基于主成分分析的日照市土地利用变化驱动力分析

雷士芬，张全景*，柳博会，吕 晓

（1. 曲阜师范大学地理与旅游学院，山东∙日照 276826；2. 住房和城乡建设部住宅产业化促进中心，北京 100835）

基于主成分分析的日照市土地利用变化驱动力分析

雷士芬1，张全景1*，柳博会2，吕 晓1

（1. 曲阜师范大学地理与旅游学院，山东∙日照 276826；2. 住房和城乡建设部住宅产业化促进中心，北京 100835）

基于2003～2012年山东日照市土地利用变更数据，从土地利用变化幅度、速度、强度及综合度等方面分析该市土地利用变化情况。选取22个经济社会指标进行主成分分析，结果表明，经济社会发展因素、人口因素及土地政策等是影响土地利用变化的主要驱动因子。研究结果可为日照市编制土地利用总体规划及优化调整土地利用结构提供借鉴。

土地利用；变化驱动力；主成分分析

土地利用覆被变化研究是目前全球变化研究的重要组成部分，而土地利用动态变化及驱动力研究则是其热点之一[1]。近年来，随着社会经济的快速发展、城市化进程的不断加快以及城市土地的不断扩张，区域土地利用变化备受人们关注，很多学者对土地利用变化的驱动力进行了大量研究[2～4]。

但由于各地土地利用变化的影响因素不同，土地利用变化在不同区域呈现不同特点[5～7]。近年来，日照市紧抓半岛蓝色经济区规划全面实施的发展机遇，社会经济发展迅速，城市化进程不断加快，土地利用问题逐渐显现，如：土地利用结构不合理、土地资源浪费等，这些问题严重制约了日照市经济社会的可持续发展。因此，分析研究日照市的土地利用变化驱动力，可以为日照市政府制定土地利用总体规划及优化调整土地利用结构提供科学依据，更好地促进日照市经济、社会、生态等方面的协调发展。

1 研究区概况

日照市位于东经118˚25'～119˚39'、北纬35˚04'～36˚04'，地处山东半岛南翼，东临黄海，与日本、韩国隔海相望，北邻青岛、潍坊，南接江苏连云港，西接临沂市。该市山地面积占19.7%、丘陵为52.9%、平原19.9%、水域7.5%，地势中部高四周低，略向东南倾斜，且由西北向东南形成了丘陵、平原、低山丘陵、海滨平原相间分布，土壤多为水稻土，肥力较高，为日照市发展多种农业经营方式提供了良好条件。属暖温带湿润季风区大陆性气候，四季分明，雨热同期，年平均气温13.2℃，1月均温-1.0℃，8月均温25.4℃，全市年平均降水量840.3mm。日照时间和无霜期较长，为农作物提供了良好的生长条件。

日照市现辖2区2县（东港区、岚山区、五莲县、莒县）。2012年年末全市户籍总人口288.1万人，非农业人口103.22万人，年末人口城镇化率达到49.84%，比2011年提高了1.95个百分点，城镇化水平进一步提高，建设用地的需求量较为旺盛；全市2012年实现总产值1352.57亿元，一二三产业增加值比例由上年的9.2:54.4:36.4调整为8.7:53.5:37.8，产业结构得到持续优化。

2 数据来源及研究方法

2.1 数据来源

本文研究所涉及的基础数据来源如下：（1）经济、社会数据：采用2003～2012年日照市统计年鉴和日照市国民经济和社会发展统计公报；（2）土地数据：采用日照市2003～2008年、2010～2012年土地利用变更调查数据、2009年第二次土地利用现状调查数据。

2.2 研究方法

影响土地利用变化的因素错综复杂，在分析土地利用变化的驱动因子作用时，选择的因素需细致全面，但指标过多会增加分析问题的难度和复杂性[8]。一般情况下，多变量间具有一定的相关性，主成分分析可将多个变量（指标）简化为少数几个综合变量（指标），并保留原来多变量的大部分信息，是综合处理多变量相关性关系的一种有效方法[9]。因此，本文主要采用主成分分析方法分析影响日照市土地利用变化的驱动因子。

3 土地利用变化分析

3.1 土地利用变化幅度分析

*01659)通讯作者: 张全景(博士/教授): zhqj9988@aliyun.com

土地利用变化幅度是指土地利用类型在面积方面的变化幅度，它反映了不同土地类型在总量上的变化，通过分析各种土地利用类型变化的幅度可以得出土地利用变化的

总态势，这样可以更方便地研究和分析土地利用结构的变化[10,11]。为研究不同土地利用类型面积在时间上的变化，对日照市的土地利用变化幅度进行分析，本文采用的是土地利用变化幅度指数，以此反映日照市土地利用变化的总态势及土地利用结构变化的信息，其表达式为：

