蘇維詞，易武英

（1.貴州科學院 山地資源研究所，貴州 貴陽550001；2.重慶師范大學 地理與旅游學院，重慶400047）

貴陽市地處喀斯特發(fā)育典型區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱，地貌類型復雜多樣。隨著城鎮(zhèn)化和工業(yè)化戰(zhàn)略的推進，該地區(qū)土地利用／覆被變化（LUCC）深刻，產(chǎn)生了一系列生態(tài)環(huán)境負面效應，如環(huán)城林帶景觀破碎化加劇，流經(jīng)市區(qū)南明河水質(zhì)惡化，環(huán)境容量下降等。因此，研究貴陽市LUCC特征，揭示其LUCC的主導驅(qū)動因子，對于調(diào)控和優(yōu)化貴陽市土地利用結(jié)構(gòu)，推進貴陽市生態(tài)文明建設(shè)具有現(xiàn)實意義。目前，國內(nèi)外對LUCC驅(qū)動力研究在于揭示土地利用變化的原因，內(nèi)部機制和基本過程，以便制定相應的調(diào)控對策，實現(xiàn)土地優(yōu)化配置［1－3］。人為因素是導致土地利用／覆被變化的最主要因素［4－5］，隨著人口增長，經(jīng)濟發(fā)展，工業(yè)化，城市化的推進，對土地系統(tǒng)施加壓力與日俱增，人地矛盾不斷加劇。目前國內(nèi)外眾多學者圍繞土地利用／覆被變化展開了研究，如土地利用／覆被時空變化研究［6－8］，土地利用／覆被變化驅(qū)動機制研究［9］，土地利用／覆被變化模型研究［10－12］等，并取得了豐碩的研究成果，但目前仍缺乏針對喀斯特這種特殊地質(zhì)地貌區(qū)城市化過程中LUCC規(guī)律的研究，特別是對喀斯特地區(qū)LUCC驅(qū)動力的量化研究目前尚屬空白。本研究基于RS和GIS技術(shù)手段，以貴陽市1993，2000和2010年3期TM遙感影像為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在分析LUCC時空特征的基礎(chǔ)上，運用灰色關(guān)聯(lián)模型定量分析貴陽市LUCC驅(qū)動力，以期為貴陽市土地利用優(yōu)化配置提供決策參考。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)包括花溪區(qū)、烏當區(qū)、白云區(qū)、南明區(qū)、云巖區(qū)、小河區(qū)、金陽區(qū)7個區(qū)，位于貴州省中部，喀斯特發(fā)育典型，碳酸鹽巖出露面積占84%，以中低山地、丘陵盆地為主，土地總面積2 043km2，其中山地面積4 217.97km2，丘陵面積2 842.37km2，分別為土地總面積的52.3%和35.2%。屬中亞熱帶季風濕潤氣候，冬無嚴寒，夏無酷暑，年均降水量1 129mm，無霜期長。適合建設(shè)用的平川壩地少，土地墾殖率高，水土流失、石漠化問題較嚴重。2011年總?cè)丝诩s310萬，地區(qū)生產(chǎn)總值約815億元，人均GDP為9 928元，三大產(chǎn)業(yè)所占比重為5.1∶40.7∶54.2。

2 數(shù)據(jù)來源及處理

遙感影像數(shù)據(jù)來源于中國科學數(shù)據(jù)應用中心，首先將影像在Erdas 9.2中進行條帶修復、幾何校正、輻射校正、多波段融合、影像裁剪等處理，再在Arcview 3.3中采用分層類法進行解譯工作，分層分類解譯法能有效提高解譯精確度，經(jīng)檢驗解譯精度在80%以上。根據(jù)遙感影像特征及研究區(qū)區(qū)域特征，將貴陽市土地利用／覆被劃分為水田、旱地、有林地、灌木林、建設(shè)用地、水域、未利用地7種類型，貴陽市1993，2000及2010年土地利用／覆被情況如附圖3所示。

3 研究方法

3.1 土地利用變化模型

3.1.1 土地利用動態(tài)度 土地利用動態(tài)度是表征土地利用變化速度的指標［13］，目前主要有單一土地利

式中：Ua，Ub——研究初期和研究末期某一土地利用類型的面積；T——研究時段。

3.1.2 土地利用程度綜合指數(shù) 土地利用利用程度綜合指數(shù)是衡量某一地區(qū)土地利用程度［14］強弱的重要指標之一，其值越大，表明土地利用程度越高，反之，則土地利用程度越低，其計算公式如下所示：用動態(tài)度和綜合土地利用動態(tài)度，本文分析貴陽市單一土地利用動態(tài)情況，其計算公式為：

式中：La——研究區(qū)土地利用程度綜合指數(shù)；Ai——土地利用類型i的土地利用程度分級指數(shù)（不同土地利用類型的土地利用程度分級情況詳見表1）；Ci——土地利用類型i的面積百分比。

