山東省土地利用時(shí)空變化與驅(qū)動(dòng)力分析

方士源，王萍

(曲阜師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院，山東 日照 276826)

0 引言

土地利用是指人類采用一定的生物、技術(shù)手段有目的開(kāi)發(fā)利用土地資源，將土地自然生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ど鷳B(tài)系統(tǒng)的活動(dòng)，包括自然和人文過(guò)程[1]。一個(gè)地區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)狀況在很大程度上反映了該地區(qū)自然資源及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的結(jié)構(gòu)狀況[2]。土地利用變化也成為全球變化研究的核心內(nèi)容[3]。自進(jìn)入21世紀(jì)后，我國(guó)工業(yè)化和城鎮(zhèn)化不斷興起，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起來(lái)，隨著人口數(shù)量的增加,人類對(duì)土地資源的浪費(fèi)和不合理利用導(dǎo)致區(qū)域性人地矛盾持續(xù)增加，嚴(yán)重阻礙了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的和諧發(fā)展，因此有關(guān)土地利用變化的研究一直備受關(guān)注?！吨泄采綎|省委山東省人民政府關(guān)于推進(jìn)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換重大工程的實(shí)施意見(jiàn)》(以下簡(jiǎn)稱《意見(jiàn)》)中提出要形成節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的空間格局、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式、生活方式，對(duì)土地利用的結(jié)構(gòu)分配和空間規(guī)劃提出了更高的要求。

土地利用變化研究的數(shù)據(jù)來(lái)源包括遙感數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，土地利用結(jié)構(gòu)變化驅(qū)動(dòng)力研究常采用多元變量統(tǒng)計(jì)的方法，使用較多的有主成分分析、逐步回歸分析、灰色關(guān)聯(lián)分析和典型相關(guān)分析[4]。董杰等對(duì)山東省2003年之前的土地利用變化情況進(jìn)行研究分析[5-11]，但對(duì)2003年之后的土地利用變化情況并未有相關(guān)研究，因此該文選擇2005—2013年作為研究時(shí)段，利用ArcGIS和SPSS等數(shù)據(jù)處理軟件，運(yùn)用多元回歸模型、單一土地利用動(dòng)態(tài)度和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度等分析手段，研究土地利用變化規(guī)律和驅(qū)動(dòng)力因素，揭示土地利用中存在的問(wèn)題，這對(duì)落實(shí)《意見(jiàn)》，促進(jìn)土地合理利用以及地區(qū)產(chǎn)業(yè)布局的調(diào)整和優(yōu)化、實(shí)現(xiàn)土地資源可持續(xù)利用具有一定的指導(dǎo)意義。

1 研究區(qū)概況

山東省位于我國(guó)東部沿海，地處黃河下游；地勢(shì)較為復(fù)雜，中部山地突起，東部丘陵起伏和緩，西部、北部低洼平坦，形成以山地丘陵為骨架、平原盆地交錯(cuò)環(huán)繞列其間的地形大勢(shì)。全區(qū)屬于暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，降水集中，雨熱同季。現(xiàn)轄17個(gè)市，2013年全省人口9733萬(wàn)人，僅次于廣東省，居全國(guó)第2位。

2 研究材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

該文使用的土地利用遙感數(shù)據(jù)為山東省2005年、2008年、2010年和2013年的遙感解譯影像，來(lái)自國(guó)家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)——黃河下游科學(xué)數(shù)據(jù)中心，空間分辨率為100m。參考《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T21010—2007)，并結(jié)合山東省土地利用方式、覆被特征等特點(diǎn)，將研究區(qū)的土地利用類型劃分為耕地、林地、草地、建設(shè)用地、水域和未利用地。

