靖遠(yuǎn)縣土地利用時(shí)空演變及驅(qū)動(dòng)力分析

張清華　胡江玲

摘要 為研究靖遠(yuǎn)縣縣域發(fā)展和土地利用情況，選取2000、2005、2010、2015、2020年Landsat遙感圖像數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)，利用土地利用動(dòng)態(tài)度和土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析土地利用結(jié)構(gòu)的變化，采用主成分分析研究主要驅(qū)動(dòng)因素。結(jié)果表明，整體上建設(shè)用地的單一土地利用動(dòng)態(tài)度最大且變化程度最劇烈，林地土地利用動(dòng)態(tài)度均為正值。未利用地、耕地和建設(shè)用地面積增加，林地和水域面積變化不大，草地面積減少。靖遠(yuǎn)縣20年間未利用地面積增加最為明顯，其次是建設(shè)用地和耕地，草地面積減少較多。靖遠(yuǎn)縣土地利用變化的主要驅(qū)動(dòng)因素與人民生活水平、農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平有很大關(guān)系。

關(guān)鍵詞 土地利用；時(shí)空演變；驅(qū)動(dòng)力；主成分分析；靖遠(yuǎn)縣

中圖分類號(hào) F 301.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 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(jì)60年代開始，許多學(xué)者基于土地利用數(shù)據(jù)，分析了不同地區(qū)土地利用的變化和驅(qū)動(dòng)力［1］。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城鎮(zhèn)擴(kuò)張和生態(tài)用地減少問(wèn)題尤為突出，不合理的土地利用變化導(dǎo)致土地供需矛盾日益突出，所以，研究土地利用變化及其驅(qū)動(dòng)力對(duì)實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展有重要意義。曹宇鵬等［2］通過(guò)Landsat 影像結(jié)合GIS分析昌都市2000—2015年土地利用動(dòng)態(tài)變化；周海菊等［3］應(yīng)用空間統(tǒng)計(jì)技術(shù)，結(jié)合轉(zhuǎn)移矩陣及GIS空間自相關(guān)模型，探究了不同時(shí)期林地時(shí)空分布動(dòng)態(tài)變化特征及空間聚集規(guī)律。董梁蘊(yùn)等［4］通過(guò)構(gòu)建模型等方法，對(duì)鄭州市2010—2020 年土地利用時(shí)間、結(jié)構(gòu)和重心變化特征進(jìn)行分析；羅芳等［5］運(yùn)用PLUS模型，分析了宜賓市1980—2018年耕地的土地利用變化及其驅(qū)動(dòng)力；胡波等［6］采用主成分分析法對(duì)1980—2018年定西市的土地利用結(jié)構(gòu)變化和驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行了研究；裴子譽(yù)等［7］利用 CA-Markov 模型研究楚雄城市土地利用的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)。該研究基于靖遠(yuǎn)縣2000—2020年土地利用變化及驅(qū)動(dòng)力分析，從單一動(dòng)態(tài)度、綜合動(dòng)態(tài)度以及土地利用轉(zhuǎn)移矩陣探討靖遠(yuǎn)縣20年間土地利用演變特征，進(jìn)而用主成分分析法研究靖遠(yuǎn)縣土地利用變化的驅(qū)動(dòng)因素，以期為靖遠(yuǎn)縣乃至西北地區(qū)土地管理以及制定合理的土地利用規(guī)劃提供參考，有助于緩解靖遠(yuǎn)縣社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與土地資源之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)縣域土地資源的可持續(xù)發(fā)展。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

靖遠(yuǎn)縣處于黃土高原西北邊緣，是黃土高原溝壑區(qū)域，位居甘肅省中部，黃河上游，白銀市平川區(qū)從中間將縣域一分為二，形成南北相對(duì)的2個(gè)部分（圖1）。區(qū)位優(yōu)越，處于甘肅省規(guī)劃的“一核（蘭白核心經(jīng)濟(jì)區(qū)）一圈（環(huán)蘭白經(jīng)濟(jì)區(qū)都市圈）”城市空間布局框架內(nèi)，屬“環(huán)蘭白經(jīng)濟(jì)區(qū)都市圈”和“沿黃兩岸帶形開發(fā)”建設(shè)的重點(diǎn)區(qū)域。地理坐標(biāo)為104°13′～105°15′E、36°00′～37°15′N。礦產(chǎn)資源豐富，文化積淀深厚，自古就是連接中原與西域的必經(jīng)通道，成為古絲綢之路北線重鎮(zhèn)之一。下轄13個(gè)鎮(zhèn)、5個(gè)鄉(xiāng)。截至2020年末，靖遠(yuǎn)縣常住人口37.2萬(wàn)［8］。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

