葛欣怡，李宗怡

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

1 引言

在資源、環(huán)境和人口問(wèn)題日益嚴(yán)峻的背景下，研究全球環(huán)境變化的眾多熱點(diǎn)問(wèn)題之一就是土地利用/覆蓋變化（LUCC）及其驅(qū)動(dòng)力分析[1]，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在此背景下前赴后繼的展開(kāi)了大量相關(guān)研究[2]：1996 年，美國(guó)全球變化研究機(jī)構(gòu)分析了20年間北美土地利用情況;1999 年4 月，《LUCC 研究實(shí)施策略》中提出，將LUCC的過(guò)程及其在全世界的環(huán)境中產(chǎn)生變化的影響及響應(yīng)進(jìn)一步作為研究的重點(diǎn)。我國(guó)LUCC 研究也緊跟國(guó)際前沿領(lǐng)域的發(fā)展步伐，中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所劉紀(jì)遠(yuǎn)等人作為中國(guó)LUCC研究的先行者，研究了因?yàn)橥恋乩米兓豢茖W(xué)所造成的區(qū)域發(fā)展不均衡等問(wèn)題，同時(shí)分析了土地資源與生態(tài)環(huán)境變化相關(guān)聯(lián)的研究[3]。目前以LUCC為研究中心的科學(xué)計(jì)劃，研究?jī)?nèi)容包括了兩個(gè)方面：即是國(guó)家或區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略問(wèn)題與全球環(huán)境變化有關(guān)的核心問(wèn)題[4]，將人文驅(qū)動(dòng)因子—LUCC—環(huán)境響應(yīng)系統(tǒng)的這一系列的變化作為研究重點(diǎn)[5-8]。

本文從蘇州市土地利用變化與對(duì)造成該變化的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行分析這兩方面研究，一方面可以為后期學(xué)者對(duì)蘇州市或江蘇省的土地變化問(wèn)題進(jìn)行研究提供數(shù)據(jù)參考，另一方面分析土地變化驅(qū)動(dòng)力可以為蘇州市政府制定更好的土地總體規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)，促進(jìn)土地的可持續(xù)性發(fā)展與利用[9]。

2 研究區(qū)概況

蘇州位于長(zhǎng)江三角洲中部，東經(jīng)119°55′～121°20′，北緯30°47′～32°02′，總面積為 8 657.32km2。全市地勢(shì)低平，境內(nèi)河流縱橫，湖泊眾多，屬亞熱帶季風(fēng)海洋性氣候，四季分明，氣候溫和，雨量充沛[10]。2010 年年末總?cè)丝?37.66萬(wàn)人其中非農(nóng)業(yè)人口比重68.4%，年末從業(yè)人員554.15 萬(wàn)人，同比增長(zhǎng)6.8%，城鎮(zhèn)化水平進(jìn)一步提高。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)得到持續(xù)優(yōu)化。

3 數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)如下：①土地利用數(shù)據(jù)：地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)-長(zhǎng)江三角洲科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)的1995—2010 年4 期長(zhǎng)三角1:10 萬(wàn)土地利用數(shù)據(jù)集[11]；②社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)：蘇州統(tǒng)計(jì)局官網(wǎng)上1995—2010年統(tǒng)計(jì)年鑒。

3.2 研究方法

3.2.1 土地利用信息熵

信息熵是能反映某一區(qū)域在某個(gè)階段土地利用類型綜合性變化以及有序程度[12]。計(jì)算公式為：

式中Pi是指第i類型土地面積占區(qū)域總面積的百分比；i表示土地利用類型[13]。理論上當(dāng)P1=P2=…=PN=1/N時(shí)，H達(dá)到最大值。可得熵值越大，土地利用類型多樣性越高，土地利用結(jié)構(gòu)越均衡[14]。為了增加信息熵的可比性引入了均衡度公式：

當(dāng)J 趨近于0 時(shí)，土地利用結(jié)構(gòu)趨近于最不平衡的狀態(tài)，反之當(dāng)J=1時(shí)，土地利用結(jié)構(gòu)處于理想化的最平衡狀態(tài)。最后為了反映區(qū)域內(nèi)土地利用類型受支配程度，與多樣性的變化相反，引入優(yōu)勢(shì)度，其公式如下：

3.2.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣還可以得到所研究時(shí)間內(nèi)不同類型之間土地轉(zhuǎn)移的具體數(shù)量，揭示轉(zhuǎn)移速率[18]。公式為：

