基于主成分分析的都勻市土地利用動(dòng)態(tài)變化及驅(qū)動(dòng)力分析

邢 穎，高禮安，張杭杭

（1.黔南民族師范學(xué)院旅游與資源環(huán)境學(xué)院；2.都勻市國土資源局，貴州 都勻 558000）

土地利用變化研究是當(dāng)前全球環(huán)境變化研究的熱點(diǎn)和前沿，分析土地利用變化特征和變化的驅(qū)動(dòng)因素是研究的核心問題[1]。近年來，隨著城市化、工業(yè)化進(jìn)程的快速發(fā)展，區(qū)域土地利用變化日益顯著，人地關(guān)系矛盾也越發(fā)突出。因此，找出區(qū)域土地利用變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)理，合理協(xié)調(diào)城鄉(xiāng)土地，節(jié)約集約利用土地，規(guī)劃合理的土地利用結(jié)構(gòu)等是推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化和鄉(xiāng)村振興的關(guān)鍵。

目前，國內(nèi)對(duì)于土地利用驅(qū)動(dòng)力變化的研究較多，大部分研究采用RS提取地類進(jìn)行土地動(dòng)態(tài)變化分析。呂桐、吳永波運(yùn)用ENVI對(duì)崇明島2000年、2005年、2010年3期Landsat ETM+遙感影像進(jìn)行解譯分類，對(duì)土地利用變化的特征、速率及驅(qū)動(dòng)力因素進(jìn)行分析[2]；于海影、韋安勝等運(yùn)用GIS和RS結(jié)合農(nóng)戶調(diào)查對(duì)陜西省楊凌示范區(qū)土地利用變化及驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行了深入分析[3]。在分析土地的驅(qū)動(dòng)力因素時(shí)，人們較多采用主成分分析法進(jìn)行定量研究。覃琳、陳月嬌等運(yùn)用主成分分析法分別對(duì)重慶市九龍坡區(qū)及烏魯木齊市土地利用變化驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行了研究[4-5]。以上研究中對(duì)西南小城市的關(guān)注較少，且在驅(qū)動(dòng)機(jī)理分析上較多的是分析某地區(qū)建設(shè)用地的驅(qū)動(dòng)力因子。

本文選擇西南地區(qū)黔南州首府都勻市為研究區(qū)，都勻市是貴州省第一批新型城鎮(zhèn)化試點(diǎn)城市，近十年來土地利用變化顯著。分析采用都勻市國土資源局獲取的土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)，結(jié)合對(duì)都勻市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的相關(guān)調(diào)查，選取了有代表性的驅(qū)動(dòng)因子，以SPSS軟件分析揭示都勻市土地利用農(nóng)業(yè)用地及建設(shè)用地的驅(qū)動(dòng)機(jī)理，以期為都勻市城鄉(xiāng)一體化發(fā)展、土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化等提供決策參考。

1 研究區(qū)概況

都勻市位于貴州南部，是黔南州布依族苗族自治州的首府，也是貴州省首批新型城鎮(zhèn)化試點(diǎn)城市之一。它位于東經(jīng)107°7′～107°46′，北緯25°51′～26°26′。全市總面積228 529.58 hm2，市區(qū)下設(shè)5個(gè)街道、4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及1個(gè)民族鄉(xiāng)。都勻境內(nèi)北部多山地，中南部有狹長(zhǎng)的河谷盆地，屬于喀斯特地貌。該區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，常年平均氣溫16.1℃，冬無嚴(yán)寒、夏無酷暑，氣候舒適宜人。2017年，都勻市總?cè)丝?0.01萬，GDP總產(chǎn)值2 129 958萬元，經(jīng)濟(jì)發(fā)展呈穩(wěn)步上升趨勢(shì)。

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

為保證研究真實(shí)、可靠，本文涉及的都勻市土地?cái)?shù)據(jù)均來源于都勻市國土資源局2009-2017年土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)。土地?cái)?shù)據(jù)的利用分類是按照國土資源部《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB/T 21010-2017）的分類標(biāo)準(zhǔn)，即將土地利用類型分為12個(gè)一級(jí)類、72個(gè)二級(jí)類。社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于都勻市統(tǒng)計(jì)局2009-2017都勻市統(tǒng)計(jì)年鑒。

