李宗怡，葛欣怡

（南京林業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟管理學(xué)院，南京210037）

目前，學(xué)者們研究城市土地利用變化主要集中在時空動態(tài)分析、情景模擬以及生態(tài)效應(yīng)等方面[1-3]。對城市土地的時空動態(tài)分析，主要是基于遙感影像數(shù)據(jù)的獲取。蔣金亮等人以4期TM影響為數(shù)據(jù)源，結(jié)合其他分析手段，指出1980-2010期間，南京市城市擴張類型以邊緣式增長為主，但土地擴張速度相較于城市人口增長速度而言，開始下降[4]。在情景模擬方面，學(xué)者們用到的模型主要有元胞自動機模型[5]、多智能體系統(tǒng)模型[6]、系統(tǒng)動力學(xué)模型[7]以及CLUE-S模型[8]等；對于生態(tài)效應(yīng)的研究，主要體現(xiàn)在由城市擴張引起的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化上[9-10]。研究表明，南京市建設(shè)用地的擴張，導(dǎo)致了城市的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值負(fù)值日漸加大[11]。而在驅(qū)動力研究方面，研究者們大多采用回歸以及相關(guān)性分析，對社會經(jīng)濟、人口等因子進行定量研究[12-13]；在政策因素上的量化研究較少，僅有少量學(xué)者對宏觀尺度驅(qū)動力（包括土地利用規(guī)劃、政府發(fā)展戰(zhàn)略方針等）使用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進行度量。

南京作為江蘇省的省會城市，經(jīng)濟發(fā)展勢頭良好，人口快速增長，城市化進程日益加快。本文以南京市1995年、2000年、2010年的土地利用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)對南京市土地利用變化及其驅(qū)動力進行分析。隨著南京都市圈一體化進程的推進，在設(shè)立江北新區(qū)的背景下[14]，研究南京市發(fā)展的時空變化有助于揭示其變化特征，對南京市土地資源的利用與規(guī)劃具有一定參考價值。

1 研究區(qū)域及方法

1.1 研究區(qū)概況

南京位于長江中下游平原，地理坐標(biāo)介于北緯31°14′~32°37′、東經(jīng)118°22′~119°14′之間，屬于長江流域四大中心城市，在華東地區(qū)作為重要交通樞紐存在[15-16]。全市下轄11個區(qū)，包括玄武、秦淮、建鄴、鼓樓、浦口、棲霞、雨花臺、江寧、六合、溧水和高淳。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，南京市2017年年末常住人口數(shù)達(dá)到833.50萬人，城鎮(zhèn)化率由2005年的76.24%上升到2017年的82.29%[17]，三產(chǎn)占比也由1990年的9.7∶54.5∶35.8調(diào) 整 到2017年 的2.2∶38.0∶59.7。隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整、城鎮(zhèn)化率的不斷上升，南京市土地利用的結(jié)構(gòu)和強度也隨之發(fā)生了重大變化。

1.2 數(shù)據(jù)與方法

1.2.1 數(shù)據(jù)來源

研究使用的土地利用矢量數(shù)據(jù)包括1995年、2000年以及2010年長江三角洲1：10萬土地利用數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)源自國家科技基礎(chǔ)條件平臺—國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心—長江三角洲科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://nnu.geodata.cn:8008)[18]，并利用ArcGIS10.5裁剪數(shù)據(jù)，得到南京市土地利用現(xiàn)狀圖；然后在ENVI 5.3中進行分析，得到了15a間土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。社會經(jīng)濟類統(tǒng)計數(shù)據(jù)全部來自1996-2011年南京市統(tǒng)計年鑒。數(shù)據(jù)源屬性中，將地類分成了六個一級分類和25個下屬二級分類；考慮到南京市土地利用的實際狀況，本研究最終把南京市的土地利用類型分為6類，包括耕地、林地、草地、水域、城鄉(xiāng)工礦居民用地（分為城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點和其他建設(shè)用地）以及未利用地。

1.2.2 單一土地利用動態(tài)度

單一土地利用動態(tài)度可以表達(dá)在一定時間范圍內(nèi)，研究區(qū)的某種土地利用類型在數(shù)量上是如何變化的[19]。計算不同土地利用類型的動態(tài)度可以反映出研究區(qū)土地利用類型的變化大小，其計算公式為：

