基于RS與GIS的畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)LUCC及區(qū)域經(jīng)濟(jì)響應(yīng)特征分析

李榮

摘要：社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與土地的開發(fā)利用之間存在著密切的關(guān)聯(lián)，研究土地利用變化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系，可合理利用土地提高土地的利用效益。以遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過對(duì)畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)三期的Landsat衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行解譯，分別提取六種基本用地類型的區(qū)域和面積，通過選取與土地類型相關(guān)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，利用灰度分析模型，尋找用地類型變化與社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之間的內(nèi)在聯(lián)系。

關(guān)鍵詞：遙感；地理信息系統(tǒng)；土地利用/覆被變化；區(qū)域經(jīng)濟(jì)

一、引言

土地作為人類繁衍生息的主要場(chǎng)所，是人類生產(chǎn)活動(dòng)和發(fā)展的載體。到目前為止人類對(duì)地球表面的改造并造成的變化是空前巨大的，人類對(duì)土地的開發(fā)利用進(jìn)而對(duì)陸地表面造成的變化即為土地利用/覆蓋變化（LUCC）。隨著工業(yè)和城鎮(zhèn)規(guī)模飛速發(fā)展，LUCC與經(jīng)濟(jì)變化之間的聯(lián)系不斷增強(qiáng)；在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展過程中，為了追求經(jīng)濟(jì)更快、更合理的發(fā)展，人類對(duì)于土地利用的方式和結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生著改變。同樣，由于土地利用的變化對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也存在著制約作用，影響區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生態(tài)環(huán)境[1]。所以，如何合理配置各類用地的結(jié)構(gòu)，使得土地利用變化與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間能夠相互協(xié)調(diào)，成為一個(gè)值得探討的問題。

探討用地類型變化與地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系是非常有意義和實(shí)用的，一方面能夠知道研究區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展是否具有持續(xù)發(fā)展性；另一方面可以知道目前的土地利用結(jié)構(gòu)是否是科學(xué)的；最終還可以提出可供區(qū)域發(fā)展決策參考的意見[2]。

目前LUCC和區(qū)域經(jīng)濟(jì)的研究中，大多數(shù)是針對(duì)某一區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象進(jìn)行分析，多處于定性描述或者現(xiàn)象分析，定量研究方面還比較少[3-5]。同時(shí)，土地利用/覆被變化和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的具有較大的區(qū)域性和復(fù)雜性，大量多角度的實(shí)例分析成為探索兩者關(guān)系的需要[6]。而對(duì)于具有獨(dú)特地理位置、生態(tài)脆弱和連片貧困的畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)，系統(tǒng)研究其土地利用/覆被變化與區(qū)域經(jīng)濟(jì)的研究成果還較少。

本文通過選取土地指標(biāo)（土地利用類型）和表征區(qū)域經(jīng)濟(jì)的指標(biāo)（如：GDP、農(nóng)民人均年純收入等）。進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析，分析不同土地類型變化與區(qū)域經(jīng)濟(jì)之間的響應(yīng)特征。

二、研究方法

目前人們對(duì)于LUCC的研究手段主要包括系統(tǒng)分析和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法。對(duì)于土地與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的定量關(guān)系分析主要方法有：主成分分析法、多元線性回歸模型、灰色關(guān)聯(lián)分析等。

主成分分析旨在把消除多個(gè)影像因素的重疊的信息，提取出能代表所有經(jīng)濟(jì)的指標(biāo)[7]，這種方法可以消除經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之間的多重共線性。灰色關(guān)聯(lián)分析是灰色系統(tǒng)理論中的一種主要分析方法，該系統(tǒng)是一種研究少數(shù)據(jù)、貧信息不確定性問題的一種方法[8]。其原理是通過對(duì)各子系統(tǒng)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的幾何關(guān)系和相似程度，去尋求系統(tǒng)中各子系統(tǒng)（或因素）之間的數(shù)值關(guān)系（關(guān)聯(lián)度）。關(guān)聯(lián)度是指兩個(gè)系統(tǒng)或兩個(gè)因素之間，其隨時(shí)間或不同對(duì)象而變化的關(guān)聯(lián)性大小的量度[9]。它是對(duì)系統(tǒng)發(fā)展過程中所包含的相互聯(lián)系、相互影響、相互制約的因素之間關(guān)聯(lián)程度進(jìn)行定量比較的一種方法[10]。

