陇东南地区土地利用变化及驱动力分析

张芳芳

陇南师范高等专科学校初等教育学院，甘肃 成县 742500

0 引言

土地是陆生生物赖以生存和发展的重要场地，在当今世界，人类的各种活动，特别是经济活动的普遍快速发展促使土地利用类型不断发生变化.土地利用研究最早可以追溯到19世纪60年代.1864年，Marsh认为土地利用方式影响了地中海和美国大平原的生态环境[1].1993年“国际地圈与生物圈计划”和“全球变化人类因素计划”两大国际组织共同制订的“土地利用/土地覆被变化(LUCC)科学研究计划”，将其作为全球变化研究的核心内容[2].国内学者于20世纪90年代开始大量研究“土地持续利用”这一课题.与此同时，我国在国际研究趋势的影响下，也展开了对北京、广州、沈阳、大连等城市的土地利用变化研究.中科院于2002年，利用遥感和地理信息系统技术成功建成了土地利用动态信息系统，并开展了近10年中国土地利用变化的区域特征、驱动因子分析等研究[3].当下关于土地利用及驱动力分析方面的研究文献较多.刘纪远等人对2010年～2015年中国土地利用时空变化进行了研究[4]；汪滨、张志强对黄土高原典型流域退耕还林土地利用变化进行了研究[5]；Zhang Yucui等人研究了华北平原2002年～2012年的土地利用变化[6].本文选取2008年和2018年陇东南地区土地利用遥感影像数据及与该地区土地利用变化相关的社会发展因子，借助ENVI 5.3、ArcGIS 10.5平台，通过建立动态度模型、计算转移矩阵等研究方法，分析了2008年至2018年间陇东南地区土地利用变化及其影响因子.在振新乡村大背景下，陇东南作为甘肃向东向南开放发展的桥头堡，此研究可为合理利用陇东南地区土地资源、完善该区域土地系统功能、制定陇东南地区土地利用规划提供重要的依据.

1 研究区概况

陇东南地区地处甘肃省东南部，包括庆阳、平凉、天水、陇南四市及其所属的31个县区，总面积80 759 km2，占全省的20.71 %，地理位置为33°30′N～35°73′N、104°56′E～107°63′E(图1).该区域各类土地资源丰富，依据《土地利用现状分类》的全国土地分类标准，陇东南地区土地利用类型可分为：耕地、林地、草地、水域、城乡工矿居民用地及未利用土地6个一级类；水田、旱地、有林地、高中低覆盖度草地、河渠、湖泊、城镇、沙地、盐碱地、沼泽地等23个二级类(表1).(注：2008年陇东南地区土地利用类型中有戈壁地，而无沼泽地，2018年戈壁地消失，出现了沼泽地.)

图1 陇东南地区地理位置图Fig.1 Geographical Location Map of Southest Long Region

表1 陇东南地区土地利用分类系统Tab.1 Classification system of land use in southeastern long region

2 数据来源及处理

2.1 数据来源

本文利用的遥感影像数据来源于美国地质调查局(USGS)官网，土地利用数据源于中科院资源环境科学数据中心(http://www.resdc.cn/)，统计数据源自《2008年甘肃省统计年鉴》《2018年甘肃省统计年鉴》、陇东南区域内各市的国民经济和社会发展统计公报，土地利用分类信息来源于《甘肃省土地利用总体规划(2006年～2020年)》.

2.2 数据处理

论文以2008年和2018年Landsat TM遥感影像为支撑数据，在ENVI 5.3平台下对遥感影像作预处理，分别整理出2008年与2018年陇东南地区的土地利用数据，计算出陇东南地区2008年至2018年间各类土地利用的面积变化量、变化幅度、动态变化度等，再运用ArcGIS 10.5计算土地利用的转移矩阵，最后从陇东南地区的人口因子、社会经济发展因子及区域政策因子中选取总人口、产业增加值等指标，分析驱动陇东南地区土地利用变化的主要驱动因子.

3 研究方法

3.1 土地利用动态度

通常用“土地利用动态度”定量描述土地利用的变化.其模型有两种：单一土地利用类型动态度模型；综合土地利用动态度模型.本文以“单一土地利用类型动态度模型”，来定量描述区域内土地利用类型在时间序列内的变化，该值为负时，说明该类用地面积减小；该值为正时，则该类用地面积增加，正值越小表示土地利用变化越慢，反之则越快[7].

