同城化进程中县域土地利用变化及其驱动力分析研究——以湖南省醴陵市为例

周子英，张 群，彭秋霞

(湖南工程学院 管理学院，湖南 湘潭 411104)



同城化进程中县域土地利用变化及其驱动力分析研究
——以湖南省醴陵市为例

周子英，张 群，彭秋霞

(湖南工程学院 管理学院，湖南 湘潭 411104)

在同城化背景下，基于RS与GIS，以 2003-2009 年遥感影像、土地利用变更数据和社会经济统计资料为依据，开展了醴陵市土地利用变化及其驱动力分析研究。首先对醴陵市遥感影像进行解译，然后从空间分异、变化幅度和变化速度方面对醴陵市的土地利用变化状况进行分析，最后采用主成分分析法和回归分析法建立不同用地类型的多元线性回归模型。研究结果表明，经济技术发展因子和农业技术发展因子是影响醴陵市土地利用变化的主要因素，对土地利用变化的影响十分显著。

土地利用变化；驱动力；主成分分析；醴陵市

近年来，我国城市化进程加速发展，城市经济整合与城市群培育已经成为我国打造经济增长极的战略选择。[1]“同城化”的发展理念最早由深圳与香港提出，随后，湖南“长株潭”、广州与佛山、沈阳与抚顺等城市都相继提出了同城化发展战略。同城化是指两个或两个以上地域相邻、社会、经济联系密切的城市，有效地共同配置城市间经济要素，使城市能够在地域空间、基础设施建设、产业结构、生态环境以及管理制度等方面逐渐融合，达到资源与信息共享、统筹协作，以提高区域经济整体竞争力。随着经济的全球化，为了充分提升区域经济的竞争力，同城化建设是区域城市间经济与社会发展到一定程度的必然趋势。[2]

随着同城化进程加速，城市产业结构的不断调整，城市与城市之间的联系日趋密切，进行同城化建设可以达到资源共享，统筹协作，提高区域经济整体竞争力。2007年，长株潭城市群获批成为全国资源节约型和环境友好型社会建设综合配套改革试验区以来，同城化建设更是突飞猛进，经济辐射能力不断增强，城市之间融城速度随之提升，区域内的土地利用变化更为剧烈。土地利用/覆盖变化(LUCC)是在各种驱动力综合作用下，土地利用目的与利用方式的体现，受到自然与人类活动的双重影响。[3-4]随着城镇化建设，产业结构的调整，农用地的减少与建设用地的扩张之间的矛盾日益尖锐，这种矛盾在人口稠密的大城市边缘以及中、东部地区表现得尤为突出。[5]与此同时，众多学者进行了大量的土地利用变化及其驱动力研究，张安定等对山东半岛北部海岸带的龙口市土地利用变化与驱动力进行了分析研究，发现龙口市的耕地与园地变化最具代表性。[6]王兆礼等对深圳市的土地利用变化及其驱动力进行了系统分析，发现深圳市建设用地的扩张速度超出了人们的预期，建设用地将占用包括生态用地在内的其他土地类型。[7]张良侠等对新疆土地利用变化及其驱动力进行了分析，得出新疆沙地呈负增长的趋势。[8]

综观土地利用变化及其驱动力的研究成果，发现学者们的研究对象主要集中在西北干旱脆弱生态区与东南沿海经济发达区，而对于经济社会发展后劲强劲、土地资源短缺、人口相对密集的中部地区的相关研究则显得较为薄弱，对正处于同城化进程中的中部城市群的土地利用及其驱动力研究则更是鲜见。醴陵市作为长株潭城市群核心城市株洲市的一个县级市，近年来经济得到了快速的发展，同时，随着长株潭同城化建设的快速推进，使得醴陵市土地利用发生了较大的变化，农用地快速减少，建设用地逐步增大，因此，以醴陵市为例研究其土地利用变化，并分析其驱动力，具有典型性和示范性，对正处于同城化背景下的县域城市的土地资源合理利用，促进社会经济的可持续发展有着重要的借鉴意义。

