靖远县土地利用时空演变及驱动力分析

张清华　胡江玲

摘要 为研究靖远县县域发展和土地利用情况，选取2000、2005、2010、2015、2020年Landsat遥感图像数据和统计年鉴数据，利用土地利用动态度和土地利用转移矩阵分析土地利用结构的变化，采用主成分分析研究主要驱动因素。结果表明，整体上建设用地的单一土地利用动态度最大且变化程度最剧烈，林地土地利用动态度均为正值。未利用地、耕地和建设用地面积增加，林地和水域面积变化不大，草地面积减少。靖远县20年间未利用地面积增加最为明显，其次是建设用地和耕地，草地面积减少较多。靖远县土地利用变化的主要驱动因素与人民生活水平、农业和经济发展水平有很大关系。

关键词 土地利用；时空演变；驱动力；主成分分析；靖远县

中图分类号 F 301.2文献标识码 A文章编号 0517-6611（2023）15-0051-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.15.013

Analysis of Spatial-temporal Evolution and Driving Force of Land Use in Jingyuan County

ZHANG Qing-hua，HU Jiang-ling

（School of Geographical Science and Tourism， Xinjiang Normal University，Urumqi， Xinjiang 830054）

Abstract In order to study the county development and land use of Jingyuan County， Landsat remote sensing image data and statistical yearbook data in 2000， 2005， 2010， 2015 and 2020 were selected to analyze changes of land use structure by land use dynamic degree and land use transfer matrix， and the main driving factors were studied by principal component analysis.The results showed that overall， the single land use dynamic degree of construction land was the largest and the degree of change was the most severe， and the land use dynamic degree of forest land was all positive.The area of unused land， cultivated land and construction land increased， the area of forest land and water area changed little， and the area of grassland decreased.In the past 20 years in Jingyuan County， the unused land area increased most significantly， followed by the construction land and cultivated land. The grassland area decreased more.The main driving factors of land use change in Jingyuan County were closely related to peoples living standards， agricultural and economic development levels.

Key words Land use;Spatial-temporal evolution;Driving force;Principal component analysis;Jingyuan County

20世紀60年代开始，许多学者基于土地利用数据，分析了不同地区土地利用的变化和驱动力［1］。随着我国经济的快速发展和城镇化进程的加快，城镇扩张和生态用地减少问题尤为突出，不合理的土地利用变化导致土地供需矛盾日益突出，所以，研究土地利用变化及其驱动力对实现区域可持续发展有重要意义。曹宇鹏等［2］通过Landsat 影像结合GIS分析昌都市2000—2015年土地利用动态变化；周海菊等［3］应用空间统计技术，结合转移矩阵及GIS空间自相关模型，探究了不同时期林地时空分布动态变化特征及空间聚集规律。董梁蕴等［4］通过构建模型等方法，对郑州市2010—2020 年土地利用时间、结构和重心变化特征进行分析；罗芳等［5］运用PLUS模型，分析了宜宾市1980—2018年耕地的土地利用变化及其驱动力；胡波等［6］采用主成分分析法对1980—2018年定西市的土地利用结构变化和驱动力进行了研究；裴子誉等［7］利用 CA-Markov 模型研究楚雄城市土地利用的动态监测和预测。该研究基于靖远县2000—2020年土地利用变化及驱动力分析，从单一动态度、综合动态度以及土地利用转移矩阵探讨靖远县20年间土地利用演变特征，进而用主成分分析法研究靖远县土地利用变化的驱动因素，以期为靖远县乃至西北地区土地管理以及制定合理的土地利用规划提供参考，有助于缓解靖远县社会经济发展与土地资源之间的矛盾，实现县域土地资源的可持续发展。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

靖远县处于黄土高原西北边缘，是黄土高原沟壑区域，位居甘肃省中部，黄河上游，白银市平川区从中间将县域一分为二，形成南北相对的2个部分（图1）。区位优越，处于甘肃省规划的“一核（兰白核心经济区）一圈（环兰白经济区都市圈）”城市空间布局框架内，属“环兰白经济区都市圈”和“沿黄两岸带形开发”建设的重点区域。地理坐标为104°13′～105°15′E、36°00′～37°15′N。矿产资源丰富，文化积淀深厚，自古就是连接中原与西域的必经通道，成为古丝绸之路北线重镇之一。下辖13个镇、5个乡。截至2020年末，靖远县常住人口37.2万［8］。

1.2 数据来源

该研究选取了空间分辨率为30 m的Landsat遥感数据，包括2000、2005、2010、2015和2020年5个时期的6月中旬无云图像遥感数据。数据来源于中国科学院资源环境科学与数据中心数据平台（http：∥www.resdc.cn）；参照国家标准《土地利用现状分类》（GB/T 21010—2017），将靖远县土地利用分为6种类型，分别为建设用地、耕地、草地、林地、水域和未利用土地［9］。人口和社会经济数据来源于《甘肃发展年鉴》（2000—2020年）及靖远县统计局。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用动态度分析。

