土地利用/覆盖变化研究计划与进展
全球变化及其生态后果越来越受到各国政府和学术界的重视。1980年代科学界发起的国际地圈生物圈计划(IGBP)，标志着科学界对这一全球性问题展开全面的联合研究。土地利用/土地覆盖变化(LUCC)是全球变化重要内容之一，是人类活动在地球表面最宏观的表现，也是全球环境变迁研究中的核心议题。
据报道，近300年来全球森林面积减少了11.62亿公顷，与全球原有森林面积60亿公顷相比减少了大约20%，其中减少最多的是亚洲、非洲、中东和拉丁美洲。全球草原面积减少了7200万公顷，其中减少最多的是北美、亚洲和欧洲;与此同时，全球的耕地面积增加了12.36亿公顷，增加的耕地面积大致等于减少的森林和草原面积之和(这部分面积可能是由湿地开垦得来的)。
近年来，由于全球城市化进程的快速发展，耕地面积出现明显减少的趋势。地表覆盖形态的变化会干扰地表岩石圈、水圈、生物圈与大气圈之间的动态平衡，导致全球气候变迁与生物多样性降低，影响人类的可持续发展(如粮食安全、水资源安全、健康及生活质量等);反之，人类的这些活动也影响到地表覆盖形态。鉴于土地利用与土地覆盖变化研究对于深入认识全球环境变化的重要性，IGBP与全球环境变化人文计划(IHDP)于1992年正式确立了共同的核心计划--LUCC。其目的在于探讨全球土地利用格局及变化过程，提高对土地利用与土地覆盖变化动力学的认识，以及对这种变化与全球环境变化关系的理解，并为分析全球环境变化中人类活动的作用提供了切入点。因为它既受自然因素的制约，又受社会、经济、技术、政治等人文因素的影响，同时，LUCC反过来又影响着全球环境及人类社会的发展。
LUCC计划通过个案研究、模式发展以及综合分析的方式来实施其跨学科研究议程。LUCC研究气候变化、食物生产、人类健康、城市建设、沿海地区的管理、国际移民、水资源的质量及利用率等问题，以及这些问题对人类生活质量的影响。其研究内容涉及“土地覆盖与全球环境”(如土地覆盖变化及其对生物地球化学循环、气侯系统和生态复杂性的影响)“、土地利用与全球变化”“、土地利用变化的人为原因及可能驱动力”“、土地利用与土地覆盖变化的关系”等。
许多研究表明:不合理的使用土地可以对地球环境直接造成严重的影响。例如，森林和草原植被的破坏将导致物种的消失、天然肥力的减退、水土流失、河道和水库的淤积、洪水泛滥和沙尘暴发生次数增加等后果;城市化会引起空气、水和土壤的污染和垃圾危害等问题;强化农业中过度使用化肥和农药也造成土壤、水和作物的严重污染，并增加向大气的氮氧化物等温室气体的排放。同时地表外貌的变化还可以使那里的一系列物理特征发生变化，如对太阳辐射能量的吸收能力、地面的粗糙程度、蒸发和蒸腾能力等，从而使得地表同大气之间的能量和水分交换发生变化。
城市水源保护区水质的非点源污染研究
随着世界人口城市化进程的加快以及人类生活水平的提高，城市的需水量在逐年增加，城市的水资源短缺和水质污染问题已引起各国的广泛关注和不安，我国也同样面临着城市用水危机。对于地表饮用水源，点源污染比较容易治理，如许多国家的水源保护条例明确规定禁止污染物直接排入水源。因此，非点源污染研究成为城市地表饮用水源保护研究的主要内容。
非点源污染研究在发达国家，特别是美国研究历史较长且非常活跃。但1970年代初进行的非点源污染研究仅是在非点源污染特征、影响因素、单场暴雨和长期平均污染负荷输出等方面的初步研究。1980年代非点源污染基础研究地域范围广，类型多样(新增生物源)，因素分析和污染物(特别是农药)迁移机理研究更加深入。提出许多模型并用于非点源污染的负荷定量计算、控制措施效果评价、营养元素在土壤及地表的迁移规律研究和非点源的管理和政策制定。
