盧旺達(dá)共和國(guó)土地利用變化特征及其驅(qū)動(dòng)因子

邱高峯, 馬 波

(1.中國(guó)科學(xué)院 水利部 水土保持研究所， 陜西 楊凌 712100； 2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京 100049)

土地是人類生存與發(fā)展的基礎(chǔ)，是人類進(jìn)行各項(xiàng)活動(dòng)的場(chǎng)所[1]。隨著全球環(huán)境變化研究的深入和發(fā)展，逐漸發(fā)現(xiàn)土地利用/覆被變化(LULC)是引起全球環(huán)境變化的主導(dǎo)因素之一[2]。土地利用變化是人類作用于自然環(huán)境的直觀反映，受自然因素和人文因素的影響。同時(shí)也對(duì)氣候變化、區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)和人類社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生重要影響[3]。土地利用的時(shí)空變化過程及其驅(qū)動(dòng)力研究是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)問題之一。Turner等[4]采用案例對(duì)比研究方法分析全球土地利用變化與環(huán)境變化的關(guān)系；Gao等[5]研究了中國(guó)南方東江流域LUCC及背后驅(qū)動(dòng)力，以期輔助管理者規(guī)劃、設(shè)計(jì)和實(shí)施土地資源管理。Dang等[6]基于地理信息系統(tǒng)(GIS)，并綜合考慮社會(huì)經(jīng)濟(jì)和自然因素，構(gòu)建了越南達(dá)喀爾省LUCC驅(qū)動(dòng)模型，結(jié)果顯示該模型有助于規(guī)劃者和決策者制定可持續(xù)的規(guī)劃和管理戰(zhàn)略。

盧旺達(dá)共和國(guó)(以下簡(jiǎn)稱“盧旺達(dá)”)是中國(guó)“一帶一路”倡議中重要的參與國(guó)之一?！耙粠б宦贰蹦康脑谟诖龠M(jìn)中國(guó)經(jīng)濟(jì)向全球化的方向發(fā)展，而土地利用變化是決定區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要的因素。因此，土地利用變化監(jiān)測(cè)對(duì)盧旺達(dá)的生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重大意義。近年來，學(xué)者們對(duì)盧旺達(dá)氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和土地利用的影響已有研究[7-14]。發(fā)現(xiàn)氣溫的變化[7]、降水的時(shí)空分布[8]，徑流深度等[9]氣候因素的變化是盧旺達(dá)耕地、林地以及水域的分布發(fā)生改變的重要原因。社會(huì)經(jīng)濟(jì)主要通過人口變化、GDP增長(zhǎng)、政策實(shí)施等因素影響盧旺達(dá)土地利用類型變化[10-13]。王鵬新等[10]利用1987，1999，2009年的Landsat衛(wèi)星數(shù)據(jù)，研究了盧旺達(dá)基加利市城市化進(jìn)程中的土地利用變化，結(jié)果表明盧旺達(dá)的人口持續(xù)增長(zhǎng)，土地利用率低下，人口增長(zhǎng)和城市化等因素導(dǎo)致了土地利用的劇烈變化。Rwanyiziri等[11]分析了位于盧旺達(dá)基加利市的城市增長(zhǎng)的時(shí)空格局及其對(duì)Rwampara濕地的影響，發(fā)現(xiàn)人口因素(即高人口增長(zhǎng)率和高人口密度)是造成該地區(qū)城市增長(zhǎng)和濕地資源退化的主要原因。Akinyemi[12]通過對(duì)盧旺達(dá)西北部的中部地區(qū)土地利用變化的分析，發(fā)現(xiàn)人類活動(dòng)是導(dǎo)致該區(qū)環(huán)境變化的主要驅(qū)動(dòng)因素。Nkundabose等[13]利用遙感工具評(píng)估盧旺達(dá)東部省的土地利用/土地覆蓋 (LULC)變化，發(fā)現(xiàn)政府政策法規(guī)、人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展等因素導(dǎo)致該地區(qū)土地利用發(fā)生變化。現(xiàn)有關(guān)于盧旺達(dá)土地利用變化研究側(cè)重于分析盧旺達(dá)局部土地利用變化，土地利用演變分析的時(shí)效性和整體性不足。氣候變化和人類活動(dòng)對(duì)土地利用變化的影響存在抵消、協(xié)同等作用[14]。為深入分析不同驅(qū)動(dòng)力對(duì)盧旺達(dá)土地利用變化的作用情況，需進(jìn)一步研究和探討氣候變化和人類活動(dòng)之間的相互作用情況，為決策提供基礎(chǔ)理論支持。

