基于遙感的石河子土地利用動(dòng)態(tài)變化及驅(qū)動(dòng)因素分析

李夢宇 王加敏 吳品儒

摘 要：通過對(duì)石河子市1990、2000、2006、2015、2018年Landsat系列遙感影像的處理與解譯判讀，采用多種數(shù)學(xué)模型分析石河子市1990—2018年4個(gè)階段各類用地的動(dòng)態(tài)演變情況。以此為基礎(chǔ)構(gòu)建Markov模型，預(yù)測未來12年石河子市的土地利用變化情況，同時(shí)建立石河子土地利用變化的驅(qū)動(dòng)因素指標(biāo)體系，通過主成分分析法得出石河子市的主要驅(qū)動(dòng)因素。結(jié)果表明：（1）從土地利用結(jié)構(gòu)變化幅度來看，建設(shè)用地逐漸增加，耕地和未利用地面積逐年減少，草地以較小的幅度遞增，林地先增加后減少，水域先減少后增加。（2）從土地利用動(dòng)態(tài)度上看，土地利用綜合動(dòng)態(tài)度在2000—2006年最高，土地利用變化最快。（3）從土地利用程度來看，土地利用多樣性指數(shù)總體上呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢，同時(shí)土地利用率逐年上升。（4）在未來的經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，前期人們會(huì)優(yōu)先考慮對(duì)未利用地的開發(fā)利用，將其價(jià)值利益最大化;同時(shí)大量的耕地也將向建設(shè)用地轉(zhuǎn)變。（5）社會(huì)經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)因素是土地利用變化的首要人文驅(qū)動(dòng)因素，人口因素次之。

關(guān)鍵詞：土地利用動(dòng)態(tài)變化;驅(qū)動(dòng)因素;馬爾科夫模型

中圖分類號(hào) F301.24文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2021）07-0110-07

Dynamic Change and Driving Factors Analysis of Shihezi Land Use Based on Remote Sensing

LI Mengyu1 et al.

（1College of Science， Shihezi University， Shihezi 832000， China）

Abstract： Through the processing and interpretation of Landsat series remote sensing images of Shihezi City in 1990， 2000， 2006， 2015 and 2018， various mathematical models were used to analyse the dynamic evolution of various types of land use in Shihezi City in the four stages from 1990 to 2018. Based on this， a Markov model was constructed to predict the land use changes in Shihezi City in the next 12 years， while a system of indicators for the drivers of land use changes in Shihezi was established， and the main drivers of Shihezi City were derived through principal component analysis. The results showed that： （1） In terms of the magnitude of structural changes in land use， construction land gradually increases， while the area of arable land and unused land decreases year by year; grassland increases in smaller increments; forest land first increases and then decreases; and water area first decreases and then increases. （2） In terms of land use dynamics， the comprehensive land use dynamics was highest from 2000 to 2006， with the fastest change in land use. （3） In terms of the degree of land use， the land use diversity index generally shows a trend of increasing before decreasing， while the land use rate increases year by year. （4）In the future economic development process， people will give priority to the development and use of unused land in the early stage to maximise its value benefits; at the same time a large amount of arable land will also be transformed into land for construction. （5）Socio-economic and agricultural production factors are the primary human drivers of land use change， followed by demographic factors.

Key words： Dynamic change of land use; Driving factors; Markov model

土地是人類賴以生存和發(fā)展的重要的資源基礎(chǔ)，土地的利用與變化不僅直接影響到社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，而且間接影響全球環(huán)境變化[1]。隨著人類社會(huì)的快速發(fā)展，人口-資源-環(huán)境沖突日益加劇，加之我國人均占地面積少，土壤污染嚴(yán)重等基本情況，土地資源緊缺已經(jīng)成為制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，影響居民幸福指數(shù)的重要原因之一。土地利用動(dòng)態(tài)變化是國土資源調(diào)查的重要組成部分[2]，開展土地資源的動(dòng)態(tài)監(jiān)測有利于保證土地資源數(shù)據(jù)的現(xiàn)實(shí)性和指導(dǎo)性，便于政府進(jìn)行城市規(guī)劃、稅費(fèi)征收，監(jiān)測土地質(zhì)量，利用的集約程度等情況，同時(shí)土地利用變化受到多種因素的影響，其既受到自然因素的制約，又受到地域和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的綜合作用。因此，開展城鎮(zhèn)土地利用動(dòng)態(tài)變化及其驅(qū)動(dòng)力研究，對(duì)于城鎮(zhèn)土地利用結(jié)構(gòu)的調(diào)整，未來發(fā)展規(guī)劃的制定等具有重要意義。

