湄潭縣土地利用結(jié)構(gòu)變化及其驅(qū)動(dòng)因素研究

(貴州師范大學(xué)，貴州貴陽(yáng)550000)

土地資源具有自然屬性和社會(huì)屬性雙重屬性，是一切生命賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和空間載體，也是人類活動(dòng)的基本資料和勞動(dòng)對(duì)象，人類的各種生活、生產(chǎn)活動(dòng)最終都會(huì)體現(xiàn)在土地利用結(jié)構(gòu)的變化上。因此，可通過研究某一地區(qū)在一定時(shí)間段內(nèi)的土地利用狀況及其結(jié)構(gòu)功能變化來間接反映該地區(qū)在相應(yīng)時(shí)期內(nèi)的自然資源條件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r[1]。目前在土地利用驅(qū)動(dòng)因素研究方面，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究工作，國(guó)外主要從驅(qū)動(dòng)因素分類[2]、人類活動(dòng)影響[3-5]等不同角度對(duì)不同區(qū)域的土地利用結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行了探討。中國(guó)土地利用結(jié)構(gòu)研究開始于20世紀(jì)80年代。葛全勝等發(fā)現(xiàn)在近50 a里，中國(guó)的土地利用強(qiáng)度明顯增加[6]。曲福田指出土地利用結(jié)構(gòu)變化的原因是由自然因素、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平以及土地利用技術(shù)水平所共同決定的[7]。董杰等以山東省為研究對(duì)象，驗(yàn)證了自然因素、人口變化、經(jīng)濟(jì)因素和政策調(diào)控等是影響土地利用結(jié)構(gòu)變化的主導(dǎo)因素[8]。蔡運(yùn)龍指出土地利用變化驅(qū)動(dòng)因子包括人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r和技術(shù)三方面[9]。研究方法上，中國(guó)學(xué)者更多的是運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析法、主成分分析法、逐步回歸分析法、信息熵理論等[10-14]。

湄潭縣是黔北東部地區(qū)重要的交通樞紐，是全國(guó)著名的農(nóng)村改革試驗(yàn)區(qū)。對(duì)湄潭縣土地利用結(jié)構(gòu)的變化及其驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行分析研究，可為湄潭縣相關(guān)部門在制定土地規(guī)劃和保護(hù)政策時(shí)提供參考，揭示往期土地利用的缺陷，有效促進(jìn)湄潭縣土地資源的合理利用，并為后續(xù)規(guī)劃與改善提供參考基礎(chǔ)。同時(shí)預(yù)測(cè)土地利用變化前景，為湄潭縣實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的土地資源利用提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

湄潭縣地處遵義東北部，縣城距遵義約74 km，全縣國(guó)土面積1 862.44 km2，轄9鎮(zhèn)6鄉(xiāng)，120個(gè)行政村，坐落于貴州高原的東北部，地處大婁山南麓、烏江北岸，跨東經(jīng)107°15′36″～107°41′08″，北緯到27°20′18″～28°12′30″。整體地勢(shì)屬于淺切割低山、丘陵，西北較高，東南較低。近幾年，受加快城鎮(zhèn)化建設(shè)、退耕還林還草等宏觀政策調(diào)控及市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)整影響，直接導(dǎo)致全縣耕地面積急劇減少，建設(shè)用地及林地大幅增加，同時(shí)人口大量外流、在財(cái)政支出及社會(huì)固定資產(chǎn)投資總額不斷加大的情況下，人們?nèi)司杖氲靡蕴嵘?，但全縣糧食總產(chǎn)量卻出現(xiàn)了減少的趨勢(shì)，第一、三產(chǎn)業(yè)所占比重調(diào)整也出現(xiàn)較大波動(dòng)，從而體現(xiàn)出土地利用存在一定的主觀隨意性，土地利用結(jié)構(gòu)及效率并未最優(yōu)化，有待進(jìn)一步提高。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

