Biến động sử dụng đất là kết quả của sự tương tỏc phức tạp giữa con người và mụi trường. Biến động sử dụng đất cũng ảnh hưởng tới con người và hệ thống tự nhiờn theo khụng gian và thời gian (Valbuena et al.,2010).
Trong thời gian đầu, những nghiờn cứu về biến động sử dụng đất chỉ đơn giản là phỏt hiện những thay đổi sử dụng đất ở những khu vực cụ thể bằng kỹ thuật viễn thỏm và GIS (Mas, 1999; Brandon and Bottomley,1998; Halid, 1997… dẫn theo Muller, 2003).
Song song với việc xỏc định được biến động sử dụng đất và lớp phủ, cỏc nhà khoa học đó nhận ra rằng biến động sử dụng đất và lớp phủ là nhõn tố quan trọng thỳc đẩy sự biến đổi mụi trường. Vỡ vậy những nghiờn cứu về biến động sử dụng dụng đất/lớp phủ lỳc này tập trung phõn tớch những nguyờn nhõn, động lực thỳc đẩy và ảnh hưởng của biến động sử dụng đất đến cỏc vấn đề kinh tế, xó hội và mụi trường sinh thỏi.
Trước tiờn phải kể đến dự ỏn quốc tế về nghiờn cứu biến động sử dụng đất và lớp phủ (LUCC – Land use and Cover Change) được thực hiện và điều hành bởi nhiều trường đại học và cỏc viện nghiờn cứu như Đại học Clark, Mỹ (1994-1996), Viện Cartografic de Catalunya, Tõy Ban Nha (1997-1999) và Đại học Cụng giỏo Louvain, Bỉ (2000- 2005). Mục tiờu của dự ỏn là tăng cường sự hiểu biết về những tỏc động của con người và động thỏi sinh lý của biến động đất đai đến những thay đổi về độ che phủ đất. Dự ỏn cũng nghiờn cứu phỏt triển cỏc mụ hỡnh toàn cầu để cải thiện năng lực dự đoỏn biến động sử dụng đất và lớp phủ ở những khu vực nhạy cảm...
Tại Trung Quốc, một nghiờn cứu về vấn đề này đó sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh Landsat xỏc định được biến động sử dụng đất tại thành phố Daqing tỉnh Heilongjiang, từ năm 1997 đến 2007. Kết quả nghiờn cứu cho thấy, đất xõy dựng, đất nụng nghiệp và đất chưa sử dụng tăng lờn gấp đụi trong khi cỏc vựng đất ngập nước giảm đi 60%. Nguyờn nhõn dẫn đến thay đổi sử dụng đất ở khu vực nghiờn cứu là quản lý đất đai, dõn số và cỏc chớnh sỏch kinh tế xó hội (Yu et al., 2011).
Đỏng chỳ ý là cụng trỡnh nghiờn cứu về hiện tại, xu hướng và tương lai của biến động sử dụng đất dưới tỏc động của chớnh sỏch được thực hiện bởi cỏc tỏc giả thuộc Trung tõm thớ nghiệm trọng điểm về sử dụng đất, Cục Điều tra và Quy hoạch đất đai, Bộ Tài nguyờn và Đất đai Trung Quốc. Nghiờn cứu đó sử dụng phương phỏp ngoại suy tuyến tớnh và mạng nơ – ron thần kinh để chỉ ra rằng, khụng thể giữ được mục tiờu 0,12 tỷ ha đất canh tỏc trong tương lai nếu sử dụng cỏc phương thức phỏt triển kinh tế trong giai đoạn 1996 – 2008. Kết quả nghiờn cứu cũng khẳng định việc thực hiện phỏp luật và cỏc quy định về bảo tồn đất canh tỏc ảnh hưởng đỏng kể đến biến động sử dụng đất (Wang et al., 2012).
Tại Ấn Độ, đó cú những nghiờn cứu nhằm xỏc định nguyờn nhõn cũng như ảnh hưởng của biến động sử dụng đất như Ravindranath and Hall (1994), Mohanty (2007), Suzanchi and Kaur (2011), Chawla (2012)... Đầu tiờn, cú thể kể đến cụng trỡnh nghiờn cứu về mối quan hệ giữa tăng trưởng dõn số và biến động sử dụng đất của Mohanty (2007). Từ số liệu thống kờ, tư liệu bản đồ và viễn thỏm tỏc giả xỏc định được trong vũng 50 năm, từ 1950 đến 2000, mặc dự mức độ tăng dõn số đó chậm lại nhưng những tỏc động tiờu cực của nú đến sử dụng đất vẫn gia tăng. Đất phi nụng nghiệp tăng quỏ nhanh, cỏc vựng hoang húa bị mở rộng.
