1995—2014年大通县土地利用变化及驱动因素分析

戴怡晓，蒋贵彦

(青海民族大学 公共管理学院,西宁 810007)

1995—2014年大通县土地利用变化及驱动因素分析

戴怡晓，蒋贵彦

(青海民族大学 公共管理学院,西宁 810007)

基于大通县1995—2014年社会经济数据，通过SPSS等软件，运用土地利用变化模型、主成分分析法及典型相关分析法等技术与方法，系统分析了1995—2001年、2001—2005年、2005—2010年、2010—2014年不同时段大通县土地利用变化的特征，并对土地利用变化的驱动因素进行探讨。结果表明：大通县主要地类为耕地、林地、草地，期间草地、耕地、建设用地、水域面积有所减少，林地、未利用地面积有所增加；与其他几种地类相比，耕地的变化量和变化率较为平稳，土地利用动态度变动最大的是未利用地，其次是水域，再次是建设用地；2010—2014年间除林地外，各土地类型动态度都呈减少趋势，减少速度最快的为水域，减少速度最慢的为耕地；土地利用程度呈现波浪形发展趋势；土地利用变化主要受社会经济因素影响，自然因素和政策因素也是大通县土地利用变化的驱动因素。

土地利用变化；驱动因素；大通县

土地利用/覆被变化(land use/cover change,简称LUCC)与全球系统的多个方面有着密切联系，其中包括对生态环境的影响和社会经济发展的影响。自1995年国际地学与生物圈研究计划(IGBP)与全球环境变化人文计划(HDP)联合提出“土地利用/土地覆被变化”研究计划以来，土地利用/覆被变化一直是全球变化研究的热点问题[1]。客观地把握驱动土地利用变化规律、了解土地利用变化特征,是区域可持续发展的重要决策基础[2]。目前，土地利用/覆被变化的特征、驱动力及趋势预测等方面已有了一系列的研究成果[3-10]。但土地利用变化的模式由于学者研究的角度不同而建立了许多模型，包括土地利用、土地覆盖类型的数量、土地利用度、土地利用程度区域变化模型及土地利用动态度指数的定量化。研究区域从大城市周边地区及经济快速发展的热点地区到中小城市再到生态环境脆弱区皆有所涉及，但无论是方法、数据还是研究区域皆存在薄弱之处。

大通县自然地理条件特殊，拥有十分重要的生态区位，在国家生态环境建设总体布局中属于“黄土高原丘陵沟壑地区”，生态环境脆弱，是国家生态环境建设的重点地区[11]，其经济发展水平在青海省仅次于西宁市。随着城镇化和工业化进程的加速，大通县经济水平快速提高，工业用地需求增加，区域内土地利用类型大量转换，土地资源供需矛盾日益加剧，对土地利用结构、方式和效率都有了更高的要求，对大通县整体社会经济环境和生态安全格局都产生了巨大压力。本文基于大通县1995—2014年社会经济数据，运用土地利用变化模型、主成分分析法及典型相关分析法，结合TM影像，分析大通县1995—2014年土地利用变化特征及其驱动因素，揭示土地利用演变规律，为大通县土地资源可持续利用提供参考。

一、研究区概况及数据来源

研究区位于100°51′-101°56′E，36°43′-37°23′N，是青海省西宁市下辖县。大通县位于青海省东部河湟谷地，青藏高原和黄土高原过渡地带，海拔2 280～4 622米,县境东西最长95千米，南北最宽85千米，县域轮廓呈桑叶状。该区域地属高原大陆性气候，具有光照充足、雨热同季、寒季长、雨量少的气候特点。

本次研究使用资料的起止时间为1995—2014年，其社会经济数据主要来源于《青海省国民经济和社会发展统计年鉴》(1995—2014年)，研究报告、相关文献等官方统计资料及1995—2014年大通县土地利用变更调查数据等。参考数据主要包括：青海省测绘局发布的1∶280 000大通县地图;青海1∶250 000数字化地图;以1995、2001、2005、2010、2014年处于植被生长期TM影像为数据源，经过影像校正，人机交互解译，实地定点校对的土地利用覆被图等。

二、研究方法

(一)土地利用变化定量分析方法

1．土地利用变化幅度

区域土地利用的空间变化和时间变化可以通过各个土地利用类型的面积变化直接反映出来，进而分析土地利用变化总的态势及土地利用结构变化。土地利用变化幅度反映了不同类型土地在面积总量上的变化[12]，其表达式为

