徐州市土地覆盖变化时空特征及其驱动因素分析

范继光

(江苏徐州市国土资源局)

0 引言

土地覆盖变化是全球环境变化的核心［1］.其不仅影响农业的可持续发展，也影响到环境的变化.现阶段我国进入快速城市化、工业化时期，不仅表现在城市人口增长，城市非农业人口比重增加等方面，还表现在城市空间区域的快速向外扩张［2］.虽然城市化进程的加快可以进一步促进经济的发展，但是城市规模的扩张却导致了城市土地覆盖变化过快的问题.我国是一个人多地少、土地资源严重缺乏的国家，要保持社会经济的可持续发展，必须施行有效的土地覆盖规划和管理方法.因而对土地覆盖变化的时空特征进行分析，识别影响其变化的主要因素，对科学合理地指导城市规划，保护城市生态环境，以及提出合理利用土地资源的政策建议具有重要的意

义［3］.

以江苏省徐州市为研究区域，通过构建土地覆盖三级分类体系，利用徐州市1996～2010年土地利用变更调查数据，对徐州市土地覆盖变化情况进行分析，然后采用计量经济学模型，利用2000～2010年徐州市各区县社会经济数据，对土地覆盖变化的驱动因素分析，揭示土地覆盖变化的驱动机制，从而为区域土地资源管理决策和持续利用提供科学依据.

1 研究区概况、数据来源

1.1 研究区概况

徐州市位于苏、豫、鲁、皖四省交界处，江苏省西北部，长江三角洲的北翼.东边临连云港，南边接宿迁，西边连宿州，北边靠微山湖，境内有京杭大运河穿过.徐州是中国第二大铁路枢纽，是重要的交通和通讯枢纽，京沪、陇海两大铁路干线在境内交汇，素有“五省通衢”之称.地理坐标为 W116°22＇-118°40＇、N33°43＇-34°58＇.徐州市全市总面积11258 km2，东西长约210 km，南北宽约140 km，占江苏省总面积的11%，辖5区5县，到2013年底，总人口为859万人，非农人口为282.02万人.

1.2 数据来源

该文所利用数据来源于徐州市土地利用变更调查数据库，土地利用变更调查数据是指一定时间内不同土地覆盖方式在地域空间上更替的数量调查，包括某一土地覆盖类型增加来源和减少去向的数量.该数据目前是我国最为准确、可靠和权威的土地资源数据［4］.

2 研究方法

2.1 土地覆盖三级分类体系定义

土地覆盖变化的过程实际上是某一种土地资源覆盖类型向另一种土地资源覆盖类型转化的过程，包括土地沙漠化、土地盐碱化、农药污染、水土流失、过度放牧引起的草地退化、森林砍伐和非农建设用地占用［5］.在该研究中，主要考虑六类土地覆盖变化类型:土地沙漠化，土地次生碱化、土地非农化、森林砍伐、天然草地退化和湿地萎缩.

2.2 土地覆盖变化测度

2.2.1 区域土地覆盖类型变化率

在现有的很多研究成果中，有许多模型和指标用来分析土地覆盖变化和土地覆盖变化的规模、速度和趋势(LUCC)［6］.本本依靠已有的这些模型和指标来测度土地覆盖变化，以客观、准确的描述徐州市土地覆盖变化的情况.区域土地覆盖变化率的计算公式如下:

式中:Rc是土地覆盖转化率，S1、S2分别表示T1时间点上和T2时间点上某一种土地覆盖类型的面积，n是两个时点间之间的差值.

2.2.2 土地覆盖数量变化率

土地覆盖变化数量变化的区域差异表示某种土地覆盖变化类型在不同区域间的退化差异情况，可以通过土地覆盖变化的相对变化率来反映.其数学表达式为:

式中:R表示某一区域内土地覆盖变化类型的相对变化率;Sa、Sb分别表示该区域在研究期初和研究期末土地覆盖类型变化的面积;Ca、Cb则分别表示整个研究区域在研究期初和研究期末土地退化的面积.R＞1说明该区域土地覆盖变化速度大于整个区域的变化速度;若R＜1则相反.

