朱昳橙， 李益敏

(云南大學(xué) 資源環(huán)境與地球科學(xué)學(xué)院 云南省地理研究所， 云南 昆明 650091)

云南省怒江州土地利用的時空變化及其驅(qū)動力

朱昳橙， 李益敏*

(云南大學(xué) 資源環(huán)境與地球科學(xué)學(xué)院 云南省地理研究所， 云南 昆明 650091)

為揭示云南省怒江州土地利用的時空變化特征，進(jìn)而為改善其土地資源的管理與可持續(xù)利用提供依據(jù)，基于1996年與2012年怒江州土地利用相關(guān)數(shù)據(jù)，利用GIS技術(shù)及土地利用類型動態(tài)度、土地利用程度的綜合指數(shù)、變化量與變化率指標(biāo)分析怒江州土地利用的時空變化特征，并運(yùn)用主成分分析法分析土地利用變化的驅(qū)動來源。結(jié)果表明：16年間，怒江州土地利用總體處于發(fā)展期。土地利用變化的總體特征是林地、建設(shè)用地增加，耕地、草地、未利用地減少，土地利用變化的驅(qū)動因子主要是當(dāng)?shù)厝丝?、社會?jīng)濟(jì)發(fā)展及國家生態(tài)保護(hù)政策的實(shí)施，以及年平均氣溫等自然因素。

土地利用； 時空變化； 驅(qū)動力； 云南

隨著全球環(huán)境變化研究的進(jìn)一步深入，土地利用(覆蓋)變化成為該領(lǐng)域的熱點(diǎn)[1-3]。學(xué)者利用多種方法，從各個角度對土地利用(覆蓋)變化進(jìn)行了大量探討，其主要是基于遙感數(shù)字影像處理的相關(guān)技術(shù)[4-8]，運(yùn)用土地利用動態(tài)度和土地利用程度的相關(guān)指標(biāo)，以及土地利用的相關(guān)分析模型[8-10]。目前關(guān)于土地利用變化及其驅(qū)動力的研究大部分是針對經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)[10-15]，而針對經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)土地利用變化的研究[16-19]較少。

云南省怒江州位于金沙江、瀾滄江和怒江并流的世界自然遺產(chǎn)地，整個地勢由山脈與江河構(gòu)成，面積14 631.51 km2。截止2012年，總?cè)丝?3.8萬人，全州所轄4縣均為國家扶貧開發(fā)重點(diǎn)扶持縣，農(nóng)民人均純收入2773元，約為云南省平均水平(5417元)的1/2，全國平均水平(7917元)的1/3，經(jīng)濟(jì)發(fā)展滯后，是云南省乃至全國最貧困的地區(qū)之一。在建設(shè)用地與耕地的用地矛盾日趨緊張的形勢下，開展該地區(qū)土地利用變化特征和規(guī)律的研究，并探討其土地利用變化的驅(qū)動因素，對于改善其土地資源的合理利用和自然環(huán)境保護(hù)，進(jìn)而促進(jìn)其經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。為此，筆者基于1996年與2012年怒江州土地利用相關(guān)數(shù)據(jù)，利用GIS技術(shù)及土地利用類型的動態(tài)度、土地利用程度的綜合指數(shù)、變化量與變化率指標(biāo)分析其土地利用的時空變化特征，并運(yùn)用主成分分析法分析其土地利用變化的驅(qū)動來源，以期為其土地資源的合理利用與保護(hù)提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

1996年怒江州土地利用數(shù)據(jù)為第一次土地詳查矢量數(shù)據(jù)，2012年怒江州土地利用數(shù)據(jù)利用精度為85%的RapidEye遙感影像解譯得到，等高線數(shù)據(jù)為1∶50000 DEM數(shù)據(jù)。

1.2 土地利用類型的動態(tài)度

采用單一土地利用類型動態(tài)度測算一定時間范圍內(nèi)研究區(qū)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況，計算公式為:

(1)

式中，Ua、Ub分別表示該地類在研究起始點(diǎn)的面積，T為研究時長，T以年計時，K表示該種土地類型的年變化率。

1.3 土地利用程度的變化

1.3.1 土地利用程度綜合指數(shù) 土地利用程度綜合指數(shù)計算公式為：

(2)

式中，Ai為第i級土地利用程度分級指數(shù)，Ci為研究區(qū)內(nèi)第i級土地利用程度分級的面積百分比，n為土地利用程度分級數(shù)。未利用土地的利用程度分級指數(shù)為0，潛在利用土地的利用程度分級指數(shù)為0.50，農(nóng)用地的利用程度分級指數(shù)為0.75，建設(shè)用地的利用程度分級指數(shù)為1.00[20]。土地利用程度分級指數(shù)越大，表明區(qū)域內(nèi)人與土地之間的相互作用越強(qiáng)烈。

