土地利用／土地覆被变化（LUCC）
2013-11-17 17:06阅读：
第一节 土地利用/土地覆被变化概述
一、概念
人类活动对地球陆地表层系统作用的步伐、程度与广度是空前的，陆地表层系统最重要的变化之一就是土地利用/土地覆被的变化。土地利用／土地覆被变化的研究是地球表层科学研究领域中的一个重要内容，是全球变化研究的前沿和热点。
土地利用是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；主要表现为土地用途转移和土地利用集约度的变化，侧重于土地的经济属性；
土地覆被是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，包括地表植被、土壤、冰川、湖泊、沼泽、湿地及各种建筑物（如道路等）。主要表现为土地质量与类型的变化和土地属性的转变，侧重于土地的自然属性。
土地利用是土地覆被变化最重要的影响因素，土地覆被的变化反过来又作用于土地利用。人类通过各种活动如土地利用、工业生产等有意无意地导致土地覆被的变化，但土地覆被状况及变化不完全受控于人类，人类活动只是导致土地覆被变化的许多因素之一。
土地利用/土地覆被变化的表现极为复杂，其动因与广泛的人类活动及自然变化相关，其结果将影响全部人类的生存和发展，其研究涉及从自然科学到社会科学的众多学科。
人类的土地利用方式多种多样，包括各种方式的耕作、放牧、伐木、聚落与城市、基础设施、自然保护、旅游休闲、军事等。
土地覆被变化现象也是形形色色的，可归纳为三种：
一是土地覆被的退化，即某种覆被类型虽未改变，但其质量已经降低，例如由于过度放牧引起草地退化，伐木引起森林覆被密度降低；
二是土地覆被的转换，即某种覆被类型完全改变成另一种类型，例如耕地被城市或工业建设占用，林地被全部砍伐并开垦为牧草地或耕地；
三是土地覆被的改良，指某种覆被得到维护、修复、更新，例如土壤改良、耕地梯化、草地改良、森林抚育、灌溉系统的建立与完善。
三种土地覆被变化中，转换和改良比较容易引起人们的重视，也比较容易监测；而退化却较难观测，因而其记
录最不完备 。
二、主要研究内容
国际地圈—生物圈计划（IGBP）和全球环境变化中的人文领域计划（IHDP）于1995年联合提出了“土地利用和土地覆被变化”（Land
use and land cover
change，LUCC）研究计划，使土地利用变化研究成为全球变化研究的前沿和热点课题。
1. LUCC研究的基本问题和重点领域
LUCC计划研究的基本目标是提高对全球土地利用/土地覆被变化的动态过程的认识，及对人类活动和全球变化的人类驱动机制研究。因此IGBP和IHDP提出了LUCC研究计划需要面对的基本问题包括：（1）近300年来土地覆被是如何受人类的影响而发生变化的?（2）在不同的地区与不同的历史时期内土地覆被的变化主要受哪些人为因素的影响?（3）在近50～100年来土地利用的变化是怎样影响到土地覆被及其变化的?
（4）对于某一特定的土地利用类型来说，近期内有哪些人为因素或者自然环境要素的变化影响到土地利用的可持续性?
（5）气候与地球生物化学圈层的变化是怎样影响到土地利用/土地覆被及其变化的?（6）土地利用/土地覆被的变化又是怎样反过来影响着人类的行为的?土地覆被的变化如何导致或者加剧了某些特定区域的脆弱性?