一 研究区概况

(一)研究区概况

醴陵市位于湖南省东部，是湖南省的一个县级市，由株洲市管辖，在东经113°09′49″-113°45′43″，北纬27°22′15″-27°58′07″之间，东西宽约58.51km，南北长约66.75km，总面积为2.16×105hm2，地处罗霄山脉的西北边缘。东北部为地势较高的山地区，西南部地势较为平缓，形成两个相对起伏的倾斜面，从东北部和西南部向中央的渌江谷地递减，整个地貌轮廓分明，为典型的中南低山丘陵区。醴陵市整个地貌类型以山地、丘陵和岗地为主，分别占总面积的28.8%、27.1%、22.7%。截止2009年，全市户籍人口为104.55万人，比2003年增长了1.05倍，全市GDP总量211.33亿元，比2003年增长了2.81倍。

(二)数据来源及数据处理

数据源为Landsat TM/ETM+影像(2003年，2009年)、1∶25万地貌类型图(1983)、1∶5万土地利用现状图(2003，2009)、土地利用变更调查数据(2003-2009年)。为了对图像进行准确地解译，以遥感图像为选点，对照土地利用现状图，利用手持GPS、地形图进行定位、导航，对醴陵市进行了多次走访与实地调研，最后利用ERDAS 8.6，ArcGIS 9.0进行内业数据整理，根据相关图件与实地调查进行数据分类，经检验，2003年、2009年的数据分类Kapper系数分别为83.43%和85.11%，均超过了78%，达到了分类精度要求。

二 醴陵市土地利用动态变化分析

(一)土地利用时空分异

根据判读的遥感影像分类图，发现醴陵市土地利用及其景观发生了较大的变化，2003年、2009年醴陵市土地利用类型见图1。

图1 2003年、2009年醴陵市土地类型分布图

由图1可知，2003年和2009年遥感分类图像显示，醴陵市的主要土地利用类型为林地，是整个研究区的基质，呈片状分布在山地和丘岗坡地，占研究区土地总面积的比例分别为55.56%和55.86%；水田是除林地外的第二大土地利用类型，呈树枝状和条带状分布在河谷平原区，占研究区总面积的比例分别为25.90%和25.74%；城乡居民工矿用地分布区域与水田基本一致，是仅次于林地和水田的第三种面积较大的地类，占研究区总面积比例分别为9.25%和9.70%；其他类型土地在醴陵市所占比例较小，基本上呈斑点状和条带状点缀分布。

(二)土地利用动态变化

为了有效地反映醴陵市土地利用变化速度，采用单一土地利用动态度对醴陵市的各种土地利用类型变化进行测度。单一土地利用动态变化可以真实地反映出一定时期内某种土地利用类型变化的剧烈程度，[9]其表达式如下：

(1)

式中：L表示研究时段内某一土地利用类型动态度；Ua、Ub分别表示某种土地类型在研究初期和末期的数量；T表示研究的时间长度，在研究中，通常T取值为年，因此，L值就是该土地利用类型的年变化率。根据公式(1)计算出醴陵市7种地类的动态变化情况，结果见表一。

表一 醴陵市土地利用类型变化幅度与变化率

数据来源：根据遥感影像解译整理而来。

从表一可知，2003～2009年间，醴陵市7种土地类型均发生了较明显的变化，按照绝对值由大到小进行排列，分别为旱地、园地、水域、未利用地、城乡居民工矿用地、水田和林地。其中，水域和城乡居民工矿用地以较快的速度增加，土地利用动态度分别为1.11%、0.80%，而旱地、园地与未利用地以较快的速度减少，土地利用动态度分别为-1.68%、-1.12%、

-0.91%。

(三)综合土地利用动态度

单一土地利用动态变化度仅可以用来对某种土地的变化程度进行度量，而综合土地利用动态度则可以用来衡量区域内各种类型土地相互之间转化的剧烈程度，[10]表达式如下：

(2)

式中：LUi表示在研究初期第i类土地类型面积；LUi-j表示研究时段内第i类土地类型转换为第j类土地类型面积的绝对值；LC表示研究期内综合土地利用动态度；T表示研究时段的长度，同样，为了研究的方便，将T的取值为年，因此，LC的值就是研究区域土地利用年变化率。

由公式(2)计算得出醴陵市综合土地利用变化的动态度为0.79%，从而有效地说明了醴陵市LUCC变化速度较东部沿海等经济相对发达地区更为缓慢。[10]

(四)土地利用转移矩阵

为了度量醴陵市各种土地利用类型相互之间转换的面积大小，在ArcGIS处理平台上，利用空间分析功能进行空间叠加分析，得到醴陵市2003-2009年土地利用转移矩阵，具体转移情况见表二。