該研究選取了空間分辨率為30 m的Landsat遙感數(shù)據(jù)，包括2000、2005、2010、2015和2020年5個(gè)時(shí)期的6月中旬無(wú)云圖像遙感數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)平臺(tái)（http：∥www.resdc.cn）；參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB/T 21010—2017），將靖遠(yuǎn)縣土地利用分為6種類型，分別為建設(shè)用地、耕地、草地、林地、水域和未利用土地［9］。人口和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于《甘肅發(fā)展年鑒》（2000—2020年）及靖遠(yuǎn)縣統(tǒng)計(jì)局。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用動(dòng)態(tài)度分析。

單一土地利用動(dòng)態(tài)度一般是指某一土地利用類型面積在一定時(shí)間內(nèi)的變化速率，用來(lái)反映在研究時(shí)段內(nèi)土地利用類型變化的劇烈程度［10］。其計(jì)算公式如下：

式中：K 為土地利用動(dòng)態(tài)度；Ua為研究初期某土地利用類型的數(shù)量；Ub為研究末期某土地利用類型的數(shù)量；T為研究時(shí)長(zhǎng)。

綜合土地利用動(dòng)態(tài)度表示綜合土地利用變化的年變化率［11-13］。計(jì)算公式如下：

式中：Lc為研究區(qū)土地利用綜合動(dòng)態(tài)度；LUi為研究初始時(shí)間第i類土地利用類型的面積；△LUi-j為研究時(shí)段第i類土地轉(zhuǎn)化為第j類土地利用類型面積的絕對(duì)值；T為研究時(shí)長(zhǎng)。

1.3.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣是一種分析土地類型如何變化的研究方法，它可以顯示土地利用變化的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)特征，該方法可以展現(xiàn)土地利用變化的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)特征［14］，可以具體反映土地類型之間面積的變化和方向的轉(zhuǎn)移。

1.3.3 主成分分析。

主成分分析法是一種降維的統(tǒng)計(jì)方法，是將原來(lái)的變量重新組合成一組新的且相互無(wú)關(guān)的綜合變量，同時(shí)根據(jù)實(shí)際需要，可以從中取出幾個(gè)較少的總和變量，以盡可能多地反映原來(lái)變量的信息［15］，該研究使用此方法分析影響土地利用變化的因素。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用現(xiàn)狀變化

從表1可以看出，靖遠(yuǎn)縣土地面積以耕地和草地占比較大，占全縣總面積的90%以上，其中草地分布最廣，占總面積的60%左右。2000—2020年，未利用地、耕地和建設(shè)用地面積增加，林地和水域面積變化不大，草地面積減少。未利用地面積增加最多，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；其次是建設(shè)用地和耕地，20年間總增加量分別為6.24和6.22 km2，但2005—2010年耕地和建設(shè)用地面積變化較大，耕地增加了27.40 km2，建設(shè)用地減少了9.07 km2；草地面積減少較多，由2000年的3 441.98 km2減少至2020年的3 404.83 km2，總減少量為37.15 km2，其中2005—2010和2015—2020年減少較多，分別為19.15和16.48 km2。利用ArcGIS制作出研究區(qū)2000、2005、2010、2015和2020年土地利用類型現(xiàn)狀（圖2）。

2.2 土地利用動(dòng)態(tài)度分析

從2000—2020年靖遠(yuǎn)縣土地利用的動(dòng)態(tài)變化程度（表2）可以看出，2000—2005、2005—2010、2010—2015和2015—2020年土地綜合利用的動(dòng)態(tài)度分別為0.05%、0.12%、0.03%和0.08%。在單一土地利用動(dòng)態(tài)度方面，2000—2005年耕地、草地和水域面積均呈負(fù)增長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)度分別為-0.09%、-0.03%和-0.05%，其余土地利用類型均為正增長(zhǎng)，其中未利用地動(dòng)態(tài)度為 1.65%，綜合來(lái)看，該時(shí)段建設(shè)用地和未利用地變化速率較大；2005—2010年，水域?yàn)槊黠@正增長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)度為2.17%，建設(shè)用地和未利用地明顯負(fù)增長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)度分別為-1.84%、-0.74%，其余土地類型動(dòng)態(tài)度變化不大；2010—2015 年，耕地、未利用地動(dòng)態(tài)度分別為-0.09%、-0.16%，呈負(fù)增長(zhǎng)，其余用地類型均為正增長(zhǎng)，建設(shè)用地動(dòng)態(tài)度為1.02%，正向變動(dòng)相對(duì)較大；2015—2020 年，建設(shè)用地、未利用地、林地均呈正增長(zhǎng)，其中未利用地動(dòng)態(tài)度為2.67%，正向變動(dòng)相對(duì)較大，其余用地類型均呈負(fù)增長(zhǎng)，其中水域動(dòng)態(tài)度為-0.74%，綜合來(lái)看，該時(shí)段未利用地變化速率較大。

