辽河源头区的土地利用变化及驱动力分析

房春生,孟 莹,刘晓曦,李 媛,王 菊

(吉林大学 环境与资源学院,长春 130012)



辽河源头区的土地利用变化及驱动力分析

房春生,孟 莹,刘晓曦,李 媛,王 菊

(吉林大学 环境与资源学院,长春 130012)

利用2005年和2010年2期遥感影像和地理信息系统(GIS)软件技术,对辽河源头区土地利用类型变化进行综合分析；基于统计产品与服务解决方案(SPSS)软件和社会经济统计数据,利用主成分分析法分析土地利用变化的根本驱动力,并建立多元线性回归方程.结果表明,辽河源头区土地利用变化的主要驱动因素包括：人口因素、经济因素、工业化与城镇化和农业发展因素.

土地利用变化；地理信息系统(GIS)；主成分分析；驱动力因素

土地是人类赖以生存的载体[1].近年来,由于我国土地利用类型发生了根本性改变[2],因而不断出现各种环境问题,如土地荒漠化与盐碱化、生态物种的缺失和淡水资源匮乏等.文献[3]通过综合利用地理信息系统(GIS)空间分析功能与Agent模型复杂系统模拟预测功能,研究了武汉市土地利用变化程度;文献[4]通过提取大庆市近20年的遥感影像,揭示了大庆市的城市土地利用情况,并通过统计分析软件(Stata)技术分析了其城市建设用地变化的驱动机制;文献[5]基于GIS技术分析了土地利用/覆盖信息,并结合区域社会经济资料,运用灰色关联分析法分析了惠州东江流域土地的利用变化驱动力.本文采用GIS等遥感技术,分析2005～2010年辽河源头区土地的利用变化过程,并通过主成分分析法分析土地利用变化的驱动机制.

1 研究区域概况及研究方法

1.1区域概况

图1 吉林省辽河源头区地理分布图Fig.1 Geographical location of Jilin section of the Liaohe River in Jilin Province

吉林省辽河源头区位于吉林省西南部,东经123°42′～125°31′,北纬42°34′～44°08′,流域面积14 557.2 km2,占吉林省总面积的8.4%.流域内有3条干(支)流,分别为招苏台河、条子河和东辽河,主要涉及2个地区,7个县市,81个乡镇,如图1所示.该区域属温带大陆性季风气候,年平均降水量为545 mm,平均蒸发量为1 020 mm,平均气温7.0 ℃；总人口约占吉林省总人口数的13%.

1.2数据来源及处理

以辽河源头区2005年和2010年2期共8个景象的Landsat TM数字遥感影像为依据,以全国1∶25 万比例地形图获取出研究区域的矢量边界,经ENVI4.8软件处理后,最终裁剪出研究区域.根据辽河源头区实际土地利用方式,将其土地利用类型分为7个一级土地类型,分别为森林、灌丛、草地、湿地、耕地、城镇和裸地.

1.3方法

采用GIS等遥感技术对辽河源头区2005年和2010年的土地利用类型数据进行空间叠置分析,获取土地利用变化的过程及相关数据；采用统计产品与服务解决方案(SPSS)软件对社会经济数据进行主成分分析,分析研究区域内土地利用变化的驱动机制,并通过逐步回归分析法建立回归方程.

2 土地利用变化分析

2.1土地利用数量变化

通过对土地利用类型面积变化的总体趋势分析土地利用结构的改变[6].本文基于辽河源头区2005年和2010年土地利用类型动态变化的分析,获取辽河源头区2005年和2010年土地类型一级分类图及类型变化图，分别如图2和图3所示.

图2 辽河源头区2005年(A)和2010年(B)土地类型一级分类图Fig.2 Primary classification of land types of Jilin section of the Liaohe River in 2005 (A)and 2010 (B)

辽河源头区2005年和2010年土地利用数量变化列于表1.由表1可见:辽河源头区土地利用类型以耕地为主,约占辽河源头区总面积的72%,其次为森林、城镇和灌丛,分别占总面积的11.2%,8.6%和4.6%；灌丛、耕地和裸地的土地利用面积减少,森林、草地、湿地和城镇的土地利用面积增加；其中耕地和城镇的面积变化较大.