本文以盧旺達(dá)作為研究區(qū)域，通過對(duì)比分析盧旺達(dá)地區(qū)1992—2019年土地利用變化，擬探討其土地利用變化及驅(qū)動(dòng)因素，分析在氣候變化、社會(huì)經(jīng)濟(jì)作用下盧旺達(dá)土地利用變化規(guī)律，以期為優(yōu)化該地區(qū)的土地資源配置、合理開發(fā)利用土地資源提供參考。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

盧旺達(dá)位于非洲中東部赤道南側(cè)(28°45′—30°54′W，1°2′—2°50′S)，地勢(shì)西高東低，多山地和高原，國(guó)土面積26 338 km2，平均海拔1 598 m。該地區(qū)屬熱帶高原氣候，全年包括兩個(gè)旱季(6—9月和12—2月)和兩個(gè)雨季(3—5月和10—11月)[15]。年平均降雨量為1 000～1 300 mm，氣溫15～20 ℃[16]。境內(nèi)植被分為天然林和人工林，天然林主要是常綠樹種，人工林以松樹、桉樹、榿木和金合歡樹種為主[17]。盧旺達(dá)大部分地區(qū)屬尼羅河流域，境內(nèi)主要河流為尼亞巴隆哥河(Nyabarongo River)，最終匯入尼羅河上游支流卡蓋拉河(Kagera River)[12]。盧旺達(dá)作為人口密集區(qū)山地農(nóng)業(yè)系統(tǒng)典型區(qū)域，是落后的農(nóng)牧業(yè)國(guó)家，被聯(lián)合國(guó)確定為世界最不發(fā)達(dá)國(guó)家之一[18]。盧旺達(dá)人口密度大且以農(nóng)業(yè)人口為主[19]，2019年全國(guó)總?cè)丝跒?.26×107人，其中70%人口從事農(nóng)業(yè)，主要集中于中部地區(qū)和西部基伍湖(Lake Kivu)沿岸，但糧食不能自給。2019年該國(guó)農(nóng)牧業(yè)占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值約26.4%，耕地面積約為1.15×106hm2，約占國(guó)土面積的45.47%，人均耕地面積僅為0.09 hm2[20]。經(jīng)濟(jì)來源主要為農(nóng)業(yè)和服務(wù)業(yè)，玉米、水稻、小麥、愛爾蘭馬鈴薯、芭蕉、豆類和木薯是盧旺達(dá)的主要作物[19]。隨著盧旺達(dá)2020年遠(yuǎn)景規(guī)劃、中國(guó)“一帶一路”倡議和聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)等在該國(guó)的實(shí)施和推進(jìn)，盧旺達(dá)不僅實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，其生態(tài)環(huán)境保護(hù)和綠色可持續(xù)發(fā)展也備受關(guān)注。

1.2 數(shù)據(jù)來源

土地利用類型數(shù)據(jù)來源于歐洲航天局(European Space Agency)(http:∥maps.elie.ucl.ac.be/CCI/viewer/)1992—2019年的全球陸地覆蓋數(shù)據(jù)，空間分辨率為300 m。土地利用分類系統(tǒng)參照歐洲航天局提供的分類標(biāo)準(zhǔn)和盧旺達(dá)現(xiàn)有的土地分類將研究區(qū)地類重分類為農(nóng)地、林地、草地、水域、城鎮(zhèn)用地、灌木林地、濕地和裸地。氣溫、降水和干旱指數(shù)等氣候因素?cái)?shù)據(jù)來自東英格利亞大學(xué)(University of East Anglia)的氣候研究所(Climatic Research Unit, CRU)，選擇CRU TS V4.05月均(0.5 °×0.5 °)氣溫、降水與干旱指數(shù)數(shù)據(jù)集。社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于1992—2019年聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(http:∥www.fao.org/home/en/)以及世界銀行網(wǎng)站(https:∥data.worldbank.org.cn/)。

本文結(jié)合盧旺達(dá)土地利用變化情況以及國(guó)內(nèi)外研究成果[9,21-22]，從社會(huì)因素、經(jīng)濟(jì)因素和氣候因素3個(gè)維度12指標(biāo)進(jìn)行分析。構(gòu)建指標(biāo)體系如圖1。

