傅麗華,何燕子,朱 云

(1. 湖南工業(yè)大學(xué)商學(xué)院,中國 株洲 412007；2.湖南師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,中國 長沙 410081)

20世紀(jì)90年代以來,土地利用及覆被變化(LUCC)研究成為全球變化研究領(lǐng)域的重要組成及研究熱點.土地利用變化對生態(tài)環(huán)境及全球變化的影響研究已涵蓋了經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)等多個方面．不同研究區(qū)域的自然及人為驅(qū)動因素作用差異,對區(qū)域土地利用變化產(chǎn)生復(fù)雜而深刻的影響．克萊斯(Claessens, 2009)運用了土地利用變化的CLUE模型及景觀過程變化的LAPSUS模型進(jìn)行模擬,指出土地利用及景觀變化過程在復(fù)雜和多尺度系統(tǒng)中互相聯(lián)系,受多種自然和社會經(jīng)濟(jì)驅(qū)動因素的影響[1]；閆小培等運用GIS技術(shù)對珠三角城市群土地利用變化的人文因素進(jìn)行定性與定量分析,指出人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、城市化與工業(yè)化、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和外資是影響珠江三角洲區(qū)域土地利用變化的主要因子[2],人口、城市化與工業(yè)化因子對土地利用時空變化的影響作用較大,其次是經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)[3]．黃慶旭對1991～2004年北京城市擴(kuò)展?fàn)顩r定量分析,指出北京城市發(fā)展基本風(fēng)貌和格局由城市規(guī)劃、土地利用政策、原有城市格局等宏觀尺度因子決定,社會經(jīng)濟(jì)因素是城市擴(kuò)展的中觀尺度驅(qū)動因子,地形、區(qū)位和交通特別是與高速公路的距離是影響城市擴(kuò)展的微觀尺度因子[4]．

區(qū)域土地利用生態(tài)風(fēng)險的驅(qū)動因子與一定的景觀格局和過程相聯(lián)系,并直接或間接對土地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能產(chǎn)生影響．在多種因子中選擇主導(dǎo)因子進(jìn)行分析,有助于判斷土地利用生態(tài)風(fēng)險的主要驅(qū)動因子及相關(guān)因子的作用方式與過程,也是土地利用生態(tài)風(fēng)險評價和調(diào)控的基礎(chǔ)．

1 土地利用變化驅(qū)動因子篩選

本研究所指的長株潭核心區(qū)以長沙、株洲、湘潭3市城區(qū)為主體,在行政區(qū)域上空間相連并包括了長沙縣、望城縣(由于行政區(qū)劃調(diào)整,2011年5月已改為望城區(qū),但為與統(tǒng)計資料數(shù)據(jù)保持一致,文中涉及的數(shù)據(jù)仍然稱望城縣,其他部分涉及區(qū)劃調(diào)整內(nèi)容也暫不更改)、株洲縣、湘潭縣的區(qū)域．

人類活動的4種主要驅(qū)動過程是農(nóng)業(yè)化、工業(yè)化、城市化、政治化[5]．影響區(qū)域土地利用變化的自然和人文因素復(fù)雜多樣,各驅(qū)動因子之間相互影響、互相制約,引起區(qū)域土地利用變化并導(dǎo)致土地用途及結(jié)構(gòu)發(fā)生改變．

1.1 篩選方法

由于所獲取的土地利用數(shù)據(jù)不是連續(xù)的,因此考慮采取主成分分析方法來判斷主導(dǎo)驅(qū)動力．主成分分析也稱為主分量分析,是由Holtelling于1933年首先提出的．主成分分析將多指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個綜合指標(biāo)進(jìn)行多元統(tǒng)計分析,體現(xiàn)了數(shù)據(jù)降維的思想[6]．在對同一個體進(jìn)行多項觀察時,涉及多個隨機(jī)變量X1,X2,…,Xp等,而這些變量具有一定的相關(guān)性,通過主成分法可以方便地找到能獨立代表某一方面信息特征與個體變異的綜合指標(biāo)來概括信息．單項指標(biāo)在個體間的變異越大,表明該指標(biāo)與其他個體的區(qū)分度越高,指標(biāo)變異大小作為指標(biāo)選擇典型與否的標(biāo)準(zhǔn)．

1.2 分析步驟

以長株潭3市2000～2008年的社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),選取了以下變量作為長株潭土地利用變化的驅(qū)動因子．建成區(qū)面積(X1)、城市化率(X2)、農(nóng)村人口(X3)、城市人口(X4)、GDP(X5)、全社會固定資產(chǎn)投資總額(X6)、地方財政收入(X7)、規(guī)模以上工業(yè)總產(chǎn)值(X8)、農(nóng)民人均純收入(X9)、城鎮(zhèn)居民可支配收入(X10)等，共10個變量．相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表1．

首先選擇2000～2008年的長株潭3市社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,明確社會經(jīng)濟(jì)驅(qū)動因子對土地利用變化的影響程度．分析表明,社會經(jīng)濟(jì)因子之間存在一定的線性相關(guān)性,各變量相關(guān)系數(shù)見表2．

表1 長株潭3市土地利用變化社會經(jīng)濟(jì)因子變量統(tǒng)計數(shù)據(jù)匯總

注:數(shù)據(jù)來源為湖南省2000～2008年統(tǒng)計年鑒.

