長株潭核心區(qū)土地利用生態(tài)風(fēng)險驅(qū)動因子分析

傅麗華,何燕子,朱 云

(1. 湖南工業(yè)大學(xué)商學(xué)院,中國 株洲 412007；2.湖南師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,中國 長沙 410081)

20世紀(jì)90年代以來,土地利用及覆被變化(LUCC)研究成為全球變化研究領(lǐng)域的重要組成及研究熱點(diǎn).土地利用變化對生態(tài)環(huán)境及全球變化的影響研究已涵蓋了經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)等多個方面．不同研究區(qū)域的自然及人為驅(qū)動因素作用差異,對區(qū)域土地利用變化產(chǎn)生復(fù)雜而深刻的影響．克萊斯(Claessens, 2009)運(yùn)用了土地利用變化的CLUE模型及景觀過程變化的LAPSUS模型進(jìn)行模擬,指出土地利用及景觀變化過程在復(fù)雜和多尺度系統(tǒng)中互相聯(lián)系,受多種自然和社會經(jīng)濟(jì)驅(qū)動因素的影響[1]；閆小培等運(yùn)用GIS技術(shù)對珠三角城市群土地利用變化的人文因素進(jìn)行定性與定量分析,指出人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、城市化與工業(yè)化、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和外資是影響珠江三角洲區(qū)域土地利用變化的主要因子[2],人口、城市化與工業(yè)化因子對土地利用時空變化的影響作用較大,其次是經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)[3]．黃慶旭對1991～2004年北京城市擴(kuò)展?fàn)顩r定量分析,指出北京城市發(fā)展基本風(fēng)貌和格局由城市規(guī)劃、土地利用政策、原有城市格局等宏觀尺度因子決定,社會經(jīng)濟(jì)因素是城市擴(kuò)展的中觀尺度驅(qū)動因子,地形、區(qū)位和交通特別是與高速公路的距離是影響城市擴(kuò)展的微觀尺度因子[4]．

區(qū)域土地利用生態(tài)風(fēng)險的驅(qū)動因子與一定的景觀格局和過程相聯(lián)系,并直接或間接對土地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能產(chǎn)生影響．在多種因子中選擇主導(dǎo)因子進(jìn)行分析,有助于判斷土地利用生態(tài)風(fēng)險的主要驅(qū)動因子及相關(guān)因子的作用方式與過程,也是土地利用生態(tài)風(fēng)險評價和調(diào)控的基礎(chǔ)．

1 土地利用變化驅(qū)動因子篩選

本研究所指的長株潭核心區(qū)以長沙、株洲、湘潭3市城區(qū)為主體,在行政區(qū)域上空間相連并包括了長沙縣、望城縣(由于行政區(qū)劃調(diào)整,2011年5月已改為望城區(qū),但為與統(tǒng)計資料數(shù)據(jù)保持一致,文中涉及的數(shù)據(jù)仍然稱望城縣,其他部分涉及區(qū)劃調(diào)整內(nèi)容也暫不更改)、株洲縣、湘潭縣的區(qū)域．

人類活動的4種主要驅(qū)動過程是農(nóng)業(yè)化、工業(yè)化、城市化、政治化[5]．影響區(qū)域土地利用變化的自然和人文因素復(fù)雜多樣,各驅(qū)動因子之間相互影響、互相制約,引起區(qū)域土地利用變化并導(dǎo)致土地用途及結(jié)構(gòu)發(fā)生改變．

1.1 篩選方法

由于所獲取的土地利用數(shù)據(jù)不是連續(xù)的,因此考慮采取主成分分析方法來判斷主導(dǎo)驅(qū)動力．主成分分析也稱為主分量分析,是由Holtelling于1933年首先提出的．主成分分析將多指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個綜合指標(biāo)進(jìn)行多元統(tǒng)計分析,體現(xiàn)了數(shù)據(jù)降維的思想[6]．在對同一個體進(jìn)行多項觀察時,涉及多個隨機(jī)變量X1,X2,…,Xp等,而這些變量具有一定的相關(guān)性,通過主成分法可以方便地找到能獨(dú)立代表某一方面信息特征與個體變異的綜合指標(biāo)來概括信息．單項指標(biāo)在個體間的變異越大,表明該指標(biāo)與其他個體的區(qū)分度越高,指標(biāo)變異大小作為指標(biāo)選擇典型與否的標(biāo)準(zhǔn)．

1.2 分析步驟

以長株潭3市2000～2008年的社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),選取了以下變量作為長株潭土地利用變化的驅(qū)動因子．建成區(qū)面積(X1)、城市化率(X2)、農(nóng)村人口(X3)、城市人口(X4)、GDP(X5)、全社會固定資產(chǎn)投資總額(X6)、地方財政收入(X7)、規(guī)模以上工業(yè)總產(chǎn)值(X8)、農(nóng)民人均純收入(X9)、城鎮(zhèn)居民可支配收入(X10)等，共10個變量．相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表1．

首先選擇2000～2008年的長株潭3市社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,明確社會經(jīng)濟(jì)驅(qū)動因子對土地利用變化的影響程度．分析表明,社會經(jīng)濟(jì)因子之間存在一定的線性相關(guān)性,各變量相關(guān)系數(shù)見表2．

表1 長株潭3市土地利用變化社會經(jīng)濟(jì)因子變量統(tǒng)計數(shù)據(jù)匯總

注:數(shù)據(jù)來源為湖南省2000～2008年統(tǒng)計年鑒.