2.3 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析

從表3～4和圖3可以看出，2000—2020年靖遠(yuǎn)縣土地利用類型發(fā)生了變化。其中2000—2010、2010—2020年草地轉(zhuǎn)為耕地的轉(zhuǎn)出量分別為68.58和62.29 km2，分別占轉(zhuǎn)出總量的85.44%和68.08%；草地轉(zhuǎn)為未利用地的面積分別為4.33和15.13 km2，草地轉(zhuǎn)為其他用地不多。耕地面積有少量增加，主要轉(zhuǎn)出類型為草地，2000—2010、2010—2020年耕地轉(zhuǎn)出為草地的面積分別為 46.33和67.25 km2，占轉(zhuǎn)出總量的 60.10% 和79.60%，但2000—2010年分別向建設(shè)用地和未利用地轉(zhuǎn)入23.95和2.65 km2，2010—2020年向建設(shè)用地轉(zhuǎn)入5.31 km2；2000—2010年耕地共轉(zhuǎn)出77.09 km2，轉(zhuǎn)入96.13 km2，凈增加19.04 km2。林地面積變化基本趨于穩(wěn)定，主要是林地和草地相互轉(zhuǎn)化，2000—2010年林地轉(zhuǎn)為草地1.63 km2，草地轉(zhuǎn)為林地2.47 km2，2010—2020年分別轉(zhuǎn)化4.11和4.20 km2；2010—2020年林地轉(zhuǎn)出為水域的面積非常小，僅為0.01 km2，且?guī)缀鯚o(wú)相互轉(zhuǎn)移。建設(shè)用地以轉(zhuǎn)入為主，耕地、草地、林地、水域和未利用地均有轉(zhuǎn)入，其中耕地貢獻(xiàn)量最大，2000—2010和2010—2020年轉(zhuǎn)入面積分別為15.53和10.33 km2，貢獻(xiàn)率分別為77.61%和51.62%；其次是草地，轉(zhuǎn)入面積分別為4.42和8.64 km2，貢獻(xiàn)率分別為22.09%和43.18%；建設(shè)用地與林地、水域、未利用地的流轉(zhuǎn)關(guān)系相對(duì)較弱。2000—2020年水域和耕地、草地相互轉(zhuǎn)化，且水域和林地幾乎無(wú)相互轉(zhuǎn)移，但整體有輕微增加，與農(nóng)用地需要灌溉有關(guān)。

2.4 土地利用變化驅(qū)動(dòng)力分析

根據(jù)驅(qū)動(dòng)因子的選取原則，結(jié)合統(tǒng)計(jì)年鑒及相關(guān)資料，對(duì)人口、經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平等15個(gè)相關(guān)因子數(shù)據(jù)進(jìn)行分析［6］，建立靖遠(yuǎn)縣土地利用變化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（表5）。

按照特征值＞1的標(biāo)準(zhǔn)，提取3個(gè)主成分（表6），累計(jì)貢獻(xiàn)率為96.850%，各因子的貢獻(xiàn)率分別是69.178%、20.322%和7.350%，可以較好地反映原始數(shù)據(jù)的特征。

從旋轉(zhuǎn)后的驅(qū)動(dòng)因子載荷矩陣（表7）可以看出，第一主成分與GDP（X3）、人均GDP（X4）、糧食產(chǎn)量（X5）、財(cái)政收入（X7）、農(nóng)作物總播種面積（X8）、社會(huì)消費(fèi)品零售總額（X10）、肉類產(chǎn)量（X15）有明顯的正相關(guān)，這些變量可以反映出靖遠(yuǎn)縣的農(nóng)業(yè)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平以及人民生產(chǎn)生活水平。人民生活水平的提高，地方財(cái)政的收入以及固定資產(chǎn)投資的增加會(huì)相應(yīng)地增加資源需求量，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，從而增加農(nóng)業(yè)效益，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展影響著土地利用方式。人們的生產(chǎn)生活質(zhì)量、農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平是靖遠(yuǎn)縣土地利用變化的主要驅(qū)動(dòng)力。

第二主成分與農(nóng)村人口數(shù)（X2）、農(nóng)用機(jī)械總動(dòng)力（X12）、行業(yè)增加值（X14）有較大的正相關(guān)。靖遠(yuǎn)縣農(nóng)村總?cè)丝趶?000年的43.00萬(wàn)人增加至2020年的44.39萬(wàn)人。農(nóng)村人口、農(nóng)用機(jī)械總動(dòng)力和行業(yè)增加值增加，導(dǎo)致建設(shè)用地增加，從而使得土地利用方式進(jìn)一步發(fā)生改變。

