富源县林地属性变更趋势及其驱动因素分析

刘文辉，吴文君

(1.富源县林业和草原局，云南 富源 655500；2.中国林业科学研究院资源昆虫研究所，云南 昆明 650224)

林地是森林生存和发展的根基，是动植物栖息繁衍的重要场所。保护林地是维持生物多样性、保护森林生态可持续的重要基础[1]。林地变更调查是林业生态可持续建设的基础工作，是以县级行政区为基本调查单位，在前期林地“一张图”基础上，按年度开展林地范围、林地保护利用状况、林地管理属性等林地变化情况的调查分析[2-4]。林地变更调查能够及时有效地掌握林地资源现状及变化特点，更新林地档案信息，保持林地数据库的准确性、时效性及实用性，更新林地“一张图”，为林地保护管理以及森林生态可持续提供资料依据[5-6]。林业用地、林地结构等林地因素在林区内外驱动因子的影响下随着时间推移发生着变化[7]。目前，林地资源变更研究多集中在变更结果及变化原因、调查技术方法、动态监测等方面[8-10]，关于社会经济因素影响方面的还比较少。

鉴于此，本研究以富源县为研究对象，“3S”技术为技术平台，与前期林业经营管理资料进行对比分析，辅以野外实地调查核实等技术，掌握林地保护利用现状、管理属性变更特点，并结合相关矩阵、多元回归和主成分分析定量分析引起林地属性变化的社会经济驱动因素，为森林资源的监测、管理和保护提供理论参考，满足林地资源保护管理和生态建设的需要。

1 研究区概况

富源县位于云南省曲靖东部，地处东经103°38′37″～104°49′48″、北纬25°02′30″～25°58′22″之间。东部紧邻贵州盘州市，为滇黔交通咽喉(图1)，称之为“滇黔锁钥”[11]。全县辖后所镇等9镇1乡2街道，2017年末总人口为83.38万人。其地势西北高、东南低，地形为山地、峡谷，山区占98%，海拔 1 100～2 748.9 m，属高原多山地区。属亚热带季风气候，春秋气候干燥温和，夏季降水丰沛。年均气温14.3℃，年均降水量 1 064.6 mm。土壤类型以红壤为主，其次为黄棕壤与黄壤。森林植被类型以乔木林、灌木林、乔灌混交林为主，森林覆盖率为45.5%[12]。

图1 研究区示意图

2 数据来源和研究方法

2.1 数据来源

本研究应用的研究数据包括2016、2017年林地“一张图”数据库、遥感影像数据、相关空间数据、林业经营管理资料、外业调查资料和社会经济因子数据。社会经济因子数据来自官方统计材料、规划汇报文本和统计年鉴。选取7个社会经济因子作为驱动因素分析的代表性因子，即年末总人口(X1)、第一产业总值(X2)、第二产业总值(X3)、第三产业总值(X4)、农村人口比重(X5)、固定资产投资(X6)和农村人均年收入(X7)。

2.2 研究方法

2.2.1 多元回归模型

林地面积变更往往受一个或者几个主要因素的影响，可以通过多元线性回归模型来分析其主要驱动因素。以林地面积变更为因变量，建立林地面积变更与社会经济因子之间的多元线性回归方程，确定影响林地面积变更最密切的驱动因素[7]，模型如下[13]：

Y=a0+a1X1+a2X2+…+aiXi

式中：Y为因变量；Xi为自变量；i为自变量个数。

2.2.2主成分分析

主成分分析法(Principal Component Analysis，PCA)是通过运用线性代数进行数据降维的思想，把原来多个变量转化为少数几个相互独立的综合变量(主成分)的一种统计方法。几个相互独立的综合变量保留原来多个变量大部分的信息，从而分析得出主要驱动影响因素，具体计算过程参考文献(江腾宇等，2017)[14-15]。

2.2.3驱动因素分析

以富源县林地保护利用现状、管理属性变更为研究对象，结合相关矩阵、多元回归和主成分分析，该县林地属性变化的社会经济驱动因素包括资料收集处理、核实调查、林地变更成果及驱动因素分析。

3 结果与分析

3.1 富源县林地资源现状及变更情况

3.1.1 地类现状及变更

全县土地总面积 325 100.00 hm2。其中，林地面积 168 241.56 hm2，占土地总面积的51.75%；非林地面积 156 858.44 hm2，占土地面积的48.25%。林地面积与非林地的面积较接近(图2)。

图2 各地类占林地总面积百分比Fig.2 Area percentage of each land category in the total forestland area