单一土地利用动态度一般是指某一土地利用类型面积在一定时间内的变化速率，用来反映在研究时段内土地利用类型变化的剧烈程度［10］。其计算公式如下：

式中：K 为土地利用动态度；Ua为研究初期某土地利用类型的数量；Ub为研究末期某土地利用类型的数量；T为研究时长。

综合土地利用动态度表示综合土地利用变化的年变化率［11-13］。计算公式如下：

式中：Lc为研究区土地利用综合动态度；LUi为研究初始时间第i类土地利用类型的面积；△LUi-j为研究时段第i类土地转化为第j类土地利用类型面积的绝对值；T为研究时长。

1.3.2 土地利用转移矩阵。

土地利用转移矩阵是一种分析土地类型如何变化的研究方法，它可以显示土地利用变化的动态结构特征，该方法可以展现土地利用变化的动态结构特征［14］，可以具体反映土地类型之间面积的变化和方向的转移。

1.3.3 主成分分析。

主成分分析法是一种降维的统计方法，是将原来的变量重新组合成一组新的且相互无关的综合变量，同时根据实际需要，可以从中取出几个较少的总和变量，以尽可能多地反映原来变量的信息［15］，该研究使用此方法分析影响土地利用变化的因素。

2 结果与分析

2.1 土地利用现状变化

从表1可以看出，靖远县土地面积以耕地和草地占比较大，占全县总面积的90%以上，其中草地分布最广，占总面积的60%左右。2000—2020年，未利用地、耕地和建设用地面积增加，林地和水域面积变化不大，草地面积减少。未利用地面积增加最多，增加19.82 km2，其主要是2015—2020年增加最多，增加15.87 km2，主要是裸土地的增加；其次是建设用地和耕地，20年间总增加量分别为6.24和6.22 km2，但2005—2010年耕地和建设用地面积变化较大，耕地增加了27.40 km2，建设用地减少了9.07 km2；草地面积减少较多，由2000年的3 441.98 km2减少至2020年的3 404.83 km2，总减少量为37.15 km2，其中2005—2010和2015—2020年减少较多，分别为19.15和16.48 km2。利用ArcGIS制作出研究区2000、2005、2010、2015和2020年土地利用类型现状（图2）。

2.2 土地利用动态度分析

从2000—2020年靖远县土地利用的动态变化程度（表2）可以看出，2000—2005、2005—2010、2010—2015和2015—2020年土地综合利用的动态度分别为0.05%、0.12%、0.03%和0.08%。在单一土地利用动态度方面，2000—2005年耕地、草地和水域面积均呈负增长，动态度分别为-0.09%、-0.03%和-0.05%，其余土地利用类型均为正增长，其中未利用地动态度为 1.65%，综合来看，该时段建设用地和未利用地变化速率较大；2005—2010年，水域为明显正增长，动态度为2.17%，建设用地和未利用地明显负增长，动态度分别为-1.84%、-0.74%，其余土地类型动态度变化不大；2010—2015 年，耕地、未利用地动态度分别为-0.09%、-0.16%，呈负增长，其余用地类型均為正增长，建设用地动态度为1.02%，正向变动相对较大；2015—2020 年，建设用地、未利用地、林地均呈正增长，其中未利用地动态度为2.67%，正向变动相对较大，其余用地类型均呈负增长，其中水域动态度为-0.74%，综合来看，该时段未利用地变化速率较大。

2.3 土地利用转移矩阵分析

从表3～4和图3可以看出，2000—2020年靖远县土地利用类型发生了变化。其中2000—2010、2010—2020年草地转为耕地的转出量分别为68.58和62.29 km2，分别占转出总量的85.44%和68.08%；草地转为未利用地的面积分别为4.33和15.13 km2，草地转为其他用地不多。耕地面积有少量增加，主要转出类型为草地，2000—2010、2010—2020年耕地转出为草地的面积分别为 46.33和67.25 km2，占转出总量的 60.10% 和79.60%，但2000—2010年分别向建设用地和未利用地转入23.95和2.65 km2，2010—2020年向建设用地转入5.31 km2；2000—2010年耕地共转出77.09 km2，转入96.13 km2，净增加19.04 km2。林地面积变化基本趋于稳定，主要是林地和草地相互转化，2000—2010年林地转为草地1.63 km2，草地转为林地2.47 km2，2010—2020年分别转化4.11和4.20 km2；2010—2020年林地转出为水域的面积非常小，仅为0.01 km2，且几乎无相互转移。建设用地以转入为主，耕地、草地、林地、水域和未利用地均有转入，其中耕地贡献量最大，2000—2010和2010—2020年转入面积分别为15.53和10.33 km2，贡献率分别为77.61%和51.62%；其次是草地，转入面积分别为4.42和8.64 km2，贡献率分别为22.09%和43.18%；建设用地与林地、水域、未利用地的流转关系相对较弱。2000—2020年水域和耕地、草地相互转化，且水域和林地几乎无相互转移，但整体有轻微增加，与农用地需要灌溉有关。