第三主成分與工業(yè)增加值（X13）正相關(guān)較大，工業(yè)增加值從2000年的19 253萬(wàn)元增加至2020年的53 630萬(wàn)元。靖遠(yuǎn)縣是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大縣和全省一二三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展示范縣，有三大工業(yè)園區(qū)，劉川工業(yè)集中區(qū)主要產(chǎn)業(yè)是特色新材料和循環(huán)化工，金三角生態(tài)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)業(yè)園產(chǎn)業(yè)定位是農(nóng)畜產(chǎn)品和中藥材加工，而銀三角中小工業(yè)園區(qū)主導(dǎo)商貿(mào)物流服務(wù)和節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)，所以產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及工業(yè)增加值逐年上升也是影響土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力。

3 結(jié)論與討論

（1）靖遠(yuǎn)縣土地利用類型以草地和耕地為主，占全縣總面積的90%以上。2005—2010年綜合土地利用度最大；整體上建設(shè)用地的單一土地利用動(dòng)態(tài)度最大且變化程度最劇烈，林地土地利用動(dòng)態(tài)度均為正值?？傮w來(lái)看，未利用地、耕地和建設(shè)用地面積增加，林地和水域面積變化不大，草地面積減少。

（2）20年間靖遠(yuǎn)縣未利用地面積增加最為明顯，且2015—2020年增加最多，主要是裸土地的增加；其次是建設(shè)用地和耕地，20年間總量增加，但2005—2010年耕地和建設(shè)用地面積變化較大，耕地增加，建設(shè)用地減少；草地面積減少較多，其中2005—2010和2015—2020年減少較多。2000—2010年草地和建設(shè)用地以轉(zhuǎn)出為主，其他用地都以轉(zhuǎn)入為主；2010—2020年草地、耕地、水域以轉(zhuǎn)出為主，建設(shè)用地、未利用地以轉(zhuǎn)入為主，林地轉(zhuǎn)移不大。

（3）靖遠(yuǎn)縣土地利用變化的主要驅(qū)動(dòng)因素與人民生活水平、農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平有很大關(guān)系，也與農(nóng)村人口和農(nóng)用機(jī)械總動(dòng)力增加以及行業(yè)增加值相關(guān)?？傮w而言，土地利用變化的主要驅(qū)動(dòng)因素是社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及城鎮(zhèn)化進(jìn)程中政府政策的實(shí)施和調(diào)控。

近年來(lái)，科技創(chuàng)新能力提高，人們生活水平提高，隨之而來(lái)的是快速城鎮(zhèn)化、工業(yè)化。而土地是人們賴以生存的家園，不管是自然環(huán)境的改變還是人類活動(dòng)的影響都會(huì)導(dǎo)致土地利用類型發(fā)生改變。但自然環(huán)境改變需要一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，所以在短時(shí)序列不會(huì)對(duì)土地利用造成影響，人類活動(dòng)在短時(shí)期內(nèi)易對(duì)土地類型產(chǎn)生影響。20年間靖遠(yuǎn)縣未利用地、耕地和建設(shè)用地面積增加，林地和水域面積變化不大，草地面積減少?？h域內(nèi)半干旱和干旱地區(qū)分布較多，水土流失面積大、沙漠化和土地鹽漬化嚴(yán)重，導(dǎo)致草地面積減少。城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快也導(dǎo)致城市擴(kuò)張現(xiàn)象嚴(yán)重，建設(shè)用地和耕地的增加就會(huì)占用其他類型的土地，尤其草地減少最多。甘肅省退耕還林政策率先進(jìn)行了試點(diǎn)，對(duì)土地利用變化也產(chǎn)生了很大的影響［16］。總體而言，20年間靖遠(yuǎn)縣土地利用程度較低，變化較小，與和政縣小南岔河區(qū)［17］、張掖市山丹縣［18］的研究結(jié)果類似，相比與青神縣［19］和竹山縣［20］土地利用變化以及產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化變動(dòng)較大。其主要原因是西北干旱地區(qū)土地利用程度低，人為干擾程度小。該研究主要以靖遠(yuǎn)縣全縣為總體研究，沒(méi)有細(xì)分到每一個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，是一個(gè)缺陷，不同的鄉(xiāng)鎮(zhèn)特色產(chǎn)業(yè)不同，主要用地類型也有所差異，而且對(duì)政策的解說(shuō)太少，今后需要深度挖掘。

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作者簡(jiǎn)介 張清華（1997—），女，甘肅靖遠(yuǎn)人，碩士研究生，研究方向：城市地理與規(guī)劃。

*通信作者，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，從事城市地理與規(guī)劃方面的研究。

收稿日期 2023-02-20；修回日期 2023-03-16