灰色關(guān)聯(lián)分析可以根據(jù)各系統(tǒng)（因素）的不完全信息，在隨機(jī)的因素序列中發(fā)現(xiàn)它們的關(guān)聯(lián)性，找到主要矛盾、主要特征和主要影響因素。該方法是根據(jù)因素發(fā)展的趨勢(shì)做出分析，避免了數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法中采用系統(tǒng)分析所引起的缺憾，且該方法對(duì)于樣本量的多少?zèng)]有要求，也不要求數(shù)據(jù)具有典型分布規(guī)律。

三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

在本研究中所采用的數(shù)據(jù)類型主要包括兩類：一類為三期的Landsat衛(wèi)星TM和ETM圖像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于國際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)（http：//datamirror.csdb.cn/index.jsp）和地理空間數(shù)據(jù)云（http：//www.gscloud.cn/），主要用于LUCC的總體特征的計(jì)算；另一類為社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，主要來自統(tǒng)計(jì)年鑒，其用途是結(jié)合土地變化數(shù)據(jù)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。

參考中國科學(xué)院LUCC分類系統(tǒng)，并結(jié)合畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)的地域情況，將研究區(qū)用地劃分為耕地、林地、草地、水域、未利用地、城鎮(zhèn)及建筑用地等6個(gè)類型，見表1。

對(duì)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，主要從三個(gè)方面考慮進(jìn)行選取，分別是人口、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)。根據(jù)畢節(jié)地區(qū)自身特點(diǎn)，在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，以研究用地類型變化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系為目標(biāo)，一共選取了GDP、林、牧、漁業(yè)產(chǎn)值、工業(yè)總產(chǎn)值、建筑房屋竣工面積、社會(huì)消費(fèi)零售總額、財(cái)政支出、財(cái)政收入、總?cè)丝?、農(nóng)業(yè)人口、農(nóng)民人均收入、城鎮(zhèn)化率、第一、二、三產(chǎn)業(yè)、糧食總產(chǎn)量、農(nóng)機(jī)總動(dòng)力、大畜生頭數(shù)、固定資產(chǎn)投資、公路貨運(yùn)量、人均消費(fèi)水平22個(gè)因子，詳情如表2所示：

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（一） 耕地與經(jīng)濟(jì)因子的關(guān)聯(lián)度分析

根據(jù)以上數(shù)據(jù)對(duì)耕地與經(jīng)濟(jì)因子關(guān)聯(lián)度進(jìn)行計(jì)算，最終結(jié)果表明更低與農(nóng)業(yè)人口的關(guān)聯(lián)度最大，第二產(chǎn)業(yè)最小。農(nóng)業(yè)人口、糧食總產(chǎn)量、城鎮(zhèn)化率、農(nóng)機(jī)總動(dòng)力是影響耕地面積變化的主要因子，關(guān)聯(lián)度均大于0.74，它們涵蓋了人口、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)領(lǐng)域。農(nóng)業(yè)人口的影響主要表現(xiàn)為：農(nóng)業(yè)人口增長對(duì)耕地產(chǎn)生的壓力，迫使人們利用先進(jìn)技術(shù)改造、治理和提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力。畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)總?cè)丝谠诓粩嘣黾?，需要更多的耕地提供足夠的糧食，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示耕地面積反而在減少，人們通過提高生產(chǎn)技術(shù)和轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)活動(dòng)來調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，增加對(duì)土地利用程度的干預(yù)，提高土地生產(chǎn)力，來滿足人們生存需求。

（二）林地與經(jīng)濟(jì)因子的關(guān)聯(lián)度分析

根據(jù)以上數(shù)據(jù)對(duì)林地與經(jīng)濟(jì)因子關(guān)聯(lián)度進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明總?cè)丝?、林業(yè)產(chǎn)量、城鎮(zhèn)化率是促使林地面積變化的關(guān)鍵指標(biāo)。人的本質(zhì)是一切社會(huì)關(guān)系的總和，人們所具有的能動(dòng)性、創(chuàng)造性來源于社會(huì)，人們有意識(shí)地改造社會(huì)。隨著社會(huì)生活水平的不斷提高，城市化進(jìn)程加快，出于生態(tài)環(huán)境的需要，截止2015年5月畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)擁有141.62萬畝的人工種植樹木和草地，其中有18.62萬畝分布在各交通干線、公園、風(fēng)景區(qū)、居民區(qū)和河流兩岸。大量未利用地轉(zhuǎn)化為林地，且其他一部分耕地等轉(zhuǎn)化為林地。因此林地面積一直都在增多。