該研究的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源為2005—2013年《山東省統(tǒng)計(jì)年鑒》。區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)的變化由自然因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素共同決定，由于研究期內(nèi)區(qū)域內(nèi)自然因素條件的變化很小，所以該研究主要考察社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素指標(biāo)的影響，選擇了11項(xiàng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)[12-13]：總?cè)丝?X1)、人口密度(X2)、農(nóng)村人口(X3)、地區(qū)總產(chǎn)值(X4)、糧食總產(chǎn)量(X5)、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入(X6)、第一產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值(X7)、第二產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值(X8)、第三產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值(X9)、人均GDP(X10)、固定資產(chǎn)總投資(X11)。

2.2 研究方法

通過(guò)ArcGIS軟件中Reclassify工具(Spatial Analyst—Reclassify)，將2005年、2008年、2010年和2013年的土地利用數(shù)據(jù)的各地類歸屬到相應(yīng)的土地利用類型中，經(jīng)過(guò)處理的土地利用分類如圖1所示。

圖1 山東省2005—2013年土地利用類型圖

將不同期數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加分析，獲得土地利用的變化數(shù)據(jù)，生成土地利用轉(zhuǎn)移矩陣；運(yùn)用單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度[14]和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度[15]分析土地利用的動(dòng)態(tài)變化情況。單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度可求出土地利用類型的面積年變化率[16]，其公式為：

(1)

式中:K—某一類土地利用類型動(dòng)態(tài)度；Ua，Ub—研究期初和研究期末某地類的面積；T—研究時(shí)長(zhǎng)[15]。

綜合土地利用動(dòng)態(tài)度則表示研究區(qū)土地利用的變化速度，其公式為：

(2)

式中:LUi為研究期初第i類土地利用類型面積，ΔLUi-j為第i類土地利用類型轉(zhuǎn)為j類土地利用類型面積的絕對(duì)值，T為研究時(shí)長(zhǎng)[16]。

將各時(shí)期土地利用類型面積與社會(huì)經(jīng)濟(jì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行多元回歸分析，找出影響山東省土地利用變化的主要因素。通過(guò)SPSS軟件，對(duì)這些因子進(jìn)行降維分析，構(gòu)建多元逐步回歸分析模型，分析各地類面積變化與社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的相關(guān)性[3]。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用總體特征

從表1中可以看出，2005年、2008年、2010年和2013年山東省耕地面積占比都超過(guò)60%，但總體面積在減少，說(shuō)明山東省是以耕地為主的地區(qū)，但隨著社會(huì)的發(fā)展，耕地不斷被占用。建設(shè)用地面積占比都超過(guò)10%，主要集中在東南沿海地區(qū)和西北低洼平坦地區(qū)，在巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)下，城市化進(jìn)程加快，促使建設(shè)用地不斷向外擴(kuò)張，處于不斷上升的趨勢(shì)。

表1 山東省2005—2013年各地類面積

3.2 土地利用變化轉(zhuǎn)移情況

利用ArcGIS的空間疊加分析，統(tǒng)計(jì)得到2005—2008年、2008—2010年、2010—2013年、2005—2013年的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣(表2～表5)。

表2 山東省2005—2008年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣(×104hm2)

表3 山東省2008—2010年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣(×104hm2)

表4 山東省2010—2013年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣(×104hm2)

表5 山東省2005—2013年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣(×104hm2)

2005—2008年，耕地面積轉(zhuǎn)出最多，達(dá)15.55×104hm2；建設(shè)用地面積轉(zhuǎn)入最多，為15.25×104hm2，轉(zhuǎn)出耕地的78%變?yōu)榻ㄔO(shè)用地。2008—2010年，耕地面積轉(zhuǎn)出最多，面積為96.27×104hm2；耕地和建設(shè)用地面積轉(zhuǎn)入最多，分別為107.77×104hm2和96.27×104hm2。2010—2013年耕地面積轉(zhuǎn)出最多，面積達(dá)14.89×104hm2；建設(shè)用地面積轉(zhuǎn)入最多，為13.63×104hm2。2005—2013年耕地面積轉(zhuǎn)出最多，達(dá)116.75×104hm2；建設(shè)用地面積轉(zhuǎn)入最多，為117.64×104hm2。由此可見(jiàn)，山東省主要發(fā)生變化的土地利用類型是耕地和建設(shè)用地，耕地面積先減少后增加再減少，總體呈減少趨勢(shì)；建設(shè)用地面積一直處于增長(zhǎng)趨勢(shì)。土地面積在圖像處理和數(shù)據(jù)計(jì)算中會(huì)產(chǎn)生較小誤差，處理中按照地類面積加權(quán)分配到各地類中。