2.2.3 土地覆盖变化速度变化率

土地覆盖变化速度变化率的区域差异表示不同区域的土地覆盖变化速度差异情况，可利用土地覆盖变化动态度模型进行测度，其同时也可以表示土地覆盖变化面积的时序变化，模型具体表达式为:

式中:K表示某一区域在研究时期内土地覆盖变化动态度;Ua、Ub分别表示某一区域研究初期和研究末期土地覆盖变化的面积;T表示研究跨越时间长度.

2.3 驱动力回归模型分析

土地覆盖变化过程是一个相当复杂的过程，往往不是由单一因素引起的，而是由许多因素综合作用的结果.总的来说，可以将驱动因素分为两大类即:社会经济因素和自然控制因素.由于数据限制，本研究只考虑社会经济因素的影响.本文在分析徐州市土地覆盖变化驱动因素时，从社会经济驱动因子中选取了国民生产总值、第一产产值、第二产产值、第三产产值、人口总量、非农人口总量、人口自然增长率7个因素进行回归分析.

由于回归所利用的是徐州市各区县2004～2010年的社会经济数据，该数据既包含了截面数据，也包含了时间序列数据，如果采用截面(或时间序列)数据模型，会使回归结果出现较大的偏差，因此选用面板数据(Panel Data)模型.面板数据模型能够克服时间序列分析受序列自相关等的困扰.具体模型设定如下:

式中:y表示研究区域土地覆盖变化面积的增加量，x1表示影响该区域土地覆盖变化的经济因素，x2表示影响该区域土地覆盖变化的人口因素，δ为误差项.

3 研究结果与分析

3.1 徐州市土地覆盖变化率

图1反映的是1996～2010年徐州市土地覆盖变化率，位于横轴下方即变化率为负值表示在整个研究期内，该类土地覆盖类型的面积在减小;但是位于横轴上方即变化率为正值表示在整个研究期内，该类土地覆盖类型的面积在增加.从图2中，我们可以看出在整个研究期内耕地面积和牧草地面积在明显减少，且耕地面积每年减少率为 1.68%，牧草地面积每年减少率为26.14%.耕地面积从1996年的319266.74 km2减少到2010 年的209911.79 km2，减少了63154.95 km2;牧草地面积从1996年的1670.01 km2减少到2010 年的 17.66 km2，减少了 1652.35 km2.而林地、园地、建设用地面积却在明显增加，林地面积每年的增长率为1.24%;园地面积每年的增长率为0.93%;建设用地面积每年的增长率为2.47%.

图1 1996—2010年徐州市土地覆盖变化率

3.2 徐州市土地覆盖变化空间差异

利用徐州市2000～2010年各区县的土地覆盖变更数据和公式(2)和(3)，计算徐州市土地覆盖数量变化率和土地覆盖变化速度变化率，计算结果见表1.

表1 徐州市土地覆盖数量、速度变化率 %

从表1中R值的大小可以看出，在2000～2005年间，有贾汪区、铜山区、邳州市、新沂市、睢宁县5个区县相对变化率大于1.在2005～2010年间，有贾汪区、泉山区、铜山区、邳州市、新沂市、睢宁县6个区县的相对变化率大于1.通过对比2000～2005时间段和2005～2010时间段，徐州市不同区县的R值大小，我们可以发现相对变化率大于1的区县主要分布徐州市的中部地区，主要为贾汪区、铜山区、邳州市、新沂市、睢宁县这五个区县，这说明这五个区县的土地覆盖变化速率大于整个徐州市土地覆盖变化速率.