2.4 土地利用变化驱动力分析

根据驱动因子的选取原则，结合统计年鉴及相关资料，对人口、经济、产业结构、农业现代化水平等15个相关因子数据进行分析［6］，建立靖远县土地利用变化评价指标体系（表5）。

按照特征值＞1的标准，提取3个主成分（表6），累计贡献率为96.850%，各因子的贡献率分别是69.178%、20.322%和7.350%，可以较好地反映原始数据的特征。

从旋转后的驱动因子载荷矩阵（表7）可以看出，第一主成分与GDP（X3）、人均GDP（X4）、粮食产量（X5）、财政收入（X7）、农作物总播种面积（X8）、社会消费品零售总额（X10）、肉类产量（X15）有明显的正相关，这些变量可以反映出靖远县的农业技术、经济发展水平以及人民生产生活水平。人民生活水平的提高，地方财政的收入以及固定资产投资的增加会相应地增加资源需求量，调整产业结构，从而增加农业效益，经济的快速发展影响着土地利用方式。人们的生产生活质量、农业和经济发展水平是靖远县土地利用变化的主要驱动力。

第二主成分与农村人口数（X2）、农用机械总动力（X12）、行业增加值（X14）有较大的正相关。靖远县农村总人口从2000年的43.00万人增加至2020年的44.39万人。农村人口、农用机械总动力和行业增加值增加，导致建设用地增加，从而使得土地利用方式进一步发生改变。

第三主成分与工业增加值（X13）正相关较大，工业增加值从2000年的19 253万元增加至2020年的53 630万元。靖远县是传统农业大县和全省一二三产业融合发展示范县，有三大工业园区，刘川工业集中区主要产业是特色新材料和循环化工，金三角生态农业科技创业园产业定位是农畜产品和中药材加工，而银三角中小工业园区主导商贸物流服务和节能环保产业，所以产业的发展以及工业增加值逐年上升也是影响土地利用变化的驱动力。

3 结论与讨论

（1）靖远县土地利用类型以草地和耕地为主，占全县总面积的90%以上。2005—2010年综合土地利用度最大；整体上建设用地的单一土地利用动态度最大且变化程度最剧烈，林地土地利用动态度均为正值。总体来看，未利用地、耕地和建设用地面积增加，林地和水域面积变化不大，草地面积减少。

（2）20年间靖远县未利用地面积增加最为明显，且2015—2020年增加最多，主要是裸土地的增加；其次是建设用地和耕地，20年间总量增加，但2005—2010年耕地和建设用地面积变化较大，耕地增加，建设用地减少；草地面积减少较多，其中2005—2010和2015—2020年减少较多。2000—2010年草地和建设用地以转出为主，其他用地都以转入为主；2010—2020年草地、耕地、水域以转出为主，建设用地、未利用地以转入为主，林地转移不大。

（3）靖远县土地利用变化的主要驱动因素与人民生活水平、农业和经济发展水平有很大关系，也与农村人口和农用机械总动力增加以及行业增加值相关。总体而言，土地利用变化的主要驱动因素是社会经济的发展、产业结构的调整以及城镇化进程中政府政策的实施和调控。

近年来，科技创新能力提高，人们生活水平提高，随之而来的是快速城镇化、工业化。而土地是人们赖以生存的家园，不管是自然环境的改变还是人类活动的影响都会导致土地利用类型发生改变。但自然环境改变需要一个漫长的过程，所以在短时序列不会对土地利用造成影响，人类活动在短时期内易对土地类型产生影响。20年间靖远县未利用地、耕地和建设用地面积增加，林地和水域面积变化不大，草地面积减少。县域内半干旱和干旱地区分布较多，水土流失面积大、沙漠化和土地盐渍化严重，导致草地面积减少。城镇化进程的加快也导致城市扩张现象严重，建设用地和耕地的增加就会占用其他类型的土地，尤其草地减少最多。甘肃省退耕还林政策率先进行了试点，对土地利用变化也产生了很大的影响［16］。总体而言，20年间靖远县土地利用程度较低，变化较小，与和政县小南岔河区［17］、张掖市山丹县［18］的研究结果类似，相比与青神县［19］和竹山县［20］土地利用变化以及产业转化變动较大。其主要原因是西北干旱地区土地利用程度低，人为干扰程度小。该研究主要以靖远县全县为总体研究，没有细分到每一个乡镇，是一个缺陷，不同的乡镇特色产业不同，主要用地类型也有所差异，而且对政策的解说太少，今后需要深度挖掘。

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作者简介 张清华（1997—），女，甘肃靖远人，硕士研究生，研究方向：城市地理与规划。

*通信作者，副教授，博士，硕士生导师，从事城市地理与规划方面的研究。

收稿日期 2023-02-20；修回日期 2023-03-16