隴東南地區(qū)土地利用變化及驅(qū)動(dòng)力分析

張芳芳

隴南師范高等專科學(xué)校初等教育學(xué)院，甘肅 成縣 742500

0 引言

土地是陸生生物賴以生存和發(fā)展的重要場地，在當(dāng)今世界，人類的各種活動(dòng)，特別是經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的普遍快速發(fā)展促使土地利用類型不斷發(fā)生變化.土地利用研究最早可以追溯到19世紀(jì)60年代.1864年，Marsh認(rèn)為土地利用方式影響了地中海和美國大平原的生態(tài)環(huán)境[1].1993年“國際地圈與生物圈計(jì)劃”和“全球變化人類因素計(jì)劃”兩大國際組織共同制訂的“土地利用/土地覆被變化(LUCC)科學(xué)研究計(jì)劃”，將其作為全球變化研究的核心內(nèi)容[2].國內(nèi)學(xué)者于20世紀(jì)90年代開始大量研究“土地持續(xù)利用”這一課題.與此同時(shí)，我國在國際研究趨勢的影響下，也展開了對北京、廣州、沈陽、大連等城市的土地利用變化研究.中科院于2002年，利用遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)成功建成了土地利用動(dòng)態(tài)信息系統(tǒng)，并開展了近10年中國土地利用變化的區(qū)域特征、驅(qū)動(dòng)因子分析等研究[3].當(dāng)下關(guān)于土地利用及驅(qū)動(dòng)力分析方面的研究文獻(xiàn)較多.劉紀(jì)遠(yuǎn)等人對2010年～2015年中國土地利用時(shí)空變化進(jìn)行了研究[4]；汪濱、張志強(qiáng)對黃土高原典型流域退耕還林土地利用變化進(jìn)行了研究[5]；Zhang Yucui等人研究了華北平原2002年～2012年的土地利用變化[6].本文選取2008年和2018年隴東南地區(qū)土地利用遙感影像數(shù)據(jù)及與該地區(qū)土地利用變化相關(guān)的社會(huì)發(fā)展因子，借助ENVI 5.3、ArcGIS 10.5平臺(tái)，通過建立動(dòng)態(tài)度模型、計(jì)算轉(zhuǎn)移矩陣等研究方法，分析了2008年至2018年間隴東南地區(qū)土地利用變化及其影響因子.在振新鄉(xiāng)村大背景下，隴東南作為甘肅向東向南開放發(fā)展的橋頭堡，此研究可為合理利用隴東南地區(qū)土地資源、完善該區(qū)域土地系統(tǒng)功能、制定隴東南地區(qū)土地利用規(guī)劃提供重要的依據(jù).

1 研究區(qū)概況

隴東南地區(qū)地處甘肅省東南部，包括慶陽、平?jīng)?、天水、隴南四市及其所屬的31個(gè)縣區(qū)，總面積80 759 km2，占全省的20.71 %，地理位置為33°30′N～35°73′N、104°56′E～107°63′E(圖1).該區(qū)域各類土地資源豐富，依據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類》的全國土地分類標(biāo)準(zhǔn)，隴東南地區(qū)土地利用類型可分為：耕地、林地、草地、水域、城鄉(xiāng)工礦居民用地及未利用土地6個(gè)一級類；水田、旱地、有林地、高中低覆蓋度草地、河渠、湖泊、城鎮(zhèn)、沙地、鹽堿地、沼澤地等23個(gè)二級類(表1).(注：2008年隴東南地區(qū)土地利用類型中有戈壁地，而無沼澤地，2018年戈壁地消失，出現(xiàn)了沼澤地.)

圖1 隴東南地區(qū)地理位置圖Fig.1 Geographical Location Map of Southest Long Region

表1 隴東南地區(qū)土地利用分類系統(tǒng)Tab.1 Classification system of land use in southeastern long region

2 數(shù)據(jù)來源及處理

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文利用的遙感影像數(shù)據(jù)來源于美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)官網(wǎng)，土地利用數(shù)據(jù)源于中科院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)源自《2008年甘肅省統(tǒng)計(jì)年鑒》《2018年甘肅省統(tǒng)計(jì)年鑒》、隴東南區(qū)域內(nèi)各市的國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)，土地利用分類信息來源于《甘肅省土地利用總體規(guī)劃(2006年～2020年)》.

