汉中市土地利用变化驱动力分析

2016-01-19张静

西北师范大学学报（自然科学版） 2015年6期

关键词：土地利用变化汉中市驱动力

张　静

(陕西理工学院历史文化与旅游学院，陕西汉中　723001)

汉中市土地利用变化驱动力分析

张静

(陕西理工学院历史文化与旅游学院，陕西汉中723001)

摘要：以1996—2011年社会经济数据为基础，定量分析了汉中市土地利用变化的驱动力.通过相关分析法、主成分分析法和曲线回归分析法，选取社会经济等18个指标，分析土地利用变化的主要驱动因子，阐明其驱动机制.结果表明，社会经济驱动力综合得分由2003年以前的波动变化转向持续上升，2007年综合得分为正值(0.062 3)，呈快速上升态势；非农业人口的增长、三次产业结构的调整(尤其是农业内部结构优化和第三产业的发展)及城镇化建设对汉中市土地利用变化有较大的影响；国家土地政策对用地类型起到了一定的引导和干预作用，用地类型由单纯的经济效益向经济-生态效益相结合的用地类型转变.

关键词：土地利用变化；驱动力；主成分分析；汉中市

收稿日期：2014-05-06;修改稿收到日期:2015-04-02

E-mail:zj2003y@126.com

基金项目:教育部人文社会科学重点研究基地资助项目(14JJD840004)；陕西省教育厅自然科学研究项目(12JK0487)

作者简介：张静(1981—)，女，陕西汉中人，讲师，博士研究生.主要研究方向为土地资源评价与GIS.

中图分类号：F 301.24

文献标志码：标志码：A

文章编号：章编号：1001-988Ⅹ(2015)06-0098-07

Abstract:Based on the socio-economic data from 1996 to 2011,this paper analyzes the driving forces of LUCC in Hanzhong City.With the uses of correlation,principal component and regression,the comprehensive analyses and contrasts of the 18 socio-economic indexes are made to confirm the main driving factors of LUCC driving forces.The driving mechanisms of LUCC are illustrated.The results indicate that the integrate scores of socio-economic driving forces have increased since there are tiny fluctuations before 2003.The score is 0.062 3 in 2007 and has sharply risen.Growth of the non-agricultural population,the three industrial structure adjustment(especially optimization of the internal structure in agriculture and the rapid development of the third industry) and urbanization have great influence on LUCC.The national policy has played a negative role of guidance and intervention and made land use transform from a purely economic benefits to the economic-and-ecological benefits of land use types.

Analysis on driving forces of land use changes in Hanzhong City

ZHANG Jing

(School of History and Tourism,Shaanxi University of Technology,Hanzhong 723001,Shaanxi,China)

Key words:land use change;driving force;principal component analysis;Hanzhong City

土地是人类赖以生存和发展的物质基础，随着经济的发展和城市化进程的加快，人类生产活动的变化在一定程度上通过实体化的土地利用景观格局表现出来.土地利用结构的不同导致了不同的土地功能及作用，呈现出不同的景观格局和生态价值.驱动因子是土地利用变化的动力源，因此，土地利用变化机制受到国内外学者们的广泛关注，是LUCC研究的三大核心问题之一，也使驱动力分析成为土地利用变化机制研究的核心内容和难点[1-3].已有研究成果表明,国家政策、价值观念、城市扩张、农业生产结构调整、非农人口比重、人口密度、农业生产水平、经济增长和市场等因子不同程度地影响着土地利用变化的速度和程度，表现出不同区域土地利用变化的驱动因子存在着差异性,且作用程度也不同[4-5].因此加强不同空间尺度土地利用变化驱动力的研究,有利于分析区域土地利用/覆被变化的原因、发生机理、演变过程，预测未来发展趋势，为区域土地资源优化利用与生态环境整治提供科学依据，以便促进区域社会、经济、环境与资源的可持续发展.

1研究区概况

汉中市位于陕西省西南部，属川陕甘3省毗邻地区.北依秦岭，南靠巴山，形成了以盆地为中心的南低北高式环形结构，总面积27 246 km2,气候温暖湿润，四季分明.年均温14.2 ℃;多年平均降水量800～1 700 mm，雨量充沛;年平均日照时数1 590.5 h;无霜期达235 d，属于北亚热带气候区.地貌类型以山地为主，占总面积的75.2%;丘陵占14.6%，平坝占10.2%.河谷盆地区土壤肥沃，是著名粮仓；丘陵低山植被丰富多样，高山原始林木茂盛，森林覆盖率高达52%，是国家级重点生态功能区和重要的水源涵养地，也是南水北调中线工程的水源地(《汉中地方志》，图1).优越的自然条件为其农业发展提供了基础保障.该区域土地利用的变化既受经济发展的影响，又受区域生态环境的制约，因此应加强其土地利用变化驱动力的研究，为区域土地政策实施和用地优化提供理论指导.