圖1 盧旺達(dá)土地利用驅(qū)動(dòng)力分析的指標(biāo)體系

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用動(dòng)態(tài)度 土地利用動(dòng)態(tài)度包括單一土地利用動(dòng)態(tài)度(M)和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度(LC)，是指某種或綜合土地利用類型在某一區(qū)域內(nèi)一定時(shí)間范圍所發(fā)生的面積變化，模型表達(dá)式分別為[23]：

(1)

(2)

式中：Ub與Ua分別為研究時(shí)段末期與初期某種土地利用類型面積；LUi為初期土地利用類型的面積; ΔLUi-j為土地利用類型轉(zhuǎn)化面積的絕對(duì)值;T為研究時(shí)間長(zhǎng)度,M和LC值的大小反映了區(qū)域某種和綜合土地利用類型的相對(duì)變化幅度,M值為正值表示增加,負(fù)值表示減少。土地利用類型動(dòng)態(tài)度反映出區(qū)域某種或綜合土地利用類型的相對(duì)變化劇烈程度。

1.3.2 空間自相關(guān)分析 利用全局空間自相關(guān)指標(biāo)Global Moran’I系數(shù)分析土地利用變化在整個(gè)研究區(qū)有無聚集性，熱點(diǎn)分析檢測(cè)其熱點(diǎn)或冷點(diǎn)的局部空間聚集性。公式如下：

(3)

(4)

式中：n為單元數(shù)量;xi,xj表示i和j地某要素屬性值(i≠j);Wij為空間權(quán)重矩陣;S表示要素的標(biāo)準(zhǔn)差。Moran’I系數(shù)反映空間鄰近區(qū)域的元素屬性值的相似度,I>0,表示空間分布呈正相關(guān);I<0,表示空間分布呈負(fù)相關(guān);I=0,表示不存在空間相關(guān)性。

1.3.3 驅(qū)動(dòng)力分析方法 氣候與社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素通過SPSS軟件進(jìn)行離散化[24]，分為10類。離散化可以有效降低時(shí)間復(fù)雜性，解決因子的單位差異[25]。在地理探測(cè)器驗(yàn)證得到的q統(tǒng)計(jì)值最大，分類效果最好。

(1) 地理探測(cè)器。一種基于空間異質(zhì)性理論的空間分析模型，在生態(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等方面研究中普遍適用[26]。模型包括因子探測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)區(qū)探測(cè)、生態(tài)探測(cè)和交互作用探測(cè)4部分，本研究利用因子探測(cè)和交互探測(cè)定量評(píng)估土地利用類型變化驅(qū)動(dòng)力的影響程度。其中，因子探測(cè)主要用來探測(cè)影響因變量與自變量的關(guān)系，通過q值來度量，其取值范圍為0～1，表示自變量X解釋了100×q%的因變量Y，值越大解釋能力越強(qiáng)。計(jì)算公式如下：

(5)

(6)

(2) 交互探測(cè)。探測(cè)不同驅(qū)動(dòng)因子之間的交互作用，即q(Xi∩Xj)，并與單因子作用時(shí)的q值相比較，進(jìn)而判斷雙因子的交互作用對(duì)因變量的影響是增強(qiáng)或減弱。其中Xi，Xj表示不同的驅(qū)動(dòng)因子，首先將Xi和Xj兩個(gè)驅(qū)動(dòng)因子的圖層疊加，得到Xi∩Xj新圖層，再利用公式(5)和(6)計(jì)算得到q(Xi∩Xj)，同時(shí)與q(Xi)和q(Xj)相比較，最后得出交互作用的結(jié)果。交互類型見表1。

表1 交互探測(cè)器交互作用類型

2 結(jié)果與分析

2.1 盧旺達(dá)土地利用變化分析

由各時(shí)段土地利用類型比例(表2)可知，盧旺達(dá)土地利用類型占國(guó)土面積的比例差異較大，且主要以農(nóng)地為主，其次為林地、水域、灌木林地、濕地、草地和城鎮(zhèn)用地。1992—2019年，研究區(qū)的農(nóng)地、林地、草地和濕地表現(xiàn)出減少趨勢(shì)，城鎮(zhèn)用地、灌木林地和水域呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。其中，城鎮(zhèn)用地面積增幅最大，面積增加119.17 km2，動(dòng)態(tài)度達(dá)23.91%。農(nóng)地和林地面積減幅最大，面積分別減少64.67 km2，61.67 km2，但其相對(duì)變化幅度較小，動(dòng)態(tài)度為-0.02%和-0.08%。水域、草地、灌木林地和濕地的面積變化幅度較小。研究期間，綜合土地利用變化面積為2 475.50 km2，綜合土地利用動(dòng)態(tài)度較低，為0.11%，動(dòng)態(tài)度呈先降后升趨勢(shì)。1992—2000年土地利用類型間轉(zhuǎn)化頻繁，面積變化為1 180.38 km2，動(dòng)態(tài)度為0.19%。

