基于主成分分析的長(zhǎng)沙市土地利用變化驅(qū)動(dòng)力分析

王　植，楊小慶

(湖南師范大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410081)

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基于主成分分析的長(zhǎng)沙市土地利用變化驅(qū)動(dòng)力分析

王植，楊小慶*

(湖南師范大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410081)

摘要：基于長(zhǎng)沙市2003～2013年土地利用變更數(shù)據(jù)，從土地利用變化幅度、速度和綜合度等方面分析長(zhǎng)沙市土地利用變化情況.選取22個(gè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果表明，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展因素、人口因素及土地政策等是影響長(zhǎng)沙市土地利用變化的主要驅(qū)動(dòng)因子.研究結(jié)果可為長(zhǎng)沙市編制土地利用總體規(guī)劃及優(yōu)化調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)提供借鑒.表3，參8.

關(guān)鍵詞：土地利用；變化驅(qū)動(dòng)力；主成分分析

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展、城市化進(jìn)程的不斷加快以及城市土地的不斷擴(kuò)張，區(qū)域土地利用變化備受人們關(guān)注，很多學(xué)者對(duì)土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行了大量研究.但由于各地土地利用變化的影響因素不同，土地利用變化在不同區(qū)域呈現(xiàn)不同特點(diǎn)[1].近年來(lái)，長(zhǎng)沙市緊抓長(zhǎng)江中游城市群規(guī)劃全面實(shí)施的發(fā)展機(jī)遇，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，城市化進(jìn)程不斷加快，土地利用問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)，如：土地利用結(jié)構(gòu)不合理、土地資源浪費(fèi)等，這些問(wèn)題嚴(yán)重制約了長(zhǎng)沙市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展.因此，分析研究長(zhǎng)沙市的土地利用變化驅(qū)動(dòng)力，可以為長(zhǎng)沙市政府制定土地利用總體規(guī)劃及優(yōu)化調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)提供科學(xué)依據(jù)，更好地促進(jìn)長(zhǎng)沙市經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)等方面的協(xié)調(diào)發(fā)展.

1研究區(qū)域概況

長(zhǎng)沙位于湘中偏東北、湘江下游和長(zhǎng)瀏盆地西緣.范圍為東經(jīng)111°53′～114°15′，北緯27°51′～28°41′.東臨江西省宜春地區(qū)和萍鄉(xiāng)市，南接株洲、湘潭兩市，西連婁底、益陽(yáng)兩市，北抵岳陽(yáng)、益陽(yáng)兩市.長(zhǎng)沙境內(nèi)地勢(shì)起伏較大，東、西兩端山地環(huán)繞，中部漸趨低平，南部丘崗起伏.湘江由南向北貫穿全境，市域河流水系大多屬湘江流域，包括瀏陽(yáng)河、撈刀河、靳江和河、溈水河、八曲河等.區(qū)內(nèi)地貌類型多樣，山地、丘陵、崗地、平原比例分別為30.70%、19.30%、28.60%、21.40%.長(zhǎng)沙市動(dòng)植物資源、礦產(chǎn)資源、旅游資源豐富，是著名的歷史文化名城和旅游勝地.

長(zhǎng)沙市東西長(zhǎng)約230 km，南北寬約88 km.總面積1 1815.96 km2，其中市區(qū)面積1 909.9 km2，2013年全市建成區(qū)面積325.51 km2.全市現(xiàn)轄6區(qū)2縣1市(芙蓉區(qū)、天心區(qū)、岳麓區(qū)、開(kāi)福區(qū)、雨花區(qū)、望城區(qū)、長(zhǎng)沙縣、寧鄉(xiāng)縣、瀏陽(yáng)市).2013年年末常住總?cè)丝?22.14萬(wàn)人，非農(nóng)業(yè)人口509.83萬(wàn)人，城鎮(zhèn)化率達(dá)到70.60%，比2012年提高了1.22個(gè)百分點(diǎn)，城鎮(zhèn)化水平進(jìn)一步提高，建設(shè)用地的需求量較為旺盛；全市2013年實(shí)現(xiàn)總產(chǎn)值7 153.13億元，第一產(chǎn)業(yè)增加值291.15億元；第二產(chǎn)業(yè)增加值3 946.97億元；第三產(chǎn)業(yè)增加值2 915.01億元；一二三產(chǎn)業(yè)增加值比例由上年的2.7∶69.4∶27.9調(diào)整為2.6∶69.4∶28.0，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)得到持續(xù)優(yōu)化.