（三）草地與經(jīng)濟(jì)因子的關(guān)聯(lián)度分析

根據(jù)以上數(shù)據(jù)對(duì)草地與經(jīng)濟(jì)因子關(guān)聯(lián)度進(jìn)行計(jì)算，最終結(jié)果表明草地面積與經(jīng)濟(jì)因子關(guān)聯(lián)度，大畜生頭數(shù)關(guān)聯(lián)度最大，其次是總?cè)丝?，牧業(yè)產(chǎn)量、城鎮(zhèn)化率也與草地面積變化有顯著相關(guān)性。在研究前期，為了緩解人口增長帶來的壓力，現(xiàn)有的耕地己經(jīng)無法滿足人們對(duì)糧食的需求，原本僅存的荒草地被開墾為耕地；同時(shí)隨著土地整理、開發(fā)、復(fù)墾、增減掛鉤項(xiàng)目的開展，荒草地作為新增耕地率的主要保證，也被大量的開發(fā)。隨著溫飽問題的基本解決，人們開始追求高品質(zhì)的居住條件和更加注重生態(tài)保護(hù)。綠化面積也得到相應(yīng)的增長，但增長的幅度不明顯。同時(shí)大畜生數(shù)量伴隨草地范圍的擴(kuò)大而相應(yīng)的增多。后期草地范圍總體表現(xiàn)出增長的態(tài)勢(shì)，但是增長的幅度不大。城鎮(zhèn)化率也與草地面積變化的相關(guān)性主要表現(xiàn)在，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人均收入的增加，為滿足人們對(duì)生活環(huán)境和精神享受的追求，從而促使政府在市政設(shè)施方面不斷加大投入，比如建設(shè)了大量綠地、休閑、娛樂與健身場(chǎng)所等。畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)各種政策在地表覆蓋變化中起著重要作用。如“保護(hù)基本農(nóng)田，實(shí)行占補(bǔ)均衡”政策、“退耕還林、還草” 政策、生態(tài)修復(fù)政策等。

（四）水域與經(jīng)濟(jì)因子的關(guān)聯(lián)度分析

根據(jù)以上數(shù)據(jù)對(duì)水域與經(jīng)濟(jì)因子關(guān)聯(lián)度進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明總?cè)丝陉P(guān)聯(lián)度最大、漁業(yè)產(chǎn)值次之、人均消費(fèi)水平對(duì)水域面積變化也有影響。研究前期，隨著總?cè)丝谠鲩L帶來的壓力，導(dǎo)致部分面積的水域被圍湖造田、坑塘被填埋；也使得城市住房和公共設(shè)施建設(shè)的興起，部分的水域被用于建設(shè)用地。后期由于人們物質(zhì)生活條件的提高，對(duì)水產(chǎn)品消費(fèi)量的增加以及相應(yīng)的政策扶持，畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)漁業(yè)產(chǎn)值也得到大力發(fā)展。同時(shí)伴隨旅游業(yè)的發(fā)展和人們對(duì)更高生活品質(zhì)的追求，各種農(nóng)莊、垂釣休閑場(chǎng)所、人工湖的興建也導(dǎo)致水域面積有不同程度的增加。

（五）城鎮(zhèn)及建筑用地與經(jīng)濟(jì)因子的關(guān)聯(lián)度分析

根據(jù)以上數(shù)據(jù)對(duì)城鎮(zhèn)及建設(shè)用地與經(jīng)濟(jì)因子關(guān)聯(lián)度進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明公路貨運(yùn)量、總?cè)丝?、城?zhèn)化率、人均消費(fèi)水平、工業(yè)總產(chǎn)值是影響城鎮(zhèn)及建筑用地的主要因子。由于總?cè)丝诘难杆僭鲩L和大量外來人口的涌入，同時(shí)增加對(duì)住房及公共設(shè)施的需求，導(dǎo)致建設(shè)用地的擴(kuò)張。根據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)城鎮(zhèn)及建筑用地從1990年的36.20km2增加到2010年93.56km2。工業(yè)總產(chǎn)值由1990年的134100萬元增加到2010年的3294807萬元，翻了近25倍。工業(yè)化的發(fā)展，帶動(dòng)地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，從而影響土地利用結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，最常見的是土地占用交通沿線干道，在促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也刺激了交通用地的發(fā)展和周邊地區(qū)用地結(jié)構(gòu)的變化，許多地區(qū)進(jìn)行了城鄉(xiāng)改造，以前的土路也逐漸修改成了公路，公路貨運(yùn)量也從1990年的589.4萬噸增加到2010年的2100萬噸，城鎮(zhèn)化發(fā)展不停向郊區(qū)擴(kuò)展，建成區(qū)的面積相應(yīng)在擴(kuò)大。城鎮(zhèn)化率與城鎮(zhèn)及建筑用地面積有直接相關(guān)性，一方面城鎮(zhèn)化過程中不斷修建高樓大廈，反之建設(shè)用地面積的增加會(huì)在一定程度上提高城鎮(zhèn)化率，其主要方式是靠占用耕地。伴隨收入的提高，醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展，消費(fèi)觀念與消費(fèi)方式的改變，在物質(zhì)欲望的驅(qū)使下，為了滿足人類益增長的物質(zhì)文化需要，進(jìn)行了一系列推進(jìn)城市化進(jìn)程的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，未來將導(dǎo)致建設(shè)用地的面積將繼續(xù)增長。

