南宁市2000～2018年土地利用变化与驱动机制研究

阮诗乔，周慧杰

(南宁师范大学 地理科学与规划学院，广西 南宁 530000)

1 引言

土地利用是指人类为了一定的社会经济目的而根据土地的自然特征进行连续或分阶段管理的活动[1]。随着人口迅速增长，自然资源利用混乱，土地资源也日益匮乏。因此，在保护生态平衡的基础上，怎样合理开发及利用珍贵的土地资源，使其带来经济利益与生态效益，是当前国内外探讨的热点之一。近年来，经济的加速发展和城市化脚步的加快使得南宁市在土地利用方面也出现了许多问题：例如土地资源总体质量较低、农村居民点整体布局分散、土地利用生态环境较差等[2]。19世纪德国杜能提出的土地利用模式开始了土地利用研究[3]。目前，国外学者主要关注城市土地利用的动态变化和对生态环境的作用等方面。如Valdez等对位于墨西哥西北部海岸带的湿地生态系统进行了研究[4，5]、Robles等利用土地利用类型转移矩阵对墨西哥西北海岸的土地利用类型空间分布变化进行了研究[6]。我国最早以地貌学家任美锷、胡焕庸和农学家张心一在新中国成立之前就开始了土地利用研究[7]。当前国内的众多学者对土地利用的探究主要集中在区域性土地利用动态研究及驱动因子方面。如杨李娜[8]根据咸阳市统计数据，在研究产业结构调整变化、经济发展情况、人口增长及城市化水平等因素对各土地利用类型变化影响的基础上，提出了土地可持续利用方面的对策。鲍文东[9]以济南市土地利用动态变化的研究为例，运用决策树提取模型以更高精度提取出城市信息，该方法有效提升了影像信息提取的可靠性。蒋梦倩[7]对重庆市土地利用变化进行分析，得到了研究区域的土地利用情况与各区域的自然条件、发展定位等密切相关的结论。本文以广西南宁市为例，借助GIS技术，采用土地利用动态度模型和土地利用转移矩阵对南宁市2000～2018年的五期数据进行土地利用变化的分析，并揭示其驱动因子，对南宁市的生态保护和经济可持续发展具有重要的意义。旨在揭示社会经济和人类活动下对土地利用的影响，为进一步开展南宁市的土地规划工作提供了相关理论依据和参考。

2 研究区概况

南宁是中国广西壮族自治区首府，广西第一大城市，广西政治、经济、文化、交通中心，北部湾经济区核心城市，中国东盟博览会永久举办地[10]。行政区划为七区五县，共84个镇、15个乡、3个民族乡、22个街道。总面积 22112 km2。地理区位上具有“两近两沿”的特点。东经108°22′，北纬22°48′。地貌分平地、低山、石山、丘陵、台地5种类型，地形是以邕江广大河谷为中心的盆地形态。亚热带季风气候，年均温在21.7 ℃左右，年降水量1304.2 mm水资源，矿产资源，动植物资源极其丰富，截至2018年底，南宁总人口725.14万人，地区生产总值4026.91亿元。

3 数据源与预处理

南宁市的土地数据来源于2000年、2005年和2010年、2015年和2018年的Landsat8/TM数据, 分辨率为30m和中国科学院资源环境科学数据中心。利用ENVI5.3和ArcGIS10.2软件对数据几何校正、大气校正、辐射定标、融合裁剪以及投影转换等预处理[11]，《土地利用现状分类》及南宁市实际土地覆被特征将土地利用类型划分为:耕地、林地、草地、水域、建设用地、未利用地这6种类型。其他社会经济数据均来自《广西统计年鉴》和《中国统计年鉴》。

图1 南宁市行政区界示意

4 研究方法

4.1 土地利用动态度模型

土地利用动态度是指区域内某种土地利用类型的数量变化情况，该模型可以很好地反映出土地变化率[12]。其公式为：

(1)

式(1)中：K为土地利用类型动态度；Xa初期是土地利用类型的数量；Xb末期土地利用类型的数量；T为研究时段长。

4.2 土地利用转移矩阵

转移矩阵可以定量直观地反映两个时期各土地利用类型之间的转化情况[13]，其公式为：

(2)