土地利用變化作為地球環(huán)境變化的關(guān)鍵過程和結(jié)果，其驅(qū)動(dòng)機(jī)制一直是土地利用變化以及地球環(huán)境變化的重點(diǎn)研究內(nèi)容之一[3-4]。土地利用變化是不同時(shí)空尺度下人地系統(tǒng)相互作用的產(chǎn)物，其中人類系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力包括政策、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、文化、科技等[5]。目前，國外城市土地利用相關(guān)研究多結(jié)合3S技術(shù)[6-8]，不同的研究方向有著不同的側(cè)重點(diǎn)。國內(nèi)有關(guān)城市土地利用的研究主要集中在城市土地利用變化、空間擴(kuò)展及綜合效益評(píng)價(jià)等方面。城市土地利用變化和空間擴(kuò)展方面，主要是城市土地利用變化過程及其引發(fā)的生態(tài)環(huán)境問題，城市土地利用的擴(kuò)展模式及動(dòng)力機(jī)制等;城市綜合效益評(píng)價(jià)方面，主要是從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益3個(gè)方面構(gòu)建城市土地利用效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，結(jié)合相關(guān)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行城市土地利用綜合效益評(píng)價(jià)[9]。由此可見，利用遙感技術(shù)可以更好地為城市土地利用與管理服務(wù)。

石河子市作為新疆社會(huì)經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)——天山北坡經(jīng)濟(jì)帶的主要代表，也是唯一一個(gè)被建設(shè)部首批授予“最佳人居環(huán)境獎(jiǎng)”的干旱區(qū)城市。隨著區(qū)域工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的高速發(fā)展，其土地利用發(fā)生了很大的變化，在帶動(dòng)其經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，生態(tài)環(huán)境也遭受到了破壞。為此，本文研究該地區(qū)近20年來土地利用動(dòng)態(tài)變化及其主要驅(qū)動(dòng)因子，為石河子未來的發(fā)展和規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)為干旱區(qū)域城市的土地合理利用管理與決策提供參考。

1 研究區(qū)概況

石河子市是新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第八師師部所在地，位于新疆維吾爾自治區(qū)北部，是聯(lián)合國“人居環(huán)境改善良好城市”。位于東經(jīng)84′58″～86′24″，北緯43′26″～45′20″，地勢平坦，平均海拔高度450.8m，自東南向西北傾斜，地處天山北麓中段，古爾班通古特大沙漠南緣。東以瑪納斯河為界，與瑪納斯縣為鄰;南、西、北三面與沙灣縣環(huán)接市區(qū)（見圖1）。市區(qū)東距自治區(qū)首府烏魯木齊150km，西距霍爾果斯口岸500km。隨著社會(huì)的快速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)水平的提高，人們對(duì)生活要求和居住條件的要求也有所改變，據(jù)調(diào)查，石河子市2018年建設(shè)用地面積達(dá)168.04km2，耕地面積高達(dá)185.68km2，石河子土地利用方式發(fā)生了顯著的變化，但隨之產(chǎn)生了一系列相關(guān)方面的問題。因此，探索石河子市土地利用動(dòng)態(tài)變化并對(duì)其驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行分析，對(duì)于石河子的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要意義。目前，石河子已形成“以大型農(nóng)牧團(tuán)場為依托、以石河子市為中心，農(nóng)林牧副漁全面發(fā)展，工交建商服綜合經(jīng)營，工農(nóng)結(jié)合、城鄉(xiāng)結(jié)合、貿(mào)工農(nóng)一體化”的新型經(jīng)濟(jì)聯(lián)合體。

