山东省土地利用时空变化与驱动力分析

方士源，王萍

(曲阜师范大学地理与旅游学院，山东 日照 276826)

0 引言

土地利用是指人类采用一定的生物、技术手段有目的开发利用土地资源，将土地自然生态系统转变为人工生态系统的活动，包括自然和人文过程[1]。一个地区的土地利用结构状况在很大程度上反映了该地区自然资源及社会经济发展的结构状况[2]。土地利用变化也成为全球变化研究的核心内容[3]。自进入21世纪后，我国工业化和城镇化不断兴起，社会经济发展起来，随着人口数量的增加,人类对土地资源的浪费和不合理利用导致区域性人地矛盾持续增加，严重阻碍了社会经济的和谐发展，因此有关土地利用变化的研究一直备受关注。《中共山东省委山东省人民政府关于推进新旧动能转换重大工程的实施意见》(以下简称《意见》)中提出要形成节约资源和保护环境的空间格局、产业结构、生产方式、生活方式，对土地利用的结构分配和空间规划提出了更高的要求。

土地利用变化研究的数据来源包括遥感数据和统计数据，土地利用结构变化驱动力研究常采用多元变量统计的方法，使用较多的有主成分分析、逐步回归分析、灰色关联分析和典型相关分析[4]。董杰等对山东省2003年之前的土地利用变化情况进行研究分析[5-11]，但对2003年之后的土地利用变化情况并未有相关研究，因此该文选择2005—2013年作为研究时段，利用ArcGIS和SPSS等数据处理软件，运用多元回归模型、单一土地利用动态度和综合土地利用动态度等分析手段，研究土地利用变化规律和驱动力因素，揭示土地利用中存在的问题，这对落实《意见》，促进土地合理利用以及地区产业布局的调整和优化、实现土地资源可持续利用具有一定的指导意义。

1 研究区概况

山东省位于我国东部沿海，地处黄河下游；地势较为复杂，中部山地突起，东部丘陵起伏和缓，西部、北部低洼平坦，形成以山地丘陵为骨架、平原盆地交错环绕列其间的地形大势。全区属于暖温带半湿润季风气候，降水集中，雨热同季。现辖17个市，2013年全省人口9733万人，仅次于广东省，居全国第2位。

2 研究材料与方法

2.1 数据来源

该文使用的土地利用遥感数据为山东省2005年、2008年、2010年和2013年的遥感解译影像，来自国家地球系统科学数据共享平台——黄河下游科学数据中心，空间分辨率为100m。参考《土地利用现状分类》(GB/T21010—2007)，并结合山东省土地利用方式、覆被特征等特点，将研究区的土地利用类型划分为耕地、林地、草地、建设用地、水域和未利用地。

该研究的社会经济数据来源为2005—2013年《山东省统计年鉴》。区域土地利用结构的变化由自然因素和社会经济因素共同决定，由于研究期内区域内自然因素条件的变化很小，所以该研究主要考察社会经济因素指标的影响，选择了11项社会经济发展指标[12-13]：总人口(X1)、人口密度(X2)、农村人口(X3)、地区总产值(X4)、粮食总产量(X5)、城镇居民人均可支配收入(X6)、第一产业总产值(X7)、第二产业总产值(X8)、第三产业总产值(X9)、人均GDP(X10)、固定资产总投资(X11)。

2.2 研究方法

通过ArcGIS软件中Reclassify工具(Spatial Analyst—Reclassify)，将2005年、2008年、2010年和2013年的土地利用数据的各地类归属到相应的土地利用类型中，经过处理的土地利用分类如图1所示。

图1 山东省2005—2013年土地利用类型图

将不同期数据进行空间叠加分析，获得土地利用的变化数据，生成土地利用转移矩阵；运用单一土地利用类型动态度[14]和综合土地利用动态度[15]分析土地利用的动态变化情况。单一土地利用类型动态度可求出土地利用类型的面积年变化率[16]，其公式为：

(1)

