長(zhǎng)株潭核心區(qū)土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)驅(qū)動(dòng)因子分析

摘要驅(qū)動(dòng)因子分析是土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和調(diào)控的基礎(chǔ)．在全面分析長(zhǎng)株潭核心區(qū)土地利用變化社會(huì)驅(qū)動(dòng)因子的基礎(chǔ)上，運(yùn)用主成分分析法篩選直接導(dǎo)致土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵因子，并分析了各種驅(qū)動(dòng)因子的影響．結(jié)果表明，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平及人口增長(zhǎng)是長(zhǎng)株潭核心區(qū)土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)因子，建設(shè)用地變化與GDP變化具有高度一致性．該結(jié)果對(duì)進(jìn)一步分析土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控機(jī)制，研究景觀結(jié)構(gòu)及格局變化的生態(tài)學(xué)特征具有積極作用．

關(guān)鍵詞土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；驅(qū)動(dòng)因子；主成分分析；長(zhǎng)株潭核心區(qū)

中圖分類號(hào)K903 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)10002537（2012）05008505

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(duì)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(huì)、生態(tài)等多個(gè)方面．不同研究區(qū)域的自然及人為驅(qū)動(dòng)因素作用差異，對(duì)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(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因素的影響［1］；閆小培等運(yùn)用GIS技術(shù)對(duì)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(duì)土地利用時(shí)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(duì)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(huì)經(jīng)濟(jì)因素是城市擴(kuò)展的中觀尺度驅(qū)動(dòng)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(xiǎn)的驅(qū)動(dòng)因子與一定的景觀格局和過程相聯(lián)系，并直接或間接對(duì)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(xiǎn)的主要驅(qū)動(dòng)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(xiǎn)評(píng)價(jià)和調(diào)控的基礎(chǔ)．

本研究所指的長(zhǎng)株潭核心區(qū)以長(zhǎng)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(zhǎng)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(jì)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(dòng)的4種主要驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(gè)綜合指標(biāo)進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)分析，體現(xiàn)了數(shù)據(jù)降維的思想［6］．在對(duì)同一個(gè)體進(jìn)行多項(xiàng)觀察時(shí)，涉及多個(gè)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(gè)體變異的綜合指標(biāo)來概括信息．單項(xiàng)指標(biāo)在個(gè)體間的變異越大，表明該指標(biāo)與其他個(gè)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(zhǎng)株潭3市2000～2008年的社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，選取了以下變量作為長(zhǎng)株潭土地利用變化的驅(qū)動(dòng)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(huì)固定資產(chǎn)投資總額（X6）、地方財(cái)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(gè)變量．相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1．

首先選擇2000～2008年的長(zhǎng)株潭3市社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，明確社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因子對(duì)土地利用變化的影響程度．分析表明，社會(huì)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．

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(xiàng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)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(jì)貢獻(xiàn)率為97.28%，并包含了10個(gè)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(cái)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(dòng)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(zhǎng)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(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因子．長(zhǎng)株潭核心區(qū)土地利用變化分析最主要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因子是經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相關(guān)的因子及人口增長(zhǎng)變化因子．結(jié)合長(zhǎng)株潭地區(qū)的人口變化特征分析，區(qū)域總?cè)丝谥鸩缴仙页鞘腥丝诘脑鲩L(zhǎng)速度遠(yuǎn)高于我國(guó)人口平均增長(zhǎng)速度，農(nóng)村人口則呈下降趨勢(shì)，反映了由于大量農(nóng)村剩余勞動(dòng)力不斷向城市轉(zhuǎn)移，以及由于城市擴(kuò)張對(duì)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．

2基于景觀生態(tài)學(xué)的土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)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(dòng)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［89］，結(jié)合社會(huì)驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別是土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析的關(guān)鍵環(huán)節(jié)．

2.1社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因子影響分析

社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因子對(duì)土地利用變化過程、作用方式及變化規(guī)律產(chǎn)生影響．長(zhǎng)沙、株洲、湘潭3市作為湖南省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心增長(zhǎng)極，近年來一直保持快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)．以長(zhǎng)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(shí)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(jì)年鑒）．運(yùn)用SPSS16.0軟件在相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗(yàn)的顯著水平為0.05和0.01時(shí)，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(shí)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0983和0999，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．

2.2土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子識(shí)別

Ruth，Wrbkaa等人認(rèn)為，土地利用是社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)因素長(zhǎng)期相互作用的結(jié)果，在一個(gè)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(zhǎng)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［1011］．景觀是土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)的主導(dǎo)因子，各相關(guān)驅(qū)動(dòng)因子通過不合理的土地利用方式改變土地利用狀況［1314］．結(jié)合土地利用變化的社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)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(xiǎn)驅(qū)動(dòng)因子，如圖1所示．

3結(jié)論與討論

驅(qū)動(dòng)因子分析是開展區(qū)域土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控的基礎(chǔ)．長(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)區(qū)域生態(tài)功能造成較大的影響．

3.1社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因子是土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化的主要驅(qū)動(dòng)因子

分析結(jié)果表明，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人口增長(zhǎng)這2個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因子是最重要的土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子．經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平對(duì)建設(shè)用地?cái)U(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(dòng)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(duì)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(huì)經(jīng)濟(jì)因素則相對(duì)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(zhǎng)、城市化、人口增長(zhǎng)等主要社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)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(xiǎn)驅(qū)動(dòng)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(duì)景觀格局的影響非常明顯，不同時(shí)空尺度土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)驅(qū)動(dòng)因子作用存在一定差異，選取合適的驅(qū)動(dòng)因子是解決驅(qū)動(dòng)力尺度效應(yīng)的關(guān)鍵．判定驅(qū)動(dòng)力變化并預(yù)測(cè)發(fā)展趨勢(shì)，開展土地利用變化驅(qū)動(dòng)因子的多尺度特征研究有助于提高分析的科學(xué)性，對(duì)掌握生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)作用機(jī)制起到重要的作用．今后應(yīng)更注重對(duì)各驅(qū)動(dòng)因子作用的尺度特征分析，更加重視社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素及土地利用方式的響應(yīng)問題．

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