研究以湄潭縣土地利用為研究對(duì)象，通過獲取2005、2010、2015年3期的土地利用數(shù)據(jù)及相關(guān)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，首先選取土地利用變化的幅度和動(dòng)態(tài)度、信息熵、均衡度、優(yōu)勢(shì)度等指標(biāo)，從時(shí)間和空間分布上對(duì)湄潭縣土地利用結(jié)構(gòu)變化過程和規(guī)律進(jìn)行研究。參考已有的相關(guān)研究，分析影響土地利用結(jié)構(gòu)變化的驅(qū)動(dòng)因子，利用灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)二者之間的關(guān)聯(lián)度進(jìn)行定量分析，以探討各驅(qū)動(dòng)因子與土地利用結(jié)構(gòu)變化之間的關(guān)系。

2.1.1土地利用結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀分析

以3期土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在ArcGIS及EXCEL等軟件支撐下，通過數(shù)據(jù)透視及簡(jiǎn)單的計(jì)算，統(tǒng)計(jì)出不同地類在不同時(shí)期的面積及所占比例，對(duì)比分析土地利用結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀。

土地利用結(jié)構(gòu)變化幅度是指在一定時(shí)間段內(nèi)，各土地利用類型的面積變化情況。通過計(jì)算變化幅度研究區(qū)域內(nèi)土地利用變化的總體趨勢(shì)。其表達(dá)式為：

E=Ub-Ua

(1)

式中E——某一時(shí)間段內(nèi)土地利用變化幅度；Ua——研究初期某一土地利用類型的數(shù)量；Ub——研究末期某一土地利用類型的數(shù)量。

土地動(dòng)態(tài)度是指某區(qū)域土地利用類型變化的速度，常用于了解不同時(shí)間段土地利用結(jié)構(gòu)變化的差異及預(yù)測(cè)未來土地利用結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)[13]。土地利用類型動(dòng)態(tài)度表達(dá)式為：

(2)

式中K——研究時(shí)間段內(nèi)某一土地利用類型動(dòng)態(tài)度；E——某一時(shí)間段內(nèi)土地利用變化幅度；Ua——研究初期某一土地利用類型的數(shù)量；T——研究時(shí)段長(zhǎng)。

信息熵是描述土地利用有序程度的指標(biāo)，用于反映區(qū)域土地利用的多樣性和復(fù)雜程度。其表達(dá)式為：

(3)

式中s——研究區(qū)土地總面積；si——第i類土地總面積。

均衡度與優(yōu)勢(shì)度分別用于體現(xiàn)研究區(qū)域內(nèi)每種土地利用類型相互存在的面積差異和不同職能類型的結(jié)構(gòu)布局狀況以及區(qū)域內(nèi)土地利用結(jié)構(gòu)受一種或幾種土地利用類型支配的程度[14]。其表達(dá)式分別為：

(4)

Q=1-J

(5)

式中J——均衡度；Q——優(yōu)勢(shì)度。

2.1.2土地利用結(jié)構(gòu)變化驅(qū)動(dòng)力分析

以EXCEL為工具，結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)度方法進(jìn)行土地利用結(jié)構(gòu)變化特征與社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)類驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。具體的計(jì)算公式步驟如下。

a) 確定參考序列與比較數(shù)列，以土地利用變化特征值為參考序列，驅(qū)動(dòng)因素為比較序列。

b) 對(duì)參考序列及比較數(shù)列進(jìn)行無量綱化處理，具體公式為：

(6)

式中X′——標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)；Xi——研究數(shù)據(jù)，為研究數(shù)據(jù)平均值；S——標(biāo)準(zhǔn)差。

c) 計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)：

(7)

(8)

d) 求算關(guān)聯(lián)度：

(9)

其中，γoi為關(guān)聯(lián)度。

2.2 數(shù)據(jù)來源

研究過程中所涉及到的GDP、第一、二、三產(chǎn)業(yè)比重等社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于湄潭縣2006—2016年份的統(tǒng)計(jì)年鑒，2005、2010年兩期的土地利用數(shù)據(jù)來源于“貴州省生態(tài)環(huán)境十年變化遙感調(diào)查與評(píng)估”項(xiàng)目，為保證數(shù)據(jù)的獲取精度及可用性，2015年土地利用數(shù)據(jù)在2010年數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，以30 m分辨率的Landsat8影像為基準(zhǔn)，通過目視解譯進(jìn)行小班區(qū)劃，并從各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用隨機(jī)抽取各土地類型樣點(diǎn)5個(gè)，共375個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行野外實(shí)地調(diào)查，有340個(gè)樣點(diǎn)與土地利用解譯的土地類型相符合，因此野外驗(yàn)證精度為90.67%，達(dá)到數(shù)據(jù)使用精度要求。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及時(shí)空演變分析