式中:K—某一类土地利用类型动态度；Ua，Ub—研究期初和研究期末某地类的面积；T—研究时长[15]。

综合土地利用动态度则表示研究区土地利用的变化速度，其公式为：

(2)

式中:LUi为研究期初第i类土地利用类型面积，ΔLUi-j为第i类土地利用类型转为j类土地利用类型面积的绝对值，T为研究时长[16]。

将各时期土地利用类型面积与社会经济相关指标进行多元回归分析，找出影响山东省土地利用变化的主要因素。通过SPSS软件，对这些因子进行降维分析，构建多元逐步回归分析模型，分析各地类面积变化与社会经济指标的相关性[3]。

3 结果与分析

3.1 土地利用总体特征

从表1中可以看出，2005年、2008年、2010年和2013年山东省耕地面积占比都超过60%，但总体面积在减少，说明山东省是以耕地为主的地区，但随着社会的发展，耕地不断被占用。建设用地面积占比都超过10%，主要集中在东南沿海地区和西北低洼平坦地区，在巨大的社会经济发展的驱动下，城市化进程加快，促使建设用地不断向外扩张，处于不断上升的趋势。

表1 山东省2005—2013年各地类面积

3.2 土地利用变化转移情况

利用ArcGIS的空间叠加分析，统计得到2005—2008年、2008—2010年、2010—2013年、2005—2013年的土地利用转移矩阵(表2～表5)。

表2 山东省2005—2008年土地利用转移矩阵(×104hm2)

表3 山东省2008—2010年土地利用转移矩阵(×104hm2)

表4 山东省2010—2013年土地利用转移矩阵(×104hm2)

表5 山东省2005—2013年土地利用转移矩阵(×104hm2)

2005—2008年，耕地面积转出最多，达15.55×104hm2；建设用地面积转入最多，为15.25×104hm2，转出耕地的78%变为建设用地。2008—2010年，耕地面积转出最多，面积为96.27×104hm2；耕地和建设用地面积转入最多，分别为107.77×104hm2和96.27×104hm2。2010—2013年耕地面积转出最多，面积达14.89×104hm2；建设用地面积转入最多，为13.63×104hm2。2005—2013年耕地面积转出最多，达116.75×104hm2；建设用地面积转入最多，为117.64×104hm2。由此可见，山东省主要发生变化的土地利用类型是耕地和建设用地，耕地面积先减少后增加再减少，总体呈减少趋势；建设用地面积一直处于增长趋势。土地面积在图像处理和数据计算中会产生较小误差，处理中按照地类面积加权分配到各地类中。

由图2可知，耕地的增加部分主要分布在东部丘陵地区和西部、北部地势低洼平坦地区，减少部分在北部临海和中部；林地的增加部分主要分布在中部地势突起地区，减少部分在全省较为分散；草地以减少为主，多分布在东部和北部沿海地区；水域面积增加，主要分布在东部和北部沿海地区；建设用地大规模增加，主要分布在山东省东南部和西北低洼平坦地区；未利用地的减少较明显，多分布在北部沿海地区。

3.3 土地利用动态度分析

根据2005年、2008年、2010年和2013年各土地利用类型的数据，利用公式(1)(2)，可求得单一土地利用动态度和综合土地利用动态度(表6)。

2005—2008年，单一土地利用动态度最大的是建设用地，达2.03%，在此阶段，耕地、林地、草地面积减少，其减少部分主要转变为建设用地，说明建设用地是土地利用变化的主体。2008—2010年单一土地利用动态度最大的是未利用地，达-32.51%。2010—2013年单一土地利用动态度最大的是建设用地，达1.46%。整体来看，2005—2013年单一土地利用动态度最大的是未利用地，为-7.89%，其次是草地和建设用地，分别为-4.43%和3.60%；建设用地变化速率先快后缓。

三期综合土地利用动态度中，2008—2010年的综合土地利用动态度最大，分别是2005—2008年和2010—2013年的9倍和12倍，说明这个阶段内的土地利用变化比另两个研究时期更加强烈。