表1 不同土地利用類型的分級賦值情況

3.1.3 土地利用結(jié)構(gòu)信息熵 利用信息熵原理定量刻畫貴陽市LUCC結(jié)構(gòu)的時序變化程度，土地利用結(jié)構(gòu)信息熵計算公式［11］為：

式中：Pi——土地利用類型i面積占研究區(qū)土地總面積的比例；n——研究土地利用類型數(shù)；H——土地利用結(jié)構(gòu)信息熵。由公式（3）可知，當各種土地利用類型面積相等時，熵值最大（H＝lnN，N為土地利用類型總數(shù)），因此，土地利用類型越多，且面積相差越小，則熵值越大，土地利用結(jié)構(gòu)越均衡。

3.2 因子分析法［9］

因子分析法是通過降維手段將多個相關(guān)指標簡化成少數(shù)幾個綜合指標，目前在地理學得到廣泛應用。假設(shè)有p個指標，用向量表示為X＝（X1，X2，…，Xp），其中 Xi＝（X1i，X2i，…，Xni）′，Xni代表第n個樣本在第i個（i＝1，2，…，p）指標上的觀測值，那個，第i個因子就可以表示為：

滿足：

第i個主成分Pi表示X1，X2，…，Xp的一切線性組合中方差第i大的，而對應的系數(shù)向量（a1，a2，…，api）則恰好是X的協(xié)方差矩陣的第i個最大的特征值所對應的特征向量。

3.3 灰色關(guān)聯(lián)模型［15］

（1）確定數(shù)列的最優(yōu)向量，傳統(tǒng)灰色關(guān)聯(lián)法最優(yōu)向量的確定一般是將指標數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)進行標準化處理且都轉(zhuǎn)化為正向指標后，選擇各指標最大值為其最優(yōu)向量，公式為：

式中：v——取最大運算符。

（2）利用灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)公式計算第j個評價指標Yj與最優(yōu)向量G 的關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi（Yj，G）：

（3）計算第i個評價對象yi與最優(yōu)向量G的關(guān)聯(lián)度R：

4 結(jié)果分析

4.1 貴陽市LUCC時空分析

4.1.1 土地利用動態(tài)度分析 由公式（1）得出各研究時段不同土地利用類型的土地利用動態(tài)度，當土地利用動態(tài)度為正值，表明研究時段面積增加，反之，表明研究時段面積減少。由表2可知，1993—2010年貴陽市建設(shè)用地動態(tài)度最大，其次是水域，再次是水田，旱地動態(tài)度最小。近20a間水田、旱地、灌木林地、未利用地動態(tài)度都為負值，面積呈減少變化趨勢，分別減少了135.2，55.4，80.8和98.6km2，其中水田面積減少最大，其次是未利用地；而水域、有林地、建設(shè)用地面積呈增加變化趨勢，分別增加了49.1，128.3和183.4km2，其中建設(shè)用增加幅度最大，由于工業(yè)化、城市化建設(shè)，建設(shè)用的快速擴建，占用大量良田，導致耕地面積減少，建設(shè)用地面積增加。

表2 貴陽市1993－2010年土地利用／覆被變化情況

4.1.2 土地利用綜合程度分析 根據(jù)公式（2）計算可得，貴陽市1993年土地利用綜合程度指數(shù)為301.2，2000 年307.7，2010 年 319.0，研 究 時 段 土地利用綜合程度指數(shù)呈增大的變化趨勢，2000—2010年比1993—2000年增長幅度大，表明隨著經(jīng)濟的發(fā)展，技術(shù)的進步，加大了土地利用程度。在地勢低平，坡度較小地區(qū)，LUCC較為劇烈，土地利用程度較強。

4.1.3 土地利用結(jié)構(gòu)的熵值分析 由公式（3）可得，研究時段貴陽市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵變化幅度較小，土地利用結(jié)構(gòu)信息熵是土地利用結(jié)構(gòu)變化的表征，表明該時段貴陽市土地利用結(jié)構(gòu)在此期間變化并不顯著，從1993—2010年的分析得出，貴陽市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵先增大后減小，由1993年0.76上升到2001年的0.78，再下降到2010年0.77，表明貴陽市土地利用結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的有序性、穩(wěn)定性呈先增加再減弱的變化趨勢。

4.2 貴陽市土地利用／覆被變化驅(qū)動力分析

選取人口自然增長率（X1）、人口密度（X2）人均糧食產(chǎn)量（X3）、人均耕地面積（X4）、城鎮(zhèn)化水平（X5）、農(nóng)業(yè)收入比重（X6）、人均 GDP（X7）、第三產(chǎn)業(yè)比重（X8）、GDP（X9）、第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值（X10）、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值（X11）及第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值（X12）共12個指標，借助SPSS軟件，進行因子分析，得3個主成分因子。由表3可知，X5，X9在第一主成分上有較高載荷，主要反映了經(jīng)濟發(fā)展狀況；X3，X4在第二主成分上有較高載荷，主要反映人均資源狀況；X1，X2在第三主成分上有較高載荷，主要反映人口狀況。