根據(jù)湄潭縣2005、2010年、2015年3期的土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)顯示(表1)，近10 a湄潭縣土地利用總體變動(dòng)不大，3期數(shù)據(jù)均顯示湄潭縣土地利用以林地為主，占全縣國(guó)土面積的50%以上；而耕地次之，占據(jù)全縣國(guó)土面積的30%左右，10 a間所占比例一直在減小，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是多方面的，近些年全省推行的退耕還林還草政策對(duì)其有一定的影響；大量年輕勞動(dòng)力外出打工，耕地大面積荒廢，生長(zhǎng)成灌草叢，造成耕地面積減少；隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷變化，建設(shè)用地面積也在不斷的擴(kuò)展，對(duì)耕地面積的縮小也有著一定的影響。

表1 湄潭縣土地利用現(xiàn)狀統(tǒng)計(jì)

3.1.1土地利用變化的幅度和動(dòng)態(tài)度分析

由表2可以看出，湄潭縣土地利用變化幅度較大的是耕地及林地，10 a時(shí)間內(nèi)，湄潭縣耕地減少面積達(dá)91.30 km2，林地增加77.42 km2，草地及水域變化總體較小。但是變化幅度的大小并不決定著動(dòng)態(tài)度的大小，初期地類的面積大小對(duì)動(dòng)態(tài)度的計(jì)算起了很大作用。從動(dòng)態(tài)度上對(duì)湄潭縣10 a的土地利用進(jìn)行分析不難看出，動(dòng)態(tài)度最大的為建設(shè)用地，增加了4.27%；其次是水域，增加了3.05%；耕地和林地動(dòng)態(tài)度變化不顯著，耕地減少了1.5%，林地增加了0.8%。從每5 a的動(dòng)態(tài)度上進(jìn)行觀察，草地動(dòng)態(tài)度都是最小的，不足0.1%；而耕地一直都以1.0%以上的趨勢(shì)在減小，且2010—2015年的減少的速率要比2005—2010年快；建設(shè)用地一直以較高的速率進(jìn)行增長(zhǎng)，增長(zhǎng)速率差別不大。都穩(wěn)定在3.9%左右；林地增長(zhǎng)的速率在2010—2015年期間將近翻了1倍，由原來的0.57%增長(zhǎng)到1.0%；水域的變化主要發(fā)生在2005—2010年期間，變化度達(dá)到7.29%，之后5年內(nèi)呈現(xiàn)出減少的趨勢(shì)，但減少速率僅為0.88%。這些數(shù)據(jù)從側(cè)面反映了湄潭縣的經(jīng)濟(jì)條件及生態(tài)環(huán)境在逐年改善，建設(shè)用地的不斷增多，表明經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷增強(qiáng)；林地的不斷提升及耕地在合理范圍內(nèi)的不斷減少，有利于湄潭縣生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的提高。

表2 湄潭縣土地利用變化統(tǒng)計(jì)

3.1.2土地利用變化的信息熵分析

根據(jù)信息熵及均衡度、優(yōu)勢(shì)度計(jì)算公式計(jì)算出全縣的信息熵、均衡度、優(yōu)勢(shì)度見表3。因能獲取的土地利用年數(shù)有限，只能選取3期的土地利用進(jìn)行分析計(jì)算，所以不能通過各年份土地利用變化來分析土地利用信息熵的變化波動(dòng)，但可表現(xiàn)出的湄潭縣近十年信息熵及均衡度的總體趨勢(shì)皆為先上升再下降，且熵值幅度最大達(dá)到0.01，而并不是以平穩(wěn)的狀態(tài)在變化，這說明湄潭縣在2005—2010年期間內(nèi)土地利用系統(tǒng)處在一定程度上的開發(fā)中。自2005—2010年，土地利用結(jié)構(gòu)的熵值及均衡度總體呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，表明在這5 a期間內(nèi)，湄潭縣土地利用結(jié)構(gòu)趨向于合理并均衡狀態(tài)的發(fā)展，各地類變化趨于平穩(wěn)，土地利用結(jié)構(gòu)的均質(zhì)性增強(qiáng)。而2010—2015年，土地利用結(jié)構(gòu)的熵值及均衡度均呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，表明近5 a內(nèi)，湄潭縣土地利用類型變化較大，地類之間的轉(zhuǎn)換更為頻繁，土地利用結(jié)構(gòu)的均質(zhì)性勢(shì)必有所降低。同時(shí)，均衡度值越靠近1，土地利用均衡程度越高，現(xiàn)湄潭縣均衡值皆在0.66左右，說明湄潭縣土地資源的開發(fā)利用及轉(zhuǎn)變還存在較大的改善空間，在往后的利用過程中可更全面地考慮，提高土地的利用效率。

