基于主成分分析法的貴陽市土地利用結(jié)構(gòu)演變驅(qū)動機(jī)制研究

彭漫莉++楊柳

摘要：為了研究貴陽市區(qū)域土地利用變化，分析其驅(qū)動機(jī)制，為該區(qū)域土地利用可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。分析2003-2012年10年間貴陽市土地利用數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，采用土地利用動態(tài)度模型、土地利用程度模型和主成分分析法對該區(qū)域土地利用變化和驅(qū)動因素進(jìn)行研究。結(jié)果表明，貴陽市10年間土地利用變化相對明顯，耕地面積逐年下降，林地、未利用地變化突出，期間土地利用處于發(fā)展時期；社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平、人口數(shù)量、人民生活水平和技術(shù)、資金、投資力度對耕地面積變化有顯著的影響，而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對耕地面積變化有一定影響。

關(guān)鍵詞：貴陽市；土地利用；主成分分析；結(jié)構(gòu)演變；驅(qū)動機(jī)制

中圖分類號：F293.2；F301.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）16-4094-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.16.067

Mechanism Research on Evolution and Driving Forces of Land Use Structure in Guiyang City Based on Principle Components Analysis

PENG Man-lia， YANG Liub

（a. College of Resource and Environmental Engineering；b. School of Public Administration， Guizhou University， Guiyang 550025， China）

Abstract： In order to research the land use change， analyze the driving mechanism， and to provide reference for sustainable land use of the district， by analyzing ten years land use data and social economic data of Guiyang in 2003-2012， by using dynamic degree model， land use degree model and principal component analysis method， the factors of land use change and driving force were researched. The results showed that：（1） the land use change of Guiyang city was relatively obvious during the 10 years， the cultivated land area decreased annually， the forest land， unused land changed prominently， in the 10 years the land use was in a period of development；（2） social economic development level， population， living standard of people and technology， capital investment power have significant influence to the change of cultivated land area， while the efficiency of agricultural production and industrial structure have certain effect to the change of cultivated land area.

Key words： Guiyang； land use； principle components analysis；structure evolution； driving mechanism

土地是人類生活生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)資源，土地利用變化研究是全球發(fā)展研究的重要課題，土地利用動態(tài)變化及驅(qū)動力研究則是其熱點(diǎn)之一[1]。隨著城鎮(zhèn)化及工業(yè)化的加快，人類活動對土地的影響從廣度和深度上都不斷加強(qiáng)，出現(xiàn)了人口劇增、資源稀缺、環(huán)境惡化、生物多樣性減少、氣候變化及糧食短缺等一系列全球性問題[2，3]，區(qū)域土地利用變化研究得到了廣泛關(guān)注。國內(nèi)外對于土地利用的研究取得顯著成果[4-6]，且多側(cè)重于典型經(jīng)濟(jì)發(fā)展地區(qū)的土地利用現(xiàn)狀、土地利用結(jié)構(gòu)變化及驅(qū)動力機(jī)制等的方面[7-10]。雖然全國土地利用研究較多，但喀斯特地區(qū)的土地利用研究還處于初始階段，貴陽市在土地利用上存在著土地粗放利用、生態(tài)環(huán)境遭到破壞的問題，嚴(yán)重制約了貴陽市土地利用的可持續(xù)性[11]。鑒于前人土地利用變化的研究成果以及典型喀斯特地區(qū)貴陽市的研究現(xiàn)狀，本研究對貴陽土地利用結(jié)構(gòu)變化及驅(qū)動力進(jìn)行研究，以期緩解該區(qū)域土地利用需求與供給的矛盾，促進(jìn)區(qū)域土地合理利用，實(shí)現(xiàn)土地可持續(xù)發(fā)展。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

貴陽市位于貴州省中部偏北，東經(jīng)106°07′-107°17′，北緯26°11′-26°55′，東、南與甕安縣、龍里縣、惠水縣、長順縣接壤，西靠平壩縣和織金縣，北鄰黔西縣、金沙縣和遵義縣，國土面積總面積8 034 km2，占全省面積的4.56%，貴陽境內(nèi)地勢起伏較大，海拔506.5～1 762.7 m，山地丘陵占總面積的89.7%，喀斯特地貌普遍，占總面積的73.3%。貴陽屬于亞熱帶濕潤溫和型氣候，冬無嚴(yán)寒，夏無酷熱，陽光充足，雨水充沛，平均氣溫15.3 ℃。貴陽市是貴州省的省會城市，是西南地區(qū)的重要交通樞紐、工業(yè)基地以及商貿(mào)旅游服務(wù)中心，全市轄1市6區(qū)3縣，2012年年末全市總?cè)丝?45.17萬人，生產(chǎn)總值1 710.30億元。endprint