式中:RL为研究期内某一类型土地利用的变化幅度;Ua为研究初期某一类型土地利用面积;Ub为研究末期某一类型土地利用面积。

2．单一土地利用类型变化动态度

单一土地利用类型动态度是用来表达某一区域一定时间范围内的某种土地利用类型的数量变化情况，其表达式为[13]

式中:R为研究区域某一时段内某一土地利用类型动态度；Ua和Ub分别为研究初期与末期某一种土地利用类型的数量；T为研究时段长度；当T的单位设定为年时，K表示研究区某种土地利用类型年变化率。

3.土地利用程度

土地利用程度一方面可以反映自然和人文因素对土地系统影响的广度和深度，另一方面也可以反映驱动因素对土地利用变化的综合效应[14]。根据刘纪远[15]提出的按照社会因素对土地自然综合体的影响,将土地利用程度的自然平衡状态分为4级，并分别赋予分级指数，即可以对土地利用程度综合指数、变化量及变化率进行计算。本文根据研究区实际情况将土地利用类型划分为耕地、林地、草地、建设用地、水域、未利用地等，(因园地所占面积极小，故将其合并为林地中)。在进行理论研究和实际观测的基础上，本文对研究区进行的土地利用强度分级赋值如表1所示。

表1 大通县土地利用程度分级指数

土地利用程度综合指数、变化量及变化率计算公式为

式中:Lj为研究区土地利用程度综合指数，Lb-a与R分别为土地利用程度变化量和变化率，La与Lb分别为研究初期和研究末期在研究区内土地利用程度综合指数，Ai为第i级土地利用程度的分级指数，Ci为第i级土地利用程度面积百分比，n为研究区土地利用程度分级层数，Cia和Cib分别为研究初期和研究末期在研究区内土地利用程度面积百分比。

由公式可知，若Lb-a>0或R>0，则研究区的土地利用处于发展期，反之则处于调整期或衰退期。

(二)土地利用变化驱动力分析方法

本研究主要运用主成分分析和典型相关分析方法对研究区土地利用变化的驱动力进行定量研究，筛选出11种指标在SPSS中进行数据标准化处理并进行主成分分析，再选取对主成分贡献率较大的指标作为驱动因子来进行典型相关分析。

三、土地利用变化结果与分析

(一)土地利用数量变化

1.土地利用数量变化幅度特征

1995年、2001年、2005年、2010年和2014年研究区土地利用变化情况如表2所示。

根据表2分析结果显示： 1995—2014年间，研究区居前3位的土地利用类型均是耕地、林地、草地，3种地类总面积在研究期所占比例均达到80%以上。

表2 大通县1995—2014年土地利用变化

续表2 大通县1995—2014年土地利用变化

(1)草地面积在1995年、2001年与2010年居于首位，在1995年时面积达到最大值154 641.9公顷，随后在1995—2005年面积逐年下降，在2010年面积有所回升，而到2014年面积迅速下降，减少49 824公顷，减少幅度为36.15%。总体来看，草地面积在研究期呈下降趋势,减少面积11 053公顷，减少幅度43.11%。

(2)耕地面积变化趋势在1995—2005年期间总体较为平稳，呈现逐年下降的特点，从1995年的最大值65 675.57公顷下降到2014年的最小值54 622.57公顷，减少面积11 053公顷，减少幅度16.83%。2001—2005年耕地面积减少幅度为7.9%,小于1995—2001年耕地面积减少幅度10.05%。同样，2010—2014年耕地面积减少幅度为1.8%，小于2001—2005年耕地面积减少幅度。城市化水平不断提高导致了耕地面积逐年减少，而相关耕地保护政策的贯彻实施又放缓了耕地面积减少的步伐。

(3)林地面积在研究期波动较大，在1995—2001年与2005—2010年间持续减少，在2001—2005年与2010—2014年间面积又呈现出大幅度增加的趋势，研究期总计增加72 647.61公顷，增加幅度110.59%。

(4)水域面积和建设用地面积分别从1995年的2 380.44、12 423.63公顷减少到2014年的2 150.91、11 802.77公顷，减少面积分别为-229.53和-620.86公顷，减少幅度分别为9.64%和5%，变化不显著。

(5)未利用地面积经历了先增加后减少的变化，主要原因由研究区在社会经济发展与环境保护之间寻求平衡所导致。研究期总计增加11 328.79公顷，增加幅度116.23%。