通過對(duì)土地利用的轉(zhuǎn)變的幅度及動(dòng)態(tài)度進(jìn)行分析，也不難解釋產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。2005—2015年期間內(nèi)變化最為明顯的耕地、建設(shè)用地、林地這3種地類，其變化主要集中在2010—2015年期間內(nèi)，導(dǎo)致后5 a時(shí)間內(nèi)土地利用變化顯得更為頻繁。

表3 湄潭縣土地利用變化信息熵和均衡度

3.2 土地利用結(jié)構(gòu)演變驅(qū)動(dòng)因素研究

3.2.1土地利用結(jié)構(gòu)變化的驅(qū)動(dòng)力因素分析

造成土地利用結(jié)構(gòu)變化是多種多樣的，主要分為自然因素(地質(zhì)結(jié)構(gòu)、溫度、降水等)和社會(huì)因素(人口、經(jīng)濟(jì)、政策等)兩大類。

地質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)土地利用變化的影響主要表現(xiàn)在地形，全縣主要以山地為主，坡度較大的地方容易引滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，使得土地利用類型產(chǎn)生改變。湄潭縣屬于中亞熱帶溫暖濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，氣候變化一般趨于比較穩(wěn)定所以對(duì)其土地利用結(jié)構(gòu)無明顯影響。人口是影響土地利用結(jié)構(gòu)變化的主要社會(huì)因素，經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)是人類活動(dòng)不斷擴(kuò)展的驅(qū)動(dòng)因素，土地利用的變化也與政策有一定的關(guān)系。雖然經(jīng)濟(jì)因素是間接性影響到土地利用的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，但其影響力也不容小覷，因此全文在探討時(shí)以人為經(jīng)濟(jì)因素為主，研究人為影響條件下，土地利用變化因素。

3.2.2土地利用結(jié)構(gòu)變化的驅(qū)動(dòng)力指標(biāo)選取

伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)文明的不斷發(fā)展，人們的需求不斷增多，對(duì)自然改造的能力不斷的增強(qiáng)，導(dǎo)致由人類活動(dòng)因素對(duì)土地造成的變化遠(yuǎn)大于自然因素造成的影響。

本文參照已有的相關(guān)研究，主要從社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)方面出發(fā)，選取總?cè)丝?X1/萬人)、第一產(chǎn)業(yè)比重(X2/%)、第二產(chǎn)業(yè)比重(X3/%)、第三產(chǎn)業(yè)比重(X4/%)、人均GDP(X5/元)、社會(huì)固定資產(chǎn)投資總額(X6/萬元)、社會(huì)消費(fèi)品零售總額(X7/萬元)、農(nóng)民人均純收入(X8/元)、財(cái)政支出(X9/萬元)、鄉(xiāng)村從業(yè)人數(shù)(X10/萬人)、糧食總產(chǎn)量(X11/萬t)等11個(gè)驅(qū)動(dòng)力指標(biāo)。各驅(qū)動(dòng)力因素原始數(shù)據(jù)見表4。

表4 湄潭縣土地利用變化驅(qū)動(dòng)力原始數(shù)據(jù)