4.3 貴陽市不同尺度LUCC驅(qū)動力分析

LUCC在不同尺度上，主導驅(qū)動因素、演變機理與過程存在差異，本研究受資料收集受限，主要從農(nóng)戶、區(qū)域2種不同的尺度水平上分析貴陽市LUCC的時空過程和驅(qū)動因子，探討貴陽市LUCC驅(qū)動因素的空間尺度效應。

表3 旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣

4.3.1 區(qū)域尺度分析 在對貴陽市LUCC驅(qū)動因素因子分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)區(qū)域特征、資料收集情況，從區(qū)域尺度，運用灰色關(guān)聯(lián)模型分析貴陽市不同土地利用類型面積變化（重點分析耕地和建設(shè)用地）與主導驅(qū)動因子的關(guān)聯(lián)性及貴陽市LUCC驅(qū)動機理及過程。經(jīng)計算得，貴陽市不同地類與各驅(qū)動因子關(guān)聯(lián)系數(shù)差異顯著（表4），關(guān)聯(lián)系數(shù)與關(guān)聯(lián)性呈正相關(guān)關(guān)系，關(guān)聯(lián)系數(shù)越大，則關(guān)聯(lián)性越強，反之，則關(guān)聯(lián)性越弱。分析得：（1）耕地變化的驅(qū)動因素分析。1993—2010年，貴陽市耕地面積呈減少的變化趨勢，減少的耕地主要轉(zhuǎn)變成建設(shè)用地、有林地。隨著房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展，城鎮(zhèn)化加速推進，建設(shè)用地擴張，占用大量良田，導致耕地劇烈變化。貴陽市城鎮(zhèn)化從2002年24%增長到2010年的30%，凈增長了6%。（2）建設(shè)用地變化的驅(qū)動因素分析。由表3可知，城市化率是影響貴陽市建設(shè)用地面積變化的最主要驅(qū)動力因子是城鎮(zhèn)化水平和經(jīng)濟的發(fā)展，其關(guān)聯(lián)系系數(shù)分別為0.927和0.932。隨著城市化、工業(yè)化進程的推進，建設(shè)用地快速擴展，耕地、未利用地等地類大量向建設(shè)用地轉(zhuǎn)變。第三產(chǎn)業(yè)尤其是房地產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，導致大城市及小城鎮(zhèn)建設(shè)用地擴展。（3）其他土地利用類型驅(qū)動力分析。在退耕還林政策、森林文明城市建設(shè)的推動下，貴陽市有林地面積呈增加的變化趨勢。研究區(qū)林地面積從1993年562.5km2增加到2010年的690.8km2。貴陽市屬于典型喀斯特城市，耕地分布破碎，質(zhì)量低，人地矛盾突出，2002年人均耕地面積為0.0193hm2，人均糧食擁有量為511kg，遠低于全國標準水平，隨著人口的增長、經(jīng)濟的發(fā)展，區(qū)域土地系統(tǒng)面臨巨大的人口壓力及糧食需求壓力，導致未利用地大量向耕地、建設(shè)用地轉(zhuǎn)變。

4.3.2 農(nóng)戶水平 農(nóng)戶是土地利用的直接參與者，農(nóng)戶的資金儲備，個人喜好，自身素質(zhì)成為LUCC重要驅(qū)動力。研究時段貴陽市LUCC發(fā)生了較大變化，主要表現(xiàn)為坡耕地向有林地轉(zhuǎn)變，建設(shè)用地大規(guī)模擴張，耕地撂荒現(xiàn)象嚴重。隨著改革開放的到來，農(nóng)民有較多機會向非農(nóng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，勞動力大量流失，農(nóng)村空心化嚴重，耕地撂荒問題突出，土地資源嚴重浪費，農(nóng)村主體弱化。城郊農(nóng)戶由于距離城市近，非農(nóng)就業(yè)成本相對較低，農(nóng)戶為了追求最大經(jīng)濟效益，調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，以種植經(jīng)濟作物（如蔬菜、水果、花卉等）為主，發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)，導致水田面積減少，旱地、園地所占比重較大；距城市偏遠的山區(qū)，非農(nóng)就業(yè)成本相對較高，與城郊土地利用結(jié)構(gòu)不同，以種植糧食作物為主，旱地所占比重較大。

表4 貴陽市主要土地利用類型與主導驅(qū)動因子關(guān)聯(lián)度

5 結(jié)論

隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化加速推進，貴陽市土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了一系列變化，研究期間貴陽市坡耕地主要向林地轉(zhuǎn)變，有林地面積增加，建設(shè)用地擴張，耕地面積減少，人地矛盾加劇。

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