基于主成分分析的都匀市土地利用动态变化及驱动力分析

邢 颖，高礼安，张杭杭

（1.黔南民族师范学院旅游与资源环境学院；2.都匀市国土资源局，贵州 都匀 558000）

土地利用变化研究是当前全球环境变化研究的热点和前沿，分析土地利用变化特征和变化的驱动因素是研究的核心问题[1]。近年来，随着城市化、工业化进程的快速发展，区域土地利用变化日益显著，人地关系矛盾也越发突出。因此，找出区域土地利用变化的驱动机理，合理协调城乡土地，节约集约利用土地，规划合理的土地利用结构等是推进新型城镇化和乡村振兴的关键。

目前，国内对于土地利用驱动力变化的研究较多，大部分研究采用RS提取地类进行土地动态变化分析。吕桐、吴永波运用ENVI对崇明岛2000年、2005年、2010年3期Landsat ETM+遥感影像进行解译分类，对土地利用变化的特征、速率及驱动力因素进行分析[2]；于海影、韦安胜等运用GIS和RS结合农户调查对陕西省杨凌示范区土地利用变化及驱动力进行了深入分析[3]。在分析土地的驱动力因素时，人们较多采用主成分分析法进行定量研究。覃琳、陈月娇等运用主成分分析法分别对重庆市九龙坡区及乌鲁木齐市土地利用变化驱动力进行了研究[4-5]。以上研究中对西南小城市的关注较少，且在驱动机理分析上较多的是分析某地区建设用地的驱动力因子。

本文选择西南地区黔南州首府都匀市为研究区，都匀市是贵州省第一批新型城镇化试点城市，近十年来土地利用变化显著。分析采用都匀市国土资源局获取的土地利用变更调查数据，结合对都匀市社会经济的相关调查，选取了有代表性的驱动因子，以SPSS软件分析揭示都匀市土地利用农业用地及建设用地的驱动机理，以期为都匀市城乡一体化发展、土地利用结构优化等提供决策参考。

1 研究区概况

都匀市位于贵州南部，是黔南州布依族苗族自治州的首府，也是贵州省首批新型城镇化试点城市之一。它位于东经107°7′～107°46′，北纬25°51′～26°26′。全市总面积228 529.58 hm2，市区下设5个街道、4个乡镇以及1个民族乡。都匀境内北部多山地，中南部有狭长的河谷盆地，属于喀斯特地貌。该区属于亚热带季风湿润气候，常年平均气温16.1℃，冬无严寒、夏无酷暑，气候舒适宜人。2017年，都匀市总人口50.01万，GDP总产值2 129 958万元，经济发展呈稳步上升趋势。

2 数据来源及研究方法

2.1 数据来源

为保证研究真实、可靠，本文涉及的都匀市土地数据均来源于都匀市国土资源局2009-2017年土地变更调查数据。土地数据的利用分类是按照国土资源部《土地利用现状分类》（GB/T 21010-2017）的分类标准，即将土地利用类型分为12个一级类、72个二级类。社会经济数据来源于都匀市统计局2009-2017都匀市统计年鉴。

2.2 研究方法

土地利用的影响因素分析属于多变量问题，变量太多会增加分析问题的难度与复杂性。而主成分分析法是把原来多个变量划为少数几个综合指标的一种统计分析方法，这是一种降维处理技术[6]。因此，本文采用主成分分析方法，运用SPSS软件分别对都匀市农业用地、建设用地土地利用变化影响因素进行定量分析，找出都匀市土地利用动态变化的驱动力因素。

3 都匀市土地利用动态变化分析

3.1 土地利用结构变化的幅度

土地利用结构变化幅度主要通过各种类型土地在面积总量上的变化，来反映土地利用结构的变化。都匀市土地利用类型主要分为耕地、园地、林地、草地、城镇村及工矿用地、交通运输用地、水域及水利设施用地、其他土地等八种类型。从表1可以看出，都匀市土地利用类型以农业用地为主，面积比重较大的地类主要是耕地、林地及草地。以上反映出都匀市城市化水平较低、植被覆盖率较高等土地利用的特点。

从2009年到2017年，9年间都匀全市土地利用结构发生的显著变化为农业用地比重下降，尤其是耕地、林地、草地，而城镇村及工矿用地比重上升。以上土地利用面积变化反映出都匀市随着城镇建设推进和农业结构调整，城镇用地扩张，表现为农业用地减少，工矿及居民点用地呈现较为显著增长的土地利用结构变化。