表二 2003-2009年醴陵市土地利用变化转移矩阵

注：表中数据表示由t到t+k时段内土地利用类型i转化为土地利用类型j的面积。

从表一可知，在2003-2009年间，7种地类之间均有转移，但不同类型的土地转移去向各异。具体表现为水田转变为城乡居民工矿用地与林地，转化率分别为0.28%和0.42%；由于园地是一种受人为影响较大的地类，随着同城化建设速度的加快，大量农村居民进入城镇，同时需要大量的生态林地，导致水田、旱地、园地减少，从转移矩阵可以看出，园地转化为旱地，但部分旱地则转为园地、林地与城乡居民工矿用地，转化率分别为2.25%、5.82%、4.12%；水田、旱地的转移则相对较为复杂，大量的水田、旱地转为林地、城乡居民工矿用地，与此同时，林地与城乡居民工矿用地向水田、旱地、园地、城乡居民工矿用地均有转移，但均很少，导致林地与城乡居民工矿用地数量增多；水域面积的增加主要是由园地与未利用地转化而来，转化率分别为1.16%、1.52%；未利用地与其他地类的转移方式不同，呈单向转移，向旱地、园地、林地、城乡居民工矿用地、水域均有转化，但转移去向主要为林地与水域，转化率分别为2.67%、1.52%。

三 醴陵市土地利用变化驱动因子与模型构建

(一)土地利用变化社会经济驱动因子分析

自然因素与社会经济因素是引起土地利用变化的主要因素，但在较短时间尺度内，自然驱动力处于一个相对稳定状态，累积效应并不显著，因此，人文驱动因素是在一个较短时度内引起土地利用变化的主要驱动力。[12]由于长株潭同城化战略自1997年提出，同城化建设时间不长，自然驱动力在此期间影响较小，因此，土地利用驱动力主要集中于人文驱动因素。为了更好地研究醴陵市的土地利用变化驱动因素，从人口、经济、技术等方面选取 17 个指标作为影响土地利用变化的人文因子，其中人口因素选取了3个指标，分别为人口总数(C1，万人)、农业人口(C2，万人)和非农业人口(C3，万人)；经济因素是影响醴陵市土地变化的主要因素，因此选取了12个指标，分别为GDP(C4，亿元)、人均GDP(C5，元)、第一产业产值(C6，亿元)、第二产业产值(C7，亿元)、第三产业产值(C8，亿元)、财政总收入(C9，亿元)、社会固定资产投资(C10，亿元)、粮食作物播种面积(C11，千公倾)、粮食总产量(C12，万吨)、最终消费总额(C13，亿元)、农民人均纯收入(C14，元)、居民储蓄存款(C15，亿元)等；技术因素相对于经济因素，影响较小，因此仅仅只选取了2个指标，分别为科技新增产量(C16，亿元)、农业机械总动力(C17，千瓦)。

首先为了消除量纲对数据分析结果的影响，对所选指标进行标准化处理，然后利用SPSS13.0进行主成分分析，根据初始特征值大于 1 的原则提取了 2 个驱动因子，在数据处理过程中，发现2个主成分因子解释方差贡献率为86.089%，说明了醴陵市LUCC变化信息的86.089%可以由2个主成分因子来进行解释，且这 2 个主成分因子之间有着良好的一致性关系，2个主成分因子的载荷见表三。

表三 驱动因子载荷矩阵

第一主成分(F1)的特征值为11.806，解释方差贡献率达到了69.445%。由表三驱动因子载荷矩阵可知，GDP(C4)、人均GDP(C5)、第一产业产值(C6)、第二产业产值(C7)、第三产业产值(C8)、社会固定资产投资(C10)、粮食总产量(C12)、居民储蓄存款(C15)、科技新增产量(C16)、农业机械总动力(C17)等10个指标在第一主成分(F1)上有较大的正值载荷，说明这10个指标F1成正相关，同时可以看出，这10个指标都与地区经济发展程度有一定的关系。

第二主因子(F2)的特征值为2.830，解释方差贡献率为16.645%。其中农业人口(C2)、财政总收入(C9)、最终消费总额(C13)在该主成分上有较大的正值载荷，而粮食作物播种面积(C11)、农民人均纯收入(C14)这 2 个指标在该因子上有较大的负值载荷， 5个指标中，除了财政总收入、最终消费总额这 2 个指标外，其他因子都与农业有关，在一定程度上代表了醴陵市的农业发展水平。

