2000—2013年海壇島土地利用/覆被變化與驅(qū)動力分析

黃劍彬，毋鑫海，戴文遠(yuǎn)，黃華富，蘇木蘭

（福建師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350007）

2000—2013年海壇島土地利用/覆被變化與驅(qū)動力分析

黃劍彬，毋鑫海，戴文遠(yuǎn)*，黃華富，蘇木蘭

（福建師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350007）

基于GIS的空間分析與數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，文章對2000—2013年海壇島土地利用變化/覆被變化的時(shí)空演變特征進(jìn)行分析；采用灰色關(guān)聯(lián)分析法，選用政策、社會、經(jīng)濟(jì)和人口四個(gè)一級指標(biāo)層的8項(xiàng)指標(biāo)，分析海壇島土地利用/覆被變化的驅(qū)動力.結(jié)果表明：（1）2000—2013年，海壇島土地利用/土地覆蓋變化特征主要表現(xiàn)為耕地、林地、水域和草地的面積和比重減少，而建設(shè)用地和其它用地的面積和比重增加；（2）2000—2013年海壇島土地利用綜合指數(shù)從2000年的249.08不斷上升到2013年的252.90；（3）2000—2013年海壇島土地利用變化的驅(qū)動力主要是政策投入、產(chǎn)出水平、人口變化和生活水平.

土地利用/土地覆蓋；土地利用綜合指數(shù)；驅(qū)動力分析；海壇島

土地是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)[1-2]，土地利用/覆被變化（LUCC）是指在不同時(shí)間尺度、不同空間尺度上由自然系統(tǒng)與社會系統(tǒng)相互作用導(dǎo)致的一種綜合變化，表現(xiàn)形式是一種土地利用類型轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N類型[3-5].隨著人類城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)、人口數(shù)量急劇增長，在“IGBP”和“IHDP”兩個(gè)計(jì)劃的推動下，土地利用/覆被變化受到全世界全球變化研究領(lǐng)域的重視[6]，認(rèn)為其是誘導(dǎo)全球變化的主要原因.土地利用/覆被變化已成為全球變化研究領(lǐng)域中的前沿問題和熱點(diǎn)課題[7-9].

我國目前LUCC研究的重點(diǎn)集中在具有代表性和重要生態(tài)意義的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展區(qū)和生態(tài)脆弱區(qū).海島由于面積較小，土壤貧瘠，植被覆蓋少等原因，生態(tài)環(huán)境十分脆弱，并且極易受到人為活動的干擾，在對其進(jìn)行開發(fā)建設(shè)的時(shí)候，土地利用方式發(fā)生了巨大的變化[10].福建省海壇島近年來受綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)

開發(fā)建設(shè)的影響，土地利用/覆被變化劇烈.本文對海壇島14年間土地利用/覆被變化的特征及驅(qū)動力機(jī)制進(jìn)行綜合分析，以期為海壇島土地資源的優(yōu)化配置，開發(fā)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)進(jìn)行，社會、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的推進(jìn)提供科學(xué)的參考和依據(jù).

1 研究區(qū)概況

海壇島位于福建省東部海域，與臺灣省隔海相望，介于北緯25°15′～25°45′，東經(jīng)119°32′～120°10′之間，海壇島土地面積328.42 km2，是福建省第一大島，中國第五大島.海壇島海拔整體較低，是典型的海積平原地形.海壇島地處亞熱帶，屬于海洋性季風(fēng)氣候，明顯的特征是冬暖夏涼，海壇島土壤質(zhì)地以砂土為主，島上有著豐富的石英砂和花崗巖礦產(chǎn)資源.海壇島下轄7鎮(zhèn)4鄉(xiāng)，2013年海壇島常住人口40萬人，其中城鎮(zhèn)人口16萬，農(nóng)村人口24萬，城鎮(zhèn)化水平40%.

近年來，海壇島獨(dú)特的地理區(qū)位優(yōu)勢在對臺貿(mào)易和交流中發(fā)揮著“窗口”的重要作用.2009年7月，福建省決定成立平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)，海壇島土地面積占整個(gè)試驗(yàn)區(qū)總面積的83.58%，是實(shí)驗(yàn)區(qū)的主體部分.平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)的成立一方面有利于進(jìn)一步促進(jìn)兩岸合作向更高層次邁進(jìn)，推動海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)更好更快發(fā)展；另一方面，隨著綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)成立，海壇島各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施和城鄉(xiāng)建設(shè)快速發(fā)展，其土地利用/土地覆被發(fā)生了巨大的變化，對海島生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了深刻的影響.