式中，Δv表示研究区域的土地利用变化幅度，va、vb分别表示研究地区初期及研究末期某种土地利用类型的面积。通过对日照市2003～2012年的土地利用变更数据的计算，得出在此期间日照市土地利用变化幅度（表1）。

表1 2003～2012年日照市土地利用变化幅度和动态度Table 1 The change rate and dynamic degree of land use in Rizhao city from 2003 to 2012

由表1可知，日照市土地利用变化幅度主要具有以下特征：

（1）其他农用地的增幅最大，为98.05%，表明农村道路、农田水利用地、田坎等土地利用类型面积增多，反映日照市农业基础设施逐年完善；居民点及工矿用地的增幅次之，为21.28%，意味着日照市近十年来城市化进程的加快，城市居民的增多及工矿用地的建设增多。

（2）交通运输用地、耕地增幅分别为9.22%、4.76%，呈缓慢增长趋势。交通运输用地数量的增加，表明日照市在城市建设过程中注重交通运输的建设，其快速发展的经济离不开基础交通设施。

（3）林地、未利用地呈减少趋势，减幅分别为4.8%、3.29%。由于社会经济的发展，建设用地大量占用耕地及其他农用地等现象频发，导致用地矛盾增加，而未利用地则在一定程度缓解了这种矛盾，因此日照市未利用地数量减少。但对未利用地的利用也要有个限度，以不破坏当地的生态环境为准绳，未利用地是一地区的土地后备资源，是解决未来用地矛盾的有效途径之一。林地是日照市重要的土地利用类型，在日照市发展旅游业及生态农业时，发挥着重要的作用，因此，在未来的土地利用中，要增加林地的数量，保持良好的生态环境。

（4）园地、水利设施用地减少幅度较大，分别为55.09%、23.04%。园地数量减少，意味着园地转化为了另外的土地利用类型——耕地，日照市应在保有园地数量的基础上，提高其质量，建立特色桑园、茶园，大力发展园林经济，提高其经济效益。水利设施用地的减少，表明日照市的经济增长及人民的生活方式发生了改变，并不仅仅单纯依靠渔业等产业，而是多方面的经营；同时也说明水利设施用地的利用效率得到了提高，随着科学技术的发展，水利设施实现了少量占地、最大供水的效果。

3.2 土地利用变化的速度分析

利用土地利用动态度对土地利用变化速度进行分析，土地利用动态度对土地利用变化趋势具有积极的预测作用。土地利用动态度又可以细分为单一土地利用动态度和综合土地利用动态度[12]。本文采用单一土地利用动态度对日照市的土地利用变化速度进行分析，它可以反映日照市在一定时间和空间上各土地利用类型在数量上的变化状况。其表达式为：

式中，K为一定时段内某一种土地利用类型的变化率；Ua为某一时段开始时该土地利用类型的面积，Ub为某一时段结束时该土地利用类型的面积；T为时段，若T的单位为年，则该模型表示某一地区该类土地利用类型的年变化率。通过对日照市2003～2012年的土地利用变更数据的计算，得出在此期间日照市土地利用变化率（表1）。

由表1可知，研究期间日照市各土地利用类型的动态度变化依次为：其他农用地（10.89%）、居民点及工矿用地（2.36%）、交通运输用地（1.02%）、耕地（0.53%）、未利用地（-0.37%）、林地（-0.53%）、水利设施用地（-2.56%）、园地（-6.12%）。整体看来，建设用地的数量呈增加趋势，属于增加型；农用地及未利用地的数量则呈下降趋势，属减少型。

3.3 土地利用变化强度分析

土地利用变化强度的大小可以反映人类活动对土地覆被的干预程度，土地利用变化强度是指在某一区域内某种土地利用类型由t0到t1时期发生的改变。其表达式为[12]：

式中，vi为该区域内i类土地类型的利用变化强度，Uit0、Uit1分别为研究初期、研究末期第i类的土地利用类型的面积，S为该区域的总面积，T为研究初期至研究末期的间隔时间。通过对日照市2003年到2012年的土地利用变更数据的计算，得出在此期间日照市的土地利用变化强度，见图1。

图1 2003～2012年日照市土地利用变化强度Fig.1 Intensity of land use change in Rizhao city from 2003 to 2012