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源 本文的數(shù)據(jù)來源主要包括3類：遙感影像數(shù)據(jù)、矢量邊界數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)資料數(shù)據(jù)。

（1）遙感影像：來源于地理空間數(shù)據(jù)云（http：//www.gscloud.cn/）。

（2）矢量邊界：石河子矢量邊界來源于Google Earth矢量數(shù)據(jù)下載。

（3）統(tǒng)計(jì)資料：來源于《石河子統(tǒng)計(jì)年鑒》（1991、2001、2007、2016、2019年）。

2.2 研究方法 在ENVI和GIS平臺(tái)支持下，基于人機(jī)交互解譯的方法提取近20年來石河子市土地利用數(shù)量、結(jié)構(gòu)變化等情況，分析土地利用現(xiàn)狀特點(diǎn)，并對(duì)比不同時(shí)間段石河子的土地利用類型及所占比例關(guān)系，確定土地利用動(dòng)態(tài)變化指標(biāo)，運(yùn)用定性和定量的方法探討該區(qū)域土地利用動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。運(yùn)用主成分分析的方法分析石河子土地利用變化的驅(qū)動(dòng)因素，并利用馬爾科夫預(yù)測模型，對(duì)2018—2030年石河子市土地利用的變化情況進(jìn)行預(yù)測，最后對(duì)石河子土地動(dòng)態(tài)變化及其主要誘導(dǎo)因素進(jìn)行綜合分析和總結(jié)，為解決石河子未來的發(fā)展與土地集約利用之間的矛盾提供參考。

2.2.1 土地利用結(jié)構(gòu)變化幅度 土地利用結(jié)構(gòu)變化幅度是指在一定時(shí)間段內(nèi)，各土地利用類型的面積變化情況[10]。通過此項(xiàng)指標(biāo)旨在研究區(qū)域內(nèi)土地資源數(shù)量變化情況及其土地利用的總體變化趨勢。公式為：

E=Ub-Ua （1）

式中，E為某一時(shí)間段內(nèi)土地利用變化幅度，Ua為研究初期某一土地利用類型的數(shù)量，Ub為研究末期某一土地利用類型的數(shù)量。

2.2.2 單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度 單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度反映的是某研究區(qū)一定時(shí)間范圍內(nèi)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況。當(dāng)以“年”為時(shí)間單位時(shí)，則反應(yīng)的是該研究區(qū)某種土地利用類型的年變化率[11]。其表達(dá)式為：

K（%）=[Ub-UaUa]×[1T×100] （2）

式中，K為研究時(shí)段內(nèi)某一土地利用類型動(dòng)態(tài)度，Ua、Ub分別為研究期初及研究期末某一種土地利用類型的數(shù)量，T為研究時(shí)段長。

2.2.3 綜合土地利用動(dòng)態(tài)度 綜合土地利用動(dòng)態(tài)度描述的是某一區(qū)域在一定時(shí)間段內(nèi)土地利用變化的速度[11]。公式如下：

LC（%）=[i=1nΔLUi-j2i=1nLUi×1T×100] （3）

式中，LC是研究區(qū)域土地利用綜合動(dòng)態(tài)度，LUi為研究起始時(shí)間第i類土地利用類型的面積，[ΔLUi-j]為研究時(shí)段第i類土地轉(zhuǎn)化為非i類土地利用類型面積的絕對(duì)值，T為研究時(shí)段。

2.2.4 土地利用多樣性指數(shù) Shannon多樣性指數(shù)可以表征景觀中土地類型的復(fù)雜性、齊全程度或多樣性的狀況[12-13]。通過該指數(shù)不僅可以反映石河子市土地利用的結(jié)構(gòu)和功能的變化趨勢和程度，同時(shí)還反映出人類的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)該地區(qū)生態(tài)環(huán)境的干擾程度。該指數(shù)越大說明該區(qū)域的土地類型越多，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。公式如下：

H=-[i=1nPi×lnPi] （4）

式中，H表示土地利用多樣性指數(shù)，Pi表示第i類土地利用面積占研究區(qū)面積的比例。

3 石河子市土地利用動(dòng)態(tài)