1.3.2 土地利用程度的變化量和變化率 土地利用程度的變化量和變化率可定量揭示土地利用的總體情況和變化趨勢, 兩者的計算公式如下[15]：

(3)

(4)

式中，△Lb-a為土地利用程度變化量，La、Lb分別表示研究起始點(diǎn)的土地利用程度綜合指數(shù)。R為土地利用程度變化率，Ai為第i級土地利用程度的分級指數(shù)，Cia、Cib分別表示研究起始點(diǎn)的第i級土地利用程度分級的面積百分比。如R>0或△Lb-a>0，說明研究區(qū)土地利用正處在發(fā)展期，否則處于調(diào)整期或衰退期。

1.4 土地利用變化驅(qū)動因子的主成分分析

土地利用變化的驅(qū)動力既有自然系統(tǒng)力，也有社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)力[21]。在土地利用變化的驅(qū)動過程中，土地利用決策者首先被驅(qū)動力所影響，而不同的土地利用決策產(chǎn)生相應(yīng)的土地利用變化，土地利用變化導(dǎo)致的土地利用(覆被)變化又通過各種途徑反饋于驅(qū)動力[22]?；诖?，分別從自然因素和社會經(jīng)濟(jì)因素兩方面選取土地利用變化驅(qū)動因子指標(biāo)。其中，自然因素包括年降水量、年平均氣溫、流域總徑流量；社會經(jīng)濟(jì)因素包括人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、政策因素、富裕程度。對各指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類匯總后，利用SPSS軟件對其進(jìn)行相關(guān)性分析，其后對通過相關(guān)分析篩選出的影響因子進(jìn)行主成分分析，得出各主成分的相關(guān)矩陣的特征值、貢獻(xiàn)率和累積貢獻(xiàn)率。將累計貢獻(xiàn)值>85%的因子確定為主成分，進(jìn)一步計算得出旋轉(zhuǎn)后的主成分載荷矩陣，其中與各主成分成正相關(guān)的變量所對應(yīng)的指標(biāo)對土地利用變化起主導(dǎo)作用，因而可以判明土地利用變化的驅(qū)動力來源。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用類型的時空變化

將1996年和2012年兩期土地利用矢量圖(圖示)疊加，計算得到2個時段內(nèi)的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣(表1)。參考怒江氣候帶譜[23]將海拔分為7級，進(jìn)一步分析得到1996—2012年不同海拔梯度的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣(表2)。

圖示 1996年和2012年怒江州土地利用類型的空間分布

Fig. Spatial distribution of different land utilization types in Nujiang Prefecture in 1996 and 2012

表1 1996—2012年怒江州土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

表2 1996—2012年怒江州不同海拔梯度的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

Table 2 Land use transfer matrix of land with different altitudinal gradient in Nujiang Prefecture during 1996-2012 km2

轉(zhuǎn)移矩陣反映了不同土地利用(覆被)類型之間相互轉(zhuǎn)換的面積，因此，可利用表1數(shù)據(jù)計算得出，1996—2012年怒江州林地增加275.01 km2，建設(shè)用地增加70.55 km2，耕地減少151.56 km2，未利用地減少142.91 km2。由(1)式計算得出，這期間怒江州林地的年變化率為0.15%，耕地的年變化率為-1.14%，草地的年變化率為-0.23%，建設(shè)用地的年變化率為5.35%，未利用地的年變化率為-1.31%。

對于不同海拔梯度土地利用類型的時空變化，從表2看出，海拔1 200 m以下區(qū)域的土地利用變化主要特征是耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地和林地，林地向草地、耕地、建設(shè)用地轉(zhuǎn)換。1 200～1 600 m區(qū)域內(nèi)土地利用變化主要特征是耕地和林地間的轉(zhuǎn)換。1 600～1 900 m區(qū)域內(nèi)耕地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)換9.64 km2，向林地轉(zhuǎn)換46.33 km2。1 900～3 000 m范圍主要是耕地、草地、未利用地向林地的轉(zhuǎn)換，以及耕地和林地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)換。區(qū)域內(nèi)土地利用變化的總趨勢是耕地和未利用地減少并轉(zhuǎn)化為林地、建設(shè)用地，這是我國退耕還林政策、生態(tài)林保護(hù)等政策在怒江州實(shí)施的體現(xiàn)。

2.2 土地利用程度的變化

根據(jù)(2)(3)(4)式分別計算得出怒江州1996年與2012年不同海拔梯度土地利用程度的綜合指數(shù)及其在這期間的變化量和變化率。從表3可知，怒江州土地利用程度的綜合指數(shù)由1996年的50.90%升至2012年的51.29%，變化量為0.39%，變化率為0.02%。海拔大于3 600 m區(qū)域的土地利用程度經(jīng)歷降低過程，這與近年來當(dāng)?shù)夭扇?qiáng)有力的生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施密切相關(guān)。1 200～3 000 m區(qū)域的土地利用程度增加，變化量和變化率均大于0。說明，該區(qū)域土地利用處于發(fā)展期，其土地利用程度的上升與區(qū)域內(nèi)城鎮(zhèn)、居民點(diǎn)及工礦用地的擴(kuò)展密切相關(guān)。但并不說明其土地的利用程度很高，盡管某些情況下區(qū)域自身的土地利用程度低，但一定程度的土地利用變化會引起該區(qū)域土地利用程度變化量的變化大于其他土地利用程度較高的區(qū)域。