3.2 土地利用结构变化的速度

区域土地利用结构变化的速度可以用定量的方式进行分析，可以分为单一土地利用动态度和综合土地利用动态度。单一土地利用动态度可以定量描述某个区域一定时间范围内某种土地利用类型变化的速度；综合土地利用动态度则可定量反映区域土地利用的整体动态[7]。

3.2.1 单一土地利用动态度

单一土地利用类型动态度可以直观地反映单一土地类型变化的幅度与速度，易于通过类型间的比较反映变化的差异，探测变化的驱动因素或约束因素[8]。通常情况下，单一土地利用动态度计算的是年均动态度，公式为：

式中，K为研究时间段内区域某一种土地利用类型的动态度；Ua、Ub分别为某一种土地利用类型在研究期初及研究期末的面积；T为研究时长。

表1 都匀市2009-2017年各类土地利用面积变化幅度

从表2的单一动态度来看，8年间都匀市土地利用类型中农业用地整体呈现减少趋势，而城镇村级工矿用地及交通用地呈现出非常显著的增加趋势，反映出都匀市城市建设不断发展，城镇地域景观扩张。

3.2.2 综合土地利用动态度

综合土地利用动态度描述某一区域在一定时间段内土地利用变化的速度，公式为：

式中，LC是研究区域土地利用综合动态度；LUi为研究起始时间第i类土地利用类型的面积；ΔLUi-i为研究时段第i类土地转化为非i类土地利用类型面积的绝对值；T为研究时段。

为更好地分析都匀市土地利用类型变化程度，将研究时段分为2009-2012年、2013-2016年两个时段来分析都匀市综合土地利用动态度，如表2所示。

通过表2的土地利用动态度可以看出，在土地利用类型上，2009-2012年园地减少速度较快，交通运输用地增加较快，这个时间段内都匀市在积极进行城市基础设施建设，新修环西路、大龙大道、纬五路等多条市内交通干线。2013-2017年，土地利用类型减少速度较快的为耕地及草地，增加较快的为城镇村及工矿用地，这个时间段都匀市撤销王司镇、坝固镇、大坪镇、洛邦镇建制，设置新的匀东镇。并将匀东镇作为都匀市经济开发区，大力发展城镇建设，对于都匀市内旧城区进行棚户区改造。因此，这一时间都匀市土地利用综合动态度呈递增趋势，2013-2017年土地利用程度要高于2009-2012年。

3.3 土地利用程度变化分析

土地利用程度主要反映土地利用的广度和深度，是一定区域内多种土地利用类型综合变化的结果。土地利用的程度可以用景观偏离度、土地利用率指标来进行分析。景观偏离度的计算公式为：景观偏离度=（耕地面积+园地面积+建设用地面积）/土地总面积×100%。土地利用率的计算公式为：土地利用率=（已利用土地面积/土地总面积）×100%。都匀市2009-2017年景观偏离度如图1所示，土地利用程度如图2所示。

表2 都匀市土地利用动态度

图1 都匀市2009-2017年景观偏离度

图2 都匀市2009-2017年土地利用程度

从图1和图2可以看出，2009-2017年，都匀市景观偏离度及土地利用程度基本都呈上升趋势，说明都匀市土地利用程度不断提高，表现为在城市发展建设过程中，土地利用类型相互转化，建设用地明显增加，耕地及未利用地减少。从图2数值可以看出，都匀市土地整体利用程度较高，未利用地所占面积不大。

4 土地利用变化驱动力分析

促使土地利用发生变化的因素主要包括自然因素、社会经济因素和政策因素。其中，自然因素和政策因素对土地利用变化的影响往往需要较长的时间，短期内影响较大的因素主要是社会经济因素，因此本文侧重于研究都匀市土地利用变化的社会经济驱动力因素[9]。

根据以上对都匀市土地利用动态变化的分析，人们可以看出，2009-2017年，都匀市土地利用变化呈现出农业用地不断减少、建设用地增加的趋势。因此，本研究主要选择农业用地和建设用地的驱动因子进行定量分析。其间一共选取了15个驱动力影响因子来进行主成分分析。驱动力因子为：年末总人口（万人）X1、非农业人口（万人）X2、GDP（万元）X3、全社会固定资产投资（万元）X4、第一产业产值（万元）X5、第二产业产值（万元）X6、第三产业产值（万元）X7、工业增加值（万元）X8、农村居民人均纯收入（元）X9、城镇人均居住面积（m2/人）X10、城镇居民人均可支配收入（元）X11、农村人均居住面积（m2/人）X12、城镇建成区面积（km2）X13、城镇居民人均消费支出（元）X14、农村居民人均消费支出（元）X15、恩格尔系数（%）X16。

