平潭土地利用变化及驱动力分析

管诗敏 杨桂梅 杨钰华 甘玉婷 黄柳菁

文章以海岛城市平潭为研究对象，利用2004年、2009年、2014年、2019年4期遥感影像，通过GIS技术得到4期土地利用类型图，通过土地利用动态度、土地利用转移矩阵分析平潭土地利用变化特征，运用主成分分析法对土地利用变化驱动力进行分析。结果表明：2004～2019年平潭的建设用地、未利用地显著增加，耕地面积减少;2009～2014年间土地利用及动态度变化最显著;土地利用类型变化的主要驱动力为人口增长、人口结构改变、社会经济发展、政策、产业结构调整、生活水平提高。

土地利用变化; 驱动力; 主成分分析; 海岛

F301.24   A

[定稿日期]2021-03-08

[基金项目]福建省自然科学基金面上项目（项目编号：2018J01699）;学科交融背景下风景园林专业英语的知识构架组件、应用和拓展（项目编号：FAFUYJSJG201909）;基于多功能评估的闽台生态城市绿色基础设施网络构建学科交叉融合项目共同资助（项目编号：YSYL-xkjc-8）

[作者简介]管诗敏（1996～），女，硕士，研究方向为风景园林生态学。

[通信作者]黄柳菁（1985～），女，博士，副教授，研究方向为植物群落和生物多样性保护和评价。

土地是人与自然环境之间协同作用的共同体，土地利用指人类借助土地属性，不断改变、活动来满足人类经济社会发展需求的过程，其现状反映了区域内社会经济发展水平、生态环境情况、人居生活品质[1]，同时反映了人类与自然环境间互相作用的联系[2]。而土地利用的变化可揭示在长时间内，区域内土地利用结构变化和发展规律[3]，是促进可持续性发展和生态环境建设的重要依据[4]，它能从利用程度、转移方向、转变速率等方面反映土地利用与社会经济发展之间的权衡与和协同关系[4]。海岛城市是促进海岸经济可持续发展，贸易扩张的重要纽带与窗口[5]，但海岛生态环境脆弱，与陆地相比更为复杂，平潭岛地处海陆交界地带，其生态系统具有复杂多变，急需协调好土地资源与人类需求之间的关系。自2009年進入快速发展阶段以来，平潭岛旅游业猛速发展，人类活动剧烈，对土地的开发程度、属性改变日益加重[6]，使得土地利用问题日渐突出。因此，本研究以福建省平潭为研究对象，通过遥感影像数据，得到土地利用类型图，分析平潭土地利用变化及其驱动力，为海岛城市可持续发展提供重要依据。

1 研究区域及研究方法

1.1 研究区域概况

平潭位于北纬25°15′25°45′东经119°32′120°10′，地处福建省东部。面积约为267 km2，东西宽19 km，南北长29 km。东与台湾海峡相望，是对台交流的重要节点，2012年设立为省级综合试验区后，平潭进入快速发展阶段。

1.2 数据来源与处理

本研究所用数据均来源于地理空间数据云（http：//www.gscloud.cn/home），选取2004年、2009年、2014年、2019年四期Landset系列遥感影像，运用ENVI5.3分别对四期影像进行辐射定标、影响裁剪、大气校正等预处理后，采用支持向量机法进行监督分类，将平潭土地利用类型分为林地、草地、耕地、水体、建设用地和未利用地6大类;利用谷歌地图获取4期高清历史影像，结合野外调查数据对分类后结果进行修正，经检验4期影像图Kappa系数达到0.92、0.91、0.92、0.93，符合解译精度要求。社会经济数据来源于2004～2019年《福州市统计年鉴》。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用动态度

指一定时间范围内，研究区域内各类土地利用类型的数量变化情况，公式如下：

K=Ub-UaUa×1T×100%

式中：K代表某段土地实际使用面积类型的研究动态;Ub代表研究末期土地使用面积、Ua代表研究初期的土地使用面积;T代表研究时段长度。

1.3.2 土地利用转移矩阵

利用ENVI5.3对2004年、2009年、2014年、2019年四期土地利用类型图（图1）进行叠加运算，最终得到四期的土地利用转移矩阵。反映研究时间内不同类型之间土地转移的方向[7]。公式如下：