2.2 研究方法

土地利用的影響因素分析屬于多變量問題，變量太多會(huì)增加分析問題的難度與復(fù)雜性。而主成分分析法是把原來多個(gè)變量劃為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)的一種統(tǒng)計(jì)分析方法，這是一種降維處理技術(shù)[6]。因此，本文采用主成分分析方法，運(yùn)用SPSS軟件分別對(duì)都勻市農(nóng)業(yè)用地、建設(shè)用地土地利用變化影響因素進(jìn)行定量分析，找出都勻市土地利用動(dòng)態(tài)變化的驅(qū)動(dòng)力因素。

3 都勻市土地利用動(dòng)態(tài)變化分析

3.1 土地利用結(jié)構(gòu)變化的幅度

土地利用結(jié)構(gòu)變化幅度主要通過各種類型土地在面積總量上的變化，來反映土地利用結(jié)構(gòu)的變化。都勻市土地利用類型主要分為耕地、園地、林地、草地、城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地、水域及水利設(shè)施用地、其他土地等八種類型。從表1可以看出，都勻市土地利用類型以農(nóng)業(yè)用地為主，面積比重較大的地類主要是耕地、林地及草地。以上反映出都勻市城市化水平較低、植被覆蓋率較高等土地利用的特點(diǎn)。

從2009年到2017年，9年間都勻全市土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生的顯著變化為農(nóng)業(yè)用地比重下降，尤其是耕地、林地、草地，而城鎮(zhèn)村及工礦用地比重上升。以上土地利用面積變化反映出都勻市隨著城鎮(zhèn)建設(shè)推進(jìn)和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張，表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)用地減少，工礦及居民點(diǎn)用地呈現(xiàn)較為顯著增長(zhǎng)的土地利用結(jié)構(gòu)變化。

3.2 土地利用結(jié)構(gòu)變化的速度

區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)變化的速度可以用定量的方式進(jìn)行分析，可以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。單一土地利用動(dòng)態(tài)度可以定量描述某個(gè)區(qū)域一定時(shí)間范圍內(nèi)某種土地利用類型變化的速度；綜合土地利用動(dòng)態(tài)度則可定量反映區(qū)域土地利用的整體動(dòng)態(tài)[7]。

3.2.1 單一土地利用動(dòng)態(tài)度

單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度可以直觀地反映單一土地類型變化的幅度與速度，易于通過類型間的比較反映變化的差異，探測(cè)變化的驅(qū)動(dòng)因素或約束因素[8]。通常情況下，單一土地利用動(dòng)態(tài)度計(jì)算的是年均動(dòng)態(tài)度，公式為：

式中，K為研究時(shí)間段內(nèi)區(qū)域某一種土地利用類型的動(dòng)態(tài)度；Ua、Ub分別為某一種土地利用類型在研究期初及研究期末的面積；T為研究時(shí)長(zhǎng)。

表1 都勻市2009-2017年各類土地利用面積變化幅度

從表2的單一動(dòng)態(tài)度來看，8年間都勻市土地利用類型中農(nóng)業(yè)用地整體呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，而城鎮(zhèn)村級(jí)工礦用地及交通用地呈現(xiàn)出非常顯著的增加趨勢(shì)，反映出都勻市城市建設(shè)不斷發(fā)展，城鎮(zhèn)地域景觀擴(kuò)張。

3.2.2 綜合土地利用動(dòng)態(tài)度

綜合土地利用動(dòng)態(tài)度描述某一區(qū)域在一定時(shí)間段內(nèi)土地利用變化的速度，公式為：

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-i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。

為更好地分析都勻市土地利用類型變化程度，將研究時(shí)段分為2009-2012年、2013-2016年兩個(gè)時(shí)段來分析都勻市綜合土地利用動(dòng)態(tài)度，如表2所示。

通過表2的土地利用動(dòng)態(tài)度可以看出，在土地利用類型上，2009-2012年園地減少速度較快，交通運(yùn)輸用地增加較快，這個(gè)時(shí)間段內(nèi)都勻市在積極進(jìn)行城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，新修環(huán)西路、大龍大道、緯五路等多條市內(nèi)交通干線。2013-2017年，土地利用類型減少速度較快的為耕地及草地，增加較快的為城鎮(zhèn)村及工礦用地，這個(gè)時(shí)間段都勻市撤銷王司鎮(zhèn)、壩固鎮(zhèn)、大坪鎮(zhèn)、洛邦鎮(zhèn)建制，設(shè)置新的勻東鎮(zhèn)。并將勻東鎮(zhèn)作為都勻市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，大力發(fā)展城鎮(zhèn)建設(shè)，對(duì)于都勻市內(nèi)舊城區(qū)進(jìn)行棚戶區(qū)改造。因此，這一時(shí)間都勻市土地利用綜合動(dòng)態(tài)度呈遞增趨勢(shì)，2013-2017年土地利用程度要高于2009-2012年。