表2 選擇變量相關(guān)系數(shù)表

1.3 結(jié)果分析

從表2中所選指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)可以得出,建成區(qū)面積與農(nóng)村人口以外的其他指標(biāo)如城市化率、城市人口、GDP等各項社會經(jīng)濟(jì)驅(qū)動指標(biāo)均有很高的相關(guān)關(guān)系．在SPSS17.0軟件支持下的運(yùn)算結(jié)果表明,第一、二主成分特征值分別為8.68和1.043,2類主成分累計貢獻(xiàn)率為97.28%,并包含了10個變量的絕大部分信息,將相關(guān)數(shù)據(jù)代入相關(guān)入選因子得到主成分荷載矩陣(見表3)．

在SPSS17.0軟件中運(yùn)行得到結(jié)果如下．第一主成分包括:X9、X10、X7、X5,即農(nóng)民人均純收入、城鎮(zhèn)居民可支配收入、地方財政收入和GDP等.第一主成分的各相關(guān)因子均是反映經(jīng)濟(jì)發(fā)展動態(tài)的主要指標(biāo)；第二主成分包括:X3、X4,即城市人口、農(nóng)村人口,是區(qū)域發(fā)展過程中尤其是城市群發(fā)展變化的最重要的人口增長變化指標(biāo)．主成分分析結(jié)果表明,第一、二主成分包含了最主要的社會經(jīng)濟(jì)驅(qū)動因子．長株潭核心區(qū)土地利用變化分析最主要的社會經(jīng)濟(jì)驅(qū)動因子是經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相關(guān)的因子及人口增長變化因子．結(jié)合長株潭地區(qū)的人口變化特征分析,區(qū)域總?cè)丝谥鸩缴仙?且城市人口的增長速度遠(yuǎn)高于我國人口平均增長速度,農(nóng)村人口則呈下降趨勢,反映了由于大量農(nóng)村剩余勞動力不斷向城市轉(zhuǎn)移,以及由于城市擴(kuò)張對農(nóng)用地的侵占,促使失地農(nóng)民轉(zhuǎn)向城市和非農(nóng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,進(jìn)一步促進(jìn)農(nóng)用地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)化．

表3 主成份荷載矩陣

2 基于景觀生態(tài)學(xué)的土地利用生態(tài)風(fēng)險識別與作用分析

景觀生態(tài)學(xué)研究的核心內(nèi)容是生態(tài)學(xué)過程與尺度之間的相互作用,景觀結(jié)構(gòu)、功能和動態(tài)相互依賴和相互作用,景觀結(jié)構(gòu)與景觀功能的形成和發(fā)展相互影響[7],從景觀生態(tài)學(xué)角度理解空間格局與生態(tài)過程的相互作用關(guān)系[8-9],結(jié)合社會驅(qū)動因子進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險識別是土地利用生態(tài)風(fēng)險分析的關(guān)鍵環(huán)節(jié)．

2.1 社會經(jīng)濟(jì)驅(qū)動因子影響分析

社會經(jīng)濟(jì)驅(qū)動因子對土地利用變化過程、作用方式及變化規(guī)律產(chǎn)生影響．長沙、株洲、湘潭3市作為湖南省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心增長極,近年來一直保持快速發(fā)展的態(tài)勢．以長株潭核心區(qū)土地利用變化最為顯著的2000～2008年這一研究時段為例,選擇人口、GDP、第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)變化率與建成區(qū)面積變化率進(jìn)行比較(見表4，數(shù)據(jù)來源為湖南省2000～2008年統(tǒng)計年鑒)．運(yùn)用SPSS16.0軟件在相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗的顯著水平為0.05和0.01時,運(yùn)用Pearson法分析各指標(biāo)的相關(guān)性．結(jié)果表明:在顯著水平為0.05時Pearson相關(guān)分析結(jié)果顯示建成區(qū)土地面積變化與GDP及第二產(chǎn)業(yè)變化率的相關(guān)系數(shù)分別為0.983和0.999,與第一產(chǎn)業(yè)變化率的相關(guān)系數(shù)為-0.104,說明建設(shè)用地面積變化與GDP及第二產(chǎn)業(yè)變化率呈高度正相關(guān)關(guān)系,與第一產(chǎn)業(yè)變化率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系．

表4 長株潭3市區(qū)2000～2008年土地利用與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展速率比較