由圖2可知，耕地的增加部分主要分布在東部丘陵地區(qū)和西部、北部地勢(shì)低洼平坦地區(qū)，減少部分在北部臨海和中部；林地的增加部分主要分布在中部地勢(shì)突起地區(qū)，減少部分在全省較為分散；草地以減少為主，多分布在東部和北部沿海地區(qū)；水域面積增加，主要分布在東部和北部沿海地區(qū)；建設(shè)用地大規(guī)模增加，主要分布在山東省東南部和西北低洼平坦地區(qū)；未利用地的減少較明顯，多分布在北部沿海地區(qū)。

3.3 土地利用動(dòng)態(tài)度分析

根據(jù)2005年、2008年、2010年和2013年各土地利用類型的數(shù)據(jù)，利用公式(1)(2)，可求得單一土地利用動(dòng)態(tài)度和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度(表6)。

2005—2008年，單一土地利用動(dòng)態(tài)度最大的是建設(shè)用地，達(dá)2.03%，在此階段，耕地、林地、草地面積減少，其減少部分主要轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，說(shuō)明建設(shè)用地是土地利用變化的主體。2008—2010年單一土地利用動(dòng)態(tài)度最大的是未利用地，達(dá)-32.51%。2010—2013年單一土地利用動(dòng)態(tài)度最大的是建設(shè)用地，達(dá)1.46%。整體來(lái)看，2005—2013年單一土地利用動(dòng)態(tài)度最大的是未利用地，為-7.89%，其次是草地和建設(shè)用地，分別為-4.43%和3.60%；建設(shè)用地變化速率先快后緩。

三期綜合土地利用動(dòng)態(tài)度中，2008—2010年的綜合土地利用動(dòng)態(tài)度最大，分別是2005—2008年和2010—2013年的9倍和12倍，說(shuō)明這個(gè)階段內(nèi)的土地利用變化比另兩個(gè)研究時(shí)期更加強(qiáng)烈。

3.4 土地利用變化驅(qū)動(dòng)力分析

以各地類面積為因變量(Y)，以社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為自變量(X)，進(jìn)行相關(guān)分析，計(jì)算土地利用變化與社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因子之間的相關(guān)系數(shù)[13]，構(gòu)建各地類面積與社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的多元逐步回歸模型(表7)[17]。

圖2 2005—2013年山東省不同地類的空間變化

動(dòng)態(tài)度類型土地利用類型2005—2008年2008—2010年2010—2013年2005—2013年單一土地利用動(dòng)態(tài)度耕地-0.380.56-0.38-0.15林地-0.06-4.300.00-1.09草地-0.14-17.580.00-4.43水域0.1912.620.113.30建設(shè)用地2.038.181.463.60未利用地1.29-32.510.48-7.89綜合土地利用動(dòng)態(tài)度—2.6523.741.8825.75

(1)與耕地面積最相關(guān)的因素是人口密度(X2)。人口密度提高1人/km2，耕地面積就減少0.415×104hm2。人口密度是衡量城市化水平的一項(xiàng)指標(biāo)，人口密度越大，則城市化水平越高。城市用地主要以外延擴(kuò)展為主，占用的主要是優(yōu)質(zhì)平坦的耕地[13]。城市地區(qū)有比其他地區(qū)更快的發(fā)展速度和更高的效益，因此產(chǎn)生了城市發(fā)展對(duì)用地的大量需求和城市用地的擴(kuò)張，耕地面積不斷減少[17-18]。