以陆地卫星数据库、航空摄影、GIS和陆地资源信息系统为代表的3S技术，与非点源污染模型结合广泛用于非点源污染预测、管理模式改变对农业非点源污染的影响评价。到了1990年代，非点源研究更加活跃，其中以美国的“最佳管理措施”最具代表性，特别是城市水源区的地表水的非点源污染的防治研究日益受到重视。
土地利用/覆盖与水质关系的研究
1990年代以来，全球环境变化研究领域逐渐加强了对LUCC变化的研究。IGBP和(IHDP)对这方面的工作进行了积极推动，并于1995年共同拟定并发表了《土地利用/土地覆盖变化科学研究计划》，将其列为核心项目之一。从非点源污染的形成机制来看，主要取决于土地利用/土地覆盖变化的模式，所以随着LUCC研究的不断深入，土地利用变化对水资源的影响受到普遍关注。
2000年，联合国粮农组织实施了“农村集水区水土资源的关联性”研究项目，主要是探讨土地与水资源之间的相互作用和影响。但是把水土资源作为一个复合系统，在区域尺度上探讨水、土两个系统相关性的研究还比较薄弱，特别是不同土地利用/覆盖变化(通过生态服务功能的转换)最终影响水质的基础研究尚处于起步阶段。由于水土资源都是人类赖以生存与发展的重要物质基础，人类社会经济持续发展的资源需求决定了人类经济对水土资源利用的共性，因此，找出这些共性就成为深入分析土地利用变化与水资源利用相关性和一般规律的重要突破口，也是进行区域水土资源可持续利用决策和优化配置的关键所在。
美国联邦环保局设置了土地利用与水源水质监测参考项目标，用于与非点源管理有关的水质检测。我们通过近50年的城市化、土地利用和水质数据，定量分析了上海不同土地利用/覆盖对城市地表水水质的影响，认为城市化速度过快和土地配置不合理是导致上海城市水质下降的主要原因，并探讨通过控制水源保护区不同土地利用配置从宏观上改善地表饮用水水质的途径。土地利用/土地覆盖变化、增加土地的生态自净服务功能，提高水质与增加水资源的可获得性成为全球生态环境研究的几个焦点问题之一。
黄浦江上游水源保护区土地利用/覆盖及其水质状况
据统计，全国668个城市有400多个城市缺水，50多个城市经常闹水荒。特别是东南沿海一些经济发达城市由于污染造成的水质型缺水日趋严重;而作为长江三角洲，乃至整个中国的经济龙头———上海市已经被建设部列为全国36个水质型缺水城市之一，并被联合国列为21世纪全球饮用水严重缺乏的六大城市之一。进行城市地表饮用水源的保护研究，确保城市居民饮水质量无疑是摆在全社会面前的紧迫问题。
我国于1989年颁布《饮用水水源保护区污染防治管理规定》，而上海市也早在1985年颁布了《上海市黄浦江上游水源保护条例》，条例规定了“:自闵行西界至淀峰45公里的黄浦江水域划为水源保护区”“;自龙华港至闵行西界30公里的黄浦江水域划为准水源保护区”，二者的范围即习惯所称的黄浦江上游，是上海市饮用水的主要来源。虽然，上海市政府对该水源保护区投入巨额资金进行综合整治，但是近年来，在上游工业污染源不断削减的情况下，仍未能有效的控制黄浦江上游的水污染，其主要原因是受到来自支流受纳的大量非点源污染物的影响。
通过研究发现:黄浦江的非点源污染占总污染的24%，而点源污染已减至22%，特别是黄浦江上游的土地利用模式和其地表水水质有着密切的关系。上海是一个正在快速城市化的城市，其土地利用/覆盖也发生快速的变化，如果通过控制黄浦江上游土地利用配置，来保护和改善其水质，是上海市面临的一个急需解决的课题。我国有些学者对北京、深圳等一些城市的土地利用与水资源的关系作过一些初步研究，但是对不同土地利用/覆盖方式对地表水质影响的生态机理研究却尚未进行;而对生态机理的研究将是未来学术界研究的重点方向。