周子英，張 群，彭秋霞

(湖南工程學院 管理學院，湖南 湘潭 411104)

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同城化進程中縣域土地利用變化及其驅動力分析研究
——以湖南省醴陵市為例

周子英，張 群，彭秋霞

(湖南工程學院 管理學院，湖南 湘潭 411104)

在同城化背景下，基于RS與GIS，以 2003-2009 年遙感影像、土地利用變更數據和社會經濟統(tǒng)計資料為依據，開展了醴陵市土地利用變化及其驅動力分析研究。首先對醴陵市遙感影像進行解譯，然后從空間分異、變化幅度和變化速度方面對醴陵市的土地利用變化狀況進行分析，最后采用主成分分析法和回歸分析法建立不同用地類型的多元線性回歸模型。研究結果表明，經濟技術發(fā)展因子和農業(yè)技術發(fā)展因子是影響醴陵市土地利用變化的主要因素，對土地利用變化的影響十分顯著。

土地利用變化；驅動力；主成分分析；醴陵市

近年來，我國城市化進程加速發(fā)展，城市經濟整合與城市群培育已經成為我國打造經濟增長極的戰(zhàn)略選擇。[1]“同城化”的發(fā)展理念最早由深圳與香港提出，隨后，湖南“長株潭”、廣州與佛山、沈陽與撫順等城市都相繼提出了同城化發(fā)展戰(zhàn)略。同城化是指兩個或兩個以上地域相鄰、社會、經濟聯(lián)系密切的城市，有效地共同配置城市間經濟要素，使城市能夠在地域空間、基礎設施建設、產業(yè)結構、生態(tài)環(huán)境以及管理制度等方面逐漸融合，達到資源與信息共享、統(tǒng)籌協(xié)作，以提高區(qū)域經濟整體競爭力。隨著經濟的全球化，為了充分提升區(qū)域經濟的競爭力，同城化建設是區(qū)域城市間經濟與社會發(fā)展到一定程度的必然趨勢。[2]

隨著同城化進程加速，城市產業(yè)結構的不斷調整，城市與城市之間的聯(lián)系日趨密切，進行同城化建設可以達到資源共享，統(tǒng)籌協(xié)作，提高區(qū)域經濟整體競爭力。2007年，長株潭城市群獲批成為全國資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會建設綜合配套改革試驗區(qū)以來，同城化建設更是突飛猛進，經濟輻射能力不斷增強，城市之間融城速度隨之提升，區(qū)域內的土地利用變化更為劇烈。土地利用/覆蓋變化(LUCC)是在各種驅動力綜合作用下，土地利用目的與利用方式的體現，受到自然與人類活動的雙重影響。[3-4]隨著城鎮(zhèn)化建設，產業(yè)結構的調整，農用地的減少與建設用地的擴張之間的矛盾日益尖銳，這種矛盾在人口稠密的大城市邊緣以及中、東部地區(qū)表現得尤為突出。[5]與此同時，眾多學者進行了大量的土地利用變化及其驅動力研究，張安定等對山東半島北部海岸帶的龍口市土地利用變化與驅動力進行了分析研究，發(fā)現龍口市的耕地與園地變化最具代表性。[6]王兆禮等對深圳市的土地利用變化及其驅動力進行了系統(tǒng)分析，發(fā)現深圳市建設用地的擴張速度超出了人們的預期，建設用地將占用包括生態(tài)用地在內的其他土地類型。[7]張良俠等對新疆土地利用變化及其驅動力進行了分析，得出新疆沙地呈負增長的趨勢。[8]

綜觀土地利用變化及其驅動力的研究成果，發(fā)現學者們的研究對象主要集中在西北干旱脆弱生態(tài)區(qū)與東南沿海經濟發(fā)達區(qū)，而對于經濟社會發(fā)展后勁強勁、土地資源短缺、人口相對密集的中部地區(qū)的相關研究則顯得較為薄弱，對正處于同城化進程中的中部城市群的土地利用及其驅動力研究則更是鮮見。醴陵市作為長株潭城市群核心城市株洲市的一個縣級市，近年來經濟得到了快速的發(fā)展，同時，隨著長株潭同城化建設的快速推進，使得醴陵市土地利用發(fā)生了較大的變化，農用地快速減少，建設用地逐步增大，因此，以醴陵市為例研究其土地利用變化，并分析其驅動力，具有典型性和示范性，對正處于同城化背景下的縣域城市的土地資源合理利用，促進社會經濟的可持續(xù)發(fā)展有著重要的借鑒意義。