表2 1992—2019年盧旺達(dá)土地利用變化情況

盧旺達(dá)的土地利用主要經(jīng)歷了3個(gè)變化階段：①1992—2000年的波動(dòng)期。該期間農(nóng)地面積增幅較大，增長(zhǎng)了1.87%，而林地面積大量損失，降幅達(dá)到2.32%。草地、灌木林地、水域和濕地面積變化相對(duì)較??； ②2000—2010年的穩(wěn)定期。該階段各地類變化幅度均不超過0.5%，在這一階段農(nóng)地面積降幅達(dá)到0.5%，林地面積增幅達(dá)到0.5%。灌木林地、水域和濕地面積分別下降了0.1%，0.05%和0.04%。③2010—2019年的波動(dòng)期。與第一個(gè)波動(dòng)期不同的是，該期間林地面積大幅增加，增幅達(dá)到1.57%。農(nóng)地面積則大幅減少，降幅達(dá)到1.52%。其余土地利用類型面積略有變化。3個(gè)階段城鎮(zhèn)用地的面積均呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，3個(gè)階段面積分別增長(zhǎng)了1.90，76.85，40.42 km2。第二階段城鎮(zhèn)用地的面積增加了近3倍，動(dòng)態(tài)度達(dá)到27.21%，這表明2000—2010年盧旺達(dá)的城鎮(zhèn)化處于高速發(fā)展階段，而造成這一現(xiàn)象的主要原因可能是人口的急速增長(zhǎng)。

基于GIS軟件的空間分析功能，將1992，2000，2010，2019年的土地利用分類圖像進(jìn)行兩兩疊加，計(jì)算出研究區(qū)土地利用類型轉(zhuǎn)換矩陣，來定量說明土地利用之間的相互轉(zhuǎn)化狀況(圖2和表3)。

表3 盧旺達(dá)1992—2019年土地利用面積轉(zhuǎn)移矩陣 km2

圖2 1992—2019年盧旺達(dá)土地利用類型的空間變化

1992—2019年，盧旺達(dá)土地利用類型變化主要以農(nóng)地、林地、水域和城鎮(zhèn)用地的轉(zhuǎn)換為主。1992—2000年，林地主要轉(zhuǎn)換為農(nóng)地，約占農(nóng)地面積的3.24%，農(nóng)地主要轉(zhuǎn)換為水域，占水域面積的4.31%。2000—2010年，各土地利用類型間轉(zhuǎn)換較為平緩，農(nóng)地主要轉(zhuǎn)換為林地和城鎮(zhèn)用地，約為林地的4.4%和城鎮(zhèn)用地1.31倍，林地主要轉(zhuǎn)換為農(nóng)地和城鎮(zhèn)用地，約為農(nóng)地的0.2%和城鎮(zhèn)用地的1.3倍。2010—2019年，農(nóng)地、林地和城鎮(zhèn)用地間轉(zhuǎn)換突然加劇，其中，農(nóng)地主要轉(zhuǎn)換為林地和城鎮(zhèn)用地，約為林地的10.61%和城鎮(zhèn)用地的29.23%。整體來看，農(nóng)地和林地之間轉(zhuǎn)換的面積基本一致，但從空間分布來看，農(nóng)地增加的區(qū)域主要在北部省和西部省，而林地增加部分主要在國(guó)家公園區(qū)域，并在農(nóng)地中出現(xiàn)大量碎片化的林地，這主要是該區(qū)實(shí)施森林保護(hù)和植樹造林的結(jié)果。

城鎮(zhèn)化促使了研究區(qū)城市邊緣的農(nóng)地和林地轉(zhuǎn)換為城鎮(zhèn)用地，其中城鎮(zhèn)用地面積增幅最明顯的區(qū)域是基加利，其次是魯亨蓋里、基塞尼和吉塔拉馬(Gitarama)等城市。水域和濕地的變化主要在天然湖泊和河流附近，水域面積的增加主要由農(nóng)地和林地的轉(zhuǎn)入，減少部分主要轉(zhuǎn)換為濕地。