2.2 數(shù)據(jù)處理

論文以2008年和2018年Landsat TM遙感影像為支撐數(shù)據(jù)，在ENVI 5.3平臺(tái)下對遙感影像作預(yù)處理，分別整理出2008年與2018年隴東南地區(qū)的土地利用數(shù)據(jù)，計(jì)算出隴東南地區(qū)2008年至2018年間各類土地利用的面積變化量、變化幅度、動(dòng)態(tài)變化度等，再運(yùn)用ArcGIS 10.5計(jì)算土地利用的轉(zhuǎn)移矩陣，最后從隴東南地區(qū)的人口因子、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展因子及區(qū)域政策因子中選取總?cè)丝凇a(chǎn)業(yè)增加值等指標(biāo)，分析驅(qū)動(dòng)隴東南地區(qū)土地利用變化的主要驅(qū)動(dòng)因子.

3 研究方法

3.1 土地利用動(dòng)態(tài)度

通常用“土地利用動(dòng)態(tài)度”定量描述土地利用的變化.其模型有兩種：單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度模型；綜合土地利用動(dòng)態(tài)度模型.本文以“單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度模型”，來定量描述區(qū)域內(nèi)土地利用類型在時(shí)間序列內(nèi)的變化，該值為負(fù)時(shí)，說明該類用地面積減??；該值為正時(shí)，則該類用地面積增加，正值越小表示土地利用變化越慢，反之則越快[7].

3.1.1 土地利用變化幅度

土地利用面積上數(shù)量變化最顯著，考察土地利用面積總變化趨勢，可通過計(jì)算土地利用變化幅度實(shí)現(xiàn).其表達(dá)式為

(1)

3.1.2 土地利用動(dòng)態(tài)度

土地利用類型動(dòng)態(tài)度反映某研究區(qū)一定時(shí)間范圍內(nèi)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況[8]，其計(jì)算公式為

(2)

其中，P：土地利用變化幅度；K：土地利用動(dòng)態(tài)度；Ua：研究初期某一類土地利用類型的面積；Ub：研究末期某一類土地利用類型的面積；T：研究時(shí)長.

3.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣是分析土地利用各類型之間轉(zhuǎn)變的一種研究方法，該方法可以顯示區(qū)域土地利用變化的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)特征[9]，可以清晰地反映土地利用各類型之間面積的變化和方向的轉(zhuǎn)移情況.

4 結(jié)果與分析

4.1 土地利用現(xiàn)狀分析

4.1.1 2008年隴東南地區(qū)土地利用現(xiàn)狀

從2008年隴東南各市土地利用現(xiàn)狀圖(圖2)中可以看出，該地區(qū)各土地利用類型中耕地、草地面積居多.從分布結(jié)構(gòu)上來看，耕地大面積分布在慶陽市和天水市，這兩市的密集林區(qū)均在各自地域的東部及南部；平?jīng)鍪兴蛘嫉孛娣e較廣，且在其西部分布有較多的未利用土地；隴南市林區(qū)密布，草地、耕地集中分布在水域沿岸，該市大面積的未利用土地集中分布于文縣的西北部與宕昌縣西南部；研究區(qū)內(nèi)城鄉(xiāng)、工礦居民用地依水展布，較集中分布在慶陽市南部.2008年隴東南地區(qū)土地利用類型的分布規(guī)律呈現(xiàn)為：耕地、草地北密南??；東部、南部林地占比大；城鄉(xiāng)工礦、居民用地依水而建.

4.1.2 2018年隴東南地區(qū)土地利用現(xiàn)狀

從2018年隴東南各市土地利用現(xiàn)狀圖(圖3)中可以看出，較2008年隴東南地區(qū)各土地利用類型的總體分布情況來看，2018年該區(qū)域整體空間分布上土地利用變化情況不大.但是耕地面積明顯減少，尤其是平?jīng)鍪?，其中減少的耕地大都轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸?城鄉(xiāng)、居民工礦用地相應(yīng)有所增加，顯著增加的區(qū)域有：隴南市中西部，天水市西部和慶陽市南部.2008年隴東南地區(qū)水域在平?jīng)鍪泻吞焖蟹植驾^多，但是都相對比較分散，2018年該區(qū)域水域面積增加，并形成了較為集中的水體分布區(qū)，在平?jīng)鍪凶顬橥怀?