一 研究區(qū)概況

(一)研究區(qū)概況

醴陵市位于湖南省東部，是湖南省的一個縣級市，由株洲市管轄，在東經113°09′49″-113°45′43″，北緯27°22′15″-27°58′07″之間，東西寬約58.51km，南北長約66.75km，總面積為2.16×105hm2，地處羅霄山脈的西北邊緣。東北部為地勢較高的山地區(qū)，西南部地勢較為平緩，形成兩個相對起伏的傾斜面，從東北部和西南部向中央的淥江谷地遞減，整個地貌輪廓分明，為典型的中南低山丘陵區(qū)。醴陵市整個地貌類型以山地、丘陵和崗地為主，分別占總面積的28.8%、27.1%、22.7%。截止2009年，全市戶籍人口為104.55萬人，比2003年增長了1.05倍，全市GDP總量211.33億元，比2003年增長了2.81倍。

(二)數據來源及數據處理

數據源為Landsat TM/ETM+影像(2003年，2009年)、1∶25萬地貌類型圖(1983)、1∶5萬土地利用現狀圖(2003，2009)、土地利用變更調查數據(2003-2009年)。為了對圖像進行準確地解譯，以遙感圖像為選點，對照土地利用現狀圖，利用手持GPS、地形圖進行定位、導航，對醴陵市進行了多次走訪與實地調研，最后利用ERDAS 8.6，ArcGIS 9.0進行內業(yè)數據整理，根據相關圖件與實地調查進行數據分類，經檢驗，2003年、2009年的數據分類Kapper系數分別為83.43%和85.11%，均超過了78%，達到了分類精度要求。

二 醴陵市土地利用動態(tài)變化分析

(一)土地利用時空分異

根據判讀的遙感影像分類圖，發(fā)現醴陵市土地利用及其景觀發(fā)生了較大的變化，2003年、2009年醴陵市土地利用類型見圖1。

圖1 2003年、2009年醴陵市土地類型分布圖

由圖1可知，2003年和2009年遙感分類圖像顯示，醴陵市的主要土地利用類型為林地，是整個研究區(qū)的基質，呈片狀分布在山地和丘崗坡地，占研究區(qū)土地總面積的比例分別為55.56%和55.86%；水田是除林地外的第二大土地利用類型，呈樹枝狀和條帶狀分布在河谷平原區(qū)，占研究區(qū)總面積的比例分別為25.90%和25.74%；城鄉(xiāng)居民工礦用地分布區(qū)域與水田基本一致，是僅次于林地和水田的第三種面積較大的地類，占研究區(qū)總面積比例分別為9.25%和9.70%；其他類型土地在醴陵市所占比例較小，基本上呈斑點狀和條帶狀點綴分布。

(二)土地利用動態(tài)變化

為了有效地反映醴陵市土地利用變化速度，采用單一土地利用動態(tài)度對醴陵市的各種土地利用類型變化進行測度。單一土地利用動態(tài)變化可以真實地反映出一定時期內某種土地利用類型變化的劇烈程度，[9]其表達式如下：

(1)

式中：L表示研究時段內某一土地利用類型動態(tài)度；Ua、Ub分別表示某種土地類型在研究初期和末期的數量；T表示研究的時間長度，在研究中，通常T取值為年，因此，L值就是該土地利用類型的年變化率。根據公式(1)計算出醴陵市7種地類的動態(tài)變化情況，結果見表一。

表一 醴陵市土地利用類型變化幅度與變化率

數據來源：根據遙感影像解譯整理而來。

從表一可知，2003～2009年間，醴陵市7種土地類型均發(fā)生了較明顯的變化，按照絕對值由大到小進行排列，分別為旱地、園地、水域、未利用地、城鄉(xiāng)居民工礦用地、水田和林地。其中，水域和城鄉(xiāng)居民工礦用地以較快的速度增加，土地利用動態(tài)度分別為1.11%、0.80%，而旱地、園地與未利用地以較快的速度減少，土地利用動態(tài)度分別為-1.68%、-1.12%、

-0.91%。

(三)綜合土地利用動態(tài)度

單一土地利用動態(tài)變化度僅可以用來對某種土地的變化程度進行度量，而綜合土地利用動態(tài)度則可以用來衡量區(qū)域內各種類型土地相互之間轉化的劇烈程度，[10]表達式如下：

(2)

式中：LUi表示在研究初期第i類土地類型面積；LUi-j表示研究時段內第i類土地類型轉換為第j類土地類型面積的絕對值；LC表示研究期內綜合土地利用動態(tài)度；T表示研究時段的長度，同樣，為了研究的方便，將T的取值為年，因此，LC的值就是研究區(qū)域土地利用年變化率。

由公式(2)計算得出醴陵市綜合土地利用變化的動態(tài)度為0.79%，從而有效地說明了醴陵市LUCC變化速度較東部沿海等經濟相對發(fā)達地區(qū)更為緩慢。[10]