3.3 土地利用程度變化分析

土地利用程度主要反映土地利用的廣度和深度，是一定區(qū)域內(nèi)多種土地利用類型綜合變化的結(jié)果。土地利用的程度可以用景觀偏離度、土地利用率指標(biāo)來進(jìn)行分析。景觀偏離度的計(jì)算公式為：景觀偏離度=（耕地面積+園地面積+建設(shè)用地面積）/土地總面積×100%。土地利用率的計(jì)算公式為：土地利用率=（已利用土地面積/土地總面積）×100%。都勻市2009-2017年景觀偏離度如圖1所示，土地利用程度如圖2所示。

表2 都勻市土地利用動(dòng)態(tài)度

圖1 都勻市2009-2017年景觀偏離度

圖2 都勻市2009-2017年土地利用程度

從圖1和圖2可以看出，2009-2017年，都勻市景觀偏離度及土地利用程度基本都呈上升趨勢(shì)，說明都勻市土地利用程度不斷提高，表現(xiàn)為在城市發(fā)展建設(shè)過程中，土地利用類型相互轉(zhuǎn)化，建設(shè)用地明顯增加，耕地及未利用地減少。從圖2數(shù)值可以看出，都勻市土地整體利用程度較高，未利用地所占面積不大。

4 土地利用變化驅(qū)動(dòng)力分析

促使土地利用發(fā)生變化的因素主要包括自然因素、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素和政策因素。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(zhǎng)的時(shí)間，短期內(nèi)影響較大的因素主要是社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素，因此本文側(cè)重于研究都勻市土地利用變化的社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力因素[9]。

根據(jù)以上對(duì)都勻市土地利用動(dòng)態(tài)變化的分析，人們可以看出，2009-2017年，都勻市土地利用變化呈現(xiàn)出農(nóng)業(yè)用地不斷減少、建設(shè)用地增加的趨勢(shì)。因此，本研究主要選擇農(nóng)業(yè)用地和建設(shè)用地的驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行定量分析。其間一共選取了15個(gè)驅(qū)動(dòng)力影響因子來進(jìn)行主成分分析。驅(qū)動(dòng)力因子為：年末總?cè)丝冢ㄈf人）X1、非農(nóng)業(yè)人口（萬人）X2、GDP（萬元）X3、全社會(huì)固定資產(chǎn)投資（萬元）X4、第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值（萬元）X5、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值（萬元）X6、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值（萬元）X7、工業(yè)增加值（萬元）X8、農(nóng)村居民人均純收入（元）X9、城鎮(zhèn)人均居住面積（m2/人）X10、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入（元）X11、農(nóng)村人均居住面積（m2/人）X12、城鎮(zhèn)建成區(qū)面積（km2）X13、城鎮(zhèn)居民人均消費(fèi)支出（元）X14、農(nóng)村居民人均消費(fèi)支出（元）X15、恩格爾系數(shù)（%）X16。

表3 都勻市土地利用變化驅(qū)動(dòng)因子相關(guān)系數(shù)矩陣

通過SPSS軟件，運(yùn)用主成分分析方法自動(dòng)計(jì)算得出驅(qū)動(dòng)因子相關(guān)系數(shù)矩陣（見表3）、特征值與各成分貢獻(xiàn)率（見表4）、主成分載荷矩陣（見表5）。按照累計(jì)貢獻(xiàn)率大于70%、特征值大于1的原則提取主成分，由表4可以看出，在驅(qū)動(dòng)因子中一共提取出兩個(gè)主成分，第一、第二主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到88.503%，因此選擇第一、第二主成分可以達(dá)到分析的目的，兩個(gè)主成分可以反映出原有驅(qū)動(dòng)因子的大部分信息。在此基礎(chǔ)上，筆者計(jì)算出兩個(gè)主成分的載荷矩陣，如表5所示。

按照數(shù)值越接近1，相關(guān)性程度越大的原則，從表5可以看出，第一主成分與GDP、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、城鎮(zhèn)居民可支配收入有關(guān)；第二主成分與城鎮(zhèn)人均居住面積、恩格爾系數(shù)有較為顯著的相關(guān)性。因此，都勻市土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力因子可以歸納為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生活水平兩個(gè)因素。