2.2 盧旺達(dá)土地利用變化的空間相關(guān)性分析

2.2.1 全局自相關(guān)變化分析 盧旺達(dá)不同土地利用類型面積比例的全局Moran’sI值均大于0，Z統(tǒng)計(jì)值在25.27～112.32之間，在給定的4個(gè)年份內(nèi)，全局Moran’sI值均大于0，并通過了顯著性檢驗(yàn)(表4)。這說明盧旺達(dá)各地類整體呈正向空間自相關(guān)關(guān)系，表現(xiàn)出空間聚集性特征。1992—2019年，農(nóng)地空間分布集聚性呈先快速增加后緩慢下降再上升的趨勢(shì)。林地、草地和灌木林地空間分布集聚特征先增強(qiáng)后減弱。城鎮(zhèn)用地和水域的空間分布集聚特征呈下降趨勢(shì)，而濕地的空間分布集聚特征則呈整體上升趨勢(shì)。

2.2.2 局部冷熱點(diǎn)變化分析 1992—2019年，研究區(qū)冷熱點(diǎn)變化以農(nóng)地、林地、城鎮(zhèn)用地和灌木林地為主(圖3)。研究期間，農(nóng)地的熱點(diǎn)區(qū)和冷點(diǎn)區(qū)變化較大。以2000年為界，農(nóng)地?zé)狳c(diǎn)區(qū)呈先增加后下降的趨勢(shì)，冷點(diǎn)區(qū)則呈先下降后上升的趨勢(shì)。其中2000年的西部省和北部省的熱點(diǎn)區(qū)增加明顯，由塊狀分布變?yōu)槊鏍罘植肌?/p>

圖3 1992—2019年盧旺達(dá)土地利用類型的Local Getis-Ord G*熱點(diǎn)分析

冷點(diǎn)區(qū)主要分布在國(guó)家公園附近，2000—2019年，火山國(guó)家公園南部的冷點(diǎn)區(qū)明顯減少，主要轉(zhuǎn)變?yōu)闊狳c(diǎn)區(qū)，而基伍湖東南部的冷點(diǎn)區(qū)明顯增加。林地的熱點(diǎn)區(qū)整體呈增加趨勢(shì)，冷點(diǎn)區(qū)則呈先下降再增加的趨勢(shì)。

熱點(diǎn)區(qū)主要分布在火山國(guó)家和紐恩威國(guó)家公園，其增加區(qū)域也主要位于這兩個(gè)區(qū)域。1992—2000年，西部省與北部省的冷點(diǎn)區(qū)明顯減少，由塊狀分布變?yōu)辄c(diǎn)狀分布，比例減少1.48%，2000—2019年，西部省與北部省的冷點(diǎn)區(qū)明顯回升。城鎮(zhèn)用地的熱點(diǎn)區(qū)增加區(qū)域主要位于基加利，這主要與該地區(qū)的城鎮(zhèn)用地分布較為集中有關(guān)。灌木林地的熱點(diǎn)區(qū)變化不大，主要集中在阿卡蓋拉國(guó)家公園周邊區(qū)域；次熱點(diǎn)區(qū)變化明顯，1992—2000年次冷熱點(diǎn)區(qū)比例下降5.21%，2010—2019年，次熱點(diǎn)區(qū)增加5.21%。水域的熱點(diǎn)區(qū)變化較小，其次熱點(diǎn)區(qū)的空間位置由西向東移動(dòng)，比例變化不大。草地與濕地的熱點(diǎn)區(qū)與次熱點(diǎn)區(qū)基本保持一致。

表4 1992—2019年盧旺達(dá)土地利用類型的全局Moran’s I值

2.3 盧旺達(dá)土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力分析

土地利用變化過程極其復(fù)雜，受多種因素制約，其中最重要的是自然因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素[27]。在短時(shí)間研究尺度上，土地利用變化受波動(dòng)周期短、變化頻繁的氣候因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的驅(qū)動(dòng)[28]。因此，本文采用地理探測(cè)器分析引起土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力。

2.3.1 因子探測(cè) 用因子探測(cè)器定量探測(cè)氣候因素與社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)土地利用類型變化的作用強(qiáng)度，以1992—2019年土地利用類型變化的因子探測(cè)值q表征所選因子對(duì)土地利用變化的影響強(qiáng)度(表5)。