Sij=S11S12…S1nS21S22…S2nSn1Sn2…Snn

式中：Sij表示第i到j类转移的面积;i、j分别为第一、第二期土地利用类型;n为某时期土地利用类型数量。

1.3.3 主成分分析

将多个变量通过线性变换选出重要变量，用这种方法可以选出几个主成分因子代替原有变量，通过主成分反映大部分信息[8]，该方法是驱动力定量分析中较有效的方法。本文借助SPSS 25软件，运用主成分分析方法分析平潭2004～2019年土地利用变化的驱动力。

2 平潭土地利用变化特征分析

2.1 土地利用类型变化特征

如表1所示，从2004～2019年平潭各类土地利用类型变化及其动态变化量看，建设用地面积变化最大，增加了3 207.42 hm2;其次为水体，2019比2004年减少了3 069.63 hm2;林地、未利用地分别增加了692.55 hm2、2 430.36 hm2;

草地、耕地分别减少1 316.34 hm2、1 926.36 hm2。

从动态度来看，2004～2019年未利用地动态度最大，所占面积比2004年增加2.61倍，动态度为10.74 %;其次为建设用地，面积比2004年增加3 207.42 hm2，增长了8.66 %、1.87 %，动态度为5.73 %;林地面积比2004年增加692.55 hm2，增长了1.87 %，动态度为1.07 %;草地、水体、耕地面积分别比2004年减少3.56 %、8.29 %、5.20 %，动态度为-1.15 %、-2.40 %、-1.13 %;从各个时期的土地利用类型变化量来看，2009～2014年土地变化情况最显著，其中变化程度最为明显的为建设用地和水体，建设用地在2009～2014年间增加了2 246.22 hm2，水体减少了2 260.53 hm2;从各个时期的单一土地利用类型动态度看，2004～2009年林地变化最大，为5.2 %，其次为草地>建设用地>水体>耕地>未利用地;2009～2014年未利用地及建设用地动态度最快，尤其是未利用地，高达18.02 %，是研究期内动态度最快的用地类型，其余速度为建设用地>水体>耕地>草地>林地;2014～2019年时间段同样为未利用地动态度最大，其次为水体>建设用地>林地>耕地>草地。表1 平潭2004-2019年不同土地利用类型变化情况

2.2 土地利用转移特征

2004～2019年平潭各类土地利用类型转移矩阵如表2所示，转移量较大的为林地、草地、水体、耕地，林地向为草地转移，为983.43 hm2;草地主要向林地及耕地转移，分别为1 518.57 hm2、1 649.97 hm2，水体向建筑用地及未利用地转移，分别为1 153.71 hm2，1 194.03 hm2，耕地主要向建设用地转移，为1 842.48 hm2;建设用地及未利用地仅少部分转移。

3 平潭土地利用变化的驱动力分析

3.1 主成分分析

土地利用类型的变化往往是受到人为影响和自然影响，但自然因素的影响（除去大型自然灾害）通常体现在较长的时间上。故本文选取了11个人文社会因子进行分析：年末总人口数（X1）、城镇化率（X2）、GDP（X3）、第一产业占比（X4）、第二产业占比（X5）、第三产业占比（X6）、财政总收入（X7）、社会消费品零售总额（X8）、农林牧渔总产值（X9）、城镇居民人均可支配收入（X10）、农村人均纯收入（X11），在SPSS 25中对以上因子进行主成分分析。

提取特征值大于1且献率累计大于85 %的主成分如表3所示，累积贡献率达97.767 %。包含了大量信息。

旋转后的主成分荷载矩阵如表4所示，主成分1与年末总人口数（X1）、城镇化率（X2）、GDP（X3）、第一產业占比（X4）、第二产业占比（X5）、财政总收入（X7）、社会消费品零售总额（X8）、农林牧渔总产值（X9）、城镇居民人均可支配收入（X10）、农村人均纯收入（X11）呈现显著正相关，与第一产业占比呈明显的负相关;主成分2与第三产业（X6）呈显著的正相关，与财政总收入（X7）呈一定正相关。主成分1可解释为人口增长、经济发展、生活水平、产业结构;主成分2解释为第三产业发展（即服务业）、经济水平。