将2017年数据与前期资源调查数据对比分析发现，研究区内各类林地面积发生明显变化(图3)。有林地、疏林地、灌木林地、苗圃地、无立木林地、宜林地和林业辅助生产用地面积都处于净增加状态。其中，有林地面积净增量最大，为 3 299.39 hm2，林业辅助生产用地面积净增量最小(0.16 hm2)。未成林地面积出现净减少，减少最为明显(-4 318.89 hm2)。

图3 各地类面积变化面积Fig.3 Statistics of area change for land category

3.1.2林种现状及变更

该县在2017年度内进行完善国家级公益林区划工作，造成公益林地、商品林地的空间布局发生明显变化(图4)。防护林、特殊用途林、用材林、薪炭林和经济林有所净增加，且用材林净增量最大(2 259.97 hm2)，防护林和薪炭林的净增量相当，分别为474.47 hm2、488.03 hm2。未划分的林地面积出现净减少，且减少明显。

3.1.3林地保护等级现状及变更

研究区Ⅱ级保护林地面积占林地总面积的50.32%，占比最大。Ⅳ级保护林地面积占比次之(38.43%)。Ⅰ级保护林地面积占比最小(0.25%)。四类林地保护等级中，有林地的面积最大，占各保护等级林地面积的60%以上，灌木林次之(表1)。

公益林和商品林面积的变化引起林地保护等级相应的发生变化(图5)。其中，Ⅱ级、Ⅲ级保护林地面积分别净增加 1 602.63 hm2、442.48 hm2。Ⅳ级保护林地面积净减少较为明显(-2 330.83 hm2)。Ⅰ级保护林地面积无新增，且净减少最小(0.25 hm2)。

图4 各类林种面积变化Fig.4 Statistics of area change for forest species

表1 各类林地保护等级面积占比

3.1.4林地与非林地动态转移

2017年度林地变更结果中,各乡镇林地与非林地动态转移面积净增量统计见表2。其他林地包括未成林地、苗圃地、无立木林地、宜林地和林业辅助生产用地。从表2可以看出，有林地转化为非林地的面积为100.2 hm2,其他林地转化为非林地的面积为619.19 hm2。有较多的有林地和其他林地转化为非林地，疏林地和灌木林地面积有所增加。

3.2 林地变更驱动因素分析

3.2.1 林地变更相关矩阵分析

本研究以各类林地与非林地动态转移面积净增量作为因变量，选取2016—2017年社会经济因子差值作自变量。主要考虑有林地(Y2)、疏林地(Y3)、灌木林地(Y4)和其它林地(Y5)与非林地动态转移面积变更四个方面。

从表3可知，有林地与非林地动态转移面积变更(Y1)与农村人口比重(X5)呈现显著的正相关(0.831)；与农民人均年收入(X7)呈现显著的负相关(-0.644)；疏林地(Y2)、灌木林地(Y3)与非林地动态转移面积变更同年末总人口(X1)、第一产业总值(X2)、第二产业总值(X3)、第三产业总值(X4)和固定资产投资(X6)呈现显著的正相关，且分别与固定资产投资(X6)和与第二产业总值(X3)的相关系数最大。其他林地与非林地动态转移面积变更(Y4)同年末总人口(X1)、第一产业总值(X2)、第二产业总值(X3)、第三产业总值(X4)呈现显著的负相关，且与第二产业总值(X3)相关系数的绝对值最大(0.940)。

表2 各类林地与非林地动态转移面积净增量

表3 各类林地转化面积变更与社会经济因子相关矩阵

3.2.2林地变更驱动模型构建

通过逐步回归，构建各类林地资源变更面积与社会经济驱动因素之间的驱动模型。从表4可知，4个驱动模型中的R2均在0.5以上，社会经济因子在0.01水平(双侧)显著相关。农村人口比重(X5)是导致有林地变更的主要驱动力。固定资产投资(X6)是导致疏林地变更的主要驱动力。第二产业总值(X3)是导致灌木林地和其他林地变更的主要驱动力。

表4 各类林地与非林地动态转移驱动机制模型

3.2.3有林地面积变更主成分分析

有林地是林地资源的重要组成部分。本研究主要对有林地与非林地动态转移面积变更进行主成分分析。本研究选取的7个社会经济因子之间存在显著相关性。通过对7个社会经济因子的主成分分析，对其降维，并分析对有林地与非林地动态转移面积变更产生影响的主要因子(表5)。