3.1 土地利用結(jié)構(gòu)變化幅度 石河子市的土地利用類型由以耕地和未利用地為主逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐愿睾徒ㄔO(shè)用地為主（表2），反映了石河子市隨著城市化進(jìn)程的快速發(fā)展和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，城鎮(zhèn)用地快速擴(kuò)張，農(nóng)業(yè)用地和未利用地逐年減少，土地利用集約程度大大提高。從1990—2018年，石河子市的建設(shè)用地和草地呈逐年增加的趨勢，且建設(shè)用地增長幅度較大，尤其在2000—2006年期間增加速度最快;耕地和未利用地呈逐年減少的趨勢，它們是建設(shè)用地增加的主要來源。林地面積在1990—2006年呈現(xiàn)增加趨勢，這體現(xiàn)了對(duì)國家退耕還林還草政策的響應(yīng)。由于石河子是干旱區(qū)城市，雖然水域整體上呈增加趨勢，但增長幅度不大。

3.2 土地利用變化速度

3.2.1 單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度 從單一土地利用動(dòng)態(tài)度來看，石河子市土地利用動(dòng)態(tài)度變化差異明顯（表3）。1990—2018年土地利用動(dòng)態(tài)度總體表現(xiàn)為：耕地、未利用地的動(dòng)態(tài)度減少，而建設(shè)用地、林地、水域、草地的動(dòng)態(tài)度增加，其中，建設(shè)用地動(dòng)態(tài)度增加最快。主要由于人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)范圍的增強(qiáng)，促使建設(shè)用地需求不斷增加，不斷侵占優(yōu)質(zhì)耕地。耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地在不同研究時(shí)段的變化速度均有所不同，其中耕地在2000—2006年間變化最快，年變化率達(dá)到0.04%;林地在1990—2000年間變化最快，年變化率達(dá)到0.13%;草地在2000—2006年期間變化最快，年變化率達(dá)到0.09%;水域在2006—2015年間變化最快，年變化率達(dá)到0.04%;建設(shè)用地在2000—2006年間變化最快，年變化率達(dá)到0.63%;未利用地在2000—2006年間變化最快，年變化率達(dá)到0.03%。綜合分析所有土地類型的單一土地利用動(dòng)態(tài)度，28年內(nèi)石河子市各類土地利用類型的變化速度不快，均小于1%。

3.2.2 綜合土地利用動(dòng)態(tài)度 2000—2006期間石河子市土地利用綜合動(dòng)態(tài)度最高（表4），達(dá)到了0.035，表明2000—2006期間土地利用變化最大，而2006年以后整體上以平穩(wěn)的速度在發(fā)展。這種發(fā)展速度符合石河子市關(guān)于土地利用的總體規(guī)劃。

3.3 土地利用程度

3.3.1 土地利用多樣性指數(shù) 根據(jù)公式（4）計(jì)算出石河子市1990—2018年的土地利用多樣性指數(shù)，如表所示：

3.3.2 土地利用率 土地利用率是最直觀的體現(xiàn)某一地區(qū)土地利用程度的指標(biāo)，簡而言之，就是該地區(qū)的已利用土地的面積占該地區(qū)總面積的比例。圖3即為1990—2018年石河子市土地利用率的變化情況。

3.3.3 土地利用程度 由表5可知，石河子市的土地利用多樣性指數(shù)總體上呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢，說明研究區(qū)內(nèi)土地類型由簡單到復(fù)雜再到簡單的趨勢發(fā)展。其多樣性指數(shù)在1990—2006年呈現(xiàn)增加趨勢，與當(dāng)?shù)貙?duì)政府“退耕還林還草”的政策密切相關(guān)，后又減少很大一部分原因是石河子市由于經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，使得建設(shè)用地迅速擴(kuò)張。石河子市土地整體利用程度較高，且土地利用率在逐年上升，未利用地所占比例較少，土地集約利用程度處于中上等水平。綜合2個(gè)指標(biāo)，石河子近20年來的土地利用程度基本上都呈現(xiàn)上升趨勢，表現(xiàn)為在城市化進(jìn)程的快速發(fā)展過程中，加大對(duì)未利用地的開發(fā)利用，各種地類之間的相互轉(zhuǎn)化的過程。

