧更合适的土地上进行农业集约化而导致的耕地撂荒，澳大利亚或地中海的轮牧制度或地中海的牧场-灌木侵占，以及西欧农林业系统中农业用地和森林之间的过渡。

全球土地利用变化的时间动态及其与全球化市场的关系。随着时间的推移，全球土地利用变化的速度并不是恒定的。在时间动态分析中，研究确定了两个不同的阶段：(1)1960年至2004年的加速阶段，其变化率增加；(2)2005年至2019年的变化率下降（如图3）。土地利用变化率从恒定到上升的转变已经在全球粮食制度转变的背景下进行了讨论，并且恰逢全球粮食生产从农业技术集约化（由20世纪60年代的绿色革命推动）转变为为全球化市场和不断增长的贸易生产的时期，特别是在20世纪90年代。研究发现，这种加速阶段在南半球地区更为明显，如在南美洲、非洲和东南亚所观察到的（见图3），这些地区商品作物的生产和出口都有所增加，自2000年代以来最为显著。研究表明，远程连接市场日益增长的影响是土地利用变化的主要驱动因素，特别是全球南方商品作物的森林砍伐。土地利用变化从北半球转移到南方的现象很明显，南半球越来越多的农田用于出口和在其领土以外消费。

将HILDA +的年变化率与以前的土地利用重建结果进行比较（如图4），可以发现受全球土地利用变化影响的面积几乎是以前认为的4倍（3.7倍）。HILDA +与其他土地利用/覆盖数据集的土地利用变化率对比如图5所示。相应的年变化率和考虑的时期列于表1。具体来说，HILDA +的平均土地利用变化率是LUH214的2.4倍，是HYDE3.2的4.4倍，是SAGE农田的1.3倍。 

为了评估HILDA +全球土地利用变化地图的不确定性，研究分析了每年使用的输入数据集和每个指示的土地利用变化类别的面积分数的一致性。每个土地利用变化类别的数据集一致性不同。森林和植被稀疏/无植被地区的一致性最高。另一方面，耕地和牧场的农业土地利用变化类别数据偏差较大。在异质性景观中，包括管理和未管理土地的混合，例如撒哈拉以南非洲的稀树大草原、澳大利亚的牧场或中亚的草原，以及西伯利亚东部的稀疏针叶林和加拿大北方森林与苔原之间的过渡，土地覆盖范围较为模糊，因此，数据集信息存在一定的偏离。

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责编：袁大晴

文字：李泓伯

排版：朱   易

校对：向云娜