南寧市江南區(qū)土地利用變化及驅(qū)動力分析

覃康煜，農(nóng) 潭

（1.廣西有色勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西 南寧530000； 2.百色學(xué)院，廣西 百色533000）

土地利用是隨著人類文明的出現(xiàn)應(yīng)運(yùn)而生的，已成為研究環(huán)境變化的重要內(nèi)容。航空航天科學(xué)技術(shù)的突破，使得以“3S”（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、遙感、地理信息系統(tǒng)）為代表的技術(shù)不斷發(fā)展并在自然資源研究應(yīng)用中不斷完善[1-3]。圍繞土地利用變化研究，利用遙感技術(shù)提取某區(qū)域某時(shí)段土地利用變化的時(shí)空特征信息；通過地理信息處理平臺解譯出土地利用信息，使用定性定量研究方法對其驅(qū)動力因素進(jìn)行分析已經(jīng)成為土地利用變化研究的基本方法[4-6]。

江南區(qū)作為南寧市下轄行政單位，是南寧市的重要組成部分。2016年以來，江南區(qū)通過加快推動電子信息產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展，加大力度扶強(qiáng)扶優(yōu)，以及從促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級走向新型工業(yè)化發(fā)展，加快融入南寧市整體發(fā)展格局，經(jīng)濟(jì)社會進(jìn)入發(fā)展提速時(shí)期，引起區(qū)域內(nèi)土地利用的強(qiáng)烈變化，對自然、社會環(huán)境產(chǎn)生了顯著影響[7]。研究土地利用變化成為江南區(qū)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。與此同時(shí)，對土地利用變化及驅(qū)動因素進(jìn)行研究，有利于江南區(qū)土地資源的合理利用、開發(fā)與保護(hù)，助力南寧市生態(tài)文明城市建設(shè)，對打造更加美麗、宜居的人文南寧具有重要意義。

1 研究區(qū)域概況

南寧市江南區(qū)位于廣西壯族自治區(qū)中西部，南寧市西南方位，下轄4鎮(zhèn)5街道9個(gè)行政單位，共計(jì)48個(gè)社區(qū)68個(gè)行政村。2008—2018年，人口由43.44萬增至54.21萬；地區(qū)生產(chǎn)總值由2008年的55.07億元增至2018年的475.18億元，增長接近 8倍。

2 數(shù)據(jù)來源與數(shù)據(jù)處理

2.1 數(shù)據(jù)來源

所用數(shù)據(jù)主要包括經(jīng)濟(jì)社會統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)。衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院地理空間數(shù)據(jù)云平臺（http：//www.gscloud.cn）；6幅影像圖成像質(zhì)量較高，且云量覆蓋均低于10%，滿足研究分析的需要。經(jīng)濟(jì)社會統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)主要來源于《南寧市統(tǒng)計(jì)年鑒》《江南區(qū)年鑒》《江南區(qū)統(tǒng)計(jì)公報(bào)》《政府年度工作報(bào)告》等。

2.2 遙感影像處理

遙感影像是基于傳感器對地球表面按照一定技術(shù)方法實(shí)現(xiàn)成像的結(jié)果，因傳感器工作受到多重因素的影響，所接收信息不一定能夠完全、正確地反映地表真實(shí)的地物信息，有可能出現(xiàn)偏差，甚至?xí)?yán)重影響對遙感影像數(shù)據(jù)的判讀和解譯[8]。為減小這些不利因素的影響，需要進(jìn)行圖像校正和圖像增強(qiáng)。經(jīng)過輻射定標(biāo)、大氣校正、波段融合及鑲嵌裁剪，而后提取出研究區(qū)三期圖像。

2.3 土地利用信息解譯

本研究依據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB/T 21010-2017）和《中華人民共和國土地管理法》“三大類”用地的相關(guān)規(guī)定，選取了林地、耕地、水域、建設(shè)用地、未利用土地5種地類作為標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行監(jiān)督分類，獲得2008年、2013年、2018年三期土地利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。對三期圖像進(jìn)行混淆矩陣分析，總體精度均達(dá)到90%以上，Kappa系數(shù)在0.8以上；三期圖像制圖精度和用戶精度在80%以上，均滿足基本要求。通過統(tǒng)計(jì)計(jì)算，2008—2018年的各地類的面積如表1所示。

