城市内部土地覆盖结构对城市生态服务功能和人居环境质量产生重要影响。中国与美国不同发展阶段城市不透水地表和绿地时空分布格局存在显著差异。本文基于Landsat TM/MSS影像获取1978、1990、2000、2010 年城市内部土地覆盖和不透水地表分类信息，监测并比较中国和美国六个特大城市扩展时空动态、土地覆盖结构差异及城市不同功能区特征。研究表明，在过去30 多年以来，中国城市以相对紧凑形态发展，美国城市较为离散；美国三大城市植被所占的比例是中国的2.21 倍；中国城市内部结构土地利用功能类型更加复杂，不透水地表密度更高，而美国城市CBD和居住区功能相对独立，特别居住区以镶嵌式低不透水地表和高绿地比例结构为主。

土地利用/土地覆被变化（LUCC）是人类活动与自然环境相互作用最直接的表现形式，本文采用相同空间分辨率的卫星遥感信息源和相同的技术方法，对中国1980 年代末到2010 年土地利用变化数据进行定期更新。在此基础上，提出并发展土地利用动态区划的方法，研究土地利用变化的空间格局与时空特征。我们发现：1990-2010 年的20 年间，中国土地利用变化表现出明显的时空差异。“南减北增，总量基本持衡，新增耕地的重心逐步由东北向西北移动”是耕地变化的基本特征；“扩展提速，东部为重心，向中西部蔓延”是城乡建设用地变化的基本特征；“林地前减后增，荒漠前增后减，草地持续减少”是非人工土地利用类型变化的主要特征。20 世纪末与21 世纪初两个10 年相比，中国土地利用变化空间格局出现了一些新特征，原有的13 个土地利用变化区划单元演变为15 个单元，且部分区划单元边界发生变化。主要变化格局特征为黄淮海地区、东南部沿海地区、长江中游地区和四川盆地城镇工矿用地呈现明显的加速扩张态势；北方地区耕地开垦重心由东北地区和内蒙古东部转向西北绿洲农业区；东北地区旱作耕地持续转变为水田；内蒙古农牧交错带南部、黄土高原和西南山地退耕还林还草效果初显。近20 年间，尽管气候变化对北方地区的耕地变化有一定的影响，但政策调控和经济驱动仍然是导致我国土地利用变化及其时空差异的主要原因。2000 年后的第一个10 年，土地利用格局变化的人为驱动因素已由单向国土开发为主，转变为开发与保护并重。在空间格局变化的分析方法方面，应用“动态区划法”开展世纪之交两个10 年中国LUCC空间格局变化的分析，有效揭示了20 年来中国LUCC“格局的变化过程”，即动态区划边界的推移、区划单元内部特征的变化与单元的消长等；以及“变化过程的格局”，即土地利用变化过程与特征的分阶段区域差异，清晰刻画了LUCC动态区划中区划单元的消长，单元边界的变动，以及前后10 年的变化强度特征，揭示了土地利用“格局”与“过程”之间的交替转化规律，以及不同类型和区域的变化原因，证明了该分析方法的有效性。

基于1982-2006 年的GIMMS NDVI 数据和2001-2010 年的MODIS NDVI 数据反演中国草地覆盖度的空间格局和变化趋势，结合1982-2010 年中国气象站点气温和降水数据，分别从不同时空尺度和不同草地类型上分析中国草地覆盖度的年际和月际变化对气候变化的响应。结果表明：（1） 1982-2010 年间中国草地分布区气温呈上升趋势（0.04 ℃/年），降水量呈减少趋势（-0.39 mm/年），西北干旱区气候暖湿化趋势明显。（2） 中国草地覆盖度空间上呈现东南高西北低的特征，29 年间草地覆盖度平均值为34%，坡面草地覆盖度最高为61.4%，荒漠草地覆盖度最低为17.1%。（3） 29 年间中国草地覆盖度总体呈现上升趋势，平均为0.17%/年，西北干旱和青藏高原地区草地覆盖度增加趋势明显。坡面草地覆盖度增加趋势最明显，平均值为0.27%/年，平原草地和草甸增加趋势较小，平均值仅为0.11%/年和0.10%/年。总体上，中国草地覆盖度呈极显著增加（46.03%） 和显著增加的面积比例（11%）大于极显著减少（4.1%）和显著减少的面积比例（3.24%）。（4） 从年际变化上，草地覆盖度与气温和降水量均呈不显著正相关（R = 0.21；R = 0.1）；从不同草地类型上，荒漠草地和平原草地覆盖度受降水量影响较大，而高山亚高山草甸、高山亚高山草地、坡面草地和草甸覆盖度与温度相关性较大。（5） 从月际变化上，草地覆盖度与当月气温、降水量具有显著的相关性（R = 0.80；R = 0.76），表明水热因子的季节波动对牧草生长的影响更大；并且所有类型植被覆盖度与前一月气温和降水量的相关系数最大，表现出明显的时滞效应。