针对土地利用/土地覆被本身变化，LUCC研究计划中提出了三个研究重点：土地利用的动力机制、土地覆被的变化、土地利用/土地覆被变化的区域与全球综合模型。
（1）采用案例比较研究方法的土地利用动态研究。通过区域性个例的比较研究，分析影响土地使用者或管理者改变土地利用和管理方式的自然和社会经济方面的主要驱动因子，建立区域性的土地利用/土地覆被变化经验模型；
（2）采用直接观测和诊断模型的土地覆被动态研究。主要通过遥感图像分析，了解过去20年内土地覆被的空间变化过程，并将其与驱动因子联系起来，建立解释土地覆被时空变化和推断未来10～20年的土地覆被变化的经验型诊断模型；
（3）区域和全球综合模型。建立宏观尺度的，包括与土地利用有关的各经济部门在内的土地利用/土地覆被变化动态模型，根据驱动因子的变化来推断土地覆被变化未来（50～100年）的变化趋势，为制定相应对策和全球环境变化服务。
2. LUCC与全球环境变化及可持续发展
LUCC研究还关注土地利用/土地覆被变化与全球环境变化及可持续发展的关系，研究内容包括：
（1）土地覆被变化对全球环境变化的影响。全球环境变化包括两个层次的变化：系统性的变化和累积性的变化。前者指真正全球意义上的变化，如气候波动和碳循环等；后者指区域性的变化，但其累积效果影响到全球性的环境现象，如植被破坏、生物多样性的损失及土壤侵蚀等。土地覆被变化对系统性全球环境变化的影响研究主要包括：土地退化、生物多样性、流域水平衡、水质和水环境、河流泥沙及海洋生态系统等方面的影响。
（2）全球环境变化对土地覆被变化的影响。主要研究气候变化对土地利用/土地覆被的影响，以及土地利用/土地覆被对可能的环境变化的敏感性。气候变化对土地利用/土地覆被的影响包括通过气温和降水的波动造成的直接影响及通过干旱、洪水、土地退化产生的间接影响。各种土地利用方式对气候波动的敏感性差异很大，如旱作农业就比灌溉农业脆弱得多。这方面研究主要通过各种环境条件假设的模型模拟进行。
（3）土地利用/土地覆被变化与可持续发展。由于陆地和海洋生态系统的土地、水、食物及纤维等资源的丰缺都会受到土地利用/土地覆被变化的直接或间接的影响，因此世界环境和发展大会所提出的许多可持续发展问题均与土地利用/土地覆被变化有关。这方面的研究主要着眼于：
①
协调各经济部门对土地的利用，保护那些对人类未来发展至关重要的土地利用方式和土地覆被类型，如耕地和湿地的保护；
② 探索有利于生态和环境的土地利用方式，如免耕和少耕农业、生态农业及复合农林业； ③
现状土地利用方式的可持续性及其调控，如河北平原地下水位下降的主要原因是耕作制度的变化，这就涉及到土地利用方式本身的可持续性。
三、研究进展
大量的LUCC研究工作主要包括监测（Detection）、解释（Explanation）和效应（Impact）。
1. LUCC的监测
LUCC监测是指LUCC信息的获取，主要包括数据的获取和分类体系的建立。LUCC研究计划中提出了进行多空间尺度的土地利用/土地覆被变化研究，将低空间分辨率和高空间分辨率的卫星遥感信息相结合进行全球尺度和区域尺度的研究，在全球范围进行1～2km分辨率的土地覆被变化制图，对区域的精确研究则采用陆地卫星数据等高空间分辨率资料进行。随着遥感技术的快速发展，全球各个尺度上的土地利用/土地覆被数据库都得到了充实，基于卫星遥感的LUCC信息获取方面的进展表现在以下三个方面：
1全球对地观测体系的建立
2理论与方法取得进展
3成功地开展了一些具体工作
（1）全球对地观测体系的建立。随着一系列大型国际遥感计划的实施，如美国宇航局（NASA）对地观测计划(EOS）、日本/美国的热带降雨量测计划（TRMM）、欧洲空间局（ESA）的极轨平台计划（POEM）等以及相关地球表面观测站点的建立，全天候、多层次的全球对地观测体系已经初步建立，这为当前的LUCC研究提供了坚实的信息获取基础。
（2）理论与方法取得进展。土地覆被不再仅仅被看作是单一的土地和植被类型，而是土地类型及其所具有的一系列自然属性和特征的综合体。利用卫星在生长季节内获得的多时相数据，依据地表覆被的动态过程将图像像元划分为不同的土地覆被单元——季节性土地覆被单元，根据土地覆被单元的类型和一系列属性特征，用户可根据应用需要将季节性单元调整和归并至所需土地利用/土地覆被系统中。
（3）成功地开展了一些具体工作。应用卫星图像进行土地利用/土地覆被变化动态监测目前主要在两种区域尺度范围开展：一是全球和洲际尺度，以应用气象卫星NOAA/AVHRR数据进行监测为主；二是区域（亚洲际或更小区域）尺度，所选用的遥感信息源以高空间分辨率的卫星数据Landsat/MSS和Landsat/TM为主。目前人们可以采用航片、IKONOS、SPOT、TM/MSS、中巴资源卫星、MODIS、NOAA/AVHRR和风云卫星提供的地面分辨率从一米到几千米的数据进行不同尺度和空间范围的LUCC监测。