1.2 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)主要來源于貴陽市2003-2012年土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中的土地利用分類按照國土資源部《全國土地分類（過渡期適用）》（國資發(fā)[2002]247號）進(jìn)行劃分，即3個一級類，15個二級類，71個三級類[12]。相關(guān)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面的數(shù)據(jù)來源于貴陽市2004-2013年統(tǒng)計(jì)年鑒、貴陽市土地利用總體規(guī)劃等。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用動態(tài)度 土地利用動態(tài)度可用來表示研究區(qū)域一定時間范圍內(nèi)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況[13]，分析研究區(qū)某一時段土地利用變化，定量描述研究區(qū)某一時段土地利用變化速度[14]。計(jì)算公式如下：

K=■×■×100%（1）

式中，K為土地利用單一動態(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是時間，以年為單位。

1.3.2 土地利用程度綜合指數(shù) 土地利用程度綜合指數(shù)可以反映某區(qū)域特定時期的土地利用程度。不同的時段指數(shù)的變化可定量，反映區(qū)域土地利用程度變化[15]。

L=■（Ai×Ci）×100，L∈[100，400] （2）

Lb-a=（Lb-La）×100=[Ai×Cib-■Ai×Cia]×100 （3）

式中L為土地利用綜合指數(shù)，Ai是第i級土地利用程度分級指數(shù)，Ci是第i級土地利用程度面積比，Lb和La表示在b時間和a時間的區(qū)域土地利用綜合指數(shù)，Cib和Cia分別表示b時間和a時間第i級土地利用程度面積比，Lb-a為土地利用程度變化量，如果Lb-a>0，表示該研究區(qū)域的土地利用處于發(fā)展時期，反之，則說明該研究區(qū)域處于衰退期或調(diào)整期。為了分類系統(tǒng)的一致性，土地利用分類主要參照劉紀(jì)遠(yuǎn)[15]、陳曦[16]的分類方法。具體情況見表1。

1.3.2 主成分分析法 主成分分析法是把多個指標(biāo)綜合為少數(shù)幾個潛在指標(biāo)的一種統(tǒng)計(jì)分析方法[17]。主成分分析法的目的有兩個，一是用少數(shù)不可觀測的潛在變量來直接解釋原變量的相關(guān)性，二是對變量或樣本進(jìn)行分類[18-20]。運(yùn)用主成分分析法既可綜合多個指標(biāo)，又可避免指標(biāo)簡單相關(guān)性過高。主成分分析法主要通過SPSS軟件進(jìn)行操作，通過指標(biāo)因子的輸入，將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后得到影響因子的相關(guān)系數(shù)矩陣、特征值以及累計(jì)貢獻(xiàn)率和主成分貢獻(xiàn)率。

2 結(jié)果與分析

2.1 貴陽市土地利用變化分析

由貴陽市2003-2012年間土地利用情況（表2）可見，2012年貴陽市耕地面積為267 047.71 hm2，占總面積的33.20%；園地11 565.81 hm2，占總面積的1.44%；林地338 683.99 hm2，占總面積的42.11%；牧草地1 230.19 hm2，占總面積的0.15%；其他農(nóng)用地35 271.84 hm2，占總面積的4.39%；居民點(diǎn)及工礦用地57 370.29hm2，占總面積的7.13%；交通用地8 265.88 hm2，占總面積的1.03%；水利設(shè)施用地8 291.67 hm2，占總面積的1.03%；未利用地76 609.22 hm2，占總面積的9.25%。與2003年相比，2012年貴陽市土地利用結(jié)構(gòu)有所調(diào)整，面積減少的地類有：耕地（減少了10 119.19 hm2）、牧草地（減少了25 996.86 hm2）、其他農(nóng)用地（減少了14 134.97 hm2）、水利設(shè)施用地（減少了1 113.98 hm2）和未利用地（減少了38 479.66 hm2）；面積增加的地類有：園地（增加了3 943.19 hm2）、林地（增加了67 521.49 hm2）、居民點(diǎn)及獨(dú)立工礦用地（增加了15 355.29 hm2）、交通用地（增加了3 024.67 hm2）。