3.2 驱动力分析

人口因素 人口因素是引起土地利用类型转变的重要原因[8]。平潭县人口由2004年35万人增长至2019年45万人，年均增速1.84 %;城镇化率由17.11 %增长至51.5 %，城镇人口快速增长造成对公共设施的需求提升、居住环境要求提高，对土地利用类型的需求发生了转变，促使建设用地、林地逐年增加，耕地逐年下降。

社会经济发展 15年来，2004～2019年平潭县GDP由39.663 9亿元增长282.85亿元，增长了243.186 1亿元;地方财政总收入及支出分别由1.359 9亿元、2.521 1亿元增长至147.251 1亿元、166.939 9亿元;经济发展大幅提升，必然致使其余用地类型向建设用地转变，如交通用地，平潭试验区为振兴农村经济，着力推进农村联通城镇的公路网的建设，环岛路、渔平互通立交桥、新汽车客运站、高铁站等均是为经济发展所奠定的基础;工业生产、基础设施、居住区等扩建是的建设用地面积大幅增长。

产业结构研究期间综合实验区、海关特殊监管区、自贸试验区相继获批，产业结构在叠加政策支持下持续优化，种植业有所下降，而工业、建筑业、高新技术产业稳步发展。在旅游业的持续发展下，相关产业、基础设施不断完善，如东澳渔人码头、壳丘头考古遗址公园等建筑业逐渐成为了重要的支柱产业。因此耕地面积逐渐减少，建设面积及未利用地逐渐增加。

政策因素 2009年平潭成为综合试验区，得到了政府的大力支持。“三区”政策的实施[10]致使建设用地面积不断增加。海岛内陆地面积有限，难以扩张，“填海造陆”项目为平潭提供了大量的未利用地，这也是导致水体面积逐渐减少重要原因之一;与此同时，由于海岛极高的生态敏感性，近年来，政府大力建设防风固沙带，提高森林覆盖率使林地面积有所增加，草地面积大量减少。

4 结论

本文通过对平潭县2004年、2009年、2014年、2019年4期遥感影像进行人工解译，获得各期土地利用类型图，分析平潭2004～2019年土地利用类型变化特征及驱动力。

（1）2004～2019年平潭土地利用变化较大，其中建设用地面积增至3 207.42 hm2，变化最大;水体减少了3 069.63 hm2，变化较大;而未利用地动态度10.74 %，变化最快;其次是建设用地，为5.73 %。且动态度在2009～2014年变化最大，变化最显著的为未利用地和建设用地。

（2）通过2004～2019年土地利用转移矩阵发现：林地草地互相转化;草地耕地互相转化;水体及耕地向建设用地及未利用地转化;未利用地转建设用地;而建设用地部分转未利用地和耕地。总体上耕地减少，建设用地及未利用地增加。

（3）通过主成分分析法，发现影响2004～2019年平潭土地利用类型变化的驱动力因素主要为人口结构改变、社会经济发展、政策，人口增长、产业结构调整、生活水平提高也有不可忽略的作用。

参考文献

[1] 韩宇笛， 李淑杰， 徐搏. 吉林省东部山区土地利用结构空间分异研究——以延边州为例[J]. 吉林农业大学学报， 2014，36（1）： 82-88.

[2] 付宝宝. 水土流失重点治理区土地利用变化对人类活动程度的响应——以长汀县为例[J]. 海峡科学， 2015（6）： 69-71.

[3] 王群， 王万茂. 中国大陆地区土地利用结构研究进展[J]. 中国土地科学， 2015，29（8）： 10-15.

[4] 刘志川， 王建国， 梁书维， 等. 吉林省1990-2018年土地利用空间分异变化[J]. 水土保持通报， 2020， 40（6）： 288-296.

[5] 桂峰等. 海岛生态环境调查与评价[M]. 海洋出版社， 2018.

[6] 李青生， 黄金良， 王翠， 等. 基于生态-经济-产业综合分析的平潭岛开发适宜性评价[J]. 海洋科学， 2017，41（1）： 1-10.

[7] 葛欣怡， 李宗怡. 苏州市土地利用变化及其驱动力研究[J]. 中国林业经济， 2020（4）： 28-31.

[8] 冉凤维， 罗志军， 章磊. 2000—2015年南昌市土地利用变化及驱动力分析[J]. 江西农业大学学报， 2017，39（4）： 834-842.

[9] 肖林橙. “岛区一体化”战略下平潭区域协调对策研究[J]. 江西建材， 2020（3）： 60-61.