由图1可知，耕地的变化强度最大，其变化区间的变化强度为23个百分点；园地、其他农用地次之，林地各变化区间的变化强度最小。2007～2008年及2009～2010年耕地的变化强度均为负数，表明日照市耕地的数量在此期间内减少；2007～2008年及2009～2010年园地的变化强度为正数，表明日照市园地的数量在此期间内增加；其他各土地利用类型的变化区间的变化强度较为平缓。

3.4 土地利用程度变化分析

根据刘纪元等人提出的土地利用程度分级标准[13,14]，将土地利用程度按照土地自然综合体在社会因素影响下的自然平衡状态分为若干级，并赋予分级指数，从而给出土地利用程度综合指数的定量化表达式[15]：

式中，La为某一研究区域的土地利用程度综合指数、Ai为某一研究区域第i级土地利用程度分级指数、Ci为某一研究区域第i级土地利用程度分级面积百分比、n为土地利用程度分级数。

根据土地利用程度分级赋值（表2），可以对土地利用程度进行定量化研究。一个特定范围内土地利用程度的变化是多种土地利用类型变化的结果，土地利用程度及其变化量和变化率可定量地揭示该范围土地利用的综合水平和变化趋势。土地利用程度变化量[16]及土地利用程度变化率R可表达为：

式中，La、Lb分别为某区域在时间a和时间b的土地利用程度综合指数；Ai为第i级的土地程度分级指数；Cia、Cib分别为时间a和时间b某区域的第i级土地利用程度的面积百分比。若ΔLb-a＞0，或R＞0，则表明该区域的土地利用处于发展期，反之，则表明该区域的土地利用处于调整时期或衰退时期。

表2 土地利用程度分级赋值Table 2 The classification of land use types

计算结果显示，日照市的土地利用程度综合指数由2003年的285.8408上升到2012年的313.5080，表明土地利用程度水平整体较高；土地利用程度变化量为27.6672，土地利用程度变化率为0.0968，均大于0，表明日照市的土地利用处于发展阶段。

4 土地利用变化驱动力分析

4.1 指标选取

影响土地利用变化的因素一般有两大类：自然因素、社会因素，而在一定时期内，自然因素是相对稳定的，因此本文只考虑社会因素对土地利用变化的影响。根据日照市2003～2012年统计年鉴，本文选取了22个分析因子：X1—GDP（亿元）、X2—人均GDP（元）、X3—第一产业总产值（亿元）、X4—第二产业总产值（亿元）、X5—林业总产值（万元）、X6—农业总产值（万元）、X7—工业总产值（万元）、X8—固定资产投资（亿元）、X9—交通货运量（万吨）、X10—社会消费品零售总额（亿元）、X11—进出口总额（亿美元）、X12—进出境总人数（万人次）、X13—旅游业外汇收入（万美元）、X14—财政收入（亿元）、X15—财政支出（亿元）、X16—年末总人口（万人）、X17—非农业人口（万人）、X18—农业人口（万人）、X19—城镇化率（%）、X20—城镇居民人均可支配收（元）、X21—农民人均纯收入（元）、X22—建成区面积（km2）。

4.2 主成分分析

由于所选取的指标的计量单位不同，原始的数据无法建立统一的模型，因此需要对原始数据进行标准化处理。本文运用SPSS16.0软件中的标准差标准化方法，即每一变量值与其平均值之差除以该变量的标准差，对数据进行标准化处理；然后计算出各相关系数矩阵，并对相关系数矩阵进行KMO检验。运用主成分分析方法得出各指标特征值及主成分贡献率、累计贡献率、主成分载荷矩阵（表3）。

表3 主成分载荷矩阵Table 3 Component matrix

分析结果表明，影响日照市土地利用结构变化的驱动力：（1）第一主成分的特征值为19.30、贡献率87.73%、累计贡献率87.73%，说明日照市土地利用结构的变化与社会经济发展密切相关；（2）第二主成分的特征值为1.35、贡献率6.14%、累计贡献率93.87%，说明人口的变化也是影响日照市土地利用结构变化的一个重要因素。因此，影响日照市的主要驱动力因子为：经济社会发展、人口的变化，同时，不同的土地政策对某一区域的土地利用也有重要的影响作用。