表5 1992—2019年盧旺達(dá)各社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)土地利用變化作用強(qiáng)度

總體而言，社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)各地類的作用基本強(qiáng)于氣候因素，且不同土地利用類型的驅(qū)動(dòng)因素也是不同的。其中，農(nóng)地、林地和灌木林地變化的驅(qū)動(dòng)力主要是農(nóng)林漁業(yè)增加值與農(nóng)業(yè)產(chǎn)值。社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)城鎮(zhèn)用地和草地變化的驅(qū)動(dòng)效果顯著，q值在0.8以上。水域變化主要受溫度和農(nóng)林漁業(yè)增加值驅(qū)動(dòng)，濕地變化主要受GDP，人口總數(shù)和服務(wù)業(yè)增加值的驅(qū)動(dòng)。

2.3.2 交互探測(cè) 交互探測(cè)是雙因子交互作用所得q值解釋力與單因子作用時(shí)q值解釋力的比較，盧旺達(dá)1992—2019年7種土地類型變化驅(qū)動(dòng)因子的交互探測(cè)結(jié)果(圖4)表明，單因子作用的q值小于雙因子交互作用的q值，即交互作用的結(jié)果均為雙因子增強(qiáng)，表明研究區(qū)的土地利用變化是由多種因子復(fù)雜交互共同作用而成，影響程度低的氣候因素與社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素交互作用解釋力后明顯增強(qiáng)，q值大于0.9。就農(nóng)地、灌木林地和濕地而言，農(nóng)林漁業(yè)增加值與年均氣溫交互作用的解釋力最大，q值在0.999 9以上。農(nóng)林漁業(yè)增加值與年均降雨交互作用對(duì)水域解釋力最大，q值為0.999 9。人口增長(zhǎng)與年均降雨的交互作用對(duì)林地的解釋力最大，值為0.999 9。對(duì)于城鎮(zhèn)用地和草地而言，社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素與氣候因素的交互作用的q值解釋力均大于0.99，其中人口增長(zhǎng)與年均氣溫交互作用的q值解釋力最大，分別為1，0.999 6。

圖4 1992—2019年盧旺達(dá)土地利用變化驅(qū)動(dòng)因子交互探測(cè)結(jié)果

總之，不同土地利用類型的氣候與社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因子不同，其獨(dú)立作用的q值解釋力小于兩因子交互作用，表明土地利用變化是一個(gè)復(fù)雜的演變過程。不同地類的影響因素并不是孤立的，而是相互制約、相互促進(jìn)的關(guān)系[29]。將所有影響因子看成一個(gè)完整的系統(tǒng)，才能完整地揭示土地利用演變過程的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。

3 討 論

通過盧旺達(dá)土地利用變化分析可知，農(nóng)地與林地是研究區(qū)主要的土地利用類型，1992—2019年，農(nóng)地和林地的波動(dòng)極為明顯。大量的林地轉(zhuǎn)換成農(nóng)地和城鎮(zhèn)用地，被轉(zhuǎn)換的林地主要在保護(hù)區(qū)以外的區(qū)域。Akinyemi等[10]在盧旺達(dá)西北地區(qū)也得出相同結(jié)論，即保護(hù)區(qū)以外的森林容易被轉(zhuǎn)換為農(nóng)地和城鎮(zhèn)用地， Basnet[30]對(duì)2001—2011年基伍湖地區(qū)的森林變化分析證實(shí)了這一現(xiàn)象。Arakwiye等[16]發(fā)現(xiàn)在2000年之后盧旺達(dá)80%的林地增長(zhǎng)區(qū)域與人工種植林的位置一致，說明林地的增長(zhǎng)主要依靠人工造林。盧旺達(dá)水域面積的波動(dòng)主要是河流和湖泊的變化，由農(nóng)地和林地的轉(zhuǎn)換而來。城鎮(zhèn)用地增加的面積基本來自城市邊緣的農(nóng)地和林地。Akinyemi等[31]在基加利的研究也證實(shí)了這一點(diǎn)，即盧旺達(dá)通過“定居點(diǎn)整合計(jì)劃”將居民集中到基加利，將林地和農(nóng)地轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)用地以此滿足城市的擴(kuò)張。