图1　汉中市区域位置和DEM

2数据来源和研究方法

2.1数据来源

文中数据主要来源于汉中市统计局发布的《汉中市统计年鉴：1996—2011》，汉中市国土资源局统计资料、汉中市国民经济和社会发展统计公报，中国宏观数据挖掘分析系统数据及其他相关文献.

2.2研究方法

关于土地利用变化驱动力的研究方法较多，有灰色关联法、主成分分析法、回归分析法、趋势线分析法等，文中主要运用了主成分分析法，旨在利用降维的思想，把多指标转化为少数几个综合指标，这种方法对于时间序列偏短情况下的土地利用/覆盖变化驱动力分析更为有效[4,6-7]，同时结合相关分析法进行深层次研究.在此之前将原始数据转化为区间[-1,1]内的新数据序列，消除量纲和变量自身变异的影响.

2.3指标选取

根据指标选取的可比性、科学性、可操作性原则等，文中选择1996—2011年的序列资料作为基础数据,运用相关分析法经过多次筛选，得出18个指标[7-9](表1).

表1　驱动力指标

3汉中市土地利用变化

依据土地利用分类标准，将汉中市用地类型分为8大类(表2).汉中市土地面积2 710.13 khm2，其中，耕地占13.16%，园地占1.10%，林地占78.40%，牧草地占1.36%，居民工矿用地占2.22%，交通用地占0.75%，水域占1.77%，未利用土地占1.24%.1996—2011年，耕地减少65.51 khm2，园地增加9.11 khm2，林地增加184.71 khm2，牧草地减少15.32×103khm2，居民工矿用地增加3.53 khm2，交通用地增加7.78 khm2，水域减少16.08×103khm2，未利用土地减少108.22 khm2.

表2　1996年与2011年汉中市土地利用变化(khm2)

表3　汉中市土地利用变化驱动因子相关系数矩阵

4土地利用变化驱动力分析

4.1驱动力定量分析

本研究时间跨度较短，空间尺度小，社会经济因子对用地类型变化的作用较大.运用主成分分析法对驱动力因子进行定量分析,得到相关矩阵(表3).

从表3可以看出，X17与X7呈显著的正相关性，相关系数为0.954，表明人均耕地资源占有量是农业生产的基础，农业发展必须保证一定数量和质量的耕地资源.X13与X4,X12具有显著的正相关性，表明农业机械化水平的进步，促进了农业生产率的提高，有利于增加农民收入，提高国民生产总值.X4与X5,X6,X10,X18的相关系数均在0.994以上，表明国民生产总值的提高关键在于第二、第三产业的发展，尤其是第二产业产值和社会消费品零售总额的增加.X6与X9,X10,X12呈显著的正相关性，体现了社会消费品零售总额的增加使第三产业在三次产业中比重上升，而第三产业的发展在于城乡居民收入的提高，表明农业人口比重大的区域，发展商品农业或现代农业既增加了农民收入，又促进了第三产业的发展.同时反映了当经济发展到一定阶段，势必出现第一产业向高附加值的第三产业转移，生产方式的转变势必引起用地结构的变化.X16与X12,X13,X15呈强相关性.从农业生产角度看，经济作物种植面积的增加和农业生产机械化水平的提高，有利于农产品产量的增加，从而促进农民收入的提高，即表明汉中市农业生产正由传统农业向现代农业进行转型.20世纪90年代中期我国经济进入高速增长期，但区域发展差距扩大.针对东部与中西部地区经济差距扩大的问题，1999年中央做出了实施西部大开发的重大战略决策，积极推进经济结构的战略性调整，特别是产业结构调整，成为实施西部大开发战略的关键所在.汉中市以“农业稳市,工业强市,旅游活市”作为统领，实施产业结构调整，三次产业结构由34.82∶33.89∶31.29转变为现在的21.98∶41.33∶36.70.实践证明，在经济学比较利益的驱动下，土地空间上的人类经济活动很大程度上会影响到土地利用的动态变化.

表4　LUCC驱动力主成分因子负荷矩阵

为使各因子之间关系更加明显,在主要因子数据经过标准化后，计算了因子载荷矩阵,并对其运用最大方差旋转法进行旋转,从而使关系紧密的因子负荷得到加强，具体特征值、主成分贡献率、累计贡献率和主成分载荷见表4.

表4显示，第一、二主成分的累计贡献率已达95%以上,完全达到分析要求.其中第一、二主成分的主要因子可以充分反映汉中市土地利用变化的综合状况及驱动机理.