表1 江南區(qū)2008—2018年土地利用結(jié)構(gòu)表

3 土地利用變化分析

3.1 土地利用變化速率分析

3.1.1 單一土地利用動態(tài)度

某一土地利用類型的數(shù)量變化可以使用單一土地利用動態(tài)度來表示，具體計(jì)算公式如下[9]：

其中：K代表土地利用動態(tài)度；Va代表基期年某一土地利用類型的數(shù)量；Vb代表期末年某一土地利用類型的數(shù)量；T代表研究時(shí)間長度。

根據(jù)式（1）計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 江南區(qū)2008—2018年土地利用動態(tài)度 單位：%

由表2可知，11年間，耕地及未利用地面積持續(xù)減少；林地、建設(shè)用地及水域面積持續(xù)增加，各地類的面積變化主要集中于2008—2013年，2014—2018年變化較為平緩。由于人口增加和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，建設(shè)用地面積擴(kuò)張是必然趨勢，建設(shè)用地的增加又是耕地和未利用地面積減少的主要原因。

3.1.2 綜合土地利用動態(tài)度

與單一土地利用動態(tài)度不同，綜合土地利用動態(tài)度不單局限于反映單個(gè)地類的變化速率，而從整體出發(fā)反映出研究區(qū)內(nèi)所有土地利用的總體變化，它是一種定量研究并預(yù)測將來一段時(shí)間內(nèi)土地變化趨勢的方法，具體計(jì)算公式如下[10-11]：

其中：KG—綜合土地利用動態(tài)度；n—取值范圍：1≤n≤5（整數(shù)）；LVi—研究期內(nèi)第i類土地類型的面積；△LVi-j—時(shí)期內(nèi)第i類土地類型轉(zhuǎn)化為非i類（j）土地類型總面積絕對值；T—研究時(shí)間長度。

由式（2）計(jì)算得到2008—2013年及2014—2018年的土地利用綜合動態(tài)度分別為17.52%、19.45%，2008—2018年的綜合動態(tài)度為9.66%，表明江南區(qū)土地利用變化較快，土地類型之間轉(zhuǎn)換頻繁。

3.2 土地利用程度變化分析

土地利用程度等級可以定量地描述在自然和社會共同影響下土地利用的綜合程度，同時(shí)也可以反映出土地利用程度的變化。莊大方等在1997年進(jìn)行中國土地利用程度的區(qū)域分異模型研究時(shí)，基于土地利用極限，將4種土地利用的理想狀態(tài)定為4 種土地利用級[12]，該成果被相關(guān)人員應(yīng)用于其他研究，不斷發(fā)展成熟。本文借鑒該研究成果，通過對目標(biāo)地類進(jìn)行重分類，建立分級指數(shù)，如表3所示，并計(jì)算出土地利用綜合指數(shù)，計(jì)算公式如下[13-14]：

表3 土地利用分級指數(shù)[12]

其中：La代表土地利用綜合指數(shù)；Ai代表第i類土地利用程度分級指數(shù)，i∈[1，4]；Bi代表第i類土地利用類型面積的占比，i∈[1，4]。

由表4可知，2008—2018年江南區(qū)土地利用綜合指數(shù)持續(xù)上升，綜合指數(shù)在第一階段內(nèi)回落后，第二階段又出現(xiàn)上升；由此可知在研究期內(nèi)，江南區(qū)土地利用程度總體較高，2013年以來，各項(xiàng)建設(shè)活動對土地資源利用的效率不斷提高，人類活動對于地變化的影響程度越來越深刻。

表4 2008—2018年土地利用綜合指數(shù)

土地利用程度變化量是反映研究期內(nèi)土地利用綜合水平的參數(shù)，變化率則具體反映研究期內(nèi)土地利用的變化趨勢，具體計(jì)算公式分別如下[14]：