3.4 土地利用變化預(yù)測

3.4.1 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可全面而又具體地分析區(qū)域土地利用變化的數(shù)量結(jié)構(gòu)特征與各用地類型變化的方向，在土地利用變化和模擬分析中具有重要意義。如表6、圖4所示，體現(xiàn)了1900—2018年石河子市各地類之間的轉(zhuǎn)移和面積增減情況。

3.4.2 馬爾科夫預(yù)測模型 馬爾科夫預(yù)測過程是根據(jù)俄國數(shù)學(xué)家馬爾科夫的隨機(jī)過程理論提出來的，是一種具有“無后效應(yīng)”的特殊隨機(jī)過程。在此基礎(chǔ)上所生成的土地利用變化轉(zhuǎn)移概率矩陣是馬爾科夫預(yù)測模型的基礎(chǔ)[14]。馬爾科夫模型不僅可以定量地表明不同土地利用類型之間的轉(zhuǎn)化情況，還可以揭示不同土地利用類型間的轉(zhuǎn)移速度?；?990—2018年石河子土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，通過Markov模型生成土地利用轉(zhuǎn)移概率矩陣，對(duì)未來十幾年的土地利用情況進(jìn)行了模擬，結(jié)果顯示：在未來的經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，前期人們會(huì)優(yōu)先考慮對(duì)未利用地的開發(fā)利用，將它的價(jià)值利益最大化;與此同時(shí)，大量的耕地也將向建設(shè)用地轉(zhuǎn)變，這表明石河子市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展將達(dá)到一定的高度，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)從第一產(chǎn)業(yè)為主逐漸向二、三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變?；诂F(xiàn)實(shí)來說，石河子市處于天山經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶的中心，目前又有“一帶一路”重點(diǎn)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)帶動(dòng)，再加上石河子大學(xué)“211”的名望效應(yīng)，吸引了大量的人才，石河子市的發(fā)展前景良好，因此我們的預(yù)測結(jié)果具有一定的現(xiàn)實(shí)性。1990—2018年石河子市土地利用轉(zhuǎn)移概率矩陣如圖5所示。

R=[0.14? ? ? ? 0.32? ? ? ? 0.30? ? ? ? 0.05? ? ? ? 0.13? ? ? ? 0.060.04? ? ? ? 0.57? ? ? ? 0.36? ? ? ? 0.02? ? ? ? 0.01? ? ? ? 0.000.01? ? ? ? 0.02? ? ? ? 0.96? ? ? ? 0.01? ? ? ? ?0.01? ? ? ? 0.000.03? ? ? ? 0.03? ? ? ? 0.89? ? ? ? 0.04? ? ? ? ?0.01? ? ? ? 0.000.07? ? ? ? 0.10? ? ? ? 0.24? ? ? ? 0.02? ? ? ? 0.28? ? ? ? 0.300.03? ? ? ? 0.05? ? ? ? 0.24? ? ? ? 0.01? ? ? ? ?0.03? ? ? ? 0.64]

4 石河子市土地利用變化驅(qū)動(dòng)因素

自然驅(qū)動(dòng)力是指驅(qū)動(dòng)土地利用變化的自然環(huán)境要素及其過程，如氣候變化、水資源格局變化等;人文驅(qū)動(dòng)力的涉及面則更廣，如人口變動(dòng)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化、科學(xué)技術(shù)進(jìn)步、政策法規(guī)、市場與價(jià)格，乃至個(gè)人和社會(huì)群體的意愿、偏好等等。其中，自然驅(qū)動(dòng)力相對(duì)較為穩(wěn)定，發(fā)揮著累積性效應(yīng);人文驅(qū)動(dòng)力則相對(duì)比較活躍[15-16]。