從土地利用變化的驅(qū)動(dòng)因子分析可知，除水域外，短時(shí)期內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素對(duì)各地類變化的驅(qū)動(dòng)作用強(qiáng)于氣候因素，且各因子交互作用之后的解釋力增強(qiáng)。研究期間，盧旺達(dá)的土地利用變化類型主要以農(nóng)地、林地和城鎮(zhèn)用地為主。其中，農(nóng)業(yè)因素是農(nóng)地、林地和灌木林地的主要驅(qū)動(dòng)要素。根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織資料顯示，70%的盧旺達(dá)人口以農(nóng)業(yè)收入作為主要經(jīng)濟(jì)收入，薪柴則是盧旺達(dá)的主要能源。研究期間，盧旺達(dá)農(nóng)地的面積呈先增后降的變化，而林地面積變化則相反。1992—2000年，林地轉(zhuǎn)換為農(nóng)地為558.67 km2。原因是1994年盧旺達(dá)爆發(fā)動(dòng)亂，導(dǎo)致人口3 a內(nèi)下降13%，農(nóng)業(yè)產(chǎn)量下降4.6%。動(dòng)亂期間，難民遷移到森林地區(qū)并開始破壞森林資源[32]。戰(zhàn)后人口回流，但由于經(jīng)濟(jì)水平受到戰(zhàn)爭(zhēng)的影響，回流人口的生存無法得到有力的保證，為了生存大量的森林被砍伐和開墾來應(yīng)對(duì)能源短缺和農(nóng)業(yè)需求[33]。2000—2019年，林地面積增加524.72 km2，增加的面積大部分來自退耕的農(nóng)地[16]。其農(nóng)業(yè)產(chǎn)量增加2.51倍，農(nóng)林漁業(yè)增加值增加了7.76倍，但農(nóng)林漁業(yè)增加值比例由45.52%下降到26.35%。這表明隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，盧旺達(dá)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，其農(nóng)業(yè)發(fā)展質(zhì)量也得到提高，導(dǎo)致不適合耕種的農(nóng)地被轉(zhuǎn)換為林地[11]。社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素對(duì)城鎮(zhèn)用地變化的驅(qū)動(dòng)作用最為明顯，GDP增長(zhǎng)和人口變化更能解釋城鎮(zhèn)用地的擴(kuò)張，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)是城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)展最重要、最根本的驅(qū)動(dòng)因素[11]。2000—2019年，城鎮(zhèn)用地面積由28.25 km2增長(zhǎng)到145.51 km2(表3)。盧旺達(dá)的GDP增長(zhǎng)3.8倍，人口增長(zhǎng)近68.33%。服務(wù)產(chǎn)業(yè)增加值增長(zhǎng)11.8倍。社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，使得產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，工業(yè)和服務(wù)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展必將涉及城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張的問題，因此在城市附近表現(xiàn)為林地和農(nóng)地向城鎮(zhèn)用地轉(zhuǎn)換。水域面積的變化主要受溫度的驅(qū)動(dòng)， 28 a內(nèi)盧旺達(dá)年平均氣溫以0.09℃/14 a上升，且最高氣溫和最低氣溫都有增溫的趨勢(shì)，這促使了研究區(qū)地面蒸發(fā)更加旺盛，導(dǎo)致水域面積出現(xiàn)減少，而農(nóng)林漁業(yè)增加值的增長(zhǎng)則促使了水域面積的擴(kuò)張。除此之外，人口的增長(zhǎng)和城市化進(jìn)程的加劇，導(dǎo)致研究區(qū)的河谷農(nóng)業(yè)被河道所占用，甚至用來蓄水[34]。農(nóng)地的擴(kuò)張(其特點(diǎn)是雨水滲透能力低)，降雨之后，大量雨水徑流迅速流入當(dāng)?shù)睾?、河流，從而促使了水域面積的增加。

此外，政策也是影響土地利用變化的重要因素之一[7]。為保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和控制侵蝕，盧旺達(dá)共和國(guó)于2000年提出2020年愿景規(guī)劃，即2020年總體森林覆蓋率提高到30%。2004年提出《國(guó)家土地政策》對(duì)農(nóng)地開發(fā)進(jìn)行管理。在政府倡導(dǎo)下，植樹已成為盧旺達(dá)習(xí)俗的一部分[35]。盧旺達(dá)通過頒布的森林保護(hù)和養(yǎng)護(hù)措施來保護(hù)森林豐富的生物多樣性和旅游活動(dòng)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[36]，發(fā)現(xiàn)減少人類干擾的保護(hù)區(qū)和國(guó)家公園出現(xiàn)了天然林再生的情況[37]。