其中，La—基期年土地利用綜合指數(shù)；

Lb—期末年土地利用綜合指數(shù)；

n—土地利用分級指數(shù)，n∈[1，4]；

△Lb-a—研究期土地利用綜合指數(shù)變化量；

Ai—研究期第i級土地利用程度分級指數(shù)；

Bia—基期年第i級土地利用程度分級面積占比；

Bib—期末年第i級土地利用程度分級面積占比；

D—土地利用程度變化率。

2008—2018年不同時(shí)期的土地利用程度變化量及變化率如表5所示，11年間土地利用程度變化量、變化率均呈現(xiàn)出先下降后上升的變化趨勢。數(shù)據(jù)顯示，在2008—2013年，土地利用程度變化量、變化率略微下降，結(jié)合相關(guān)經(jīng)濟(jì)社會統(tǒng)計(jì)資料分析，2008—2013年，第一產(chǎn)業(yè)增加值緩慢增長，特別是2011年、2013年出現(xiàn)斷崖式下跌，出現(xiàn)較大起伏的跌漲，同期農(nóng)作物播種面積、糧食種植面積逐年下降，導(dǎo)致研究區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展較為緩慢；固定資產(chǎn)投資較2011年同比下降了66.97%，各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)放緩，土地利用強(qiáng)度有所削弱。總之，2008—2013年，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的減少、社會固定資產(chǎn)投資的收縮，最終引起土地利用變化程度出現(xiàn)較低幅度下降。而2014—2018年較之前者恢復(fù)了正增長態(tài)勢?？v觀整個(gè)研究期間，2008—2018年江南區(qū)土地利用程度有細(xì)微的起伏變化，但總體呈上升趨勢，年均變化量保持0.624的正增長。

表5 江南區(qū)2008—2018年土地利用程度變化量及變化率

3.3 土地利用類型轉(zhuǎn)移分析

土地利用類型的轉(zhuǎn)換是雙向轉(zhuǎn)移的動態(tài)過程，可以借助土地利用轉(zhuǎn)移矩陣來定量分析研究期內(nèi)某一地類轉(zhuǎn)出及轉(zhuǎn)入的面積數(shù)量、變化情況[15]。具體計(jì)算公式如下[16]：

其中，S—面積；

i—基期年土地利用類型，i∈[1，n]；

j—期末年土地利用類型，j∈[1，n]；

Sij—研究期內(nèi)第i類土地轉(zhuǎn)移為第j類土地的面積總和。

由表6可看出，研究期間，耕地、未利用地面積大幅度減少，建設(shè)用地、林地面積持續(xù)增加，水域面積翻了近一倍，各地類雙向轉(zhuǎn)移面積415.86km2。從轉(zhuǎn)出面積來看，耕地轉(zhuǎn)出面積最大，主要轉(zhuǎn)向林地、建設(shè)用地。從轉(zhuǎn)入面積來看，林地的轉(zhuǎn)入面積最大，主要由耕地、未利用地轉(zhuǎn)化而來。耕地向林地的轉(zhuǎn)化主要受退耕還林政策，以及果園等產(chǎn)業(yè)規(guī)?；a(chǎn)的影響；而節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境基本國策又使各地對于植樹綠化等方面的重視以及實(shí)施，因此未利用地也是轉(zhuǎn)化為林地的主要地類。城鎮(zhèn)的擴(kuò)張必然占用周邊的耕地，因此，建設(shè)用地也是耕地的主要轉(zhuǎn)化地類。

表6 江南區(qū)2008—2018年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

4 土地利用變化驅(qū)動力分析

4.1 指標(biāo)選擇及處理

考慮所選取數(shù)據(jù)與研究對象的相關(guān)性、數(shù)據(jù)來源的可靠性以及可獲取的便捷性，經(jīng)咨詢專家，以2008—2018年資料為依據(jù)，從社會、經(jīng)濟(jì)及農(nóng)業(yè)等方面選取了10個(gè)指標(biāo)（表7）。

表7 驅(qū)動力評價(jià)指標(biāo)體系

因自變量因子原始數(shù)據(jù)計(jì)量單位有所差異，為了方便計(jì)算，采用SPSS26對所有指標(biāo)進(jìn)行處理，得到了標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)（表8）。根據(jù)上述所得進(jìn)行因子分析，最終得到各因子間的相關(guān)性矩陣（表9）。

表8 自變量因子原始數(shù)據(jù)