3.2.3土地利用結(jié)構(gòu)變化驅(qū)動(dòng)力分析

a) 數(shù)據(jù)的無量綱化。以選取的湄潭縣11個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)因子為自變量組成比較序列，以土地利用信息熵和優(yōu)勢(shì)度作為因變量構(gòu)成參考序列，對(duì)各驅(qū)動(dòng)因素及信息熵、優(yōu)勢(shì)度進(jìn)行無量綱化，見表5。

b) 關(guān)聯(lián)系數(shù)與關(guān)聯(lián)度的計(jì)算。根據(jù)關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)度計(jì)算公式，對(duì)各因子進(jìn)行綜合判斷分析得到土地利用結(jié)構(gòu)指標(biāo)與各驅(qū)動(dòng)因素的關(guān)聯(lián)系數(shù)、關(guān)聯(lián)度，結(jié)果分別見表6—8。

c) 灰色關(guān)聯(lián)結(jié)果分析。各社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)因子對(duì)土地利用信息熵及優(yōu)勢(shì)度的影響各不相同，由表8可以看出，與信息熵關(guān)聯(lián)度最大的驅(qū)動(dòng)力因素是農(nóng)村從業(yè)人數(shù)，其次是糧食總產(chǎn)量，關(guān)聯(lián)度最小是第一產(chǎn)業(yè)比重。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是農(nóng)村從業(yè)人員是直接決定參與改變土地利用結(jié)構(gòu)的規(guī)模，農(nóng)業(yè)從業(yè)人員多的情況下，相當(dāng)于勞動(dòng)力多，對(duì)自然改造的程度越大；糧食總產(chǎn)量決定著農(nóng)業(yè)人口的轉(zhuǎn)型，當(dāng)糧食產(chǎn)量豐足的情況下，更多的農(nóng)村人口會(huì)減少耕地的開墾，經(jīng)濟(jì)來源由第一產(chǎn)業(yè)逐漸向第二、三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型；第三產(chǎn)業(yè)為服務(wù)業(yè)，旅游業(yè)之類，這需要在一定程度上改變土地利用的類型以增強(qiáng)美觀。與優(yōu)勢(shì)度關(guān)聯(lián)度最大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)因素為第一產(chǎn)業(yè)比重，其次是社會(huì)固定資產(chǎn)投資總額，最小的是農(nóng)村從業(yè)人數(shù)。因?yàn)椴还苋藶楦蓴_強(qiáng)度如何變化，耕地、林地、草地、水域等都屬于第一產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)、第一產(chǎn)業(yè)的發(fā)展直接影響到各土地類型之間面積大小的差異，特別是西南山區(qū)各縣中，受地形地貌及交通因素影響，第一產(chǎn)業(yè)比重對(duì)土地利用優(yōu)勢(shì)度表現(xiàn)得更為明顯；而對(duì)地類改變，促使各地類之間面積差異變化，除自身基準(zhǔn)以外，就是受改造資金的制約，此時(shí)，固定資產(chǎn)投資、人均GDP、財(cái)政支出等就起了很大的協(xié)助作用。農(nóng)業(yè)從業(yè)人數(shù)、糧食產(chǎn)量、第三產(chǎn)業(yè)比重等對(duì)土地利用雖然有很大影響，但大范圍的改動(dòng)土地類型，使各地類面積差異縮小，達(dá)到合理分配的效果，少不了一定的經(jīng)濟(jì)支撐。

表5 數(shù)據(jù)無量綱化處理結(jié)果

表6 信息熵與各驅(qū)動(dòng)因子的關(guān)聯(lián)系數(shù)

表7 優(yōu)勢(shì)度與各驅(qū)動(dòng)因子的關(guān)聯(lián)系數(shù)

表8 信息熵、優(yōu)勢(shì)度與各驅(qū)動(dòng)因子的關(guān)聯(lián)度

4 結(jié)論

社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展在一定程度上對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化起著很大的決定作用，通過土地利用結(jié)構(gòu)變化的信息熵、優(yōu)勢(shì)度與選取的11個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析，各社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)因素對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化信息熵的影響力最大的3個(gè)因素是農(nóng)村從業(yè)人數(shù)、糧食總產(chǎn)量、第三產(chǎn)業(yè)比重；對(duì)優(yōu)勢(shì)度影響力最大的3個(gè)因素是第一產(chǎn)業(yè)比重、社會(huì)固定資產(chǎn)投資總額、農(nóng)村從業(yè)人數(shù)；因此，在往后的湄潭縣土地利用開發(fā)及設(shè)計(jì)中，需要從這幾個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮，保證土地資源在利用過程中不斷趨向于合理且均衡的發(fā)展，使土地利用結(jié)構(gòu)的均質(zhì)性不斷增強(qiáng)，以對(duì)土地資源最小的破壞前提下，獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益。