表1 辽河源头区2005年和2010年土地利用数量变化Table 1 Land use quantity change in Jilin section of the Liaohe River in 2005 and 2010

2.2单一土地利用动态度分析

土地利用动态度可通过不同时段土地利用面积统计情况定量描述研究区域内土地的利用变化速率[7].单一土地利用动态度是指研究区域在一定时间范围内的某种土地利用类型数量变化情况,表达式为

(1)

其中:K为研究区域单一土地利用类型的动态度；Ua和Ub分别表示研究期初和研究期末单一土地利用类型的数量；T为研究时间.经计算求得辽河源头区2005～2010年土地利用的动态度,结果列于表2.

表2 辽河源头区2005～2010年土地利用的动态度Table 2 Single land use dynamic degree of Jilin section of the Liaohe River from 2005 to 2010

图3 辽河源头区2005年和2010年土地类型分类变化图Fig.3 Change map of land type classificationof the Liaohe River in 2005 and 2010

若K>0，则表明土地利用面积呈增加趋势；若K<0，则表明土地利用面积呈减少趋势.由表2可见：森林、草地、湿地和城镇的K>0；灌丛、耕地和裸地的K<0;裸地的土地利用面积变化程度最高.

2.3土地利用空间变化分析

利用辽河源头区2005年和2010年2期遥感影像资料,基于Arcgis10.0空间分析功能模块将2期土地利用现状图根据各自地类编码合并,求出2期数据的交集,生成辽河源头区在研究期间的土地利用类型转移矩阵,结果列于表3,其中正值表示某土地利用类型数量增加,负值表示某土地利用类型数量减少,相同土地利用类型交叉处的数值表示该土地利用类型数量保持不变.

表3 辽河源头区2005～2010年土地利用类型转移矩阵(km2)Table 3 Translation matrix (km2)of different land use types for Jilin section of the Liaohe River from 2005 to 2010

由表3可见:在转出面积中,转移率为:裸地>湿地>草地>耕地>灌丛,森林和城镇的转移率为0；在转入面积中,转移率为:湿地>草地>城镇>裸地>耕地>森林>灌丛;湿地、草地和裸地的土地利用空间变化程度较大,耕地和城镇的土地利用空间变化程度较小,森林和灌丛的土地利用空间变化趋于稳定.

3 土地利用变化驱动力分析

以四平市和辽源市2005～2010年与土地利用有关的社会经济统计数据为依据,利用SPSS17.0软件,采用主成分分析法[8]分析区域土地利用变化的驱动因子,并统计具有代表性的驱动因子.

3.1指标体系的选择

辽河源头区土地利用变化驱动因子列于表4.

表4 辽河源头区土地利用变化驱动因子Table 4 Land use change driving force factor in Jilin section of the Liaohe River

3.2主成分分析

基于主成分分析原理[9],计算辽河源头区土地利用变化各驱动因子的特征值、贡献率和累计贡献率,结果列于表5.由表5可见,第一主成分的贡献率为89.136%,第二主成分的贡献率为7.839%,二者累计贡献率为96.975%,符合主成分分析方法的要求.将第一主成分与第二主成分进行提取,替代原有14个社会经济指标,获取主成分旋转后驱动因子载荷矩阵,结果列于表6.

表5 驱动因子特征值与主成分贡献率Table 5 Eigenvalue of driving force factors and contribution rate of principal components

表6 主成分旋转后驱动因子载荷矩阵Table 6 Rotated principal component load matrix for driving force factors

由表6可见:第一主成分方差贡献为13.136,第二主成分方差贡献为0.21,第一主成分远大于第二主成分的统计值,表明第一主成分影响辽河源头区土地利用变化的驱动性更强；第一主成分中除X10和X13外,各变量的载荷系数均大于0.85,即第一主成分与国内生产总值、总人口、全部在岗职工工资总额、一般预算财政收入、社会消费品零售总额、全社会固定资产投资、房地产开发投资、本年竣工房屋面积、农民人均纯收入、肉类总产量、粮食总产量(t)和工业总产值等因素均呈高度正相关,即人口因素、经济因素、工业化与城镇化对土地利用变化的影响较大;第二主成分与农业总产值呈正相关,与农业化肥施用量呈负相关,这两项指标均与农业相关,将其归为农业发展因素.