表9 自變量因子相關(guān)性矩陣

4.2 主成分分析

通過KMO系數(shù)值和巴特利特球形度檢驗(yàn)，可檢驗(yàn)所有指標(biāo)是否能滿足研究的要求，一般要同時(shí)滿足KMO值與巴特利特球形度兩個(gè)參考條件（KMO ＞0.5、Sig＜0.05）。結(jié)果顯示，KMO：0.513、Sig：0.01，均通過了一次性檢驗(yàn)，說明本次選擇的樣本量滿足進(jìn)行因子分析的要求。

由表10可知，根據(jù)初始特征值＞1，且貢獻(xiàn) 率＞80%的劃定，分析提取了兩個(gè)主成分，其特征值分別為8.114、1.304，對于原始數(shù)據(jù)總方差的累積解釋分別達(dá)到81.137%、94.181%。在主成分載荷表（表11）中，可以看出，總?cè)丝跀?shù)X1、非農(nóng)業(yè)人口數(shù)X2、第二產(chǎn)業(yè)增加值X4、第三產(chǎn)業(yè)增加值X5、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入X6、農(nóng)林牧漁生產(chǎn)總值X7、農(nóng)民人均純收入X8、農(nóng)村用電量X10在主成分1有較高載荷，均大于0.9，可以說明第一主成分為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，即人口的增長和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展；而第一產(chǎn)業(yè)增加值X3、農(nóng)作物播種面積X9在主成分2中載荷較大，說明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益是第二主成分。綜上所述，提取的兩個(gè)主成分基本可以反映全部指標(biāo)的信息，說明南寧市江南區(qū)土地利用變化的主要驅(qū)動力為人口增長、經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及農(nóng)業(yè)發(fā)展。

表10 因子分析總方差解釋

表11 主成分載荷表

4.3 主要驅(qū)動力因子分析

4.3.1 人口增長

2008—2018年，江南區(qū)人口由43.44萬增至54.21萬，增長了10.77萬人，增幅24.79%。轄區(qū)短時(shí)間內(nèi)的人口激增現(xiàn)象直接刺激到城鎮(zhèn)居民對于城鎮(zhèn)居民住宅用地、公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、糧食及農(nóng)副產(chǎn)品的需求。江南區(qū)城市建成區(qū)面積在不斷擴(kuò)大，由2008年55.45 km2增至2018年的152.13 km2， 11年間建設(shè)用地面積增加了96.68 km2。但耕地面積由704.62 km2減至546.59 km2，城鎮(zhèn)人口增長、農(nóng)業(yè)人口的流失，以及城鎮(zhèn)化是耕地面積減少的主要原因。耕地減少導(dǎo)致糧食產(chǎn)量、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)出總量有所降低；但11年來政府集中資源加大對優(yōu)勢農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、養(yǎng)殖基地的建設(shè)，在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化上建成示范性項(xiàng)目等，在一定程度上促成了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，規(guī)模以上種植業(yè)趨向于高附加值化，加上標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、管理使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)高效運(yùn)行，生產(chǎn)活動逐步開始面向更高效的集約化發(fā)展。分析結(jié)果表明：農(nóng)業(yè)人口轉(zhuǎn)向非農(nóng)人口的速度加快，城市人口快速增長，建成區(qū)面積迅速擴(kuò)張，導(dǎo)致耕地退化、數(shù)量減少；2008—2018年研究期內(nèi)江南區(qū)人口變化與建設(shè)面積呈正相關(guān)性、與耕地面積呈負(fù)相關(guān)性。

4.3.2 經(jīng)濟(jì)發(fā)展

社會各部門圍繞經(jīng)濟(jì)發(fā)展而展開的活動是引起江南區(qū)土地利用變化的重要因素。在土地利用結(jié)構(gòu)的調(diào)整中，變化最明顯的是建設(shè)用地、耕地，以及林地面積，耕地、林地規(guī)模的縮減以及建設(shè)用地的增加是處于城市化快速發(fā)展階段區(qū)域所表現(xiàn)的一般特征，江南區(qū)地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）的絕對增長是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的必然結(jié)果。