隨著社會(huì)穩(wěn)定的發(fā)展，2011年盧旺達(dá)的人口數(shù)量達(dá)到1.10×107人，平均人口密度超過400人/km2。巨大的人口壓力下，使得盧旺達(dá)面臨糧食安全，能源危機(jī)，資源枯竭等一系列社會(huì)問題。盧旺達(dá)進(jìn)一步提出“植樹造林項(xiàng)目”(PAREF)，農(nóng)林復(fù)合經(jīng)營(yíng)的方式[38]，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展服務(wù)業(yè)[11]，通過“一帶一路”與中國(guó)加深交流來緩解土地開發(fā)的壓力。結(jié)果表明，2010—2019年盧旺達(dá)的農(nóng)林漁業(yè)增加值與服務(wù)業(yè)增加值增加1.5倍，中國(guó)與盧旺達(dá)的雙邊貿(mào)易額增加2.4倍。中國(guó)通過對(duì)盧旺達(dá)的農(nóng)業(yè)技術(shù)援助，如穆塔拉第四墾區(qū)農(nóng)田整治項(xiàng)目、援盧旺達(dá)農(nóng)業(yè)示范中心項(xiàng)目等，幫助該地區(qū)的水稻實(shí)際產(chǎn)量提高3倍[21]，減緩了農(nóng)地開墾的壓力。

結(jié)合盧旺達(dá)土地利用特點(diǎn)，本文提出以下幾點(diǎn)建議： ①需要對(duì)盧旺達(dá)的土地進(jìn)行可持續(xù)利用，即由于農(nóng)業(yè)和城市化等因素的土地需求增加，林地面臨被開發(fā)的壓力，總體目標(biāo)應(yīng)是通過考慮所有土地使用的長(zhǎng)期利益，最大限度地促進(jìn)土地的有效管理； ②建立國(guó)家公園間動(dòng)物遷徙的森林野生廊道并對(duì)其進(jìn)行保護(hù)； ③隨著旅游業(yè)的快速發(fā)展，需要對(duì)人口進(jìn)行管理，減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。本文使用的300 m分辨率陸地覆蓋數(shù)據(jù)，可能會(huì)導(dǎo)致土地利用變化的面積存在一些偏差。同時(shí)，研究在探究相關(guān)驅(qū)動(dòng)機(jī)制時(shí)，主要從數(shù)據(jù)本身的角度對(duì)其進(jìn)行分析，對(duì)相關(guān)土地利用政策的解讀與量化仍需加深，未來應(yīng)該采用分辨率更高的陸地覆蓋數(shù)據(jù)，增強(qiáng)對(duì)政策影響機(jī)制的量化，更準(zhǔn)確地評(píng)估盧旺達(dá)土地利用變化特征及其驅(qū)動(dòng)力。

4 結(jié) 論

本文以盧旺達(dá)為研究區(qū)，利用土地利用動(dòng)態(tài)度、土地利用轉(zhuǎn)移矩陣、土地利用類型變化分析盧旺達(dá)1992—2019年土地利用變化特征，并從氣候、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)3個(gè)維度選取12個(gè)指標(biāo)來構(gòu)建指標(biāo)體系，采用地理探測(cè)器分析土地利用類型的驅(qū)動(dòng)力。

(1) 研究區(qū)的土地利用類型以農(nóng)地(68%)和林地(16%)為主，其次為灌木林地、水域和濕地，城鎮(zhèn)用地占比最小，但城鎮(zhèn)用地的增幅最大，研究期間增加了4.5倍。

(2) 城鎮(zhèn)用地、灌木林地和水域表現(xiàn)出增加趨勢(shì)，農(nóng)地、林地、草地和濕地呈減少趨勢(shì)。農(nóng)地與林地是變化幅度最大的土地類型，且變化區(qū)域主要在北部省、西部省以及國(guó)家公園。城鎮(zhèn)用地的增加主要來自農(nóng)地和林地，其增加區(qū)域主要是基加利等城市。不同土地利用類型空間分布表現(xiàn)出空間集聚性特征。

(3) 人類活動(dòng)是該國(guó)土地流轉(zhuǎn)的主要驅(qū)動(dòng)力。社會(huì)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)研究區(qū)土地利用類型面積變化的作用強(qiáng)于氣候因素。各驅(qū)動(dòng)因子獨(dú)立作用的q值解釋力小于兩因子交互作用，說明該區(qū)域的土地利用變化是受多因素共同影響的結(jié)果。