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

研究數(shù)據(jù)主要依據(jù)2000年、2009年、2013年的三期SPOT-5影像.運(yùn)用ERDAS9.2對TM影像進(jìn)行波段組合和投影轉(zhuǎn)換、幾何校正、影像裁切等預(yù)處理，然后依據(jù)中科院資源環(huán)境遙感調(diào)查數(shù)據(jù)庫的土地利用分類系統(tǒng)[11-12]，確定海壇島土地分類系統(tǒng)（見表1）.在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用eCognition軟件進(jìn)行影像解譯獲得三期土地利用數(shù)據(jù)（見圖1）.

圖1 2000—2013年土地利用/覆被變化圖Fig.1 The change of the land use and cover from 2000 to 2013

表1 海壇島土地利用分類系統(tǒng)Tab.1 The classification system of Haitan island land use

其他數(shù)據(jù)來源于《平潭統(tǒng)計(jì)年鑒》（2001卷）和《福州年鑒》中的平潭縣（實(shí)驗(yàn)區(qū)）的經(jīng)濟(jì)和人口數(shù)據(jù)

作為海壇島的數(shù)據(jù).

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用變化分析方法

（1）土地利用面積變化幅度與速率

①土地利用面積變化幅度是反映在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)一類土地變化速度快慢的指標(biāo).公式為：

式中，Pi為第i種土地的變化幅度，Ait0和Ait1為該地類的研究初期和研究末期的面積.

②單一土地利用動態(tài)度和綜合土地利用動態(tài)度是可以用來衡量多個(gè)不同時(shí)間段的某一土地利用類型變化速度快慢的指標(biāo).

單一土地利用動態(tài)度計(jì)算公式如下：

綜合土地利用動態(tài)度計(jì)算公式如下：

（2）土地利用轉(zhuǎn)移矩陣.可以用來表示各用地類型轉(zhuǎn)換的方向和數(shù)量，公式為：

式中，Cij為轉(zhuǎn)移矩陣；和分別為初期和末期土地利用現(xiàn)狀；i和j分別為兩種類型的土地.

（3）土地利用程度變化模型

①土地利用程度綜合指數(shù).土地利用綜合指數(shù)用以衡量研究區(qū)內(nèi)某一年土地利用的整體情況，數(shù)值在100-400之間，值越大，說明在這個(gè)時(shí)間段土地利用的總體變化越大，公式為：

式中，L表示土地利用程度綜合指數(shù)；n為土地利用類型總數(shù)，這里n取6，Ai為表2中的土地利用程度賦值，Ci為第i級土地面積的比重.

②土地利用程度變化.將兩個(gè)時(shí)期的土地利用綜合指數(shù)相減求出土地利用變化值，可以描述期初和期末研究區(qū)土地利用是處于發(fā)展期還是調(diào)整期.計(jì)算公式如下：

式中，La和Lb分別為期初和期末的區(qū)域土地利用程度綜合指數(shù).如果ΔLb-a＜0，則研究區(qū)在一段時(shí)間內(nèi)土地利用發(fā)展較緩慢，處于調(diào)整期；反之，則處于發(fā)展期.

表2 土地利用程度分級賦值表Tab.2 Classification assignment table of land use degree

2.2.2 土地利用變化驅(qū)動力分析

灰色關(guān)聯(lián)分析法是通過計(jì)算母因素和子因素關(guān)聯(lián)值的方法，分析土地利用變化驅(qū)動因素的一種有效方法[13-14].本文以三期海壇島土地利用綜合指數(shù)作為母因素，來綜合表征土地利用情況，選取人口、經(jīng)濟(jì)和政策投入的社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)作為子因素，通過計(jì)算土地利用綜合指數(shù)和人口、經(jīng)濟(jì)和政策投入的關(guān)聯(lián)值，判斷土地利用變化的驅(qū)動力.關(guān)聯(lián)度計(jì)算如下：

式中，ζ為分辨系數(shù)，0＜ζ＜1，一般取灰數(shù)的白化值為0.5.ζi（k）為第k個(gè)時(shí)刻比較數(shù)列和參考數(shù)列的關(guān)聯(lián)系數(shù).