(四)土地利用轉移矩陣

為了度量醴陵市各種土地利用類型相互之間轉換的面積大小，在ArcGIS處理平臺上，利用空間分析功能進行空間疊加分析，得到醴陵市2003-2009年土地利用轉移矩陣，具體轉移情況見表二。

表二 2003-2009年醴陵市土地利用變化轉移矩陣

注：表中數據表示由t到t+k時段內土地利用類型i轉化為土地利用類型j的面積。

從表一可知，在2003-2009年間，7種地類之間均有轉移，但不同類型的土地轉移去向各異。具體表現為水田轉變?yōu)槌青l(xiāng)居民工礦用地與林地，轉化率分別為0.28%和0.42%；由于園地是一種受人為影響較大的地類，隨著同城化建設速度的加快，大量農村居民進入城鎮(zhèn)，同時需要大量的生態(tài)林地，導致水田、旱地、園地減少，從轉移矩陣可以看出，園地轉化為旱地，但部分旱地則轉為園地、林地與城鄉(xiāng)居民工礦用地，轉化率分別為2.25%、5.82%、4.12%；水田、旱地的轉移則相對較為復雜，大量的水田、旱地轉為林地、城鄉(xiāng)居民工礦用地，與此同時，林地與城鄉(xiāng)居民工礦用地向水田、旱地、園地、城鄉(xiāng)居民工礦用地均有轉移，但均很少，導致林地與城鄉(xiāng)居民工礦用地數量增多；水域面積的增加主要是由園地與未利用地轉化而來，轉化率分別為1.16%、1.52%；未利用地與其他地類的轉移方式不同，呈單向轉移，向旱地、園地、林地、城鄉(xiāng)居民工礦用地、水域均有轉化，但轉移去向主要為林地與水域，轉化率分別為2.67%、1.52%。

三 醴陵市土地利用變化驅動因子與模型構建

(一)土地利用變化社會經濟驅動因子分析

自然因素與社會經濟因素是引起土地利用變化的主要因素，但在較短時間尺度內，自然驅動力處于一個相對穩(wěn)定狀態(tài)，累積效應并不顯著，因此，人文驅動因素是在一個較短時度內引起土地利用變化的主要驅動力。[12]由于長株潭同城化戰(zhàn)略自1997年提出，同城化建設時間不長，自然驅動力在此期間影響較小，因此，土地利用驅動力主要集中于人文驅動因素。為了更好地研究醴陵市的土地利用變化驅動因素，從人口、經濟、技術等方面選取 17 個指標作為影響土地利用變化的人文因子，其中人口因素選取了3個指標，分別為人口總數(C1，萬人)、農業(yè)人口(C2，萬人)和非農業(yè)人口(C3，萬人)；經濟因素是影響醴陵市土地變化的主要因素，因此選取了12個指標，分別為GDP(C4，億元)、人均GDP(C5，元)、第一產業(yè)產值(C6，億元)、第二產業(yè)產值(C7，億元)、第三產業(yè)產值(C8，億元)、財政總收入(C9，億元)、社會固定資產投資(C10，億元)、糧食作物播種面積(C11，千公傾)、糧食總產量(C12，萬噸)、最終消費總額(C13，億元)、農民人均純收入(C14，元)、居民儲蓄存款(C15，億元)等；技術因素相對于經濟因素，影響較小，因此僅僅只選取了2個指標，分別為科技新增產量(C16，億元)、農業(yè)機械總動力(C17，千瓦)。

首先為了消除量綱對數據分析結果的影響，對所選指標進行標準化處理，然后利用SPSS13.0進行主成分分析，根據初始特征值大于 1 的原則提取了 2 個驅動因子，在數據處理過程中，發(fā)現2個主成分因子解釋方差貢獻率為86.089%，說明了醴陵市LUCC變化信息的86.089%可以由2個主成分因子來進行解釋，且這 2 個主成分因子之間有著良好的一致性關系，2個主成分因子的載荷見表三。

表三 驅動因子載荷矩陣

第一主成分(F1)的特征值為11.806，解釋方差貢獻率達到了69.445%。由表三驅動因子載荷矩陣可知，GDP(C4)、人均GDP(C5)、第一產業(yè)產值(C6)、第二產業(yè)產值(C7)、第三產業(yè)產值(C8)、社會固定資產投資(C10)、糧食總產量(C12)、居民儲蓄存款(C15)、科技新增產量(C16)、農業(yè)機械總動力(C17)等10個指標在第一主成分(F1)上有較大的正值載荷，說明這10個指標F1成正相關，同時可以看出，這10個指標都與地區(qū)經濟發(fā)展程度有一定的關系。