表5 主成分特征值及贡献率

从表5来看，降维过程中，第一主成分的特征值为5.052，贡献率为72.172%，累计贡献率达到72.172%。第二主成分特征值为1.1612，贡献率为23.024%，累积贡献率已达到95.196%。表明提取前两个主成分足以解释有林地与非林地动态转移面积变更情况。

用主成分载荷矩阵(表6)数据除以主成分相对应的特征值平方根，得到两个主成分中每个指标所对应的系数：

F1=0.443X1+0.785X2+1.773X3+8.132X4-3.796X5+31.243X6+5.502X7

F2=0.024X1+0.055X2+0.195X3+0.392X4+11.206X5+4.237X6-28.619X7

表6 主成分载荷矩阵

从表6可看出，F1中系数绝对值大的有年末总人口(X1)、第一产业总值(X2)、第二产业总值(X3)、第三产业总值(X4)、固定资产投资(X6)，这5个指标变量主要反映城市发展情况；F2中系数绝对值大的有农村人口比重(X5)、农村人均年收入(X7)，这2个指标变量主要反映了农村发展情况。基于此，将F1命名为城市发展因子，F2命名为农村发展因子。

在此基础上，选取主成分F1、F2作为自变量，有林地变更面积为因变量，数据标准化后进行多元回归，建立有林地变更面积与主成分之间的驱动机制模型。有林地与非林地动态转移面积变更模型为Y1=266.339-0.03F1+0.004F2。模型的R2=0.571，大于0.5。从该模型中可以看出，有林地与非林地动态转移面积变更与城市发展因子成反比，与农村发展因子成正比。

4 结论与讨论

4.1 结论

本研究以富源县为例，在掌握林地面积变更成果的同时，分析引起各类林地与非林地动态转移面积变更的主要驱动因素，结果如下：

1)各地类：有林地面积占到林地总面积的66.488%，占比最大，且其净增量也最明显(3 299.39 hm2)。疏林地、灌木林地面积有所增加，苗圃地、无立木林地面积有所减少。各林种：防护林面积占比最大(44.13%)；用材林面积占比次之(31.46%)，且其净增量最大(2 259.97 hm2)；特殊用途林和薪炭林面积占比低于0.5%。各保护等级：Ⅱ级保护林地面积占比最大(50.32%)；Ⅰ级面积占比最小(0.25%)，Ⅱ级、Ⅲ级保护林地面积增加明显。

2)林地与非林地动态转移：有林地转化为非林地的面积为100.2 hm2，其他林地转化为非林地的面积为619.19 hm2；有较多的有林地和其他林地转化为非林地，疏林地和灌木林地面积有所增加。

3)驱动因素分析：农村人口比重(X5)是导致有林地变更的主要驱动因素。固定资产投资(X6)是导致疏林地变更的主要驱动因素。第二产业总值(X3)是导致灌木林地(Y3)和其他林地变更(Y4)的主要驱动因素。有林地与非林地动态转移林地面积变更包含两个主成分的驱动机制模型Y1=266.339-0.03F1+0.004F2。有林地面积变更同城市发展(F1)成反比关系，同农村发展(F2)成正比。

4)富源县有林地面积增加较明显，未成林地明显减少，公益林面积出现净增加，公益林得到有效保护，防护林面积占比达到40%以上，未划分林地面积明显减少，用材林面积增加，说明在保护森林生态的同时，林地资源质量得到一定的改善。总之，富源县森林发展持续向好，主要受农村人口转移和农村发展因子良性驱动。

4.2 讨论及建议

本研究掌握了富源县林地资源现状及面积变更情况，并分析出影响林地面积变更的主要驱动因素。能够引起林地资源面积变更的因素有很多，由于分析林地面积变更的时间跨度较小，本研究选取7个社会经济因子对林地变更的驱动机制进行分析。选取的这些因子存在着共线性，在驱动机制分析过程中采用逐步回归方法避免自变量共线性带来的误差[9]。

针对该县林地资源变更特征趋势提出几点建议：(1)相关部门仍需加强对保护森林资源法律法规宣传教育力度，提高民众对保护森林资源、保护生态的重视，合法合理使用林地。(2)加大森林执法力度，对违法使用林地的行为依法查办，依法保障林地资源有效利用，确保林地资源稳定性。(3)加大营造阔叶林、混交林等，抓好中幼林抚育管理，培育树种多样、层次复杂、结构稳定、优质高效的森林群落，增强森林生态服务功能和自我恢复的能力，确保林业建设的可持续发展。