总体而言，1995—2014年的社会经济发展和区域环境保护的共同作用使研究区的土地利用结构发生了较大变化，主要表现在林地、未利用地面积的波动性增加，草地面积的大幅度减少，耕地面积的平稳减少，水域与建设用地在总量和变化幅度上都变化不明显(图1)。

图1 大通县土地利用变化

2.土地利用动态度

根据表3分析结果显示：1995—2014年间，研究区未利用地土地利用动态度在多数年份居于首位，变动较大。耕地与草地土地利用动态度多为负值，与前述耕地与草地面积持续减少一致。建设用地土地利用动态度在2001—2005年为最大值，但在其他年份均为负值，反映出研究区生态环境对社会经济发展的制约。2010—2014年间，除林地外，各土地类型动态度都呈减少趋势，水域的减少速度最快，耕地的减少速度最慢。

表3 大通县1995—2014年土地利用动态度

(二)土地利用程度变化

表4显示：研究期研究区土地利用程度综合指数呈波动性变化趋势，由1995年的225.96减少到2001年的208.96，再由2005年的226.17减少到2010年的218.03，在2010—2014年间呈平稳趋势。土地利用程度变化量和变化率在1995—2001年和2006—2010年间呈负值，由上述可知未利用地面积在此期间大幅度增长，建设用地面积出现一定幅度的减少，而在2001—2005年和2010—2014年土地利用程度变化量和变化率又回升至正值，说明研究区土地利用在前两个时段内处于调整期，在后两个时段处于发展期。

表4 土地利用程度综合指数、变化量和变化率

四、土地利用变化的驱动因素分析

通过对研究区土地利用数量变化和程度变化的研究，揭示了该区土地利用变化的基本变化状况及变化程度。由于自然因素对土地利用变化的影响需长期的累积，社会经济因素是导致研究区土地利用变化的主要原因，本研究选取总人口(X1)、人口密度(X2)、非农业人口比值(X3)、GDP(X4)、第一产业比重(X5)、第二产业比重(X6)、农作物总播种面积(X7)、农作物总产量(X8)、地均GDP(X9)、地方财政收入(X10)、农民居民人均可支配收入(X11)11类指标进行数据标准化处理，对研究区进行主成分分析，并基于1995—2001年、2002—2005年、2006—2010年、2011—2014年分别以地类面积变化量为因变量Y，以社会经济指标变化量为自变量X，在SPSS软件支持下，对土地利用变化进行驱动因素典型相关分析。

(一)主成分分析

通过分析各成分特征值及其贡献率可知，第1主成分的贡献率为68.41%，第2主成分的贡献率为20.21%，第3主成分的贡献率为10.56%，前3个主成分贡献率之和为99.18%>85%,说明前3个主成分的内容包含了所选指标的绝大部分信息，可以用这3个主成分来代替原有指标。通过相关系数分析(表5)可以选取出对主成分贡献率较大的总人口(X1)、人口密度(X2)、GDP(X4)、第二产业比重(X6)、地均GDP(X9)、农作物总播种面积(X7)、农作物总产量(X8)来进行下文的典型性相关分析。

表5 成分矩阵

(二)典型相关分析

基于上述主成分分析结果，将1995—2014年耕地、林地、草地、建设用地、水域、未利用地面积变化量设为因变量，1995—2014年社会经济指标中的人口密度、GDP、地均GDP、第二产业比重、农作物总播种面积、农作物总产量、总人口的变化量设为土地利用变化驱动因子，来进行土地利用变化驱动因素典型相关分析。典型载荷能体现出2个变量组X和Y之间的相关程度，并可通过将每一个变量从其余变量中逐步分离来分析土地利用格局变化的主要驱动因素。经典型相关系数检验和冗余度分析，No.2、No.3、No.4、No.5典型变量的典型相关系数均大于0.8，相关性显著，能被社会经济因素解释的比例较高。

表6 土地利用结构及驱动因素的典型载荷

西方土地经济学认为，土地需求是一种引致需求，即社会对土地需求的结构变动与量的扩张(收缩)都是与国民收入、社会消费水平与结构演进相联系的，后者的变化引起前者的跟进和响应，在数量与内在联系上客观地成为后者的函数[16]。表6显示：第1个典型变量解释的水域增加量和第6个变量解释的林地减少量它们均与社会经济因素相关量较小。第2个典型变量将草地减少量从其他地类中分离出来，与其相对应的解释变量主要是人口密度。由此可知，草地面积变化主要受区域人口密度的影响，且人口密度与草地面积呈负相关。第3个典型变量将耕地减少量从其他地类中分离出来，与其相对应的解释变量主要是第二产业比重。由此可知，耕地面积变化主要受产业结构的影响，且耕地面积与第二产业比重呈负相关。第4个典型变量将建设用地减少量从其他地类中分离出来，与其相对应的解释变量主要是人口密度和总人口，且建设用地面积与总人口和人口密度呈正相关。第5个典型变量将未利用地增加量从其他地类中分离出来，与其相对应的解释变量主要是GDP和地均GDP。由此可知未利用地面积变化主要受经济总量和区域面积影响，且未利用地面积与GDP和地均GDP呈负相关。