3 結(jié)果分析

3.1 2000—2013年海壇島土地利用變化特征

3.1.1 土地利用結(jié)構(gòu)變化分析

從表3、4可以看出，2000年海壇島土地類型按照面積大小排序?yàn)榱值?、耕地、水域、建設(shè)用地、其他用地和草地；2013年，土地類型按照面積大小排序?yàn)榱值亍⒏?、建設(shè)用地、水域、草地和其他土地.由此看出，14年間海壇島土地利用結(jié)構(gòu)變化明顯，主要表現(xiàn)為建設(shè)用地和其他用地大幅增加，其余土地利用類型均有不同程度的減少.其中，建設(shè)用地增加了2130.13 hm2，增幅達(dá)50.22%，主要原因是海壇島大開發(fā)政策的提出，城鎮(zhèn)化快速發(fā)展，城市建設(shè)用地向外擴(kuò)張導(dǎo)致城市用地規(guī)模擴(kuò)大；其他建設(shè)用地增加了

1771.82.67 hm2，增幅高達(dá)116.67%，原因是政府大力組織圍海造田.

3.1.2 土地利用變化速率分析

從土地利用變化速率看（見表5），2000—2009年間，海壇島的土地利用類型的變化速度大小順序依次為其他用地、建設(shè)用地、草地、耕地、林地和水域，2009—2013年間，各類土地變化速度按從大到小排序分別為其他用地、建設(shè)用地、水域、草地、耕地和林地.

表3 2000—2013年海壇島土地利用構(gòu)成Tab.3 The composition of Haitan island land use from 2000 to 2013

表4 2000—2013年土地利用面積變化及變化幅度Tab.4The change and change range of the land use area from 2000 to 2013

表5 2000—2013年單一土地利用動態(tài)度與綜合土地利用動態(tài)度Tab.5 The changing rates of the single and overall land use from 2000 to 2013

14年間各土地類型的單一土地利用動態(tài)度和綜合土地利用動態(tài)度2009—2013年階段都明顯大于2000—2009年階段的動態(tài)度，這是由于受2009年平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)的成立以來海島城市快速發(fā)展、城鎮(zhèn)建設(shè)用地快速增長的影響，使得2009—2013年間海壇島土地利用變化速度快于2000—2009年的變化速度.

3.1.3 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析

從海壇島土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣（見表6和表7）可以看出，14年間土地利用類型轉(zhuǎn)移變化具有以下特點(diǎn)：

表6 2000—2009年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（單位：hm2）Tab.6 Transition matrix of the land use from 2000 to 2009（unit：hm2）

1）建設(shè)用地面積增加主要依靠占用耕地和林地以及圍海造地為主要途徑，其中占用耕地1179.02 hm2，占用林地697.50 hm2.海壇島建設(shè)用地隨著城鎮(zhèn)化的加快在持續(xù)增加.

2）其他用地面積呈增加的趨勢.增加的主要來源是林地、耕地和水域，2009年以后主要來源是水域，轉(zhuǎn)入面積為1357.74 hm2.轉(zhuǎn)換地主要集中在幸福洋區(qū)，原因主要是圍海造地，但在城市化的進(jìn)程中沒有進(jìn)行開發(fā)，這說明海壇島還處在快速發(fā)展的階段.

3）耕地與林地面積大幅減少.耕地轉(zhuǎn)出面積為2070.48 hm2，主要轉(zhuǎn)出方向是建設(shè)用地、林地和其他用地.林地轉(zhuǎn)出面積為1722.34 hm2，主要轉(zhuǎn)出方向?yàn)?/p>

耕地、建設(shè)用地和其他用地.減少的原因是在城市化發(fā)展的進(jìn)程中大量占用耕地和林地.

4）水域、草地面積也有所減少.草地轉(zhuǎn)出面積為1920.45 hm2，主要轉(zhuǎn)移方向?yàn)榱值亍⒔ㄔO(shè)用地和其他用地，水域轉(zhuǎn)出面積為551.18 hm2，轉(zhuǎn)出的方向?yàn)槠渌玫睾徒ㄔO(shè)用地，由于對土地的需求逐漸增加，對草地的圍墾開發(fā)以及圍海造地是其面積減少的主要原因.

綜上所述，海壇島由于城市化的快速發(fā)展，耕地、林地、水域和草地都呈遞減的趨勢，建設(shè)用地和其他用地呈現(xiàn)增加的趨勢，特別是2009年成立平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)以來建設(shè)用地?cái)U(kuò)張迅速，主要來自占用耕地和林地以及填海面積的增加.

3.2 土地利用程度綜合指數(shù)及土地覆被轉(zhuǎn)類指數(shù)變化分析

3.2.1 土地利用綜合指數(shù)變化分析

經(jīng)公式（5）計(jì)算得出三期的土地利用程度綜合指數(shù)分別為：2000年的249.08，2009年的251.89和2013年的252.90.海壇島土地利用程度綜合指數(shù)不斷加大，說明海壇島在14年間土地利用處于發(fā)展期.建設(shè)用地的增加是土地利用綜合指數(shù)上升的主要原因.