相对土地利用变化评价而言，土地覆被变化的定量评价进展要缓慢得多。目前最常用的评价方法是根据土地覆被类型变化进行评价，对于同一土地覆被类型质量变化则缺乏有效的探测。
基于MSS和TM多波段影响计算的AVDI指数可以较好的反映地面土地覆被类型的植被覆盖度，但对诸如土地退化程度等其它重要参数则没有理想的反映。因此LUCC项目组强调：如何更好的评价土地覆被变化速度是新时期土地覆被变化研究的优先方向。
土地覆被遥感分类方法目前利用数据统计理论方法结合人工解译被公认为是在多尺度内进行遥感分类的主要方法。
这种方法具有算法成熟、充分利用人机交互和影响的特点，然而其用时长，对参与解译分析人员的依赖性强，很大程度上不具备重复性等局限影响了快速、准确、客观地获取大面积土地覆被信息。
分类体系的研究是LUCC计划制定之初就考虑到了的重点内容。
近年来各个国家、组织、研究团体乃至个人都根据自己面对的研究对象、问题和区域特点提出了各自的土地利用/土地覆被体系。
多案例比较研究需要在规范的单个案例研究基础上进行，其中采用具有可比性的土地利用/土地覆被体系是其基本要求，但不顾区域环境和研究方法的差异勉强追求统一的分类体系也未必是合理的选择。
由于问题的复杂性，LUCC作用机制和过程的分析通常以模型研究为基础，通过模型研究认识和分析人类驱动力—土地利用/土地覆被变化—全球变化—区域响应—环境反馈之间的相互关系，并对未来发展趋势做出相应的预测和情景分析。
长期以来，人们从不同的目的出发，构造了许多有关LUCC的模型，尤以引入人文因子的驱动模型居多。其目的：一是对土地利用／土地覆被的变化过程及其驱动力等进行科学解释；二是预测未来一段时间内土地利用变化趋势；三是为可持续发展提供基础资料和理论依据。
模型主要有：土地利用动态变化模型（土地资源数量变化模型、土地资源生态背景质量变化模型、土地利用程度变化模型、土地利用变化区域差异模型、土地利用空间变化模型、土地需求量预测模型）；回归模型；马尔科夫模型；系统动力学模型；三维紊乱闭合模型等。
LUCC模型尽管在问题分析和决策支持中取得很大发展，由于LUCC问题的复杂性和数据的不完备，离LUCC计划对模型提出的要求还有很大距离。在很长时期内基于不完备的数据研究复杂的LUCC问题依旧是模型研究的基本局面，因此模型研究的重点应该是如何在模型中更好的实现对问题的理解。
3. LUCC的效应
近年来，由于LUCC过程的区域差异很大、生态建设往往通过改变土地利用方式实现、LUCC的区域环境效应评估与国家可持续发展战略决策关系密切而重大等原因，LUCC在区域尺度上的环境效应研究逐渐得到了学术界的重视。事实上，从20世纪90年代末期开始，IGBP开始讨论的第二个发展战略就把全球变化研究与可持续发展问题相联系，如水资源、土地退化、环境污染、贫困以及区域自然环境和社会在全球变化压力下的脆弱性等。
LUCC对环境影响是多方面的，生物多样性安全以及与之紧密相关的食物资源安全、水资源安全和土地资源安全等均与土地利用/土地覆被强度和格局密切相关。
土地利用/土地覆被是影响土地质量、生物地球化学循环、区域气候特征、水资源以及自然灾害发生的重要影响因素。土地利用/土地覆被状况通过对下垫面性质，如地表反射率、粗糙度、植被叶面积指数等的变化，导致温度、湿度、风和降水等发生变化，因此它是引起局地与区域气候变化的重要因素。
随着土地开发利用范围的扩大与强度的增加，会造成对水资源需求量的急剧增加，有研究表明，在一个流域内部的各种土地利用/土地覆被类型比例的变化，是造成河流水质发生变化的主要原因。
第二节 土地利用/土地覆被变化的驱动力研究
一、驱动力影响因素
土地利用变化的驱动力既有内在因素，也有外在因素，既有自然驱动力，也有社会驱动力。气候、土壤、水文等被认为是主要的自然驱动力。社会驱动力因素可分为直接因素和间接因素。一般而言，某一区域的土地利用结构是该区自然因素和社会经济因素共同作用的结果，这些因素对土地利用变化的作用，包括作用方式和作用强度各有不同。
（一）自然因素
自然因素（气候、土壤、水文、地质地貌等）是影响区域土地利用结构的最基本要素，在某种程度上具有一定的主导作用。
1.
气候。气候条件对土地利用有制约作用，主要表现在其对农作物、牧草和林木种类选择及其分布、组合、耕作制度和产量的影响上。
2.
地形、地质地貌。地质、地貌直接影响着土地利用类型的分布，地形通过对气温、降水及山体坡度等的作用而影响土地利用类型和分布。
3.
水文。水文因素对土地利用类型的数量和质量有着深远的影响，在较长的时间尺度或大的空间尺度上，它对土地利用/土地覆被变化显著而深远的影响是不容忽视的。但在较短时段内，它对土地利用/土地覆被变化的影响并不直观明显。
4.