根据醴陵市土地利用变化的主成分分析结果，在研究中将其土地利用变化的社会经济因素有效地概括为经济技术发展因素和农业发展因素。

(二) 醴陵市土地利用变化驱动模型构建

主成分分析充分揭示了各社会经济驱动因子与醴陵市LUCC变化之间的一致性，但是各个因素是怎样促使醴陵市的土地利用变化还未能确立彼此之间的数值关系，即函数关系。为了定量解释和模拟当前及今后一段时间内醴陵市土地利用真实变化情况与变化趋势，利用回归分析方法建立起所选取的2个主成分因子与7种土地利用变化的函数关系式，结果见表四。

表四 土地利用变化回归模型

从表四的土地利用变化回归模型来看，除了水田的相关系数R为0.8498外，其余的土地利用类型变化模型的相关系数均大于0.9，表明了各种土地利用类型的变化与所选取的2个主成分因子间有着显著的线性相关性，且线性拟合程度很高。此外，从回归模型的决定系数R2可以发现，除了水田的决定系数为R2=0.7183，拟合效果欠佳外，其余的土地利用类型的变化模型的决定系数都大于0.9，表示所提取的2个主成分因子可以解释各类用地动态变化信息。其中F1与水田、旱地、园地、未利用地变化呈负相关，与林地、城乡居民工矿用地、水域呈正相关。F2与水田、旱地、林地、城乡居民工矿用地、水域呈负相关，与园地、未利用地呈正相关。说明了随着同城化进程的加速推进，醴陵市经济技术的发展，林地、城乡居民工矿用地、水域在今后相当长的一段时间内，会随着当地经济技术的发展而逐渐增加，而水田、旱地、园地、未利用地等地类会随之减少。

四 结 论

基于遥感与地理信息系统，从长株潭同城化视角，分析醴陵市的土地利用动态变化。在2003～2009年期间，随着长株潭同城化进程不断加快，经济技术的发展，醴陵市LUCC变化明显，主要表现为林地、水域与城乡居民工矿用地普遍增加，而水田、旱地、园地与未利用地则快速减少，因此，从国家粮食的安全角度出发，耕地资源保护形式依然严峻。

利用SPSS进行醴陵市LUCC变化分析，利用主成分因子构建了醴陵市各类用地变化的回归模型，模型的拟合效果良好。从回归模型可知，随着同城化建设速度的加快和社会经济的发展，醴陵市农用地将会不断转向建设用地，城市发展与土地利用之间的矛盾将会更加尖锐，因此在长株潭同城化建设快速推进的过程中，政府应对区域内的土地利用做好统筹安排，科学地进行土地利用规划，加大土地开发整治与保护的力度，进一步加强土地资源的科学管理，加强土地资源动态监测以促进区域内生态环境，提高区域粮食安全。

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Analysis of Land Use Change and Its Driving Forces of County Level in the Process of City Synchronization——Take Liling City of Hunan Province as an Example

ZHOU Zi-ying，ZHANG Qun，PENG Qiu-xia

(College of Management,Hunan Institute of Engineering,Xiangtan 411104,China)

In the background of city synchronization,this paper takes Liling City of Hunan Province as an example.Based on RS and GIS,using the remote sensing image,the land use change data and social-economic statistical data from 2003 to 2009,the land use change and its driving forces are studied.The remote sensed imagery of Liling City,and the land use change of the city are analyzed from the spatial differentiation,the size of change and the rate of change.Finally,this paper uses principal component and regression analysis to establish multiple linear regression models which includes different land use types.Findings show that the main factors which impact the land use change in Liling can trace back to two factors:economic-technological development factor and agricultural-technology development factor,which play a significant role in land use change.

land use change;driving force;principal component analysis;Liling City

2014-06-03

湖南省情与决策咨询研究课题“湖南省农业生态系统发展态势及可持续发展对策研究”(2013BZZ101)；湖南工程学院人才启动基金项目(2012)。

周子英(1974-)，女，湖南辰溪人，博士，讲师，研究方向：土地资源管理与旅游管理。

F301.2

A

1671-1181(2015)01-0001-06