3.1.1 土地利用变化幅度

土地利用面积上数量变化最显著，考察土地利用面积总变化趋势，可通过计算土地利用变化幅度实现.其表达式为

(1)

3.1.2 土地利用动态度

土地利用类型动态度反映某研究区一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化情况[8]，其计算公式为

(2)

其中，P：土地利用变化幅度；K：土地利用动态度；Ua：研究初期某一类土地利用类型的面积；Ub：研究末期某一类土地利用类型的面积；T：研究时长.

3.2 土地利用转移矩阵

土地利用转移矩阵是分析土地利用各类型之间转变的一种研究方法，该方法可以显示区域土地利用变化的细节结构特征[9]，可以清晰地反映土地利用各类型之间面积的变化和方向的转移情况.

4 结果与分析

4.1 土地利用现状分析

4.1.1 2008年陇东南地区土地利用现状

从2008年陇东南各市土地利用现状图(图2)中可以看出，该地区各土地利用类型中耕地、草地面积居多.从分布结构上来看，耕地大面积分布在庆阳市和天水市，这两市的密集林区均在各自地域的东部及南部；平凉市水域占地面积较广，且在其西部分布有较多的未利用土地；陇南市林区密布，草地、耕地集中分布在水域沿岸，该市大面积的未利用土地集中分布于文县的西北部与宕昌县西南部；研究区内城乡、工矿居民用地依水展布，较集中分布在庆阳市南部.2008年陇东南地区土地利用类型的分布规律呈现为：耕地、草地北密南稀；东部、南部林地占比大；城乡工矿、居民用地依水而建.

4.1.2 2018年陇东南地区土地利用现状

从2018年陇东南各市土地利用现状图(图3)中可以看出，较2008年陇东南地区各土地利用类型的总体分布情况来看，2018年该区域整体空间分布上土地利用变化情况不大.但是耕地面积明显减少，尤其是平凉市，其中减少的耕地大都转变为草地.城乡、居民工矿用地相应有所增加，显著增加的区域有：陇南市中西部，天水市西部和庆阳市南部.2008年陇东南地区水域在平凉市和天水市分布较多，但是都相对比较分散，2018年该区域水域面积增加，并形成了较为集中的水体分布区，在平凉市最为突出.

4.2 土地利用动态变化情况分析

通过对陇东南地区2008年至2018年间土地利用类型变化的动态度(表2)的分析可知，这11年间该地区土地利用类型的变化情况主要表现为：(1)耕地面积大量减少，耕地面积变化幅度为-0.056 %，累计减少约1 620.76 km2；(2)除耕地以外，其他各类土地利用类型的面积均有所增加，其中增加面积最多的是草地，其次是城乡居民、工矿用地利；未利用土地面积虽然只增加了37.75 km2，但其动态度为0.035 8 %，位列第一，草地动态度为0.002 8 %，处在第二，城乡居民、工矿用地动态度为0.026 6 %，居于第三.其他各类土地利用类型共增加了1 526.60 km2，与减少的耕地面积接近.

表2 2008年～2018年陇东南地区土地利用年变化Tab.2 Annual Change of Land Use in Southeastern Long Region from 2008 to 2018

图2 2008年陇东南地区各市土地利用现状Fig.2 LandusestatusmapofcitiesinSoutheastLongdongregion2008图3 2018年陇东南地区各市土地利用现状Fig.3 LandusestatusMapofcitiesinSoutheastLongdongregion2018

4.3 土地利用转移矩阵分析

以2008年和2018年陇东南地区土地利用数据为基础，利用ArcGIS 10.5软件进行叠加处理，计算出土地利用转移情况数据，利用Excel绘制出2008年～2018年陇东南地区土地利用转移矩阵(表3).

由表3知，2008年～2018年陇东南地区土地利用类型变化情况主要是由耕地向其他土地利用类型的转换，其中由耕地变为草地的面积最大，变为未利用土地的面积最小.其他各类型土地利用的转化情况是：林地、城乡居民工矿用地与未利用土地均是变为草地的面积最大，水域转化为耕地的面积最大，转化为未利用土地的面积最小.总体上，各土地利用类型经转化所得的面积情况是：草地>耕地>林地>城乡、工矿居民用地>水域>未利用土地.

表3 2008年～2018年陇东南地区土地利用转移矩阵Tab.3 Land Use Transfer Matrix for Southeastern Long 2008～2018 单位：(km2)

4.4 土地利用变化的驱动力分析

土地利用变化不是一个简单的在自然环境下自发的过程，它受到多种因素的影响和制约，有自然因素，社会、经济因素和政策因素等.在较短时间尺度上，自然驱动力有着累积性效应，但相对较为稳定，而社会经济驱动力则相对较活跃[10].本文选取人口、第一、第二、第三产业等五个社会、经济因素和陇东南地区的政策发展要求，来研究促使该区域土地利用类型发生变化的驱动力因子.