自然灾害。自然灾害会引起人类活动和土地利用条件的异常变化，直接或间接地影响土地的利用方式和利用程度。自然灾害频繁发生不仅影响农牧业生产的发展，而且导致土地利用/覆被发生变化，加重了生态环境恶化。
（二）社会经济因素
社会驱动力因素可分为直接因素和间接因素。
直接因素包括对土地产品的需求、对土地的投入、城市化程度、土地利用的集约化程度、土地权属、土地利用政策及土地资源保护的态度等；
间接因素包括人口变化、技术发展、经济增长、政治与经济政策、富裕程度和价值取向等方面，它们通过直接因素作用于土地利用。
社会、经济、政策、技术等人文因素作用的强度、合理与否对土地利用的时空变化具有决定性影响。
1.
人口。在土地利用的人文驱动力中，人口是一个非常重要的因素，也是最具活力的土地利用变化的驱动力之一。人类通过改变土地利用的类型与结构，增强对土地这个自然综合体的干预程度，来满足人类对生存环境的需求。
人口对土地利用的影响，主要体现在人口对土地利用空间分异及时间变化的影响上。人口对土地利用空间分异的影响，其中一个主要方面表现在人口对土地利用程度的影响上。
土地利用变化是人地相互作用的表现，是人类活动作用于自然资源和环境的一种最为显著的表现形式。土地利用程度综合指数越高，则表示该地区人类活动越频繁，人类对环境的影响越大。
随着人口数量的增加，人地关系紧张带来的社会系统压力，必然进一步驱动本区的土地利用发生剧烈变化；另外，人口受教育程度的提高及民族、职业结构和人口密度等的变化也是土地利用变化的重要原因。
2.
政策。政策因素在城市化所引发的土地利用变化中起着不可低估的作用。通过政策、法律和市场手段对土地利用的影响是巨大的，它引导着社会的经济生产活动，进而影响土地利用的方式和强度。在市场经济的调控和影响下，土地利用也有所变化，“开发区热”、“房地产热”等，使得各项建设占用耕地的规模有较大增长，乱占滥用土地现象十分突出。
3.
技术。技术的发展水平和应用程度直接影响着土地利用的深度和广度，可以通过提高土地的生产力，缓解人口增长对农业用地的压力，从而使耕地、林地减少和其他用地增多得以实现，土地利用程度得以提高，从而影响土地利用/土地覆被变化。
4.
经济发展。经济发展速度的高增长是影响土地利用类型变化的主导因素，经济发展水平高的地区，城市的规模不断扩大，用地量就会增加。伴随着经济发展，工矿企业和交通等建设用地不断增加，必然会挤占大量的耕地。
5. 价值与观念
人类的知识、价值观、对自然的态度、行为规范、婚姻与生育观念、生产方式、宗教信仰、生活习惯等，决定或强烈影响着人类如何利用土地。
土地利用／土地覆被变化的驱动力对土地利用的作用是一个十分复杂的过程。一种驱动力可以同时作用于各种土地利用类型，但其对于不同土地类型的作用程度和作用方式存在着一定的区别。
例如，人口增长可能对耕地、林地、工矿用地、交通用地、居住用地和各种配套服务设施用地的变化都有影响，然而其对居住用地的影响要比交通用地的影响更直接一些，因为居住用地扩大主要是人口增长带来的住房需求增加造成的，而交通用地的变化更多的是受经济发展的影响。
二、驱动力研究的方法
1.
定性分析法。定性分析是指通过对研究客体概念、特点及其相关因素的分析对土地利用/土地覆被变化的驱动力进行定性描述。较早期的土地利用/覆被变化及其驱动力的分析多采用这种方法。目前，定性分析法已成为驱动力研究的基础，成为人类逻辑思维直接作用于土地这一研究客体的表达方式。
2.
统计分析法。统计分析法主要是从土地利用/土地覆被变化与所确定的影响因子数值间的统计关系来筛选确定它的主导驱动因子。其优点在于能够使复杂问题简单化，易于抓住复杂系统中矛盾的主要方面。因此，在土地利用/土地覆被变化驱动力研究，特别是大量典型地区的案例研究中得以广泛应用。但不难看出，是否能够准确、全面的选择参与统计分析的指标是该方法能否成功应用的关键。
3.
系统分析法。系统分析法是指在研究土地利用/土地覆被变化的驱动力时应用系统论的理论和方法，把各个驱动因素看成一个完整的系统探讨其整体与部分，结构与功能的关系。其优势在于有效地克服了单因子分析的假定性，与土地这一巨系统的复杂性相适应。
4.
模型化方法。定量化和模型化是整个土地利用/土地覆被变化驱动力研究的趋势。应用该方法进行驱动力研究是指通过对土地利用/土地覆被变化驱动因子与变化过程之间的简化、拟合、验证等，达到去伪存真的目的，实现对驱动因子的筛选、驱动过程的模拟和对未来过程的预测。但目前，土地利用/土地覆被变化本身的复杂性、跨学科研究、数据的定量化和标准化以及建模方法复杂等问题制约了定量模型研究的发展。
三、驱动力研究中存在的问题
1.