把这些社会经济活动指标分为农业发展、经济发展、人口增长3个方面.第一主成分贡献率为85.070%，虽然其正负不同，多数因子的载荷值都比较高，主要是经济发展、人口增长与现代农业生产方面的指标.但是经过旋转成分矩阵后，X17,X14,X7,X2在第二主成分有值，分别为-0.930,0.941,-0.925,0.671，其贡献率为10.087%，主要是农业发展自身条件的指标,总体反映出汉中市土地利用变化的多面性和综合性.同时根据因子负荷矩阵中各驱动因子负荷值的排序，表明第一主成分中现代农业的发展、经济发展、人口增长对汉中市土地利用变化的效力依次降低.以上分析表明：① 汉中市土地利用的动态变化是多种因素综合作用下的结果.② 与传统农业相比，现代农业的发展使土地利用方式发生了较大的转变.③ 三次产业中第三产业的发展，使土地利用空间上的人类经济活动发生了较大变化，进而促进用地类型的转变.④ 非农人口比例的上升是人口因素中促使用地结构变化最主要的因素.

通过因子载荷矩阵和特征值,得到因子得分矩阵(表5)，可写出下面的因子得分函数:

F1=-0.035X1-0.069X2-

F2=0.160X1+0.178X2+

表5　因子得分系数矩阵

用第一、第二主成分的方差贡献率占总方差贡献率的比重作为各主成分因子的权重，写出土地利用变化驱动力的综合得分公式，反映了驱动因子的综合作用程度:

F=a1F1+a2F2=

(85.070F1+10.566F2)/95.636.

由图2可知，1996—2011年影响汉中市土地利用变化的驱动力综合得分并不是逐年增加或逐年减少，而是呈现出两个不同阶段.2002年以前，汉中市土地利用变化综合驱动力呈波动变化并略有降低.2003年以后，驱动力综合得分逐年增加，尤其是2007年以后，驱动力综合得分均为正值，有显著增强的态势，表明近年来影响汉中市土地利用变化的社会经济驱动因子逐渐在加强.

图2　1996—2011年驱动力综合得分

4.2土地利用变化驱动机制分析

影响土地利用变化的因素有自然因素和人文社会经济因素.在短时间尺度上，土地利用系统的自然因子对土地利用变化的影响非常小，通常作为生产要素投入到人类生产经济活动中，因此文中主要从人文社会经济因素考虑.

4.2.1人口因素人口是人类社会经济生产发展的主体，是土地利用变化中最具活力的驱动因素之一[10].1996—2011年，汉中市总人口净增20.03万人，年均增长率0.37%；非农业人口净增14.8万人口，年均增长率1.48%，其中，非农净增人口占总净增人口的73.89%.人口增加不仅会引发对粮食、畜牧产品、住房及公共设施等的基本需求，又会引起产业结构和城镇化发展水平的变化，进而影响用地类型结构的变化[5].从图3-4可以看出，随着总人口的增加，耕地资源总量明显减少，即耕地资源与人口之间具有较强相关性.许多相关研究表明[2,4,9]，人口的增加对土地利用具有胁迫作用.其中，非农业人口与耕地资源之间的相关性最突出，耕地资源的非农化促进了人口的非农化转移，人口的非农化与人口增加推进耕地资源变为城市用地的过程.2008年汉中市提出双百城市建设构想，“十二五”期间以宜居、生态城市为目标，力争建好“双百城市”(中心城区城市人口为100万人，城市建设用地为100 km2)，随着城市化进程的加快，非农化人口人均非农用地面积的增加与耕地资源保障之间的矛盾将进一步激化.未来汉中市经济发展中人口的非农化转移将成为土地利用类型变化的主导因素.

4.2.2农业发展1985年以前，汉中市农村产业结构是以种植业为主的单一经济模式，种植业比重从70%以上调整到63.8%[11].2011年，汉中市农业产值中种植业比重为54.77%，林业为3.84%，牧业为36.24%，渔业为1.25%，农林牧渔服务业为3.90%.1999年西部大开发，按照国家开发西部的“M”型方略，汉中市处于秦岭以南、巴山以北，与西部大开发的两大主线无缘.2000年,汉中市提出新的发展战略和目标，但区域环境上盆地进出难，交通不便，信息闭塞，“盆地意识”、“小农意识”的自然经济思想较重，这种自身区位优势的边缘化使经济发展速度缓慢，仍以传统的种植业为主.直到2007年西汉高速公路的开通，打通了西汉经济发展通道，科技、信息、资金的流入，使农业经济发展速度加快.从图5-6可以看出，耕地资源的减少与农民人均收入增加呈现低相关性；而蔬菜面积的增加与农民人均收入呈强相关性.表明汉中市农业内部从传统的种植业逐渐向现代经济农业发展，农产品经济效益的差异促进了用地结构的转化，进一步证实了农业用地往往向经济效益好的用地方向转移.