式(2)中：S为土地利用类型的面积；n为土地利用类型；Sxy为研究时段初期x类土地到研究末期转为y类土地的面积。

4.3 主成分分析

主成分分析把原始变量因子转化为少数几个综合主成分指标，在最大程度保留信息的同时减少数据量[14]。主成分综合指标计算公式如下：

PCi=α1iX1+α2iX2+α3iX3+…αpiXp

(3)

式(1)中，PCi为第i个主成分，α1i，α2i，…，αpi为第i个主成分各个指标因子对应的特征向量X1，X2,…，Xp为各个指标因子。

5 结果分析

5.1 南宁市土地利用面积分布

结合表1，对比2000～2018年五期土地利用数据，耕地的面积逐年减少，从7703 km2减少到7423 km2，共减少了277 km2；林地呈增多后减少的趋势，2010年林地面积最大；2000～2010年四期土地利用数据显示草地面积呈逐渐减少，减少了37 km2，2018年迅速增加，增长了843 km2；水域面积基本保持不变；五期数据建设用地面积持续增高，人类活动频繁，城市扩张迅速，这也是导致耕地减少的原因之一；2000～2010年三期数据未利用地面积不变，2015年和2018年面积有小幅增加，分别为3 km2和2 km2。按面积总体来看南宁市城市规划较为合理，没有较为剧烈的变化，尤其林地、草地和水域，而且林地面积最大。

表1 南宁市2000～2018年五期土地利用面积分布 km2

5.2 南宁市土地利用空间分布

结合图2，对比2000～2018年五期土地利用数据，耕地处在南宁市较为中心的位置，分为四大区域；林地主要分布在南宁市中心和北部，分布比较广泛，和耕地呈互相包容的状态；草地分布比较稀疏，只在南宁市的北部和南部零星出现，北部呈林-草复合格局，南部呈草-水复合格局；建设用地以南宁为首，多年来极具扩张，其他城镇也有不同程度的变化，零星分布在耕地周围；水域和未利用地基本不变。

5.3 南宁市土地利用变化率

南宁市相邻两期土地利用数据进行土地利用变化度分析(表2)，纵观每一期间数据发现，耕地呈持续负增长，负增长率从0.14%升高到0.54%；林地呈先增长后减少的态势；草地的变化形式和林地刚好相反，呈先减少后增长的态势，但增长较快，增长率为3.8%；水域变化最不明显，保持稳定，南宁市对水资源利用较为合理。但单一时期来看，2000～2005年耕地、草地和水域均为负增长，负增长率分别为0.14%、0.02%和0.02%，林地和建设用地增长率为0.01%和021%；2005～2010年的变化趋势和上一期间趋势相同；2010～2015年林地开始呈负增长的状态，负增长率为0.09%，水域保持高度不变，建设用地增长率居高不下，未利用地有轻微增长，增长率为0.01%。2015～2018年的又有了新的变化形式，耕地和林地仍呈现负增长的态势，而且耕地的负增长率一年比一年高，人口的断增多，耕地逐渐减少，人均面积减少，容易造成土地利用和开发不合理的状况；草地和建设用地增长率较高，是前一研究时段的1-3倍；林地和水域也只有小幅变化，可见近几年南宁市生态环境良好。

图2 2000～2018年五期土地利用空间分布

表2 南宁市各类土地利用动态度 %

基于南宁市土地利用数据，经ArcGIS处理等到2000～2010年(表3)和2010～2018年(表4)的土地利用转移矩阵，从而分析南宁市土地转移情况。为更好的分析南宁市的土地转移情况，选取了2000～2010年和2010～2018年两个时段进行研究，更明显的分析出其差异性。通过表3可以出，耕地和林地的转出量最多，分别为1977 km2和1835 km2，占总转出量的38%和35%，有64%耕地转为林地，同时有67%的林地向耕地转入，呈相互转换的态势，其他转出率较为平稳，面积均在500 km2以下。同时发现转入量也是耕地和林地最多，再次证明，二者的相互转换。草地、耕地和林地是转入量>转出量，建设用地和水域是转入量<转出量。草地、耕地和水域的主要转入方式的林地，这与国家的政策有一定的关系，10间国家提出退耕还林、退耕还草的措施，使得草地和耕地大面积减少，而且城市的不断扩张、人口的增多也使得耕地的减少，但林地增多使南宁市的植被覆盖提高，生态系统得到了一定的改善，对水土流失、极端天气有一定的缓解作用。