4.2 土地利用動(dòng)態(tài)變化情況分析

通過對隴東南地區(qū)2008年至2018年間土地利用類型變化的動(dòng)態(tài)度(表2)的分析可知，這11年間該地區(qū)土地利用類型的變化情況主要表現(xiàn)為：(1)耕地面積大量減少，耕地面積變化幅度為-0.056 %，累計(jì)減少約1 620.76 km2；(2)除耕地以外，其他各類土地利用類型的面積均有所增加，其中增加面積最多的是草地，其次是城鄉(xiāng)居民、工礦用地利；未利用土地面積雖然只增加了37.75 km2，但其動(dòng)態(tài)度為0.035 8 %，位列第一，草地動(dòng)態(tài)度為0.002 8 %，處在第二，城鄉(xiāng)居民、工礦用地動(dòng)態(tài)度為0.026 6 %，居于第三.其他各類土地利用類型共增加了1 526.60 km2，與減少的耕地面積接近.

表2 2008年～2018年隴東南地區(qū)土地利用年變化Tab.2 Annual Change of Land Use in Southeastern Long Region from 2008 to 2018

圖2 2008年隴東南地區(qū)各市土地利用現(xiàn)狀Fig.2 LandusestatusmapofcitiesinSoutheastLongdongregion2008圖3 2018年隴東南地區(qū)各市土地利用現(xiàn)狀Fig.3 LandusestatusMapofcitiesinSoutheastLongdongregion2018

4.3 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析

以2008年和2018年隴東南地區(qū)土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用ArcGIS 10.5軟件進(jìn)行疊加處理，計(jì)算出土地利用轉(zhuǎn)移情況數(shù)據(jù)，利用Excel繪制出2008年～2018年隴東南地區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣(表3).

由表3知，2008年～2018年隴東南地區(qū)土地利用類型變化情況主要是由耕地向其他土地利用類型的轉(zhuǎn)換，其中由耕地變?yōu)椴莸氐拿娣e最大，變?yōu)槲蠢猛恋氐拿娣e最小.其他各類型土地利用的轉(zhuǎn)化情況是：林地、城鄉(xiāng)居民工礦用地與未利用土地均是變?yōu)椴莸氐拿娣e最大，水域轉(zhuǎn)化為耕地的面積最大，轉(zhuǎn)化為未利用土地的面積最小.總體上，各土地利用類型經(jīng)轉(zhuǎn)化所得的面積情況是：草地>耕地>林地>城鄉(xiāng)、工礦居民用地>水域>未利用土地.

表3 2008年～2018年隴東南地區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移矩陣Tab.3 Land Use Transfer Matrix for Southeastern Long 2008～2018 單位：(km2)

4.4 土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力分析

土地利用變化不是一個(gè)簡單的在自然環(huán)境下自發(fā)的過程，它受到多種因素的影響和制約，有自然因素，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)因素和政策因素等.在較短時(shí)間尺度上，自然驅(qū)動(dòng)力有著累積性效應(yīng)，但相對較為穩(wěn)定，而社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力則相對較活躍[10].本文選取人口、第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)等五個(gè)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)因素和隴東南地區(qū)的政策發(fā)展要求，來研究促使該區(qū)域土地利用類型發(fā)生變化的驅(qū)動(dòng)力因子.

4.4.1 人口因子對土地利用變化的影響

2008年至2018年隴東南地區(qū)總?cè)丝凇⑥r(nóng)村人口、城鎮(zhèn)人口變化情況如表4所示.

人口的數(shù)量變化及分布情況是影響區(qū)域土地利用變化的主要驅(qū)動(dòng)力，從表4中可以看出，2008年到2018年間隴東南地區(qū)總?cè)丝跍p少了52.83萬人，農(nóng)村人口減少了163.6萬人，相反，城鎮(zhèn)人口卻增加了110.77萬人.人口數(shù)量的變化對隴東南地區(qū)土地利用類型的變化主要有兩方面的影響：(1)農(nóng)村人口，特別是青壯年人口絕大多數(shù)外出務(wù)工，導(dǎo)致主力農(nóng)業(yè)人口急劇減少，加之農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的低收益、低效率和受自然災(zāi)害威脅的高風(fēng)險(xiǎn)，以及農(nóng)業(yè)科技和機(jī)械化、水利化的普遍缺失，導(dǎo)致了耕地撂荒，耕地面積銳減，變成了草地和其他類型用地，使得草地等用地面積增加.(2)人口向城鎮(zhèn)的單向主要流動(dòng)，使得城鎮(zhèn)人口激增，這部分人口的就業(yè)、住房、教育等剛性需求，極大地刺激了城市居民、工礦建設(shè)用地的擴(kuò)張.