4.3 驱动力分析

（1）经济社会发展

近年来，日照市经济发展迅速，城市化进程加快，

2003至2012年，GDP由311.67万元上升到1352.57，年均增长115.66%；社会消费品零售总额由88.91亿元上升到420.1亿元，年均增长36.80%；进出口总额由12.91亿美元上升到252.5亿美元，年均增长26.62%。同期，建设用地面积增加了9451.08hm2，随着经济的迅速发展，建设用地呈现出扩张的趋势[17,18]，日照市作为正在发展中的新兴城市，经济社会的发展是土地利用结构变化的重要影响因素。

（2）人口变化

人类是土地利用活动的主体，而土地利用类型就是人类各种活动的结果，因此，人口变化是土地利用变化的重要影响因子。人口的变化主要表现为人口增长，人口的增加会造成对不同土地利用类型的不同需求，如对建设用地的需求增多，对农用地的需求减小。2003至2012年，日照市年末总人口由278.48万人增加到288.10万人，增加了9.62万人，其中，非农业人口由71.51万人增加到103.22万人，增加了31.71万人；进出境总人数由395.54万人增加到2824.5万人，增加了2428.96万人，增加了近7倍。人口的增加势必会引起对居民点及工矿用地、交通用地等需求的增加，与此同时，进出境总人数的迅速增加也会引起对基础的配套设施的需求增加。

（3）土地政策

为缓和日趋尖锐的人地关系，国家颁布了一系列土地政策，对土地进行宏观的调控与管理。作为一种有效的平衡人地矛盾的手段，日照市根据《山东省土地利用总体规划（2006～2020年）》及自身土地利用中存在的问题制定了《日照市土地利用总体规划（2006～2020年）》。土地利用规划对土地利用进行宏观管理，调节各类用地的供给和需求，控制各类用地的规模，调整其比例结构和空间布局，协调各类用地之间的矛盾，以提高土地利用的经济效益、社会效益和生态效益[19]。

5 结论

经研究发现日照市土地处于较高的利用水平，且处于发展阶段，未来几年仍将处于发展阶段。但2003～2012年日照市土地利用发生了很大的变化，主要体现在：变化结构上，其他农用地及园地变化幅度较大，分别为98.05%、-55.09%；居民点及工矿用地、交通运输用地增幅分别为21.28%、9.22%；耕地、未利用地变幅较小，分别为4.76%、-3.29%。同时，在研究期间，日照市各土地利用类型的动态度整体看来是建设用地数量呈不断增加的趋势，而农用地及未利用地的数量则呈逐年下降的趋势。

分析表明，引起日照市土地利用变化的驱动因子主要为：经济社会的发展、人口的变化、土地政策等。因此，在未来的发展中，日照市需要控制人口数量、提高人口素质，加强耕地和基本农田保护，保护和合理利用土地资源，实施土地用途管制，农用地特别是要保护耕地，强化重点区域的保护，建立和完善保护新机制[20]；转变经济增长方式、优化产业结构，严格控制建设用地规模，挖掘现有建设用地的内涵，提高建设用地利用率，协调经济发展与土地的关系，实现土地利用与经济社会的可持续发展，从而建设一个“富裕、文明、平安、生态”的日照。

由于本文收集资料的有限性，研究时段仅为10年，且没有对日照市各区县进行详细的土地利用区域差异分析；且由于缺乏相关的土地利用图件，无法对日照市土地利用的空间变化进行分析。今后应加强这些方面的研究，以更好地发现日照市土地利用中存在的问题并提出有效的解决办法。

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Principal component analysis of driving forces behind land-use change in Rizhao city of Shandong province

LEI Shi-Fen1, ZHANG Quan-Jing1, LIU Bo-Hui2, LÜ Xiao1
(1. College of Geography and Tourism, Qufu Normal University, Shandong Rizhao 276826, China; 2. Center of Residential Industrialization Promotion, Ministry of Housing and Urban-Rural Development, Beijing 100835, China)

This study uses data from the city of Rizhao to analyze the range, speed, and intensity of land-use change between 2003 and 2012. A total of 22 socioeconomic indicators are used to identify factors that drive land-use change in Rizhao City. Statistical analysis using SPSS16.0 shows that the key factors include economic and social development, population change, and land policy. The paper offers suggestions for the Rizhao City government for better land use planning, land protection policy, and land use structure optimization.

land use; change driving forces; principal component analysis

F293.22

A

2095-1329(2015)02-0046-05

2014-11-21

2015-03-14

雷士芬(1988-),女,硕士生,主要研究方向为土地利用规划与管理.

电子邮箱: qfleishifen@163.com

联系电话: 0633-3981796

山东省软科学研究计划项目(2014RKB

10.3969/j.issn.2095-1329.2015.02.011