三產(chǎn)結(jié)構(gòu)的變化對土地利用變化有深刻的影響，2008—2013年，農(nóng)業(yè)的比重急劇下降，主要原因是農(nóng)業(yè)人口流出嚴(yán)重、生產(chǎn)管理方面效率低下，從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的人口數(shù)量逐年減少，土地開發(fā)、利用、管理的強(qiáng)度持續(xù)下降，致使耕地結(jié)構(gòu)劇烈變化。11年間政府對農(nóng)村農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)加大投入，集中建設(shè)農(nóng)村道路并占用部分農(nóng)用地，對耕地的結(jié)構(gòu)變化有一定影響，其中，水利工程的建設(shè)是引起水域面積發(fā)生巨大變化的原因之一，建成水庫、灌溉渠道等水面面積增加。2014—2018年，第一產(chǎn)業(yè)占比繼續(xù)下降，耕地面積在持續(xù)下降的同時(shí)，第一產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值能實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定增長，從側(cè)面反映出農(nóng)業(yè)集約化生產(chǎn)水平顯著提高；第二產(chǎn)業(yè)比例下降至34.0%，而第三產(chǎn)業(yè)占比上升至60.8%，第三產(chǎn)業(yè)成為江南區(qū)經(jīng)濟(jì)增長的中流砥柱。

國家經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的布局與建設(shè)，極大地刺激了江南區(qū)城市化的進(jìn)程，各區(qū)域城鎮(zhèn)居民點(diǎn)用地、道路交通設(shè)施用地、公共用地、商業(yè)用地等城市建設(shè)用地存在著較大的待開發(fā)需求和發(fā)展?jié)摿?。進(jìn)入城市化發(fā)展后期前，城市建設(shè)用地在未來還將表現(xiàn)出持續(xù)絕對增長的變化趨勢，城市擴(kuò)張的速度將隨著經(jīng)濟(jì)社會快速增長而提高。近幾年來，隨著全域旅游的規(guī)劃與興起，江南區(qū)文化和旅游業(yè)也步入快速發(fā)展階段，圍繞打造旅游產(chǎn)業(yè)而建設(shè)的活動，不可避免與各地類發(fā)生交集，耕地、林地面積將持續(xù)減少，進(jìn)一步引起江南區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)的變化。

4.3.3 農(nóng)業(yè)發(fā)展

江南區(qū)地形起伏較低，全境以平原為主，坡度低于15°的地面居多，地形平緩，全年光熱充足，降水充沛，水流流速較慢，堆積地貌發(fā)育，在灌溉水源充足的地區(qū)，適宜發(fā)展集中連片大面積種植業(yè)。江南區(qū)的主要作物為水稻、蔬菜、玉米、花生、甘蔗、西瓜等，是南寧市“菜籃子”工程項(xiàng)目，也是為市民提供主要副食品的重要基地之一。2008—2018年，江南區(qū)農(nóng)作物播種面積從5.94萬hm2增至6.20萬hm2，種植面積變化雖不是很大，但第一產(chǎn)業(yè)增加值從11.59億元增至33.65億元，增長近3倍，說明土地利用效率得到了很大提升。

5 小結(jié)

以南寧市江南區(qū)作為研究對象，通過解譯遙感影像，分析江南區(qū)土地利用變化的基本特征、動態(tài)過程等變化規(guī)律，并建立指標(biāo)體系，用因子分析方法進(jìn)行主成分分析，揭示了研究期內(nèi)驅(qū)動江南區(qū)土地利用變化的主要因子。江南區(qū)2008—2018年土地利用程度在整體上有所提高，土地利用綜合指數(shù)保持較高的水平。從土地利用動態(tài)度、土地利用程度、土地轉(zhuǎn)移矩陣等分析來看，江南區(qū)總體上土地利用變化劇烈。而引起江南區(qū)土地利用變化的主要因素是人口增長，其次為經(jīng)濟(jì)發(fā)展、農(nóng)業(yè)發(fā)展；其中，人口增長引起的變化是最強(qiáng)烈的，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響僅次于人口增長；同時(shí)，江南區(qū)11年的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、發(fā)展對于土地利用結(jié)構(gòu)變更的影響也較大。

因所獲取的遙感影像數(shù)據(jù)分辨率較低，進(jìn)行解譯時(shí)草地、園地與林地?zé)o法很好地分離，因此將三者合并為林地，在后續(xù)的研究中可以使用更高分辨率的數(shù)據(jù)獲取更詳細(xì)的土地利用分類，并建立更完善的驅(qū)動力分析指標(biāo)體系，以便能夠更好地分析土地利用變化情況。