3.3多元线性回归分析

利用SPSS17.0统计软件,以城市建设用地为因变量,以经过主成分分析法的驱动因子为自变量,经逐步回归分析可得辽河源头区城市建设用地面积变化的回归方程表达式为

(2)

其中:Y2表示城市建设用地面积;X6和X7分别表示房地产开发投资和财政收入.R2=0.994，表明显著性呈高度正相关,回归方程有效.

综上,本文以吉林省辽河源头区为研究区域,基于GIS技术分析了该区域的土地利用类型变化程度,研究了土地利用动态变化特征,并用主成分分析法分析了土地利用变化的根本驱动力.可得如下结论：

1)研究区域中耕地占主导地位,占总土地面积的72%,其次为森林和城镇,分别占总土地面积的11.2%和8.6%.

2)耕地、裸地和灌丛面积不断减少,城镇、森林、湿地和草地面积不断增加.其中耕地面积变化最大,其次为城镇,灌丛面积变化最小.

3)土地利用类型动态度绝对值依次为：裸地>湿地>草地>城镇>耕地>森林>灌丛,裸地的发展速度最快,灌丛的发展速度最慢,表明辽河源头区的生态环境保护较好.

4)辽河源头区土地利用变化的驱动力主要归因于人口因素、经济因素、工业化和城镇化与农业发展因素.其中经济因素占主导地位,主要包括国内生产总值、全部在岗职工工资总额、一般预算财政收入、社会消费品零售总额、全社会固定资产投资和农民人均纯收入等经济因子.

[1] 鲁春阳,杨庆媛,田永中,等.基于主成分法的区域土地利用变化驱动力分析----以重庆市主城区为例 [J].安徽农业科学,2006,34(21)：5627-5628.(LU Chunyang,YANG Qingyuan,TIAN Yongzhong,et al.Study on the Driving Force of Land Use Based on the Primary Factor Analysis:A Case Study of the Main City Zone of Chongqing [J].Journal of Anhui Agri Sci,2006,34(21):5627-5628.)

[2] 刘彦随,陈百明.中国可持续发展问题与土地利用/覆被变化研究 [J].地理研究,2002,21(3)：324-330.(LIU Yansui,CHEN Baiming.The Study Framework of Land Use/Cover Change Based on Sustainable Development in China [J].Geographical Research,2002,21(3)：324-330.)

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(责任编辑：单 凝,王 健)

Driving-ForceFactorsofLUCCfortheJilinSectionofLiaoheRiverBasedonPrincipleAnalysis

FANG Chunsheng,MENG Ying,LIU Xiaoxi,LI Yuan,WANG Ju

(CollegeofEnvironmentandResources,JilinUniversity,Changchun130012,China)

Based on the GIS technology and remote sensing images of 2005 and 2010,the special characteristics of land-use change were revealed for the section of the Liao River.The authors analyzed the fundamental driving-force factors of land-use change and set up a multiple linear regression equation using the principle component analysis based on the software of SPSS and the social-economy statistical data.As a result,the demographic factor,socioeconomic factor,levels of industrialization and urbanization and agricultural development factor were the main factors affecting the land-use change for the Jilin section of the Liaohe River,which provided the basis and the reference for economic development of survey region.

land-use change;geographic information system (GIS);principle component analysis;driving-force factor

10.13413/j.cnki.jdxblxb.2015.03.42

2015-03-07.

房春生(1971—),男,汉族,博士,教授,从事环境规划与评价的研究,E-mail：fangcs@jlu.edu.cn.通信作者:王 菊(1971—),女,汉族,博士，副教授,从事环境管理的研究,E-mail：wangju@jlu.edu.cn.

国家“十二五”科技重大专项基金(批准号:2012ZX07208).

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：1671-5489(2015)03-0577-05