Trong một nghiờn cứu khỏc được tiến hành bởi Suzanchi and Kaur (2011), tại khu vực thủ đụ của Ấn Độ. Bằng tư liệu viễn thỏm và phõn tớch khụng gian trong GIS, kết quả nghiờn cứu đó xỏc định, đất sản xuất nụng nghiệp tăng 67,4% từ năm 1989 đến năm 1998 nhưng từ năm 1998 đến 2006 chỉ tăng 5,7%. Đất xõy dựng tăng chủ yếu là do gia tăng dõn số đụ thị. Cỏc tỏc giả cho rằng biến động sử dụng đất chịu ảnh hưởng của yếu tố kinh tế xó hội và những thay đổi trong sử dụng đất nụng nghiệp phụ thuộc vào chi phớ lợi ớch trong sản xuất nụng nghiệp.
Ngoài ra, cú rất nhiều cụng trỡnh nghiờn cứu về biến động sử dụng đất đó được thực hiện thành cụng tại nhiều quốc gia và cỏc hệ sinh thỏi khỏc nhau trờn thế giới như Argentina (Viglizzo et al., 1995), Canada (Pan et al., 1999), Mỹ (Rogan et al., 2003), Kenya (Serneels and Lambin, 2001), Thỏi Lan (Crews and Meyer, 2004), Cameroon (Mertens and Lambin, 1997) hoặc ở Madagascar (Laney, 2004)...
Để giải thớch được nguyờn nhõn cũng như đỏnh giỏ được ảnh hưởng của biến động sử dụng đất nhiều nghiờn cứu sử dụng phương phỏp mụ hỡnh húa. Tuy nhiờn, nhiều phõn tớch khụng gian và mụ hỡnh thay đổi sử dụng đất khụng đồng nhất tồn tại trong nghiờn cứu vỡ vậy đó thỳc đẩy nhiều cỏc nghiờn cứu về vấn đề này (Andersen, 1996; Clarke et al., 1997; LaGro and DeGloria, 1992; Mertens and Lambin, 1997; White and Engelen, 2000; White et al., 1997; Wu and Webster, 1998; Veldkamp and Fresco, 1996a; Verburg and Veldkamp, 2001). Trong đú cỏc nhà khoa học tự nhiờn và địa lý đó dẫn đầu trong việc phỏt triển cỏc mụ hỡnh khụng gian tường minh (spatially explicit models) để nghiờn cứu biến động sử dụng đất.
Mụ hỡnh khụng gian thay đổi sử dụng đất được chia làm 3 nhúm: Mụ phỏng, ước tớnh và tiếp cận hỗn hợp. Cỏc mụ hỡnh mụ phỏng được xõy dựng dựa trờn tiếp cận của phương phỏp tế bào tự động (Cellular Automata). Tế bào tự động là một mụ hỡnh toỏn học, trong đú hành vi của một hệ thống được tạo ra bởi một tập hợp cỏc quy tắc xỏc định hoặc xỏc suất để xỏc định trạng thỏi rời rạc của một tế bào dựa trờn trạng thỏi của cỏc tế bào lõn cận (Irwin and Geoghegan, 2001). Một vài nghiờn cứu ứng dụng mụ hỡnh này để phõn tớch quỏ trỡnh đụ thị húa như Wu and Webster (1998); Clarke et al. (1997)... Tuy nhiờn, mụ hỡnh được giả định trờn cảnh quan đơn giản với tương tỏc của cỏc yếu tố khụng đồng nhất khỏc như quy hoạch, trung tõm việc làm, cỏc yếu tố mụi trường. Mụ hỡnh chưa phõn tớch được phản ứng của người sử dụng đất với những thay đổi trong chế độ chớnh sỏch.