表3 都匀市土地利用变化驱动因子相关系数矩阵

通过SPSS软件，运用主成分分析方法自动计算得出驱动因子相关系数矩阵（见表3）、特征值与各成分贡献率（见表4）、主成分载荷矩阵（见表5）。按照累计贡献率大于70%、特征值大于1的原则提取主成分，由表4可以看出，在驱动因子中一共提取出两个主成分，第一、第二主成分累计贡献率达到88.503%，因此选择第一、第二主成分可以达到分析的目的，两个主成分可以反映出原有驱动因子的大部分信息。在此基础上，笔者计算出两个主成分的载荷矩阵，如表5所示。

按照数值越接近1，相关性程度越大的原则，从表5可以看出，第一主成分与GDP、第三产业产值、城镇居民可支配收入有关；第二主成分与城镇人均居住面积、恩格尔系数有较为显著的相关性。因此，都匀市土地利用变化的驱动力因子可以归纳为经济发展和居民生活水平两个因素。

5 结果与讨论

通过对都匀市2009-2017年土地利用动态变化及其驱动力因子的分析，人们可以得出以下结果。

表4 特征值与各成分贡献率

表5 主成分载荷矩阵

5.1 土地利用结构发生变化

9年间，都匀市土地利用结构变化较大，主要表现为农业用地及建设用地变化显著。具体反映为耕地、林地、草地面积减少，而城镇村及工矿用地比重上升。其主要原因是都匀市近几年积极推进“一圈两翼”建设，城市建成区面积由2009年的21.82 km2扩张到2017年的59.87 km2，城市范围不断扩张，对建设用地需求量也不断增大。同时，随着经济结构的转型，农业用地面积相对萎缩。而未利用并未呈现出较为明显的变化，主要是由于裸地的地类，一般坡度较大且土壤贫瘠，利用难度较高。

5.2 土地利用动态度呈增长趋势

通过对都匀市在2009-2012年、2013-2017年两个阶段土地利用动态度的分析可以看出，2013-2017年土地利用综合动态度为0.137，大于2009-2012年的0.060，反映出随着都匀市的发展，对土地的利用进一步加大，景观偏离度和土地利用程度都呈上升趋势。预计随着都匀市经济建设的发展，都匀市作为黔南州首府的中心地位进一步加强后，土地利用变化趋势会越加显著。

5.3 土地利用驱动力分析

通过主成分分析可知，都匀市土地利用的驱动力因子主要为经济发展和居民生活水平两个主成分。社会经济因素一方面是因为相关政策对都匀市的定位，例如，都匀市作为贵州省新型城镇化建设试点城市，必然需要加大对土地利用的开发，积极推进新型城镇化建设；另一方面由于都匀市自身社会经济的发展，GDP、产值等都呈现出明显的增长趋势。在这样的背景下，都匀市建设用地不断增加，农业用地建设相对减少，整个土地利用程度及结构都在发生变化。

居民生活水平往往与经济发展密切联系。随着国家西部大开发战略和相关扶贫政策的实施，都匀市近年来经济发展速度较快，居民生活水平得到了较大改善，消费能力也进一步提升。城镇居民和农村居民的可支配收入分别从2009年的13 219年、3 924元到2017年增长为30 904和10 961元。随着生活水平的改善，人们在居住方面的要求不断增加，同时对交通和公共设施等一系列用地的需求增加。整体来看，2009-2017年，都匀市城镇村及工矿用地面积变化比例为0.8%、交通用地面积变化比例为0.25%，分别为土地利用类型中增长面积最大的两种地类。

6 结语

针对社会经济发展和土地利用现状，都匀市既要保证经济发展的建设用地规模，又要保护耕地，防止出现建设用地大规模占用耕地的行为。首先，对区域内土地采取动态监管，盘活低效用地，继续推进城乡增减挂钩工作，实现城乡土地综合利用。其次，加大土地利用的同时，要启动耕地保护机制，在“十分珍惜、合理利用土地和切实保护耕地”基本国策的基础上，通过农村居民点整理、矿山复垦等手段增加有效耕地面积，响应国家“占一补一、占水补水”的耕地保护政策，确保耕地总量不下降、质量不降低。