通過對(duì)石河子1990—2018年土地利用動(dòng)態(tài)變化的研究，發(fā)現(xiàn)隨著城市化進(jìn)程的快速發(fā)展和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，石河子市土地利用結(jié)構(gòu)由以耕地和未利用地為主逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐愿睾徒ㄔO(shè)用地為主，城鎮(zhèn)建設(shè)用地快速擴(kuò)張，農(nóng)業(yè)用地和未利用地逐年減少，土地利用集約程度大大提高?？梢?，促使石河子市土地利用發(fā)生變化的因素主要包括自然因素、人文因素（經(jīng)濟(jì)發(fā)展因素和政策因素等）。其中，自然因素和政策因素對(duì)土地利用變化的影響往往需要較長的時(shí)間，短期內(nèi)影響較大的因素主要是經(jīng)濟(jì)發(fā)展因素。因此，本文側(cè)重于研究石河子市土地利用變化的經(jīng)濟(jì)發(fā)展驅(qū)動(dòng)力因素[17]。

4.1 定性分析 石河子地勢平坦，位于洪水沖積平原之上，其自然因素（如地質(zhì)與地貌、坡度和海拔等）短時(shí)期內(nèi)變化不大。但人類活動(dòng)劇烈，人口與經(jīng)濟(jì)的增長、城鎮(zhèn)化建設(shè)、工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步、土地使用宏觀政策的調(diào)整等，使土地利用在短期內(nèi)發(fā)生了明顯的變化。因此，本文結(jié)合石河子市土地利用特點(diǎn)以及現(xiàn)實(shí)情況，運(yùn)用主成分分析法來探討影響石河子市土地利用變化的主要人文因素。

4.2 定量分析

4.2.1 土地利用變化驅(qū)動(dòng)因子的選擇 本文使用主成分分析法，對(duì)錯(cuò)綜復(fù)雜且互相又具有很強(qiáng)關(guān)聯(lián)性的各因子進(jìn)行降維方式的處理，得出較少且相互獨(dú)立的幾個(gè)綜合因子，其不僅能替代原先所有因子，而且也能表達(dá)出它們所包括的信息[18]。通過對(duì)1990—2017年《石河子統(tǒng)計(jì)年鑒》中的石河子市相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總與整理，綜合考慮該因子是否能反映土地利用變化的趨勢，其指標(biāo)值是否具有可靠性等，篩選出10個(gè)人文因素指標(biāo)，構(gòu)成石河子市土地利用變化人文因素定量分析的驅(qū)動(dòng)因子指標(biāo)體系（見表7）。

表7 石河子市土地利用變化人文因素定量分析的驅(qū)動(dòng)因子指標(biāo)體系

[指標(biāo)類型 變量名稱 人口因素 X1 人口總數(shù) X2 年末全社會(huì)就業(yè)人員 X3 人口自然增長率（‰） 社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素 X4 GDP（萬元） X5 工業(yè)總產(chǎn)值（萬元） X6 社會(huì)固定資產(chǎn)投資（萬元） X7 經(jīng)濟(jì)非農(nóng)化率（二、三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值/GDP） 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)因素 X8 農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)比值（農(nóng)業(yè)產(chǎn)值/農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值） X9 糧食單產(chǎn)（kg/hm2） X10 農(nóng)作物播種面積（hm2） ]

4.2.2 主成分分析的過程及結(jié)果 選取各因素的1990—2017年數(shù)據(jù)作為分析樣本，應(yīng)用數(shù)據(jù)處理軟件SPSS對(duì)樣本進(jìn)行主成分分析計(jì)算，得出驅(qū)動(dòng)因子相關(guān)系數(shù)矩陣（表8）、驅(qū)動(dòng)因子特征值及主成分貢獻(xiàn)率（見表10）。第一、第二主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到90.44%（見表9），即對(duì)這10個(gè)驅(qū)動(dòng)因子的解釋能力已達(dá)到了90.44%，符合主成分分析的要求。

各因子的主成分載荷矩陣（表10）是主成分與變量之間的相關(guān)系數(shù)。按照數(shù)值越接近1，相關(guān)性程度越大的原則。從表11可以看出：第一主成分中GDP、工業(yè)總產(chǎn)值、農(nóng)作物播種面積、社會(huì)固定資產(chǎn)投資、糧食單產(chǎn)、年末全社會(huì)就業(yè)人員、經(jīng)濟(jì)非農(nóng)化率與主成分有很大的正相關(guān)性，與農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)比值、人口自然增長率有較大的負(fù)相關(guān)性，而這些驅(qū)動(dòng)因子主要是經(jīng)濟(jì)類因素，說明石河子市的土地利用變化受社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素驅(qū)動(dòng);第二主成分中，由于各因子與主成分的相關(guān)性都比較小，因而，因子的體現(xiàn)性弱，不具說服力，在此將不對(duì)其做具體分析。