五、结 语

(1)1995—2014年，大通县土地利用类型以耕地、林地、草地为主，研究期三种土地类型面积占总面积80%以上。研究期草地、耕地、建设用地、水域面积均有所减少，林地、未利用地面积有所增加，水域面积最小，林地面积最大且在研究期变动面积较大。与其他几种地类相比，耕地的变化量和变化率在研究期较为平稳，这与国家的耕地保护政策有密切联系。研究区土地利用动态度变动最大的是未利用地，其次是水域面积，再次是建设用地。近几年除林地外，各土地类型动态度都呈减少趋势，减少速度最快的为水域，减少速度最慢的为耕地。土地利用程度在研究期呈现波浪形发展趋势，土地利用程度变化量和变化率在1995—2001年和2005—2010年间呈负值，而在2001—2005年和2010—2014年又回升至正值。

(2)人口密度的增加、社会经济的发展、产业结构的调整、农作物种植等社会经济活动是大通县在1995—2014年间土地利用类型转换的主要驱动因素。人口密度与草地面积变化有密切关系，相关性为负相关；耕地面积变化主要受产业结构的影响，与第二产业比重呈负相关；建设用地面积变化主要受人口密度和总人口影响，相关性为正相关；影响未利用地面积变化的主要因素是地区经济水平和区域面积，未利用地面积与GDP和地均GDP呈负相关。水域面积变化量和林地面积变化量与大通县社会经济指标关系较小，其变化主要受自然因素和相关政策如退耕还林等的影响。

(3)研究区位于青藏高原和黄土高原过渡地带，具有生态环境脆弱的区域特征，而随着城镇化水平的不断提高，研究期第二产业所占比重日益增大，土地利用供需矛盾加剧，在眼下与将来都给区域生态安全和社会经济需求带来了巨大压力。地方土地资源的开发利用努力在社会经济发展和环境保护之间寻求平衡，导致了土地利用程度在研究期呈现波浪形发展趋势。区域的可持续发展应处理好城镇化建设与耕地、环境保护之间的关系，从控制监管土地利用类型转换主要驱动因素着手，寻求既满足社会经济需求又满足土地生态功能要求的土地利用结构。

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[责任编辑 位雪燕]

Land Use Changes and Driving Forces in Datong County from 1995 to 2014

DAI Yixiao, JIANG Guiyan

(SchoolofPublicAdministration,QinghaiNationalitiesUniversity,Xi’ning810007,Qinghai,China)

Based on socio-economic data from 1995 to 2014 in Datong county, employing SPSS, we studied characteristics of land use changes in Datong county during the four different periods: 1995—2001, 2001—2005, 2005—2010, 2010—2014 with such methods as change models of land use, principal component analysis and typical correlation analysis, and explored the driving factors of land use change as well. The results show that: during the past 20 years, the main land use types in Datong county were cultivated land, forest land and grass land, however, the area of grass land, cultivated land, construction land and water area have decreased while the area of forest land and unused land have increased; the amount and rate of cultivated land change was relatively stable while unused land showed the maximum change in land use dynamic index, followed by water area and construction land; during the period of 2010—2014, dynamic degree of every land use type has decreased except forest land, with water area showing the fastest reducing speed and cultivated land the slowest; the land use degree showed a wavy trend in the past 20 years; the main influencing factors are socio-economic factor, and natural factor and policy factor are the driving factors.

land use change; driving factors; Datong county

2016-06-05

青海民族大学理工自然科学项目(2015XJZ23)。

戴怡晓(1993—)，女，安徽阜阳人，硕士生，主要从事土地规划与利用研究。 E-mail：five125206@126.com

10.16698/j.hpu(social.sciences).1673-9779.2016.04.008

C935

A

1673-9779(2016)04-0001-07

戴怡晓，蒋贵彦.1995—2014年大通县土地利用变化及驱动因素分析[J].2016，17(4):438-444.