其中，Ua、Ub分別表示的是研究期初和研究期末某種土地利用類型的面積，Ta和Tb則表示對應(yīng)研究期初和期末的時間。本研究中，Ta和Tb以年為單位計算，K表示的是研究區(qū)域該種土地利用類型的年變化率。

1.2.3 土地利用信息熵

土地利用的信息熵反映的是整個土地利用系統(tǒng)的有序程度；信息熵的值越大，不同土地利用類型就越多，各利用類型之間的面積差就越小，土地利用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也更加均衡。其表達(dá)式為[20]：

式中，Pi表示第i類土地利用類型的面積在總面積上所占比重。

1.2.4 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣對區(qū)域內(nèi)土地利用變化的結(jié)構(gòu)特征以及各類用地變化的方向有著良好的刻畫效果[21]。它可以表達(dá)為如下公式：

S表示土地面積；n為土地利用類型的種類；Sij表示的是i類轉(zhuǎn)換為j類的面積(i,j=1,2,3,...,n)。

1.2.5 主成分分析法

土地利用變化的影響因素繁多，主要可以分為自然因素和人文社會因素。南京市位于長江三角洲，經(jīng)濟發(fā)達(dá)，城鎮(zhèn)化率高，可以認(rèn)為這一地區(qū)內(nèi)，人類活動對于土地利用變化的影響程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過自然因素。因此，本文主要研究人文社會驅(qū)動因素對南京市土地利用的影響。根據(jù)以往的研究成果，主成分分析法是目前對驅(qū)動力的定量分析中較為有效的方法，它能夠很好地解決多元變量間的共線性問題，將若干變量壓縮成幾個獨立的部分，從而提取出幾個主成分以代替原有變量[22-23]。其理論模型為[24]：

假定有n個樣本，每個樣本有m個變量，這樣就構(gòu)成一個n×m階矩陣，

記原變量為a1,a2,...,am，設(shè)其降維后的新變量為Y1,Y2,...,Yp（p≤m），則

lij表示線性組合的系數(shù)，Y1,Y2,...,Yp互不相關(guān)，Yi（i=1,2,...,p）為a1,a2,...,am所有線性組合中的最大方差，其在總方差中的比例由Y1到Y(jié)p依次遞減。新的變量Y1,Y2,...,Yp分別為原變量a1,a2,...,am的第一、第二、...、第p主成分。

2 結(jié)果

2.1 土地利用空間格局變化

經(jīng)過ArcGIS處理后的南京市1995-2010年3期土地利用類型分布情況如圖1所示。可以看出，在1995-2010年的15年間，南京市土地利用情況以耕地為主。城鄉(xiāng)工礦居民用地明顯增加，并且呈現(xiàn)出從中心往外大幅擴張的趨勢；其中，江北地區(qū)、江寧區(qū)、高淳區(qū)和溧水區(qū)的城鄉(xiāng)工礦居民用地都表現(xiàn)出了較為明顯的變化。水域面積也有較大變化，其增加部分主要出現(xiàn)在高淳區(qū)。

圖1 1995-2010年間南京市土地利用類型圖

2.2 土地利用數(shù)量變化

從土地利用結(jié)構(gòu)來看（見表1），1995-2010年南京市土地利用結(jié)構(gòu)以耕地、城鄉(xiāng)工礦居民用地、林地以及水域為主，這4種土地利用類型面積在1995年分別為這4種土地利用類型面積所占比重在1995年分別為63.05%、15.90%、10.74%、9.34%；在2000年，其面積變化占比為53.40%、23.75%、10.18%、11.45%；而到了2010年，這四類分別占比為51.19%、25.34%、10.42%、11.82%。耕地降低的總比重達(dá)到11.86%，林地的面積變化的最終結(jié)果雖然也是減少，但在1995-2000年出現(xiàn)了10.01km2的增加；而城鄉(xiāng)工礦居民用地以及水域的面積皆增大。草地和未利用地在南京市土地利用結(jié)構(gòu)里所占面積較?。貉芯科陂g，草地的面積比重由0.91%減少到0.83%；未利用地的面積在1995-2000年的5年間幾乎沒有變化，但是在在2000-2010年期間卻出現(xiàn)了大幅增加。

表1 1995-2010南京市土地利用類型面積

2.3 土地利用類型變化

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可以揭示土地利用類型的面積變化，還能追蹤其轉(zhuǎn)移方向以及軌跡，具體情況見表2—表4。