其中aij為研究初期土地利用類型轉(zhuǎn)化為研究末期各種土地利用類型的面積[15]。

4 結(jié)果

4.1 土地利用類型分布

1995 年蘇州市土地以耕地、水域以及城鄉(xiāng)工礦居民用地為主，面積占比分別為53.32%、33.37%和10.74%。到2010年土地利用類型大體未發(fā)生明顯改變，耕地、水域以及城鄉(xiāng)工礦居民用地依舊是使用類型占比最多的前三位，但耕地面積減少了17.63%，城鄉(xiāng)工礦居民用地增加了15.48%以及水域面積增加了2.34%（見(jiàn)表1）。

表1 1995—2010年蘇州市各地類面積表2002年

4.2 土地利用信息熵分析

根據(jù)公式（1）、（2）、（3）得到表2，在15 年間蘇州市土地利用結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì)經(jīng)歷了兩個(gè)發(fā)展階段：1995—2000 年土地利用結(jié)構(gòu)信息熵和均衡度穩(wěn)定增長(zhǎng)，土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整速度增加，各類用地比例明顯，該階段耕地面積減少明顯，城鎮(zhèn)工礦居民用地面積穩(wěn)定增加。2000—2005 年和2005—2010 年這兩個(gè)時(shí)期處于第二階段：信息熵和均衡度快速增長(zhǎng)，截至2010 年土地利用結(jié)構(gòu)信息熵和均衡度達(dá)到最高點(diǎn)而優(yōu)勢(shì)度相反，說(shuō)明15年間蘇州市土地利用類型多樣性增加，土地利用結(jié)構(gòu)趨于均衡狀態(tài)。

表2 蘇州市1995—2010年土地利用結(jié)構(gòu)信息熵、均衡度和優(yōu)勢(shì)度

4.3 土地轉(zhuǎn)移矩陣分析

利用ENVI生成轉(zhuǎn)移矩陣。由表3可得，轉(zhuǎn)出面積的轉(zhuǎn)移率為：耕地＞水域＞城鄉(xiāng)工礦居民用地＞林地＞草地＞未利用地；轉(zhuǎn)入面積的轉(zhuǎn)移率為：城鄉(xiāng)工礦居民用地＞水域＞耕地＞林地＞草地＞未利用地?？傋兓娣e為1893.86km2,其中耕地減少了1638.52 km2，主要轉(zhuǎn)化為居民用地與水域。

表3 1995—2010年蘇州市土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 面積/km2

4.4 主成分分析結(jié)果

對(duì)土地利用動(dòng)態(tài)過(guò)程以及結(jié)果產(chǎn)生影響的主要生物、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)因素并對(duì)土地利用變化起推動(dòng)作用的是驅(qū)動(dòng)力。影響土地利用變化的主要驅(qū)動(dòng)力因素包括自然因素和人文因素，其中自然因素由X1氣溫、X2降水量組成，人文因素如：X3總?cè)丝跀?shù)、X4非農(nóng)業(yè)人口比重、X5人口密度，X6GDP、X7工業(yè)總產(chǎn)值、X8固定資產(chǎn)投資總額、X9城鎮(zhèn)投資、X10社會(huì)零售消費(fèi)品總額、X11、X12和X13分別為三大產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)值比重、X14市區(qū)居民家庭人均可支配收入、X15房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)投資、X16財(cái)政支出，由于政策因素難以量化，所以眾多研究中少有給出具體政策因子，在此不定量分析，其余因素如交通因素X17旅客周轉(zhuǎn)量、X18貨物周轉(zhuǎn)量，在SPSS 中進(jìn)行主成分分析，得到相關(guān)性矩陣反映了各個(gè)因子之間的相關(guān)程度，所得數(shù)據(jù)越大，證明因子之間相關(guān)度越高[16]。

在SPSS中分析得出的主成分貢獻(xiàn)率數(shù)值越高，此主成分所代表原始變量對(duì)驅(qū)動(dòng)力的作用越大。通過(guò)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率確定主成分k的個(gè)數(shù)，主成分能充分代表原始變量對(duì)研究產(chǎn)生主要影響要求主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率≥85%[17]。由特征值與主成分貢獻(xiàn)率（見(jiàn)表4）可得，第一、第二和第三主成分的總貢獻(xiàn)率高達(dá)96.51%，同時(shí)他們的特征值＞1。