3.4 土地利用变化驱动力分析

以各地类面积为因变量(Y)，以社会经济指标为自变量(X)，进行相关分析，计算土地利用变化与社会经济驱动因子之间的相关系数[13]，构建各地类面积与社会经济指标的多元逐步回归模型(表7)[17]。

图2 2005—2013年山东省不同地类的空间变化

动态度类型土地利用类型2005—2008年2008—2010年2010—2013年2005—2013年单一土地利用动态度耕地-0.380.56-0.38-0.15林地-0.06-4.300.00-1.09草地-0.14-17.580.00-4.43水域0.1912.620.113.30建设用地2.038.181.463.60未利用地1.29-32.510.48-7.89综合土地利用动态度—2.6523.741.8825.75

(1)与耕地面积最相关的因素是人口密度(X2)。人口密度提高1人/km2，耕地面积就减少0.415×104hm2。人口密度是衡量城市化水平的一项指标，人口密度越大，则城市化水平越高。城市用地主要以外延扩展为主，占用的主要是优质平坦的耕地[13]。城市地区有比其他地区更快的发展速度和更高的效益，因此产生了城市发展对用地的大量需求和城市用地的扩张，耕地面积不断减少[17-18]。

表7 各土地利用类型多元逐步回归模型

(2)与林地面积相关性最显著的是人均GDP(X10)、城镇居民可支配收入(X6)，呈负相关，说明影响林地变化的主要社会经济驱动因素是比较利益的驱动。人均GDP每增加1亿元，林地面积就减少1.470×104hm2。人均GDP的增长提高了人们对生活质量的需求，在比较利益的驱动下，非农用地的利益高于农用地，因此为了发展经济效益，林地不断被建设用地占用，面积持续减少[19-20]。

(3)与草地面积相关性最为显著的因素是人口密度(X2)、第二产业总产值(X8)，呈负相关。说明受比较利益的驱动，其他产业的收益高于农业直接影响草地利用方式的转变。

(4)与水域面积最相关的因素是人口密度(X2)、固定资产总投资(X11)。人口密度每增加1人/km2，水域面积就增加3.817×104hm2。说明随着城市化的发展，人们的生活水平提高，对环境质量的需求提高。

(5)与建设用地面积最相关的因素是第三产业总产值(X9)和粮食总产量(X5)。第三产业总产值每增加1亿元，建设用地的面积就增加0.12×104hm2。地区总产值的提高将增加投资资金额度，改变产业结构，推动区域工业化和城市化的进程，使建设用地的规模不断扩大。

(6)与未利用地面积相关性最显著的因素是人口密度(X2)、农村人口(X3)。人口密度增加1人/km2，未利用地面积减少2.588×104hm2。说明影响未利用土地资源开发利用的主要社会经济驱动因子是人口密度和农村人口数量，随着人口增加，对土地利用的需求增加，使其不断占用可利用的土地。

4 结论与建议

(1)山东省仍然是以耕地为主要土地利用类型的省份，耕地面积占比超过60%，但总体面积在减少。但2005—2013年间建设用地大量扩张、耕地资源不断减少，耕地减少后主要转变为建设用地，林地、草地等地类也被建设用地占用，建设用地面积占比超过10%。

(2)空间变化最显著的土地利用类型有耕地和建设用地。耕地的增加部分主要分布在东部丘陵地区和西部、北部地势低洼平坦地区，减少部分在北部临海和中部；建设用地大规模增加，主要分布在山东省东南部和西北低洼平坦地区。

(3)耕地面积先减少后增加再减少，总体呈减少趋势；建设用地面积一直呈增长趋势。2008—2010年间的土地利用综合动态度最大。

(4)耕地、未利用地的变化与人口密度密切相关，林地受人均GDP影响最大，与建设用地最相关的因素是第三产业总产值。人口的增长必然会带来土地承载力的增加，经济的快速发展促使区域产业结构发生变化，第二、第三产业的发展加大了建设用地的需求。所以要进一步有效控制人口增长，完善对区域土地利用规划，实现土地利用结构的优化，使山东省的土地利用空间布局朝着合理、科学、有序的方向发展。