2數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

2.1數(shù)據(jù)來(lái)源

研究所涉及的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源如下：(1)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)數(shù)據(jù)：采用2003～2013年長(zhǎng)沙市統(tǒng)計(jì)年鑒和長(zhǎng)沙市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)；(2)土地?cái)?shù)據(jù)：采用長(zhǎng)沙市2003～2008年、2010～2013年土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)、2009年第二次土地利用現(xiàn)狀調(diào)查數(shù)據(jù).

2.2研究方法

影響土地利用變化的因素錯(cuò)綜復(fù)雜，在分析土地利用變化的驅(qū)動(dòng)因子作用時(shí)，選擇的因素需細(xì)致全面，但指標(biāo)過(guò)多會(huì)增加分析問(wèn)題的難度和復(fù)雜性.一般情況下，多變量間具有一定的相關(guān)性，主成分分析可將多個(gè)變量(指標(biāo))簡(jiǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合變量(指標(biāo))，并保留原來(lái)多變量的大部分信息，是綜合處理多變量相關(guān)性關(guān)系的一種有效方法[2].因此，主要采用主成分分析方法分析影響長(zhǎng)沙市土地利用變化的驅(qū)動(dòng)因子.

3土地利用變化分析

3.1土地利用變化幅度分析

土地利用變化幅度是指土地利用類型在面積方面的變化幅度，它反映了不同土地類型在總量上的變化，通過(guò)分析各種土地利用類型變化的幅度可以得出土地利用變化的總態(tài)勢(shì)，這樣可以更方便地研究和分析土地利用結(jié)構(gòu)的變化[3,4].為研究不同土地利用類型面積在時(shí)間上的變化，對(duì)長(zhǎng)沙市的土地利用變化幅度進(jìn)行分析，采用的是土地利用變化幅度指數(shù)，以此來(lái)反映長(zhǎng)沙市土地利用變化的總態(tài)勢(shì)及土地利用結(jié)構(gòu)變化的信息，其表達(dá)式為：

式中：ΔV表示研究區(qū)域的土地利用變化幅度；Va、Vb分別表示研究地區(qū)初期及研究末期某種土地利用類型的面積.通過(guò)對(duì)長(zhǎng)沙市2003～2013年的土地利用變更數(shù)據(jù)的計(jì)算，得出在此期間長(zhǎng)沙市土地利用變化幅度(表1).

表1　2003～2013年長(zhǎng)沙市土地利用變化幅度和動(dòng)態(tài)度

由表1可知，長(zhǎng)沙市土地利用變化幅度主要具有以下特征：

(1)交通水利用地的幅度最大，為51.54%，表明長(zhǎng)沙市交通運(yùn)輸用地和水利設(shè)施用地利用類型面積增多，反映長(zhǎng)沙市在近幾年城市建設(shè)中注重交通運(yùn)輸?shù)慕ㄔO(shè)，交通設(shè)施逐年完善，為今后經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展奠定了好的基礎(chǔ)；居民點(diǎn)及工礦用地用地的增幅次之，為35.50%，意味著長(zhǎng)沙市過(guò)去的十年里城市化進(jìn)程加快，城鎮(zhèn)居民的增多、城鎮(zhèn)工礦建設(shè)用地的增加；

(2)林地和草地增加，增加幅度分別為1.46%、36.50%，林地是長(zhǎng)沙市重要的土地利用類型，在長(zhǎng)沙市發(fā)展旅游業(yè)及生態(tài)農(nóng)業(yè)時(shí)，發(fā)揮著重要的作用，因此，在未來(lái)的土地利用中，林地和牧草地的數(shù)量還將增加，保持良好的生態(tài)環(huán)境；

(3)耕地和其他農(nóng)用地呈減少趨勢(shì)，減幅分別為1.18%、17.51%.由于近幾年長(zhǎng)沙市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建設(shè)用地占用了一定數(shù)量的耕地及其他農(nóng)用地；

(4)園地和未利用地減少幅度較大，分別為65.02%和31.32%.園地?cái)?shù)量減少，這就意味著要把園地轉(zhuǎn)化為了另外的土地利用類型——耕地，長(zhǎng)沙市應(yīng)在保有園地?cái)?shù)量的基礎(chǔ)上，提高其質(zhì)量.由于經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，建設(shè)用地大量占用耕地及其他農(nóng)用土地，建設(shè)用地大量占用耕地，導(dǎo)致園地矛盾增加，而未利用地則在一定程度上緩解了這種矛盾，因此長(zhǎng)沙市未利用地?cái)?shù)量也較大的減少.