3.2.2 土地利用類型相互轉(zhuǎn)換強(qiáng)度變化分析

經(jīng)公式（6）計(jì)算得出海壇島的土地利用類型互相轉(zhuǎn)換強(qiáng)度.2000—2013年海壇島生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)類型相互轉(zhuǎn)換強(qiáng)度值為負(fù)值（-107.04），表示生態(tài)系統(tǒng)類型轉(zhuǎn)差，且表現(xiàn)為后四年類型轉(zhuǎn)化強(qiáng)度為-177.47，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過前10年的土地利用類型強(qiáng)度-36.60.其原因主要是海壇島從2009年提出海壇島大開發(fā)計(jì)劃，2009—2013年間城市化進(jìn)程發(fā)展快于2000—2009年.

3.3 土地利用變化驅(qū)動力分析

3.3.1 因子選取

導(dǎo)致土地利用變化的原因有很多，包括土地的自然屬性、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要和國家區(qū)域政策等因素的影響[15].本文主要針對社會經(jīng)濟(jì)和政策方面來分析海壇島土地利用/覆被變化的驅(qū)動力.鑒于海壇島為平潭縣（實(shí)驗(yàn)區(qū)）主島，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和人口數(shù)量約占平潭縣的90%左右，本文以平潭縣和平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為依據(jù)開展相關(guān)研究.

不同的學(xué)者對于人類對土地變化的驅(qū)動力的認(rèn)識還不夠統(tǒng)一，許多學(xué)者都從人口、技術(shù)水平、富裕程度和政策文化方面來分析人類對土地變化的驅(qū)動力，如Kasperson、Turner，本文在借鑒相關(guān)參考文獻(xiàn)的同時(shí)，結(jié)合海壇島實(shí)際，從人口規(guī)模、生活水平、政策因素以及產(chǎn)出水平四個(gè)方面的8項(xiàng)指標(biāo)對土地利用綜合指數(shù)的驅(qū)動力進(jìn)行分析（見表8）.

表7 2009—2013年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（單位：hm2）Tab.7 Transition matrix of the land use from 2009 to 2013（unit：hm2）

表8 土地利用驅(qū)動指標(biāo)選擇Tab.8 Selection of the driving factors of land use

3.3.2 關(guān)聯(lián)度的計(jì)算

根據(jù)研究需要選擇海壇島2000年、2009年和2013年土地利用綜合指數(shù)為母因素，社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為子因素比較數(shù)列（見表9-11），計(jì)算各驅(qū)動因子與土地利用程度綜合指數(shù)的關(guān)聯(lián)度.

1）選擇因子和分析序列.確定土地利用程度綜合指數(shù)為因變量，2000年、2009年和2013年的土地利用綜合指數(shù)作為參考數(shù)列，經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)作為自變量構(gòu)成比較數(shù)列，得到土地利用綜合指數(shù)的分析數(shù)列

（見表9）.

2）各因子關(guān)聯(lián)度并排序（見表10）.

3）對一級指標(biāo)關(guān)聯(lián)度進(jìn)行排序（見表11）.

表9 土地利用程度綜合指數(shù)與所選因子的分析序列Tab.9Analysis sequence of comprehensive index of land use and the factors

表10 各因子關(guān)聯(lián)度計(jì)算Tab.10 Calculation of the correlation degree of each factor

表11 一級指標(biāo)關(guān)聯(lián)度Tab.11 Correlation degrees of the first-grade indices

3.3.3 土地利用驅(qū)動力的變化分析

由土地利用程度綜合指數(shù)與一級社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)分析得到（見表11）:對海壇島土地利用綜合指數(shù)變化影響最大的是政策投入，其次是產(chǎn)出水平、人口變化和生活水平.

1）政策投入是對海壇島2000—2013年間土地利用變化最主要的影響因子.隨著2009年海壇島提出大開發(fā)戰(zhàn)略，政府每天投入一個(gè)億打造平潭綜合開發(fā)區(qū)以及大量的優(yōu)惠政策，導(dǎo)致海壇島主城區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)大，修建了環(huán)島路，建設(shè)用地的增加是土地利用綜合指數(shù)上升的主要原因.

2）產(chǎn)出水平也是對土地利用變化的一個(gè)重要影響因子.產(chǎn)出水平在海壇島土地利用綜合指數(shù)的關(guān)聯(lián)度位居第2位，其中二三產(chǎn)業(yè)比重在產(chǎn)出水平因素中排第一位，二三產(chǎn)業(yè)的比重說明海壇島的經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢，產(chǎn)業(yè)值的增長和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展導(dǎo)致人們的需求增加，是導(dǎo)致海壇島土地利用綜合指數(shù)上升的主要原因.