表7 各土地利用類型多元逐步回歸模型

(2)與林地面積相關(guān)性最顯著的是人均GDP(X10)、城鎮(zhèn)居民可支配收入(X6)，呈負(fù)相關(guān)，說(shuō)明影響林地變化的主要社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因素是比較利益的驅(qū)動(dòng)。人均GDP每增加1億元，林地面積就減少1.470×104hm2。人均GDP的增長(zhǎng)提高了人們對(duì)生活質(zhì)量的需求，在比較利益的驅(qū)動(dòng)下，非農(nóng)用地的利益高于農(nóng)用地，因此為了發(fā)展經(jīng)濟(jì)效益，林地不斷被建設(shè)用地占用，面積持續(xù)減少[19-20]。

(3)與草地面積相關(guān)性最為顯著的因素是人口密度(X2)、第二產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值(X8)，呈負(fù)相關(guān)。說(shuō)明受比較利益的驅(qū)動(dòng)，其他產(chǎn)業(yè)的收益高于農(nóng)業(yè)直接影響草地利用方式的轉(zhuǎn)變。

(4)與水域面積最相關(guān)的因素是人口密度(X2)、固定資產(chǎn)總投資(X11)。人口密度每增加1人/km2，水域面積就增加3.817×104hm2。說(shuō)明隨著城市化的發(fā)展，人們的生活水平提高，對(duì)環(huán)境質(zhì)量的需求提高。

(5)與建設(shè)用地面積最相關(guān)的因素是第三產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值(X9)和糧食總產(chǎn)量(X5)。第三產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值每增加1億元，建設(shè)用地的面積就增加0.12×104hm2。地區(qū)總產(chǎn)值的提高將增加投資資金額度，改變產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，推動(dòng)區(qū)域工業(yè)化和城市化的進(jìn)程，使建設(shè)用地的規(guī)模不斷擴(kuò)大。

(6)與未利用地面積相關(guān)性最顯著的因素是人口密度(X2)、農(nóng)村人口(X3)。人口密度增加1人/km2，未利用地面積減少2.588×104hm2。說(shuō)明影響未利用土地資源開(kāi)發(fā)利用的主要社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因子是人口密度和農(nóng)村人口數(shù)量，隨著人口增加，對(duì)土地利用的需求增加，使其不斷占用可利用的土地。

4 結(jié)論與建議

(1)山東省仍然是以耕地為主要土地利用類型的省份，耕地面積占比超過(guò)60%，但總體面積在減少。但2005—2013年間建設(shè)用地大量擴(kuò)張、耕地資源不斷減少，耕地減少后主要轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，林地、草地等地類也被建設(shè)用地占用，建設(shè)用地面積占比超過(guò)10%。

(2)空間變化最顯著的土地利用類型有耕地和建設(shè)用地。耕地的增加部分主要分布在東部丘陵地區(qū)和西部、北部地勢(shì)低洼平坦地區(qū)，減少部分在北部臨海和中部；建設(shè)用地大規(guī)模增加，主要分布在山東省東南部和西北低洼平坦地區(qū)。

(3)耕地面積先減少后增加再減少，總體呈減少趨勢(shì)；建設(shè)用地面積一直呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。2008—2010年間的土地利用綜合動(dòng)態(tài)度最大。

(4)耕地、未利用地的變化與人口密度密切相關(guān)，林地受人均GDP影響最大，與建設(shè)用地最相關(guān)的因素是第三產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值。人口的增長(zhǎng)必然會(huì)帶來(lái)土地承載力的增加，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展促使區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，第二、第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展加大了建設(shè)用地的需求。所以要進(jìn)一步有效控制人口增長(zhǎng)，完善對(duì)區(qū)域土地利用規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)土地利用結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，使山東省的土地利用空間布局朝著合理、科學(xué)、有序的方向發(fā)展。