社會(huì)經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)類驅(qū)動(dòng)因子構(gòu)成的第一主成分貢獻(xiàn)率為82.420%，明顯高于由人口類驅(qū)動(dòng)因子構(gòu)成的第二主成分8.025%的貢獻(xiàn)率。因此，社會(huì)經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)因素是石河子市土地利用變化的首要人文驅(qū)動(dòng)因素，人口因素次之。

4.3 首要驅(qū)動(dòng)因素的影響 GDP、工業(yè)總產(chǎn)值、農(nóng)作物播種面積、社會(huì)固定資產(chǎn)投資、糧食單產(chǎn)、年末全社會(huì)就業(yè)人員、經(jīng)濟(jì)非農(nóng)化率等因子，即社會(huì)經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)類因素與石河子土地利用變化呈現(xiàn)出正相關(guān)性。其驅(qū)動(dòng)因子主要影響的地類是耕地和建設(shè)用地。通過1990—2018年石河子市遙感影像解譯分類處理得出，近20年內(nèi)石河子建設(shè)用地增加142.87km2，耕地減少123.36km2。這與石河子近20年的經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，前期人們優(yōu)先考慮對(duì)未利用地的開發(fā)利用，將其價(jià)值利益最大化;與此同時(shí)，大量的耕地也將向建設(shè)用地轉(zhuǎn)變，石河子市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)從第一產(chǎn)業(yè)為主逐漸向二、三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變這一事實(shí)是相符的。

在城市迅速擴(kuò)展中，二、三產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展帶動(dòng)起的商業(yè)、工業(yè)、能源、交通、水利等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目占用較多耕地，城鎮(zhèn)化、工業(yè)化的進(jìn)程中農(nóng)業(yè)用地非農(nóng)化的趨勢日益突出。石河子市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的發(fā)展及升級(jí)帶來的良好招商引資市場氛圍，不僅帶動(dòng)了以開發(fā)區(qū)擴(kuò)張為主的城鎮(zhèn)化發(fā)展，也帶來了其工業(yè)化發(fā)展的良好契機(jī)，使得該區(qū)域工礦等建設(shè)用地的利用更趨“集約、高效”性，利于緩解建設(shè)用地猛增態(tài)勢，提高了土地的投入產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)效益。這也是石河子市城鎮(zhèn)化水平和經(jīng)濟(jì)水平發(fā)展導(dǎo)致部分耕地非農(nóng)化的結(jié)果。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展促使土地在經(jīng)濟(jì)規(guī)律的作用下正在向產(chǎn)出效益較高的產(chǎn)業(yè)部門轉(zhuǎn)移。同時(shí)，這也是石河子市的土地利用率在逐年上升，土地集約利用程度處于中上等水平的表現(xiàn)。

5 結(jié)論與討論

本研究通過對(duì)1990—2018年期間的5期遙感影像進(jìn)行人機(jī)交互解譯，從中提取相關(guān)的土地利用數(shù)據(jù)，同時(shí)選取土地利用幅度、動(dòng)態(tài)度、多樣性指數(shù)、土地利用率等多種評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用先分類后比較的方法對(duì)石河子市區(qū)內(nèi)的土地利用變化進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示：

（1）石河子市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)主要以第一產(chǎn)業(yè)為主，同時(shí)隨著石河子社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，第二、三產(chǎn)業(yè)的比例逐漸上升，大量的耕地和未利用地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，土地集約利用度也在不斷地提高。

（2）根據(jù)主成分分析法生成的成份矩陣表和成份得分系數(shù)表得出，石河子土地利用變化的首要人文驅(qū)動(dòng)因素為社會(huì)經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)因素。

（3）根據(jù)馬爾科夫模型預(yù)測，結(jié)果顯示：在石河子未來10多年的發(fā)展中，將有更多的耕地和未利用地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)變，水域面積基本不變，總綠地面積呈現(xiàn)減少趨勢。