3.2土地利用變化的速度分析

利用土地利用動(dòng)態(tài)度對(duì)土地利用變化速度進(jìn)行分析，土地利用動(dòng)態(tài)度對(duì)土地利用變化趨勢(shì)具有積極的預(yù)測(cè)作用，土地利用動(dòng)態(tài)度又可以細(xì)分為單一土地利用動(dòng)態(tài)度和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度[5].采用單一土地利用動(dòng)態(tài)度對(duì)長(zhǎng)沙市的土地利用變化速度進(jìn)行分析，它可以反映長(zhǎng)沙市在一定時(shí)間和空間上各土地利用類型在數(shù)量上的變化狀況.其表達(dá)式為：

式中：K為一定時(shí)段內(nèi)某一種土地利用類型的變化率；Ua為某一時(shí)段開(kāi)始時(shí)該土地利用類型的面積，Ub為某一時(shí)段結(jié)束時(shí)該土地利用類型的面積；T為時(shí)段，若T的單位為年，則該模型表示某一地區(qū)該類土地利用類型的年變化率.

通過(guò)對(duì)長(zhǎng)沙市2003～2013年的土地利用變更數(shù)據(jù)的計(jì)算，得出在此期間長(zhǎng)沙市土地利用變化率(表1).

由表1可知，研究期間長(zhǎng)沙市各土地利用類型的動(dòng)態(tài)度變化依次為：耕地(-0.12%)、園地(-6.50)、林地(0.15%)、牧草地(3.65%)、其他農(nóng)用地(-1.75%)、居民點(diǎn)及工礦用地(3.55%)、交通水利用地(5.15%)、未利用地(-3.13%).整體看來(lái)，建設(shè)用地的數(shù)量呈增加趨勢(shì)，屬于增加型；農(nóng)用地及未利用地的數(shù)量則呈下降趨勢(shì)，屬減少型.

3.3土地利用程度變化分析

根據(jù)土地利用程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將土地利用程度按照土地自然綜合體在社會(huì)因素影響下的自然平衡狀態(tài)分為若干級(jí)[6]，并賦予分級(jí)指數(shù)，從而給出土地利用程度綜合指數(shù)的定量化表達(dá)式[7]：

式中：La為某一研究區(qū)域的土地利用程度綜合指數(shù)；Ai為某一研究區(qū)域第i級(jí)土地利用程度分級(jí)指數(shù)；Ci為該研究區(qū)域第i級(jí)土地利用程度分級(jí)面積百分比；n為土地利用程度分級(jí)數(shù).

根據(jù)土地利用程度分級(jí)賦值(表2)，可以對(duì)土地利用程度進(jìn)行定量化研究.土地利用程度及其變化量和變化率可定量地揭示該范圍土地利用的綜合水平和變化趨勢(shì)[6].土地利用程度變化量及土地利用程度變化率R可表達(dá)為：

表2　土地利用程度分級(jí)賦值

式中：La和Lb分別為某區(qū)域在時(shí)間a和時(shí)間b的土地利用程度綜合指數(shù)；Ai為該區(qū)域第i級(jí)的土地程度分級(jí)指數(shù)；Cia、Cib分別為時(shí)間a和時(shí)間b某區(qū)域的第i級(jí)土地利用程度的面積百分比.若ΔLb-a>0，或R>0，則表明該區(qū)域的土地利用處于發(fā)展期，反之，則表明該區(qū)域的土地利用處于調(diào)整時(shí)期或衰退時(shí)期.

計(jì)算結(jié)果顯示，長(zhǎng)沙市的土地利用程度綜合指數(shù)由2003年的252.60上升到2013年的258.47，表明土地利用程度水平整體較高；土地利用程度變化量為5.87 ，土地利用程度變化率為0.023 24，兩者均大于0，表明長(zhǎng)沙市的土地利用處于發(fā)展階段.

4土地利用變化驅(qū)動(dòng)力分析

4.1指標(biāo)選取

通常影響土地利用變化的因素一般有兩大類：自然因素、社會(huì)因素，而在一定時(shí)期內(nèi)，自然因素是相對(duì)穩(wěn)定的，因此只考慮社會(huì)因素對(duì)土地利用變化的影響.