2.1.1 土地利用變化動態(tài)度分析 為了能夠更好的反映貴陽市2003-2012年間的土地利用變化速度，將研究區(qū)間分為3個階段，分別是2003-2006年、2006-2009年、2009-2012年。根據(jù)土地利用動態(tài)度模型計(jì)算（圖1）可知，貴陽市2003-2012年間耕地?cái)?shù)量一直呈現(xiàn)不斷減少的趨勢，其中2009-2012年減少速度最快，年變化速率為-0.83%；園地三階段變化速度呈現(xiàn)減少-增加-減少的趨勢，其中2006-2009年增加速度較大，年變化速率達(dá)23.01%，減少速度小，最大年變化速率僅為-2.45%；林地從2003到2009變化速度不斷加快，2006-2009年，年變化速率為8.20%，2009年變化速度減慢，年變化速率為-0.25%；牧草地與其他農(nóng)用地變化速度趨勢大致一致，三階段皆呈減少-增加-減少的趨勢，其中2006-2009年變化速度最大，年變化率分別為-31.08%，-9.12%；居民點(diǎn)及獨(dú)立工礦用地三階段變化速度不斷增加，年變化速率分別為1.76%，3.38%，5.92%；交通用地變化速度出現(xiàn)增加-減少-增加的趨勢，增加速度最大可達(dá)年平均速率14.30%；水利設(shè)施用地2003-2006年年變化速率為0.35%，2006-2009年，年變化速率最大為 -4.23%；未利用地2003-2009年年變化速率最大，達(dá)-10.89%。

為了能夠更好分析農(nóng)用地、建設(shè)用地及未利用的變化趨勢，將以上3種用地類型進(jìn)行土地利用動態(tài)度分析（表3）。

結(jié)果表明，貴陽市農(nóng)用地雖然在2003-2006年及2009-2012年間，變化速度呈下降的趨勢，而2006-2009年間，農(nóng)用地變化速度有所加快，其年變化速率達(dá)1.80%；建設(shè)用地在三階段間變化速度呈增長-減少-增長趨勢，建設(shè)用地面積不斷增加，最大年變化速率可達(dá)5.90%；未利用地年變化速率最大可達(dá)-10.89%，最小變化速率僅為0.02%，總體看來，未利用地?cái)?shù)量呈減少趨勢。

2.1.2 土地利用程度變化分析 根據(jù)公式（2）、（3），計(jì)算得出貴陽市土地利用程度變化結(jié)果（表4）。由表4可知，2003-2012年間土地利用程度呈增加的趨勢，2003-2006年土地利用程度增加了0.41；2006-2009年土地利用程度增加了4.65；2009-2012年土地利用程度增加了1.77。三階段的Lb-a均大于零，可見該研究區(qū)域在各階段均處于土地利用發(fā)展時期，且2006-2009年發(fā)展速度最快。endprint

2.2 土地利用變化驅(qū)動機(jī)制分析

耕地是最基本的自然資源，保持一定數(shù)量的耕地面積是人類賴以生存的基本條件，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展時刻影響著耕地的動態(tài)變化[21]。從土地利用類型數(shù)量分析可知，貴陽市耕地從2003年到2012年一直處于減少的趨勢，將耕地面積作為因變量Y，驅(qū)動因子做為自變量Xi進(jìn)行驅(qū)動力分析。

2.2.1 驅(qū)動因子的確定 土地利用結(jié)構(gòu)變化是自然和人類活動雙重驅(qū)動因素綜合作用的結(jié)果[22]。本研究根據(jù)數(shù)據(jù)的可獲得性及可量化性，綜合考慮社會因素、經(jīng)濟(jì)因素和技術(shù)因素的影響，選取的因子有：X1，農(nóng)藥使用量（t）；X2，化肥施用量（104 t）、X3，農(nóng)業(yè)機(jī)械總動力（104 kW）；X4，年末總?cè)丝冢ㄈf人）；X5，糧食產(chǎn)量（104 t）；X6，全社會固定資產(chǎn)投資總額（萬元）；X7，建設(shè)用地面積（hm2），X8，城鎮(zhèn)化率（%）；X9，GDP（萬元）；X10，人均GDP（元）；X11，農(nóng)民人均純收入（元）；X12，公共財(cái)政預(yù)算收入（萬元）；X13，第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比例（%）；X14，第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比例（%）；X15，第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比例（%）?；A(chǔ)數(shù)據(jù)見表5。