数据问题。获取准确有效的数据是进行土地利用/覆被变化的基础。目前，全球性数据的质量和数量从土地覆被、土地利用到人类驱动力的研究都难以满足建立综合LUCC模型的需求。随着遥感等对地观测技术的发展，土地利用和土地覆被数据的质量和数量将会逐步有所改善，但目前人类驱动力数据获取的途径仍是以各国统计部门所提供的数据为主，缺乏可靠的全球性对比数据。数据及其标准化问题仍是其驱动力研究发展亟待解决的重要问题。
2.
尺度转换问题。尺度包括时间和空间，时空尺度决定着土地利用/土地覆被变化驱动力研究的角度及方法，如在短时间尺度的研究中，自然因素可能由于没有发生显著变化而未成为考虑的对象，但在长时间尺度上，自然因素往往需要考虑。到目前为止，各国各地区科学家已在不同尺度上开展了很多研究工作，但不同时空尺度的土地利用/土地覆被变化驱动力只能解释相对应时空尺度上的土地利用/土地覆被变化状况。对土地利用/土地覆被变化动力学的更深层次的认识，往往需要综合不同尺度层次的不同水平的观测和解释结果才能达到。因此，如何实现大小尺度的嵌套、查清其相互关系是下一步研究的重点之一。
3.
跨学科研究问题。土地利用/土地覆被变化驱动力研究涉及自然、社会、经济等领域，不同领域的科学家从不同的角度，用不同的方法进行各自的研究。然而，土地利用/土地覆被变化驱动力综合模型的建立需要方方面面的知识和思路，必须实现自然科学家和社会科学家实质性的合作，但目前成功合作的实例还不多见，制约了土地利用/土地覆被变化驱动力综合研究的发展。
4.
人类驱动因素的定量化问题。土地利用/土地覆被变化受自然和人类活动的双重影响，在一个不太长的时期内，人类活动对其影响远远大于自然因素。但与自然因素相比，人类活动对土地利用/土地覆被变化的影响因素难以定量化，如政策的变化、个人的土地利用行为、市场状况等等，给其综合定量驱动模型的建立设置了障碍。目前，虽然科学家们已开始关注这一问题的研究，但这方面的研究明显滞后，成为制约土地利用/土地覆被变化及其驱动力研究的重要因素。
第三节 土地利用/土地覆被变化的生态环境效应研究
任何土地利用/土地覆被的变化都与一定的环境后果相联系。LUCC的生态环境效应可从大气、土壤、水文、生物多样性等方面论述。
一、对区域气候及大气质量的影响
1. 对区域气候的影响
研究表明，土地利用/土地覆被变化对气候的影响，主要通过两个途径：一是由于下垫面性质的改变，即由于地表反射率、粗糙度、植被叶面积以及植被覆盖比例的变化引起温度、湿度、风速以及降水发生变化，由此引起局地与区域气候变化；二是由于化石燃料燃烧以及土地利用/土地覆被变化等人类活动使得大气中温室气体的含量增多，由此产生的温室效应使得全球气候变暖而且变幅加大。
地表及其覆盖的植被决定着太阳辐射在地表的分配，这种分配形成了不同尺度上气候系统的边界环境。土地表面性质发生变化时引起能量的重新分配，从而影响气候的变化。例如森林向牧场的转变增加了地表反照率，增加了植被盖度，在小范围内，使温度增加，湿度下降，而这些反过来又能影响森林再生的潜力；通过对亚马逊森林的研究表明，区域森林的消失将对气候有严重的影响，因为热带雨林在水分循环中占有很重要的作用。同时，森林的开采将严重地减少当地的降水量，而使温度升高。
土地利用/土地覆被变化改变了地表反射率，从而影响温度和湿度的变化。总的来说，基于人类利用方向的土地利用变化倾向于增加反射率，使得更多的能量返回到大气中，对流层温度增加，大气的稳定性增强并减少对流雨。例如西非沙化的主要原因是人类破坏植被引起土壤侵蚀和地表水的减少。
城市的热岛效应是居民地扩展对局地气候影响的最好例证。城市的规模及其扩展与热岛效应有密切的关系，对全球温度升高有极大的影响。另外在美国洛杉矶山脉地区的研究表明，一个地区土地利用/土地覆被变化还会对毗邻地区的气候产生影响，在美国大平原地区人类活动所引起的土地利用/土地覆被变化，使得洛杉矶山脉夏日温度有逐渐变低的趋势。
土地利用/土地覆被变化对气候的影响还在于土地表面是温室气体和痕量气体如CO2、CH4、N2O等的重要来源。许多研究表明，土地利用/土地覆被变化改变了区域大气性质及过程。由人类活动而影响的大气中微量气体可分为两类：相对活跃的和不活跃的，或者说短命的和长命的。许多对全球气候变化有影响的温室气体是主要的长命气体成分，这些气体都会因土地覆被的变化而变化。