表4 2008年～2018年隴東南地區(qū)人口變化情況Tab.4 Population changeof southeastern long 2008～2018 單位：(萬人)

4.4.2 社會(huì)、經(jīng)濟(jì)因子對土地利用變化的影響

影響土地利用變化的社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子繁雜多樣，研究社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力是分析土地利用變化驅(qū)動(dòng)力的重要方面.從表5中所選取的5個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子可以得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：(1)2008年至2018年間第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)增加值均增大了，尤其是第三產(chǎn)業(yè)增加值的增加幅度更大，可以看出區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)合理化，經(jīng)濟(jì)水平大幅提高，人們追求更高的生活品質(zhì)，向往城鎮(zhèn)生活，這也印證了耕地的減少與人們生活水平的提高有很大關(guān)系；(2)工業(yè)增加值也大幅增加，證明工業(yè)用地面積也增加了.人們經(jīng)濟(jì)水平的提高，是改變隴東南地區(qū)土地利用現(xiàn)狀的核心推動(dòng)因素.

表5 2008年～2018年隴東南地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素Tab.4 2008～2018 socio-economic factors in southeastern long region

4.4.3 政策因子對土地利用變化的影響

政府相關(guān)政策對土地進(jìn)行規(guī)劃和調(diào)整，對土地利用的總體發(fā)展情況有著重要影響[11].政策所具有的強(qiáng)有力的導(dǎo)向性，引導(dǎo)著社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)類型、經(jīng)濟(jì)規(guī)模大小、產(chǎn)業(yè)開發(fā)的順序等的快速發(fā)展，進(jìn)而影響土地利用類型間的轉(zhuǎn)換及其面積規(guī)模的改變.土地資源的開發(fā)利用問題一直受到國家和政府的重視.

在甘肅省土地利用總體規(guī)劃期內(nèi)(2006～2020)，甘肅省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展在“中心帶動(dòng)、兩翼齊飛、組團(tuán)發(fā)展、整體推進(jìn)”的發(fā)展戰(zhàn)略推動(dòng)下，以交通、生態(tài)建設(shè)、環(huán)境保護(hù)等為重點(diǎn)的基礎(chǔ)建設(shè)戰(zhàn)略性工程的實(shí)施以及隴東大型煤炭化工基地建設(shè)，甘肅省經(jīng)濟(jì)社會(huì)將全面向工業(yè)化中期邁進(jìn)[12]，這對地處甘肅省東南部的慶陽市、平?jīng)鍪?、天水市及隴南市的土地利用結(jié)構(gòu)變化帶來了重大影響：優(yōu)化了隴東南地區(qū)城鄉(xiāng)用地的分布結(jié)構(gòu)，城鎮(zhèn)建設(shè)用地、工業(yè)用地迅速增加，農(nóng)村人口減少，耕地撂荒普遍，耕地面積的比重也隨之降低，草地面積大幅增加.在社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的當(dāng)下，合理的規(guī)劃、利用土地資源，是土地利用走可持續(xù)發(fā)展道路的關(guān)鍵.

5 結(jié)論

本文通過對2008年與2018年這兩個(gè)年份間隴東南地區(qū)土地利用變化情況相關(guān)數(shù)據(jù)的精確計(jì)算，并對各驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行了嚴(yán)密分析，得出了以下結(jié)論：(1)通過對2008年至2018年間隴東南地區(qū)各類土地利用面積變化數(shù)量多少的對比，發(fā)現(xiàn)這11年內(nèi)該地區(qū)土地利用類型的整體變化情況是：耕地>未利用土地>草地>城鄉(xiāng)居民、工礦用地>林地>水域.(2)11年間，各土地利用類型中耕地面積大幅度減少，其余各類面積都有所增加，尤其是草地和未利用土地，增加最多.減少的耕地面積同其他各土地利用類型增加的面積相接近.(3)人口數(shù)量和人口在城鄉(xiāng)間的分布變化致使耕地面積大幅度減少，而城鄉(xiāng)工礦、居民用地的面積有所增加，國家政策的實(shí)施使得隴東南地區(qū)土地利用更加規(guī)范，居民、建筑用地的分布更加合理.總觀各類因子對隴東南地區(qū)土地利用變化的影響程度，得知社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子是造成土地利用變化的主要因素.