2.2.2 主成分分析 運(yùn)用SPSS進(jìn)行主成分分析，得到各因子的相關(guān)矩陣表（表6），反映了各個相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)的顯著性水平，值越大，其相關(guān)性越高[23]。從表中可以看出影響貴陽市耕地變化的因子中，相關(guān)性較大的有X3與X9、X10、X11、X13；X7與X9、X10、X11、X12；X6與X12；X9與X10、X11、X12；X10與X11、X12；X11與X12；X14與X15，以上因子相關(guān)系數(shù)最高為0.99，最低為0.98。

貢獻(xiàn)率越大則其所含信息越多，提取主成分個數(shù)可根據(jù)累計(jì)貢獻(xiàn)率大于85%的原則進(jìn)行選擇。由主成分特征值和主成分貢獻(xiàn)率表（表7）可知，第一主成分和第二主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率已達(dá)93.36%，足以反映原始驅(qū)動因子的絕大部分信息，并且其特征值均大于1，可以達(dá)到分析要求，因此主成分個數(shù)取為2個，計(jì)算得出2個主成分的載荷矩陣（表8）。

因子的荷載絕對值越高，則說明在該主成分中重要性越大。由表8可見，第一主成分荷載值一半以上的驅(qū)動因子荷載大于0.85，其中農(nóng)業(yè)機(jī)械總動力、年末總?cè)丝凇⑷鐣潭ㄙY產(chǎn)投資總額、建設(shè)用地面積、城鎮(zhèn)化率、GDP、人均GDP、農(nóng)民人均純收入、地方財(cái)政預(yù)算收入、第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比例均超過了0.9，其中第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比例與耕地面積呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，這些因子反映的是社會經(jīng)濟(jì)、人口和技術(shù)因素，由此可知社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平、人口數(shù)量、人民生活水平和技術(shù)資金投資力度對耕地面積變化有非常顯著的影響；第二主成分中，糧食產(chǎn)量與第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比例對耕地變化有較大影響，第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比例與耕地面積變化呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，可見農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)對耕地變化有一定的影響。

3 小結(jié)與討論

采用土地利用動態(tài)度模型、土地利用程度模型，分析2003-2012年10年間貴陽市土地利用現(xiàn)狀及變化情況，發(fā)現(xiàn)貴陽市土地利用結(jié)構(gòu)變化明顯，耕地面積呈現(xiàn)逐年下降的趨勢，其中林地和未利用地變化最為突出，同時各期間土地利用程度變化值均大于0，表明其土地利用處于發(fā)展時期。

借助SPSS軟件和貴陽市2003-2012年貴陽市統(tǒng)計(jì)年鑒的社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，采用主成分分析法，對耕地面積變化進(jìn)行驅(qū)動因素分析發(fā)現(xiàn)，社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平、人口數(shù)量、人民生活水平和技術(shù)資金投資力度對耕地面積變化有非常顯著的影響，代表性指標(biāo)為農(nóng)業(yè)機(jī)械總動力、年末總?cè)丝?、全社會固定資產(chǎn)投資總額、建設(shè)用地面積、城鎮(zhèn)化率、GDP、人均GDP、農(nóng)民人均純收入、地方財(cái)政預(yù)算收入、第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占比；而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)對耕地變化有一定的影響，代表性指標(biāo)為糧食產(chǎn)量與第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占比。

因貴陽市土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)的有限性和不完整性（在全國第二次土地調(diào)查前后有一定出入，為了數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性，故將數(shù)據(jù)進(jìn)行均值化處理），分析結(jié)果精度還有待提高。

本研究缺少10年間貴陽市各區(qū)、縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行土地利用空間區(qū)域差異性分析，且由于資料缺乏，無法分析土地利用變化的空間性。

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