针对黄河中游多沙粗沙区植被变化及其影响因素研究薄弱环节，利用MSS、TM和环境星CCD等多源遥感数据，运用相邻图幅递进回归分析消除时相差异后反演植被盖度，人机交互式解译土地利用，研究黄河中游多沙粗沙区（渭河段） 1978-2010 年间3 个时期土地利用对植被盖度的影响。结果表明：（1） 研究区内植被盖度已显著恢复，植被变化有较强的波动性和异质性；（2） 土地利用已发生明显变化，土地利用变化有较强的时空分异特征；（3） 土地利用转型和渐变均有利于促进植被盖度恢复，但土地利用转型对植被恢复的贡献更突出；（4） 土地利用对植被盖度的影响有一定的复杂性和差异性，区域植被持续恢复迫切需要有针对性的土地利用转型与生态系统优化策略。

运用土地利用变化重要性指数（C_i）、土地利用变化面积比重（D）和林草植被变化指数（I）等3 个指标，基于干湿条件、地貌类型与坡度坡向，由宏观到微观，分析黄河河口镇—潼关区间1998-2010 年土地利用变化的主要类型、变化的剧烈程度以及林草植被变化程度，以期为评价退耕还林（还草） 政策在黄河河口镇—潼关区间的实施效果提供参考。结果表明：① 1998-2010 年，土地利用变化面积占总面积的19.19%，高覆盖度草地、有林地、其它林地面积明显增加，低覆盖度草地、农用地面积明显减少，土地利用变化十分显著；② 空间上，土地利用变化主要发生在35°~38°N的区域，包括黄河以西的泾河支流马莲河流域、北洛河流域、延河流域、清涧河流域、无定河上中游区，以及黄河以东的沿黄区域；③ 土地利用变化过程中，低覆盖度草地转化为中覆盖度草地、中覆盖度草地转化为高覆盖度草地、农用地转化为其它林地、灌木林地转化为有林地是土地变化的主要类型；④ 土地利用变化呈现明显的干湿、地貌和坡度差异，但无明显的坡向差异。

土地利用变化是反映人类活动程度的重要因子，分析土地利用时空变化规律，是揭示人类活动程度的有效方式。在遥感和地理信息系统技术的支持下，采用人机交互图像处理方法获取北洛河流域1976 年、1998 年和2010 年土地利用数据；从土地利用变化速度、转移方向和土地利用程度方面，全面分析1976 年以来北洛河流域人类活动作用下的土地利用时空变化规律。结果表明：① 1976-1998 年和1998-2010 年间北洛河流域综合土地利用动态度从0.61 增加到6.66；耕地和草地面积减少，减小速度分别从2.00%和2.69%增加到26.20%和23.33%，林地和城乡工矿居民用地面积增加，前者增加速度从5.93%增加到59.68%，后者增加速度从6.59%减小到3.52%。② 两个时段土地利用类型转移方向都呈现出耕地和草地主要转化为林地，少部分耕地转化为城乡工矿居民用地的特点；③ 流域各县土地利用程度综合变化指数从-2~1 之间，扩大为-27~4 之间。证明流域内人类活动对自然环境的影响逐渐增大；主要表现为耕地、草地、林地和城乡工矿居民用地的相互转化；影响区域主要分布在流域上游吴旗县、富县、甘泉、黄陵县和洛川县；而人类活动作用导致的林地面积增大程度远远大于耕地和草地面积减小和城乡工矿居民用地面积增加程度。