表2 選擇變量相關(guān)系數(shù)表

1.3 結(jié)果分析

從表2中所選指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)可以得出,建成區(qū)面積與農(nóng)村人口以外的其他指標(biāo)如城市化率、城市人口、GDP等各項社會經(jīng)濟(jì)驅(qū)動指標(biāo)均有很高的相關(guān)關(guān)系．在SPSS17.0軟件支持下的運算結(jié)果表明,第一、二主成分特征值分別為8.68和1.043,2類主成分累計貢獻(xiàn)率為97.28%,并包含了10個變量的絕大部分信息,將相關(guān)數(shù)據(jù)代入相關(guān)入選因子得到主成分荷載矩陣(見表3)．

在SPSS17.0軟件中運行得到結(jié)果如下．第一主成分包括:X9、X10、X7、X5,即農(nóng)民人均純收入、城鎮(zhèn)居民可支配收入、地方財政收入和GDP等.第一主成分的各相關(guān)因子均是反映經(jīng)濟(jì)發(fā)展動態(tài)的主要指標(biāo)；第二主成分包括:X3、X4,即城市人口、農(nóng)村人口,是區(qū)域發(fā)展過程中尤其是城市群發(fā)展變化的最重要的人口增長變化指標(biāo)．主成分分析結(jié)果表明,第一、二主成分包含了最主要的社會經(jīng)濟(jì)驅(qū)動因子．長株潭核心區(qū)土地利用變化分析最主要的社會經(jīng)濟(jì)驅(qū)動因子是經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相關(guān)的因子及人口增長變化因子．結(jié)合長株潭地區(qū)的人口變化特征分析,區(qū)域總?cè)丝谥鸩缴仙?且城市人口的增長速度遠(yuǎn)高于我國人口平均增長速度,農(nóng)村人口則呈下降趨勢,反映了由于大量農(nóng)村剩余勞動力不斷向城市轉(zhuǎn)移,以及由于城市擴(kuò)張對農(nóng)用地的侵占,促使失地農(nóng)民轉(zhuǎn)向城市和非農(nóng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,進(jìn)一步促進(jìn)農(nóng)用地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)化．

表3 主成份荷載矩陣

2 基于景觀生態(tài)學(xué)的土地利用生態(tài)風(fēng)險識別與作用分析

景觀生態(tài)學(xué)研究的核心內(nèi)容是生態(tài)學(xué)過程與尺度之間的相互作用,景觀結(jié)構(gòu)、功能和動態(tài)相互依賴和相互作用,景觀結(jié)構(gòu)與景觀功能的形成和發(fā)展相互影響[7],從景觀生態(tài)學(xué)角度理解空間格局與生態(tài)過程的相互作用關(guān)系[8-9],結(jié)合社會驅(qū)動因子進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險識別是土地利用生態(tài)風(fēng)險分析的關(guān)鍵環(huán)節(jié)．

2.1 社會經(jīng)濟(jì)驅(qū)動因子影響分析

社會經(jīng)濟(jì)驅(qū)動因子對土地利用變化過程、作用方式及變化規(guī)律產(chǎn)生影響．長沙、株洲、湘潭3市作為湖南省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心增長極,近年來一直保持快速發(fā)展的態(tài)勢．以長株潭核心區(qū)土地利用變化最為顯著的2000～2008年這一研究時段為例,選擇人口、GDP、第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)變化率與建成區(qū)面積變化率進(jìn)行比較(見表4，數(shù)據(jù)來源為湖南省2000～2008年統(tǒng)計年鑒)．運用SPSS16.0軟件在相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗的顯著水平為0.05和0.01時,運用Pearson法分析各指標(biāo)的相關(guān)性．結(jié)果表明:在顯著水平為0.05時Pearson相關(guān)分析結(jié)果顯示建成區(qū)土地面積變化與GDP及第二產(chǎn)業(yè)變化率的相關(guān)系數(shù)分別為0.983和0.999,與第一產(chǎn)業(yè)變化率的相關(guān)系數(shù)為-0.104,說明建設(shè)用地面積變化與GDP及第二產(chǎn)業(yè)變化率呈高度正相關(guān)關(guān)系,與第一產(chǎn)業(yè)變化率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系．

表4 長株潭3市區(qū)2000～2008年土地利用與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展速率比較