結(jié)合3張土地利用轉(zhuǎn)移矩陣表，可以得出如下結(jié)論：①1995-2010年間，土地利用轉(zhuǎn)移變化主要表現(xiàn)在耕地、林地轉(zhuǎn)向其他土地利用類型，而水域、城鄉(xiāng)工礦居民用地則有較多轉(zhuǎn)入；②耕地的轉(zhuǎn)移方向主要是城鄉(xiāng)工礦居民用地以及水域，林地則部分轉(zhuǎn)向城鄉(xiāng)工礦居民用地、未利用地以及耕地。

從表2可以看出，1995-2000年的5年間，土地利用轉(zhuǎn)移方向與整個研究期間幾乎一致，水域和城鄉(xiāng)工礦居民用地都有很小一部分轉(zhuǎn)為耕地，未利用地幾乎沒有發(fā)生變化。由表3可知，2000-2010年的10年間，耕地除了轉(zhuǎn)向城鄉(xiāng)工礦居民用地，還有部分往水域、林地以及草地轉(zhuǎn)移；未利用地部分轉(zhuǎn)向林地等。從表4中可以得出，整體來說，耕地最大的轉(zhuǎn)出是城鄉(xiāng)工礦居民用地，其次是水域和林地；林地則主要轉(zhuǎn)向了城鄉(xiāng)工礦居民用地、耕地以及未利用地；水域主要的轉(zhuǎn)移方向是耕地以及城鄉(xiāng)工礦居民用地。未利用地在整個期間接收了不少轉(zhuǎn)入量。

表2 1995-2000年南京市土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（km2）

表3 2000-2010年南京市土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（km2）

表4 1995-2010年南京市土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（km2）

3 討論

3.1 土地利用動態(tài)度分析

從土地利用類型的動態(tài)度來看（見表5），研究期間，動態(tài)度最大，也就是變化最劇烈的土地利用類型是未利用地，其動態(tài)度達(dá)到36.36%；而變化面積最大的耕地，由于其基數(shù)大，所以最終動態(tài)度相較未利用地而言并不算太大，僅為-1.26%。同時，林地、草地、水域、城鄉(xiāng)工礦居民用地的動態(tài)度分別是-0.20%、-0.89%、1.77%、3.96%。比較1995-2000年和2000-2010年兩個期間，可以發(fā)現(xiàn)各類土地利用類型的動態(tài)度都呈現(xiàn)出不同程度的增大；這與劉康等人對南京市土地利用程度的分析結(jié)果類似[25]。

表5南京市1995-2010年土地利用類型動態(tài)度

3.2 土地利用結(jié)構(gòu)分析

結(jié)合南京市1995-2010年各期土地利用數(shù)據(jù)，根據(jù)公式（2），可以計算出1995年、2000年和2010年的土地利用信息熵，其結(jié)果分別為1.09、1.12、1.24。由此可知，1995-2010年間，南京市土地利用信息熵呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢，并且不同時期增幅有較大差異。1995-2000年的5年間增幅較小，而2000-2010年的10年間的土地利用信息熵則呈現(xiàn)出大幅增加。信息熵的增加表明土地利用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)逐漸往均衡方向發(fā)展，土地利用多樣性增加[26]。

3.3 驅(qū)動力分析

有關(guān)驅(qū)動力的研究結(jié)果表明，在短時期內(nèi)，作用于土地利用變化的驅(qū)動因素主要為人類的社會經(jīng)濟活動[27]；而區(qū)域政策及規(guī)劃引導(dǎo)著土地利用的變化方向，常常對其產(chǎn)生顯著影響。

3.3.1 社會經(jīng)濟因素

根據(jù)南京市土地利用實際情況以及南京市1996-2011年統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)，選取人口因子：X1年末總?cè)丝冢ㄈf人）、X2城市人口密度（人/km2）；社會經(jīng)濟因子：X3GDP（億元）、X4人均GDP（元）、X5社會固定資產(chǎn)投資（億元）、X6財政收入、X7城鎮(zhèn)居民人均可支配收入（元）、X8農(nóng)民人均純收入（元）、X9城市居民消費價格指數(shù)（%）、X10城市商品零售價格指數(shù)（%）；技術(shù)進步因子：X11糧食總產(chǎn)量（萬t）、X12農(nóng)用機械總動力（萬瓩）；交通因子：X13貨物運輸量（萬t）、X14旅客運輸量（萬人）等14個因子，在SPSS 25中對影響南京市土地利用變化的驅(qū)動因素進行主成分分析。