5 結(jié)果與討論

通過對(duì)都勻市2009-2017年土地利用動(dòng)態(tài)變化及其驅(qū)動(dòng)力因子的分析，人們可以得出以下結(jié)果。

表4 特征值與各成分貢獻(xiàn)率

表5 主成分載荷矩陣

5.1 土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生變化

9年間，都勻市土地利用結(jié)構(gòu)變化較大，主要表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)用地及建設(shè)用地變化顯著。具體反映為耕地、林地、草地面積減少，而城鎮(zhèn)村及工礦用地比重上升。其主要原因是都勻市近幾年積極推進(jìn)“一圈兩翼”建設(shè)，城市建成區(qū)面積由2009年的21.82 km2擴(kuò)張到2017年的59.87 km2，城市范圍不斷擴(kuò)張，對(duì)建設(shè)用地需求量也不斷增大。同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，農(nóng)業(yè)用地面積相對(duì)萎縮。而未利用并未呈現(xiàn)出較為明顯的變化，主要是由于裸地的地類，一般坡度較大且土壤貧瘠，利用難度較高。

5.2 土地利用動(dòng)態(tài)度呈增長(zhǎng)趨勢(shì)

通過對(duì)都勻市在2009-2012年、2013-2017年兩個(gè)階段土地利用動(dòng)態(tài)度的分析可以看出，2013-2017年土地利用綜合動(dòng)態(tài)度為0.137，大于2009-2012年的0.060，反映出隨著都勻市的發(fā)展，對(duì)土地的利用進(jìn)一步加大，景觀偏離度和土地利用程度都呈上升趨勢(shì)。預(yù)計(jì)隨著都勻市經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，都勻市作為黔南州首府的中心地位進(jìn)一步加強(qiáng)后，土地利用變化趨勢(shì)會(huì)越加顯著。

5.3 土地利用驅(qū)動(dòng)力分析

通過主成分分析可知，都勻市土地利用的驅(qū)動(dòng)力因子主要為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生活水平兩個(gè)主成分。社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素一方面是因?yàn)橄嚓P(guān)政策對(duì)都勻市的定位，例如，都勻市作為貴州省新型城鎮(zhèn)化建設(shè)試點(diǎn)城市，必然需要加大對(duì)土地利用的開發(fā)，積極推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化建設(shè)；另一方面由于都勻市自身社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，GDP、產(chǎn)值等都呈現(xiàn)出明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)。在這樣的背景下，都勻市建設(shè)用地不斷增加，農(nóng)業(yè)用地建設(shè)相對(duì)減少，整個(gè)土地利用程度及結(jié)構(gòu)都在發(fā)生變化。

居民生活水平往往與經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切聯(lián)系。隨著國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略和相關(guān)扶貧政策的實(shí)施，都勻市近年來經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較快，居民生活水平得到了較大改善，消費(fèi)能力也進(jìn)一步提升。城鎮(zhèn)居民和農(nóng)村居民的可支配收入分別從2009年的13 219年、3 924元到2017年增長(zhǎng)為30 904和10 961元。隨著生活水平的改善，人們?cè)诰幼》矫娴囊蟛粩嘣黾?，同時(shí)對(duì)交通和公共設(shè)施等一系列用地的需求增加。整體來看，2009-2017年，都勻市城鎮(zhèn)村及工礦用地面積變化比例為0.8%、交通用地面積變化比例為0.25%，分別為土地利用類型中增長(zhǎng)面積最大的兩種地類。

6 結(jié)語

針對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和土地利用現(xiàn)狀，都勻市既要保證經(jīng)濟(jì)發(fā)展的建設(shè)用地規(guī)模，又要保護(hù)耕地，防止出現(xiàn)建設(shè)用地大規(guī)模占用耕地的行為。首先，對(duì)區(qū)域內(nèi)土地采取動(dòng)態(tài)監(jiān)管，盤活低效用地，繼續(xù)推進(jìn)城鄉(xiāng)增減掛鉤工作，實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)土地綜合利用。其次，加大土地利用的同時(shí)，要啟動(dòng)耕地保護(hù)機(jī)制，在“十分珍惜、合理利用土地和切實(shí)保護(hù)耕地”基本國策的基礎(chǔ)上，通過農(nóng)村居民點(diǎn)整理、礦山復(fù)墾等手段增加有效耕地面積，響應(yīng)國家“占一補(bǔ)一、占水補(bǔ)水”的耕地保護(hù)政策，確保耕地總量不下降、質(zhì)量不降低。