表3 1996—2012年怒江州不同海拔梯度土地利用程度的綜合指數(shù)、變化量和變化率

表4 土地利用變化驅(qū)動力主成分的載荷矩陣

2.3 土地利用變化的驅(qū)動力

運(yùn)用SPSS軟件對所選取的土地利用變化驅(qū)動因子指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行主分成分析，得出前3個主成分的貢獻(xiàn)率分別為56.63%、25.37%和18.00%，其累積貢獻(xiàn)率達(dá)100.00%，可作為用于分析的主成分。進(jìn)一步計算得出這3個主成分的載荷矩陣，由表4可知，主成分1與人口經(jīng)濟(jì)收入、生活水平相關(guān)指標(biāo)成正相關(guān)，因此可以將其作為人口與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的驅(qū)動因子。主成分2與造林面積相關(guān)，因此可將其作為政策驅(qū)動力因子。主成分3與年平均氣溫具有較高的相關(guān)性，可以將其作為自然驅(qū)動力因子。表明，怒江州土地利用變化主要受人口、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展及國家生態(tài)保護(hù)政策的驅(qū)動，年平均氣溫等自然因子也有一定的驅(qū)動作用。

3 結(jié)論

1996—2012年的16年間，怒江州土地利用變化整體表現(xiàn)為林地和建設(shè)用地的增加，以及草地、耕地和未利用地的減少。在不同海拔梯度上，其土地利用變化表現(xiàn)存在差異：1 200 m以下區(qū)域的草地增加，林地減少；1 200～1 600 m區(qū)域的建設(shè)用地增加；1 600～3 000 m區(qū)域的林地和建設(shè)用地增加，草地、耕地和未利用地減少；3 000～3 600 m區(qū)域僅林地增加；3 600 m以上區(qū)域的未利用地增加。土地利用變化的驅(qū)動力因子包括自然因子和社會經(jīng)濟(jì)因子，但主要是當(dāng)?shù)厝丝诤蜕鐣?jīng)濟(jì)發(fā)展以及國家政策的驅(qū)動。從土地利用程度看，怒江州土地利用總體處在發(fā)展期。

另外，由于怒江州是經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，土地利用類型相對單一，研究中土地利用分類僅按一級分類，僅分析了一級分類下的土地利用變化情況。同時，由于缺乏怒江州更為全面的社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，因而缺乏從更多角度及方法定量分析該流域土地利用變化的驅(qū)動力。如何定量研究自然環(huán)境因素以及政策因素對土地利用變化的驅(qū)動力，也將成為今后進(jìn)一步研究的方向。

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(責(zé)任編輯： 黃筑斌)

Spatial-temporal Change of Land Utilization and Its Driving Force in Nujiang Prefecture, Yunnan

ZHU Licheng, LI Yimin*

(SchoolofResourceEnvironmentandEarthScience,YunnanInstituteofGeography,YunnanUniversity,Kunming,Yunnan, 650091,China)

The spatial-temporal change characteristics of land utilization in Nujiang Prefecture was analyzed by GIS, land utilization dynamic degree and comprehensive index, variation and change rate of land utilization degree base on the related data of land utilization during 1996～2012 and the driving source of land utilization change was analyzed by the principal component analysis to reveal the spatial-temporal change characteristics of land utilization and provide a reference for improving management level and sustainable utilization of land utilization in Nujiang Prefecture. Results: land utilization in Nujiang Prefecture is in a development period overall during sixteen years. The general characteristics of land utilization change are that the area of forestland and construction land increases but the area of arable land, grassland and unused land decreases. The social economic factors driving land utilization change are local population, social economic development, implementation of national ecological protection policy mainly. The natural factor driving land utilization change is higher annual average temperature.

land utilization; spatial-temporal change; driving force; Yunnan

2015-12-14； 2016-02-18修回

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于3S技術(shù)的怒江峽谷農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與生態(tài)修復(fù)互動研究”(41161070)；云南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“怒江州產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究”(2013F2001)

朱昳橙(1992-)，女，在讀碩士，研究方向：區(qū)域旅游規(guī)劃。E-mail：812698265@qq.com

*通訊作者:李益敏(1965-)，女，研究員，博士，從事GIS應(yīng)用研究。E-mail：liym@ynu.edu.cn

1001-3601(2016)04-0180-0142-05

S-9； S301.2

A