結(jié)論：用地類型的變化很大程度上影響區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時(shí)也反映了人類活動(dòng)的強(qiáng)度。通過畢節(jié)試驗(yàn)區(qū)各類土地利用覆被類型與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度可以看出，各類土地面積的變化主要受到人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)的影響，每種用地類型與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都存在著不同的相關(guān)性。農(nóng)業(yè)人口數(shù)量、糧食總產(chǎn)量、城鎮(zhèn)化率、農(nóng)機(jī)總動(dòng)力是影響耕地面積變化的主要因素；總?cè)丝?、林業(yè)產(chǎn)量、城鎮(zhèn)化率是影響林地用地面積改變的主要因素；草地面積與經(jīng)濟(jì)因子關(guān)聯(lián)度，大畜生頭數(shù)關(guān)聯(lián)度最大，其次是總?cè)丝?，牧業(yè)產(chǎn)量、城鎮(zhèn)化率也與草地面積變化也有顯著相關(guān)性；總?cè)丝陉P(guān)聯(lián)度最大、漁業(yè)產(chǎn)值次之、人均消費(fèi)水平對(duì)水域面積變化也有影響；公路貨運(yùn)量、總?cè)丝?、城?zhèn)化率、人均消費(fèi)水平、工業(yè)總產(chǎn)值是影響城鎮(zhèn)及建筑用地的主要因子；農(nóng)業(yè)人口關(guān)聯(lián)度最大，其次是城鎮(zhèn)化率，工業(yè)總產(chǎn)值與未利用地面積變化相關(guān)。

參考文獻(xiàn)

[1] 薛思學(xué).哈爾濱市土地利用變化與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展耦合關(guān)系的研究[D].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

[2] 陳嵬.關(guān)中土地利用對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的保障研究[D].陜西師范大學(xué).2008.

[3] Yu WanHui，Zang ShuYing，Wu， C. S. et al.Analyzing and modeling land use land cover change （LUCC） in the Daqing City， China.[J].Applied Geography，2011，31（2）：600-608.

[4] Weiling Liu，Linbo Zhang，Jinghai Zhu et al.Prediction of land use in Liaoning Coastal Economic zone based on CLUE-S[C].//2010 Second IITA International Conference on Geoscience and Remote Sensing.

[5] Patarasuk， R.，Binford， M. W..Longitudinal analysis of the road network development and land-cover change in Lop Buri province， Thailand， 1989-2006.[J].Applied Geography，2012，32（2）：228-239.

[6] Lambin E F， Geist H J. Global Land Use and Land Cover Change：What We Have Learned So Far [N]. Global Change News Letter， Jun. 2001， Issue No.46：27-30.

[7] 侯恩廣，劉建翔，劉廣敏等.基于主成分分析的金銀花藥效評(píng)價(jià)方法研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012，（4）：217-217.

[8] 劉泉，呂鋒，劉翔等.灰色趨勢(shì)關(guān)聯(lián)分析及其應(yīng)用[J].系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐，2001，21（7）：77-80，86.

[9] 郇鳳悅. 虛擬經(jīng)濟(jì)影響實(shí)體經(jīng)濟(jì)的作用機(jī)制研究[D].山東經(jīng)濟(jì)學(xué)院，2010.

[10] 魯風(fēng).生態(tài)足跡變化的動(dòng)力機(jī)制及生態(tài)足跡模型改進(jìn)研究[D].華東師范大學(xué)，2011.