森林消失、土壤碳的氧化、化石燃料的燃烧等都使大气中CO2浓度增加。前工业时期，土地利用变化对全球大气CO2含量增加起着重要作用，其作用仅次于化石燃料的燃烧，如森林向农业用地的转变以及森林的采伐都向大气中释放了大量的碳。目前大气中CO2含量比前工业时期增长了大约25%，土地覆被变化释放的CO2
的量约为化石燃料燃烧释放量的30％。
土地利用变化是大气中CH4和N2O浓度增加的最主要原因。土地利用/土地覆被变化，如农业的扩张（水稻种植）、城市化过程、森林的退化、稻田、生物的燃烧、牲畜等是CH4的直接来源。湿地是CH4的最大来源。
草地也是CH4的重要来源，主要通过动物粪便，释放量可以通过世界牛、羊及野生动物的量来估计。森林的砍伐和焚烧也导致CH4的增加。近年来N2O增加的速度较慢，其增长的原因现在并不能完全肯定，很可能主要与热带的土地利用/土地覆被变化（大片森林的砍伐）和北半球中纬度地区农业活动（人类活动影响）有关。在所有的N2O来源中，土地利用/土地覆被变化占到80%。土地利用/土地覆被变化导致土壤特性变化会影响N2O的释放量，比如巴西从草地释放的N2O是从未受干扰的森林土壤释放量的5倍。但有些研究并不认为从热带草原地区的N2O释放量比森林土壤多。
2. 对大气质量的影响
活跃气体主要包括CO、NO2、非甲烷的碳氢化合物及对流层的烟雾（由于能吸收太阳入射辐射而对全球有重要的意义）等，与土地利用/土地覆被有关的生物燃烧及与工业新陈代谢相伴随的化石燃料的燃烧是这些微量气体的主要来源。
土地利用/土地覆被变化可以改变对大气中气体的含量和组成影响大气质量。如上面所提到的对N2O的影响，N2O可以破坏臭氧层而引起地表辐射的增强；同样土地利用/土地覆被变化对CH4有重要影响，而CO的最大来源是CH4的氧化，据估计60%的CO来源于土地利用/土地覆被变化；城市化和工业的发展影响对流层光化学烟雾的组成成分，光化学烟雾通过分散和吸收太阳辐射而改变地表受到的辐射量。
土地利用/土地覆被变化引起的S释放量还不确切，但估计不超过S所有来源的5%；
SO2主要来自化石燃料的燃烧，在SO2浓度高的地区还可能引起酸雨。酸雨是世界公认的环境灾害之一，它不仅对建筑物和植被造成直接的破坏，还对土壤和水体形成污染。目前我国的酸雨问题十分严重，我国的华南、西南等地区已成为世界三大酸雨区之一。
二、对土壤的影响
1. 对土壤有关生态过程的影响
（1）能量交换。太阳辐射流到地面以及地面将流反射到外层空间依靠土壤覆盖层的吸收和反射特性；当缺乏覆盖层时，依靠土壤本身的性质。土壤系统同外界进行能量交换的数量和质量是多种多样的，但对于特定的土地利用/土地覆被类型还是有规律可循的。
（2）水交换。所有的降水都将降落于地表同土壤相互作用，土地利用/土地覆被变化可以改变降水在地表的分配。比如城市化过程中地表径流增加和下渗减少。
（3）侵蚀与堆积。侵蚀与堆积是地表矿质元素在分配过程的两个方面。在土壤过程发育中，它们自然影响着地表形态，但人类活动而引起的土地利用/土地覆被变化大大影响了它们发生的速率和空间分布。
（4）生物循环和作物生产。相对于土壤形成的时间尺度，植物和动物生命都比较短暂，动植物遗体的腐烂给土壤增加了肥力，使土壤又生长出更多的植物，并为更多动物提供了食物。土地利用/土地覆被变化可以加速或延缓这种循环。
2. 对土壤养分的影响
近年来，国际上土地利用/土地覆被变化对土壤影响的研究，主要体现在农业化对土壤影响的研究上。
研究表明，土地利用/土地覆被变化对土壤的影响，首先表现在对土壤养分平衡的影响上，根据联合国粮农组织在非洲多个国家所做的研究，在1982～1984年间，农业生产活动对土壤养分平衡带来了极大的影响，平均每公顷损失22kg的氮素、2.6kg的磷以及15kg的钾，个别国家的情况更加严重，使得土壤养分日渐衰竭。而且随着耕作制度、肥料（包括化肥与有机肥）的施用、农田管理等农业生产经营方式的改变，土壤有机质的含量也会发生很大的变化。其次，土地利用/土地覆被的变化还导致土壤的理化性质发生了很大的改变，在农业生产中随着机械化程度的不断提高、化肥施用量的不断加大，使得土壤板结现象日趋严重，土壤的酸性日趋增强。