3）海壇島人口變動與土地利用綜合指數(shù)變化有密切關(guān)系.人口的增長會增加各項(xiàng)社會需求，比如對建設(shè)用地的需求，這些需求導(dǎo)致了建設(shè)用地大量侵占農(nóng)用地和林地，從而導(dǎo)致土地利用綜合指數(shù)的增大.

4）生活水平也是影響土地利用變化的重要因素，是海壇島經(jīng)濟(jì)市場需求的表現(xiàn).隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，海壇島整體人均收入增加，人們對社會消費(fèi)品的需求增加，導(dǎo)致海壇島產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，最終導(dǎo)致海壇島建設(shè)用地增加，土地利用綜合指數(shù)上升.

4 結(jié)論

本文基于GIS空間分析與數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，分析了2000—2013年間海壇島土地利用/覆被變化特征及其驅(qū)動力因素，研究表明：

1）2000—2013年間海壇島土地利用變化主要表現(xiàn)為耕地、林地、水域面積減少，建設(shè)用地和其他用地面積增加，土地利用變化速度2009—2013年階段大于2001—2009年階段.這是由于2009年平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)成立以來，城鎮(zhèn)化的進(jìn)一步發(fā)展，建設(shè)用地的擴(kuò)張更加迅速，土地利用/覆被變化明顯.

2）2000—2013年海壇島土地利用程度綜合指數(shù)由249.08增加到252.90，說明海壇島在14年間土地利用處于發(fā)展期，而土地利用類型相互轉(zhuǎn)換強(qiáng)度為負(fù)值（-107.04），表示生態(tài)系統(tǒng)類型在逐漸地轉(zhuǎn)差.

3）2000—2013年間對海壇島土地利用/覆被變化影響最大的驅(qū)動力是政策因素，具體表現(xiàn)為2009年福建省成立平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)，各項(xiàng)政策的投入導(dǎo)致海壇島土地利用/覆被變化加快；此外，產(chǎn)出水平、人口變化和生活水平也對海壇島土地利用/覆被變化產(chǎn)生積極影響.

綜上所述，14年間海壇島土地利用/覆被變化呈現(xiàn)先慢后快的發(fā)展變化態(tài)勢，平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)的設(shè)立在給海壇島經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來重大機(jī)遇的同時(shí)，也導(dǎo)致土地利用方面呈現(xiàn)出不合理利用、開發(fā)過度的變化趨勢，這將會導(dǎo)致海壇島綠地面積減少、生態(tài)環(huán)境

惡化等后果.因此在土地利用開發(fā)的進(jìn)程中，應(yīng)該結(jié)合海壇島自身的生態(tài)環(huán)境承載力來進(jìn)行合理的開發(fā)利用，同時(shí)加強(qiáng)林地、水域的保護(hù)力度，避免對其過度的開發(fā)，探索出一種符合實(shí)際情況的海島城市化發(fā)展模式，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)、環(huán)境雙贏的效益.

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責(zé)任編輯：吳興華

Land Use/Cover Change and Driving Force Analysis on Haitan Island from 2000 to 2013

HUANG Jianbin，WU Xinhai，DAI Wenyuan*，HUANG Huafu，SU Mulan
（School of Geographical Science，F(xiàn)ujian Normal University，F(xiàn)uzhou 350007，China）

Based on the GIS spatial analysis and mathematical statistics method,we analyze the space-time evolving characteristics of the land use/cover change from 2000 to 2013 on Haitan island.Using gray correlation analysis method and choosing eight indicators from four first-level indices（policy,society,economics and population）,the driving forces of the land use/cover change for Haitan island are also studied.The results are:（1）The main characteristics of the land use/cover changes from 2000 to 2013 on Haitan island are the areas of the farmland,woodland,grassland and waters decreased while those of the construction land and other land increased;（2）During 2000—2013,the land use composite index of Haitan island was climbing steadily from 249.08 to 252.90;（3）The main driving forces of the land use change of Haitan island are policy input,output level,population change and the living standard.

land use/cover change；land use composite index；driving force analysis；Haitan Island

S 162

A

1674-4942（2016）03-0313-07

2016-04-19

福建省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2014J01152）；福建省科技廳公益類項(xiàng)目（K3-300）；福建省科學(xué)技術(shù)協(xié)會科技思想庫研究項(xiàng)目（2015-7）

*通訊作者