4.4.1 人口因子对土地利用变化的影响

2008年至2018年陇东南地区总人口、农村人口、城镇人口变化情况如表4所示.

人口的数量变化及分布情况是影响区域土地利用变化的主要驱动力，从表4中可以看出，2008年到2018年间陇东南地区总人口减少了52.83万人，农村人口减少了163.6万人，相反，城镇人口却增加了110.77万人.人口数量的变化对陇东南地区土地利用类型的变化主要有两方面的影响：(1)农村人口，特别是青壮年人口绝大多数外出务工，导致主力农业人口急剧减少，加之农业生产的低收益、低效率和受自然灾害威胁的高风险，以及农业科技和机械化、水利化的普遍缺失，导致了耕地撂荒，耕地面积锐减，变成了草地和其他类型用地，使得草地等用地面积增加.(2)人口向城镇的单向主要流动，使得城镇人口激增，这部分人口的就业、住房、教育等刚性需求，极大地刺激了城市居民、工矿建设用地的扩张.

表4 2008年～2018年陇东南地区人口变化情况Tab.4 Population changeof southeastern long 2008～2018 单位：(万人)

4.4.2 社会、经济因子对土地利用变化的影响

影响土地利用变化的社会经济因子繁杂多样，研究社会经济驱动力是分析土地利用变化驱动力的重要方面.从表5中所选取的5个社会经济因子可以得到以下几点结论：(1)2008年至2018年间第一、第二、第三产业增加值均增大了，尤其是第三产业增加值的增加幅度更大，可以看出区域产业结构合理化，经济水平大幅提高，人们追求更高的生活品质，向往城镇生活，这也印证了耕地的减少与人们生活水平的提高有很大关系；(2)工业增加值也大幅增加，证明工业用地面积也增加了.人们经济水平的提高，是改变陇东南地区土地利用现状的核心推动因素.

表5 2008年～2018年陇东南地区的社会经济因素Tab.4 2008～2018 socio-economic factors in southeastern long region

4.4.3 政策因子对土地利用变化的影响

政府相关政策对土地进行规划和调整，对土地利用的总体发展情况有着重要影响[11].政策所具有的强有力的导向性，引导着社会生产活动类型、经济规模大小、产业开发的顺序等的快速发展，进而影响土地利用类型间的转换及其面积规模的改变.土地资源的开发利用问题一直受到国家和政府的重视.

在甘肃省土地利用总体规划期内(2006～2020)，甘肃省经济社会发展在“中心带动、两翼齐飞、组团发展、整体推进”的发展战略推动下，以交通、生态建设、环境保护等为重点的基础建设战略性工程的实施以及陇东大型煤炭化工基地建设，甘肃省经济社会将全面向工业化中期迈进[12]，这对地处甘肃省东南部的庆阳市、平凉市、天水市及陇南市的土地利用结构变化带来了重大影响：优化了陇东南地区城乡用地的分布结构，城镇建设用地、工业用地迅速增加，农村人口减少，耕地撂荒普遍，耕地面积的比重也随之降低，草地面积大幅增加.在社会经济迅猛发展的当下，合理的规划、利用土地资源，是土地利用走可持续发展道路的关键.

5 结论

本文通过对2008年与2018年这两个年份间陇东南地区土地利用变化情况相关数据的精确计算，并对各驱动因子进行了严密分析，得出了以下结论：(1)通过对2008年至2018年间陇东南地区各类土地利用面积变化数量多少的对比，发现这11年内该地区土地利用类型的整体变化情况是：耕地>未利用土地>草地>城乡居民、工矿用地>林地>水域.(2)11年间，各土地利用类型中耕地面积大幅度减少，其余各类面积都有所增加，尤其是草地和未利用土地，增加最多.减少的耕地面积同其他各土地利用类型增加的面积相接近.(3)人口数量和人口在城乡间的分布变化致使耕地面积大幅度减少，而城乡工矿、居民用地的面积有所增加，国家政策的实施使得陇东南地区土地利用更加规范，居民、建筑用地的分布更加合理.总观各类因子对陇东南地区土地利用变化的影响程度，得知社会经济因子是造成土地利用变化的主要因素.