4.2主成分分析

由于所選取的指標(biāo)的計(jì)量單位不同，原始的數(shù)據(jù)無(wú)法建立統(tǒng)一的模型，因此需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理.運(yùn)用SPSS17.0軟件中的標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化方法，即每一變量值與其平均值之差除以該變量的標(biāo)準(zhǔn)差，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；然后計(jì)算出各相關(guān)系數(shù)矩陣，并對(duì)相關(guān)系數(shù)矩陣進(jìn)行KMO檢驗(yàn).運(yùn)用主成分分析方法得出各指標(biāo)特征值及主成分貢獻(xiàn)率、累計(jì)貢獻(xiàn)率、主成分載荷矩陣(表3).

表3　主成分載荷矩陣

注：根據(jù)長(zhǎng)沙市2003～2013年統(tǒng)計(jì)年鑒，選取了22個(gè)分析因子：X1—GDP(億元)、X2—人均GDP(元)、X3—第一產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值(億元)、X4—第二產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值(億元)、X5—林業(yè)總產(chǎn)值(億元)、X6—農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值(億元)、X7—工業(yè)總產(chǎn)值(億元)、X8—固定資產(chǎn)投資(億元)、X9—交通貨運(yùn)量(萬(wàn)噸)、X10—社會(huì)消費(fèi)品零售總額(億元)、X11—進(jìn)出口總額(億美元)、X12—接待旅游者總?cè)藬?shù)(萬(wàn)人次)、X13—旅游業(yè)外匯收入(萬(wàn)美元)、X14—財(cái)政收入(億元)、X15—財(cái)政支出(億元)、X16—年末總?cè)丝?萬(wàn)人)、X17—非農(nóng)業(yè)人口(萬(wàn)人)、X18—農(nóng)業(yè)人口(萬(wàn)人)、X19—城鎮(zhèn)化率(%)、X20—城鎮(zhèn)居民人均可支配收(元)、X21—農(nóng)民人均純收入(元)、X22—建成區(qū)面積(km2).

分析結(jié)果表明，影響長(zhǎng)沙市土地利用結(jié)構(gòu)變化的驅(qū)動(dòng)力：第一主成分的特征值為21.399、貢獻(xiàn)率97.27%、累計(jì)貢獻(xiàn)率97.27%，說(shuō)明長(zhǎng)沙市土地利用結(jié)構(gòu)的變化與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)；第二主成分的特征值為0.381、貢獻(xiàn)率1.732%、累計(jì)貢獻(xiàn)率99.003%，說(shuō)明人口的變化也是影響長(zhǎng)沙市土地利用結(jié)構(gòu)變化的一個(gè)重要因素.因此，影響長(zhǎng)沙市的主要驅(qū)動(dòng)力因子為：經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、人口的變化，同時(shí)，不同的土地政策對(duì)某一區(qū)域的土地利用也有重要的影響作用.

4.3驅(qū)動(dòng)力分析

(1)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展.近年來(lái)，長(zhǎng)沙市經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，城市化進(jìn)程加快，2003至2013年，GDP由1 077.22億元上升到7 153.13億元，年均增長(zhǎng)20.84%；社會(huì)消費(fèi)品零售總額由452.00億元上升到2 801.97億元，年均增長(zhǎng)20.01%；進(jìn)出口總額由20.44億美元上升到98.93億美元，年均增長(zhǎng)17.08%.同期，建設(shè)用地總面積增加了48 061.59 hm2，年均增長(zhǎng)3.23%.隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，建設(shè)用地呈現(xiàn)出擴(kuò)張的趨勢(shì)，長(zhǎng)沙市作為正在發(fā)展中的新興城市，經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展是土地利用結(jié)構(gòu)變化的重要影響因素.

(2)人口變化.人類是土地利用活動(dòng)的主體，而土地利用類型就是人類各種活動(dòng)的結(jié)果，因此，人口變化是土地利用變化的重要影響因子.人口的變化主要表現(xiàn)為人口增長(zhǎng)，人口的增加會(huì)造成對(duì)不同土地利用類型的不同需求，如對(duì)建設(shè)用地的需求增多，對(duì)農(nóng)用地的需求減小.2003至2013年，長(zhǎng)沙市年末總?cè)丝谟?28.35萬(wàn)人增加到722.14萬(wàn)人，增加了93.79萬(wàn)人，其中，非農(nóng)業(yè)人口由308.90萬(wàn)人增加到509.83萬(wàn)人，增加了200.93萬(wàn)人；接待旅游者總?cè)藬?shù)由2 384.00萬(wàn)人次增加到9 602.30萬(wàn)人次，增加了7 218.3萬(wàn)人次，增加了3倍.人口的增加勢(shì)必會(huì)引起對(duì)居民點(diǎn)及工礦用地、交通用地等需求的增加，與此同時(shí)，接待旅游者總?cè)藬?shù)的迅速增加也會(huì)引起對(duì)基礎(chǔ)的配套設(shè)施的需求增加.