基于現(xiàn)實(shí)而言，石河子市處于天山經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶的中心，“211”石河子大學(xué)的所在地，目前又有“一帶一路”重點(diǎn)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)帶動(dòng)，經(jīng)濟(jì)建設(shè)用地所占的比例將會(huì)不斷增加，因而預(yù)測結(jié)果具有一定的現(xiàn)實(shí)性。總而言之，通過本次研究，有助于了解該區(qū)域的土地利用結(jié)構(gòu)、土地利用的特征，土地利用類型轉(zhuǎn)變的規(guī)則以及主要驅(qū)動(dòng)因素，以期為解決滿足石河子市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)兼顧可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)，實(shí)現(xiàn)土地資源的可持續(xù)利用。

參考文獻(xiàn)

[1]譚少軍，邵景安，鄧華，等.三峽庫區(qū)土地利用驅(qū)動(dòng)力評(píng)價(jià)及機(jī)制分析[J].中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2017，38（11）：122-129.

[2]義白璐.土地資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測研究進(jìn)展與展望[J].吉林農(nóng)業(yè)，2018（22）：39.

[3]Ronald R. Rindfuss， Stephen J. Walsh， B. L. Turner， et al. Developing a Science of Land Change： Challenges and Methodological Issues[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2004，101（39）：13976-13981.

[4]ROUNSEVELL M D A， PEDROLI B， ERB K H， et al. Challenges for Land System Science[J]. Land Use Policy， 2012（29）：899-910.

[5]B?RGI M， HERSPERGER A M， SCHNEEBERGER N. Driving Forces of Landscape Change：Current and New Directions[J]. Landscape Ecology，2004，19（8）：857-868.

[6]Kittler J， Hancock E R. Combining evidence in probabilistic relaxation [J]. International Journal of Pattern Recognition and Artificial Intelligence，1989，3（1）：29-51.

[7]Shi W Z， Ehlers M. Determining uncertainties and their propagation in dynamic change detection based on classified remotely-sensed images [J]. International Journal of Remote Sensing，1996，17（14）：2729-2741.

[8]Ketut W. Spectral and Textural Aspects of multisensor and multitemporal satellite data for land use /land cover mapping in a tropical area [J]. International Journal of Remote Sensing，2000，27（10）：1200-1215.

[9]杜金龍，朱記偉，解建倉，等.基于GIS的城市土地利用研究進(jìn)展[J].國土資源遙感，2018，30（3）：9-17.

[10]劉嬌.湄潭縣土地利用結(jié)構(gòu)變化及其驅(qū)動(dòng)因素研究[J].人民珠江，2019，40（2）：51-56.

[11]王秀蘭，包玉海.土地利用動(dòng)態(tài)變化研究方法探討[J].地理科學(xué)進(jìn)展，1999（1）：83-89.

[12]吳文婕.干旱區(qū)內(nèi)陸河流域綠洲水土資源生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)研究[J].水土保持通報(bào)，2012，32（3）：249-255.

[13]鄧玲玲，盧江林，李陽兵.紫云縣宗地鄉(xiāng)典型峰叢洼地地區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].貴州師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，33（1）：8-12.

[14]陳益佳，廖鐵軍.生態(tài)脆弱區(qū)土地利用變化研究——基于重慶市萬州區(qū)的分析[J].國土與自然資源研究，2018（2）：26-29.

[15]蔡運(yùn)龍.土地利用/土地覆被變化研究：尋求新的綜合途徑[J].地理究，2001，36（6）：121-126.

[16]李靜，趙庚星.土地利用/土地覆蓋變化驅(qū)動(dòng)力研究論[J].國土資源科技管理，2004，（1）：155-143.

[17]姚安坤，張志強(qiáng)，郭軍庭，等.北京密云水庫上游潮河流域土地利用/覆被變化研究[J].水土保持研究，2013，20（2）：53-59.

[18]徐建華.現(xiàn)代地理學(xué)中的數(shù)學(xué)方法[M].北京：高等教育出版社，2004：47-60，84-92.

（責(zé)編：張宏民）