土地利用方式和土地覆被类型的空间组合影响着土壤养分的迁移规律，不同的土地单元对营养成分的滞留和转化有不同的作用，N，P等重要营养成分在景观中的转化途径也不同。在自然植被及其土壤系统的营养循环能力远远强于玉米地，N的循环在河边林地中（89%）远远高于耕地（8%），P也有类似的调查结果，80%:41%；同时发现N和P转化的途径不同。地下水是林地、农地之间N、P的主要转化途径，也是林地N流失的主要渠道，地表径流则是P转化的主要渠道。
土壤营养成分的迁移在很大程度上依赖于土地利用格局及其变化。
由于土壤特别是森林地区的土壤是全球碳循环中主要的碳汇，土地利用/土地覆被变化特别是森林砍伐与农业活动使得固定在土壤中的碳素大量遗失。
据研究，耕作活动会带来土壤表层30cm范围内小于20%或者低于1.5kg/cm2的碳素损失。另外，还发现农业活动会导致土壤中发生脱氮作用，N2O、N2会被发散至大气之中，据在美国克罗拉多玉米带上的研究表明，由于脱氮作用造成的土壤N素损失，一般低于向土壤所施氮肥总量的2.5%，且以N2O所占比重最大，可占到其中的70%左右。
3. 造成的土壤侵蚀和土地沙化
人口的增加、人类不合理的土地利用方式如森林的砍伐、矿山开采、陡坡开荒、过度放牧等是造成土壤侵蚀和土地沙化的主要原因。农业活动使得土壤可蚀性增强，土壤侵蚀加剧。发生在20世纪30年代的美国大平原地区的黑风暴事件即是由于在当时大平原地区广泛的农业化所导致的环境退化造成的。同时研究表明，土地利用方式的改进可以使土壤侵蚀得到减缓和控制，据在美国红河谷地区的研究结果，农田防护林带的发展、耕作制度与农业技术的改进使得该地区在1948～1994年期间飘尘的产生量逐渐减小，土壤受到的风蚀得到了有效控制。
三、对水文的影响
土地利用/土地覆被变化对水文（地表水和地下水）的影响表现在对水质和水量的影响上。
1. 对水分循环的影响
（1）森林变化的影响。森林的砍伐影响反射率、树冠的截流、地表的粗糙度，这些同水分和能量平衡有重要联系。从森林转变为短季的种植作物可以节约大量的水分。根系发达的树木消耗大量的地下水和土壤水。在集水区种植大量的牧草代替森林已成为提高集水区水量的广泛使用方法。以色列的研究表明，Aleppo松在夏季使土壤剖面5m之内水全部吸干，美国Tennessee山区的研究表明，由于种植树木减少了这个区域水量的50%，减少了洪水和土壤侵蚀的危险。
（2）草地变化的影响。草地对水分的影响取决于对草地的管理。不适当的管理和过度放牧将引起植被的减少和土壤的板结，使得地下水的供应减少，这会严重地影响靠地下水补给的河流水量。严重的后果可能对区域气候产生影响，如增加地表反射率，减少对流，减少降水，增加大气流的沉降，使区域气候变得干旱。
（3）耕种的影响（包括灌溉和农业集水）。大面积的灌溉实践对水分循环有重要的影响。在有些实行灌溉农业的国家，有80%～90%的水分通过灌溉消耗了。在大多数干旱地区，每公顷灌溉作物需要消费10
000ｔ的水分，由于无用的灌溉引起许多问题，盐化和土壤水渍大约占了所有灌溉区的30%。灌溉的结果在一定程度上增加了地表大气中的水分，提高了湿度，降低反射率和日温，有助于降雨的形成。但有些研究表明河流流域灌溉土地的降水并没有显著增加。
（4）聚居地和其他非农业土地利用影响。20世纪以来世界人口和城市数量大大增加，城市集中了居民、商业区，还伴随有工厂等大量工业设施，这些要求更多的水分；城市化过程中树木和植被的减少降低了蒸发和截流，增加了河流的沉积量；房屋、街道的建设降低了地表的渗透和地下水位，增加了地表径流量和下游潜在洪水的威胁。
2. 引起的水资源短缺