(3)土地政策.為緩和越來(lái)越緊張的人地關(guān)系，國(guó)家頒布了一系列的土地政策，對(duì)我國(guó)土地進(jìn)行宏觀的調(diào)控與管理.作為一種有效平衡人地矛盾的手段，長(zhǎng)沙市結(jié)合《湖南省土地利用總體規(guī)劃(2006～2020年)》及自身土地利用中存在的問(wèn)題制定了《長(zhǎng)沙市土地利用總體規(guī)劃(2006～2020年)》.土地利用規(guī)劃對(duì)土地利用進(jìn)行宏觀管理，調(diào)節(jié)各類用地的供給和需求，控制各類用地的規(guī)模，調(diào)整其比例結(jié)構(gòu)和空間布局，協(xié)調(diào)各類用地之間的矛盾，以提高土地利用的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益[8].

5結(jié)論

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)沙市土地處于較高的利用水平，且處于發(fā)展階段，未來(lái)幾年仍將處于發(fā)展階段.但2003～2013年長(zhǎng)沙市土地利用發(fā)生了很大的變化，主要體現(xiàn)在：變化結(jié)構(gòu)上，園地和交通水利用地變化幅度最大分別為-65.02%、51.54%；牧草地、居民點(diǎn)及工礦用地增幅分別為36.50%、35.50%；未利用地減幅為31.32%；耕地和林地變化幅度較小，分別為-1.18%、1.46%.同時(shí)，在研究期間，長(zhǎng)沙市各土地利用類型的動(dòng)態(tài)度整體看來(lái)是建設(shè)用地?cái)?shù)量呈不斷增加的趨勢(shì)，而農(nóng)用地及未利用地的數(shù)量則呈逐年下降的趨勢(shì).

分析表明：引起長(zhǎng)沙市土地利用變化的驅(qū)動(dòng)因子主要為經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展、人口的變化、土地政策等.因此，在未來(lái)的發(fā)展中，長(zhǎng)沙市需要控制人口數(shù)量、提高人口素質(zhì)，加強(qiáng)耕地和基本農(nóng)田保護(hù)，保護(hù)和合理利用土地資源，實(shí)施土地用途管制，農(nóng)用地特別是要保護(hù)耕地，強(qiáng)化重點(diǎn)區(qū)域的保護(hù)，建立和完善保護(hù)新機(jī)制；轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格控制建設(shè)用地規(guī)模，挖掘現(xiàn)有建設(shè)用地的內(nèi)涵，提高建設(shè)用地利用率，協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與土地的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)土地利用與經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，從而建設(shè)一個(gè)“富裕、文明、平安、生態(tài)”的長(zhǎng)沙.

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Biography：Wang Zhi，male，born in 1989，master,research directions:land evaluation and real estate management.

收稿日期：2015-11-20

作者簡(jiǎn)介：王植(1989-)，男，河南周口人，碩士研究生，研究方向：土地評(píng)價(jià)與房地產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理.

文章編號(hào)：2095-7300(2016)02-006-05

中圖分類號(hào)：F301.24

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Analysis of Dynamic Driving Force of Land-use in Changsha City Based on Principal Component Analysis

WANG Zhi，YANG Xiao-qing*

(College of Resources and Environmental Science，Hunan Normal University，Changsha 410081，China)

Abstract：Based on the dynamic data of land-use from 2003 to 2013 in Changsha City,this paper studied the land-use changes in Changsha City from the perspective of the rangeability,speed,and intensity.A total of 22 socioeconomic indicators are chosen to conduct the principal component analysis.The result,which showed that economic and social development,population changes,and land policies were the main driving forces influencing the land-use changes in Changsha City,offered references for overall planning as well as optimization and adjustment of utilizing land.3tabs.,8refs.

Keywords：land-use; dynamic driving forces; principal component analysis

*通訊作者，1505078291@qq.com