根据中国资源环境数据库中的耕地数据以及20世纪80年代末期、1995年和2000年3期覆盖全国时间跨度约为10年的遥感数据，对中国耕地时空变化进行分析。总趋势表明，近10年来我国耕地资源总量有所增加；东部及沿海地区优质耕地迅速减少；东北地区和内蒙古自治区耕地大量开垦；水田旱地转换明显。利用GIS方法将耕地变化数据与中国生态环境质量数据进行叠加，表明近10年来耕地的生态环境质量下降了。近10年耕地动态变化的空间分布表现出13种动态格局。对80年代末至1995年 (前5年) 和1995年至2000年 (后5年) 这2个时间段内的耕地变化进行对比分析，表明了前5年与后5年耕地变化的动态格局有空间上的相似性，但前后变化幅度相差较明显。近10年来气温的升高与中国水田北移有较好的一致性，而降水的减少对西北地区耕地的撂荒和开垦有明显作用。中国经济的发展所导致的城市化过程使得大量耕地被占用。近10年来相关的耕地政策对控制耕地面积的减少有作用，但耕地的总体质量却下降了，这直接影响了粮食产量。

以河北省曲周县为集约化农区的分析样区，通过对1980年、1999年土地利用类型变化和2期不同用地类型的土壤养分变化进行分析。结果表明：曲周县1980~1999年之间的土地利用类型以水浇地、旱地、菜地、园地、林地等农业用地类型为主，1980年农业用地类型占土地总面积的77.47%，1999年的农业利用类型占土地总面积的77.43%；但是土地利用类型也存在着转化，转化的顺序为荒草地向旱地、水浇地、菜地方向转化，旱地向水浇地、菜地方向转化；1980年土壤养分含量在不同用地类型间的变化顺序为水浇地>旱地>荒草地，差异幅度在2%～18%之间，1999年土壤养分含量在不同用地类型间的变化顺序为菜地>水浇地>旱地，差异幅度在18%～690%之间；2期对比分析表明，土壤养分含量除速效钾外不仅在相同用地类型之间增加幅度大，而且在转化后地用地类型之间也存在明显差异；土壤有机质、全氮、速效磷含量在不同土地利用类型中的变化顺序为菜地>水浇地>旱地>荒草地，速效钾含量变化的顺序为旱地>荒草地>菜地>水浇地。

根据分形理论研究杭州1949~1996年间城市形态和土地利用结构的演化特征，发现杭州城市具有明确的自相似规律。研究表明，杭州城市形态和土地利用结构的分形性态逐渐变好，这与国外学者“演化的城市分形”观相互印证。各类土地形态的维数都小于整个城市形态的维数，从而证实了国内学者“城市化地区的分维大于各职能类土地空间分布维数”的理论推断。从时空变化来看，杭州城市形态的分维呈上升趋势，1996年接近Batty等提出的理论预期维数D = 1.71；居住用地、工业用地和对外交通用地的分维近20年来趋于增大，而教育用地和绿化用地的分维则有所减小。杭州市的分形演化和分维变化总体上揭示了城市自组织演化的特征，但工业用地维数的大幅度上升和绿化用地维数的下降显然暗示该城市在进化过程中的局部退化倾向。