图3　耕地面积与总人口的关系

图4　耕地面积与非农业人口的关系

图5　耕地面积与农民人均纯收入的关系

图6　蔬菜面积与农民人均纯收入的关系

4.2.3第三产业的发展图2反映2007年以后驱动力综合得分为正，并急速上升，在此之前经济发展缓慢.2002年,汉中市被评为全国生态建设示范区，提出“发展绿色产业”战略，为了改善区位环境，提高城市综合竞争力，以交通为先导，积极进行城市建设和基础设施的改善，1996—2011年城市建设用地由16 km2增加到60 km2，年均增长率18.33%，与非农化人口年均增长率1.48%相比，城市扩张速度惊人，致使耕地面积骤减.自西汉高速开通和西三角经济圈的提出，汉中市成为连接西南和西北的交通要道，尤其是十天高速和宝巴高速的修建，其区位优势得到提升，经济发展速度脱颖而出，位居陕南之首.三次产业结构调整促进了经济的飞速发展，景观格局上表现为用地类型不断由低产值向高产值转移，即低创收的农业用地不断向高创收的非农建设用地转移，最终导致用地结构的变化[12]，所以耕地面积的减少往往与当地产业发展方向联系在一起(图7-8).汉中市耕地面积的减少与第二、第三产业的发展均有较为显著的相关性，第三产业尤为明显.其中房地产的开发对耕地资源减少具有较大的贡献.结合表2可以看出,城镇化的发展促进了第三产业的发展，加速了城市用地结构的变化.

此外，国家政策的引导也会影响土地利用/覆被的变化.由于土地资源的稀缺性与功能的永久性，国家先后提出了土地的集约利用、宏观调控、节约用地及保护耕地等相关政策,还有土地用途管制制度、占用耕地补偿制度和基本农田保护等相关制度,这些政策、制度、法律法规的提出和实施在某种程度上限制了土地资源利用开发的方式.例如，在《全国土地利用总体规划纲要(1997—2010)》基础上，《全国土地利用总体规划纲要(2006—2020)》的制定使新一轮土地利用规划发生了较大变化，进而影响到不同的土地利用结构.

5结果与讨论

1)从表2可以看出，汉中市耕地、牧草地、水域和未利用土地主要向林地、交通用地、园地进行转移，表明过去十几年用地类型主要向生态环境改善、区域交通提高和经济效益好的用地类型转变.

图7　耕地面积与第三产业的关系

图8　耕地面积与房地产投资的关系

2)通过主成分分析法和曲线回归法对汉中市土地利用/覆被变化的驱动力进行了分析，表明土地利用变化是人文社会经济因子相互耦合、共同作用的结果.自2003年社会经济驱动力综合得分缓慢上升，并呈加速状态.表明未来一段时间内，汉中市土地利用变化仍是以人口社会经济发展作为主要驱动力，其中人口增长、产业结构调整及城市化发展对其影响较大.

非农人口增加是土地利用变化的根本原因，不管是非农人口的自身增加还是非农化人口转移的增加，都会引起粮食、住房、公共基础设施等需求的增加，势必加速农用地向非农用地的流失.

产业结构调整是土地利用变化的直接原因.三次产业结构的调整是不同经济发展阶段所面临的必然任务.在市场经济体系中，土地资源的利用与开发将不断向经济效益高的用地方式转移.

城镇化发展是土地利用变化的加速剂.目前，汉中市正经历着快速城镇化时期，随着经济的发展，城镇化速度加快及移民工程的全面实施，势必面临土地利用类型的深层次变化.

参考文献:

[1]杨梅,张广录,侯永平.区域土地利用变化驱动力研究进展与展望[J].地理与地理信息科学,2011,27(1):95.

[2]摆万奇,赵士洞.土地利用变化驱动力系统分析[J].资源科学,2001,23(3):39.

[3]谭少华,倪绍祥.区域土地利用变化驱动力的成因分析[J].地理与地理信息科学,2005,21(3):47.

[4]李月臣,刘春霞.1987—2006年北方13省土地利用/覆盖变化驱动力分析[J].干旱区地理,2009,32(1):37.

[5]朱会义,何书金,张明.环渤海地区土地利用变化的驱动力分析[J].地理研究,2001,20(6):669.

[6]骆方,刘红云,黄崑.SPSS数据统计与分析[M].北京：清华大学出版社,2011.

[7]宋金平,赵西君,王倩.北京市丰台区土地利用变化及社会经济驱动力分析[J].中国人口、资源与环境,2008,18(2):170.

[8]张勃,毛彦成,柳景峰.黑河中游土地利用/覆盖变化驱动力的定量分析[J].干旱区地理,2006,29(5):726.