表4 主成分方差貢獻(xiàn)與特征值表

由表4可得：第一主成分中根據(jù)各變量的載荷系數(shù)大于0.85得第一成分與總?cè)丝跀?shù)、非農(nóng)業(yè)人口比重、人口密度、GDP等因素均呈高度正相關(guān)，說(shuō)明在土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力中起著重要作用的因素有人口、經(jīng)濟(jì)因素。第二成分與第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)值比重、氣溫和旅客周轉(zhuǎn)量呈正相關(guān)，與第一產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)值比重和第三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)值比重呈負(fù)相關(guān)；這幾項(xiàng)指標(biāo)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)分布，交通因素和自然因素有關(guān)，這三大因素也是影響土地利用變化的重要驅(qū)動(dòng)力。第三主成分與年降水量呈高度正相關(guān)，即自然因素對(duì)土地利用變化也有一定影響作用。

5 討論

5.1 人文因素

經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)土地利用變化有著重大的影響。一方面，經(jīng)濟(jì)發(fā)展加快了城市化的進(jìn)程，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)趨近于平衡，對(duì)建設(shè)用地需求急劇增長(zhǎng)，導(dǎo)致耕地面積減少；另一方面，蘇州多湖泊漁業(yè)發(fā)展導(dǎo)致水域面積增加，耕地面積減少。雖然主成分分析能得出具體影響土地利用變化的驅(qū)動(dòng)因子但是目前尚缺乏采用科學(xué)規(guī)范的經(jīng)濟(jì)學(xué)范式對(duì)多種多樣的土地利用變化形式進(jìn)行分析,探索影響多元化土地利用變化機(jī)制及其生態(tài)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效果的因素。

人口增長(zhǎng)導(dǎo)致城市化進(jìn)程加快，城市向周邊逐漸擴(kuò)張，越來(lái)越多的耕地通過(guò)土地利用轉(zhuǎn)變?yōu)榉寝r(nóng)業(yè)人口的居住用地以及建設(shè)用地。我國(guó)經(jīng)濟(jì)正處于高質(zhì)量發(fā)展階段，城鎮(zhèn)化發(fā)展不會(huì)停止，發(fā)展帶動(dòng)改變，耕地面積將會(huì)持續(xù)減少[18]，但土地利用轉(zhuǎn)移速度將趨向于平緩。

旅客周轉(zhuǎn)量，貨物周轉(zhuǎn)量在第一主成分中載荷值較大，蘇州市在研究15 年期間內(nèi)，旅客周轉(zhuǎn)量增加了133.64億人/km，貨物周轉(zhuǎn)量增加了74.11億t/km，蘇州多港口，航運(yùn)不斷發(fā)展，導(dǎo)致水域面積從2 825.10km2 增加至3 021.06km 2，同時(shí)蘇州公共站點(diǎn)、城市道路，河道通航里程等交通建設(shè)都推動(dòng)了土地利用變化。

政治法律因素是指政策和法律的變動(dòng)情況[19],蘇州市國(guó)土資源局依據(jù)《中華人民共和國(guó)土地管理法》以及中共中央國(guó)務(wù)院《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)土地管理切實(shí)保護(hù)耕地的通知》等法律政策編制了《蘇州市土地利用總規(guī)劃》在2000—2005年間減緩前期耕地大量減少的速度使土地利用結(jié)構(gòu)趨于均衡。

5.2 自然因素

第二主成分與年平均氣溫負(fù)相關(guān)，第三主成分與年降水量呈高度正相關(guān)，年平均氣溫越高反而會(huì)減緩?fù)恋乩米兓倪M(jìn)程，而一定范圍內(nèi)，年降水量的增加會(huì)推進(jìn)土地利用。學(xué)者們基于已有數(shù)據(jù)和土地變化趨勢(shì)可以估計(jì)未來(lái)LUCC對(duì)環(huán)境的影響，再預(yù)測(cè)氣候變化趨勢(shì),最終提出合理有效的土地利用計(jì)劃[20]。

6 結(jié)論

①1995—2010年蘇州市土地利用主要以耕地、城鎮(zhèn)工礦居民用地、水域?yàn)橹?，但各類型所占比例發(fā)生了變化，耕地減少的部分主要轉(zhuǎn)化為水域和城鄉(xiāng)工礦居民用地。

②1995—2010 年蘇州市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵和均衡度呈“穩(wěn)定增長(zhǎng)-快速增長(zhǎng)”的趨勢(shì)說(shuō)明蘇州市土地利用類型多樣性增加，各類型土地面積差異減小，利用結(jié)構(gòu)趨于均衡狀態(tài)。

③主成分分析驅(qū)動(dòng)力因子表明，經(jīng)濟(jì)、人口以及交通因素是蘇州市土地利用變化的主要原因，相對(duì)而言自然因素和政策法規(guī)因素對(duì)土地利用變化影響較小。