基于地理探測器的長武縣土地利用時空差異及驅(qū)動力分析

李沛 賀炳彥

摘 要 以咸陽市長武縣為研究區(qū)，研究其土地利用時空變化特征、發(fā)展規(guī)律及驅(qū)動因子作用機(jī)制。經(jīng)回歸分析可知，高程、生產(chǎn)總值和人口總數(shù)是影響長武縣土地利用變化的3個最顯著驅(qū)動力因子;通過構(gòu)建地理探測器模型得出距人均收入與人口總數(shù)，坡度、高程等與距道路的距離和距水源的距離的交互作用極強(qiáng)，且不存在獨(dú)立或者減弱關(guān)系的因子，為長武縣土地利用可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞 土地利用變化;驅(qū)動力因子;Logistic回歸分析;地理探測器模型

中圖分類號：F301.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.09.089

近年來，我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與土地資源的匱乏之間的矛盾日益突出，引發(fā)了越來越多的土地問題[1]。為了實(shí)現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)與土地資源的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，土地利用/覆被變化逐漸成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)內(nèi)容[2]。深入研究土地利用變化的時空特征、發(fā)展規(guī)律以及產(chǎn)生變化的驅(qū)動因素，通過分析驅(qū)動因素與土地利用類型之間的作用機(jī)制，能夠?yàn)榫S持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定提供有力支撐[3]。目前學(xué)者們對土地利用時空演變及驅(qū)動力分析的研究呈現(xiàn)出多角度全方位的特點(diǎn)[4-8]。但是任何一種地類的變化都是多因素影響的結(jié)果?；诖?，以長武縣作為研究區(qū)域，探討和分析該區(qū)域土地利用時空變化特征，探測識別影響該區(qū)域用地時空演變的各驅(qū)動力因素及作用機(jī)制，對指導(dǎo)未來土地利用可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源與處理

研究中所涉及的土地利用數(shù)據(jù)來源于長武縣自然資源局，參考《土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)》將長武縣土地分為耕地、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)施用地以及其他土地八大類。并選取了高程等十一個驅(qū)動因子并將其重命名，如表1所示。其中高程（DEM）數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺;坡度及坡向數(shù)據(jù)是根據(jù)Arcgis的表面分析模塊計算得到;距離因子是通過Arcgis的歐式距離分析模塊計算得到;人口數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟(jì)、降雨量等社會統(tǒng)計數(shù)據(jù)主要通過查閱咸陽市年鑒、長武縣年鑒以及咸陽市和長武縣政府工作報告等獲得。

1.2 研究方法

1.2.1 單一土地利用動態(tài)度

單一土地利用動態(tài)度是描述單一地類動態(tài)變化時采用的模型[9]，能反映一定時間范圍內(nèi)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況和變化速率。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為式1～3。

Logistic回歸分析主要分為二項(xiàng)logistic回歸和多元logistic回歸[10]。Logistic回歸分析可以篩選出對土地利用變化影響顯著的因子，因此在土地利用變化方面應(yīng)用十分廣泛[11]，表達(dá)式如公式4所示。

1.2.3 地理探測器模型

地理探測器模型由因子探測器、生態(tài)探測器、風(fēng)險探測器和交互探測器組成[12]，交互探測器可以識別不同因子之間的交互作用，可以評估兩個因子共同作用下對土地利用變化程度的解釋力[13]。交互判斷依據(jù)如表2所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 時空差異分析

2.1.1 數(shù)量變化分析

由表3可知，長武縣土地利用類型總體呈以農(nóng)用地為主、城鄉(xiāng)建設(shè)用地為輔的分布態(tài)勢。耕地、城鎮(zhèn)村及工礦用地等在研究時段內(nèi)面積呈增加趨勢，其中城鎮(zhèn)村及工礦用地占比增加0.44%，變化最明顯。園地、林地等在研究時段內(nèi)面積呈下降趨勢，其中園地面積占比減少了0.74%。隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，長武縣城鎮(zhèn)體系的不斷優(yōu)化使得建設(shè)用地呈現(xiàn)持續(xù)擴(kuò)張趨勢，近年來隨著耕地保護(hù)政策的實(shí)施使得長武縣的耕地保有量穩(wěn)中有升。園地整體處于下降趨勢，但減少速度逐漸放緩。

2.1.2 動態(tài)變化分析

長武縣土地利用動態(tài)變化情況如表4所示。研究期間長武縣的各地類均有不同程度的轉(zhuǎn)移或增加，未利用地與建設(shè)用地的總變化速率最大，且均為新增速率大于轉(zhuǎn)移速率。水域及水利設(shè)施用地的轉(zhuǎn)移速率大于新增速率，總變化率為0.70%。農(nóng)用地中園地變化速率較大為0.66%。建設(shè)占用是園地減少的主要原因，耕地雖有部分轉(zhuǎn)移，但是隨著加大土地復(fù)墾及農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整力度等政策的實(shí)施，耕地得到了有效及時的補(bǔ)充。

2.1.3 空間變化分析

如圖1所示，從地類的空間分布來看，長武縣的土地利用空間分布可以分為南、北、中3部分。由于地形地貌的影響，長武縣北部多耕地、園地和建設(shè)用地，最北端分布有較少量的林地;耕地主要分布在地掌鎮(zhèn)、彭公鎮(zhèn)和冉店鎮(zhèn);園地主要分布在相公鎮(zhèn)、昭仁鎮(zhèn)和洪家鎮(zhèn);建設(shè)用地主要分布在昭仁鎮(zhèn)和亭口鄉(xiāng)。中部區(qū)域較小，地類主要以草地為主。亭口鎮(zhèn)、巨家鎮(zhèn)和棗元鎮(zhèn)占了長武縣南部的絕大部分，其地類主要以林地為主。

2.2 影響因素分析

根據(jù)前文分析，將驅(qū)動因子與土地利用變化數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到SPSS軟件中定量分析驅(qū)動因子與土地利用變化之間的相互作用關(guān)系，結(jié)果如表5所示。

長武縣回歸方程模型如公式5所示。由表5可知，高程、生產(chǎn)總值和人口總數(shù)是影響長武縣土地利用變化的3個最顯著的驅(qū)動力因子。

2.3 驅(qū)動力交互探測分析

運(yùn)用地理探測器探測不同驅(qū)動因子與2010—2018年的土地利用時空變化的交互作用關(guān)系，交互作用結(jié)果如表6所示。土地利用在2010—2018年間受到了多因子的共同作用，其中距人均收入和人口總數(shù)交互影響力比值最大，為0.976，坡度和距道路的距離交互影響力次之，為0.964，DEM和距水源的距離交互影響力為0.937。二者的交互作用方式均為非線性增強(qiáng)。人均收入促進(jìn)了人口總數(shù)因子對土地利用變化影響的程度，近年來人們生活水平提高，快速的人口增長使得中心城鎮(zhèn)居民對居住用地及居住環(huán)境的需求量大幅度提高，成為建設(shè)用地擴(kuò)張的主要驅(qū)動因素。距道路的距離和距水源的距離也是影響土地利用時空分布的主要驅(qū)動力，高程與坡度加強(qiáng)了這種影響作用。