以野外调查资料和1983~1999年森林资源分布图为主要信息源，用ARC/INFO作为空间信息处理工具，采用斑块数、平均斑块面积、破碎化指数、斑块伸长指数、分数维、稳定度等指标分析了近20年来伊洛河流域中部典型地区的森林景观格局动态。结果表明，(1) 研究区内森林总面积在增加，斑块数量迅速增大，由556块增至1 494块。其中以刺槐林、经济林和杨树林斑块数量增加最多。景观破碎化程度明显加大。(2) 森林景观要素中灌木林、刺槐林、经济林、杨树林、栎林等斑块的面积有所增加，而非林地、荒草地、疏林、油松林等斑块的面积有所减小；除杨树林外，各森林类型斑块的平均面积都在减小。 (3) 研究区内沟谷植被覆盖面积共减少了220 827.9 hm²；丘陵森林覆被面积由1983年的161 870.4 hm²增加到1999年的312 599.7 hm²，增加了93.1%；斑块数目由79块增加到758块，增加了860%。而丘陵地区斑块平均面积却大大减小；山地森林覆被面积有所减少，由1983年的375 348.6 hm²减小到1999年的338 733.9 hm²，而斑块数却大幅度增加，由1983年的432块增加到1999年的1 127块，增加了695块。(4) 研究区南北山坡森林景观格局变化明显不同，这与南北坡土地类型不同、人类活动方式不同和地形地势的差别有关。

应用景观生态学理论研究土地持续利用问题，从景观生产力、景观受胁度与景观稳定性3方面构建海岸带土地利用可持续性的景观生态评价指标体系，并辅以山东省无棣县土地持续利用的个案分析，将土地持续利用的多重目标与景观格局结合在一起进行土地持续利用时空尺度上的综合评价，是土地持续利用评价研究的有益拓展。评价结果表明，无棣县土地利用可持续性景观生态评价值整体较低，区域差异大。通过聚类分析，将无棣县11个乡镇划分为土地利用的强可持续区、可持续区、弱可持续区、弱不可持续区与强不可持续区等5个梯度区，并分析了自然资源禀赋、乡村现代化、人口规模与人口素质等区域差异成因。

应用生态系统机理性模型估算1981～1998年中国陆地生态系统净初级生产力 (NPP) 的时空变化，并分析了NPP对年际间气候变化的响应。结果表明，中国陆地生态系统1981～1998年NPP总量波动于2.86～3.37 Gt C/yr之间，平均约为3.09 Gt C /yr ，单位NPP平均约为342 g C m²/yr。在研究时段内，NPP有缓慢增长趋势，年增长率约为0.32%，NPP总量平均值从 1980年代 (1981～1989年) 的3.03 Gt C/yr上升到1990年代 (1990～1998年) 的3.14 Gt C/yr。在一些厄尔尼诺 (El Nino) 发生年，NPP有明显的下降，但由于地域差异和季风环流的影响，NPP同ENSO的关系还十分复杂。从全国来看，在厄尔尼诺现象发生的1982年、1986年、1991年和1997年，NPP都有一定程度的减少。但在1993年和1994年两个厄尔尼诺发生年，NPP并没有表现为明显的下降趋势，1994年NPP总量甚至比上一年增加了0.12Gt，这主要是由于温度和降水量在不同地区的分布差异以及不同地区对厄尔尼诺现象的响应差异造成的。

土地利用可持续性的度量指标应该具有时间序列性、空间敏感性、客观性和综合性，能显示趋势性和可预测性，有参照值或阈值，能表达逆转性和可控性，能正确地进行数据转化，能方便地采集和使用数据。迄今所见的指标体系，在方法上皆可归纳为枚举法和综合法。枚举法的困难是：指标体系很难穷尽所有的影响因素，又不能准确判断每一因素的影响程度，也难以有完备的数据序列。综合法避免了枚举法的困难，但目前还没有完整的时间序列，因而只能评价现状而不是过程。本文提出一种针对变化过程进行评价的指标体系，采用系统综合指标，即生产力、稳定性、恢复力、公平性、自立性、协调性，来定量地评价土地利用的可持续性，并应用于山东省莱西市案例研究。

在构筑1:50万贵州岩溶地区岩石组合类型分布图的基础上，以GIS为分析手段，对贵州省石漠化分布图和地层岩性图进行了空间分析，探讨了各类岩性与不同级别石漠化之间的相关关系。石漠化与岩性具有明显的相关性，强度石漠化主要分布在纯质碳酸盐岩地区，尤其是纯质灰岩地区；中度石漠化在白云岩组合中的比例较灰岩组合中高；轻度石漠化在碳酸盐岩与碎屑岩夹层和互层中分布较广；石漠化与纯碳酸盐岩相关关系最明显。