Cỏc cụng trỡnh nghiờn cứu khỏc sử dụng mụ hỡnh thực nghiệm để đỏnh giỏ biến động sử dụng đất bằng tư liệu viễn thỏm (Mertens and Lambin, 1997; Andersen, 1996; LaGro and DeGloria, 1992). Dữ liệu của mụ hỡnh là hỡnh ảnh trờn tư liệu viễn thỏm hoặc đo được bằng GIS như khoảng cỏch hoặc dữ liệu đất, độ dốc, độ cao hoặc yếu tố kinh tế xó hội như dõn số, tổng sản phẩm quốc nội. Trong nhiều trường hợp mụ hỡnh ứng dụng để xỏc định khụng gian thay đổi sử dụng đất khỏ tốt. Tuy vậy mụ hỡnh này cũng khụng thành cụng trong giải thớch hành vi của con người dẫn đến biến động sử dụng đất.
Verburg and Veldkamp (2001) cho rằng, một phương phỏp nghiờn cứu duy nhất khụng đủ để đỏp ứng cho phõn tớch biến động sử dụng đất. Thay vào đú, cần một chuỗi cỏc phương phỏp được liờn kết và tớch hợp chặt chẽ theo tuần tự khụng gian và thời gian
Theo Muller and Munroe (2007), ngoài việc sử dụng mụ hỡnh và cỏc trường hợp nghiờn cứu để kiểm chứng sự thay đổi sử dụng đất thỡ phõn tớch thống kờ là cụng cụ mạnh do khả năng kiểm định giả thuyết, xếp hạng cỏc yếu tố, kiểm tra tớnh nghiờm ngặt của giả thuyết. Tuy nhiờn quỏ trỡnh xử lý đũi hỏi kết hợp dữ liệu khụng gian, thời gian và cấp độ phõn tớch vỡ vậy nú vẫn cũn những trở ngại và thỏch thức để đạt được kết quả tốt nhất (Rindfuss et al., 2004).
Hiện nay, trờn thế giới một số nhà khoa học sử dụng mụ hỡnh khụng gian để xỏc định nguyờn nhõn và ảnh hưởng của biến động sử dụng đất, lớp phủ đến vấn đề xó hội và mụi trường như Irwin and Geoghegan (2001); Mertens and Lambin (1997); White and Engelen (2000); White et al. (1997); Wu and Webster (1998); Veldkamp and Fresco (1996a).
Cỏc biến của mụ hỡnh gồm dữ liệu thống kờ (dõn số, tăng trưởng kinh tế...), bản đồ đất, bản đồ sử dụng đất, lớp phủ và cỏc dữ liệu thu thập từ điều tra phỏng vấn hộ gia đỡnh hay cỏc nhà quản lý. Dữ liệu được đưa vào mụ hỡnh bằng kỹ thuật GIS và cỏc kỹ thuật mỏy tớnh khỏc.
Mụ hỡnh khụng gian sẽ xỏc định được quỏ trỡnh biến động sử dụng đất, lớp phủ và tỏc động của chỳng cú thể được sử dụng để thiết lập mối quan hệ nhõn quả của biến động sử dụng đất trong quỏ khứ. Vỡ vậy mụ hỡnh là cụng cụ hữu ớch cho người quản lý đất đai và hoạch định chớnh sỏch, cung cấp dự bỏo những thay đổi sử dụng đất trong tương lai. Mụ hỡnh biến động sử dụng đất và lớp phủ phụ thuộc vào chớnh trị, kinh tế, mụi trường.
Sau đú, những thay đổi trong sử dụng đất được sử dụng để khỏm phỏ tỏc động của chớnh sỏch và cỏc yếu tố khỏc. Bằng cỏch sử dụng cụng cụ phõn tớch kịch bản mụ hỡnh sẽ đưa ra những hướng dẫn trong hoạch định chớnh sỏch và quản lý đất đai đối với cỏc quyết định của nhà quản lý.
Phương phỏp phõn tớch thống kờ khụng gian cho phộp xỏc định mối tương quan giữa biến động sử dụng đất với cỏc yếu tố địa lý tự nhiờn và kinh tế xó hội. Tựy thuộc vào đối tượng địa lý và cơ sở dữ liệu mà ta cú thể sử dụng cỏc thuật toỏn và phương phỏp thống kờ khụng gian khỏc nhau: định lượng (xỏc định tuyệt đối bằng cỏc chỉ số) hay bỏn định lượng (xỏc định tương đối thụng qua phõn cấp theo thứ bậc cao thấp). Phương phỏp phõn tớch thống kờ được sử dụng trong cỏc nghiờn cứu về biến động sử dụng đất trong thời gian gần đõy như Wang et al. (2012); Qasim et al. (2013); Nguyen (2008); Vu (2007)...