對于主成分的提取，要求其特征值大于1，且被提取出來的主成分的貢獻(xiàn)率相加累計要大于85%。最終提取的兩個主成分特征值以及累計貢獻(xiàn)率見表6。從表6中可知，提取的兩個主成分能夠累積做出90.411%的貢獻(xiàn)，因此它們足以包含絕大部分的信息。

表6特征值及各成分貢獻(xiàn)率

旋轉(zhuǎn)后的主成分荷載矩陣（見表7）顯示，主成分1與GDP、人均GDP、財政收入、社會固定資產(chǎn)投資、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入等有明顯正相關(guān)，而與糧食總產(chǎn)量以及城市人口密度存在著一定負(fù)相關(guān)；主成分2則與城市居民消費價格指數(shù)以及城市商品零售價格指數(shù)存在著較強的正相關(guān)，說明主成分2更適合代表這兩個變量。可以把第一主成分解釋為經(jīng)濟發(fā)展、生活水平、技術(shù)進步以及交通因素，第二主成分解釋為價格指數(shù)。對兩個主成分及原變量進行分析可知：影響南京市土地利用變化的社會經(jīng)濟因子主要表現(xiàn)在人口增長、經(jīng)濟發(fā)展、技術(shù)進步、價格指數(shù)的變動以及交通等方面；這與佟光臣對南京市土地利用/覆被景觀格局時空變化的驅(qū)動力因素分析[28]結(jié)果相似。

表7旋轉(zhuǎn)后主成分荷載矩陣

3.3.2 政策與規(guī)劃因素

政策以及城市規(guī)劃在土地利用變化上起著重要作用。區(qū)域發(fā)展政策、產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策和城市發(fā)展政策，決定了經(jīng)濟發(fā)展的方向和速度，進而決定并推動著土地改變的方向及速度。而作為城市發(fā)展的綱領(lǐng)性指導(dǎo)文件,一座城市的總體規(guī)劃描繪了城市建設(shè)的藍(lán)圖，它對于城市土地利用變化也有著不可忽視的影響[29]。從1981-2008年，南京市一共做出4次城市總體規(guī)劃，其中包含一次調(diào)整。隨著4次規(guī)劃的不斷更迭，南京的城市規(guī)劃范圍以及中心城區(qū)規(guī)劃范圍不斷擴大，行政區(qū)域也隨之調(diào)整，“撤縣并區(qū)”：將原來的11區(qū)2縣變成了現(xiàn)今的11區(qū)；由此，引起了城鎮(zhèn)用地以及居民用地的大幅擴張。2002年，國家全面啟動的“退耕還林”工程，以及南京市自2002年起開展的“綠色南京”工程，都對南京市的生態(tài)環(huán)境起到改善作用。由于數(shù)據(jù)定性準(zhǔn)確率以及數(shù)據(jù)處理過程中可能出現(xiàn)的誤差的影響，這兩項工程所起的作用在本文里沒有太大體現(xiàn)，但南京市的生態(tài)建設(shè)成就是毋庸置疑的。

4 結(jié)論

①總體而言，耕地作為南京市最主要的土地利用類型，在1995-2010年的15年間，占比均超過50%；其次是城鄉(xiāng)工礦居民用地、林地以及水域，草地和未利用地在南京市土地利用所占比例較小。

②從不同土地類型的變化來看，耕地的變化面積是減少最多的，城鄉(xiāng)工礦居民用地面積則是增加最多的。水域面積整體呈現(xiàn)增長，而林地、草地都減少了。未利用地雖然面積占比小，但其動態(tài)度卻是最大的，這說明其變化最為劇烈。

③從土地轉(zhuǎn)移方向來說，耕地主要轉(zhuǎn)向了城鄉(xiāng)工礦居民用地以及水域，部分轉(zhuǎn)向林地和草地。增加的城鄉(xiāng)工礦居民用地主要來自耕地和林地。水域面積的增加最主要仍是源于耕地的轉(zhuǎn)移。

④驅(qū)動因素方面，年末總?cè)丝凇DP、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入等指標(biāo)對南京市土地利用變化都有著較大影響，說明人口增長和經(jīng)濟發(fā)展等因素是導(dǎo)致南京市土地利用發(fā)生變化的主要驅(qū)動因素；此外，政策以及城市規(guī)劃對于南京市土地格局的變化也起著不可忽略的推動作用。