2.2 土地利用生態(tài)風(fēng)險因子識別

Ruth,Wrbkaa等人認(rèn)為,土地利用是社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)因素長期相互作用的結(jié)果,在一個特定的區(qū)域內(nèi)土地利用變化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人口增長以及景觀之間具有復(fù)雜的聯(lián)系,并形成各種類型的景觀[10-11]．景觀是土地利用生態(tài)風(fēng)險因子作用的綜合體,一定的景觀格局、過程與景觀特征及生態(tài)功能密切聯(lián)系．在具有高度空間異質(zhì)性的區(qū)域或生態(tài)系統(tǒng)中,系統(tǒng)內(nèi)部的變化首先通過景觀結(jié)構(gòu)或要素功能變化表現(xiàn)出相互作用及一定的組成規(guī)律[12]．土地利用變化因子是生態(tài)風(fēng)險的主導(dǎo)因子,各相關(guān)驅(qū)動因子通過不合理的土地利用方式改變土地利用狀況[13-14]．結(jié)合土地利用變化的社會經(jīng)濟(jì)驅(qū)動因子分析,并考慮土地利用方式、程度、景觀格局及功能變化篩選生態(tài)風(fēng)險驅(qū)動因子,如圖1所示．

圖1 土地利用生態(tài)風(fēng)險識別流程圖

2.3 生態(tài)風(fēng)險驅(qū)動因子影響

區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長理論指出,區(qū)域土地利用形態(tài)在時序上的變化通常與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段的轉(zhuǎn)型相對應(yīng),產(chǎn)業(yè)升級極易導(dǎo)致土地利用結(jié)構(gòu)問題并引起生態(tài)系統(tǒng)功能變化[15-16]．如表5所示(相關(guān)數(shù)據(jù)為1989、1996、2000、2008年共4期遙感影像處理導(dǎo)出數(shù)據(jù))，說明在1989～2008年間,不同土地利用類型中,建設(shè)用地與國內(nèi)生產(chǎn)總值的變化更為一致,說明經(jīng)濟(jì)發(fā)展加速是建設(shè)用地增加的主要驅(qū)動力；耕地面積在2000～2008年減少幅度最大,說明建設(shè)用地增加與耕地減少關(guān)聯(lián)度高；林地先減再增加又減的趨勢與研究區(qū)建設(shè)用地占用林地有密切的關(guān)系,但需要注意的是1996～2000年間林地數(shù)量增加,說明該時段建設(shè)用地增加未占有大量林地,2000～2008年間林地與耕地均減少且轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地．

表5 1989～2008年長株潭核心區(qū)國內(nèi)生產(chǎn)總值與建設(shè)用地變化比較

3 結(jié)論與討論

驅(qū)動因子分析是開展區(qū)域土地利用生態(tài)風(fēng)險評價和風(fēng)險調(diào)控的基礎(chǔ)．長株潭城市群土地利用變化受多種因素的影響,土地資源尤其是建設(shè)用地的供求矛盾日益突出,建設(shè)用地的快速增加導(dǎo)致長株潭核心區(qū)土地利用方式變化,不合理的土地利用決策對區(qū)域生態(tài)功能造成較大的影響．

3.1 社會經(jīng)濟(jì)驅(qū)動因子是土地利用生態(tài)風(fēng)險變化的主要驅(qū)動因子

分析結(jié)果表明,經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人口增長這2個社會經(jīng)濟(jì)驅(qū)動因子是最重要的土地利用生態(tài)風(fēng)險因子．經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平對建設(shè)用地擴(kuò)張有直接影響,第二產(chǎn)業(yè)發(fā)展尤其工業(yè)化及經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度與研究區(qū)土地利用變化的關(guān)系最為密切．

3.2 不同驅(qū)動因子作用尺度及影響方式的差異

在多種土地利用變化因素中,區(qū)域尺度的自然因素相對穩(wěn)定,通常表現(xiàn)為累積性效應(yīng),不直接導(dǎo)致土地利用變化,而是通過引起土地利用覆被變化而發(fā)生作用．社會經(jīng)濟(jì)因素則相對活躍,主要通過改變?nèi)祟惖耐恋乩梅绞郊皼Q策來直接影響區(qū)域土地利用變化．在經(jīng)濟(jì)增長、城市化、人口增長等主要社會經(jīng)濟(jì)驅(qū)動因子作用下,土地資源的供求矛盾日益突出,不合理的土地利用方式直接導(dǎo)致土地生態(tài)功能的退化,給生態(tài)環(huán)境造成巨大壓力．

3.3 土地利用生態(tài)風(fēng)險驅(qū)動因子分析的不足

尺度問題一直都是景觀生態(tài)學(xué)研究的重點(diǎn)問題之一,尺度對景觀格局的影響非常明顯,不同時空尺度土地利用生態(tài)風(fēng)險驅(qū)動因子作用存在一定差異,選取合適的驅(qū)動因子是解決驅(qū)動力尺度效應(yīng)的關(guān)鍵．判定驅(qū)動力變化并預(yù)測發(fā)展趨勢,開展土地利用變化驅(qū)動因子的多尺度特征研究有助于提高分析的科學(xué)性,對掌握生態(tài)風(fēng)險作用機(jī)制起到重要的作用．今后應(yīng)更注重對各驅(qū)動因子作用的尺度特征分析,更加重視社會經(jīng)濟(jì)因素及土地利用方式的響應(yīng)問題．

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