第二主因子(F2)的特征值為2.830，解釋方差貢獻率為16.645%。其中農業(yè)人口(C2)、財政總收入(C9)、最終消費總額(C13)在該主成分上有較大的正值載荷，而糧食作物播種面積(C11)、農民人均純收入(C14)這 2 個指標在該因子上有較大的負值載荷， 5個指標中，除了財政總收入、最終消費總額這 2 個指標外，其他因子都與農業(yè)有關，在一定程度上代表了醴陵市的農業(yè)發(fā)展水平。

根據醴陵市土地利用變化的主成分分析結果，在研究中將其土地利用變化的社會經濟因素有效地概括為經濟技術發(fā)展因素和農業(yè)發(fā)展因素。

(二) 醴陵市土地利用變化驅動模型構建

主成分分析充分揭示了各社會經濟驅動因子與醴陵市LUCC變化之間的一致性，但是各個因素是怎樣促使醴陵市的土地利用變化還未能確立彼此之間的數值關系，即函數關系。為了定量解釋和模擬當前及今后一段時間內醴陵市土地利用真實變化情況與變化趨勢，利用回歸分析方法建立起所選取的2個主成分因子與7種土地利用變化的函數關系式，結果見表四。

表四 土地利用變化回歸模型

從表四的土地利用變化回歸模型來看，除了水田的相關系數R為0.8498外，其余的土地利用類型變化模型的相關系數均大于0.9，表明了各種土地利用類型的變化與所選取的2個主成分因子間有著顯著的線性相關性，且線性擬合程度很高。此外，從回歸模型的決定系數R2可以發(fā)現，除了水田的決定系數為R2=0.7183，擬合效果欠佳外，其余的土地利用類型的變化模型的決定系數都大于0.9，表示所提取的2個主成分因子可以解釋各類用地動態(tài)變化信息。其中F1與水田、旱地、園地、未利用地變化呈負相關，與林地、城鄉(xiāng)居民工礦用地、水域呈正相關。F2與水田、旱地、林地、城鄉(xiāng)居民工礦用地、水域呈負相關，與園地、未利用地呈正相關。說明了隨著同城化進程的加速推進，醴陵市經濟技術的發(fā)展，林地、城鄉(xiāng)居民工礦用地、水域在今后相當長的一段時間內，會隨著當地經濟技術的發(fā)展而逐漸增加，而水田、旱地、園地、未利用地等地類會隨之減少。

四 結 論

基于遙感與地理信息系統(tǒng)，從長株潭同城化視角，分析醴陵市的土地利用動態(tài)變化。在2003～2009年期間，隨著長株潭同城化進程不斷加快，經濟技術的發(fā)展，醴陵市LUCC變化明顯，主要表現為林地、水域與城鄉(xiāng)居民工礦用地普遍增加，而水田、旱地、園地與未利用地則快速減少，因此，從國家糧食的安全角度出發(fā)，耕地資源保護形式依然嚴峻。

利用SPSS進行醴陵市LUCC變化分析，利用主成分因子構建了醴陵市各類用地變化的回歸模型，模型的擬合效果良好。從回歸模型可知，隨著同城化建設速度的加快和社會經濟的發(fā)展，醴陵市農用地將會不斷轉向建設用地，城市發(fā)展與土地利用之間的矛盾將會更加尖銳，因此在長株潭同城化建設快速推進的過程中，政府應對區(qū)域內的土地利用做好統(tǒng)籌安排，科學地進行土地利用規(guī)劃，加大土地開發(fā)整治與保護的力度，進一步加強土地資源的科學管理，加強土地資源動態(tài)監(jiān)測以促進區(qū)域內生態(tài)環(huán)境，提高區(qū)域糧食安全。

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Analysis of Land Use Change and Its Driving Forces of County Level in the Process of City Synchronization——Take Liling City of Hunan Province as an Example

ZHOU Zi-ying，ZHANG Qun，PENG Qiu-xia

(College of Management,Hunan Institute of Engineering,Xiangtan 411104,China)

In the background of city synchronization,this paper takes Liling City of Hunan Province as an example.Based on RS and GIS,using the remote sensing image,the land use change data and social-economic statistical data from 2003 to 2009,the land use change and its driving forces are studied.The remote sensed imagery of Liling City,and the land use change of the city are analyzed from the spatial differentiation,the size of change and the rate of change.Finally,this paper uses principal component and regression analysis to establish multiple linear regression models which includes different land use types.Findings show that the main factors which impact the land use change in Liling can trace back to two factors:economic-technological development factor and agricultural-technology development factor,which play a significant role in land use change.

land use change;driving force;principal component analysis;Liling City

2014-06-03

湖南省情與決策咨詢研究課題“湖南省農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展態(tài)勢及可持續(xù)發(fā)展對策研究”(2013BZZ101)；湖南工程學院人才啟動基金項目(2012)。

周子英(1974-)，女，湖南辰溪人，博士，講師，研究方向：土地資源管理與旅游管理。

F301.2

A

1671-1181(2015)01-0001-06