从表2中K值的大小可以看出，徐州市在不同的研究时期土地覆盖变化动态变化区域差异明显，在2000～2005年间，有贾汪区、铜山区、邳州市、新沂市、睢宁县5个区县动态度大于2%.在2005～2010年间，有云龙区、贾汪区、泉山区、铜山区、邳州市、新沂市、睢宁县7个县区动态度大于2%，这表明前一个研究时期土地覆盖动态变化度明显低于后一个研究研究时段.另外对比两个研究时段高动态变化区域位置的差别，可以发现，随着时间的推移，徐州市土地覆盖变化动态度较高的地区有向西南部迁移的趋势.从整体来看，徐州市土地覆盖变化动态度较高的区县主要为铜山区、邳州市、新沂市.

3.3 徐州市土地覆盖变化驱动力回归结果

模型估计表明，有3个变量通过了模型检验，从不同的方向和程度对徐州市土地覆盖变化产生了影响，其中第二产产值达到了5%的显著水平，第三产产值和非农人口数量达到了1%的显著水平，人口总量这一变量在10%的水平上显著.

表2 社会经济驱动因子面板模型结果

从表2可以看出，第二产产值这一变量达到了5%的显著水平，且回归系数为正，这说明随着第二产产值的增加，徐州市土地覆盖变化的速度在加快.这是由于徐州市土地覆盖变化类型是以土地非农化为主，即经济发展占用大量耕地.在2000～2010年间，徐州市工业化程度不断加快，大量工业园区和科技园区建成，大量农用地被占用，使得徐州市建设用地面积大幅增加，导致了徐州市的土地覆盖变化速度加快.

非农人口数量这一变量达到了1%的显著水平，且与徐州市土地覆盖变化面积呈正相关关系.这也是由于徐州市土地覆盖变化类型是以土地非农化为主，随着非农人口总量的增加，农地大量的转化为城市建设用地，导致了徐州市土地覆盖变化越来越严重.人口总量这一变量到达了10%的显著水平，且回归系数为正.这是因为随着徐州市人口总量的增加，城市规模和城市面积都在增加，这样会导致大量其他类型的土地转化为建设用地，从而导致了徐州市土地覆盖变化速度的加快.

4 结论与政策建议

4.1 结论

该文利用徐州市10个区县1996～2010年土地覆盖变更数据分析了徐州市土地覆盖变化的时空变化特征，并且利用徐州市2000～2010年社会经济数据分析了土地覆盖变化的驱动因素.

徐州市退化土地面积在持续增加，增长速度趋于平稳，土地覆盖变化数量的区域差异和速度的区域差异都十分明显.人类活动仍然是近年来徐州市土地资源发生退化的最主要的外部动力，其第二产产值增加、非农人口总量增加、人口增长是徐州市土地非农化的主要驱动因素，但随着城市化率的提高和产业结构的调整，对土地资源的压力将逐渐变小.

4.2 政策建议

合理编制土地利用规划.节约、集约利用土地是我国土地资源利用的必然选择，因此科学编制土地利用规划，确定合理的建设用地规模，明确城市发展边界，对减少土地资源粗放利用具有重要的作用.加快产业结构调整.由于工业企业厂房占用大量的农地，导致了徐州市土地覆盖变化加快，而且有些地区工业企业厂房处于低效利用状态.因此徐州市应加快产业结构调整，进行产业结构升级，对低产值、低效率的工业企业进行改造.加强生态环境保护.由于徐州市生态环境保护的有关法规制度还不完善，仍存有一些地区还未建立行生态环境影响评价机制.因此建议徐州市政府应制定与保护生态环境相关的法律法规.

［1］ 陈本清，徐涵秋.城市扩展及其驱动力遥感分析［J］.经济地理，2005，25(1):79-80.

［2］ 黎夏，叶嘉安.利用遥感监测和分析珠江三角洲的城市扩张过程［J］.地理研究，1997，16(4):56-62.

［3］ 吴宏安，蒋建军，周杰，等.西安城市扩张及其驱动力分析［J］.地理学报，2005，60(1):143-150.

［4］ 李元.中国土地资源［M］.北京:中国大地出版社，2000.

［5］ 朱震达，刘恕.中国的沙漠化及其防治［M］.北京:科学出版社，1994.

［6］ 刘慧.我国土地退化类型与特点及防治对策［J］.自然资源学报，1995(4):26-32.