2.2 土地利用生態(tài)風(fēng)險因子識別

Ruth,Wrbkaa等人認(rèn)為,土地利用是社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)因素長期相互作用的結(jié)果,在一個特定的區(qū)域內(nèi)土地利用變化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人口增長以及景觀之間具有復(fù)雜的聯(lián)系,并形成各種類型的景觀[10-11]．景觀是土地利用生態(tài)風(fēng)險因子作用的綜合體,一定的景觀格局、過程與景觀特征及生態(tài)功能密切聯(lián)系．在具有高度空間異質(zhì)性的區(qū)域或生態(tài)系統(tǒng)中,系統(tǒng)內(nèi)部的變化首先通過景觀結(jié)構(gòu)或要素功能變化表現(xiàn)出相互作用及一定的組成規(guī)律[12]．土地利用變化因子是生態(tài)風(fēng)險的主導(dǎo)因子,各相關(guān)驅(qū)動因子通過不合理的土地利用方式改變土地利用狀況[13-14]．結(jié)合土地利用變化的社會經(jīng)濟(jì)驅(qū)動因子分析,并考慮土地利用方式、程度、景觀格局及功能變化篩選生態(tài)風(fēng)險驅(qū)動因子,如圖1所示．

圖1 土地利用生態(tài)風(fēng)險識別流程圖

2.3 生態(tài)風(fēng)險驅(qū)動因子影響

區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長理論指出,區(qū)域土地利用形態(tài)在時序上的變化通常與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段的轉(zhuǎn)型相對應(yīng),產(chǎn)業(yè)升級極易導(dǎo)致土地利用結(jié)構(gòu)問題并引起生態(tài)系統(tǒng)功能變化[15-16]．如表5所示(相關(guān)數(shù)據(jù)為1989、1996、2000、2008年共4期遙感影像處理導(dǎo)出數(shù)據(jù))，說明在1989～2008年間,不同土地利用類型中,建設(shè)用地與國內(nèi)生產(chǎn)總值的變化更為一致,說明經(jīng)濟(jì)發(fā)展加速是建設(shè)用地增加的主要驅(qū)動力；耕地面積在2000～2008年減少幅度最大,說明建設(shè)用地增加與耕地減少關(guān)聯(lián)度高；林地先減再增加又減的趨勢與研究區(qū)建設(shè)用地占用林地有密切的關(guān)系,但需要注意的是1996～2000年間林地數(shù)量增加,說明該時段建設(shè)用地增加未占有大量林地,2000～2008年間林地與耕地均減少且轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地．

表5 1989～2008年長株潭核心區(qū)國內(nèi)生產(chǎn)總值與建設(shè)用地變化比較

3 結(jié)論與討論

驅(qū)動因子分析是開展區(qū)域土地利用生態(tài)風(fēng)險評價和風(fēng)險調(diào)控的基礎(chǔ)．長株潭城市群土地利用變化受多種因素的影響,土地資源尤其是建設(shè)用地的供求矛盾日益突出,建設(shè)用地的快速增加導(dǎo)致長株潭核心區(qū)土地利用方式變化,不合理的土地利用決策對區(qū)域生態(tài)功能造成較大的影響．

3.1 社會經(jīng)濟(jì)驅(qū)動因子是土地利用生態(tài)風(fēng)險變化的主要驅(qū)動因子

分析結(jié)果表明,經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人口增長這2個社會經(jīng)濟(jì)驅(qū)動因子是最重要的土地利用生態(tài)風(fēng)險因子．經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平對建設(shè)用地擴(kuò)張有直接影響,第二產(chǎn)業(yè)發(fā)展尤其工業(yè)化及經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度與研究區(qū)土地利用變化的關(guān)系最為密切．

3.2 不同驅(qū)動因子作用尺度及影響方式的差異

在多種土地利用變化因素中,區(qū)域尺度的自然因素相對穩(wěn)定,通常表現(xiàn)為累積性效應(yīng),不直接導(dǎo)致土地利用變化,而是通過引起土地利用覆被變化而發(fā)生作用．社會經(jīng)濟(jì)因素則相對活躍,主要通過改變?nèi)祟惖耐恋乩梅绞郊皼Q策來直接影響區(qū)域土地利用變化．在經(jīng)濟(jì)增長、城市化、人口增長等主要社會經(jīng)濟(jì)驅(qū)動因子作用下,土地資源的供求矛盾日益突出,不合理的土地利用方式直接導(dǎo)致土地生態(tài)功能的退化,給生態(tài)環(huán)境造成巨大壓力．

3.3 土地利用生態(tài)風(fēng)險驅(qū)動因子分析的不足

尺度問題一直都是景觀生態(tài)學(xué)研究的重點問題之一,尺度對景觀格局的影響非常明顯,不同時空尺度土地利用生態(tài)風(fēng)險驅(qū)動因子作用存在一定差異,選取合適的驅(qū)動因子是解決驅(qū)動力尺度效應(yīng)的關(guān)鍵．判定驅(qū)動力變化并預(yù)測發(fā)展趨勢,開展土地利用變化驅(qū)動因子的多尺度特征研究有助于提高分析的科學(xué)性,對掌握生態(tài)風(fēng)險作用機(jī)制起到重要的作用．今后應(yīng)更注重對各驅(qū)動因子作用的尺度特征分析,更加重視社會經(jīng)濟(jì)因素及土地利用方式的響應(yīng)問題．

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