表3 2000～2010年转移矩阵 km2

由表4可以看出，2010～2018年仍然是耕地和林地的转出量最多，分别为2719 km2和3093 km2，占总转出量的36%和41%，草地的转出量也接近1000 km2，占总转出量的10%，其他土地类型变化幅度较小。草地、耕地和林地的转入量较大，分别为1574 km2、2598 km2和2212 km2，分别占总转入量的21%、34%和29%。耕地和林地呈相互转换的态势，建设用地转出量较少，转入量大部分有耕地转入，占单个的65%，可见城市扩建占用的部分的耕地，相较上一研究时段，耕地转草和转林的面积仍在继续增加，政府应该注意基本耕地的面积，在人口不断扩张的同时保证基本耕地面积。

城市发展，建设面积增加是城市高速发展的体现，但不可以牺牲生态系统为代价，各地政府应合理利用有效资源，适当开发，因地制宜，有序健康发展，提高生态文明建设，践行“美丽中国”“美丽南宁”。

表4 2010～2018年转移矩阵 km2

5.4 南宁市土地利用变化驱动机制分析

影响土地利用变化的因素有很多，但大多数为人口数量和社会经济发展。结合2000～2018年五期土地利用数据的分析，根据对南宁市的社会经济数据，遵循科学性、代表性和可操作性的原则，参考前人的土地利用研究成果，综合考虑选取人口密度、农村消费水平、非农村消费水平、第一产业值、第二产业值、第三产业值和人均GDP这7个因子对南宁市土地利用变化的驱动力进行分析。选取主成分贡献率超过85%的的因子，得到表5可知南宁市最主要的两个驱动因子是人口密度和人均GDP，可以将驱动机制分为两大类及进行分析。

(1)人口增加。人口密度是第一主成分累计贡献率最高的，达到了92%，说明人口的增加是土地利用的主导因子。人口密度越高，对南宁市的压力越大，结合广西壮族自治区文化，人口增加迅速，城市不断发展，大量南宁市周边地区的人口移居南宁，2000年人口总人数达到294.3万人，2018年人口总人数770.87万人，增加了476.57万人。同时国家退耕还草、退耕还林等政策使草地和林地快速扩张。

(2)经济发展。由表6可得，南宁市人均GDP在第一主成分贡献率达到87%，且南宁市第三产业相对发达，随城市的发展而不断发展，对南宁市的土地利用结构有着重要的作用。2000年生产总值463.18亿元，截至2018年底，生产总值4026.91亿元。

表6 南宁市2000～2018年土地利用变化主成分因子载荷矩阵

6 结论

(1)对比2000～2018年五期土地利用数据，耕地的面积逐年减少，减少了277 km2；林地呈增多后减少的趋势，草地面积呈先减少后增加，水域面积基本保持不变，建设用地面积持续增高。按面积总体来看南宁市城市规划较为合理，没有较为剧烈的变化，尤其林地、草地和水域，而且林地面积最大。

(2)对比2000～2018年五期土地利用数据，南宁市空间分布情况为：耕地处在南宁市较为中心的位置，分为四大区域；林地主要分布在南宁市中心和北部，分布比较广泛，和耕地呈互相包容的状态；草地分布比较稀疏，只在南宁市的北部和南部零星出现，北部呈林-草复合格局，南部呈草-水复合格局；建设用地以南宁为首，多年来极具扩张，其他城镇也有不同程度的变化，零星分布在耕地周围；水域和未利用地基本不变。

(3)南宁市相邻两期土地利用数据进行土地利用变化度分析，草地呈先减少后增长的态势，，但增长较快，增长率为3.8%，水域变化最不明显，保持稳定，耕地呈持续负增长，林地呈先增长后减少的态势，建设用地增长率居高不下。2000～2010年，草地和林地相互转换，草地、耕地和林地是转入量>转出量，建设用地和水域是转入量<转出量。2010～2018年建设用地转出量较少，耕地转草和转林的面积仍在继续增加。

(4)2000～2018年五期土地利用数据的分析，人口密度和人均GDP是第一主成分累计贡献率最高的，分别为92%和87%，为南宁市土地利用最主要驱动因子。