进入20世纪，由于农业的扩张和工业的发展，全世界用水量剧增。其中，农业用水增加了7倍，工业用水增加了20倍。水资源短缺不仅严重影响居民的日常生活，威胁工农业生产，还造成河水断流、海水入侵等严重的生态环境问题。进入90年代来，黄河年年断流，而且断流时间增长，一个重要的原因就是用水量增加。我国的大环渤海地区由于水资源紧缺，地下水超采，地面下沉，造成沿海地区的海水入侵。山东莱州湾地区是大渤海区海水入侵的最严重地区，70年代以来，莱州湾地区的莱州、广饶等地相继发现地下淡水受到海水和苦咸水的侵染；80年代末更趋严重；进入90年代，海水入侵的速度和面积都有扩大的趋势。
3. 对水质的影响
由于人类耕作（特别是化学肥料和杀虫剂的使用）和定居（城市污水）引起的土地覆被的变化已造成了世界性的水污染。研究表明，在一流域内部的各种土地利用/土地覆被类型的比例的变化是造成河流水质发生变化的主要原因。很明显，不同的土地利用/土地覆被形式，像林地、农田和城镇会对水质产生不同的影响，不管是地表水还是地下水都是如此。在对密歇根州西南部的Rouge河流域的研究中，人们发现土地利用形式的改变，特别是工业化的发展，使得大量的重金属和有机化学物质排入地下，这不仅造成了对浅含水层的污染，而且还对Rouge河的水质产生了很恶劣的影响。此外，在对于土地利用/土地覆被类型的空间布局是否会对水质产生影响的研究上，现在国际上仍在进行着探讨。
一些研究者认为，在流域内部靠近河流处的土地利用类型对河流水质的影响要显著于流域上部的土地利用类型，但是另外的一些研究者则认为，在大流域里因为水文环境的多样性使得流域上部的土地利用类型与靠近河流处的土地利用类型在对河流水质的影响上，它们的重要性是一样的，此外，在土地利用/土地覆被类型空间布局对水质所产生的影响程度大小上，也是有着多种的说法。
4. 对湿地的影响
农业在历史上是影响湿地的重要因素，尤其是在淡水流域和河口地区。农业生产的一系列活动，如围海造田、道路和排水设施的修建直接导致湿地数量的减少，现代农业使用的大量杀虫剂和化肥对湿地造成严重的污染，使得湿地质量下降。
城市化也是湿地损失的主要原因。城市化过程中产生的污染物如沉积物、需氧物质、营养物质、重金属、细菌和病毒等通过点源污染或非点源污染途径进入湿地，使湿地水质量下降、威胁原有物种的生存。
此外，水分循环的改变、造林、工业发展及人类的某些运动（如灭蚊运动）都导致湿地的损失。
据估计，自20世纪以来，地球上已消失了将近一半的湿地。我国从50年代开始的较长时间里，由于片面强调以粮为纲，大量地进行围湖造田、围垦造田，也破坏了大面积的湿地生态系统。
另外，土地利用/土地覆被变化对水文的影响还可以体现在对河道、湖泊天然形状的改变上。中国洞庭湖地区由于围湖造田以及湖泊淤积使得洞庭湖湖泊面积日益缩小，同时湖泊形状也变得支离破碎。
四、对生物多样性的影响
土地利用/土地覆被变化对生物多样性的巨大影响超过了其他任何全球变化成分，它与其他许多全球变化因子相互作用，共同影响着生物多样性。土地利用/土地覆被类型的变化所造成的景观的破碎化、物种的灭绝与引进以及养分与水汽通道的改变，使得大面积上的植物群落的组成发生很大的变化，同时使得自然群落的发展演替过程受到极大的干扰和破坏。土地利用类型转变后，可以适应新生环境的物种将继续生存下去，迁移能力强的物种将迁徙到附近适宜生境中，而迁移能力弱又未能适应新生环境的物种将在局地灭绝。另外，新生境的建立也会吸引新物种的侵入。例如，在欧洲农业区的研究表明，随着中欧与北欧农业区生产集约性的加强以及长期使用的耕作方式的改变，该地的生物多样性在不断降低。在对欧洲5个国家的7个研究区域的鸟类物种丰度与地理位置、土地覆被状况的相互关系的研究表明，候鸟种数和调查区域林地面积与数量相关性很高，在欧洲集约化程度很高的农业区域，由于其间大多数的林地嵌块体面积小而分散，鸟类没有足够的空间以满足其需要，造成鸟类种数十分贫乏。
同时，土地利用/土地覆被变化的强度不同也会对生物群落的生物多样性产生影响。
在哥斯达黎加东北部的大西洋低地的研究证明，对热带雨林的控制之下的择伐不会对植物群落的生物多样性产生较大的影响，而且在砍伐处树种的恢复程度要好于未发生砍伐的地方。当然，如果变化强度很大时，情况就不同了，在墨西哥Chiapas地区的中央高原的研究表明，当原始湿润的栎属树种组成的森林被干燥的针叶林取代以后，林下植物的种数减少了一半。
