管詩敏 楊桂梅 楊鈺華 甘玉婷 黃柳菁

文章以海島城市平潭為研究對象，利用2004年、2009年、2014年、2019年4期遙感影像，通過GIS技術(shù)得到4期土地利用類型圖，通過土地利用動態(tài)度、土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析平潭土地利用變化特征，運(yùn)用主成分分析法對土地利用變化驅(qū)動力進(jìn)行分析。結(jié)果表明：2004～2019年平潭的建設(shè)用地、未利用地顯著增加，耕地面積減少;2009～2014年間土地利用及動態(tài)度變化最顯著;土地利用類型變化的主要驅(qū)動力為人口增長、人口結(jié)構(gòu)改變、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、政策、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、生活水平提高。

土地利用變化; 驅(qū)動力; 主成分分析; 海島

F301.24?? A

[定稿日期]2021-03-08

[基金項目]福建省自然科學(xué)基金面上項目（項目編號：2018J01699）;學(xué)科交融背景下風(fēng)景園林專業(yè)英語的知識構(gòu)架組件、應(yīng)用和拓展（項目編號：FAFUYJSJG201909）;基于多功能評估的閩臺生態(tài)城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建學(xué)科交叉融合項目共同資助（項目編號：YSYL-xkjc-8）

[作者簡介]管詩敏（1996～），女，碩士，研究方向為風(fēng)景園林生態(tài)學(xué)。

[通信作者]黃柳菁（1985～），女，博士，副教授，研究方向為植物群落和生物多樣性保護(hù)和評價。

土地是人與自然環(huán)境之間協(xié)同作用的共同體，土地利用指人類借助土地屬性，不斷改變、活動來滿足人類經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需求的過程，其現(xiàn)狀反映了區(qū)域內(nèi)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、生態(tài)環(huán)境情況、人居生活品質(zhì)[1]，同時反映了人類與自然環(huán)境間互相作用的聯(lián)系[2]。而土地利用的變化可揭示在長時間內(nèi)，區(qū)域內(nèi)土地利用結(jié)構(gòu)變化和發(fā)展規(guī)律[3]，是促進(jìn)可持續(xù)性發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設(shè)的重要依據(jù)[4]，它能從利用程度、轉(zhuǎn)移方向、轉(zhuǎn)變速率等方面反映土地利用與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的權(quán)衡與和協(xié)同關(guān)系[4]。海島城市是促進(jìn)海岸經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，貿(mào)易擴(kuò)張的重要紐帶與窗口[5]，但海島生態(tài)環(huán)境脆弱，與陸地相比更為復(fù)雜，平潭島地處海陸交界地帶，其生態(tài)系統(tǒng)具有復(fù)雜多變，急需協(xié)調(diào)好土地資源與人類需求之間的關(guān)系。自2009年進(jìn)入快速發(fā)展階段以來，平潭島旅游業(yè)猛速發(fā)展，人類活動劇烈，對土地的開發(fā)程度、屬性改變?nèi)找婕又豙6]，使得土地利用問題日漸突出。因此，本研究以福建省平潭為研究對象，通過遙感影像數(shù)據(jù)，得到土地利用類型圖，分析平潭土地利用變化及其驅(qū)動力，為海島城市可持續(xù)發(fā)展提供重要依據(jù)。

1 研究區(qū)域及研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

平潭位于北緯25°15′25°45′東經(jīng)119°32′120°10′，地處福建省東部。面積約為267 km2，東西寬19 km，南北長29 km。東與臺灣海峽相望，是對臺交流的重要節(jié)點，2012年設(shè)立為省級綜合試驗區(qū)后，平潭進(jìn)入快速發(fā)展階段。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究所用數(shù)據(jù)均來源于地理空間數(shù)據(jù)云（http：//www.gscloud.cn/home），選取2004年、2009年、2014年、2019年四期Landset系列遙感影像，運(yùn)用ENVI5.3分別對四期影像進(jìn)行輻射定標(biāo)、影響裁剪、大氣校正等預(yù)處理后，采用支持向量機(jī)法進(jìn)行監(jiān)督分類，將平潭土地利用類型分為林地、草地、耕地、水體、建設(shè)用地和未利用地6大類;利用谷歌地圖獲取4期高清歷史影像，結(jié)合野外調(diào)查數(shù)據(jù)對分類后結(jié)果進(jìn)行修正，經(jīng)檢驗4期影像圖Kappa系數(shù)達(dá)到0.92、0.91、0.92、0.93，符合解譯精度要求。社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于2004～2019年《福州市統(tǒng)計年鑒》。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用動態(tài)度

指一定時間范圍內(nèi)，研究區(qū)域內(nèi)各類土地利用類型的數(shù)量變化情況，公式如下：

K=Ub-UaUa×1T×100%

式中：K代表某段土地實際使用面積類型的研究動態(tài);Ub代表研究末期土地使用面積、Ua代表研究初期的土地使用面積;T代表研究時段長度。

1.3.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

利用ENVI5.3對2004年、2009年、2014年、2019年四期土地利用類型圖（圖1）進(jìn)行疊加運(yùn)算，最終得到四期的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。反映研究時間內(nèi)不同類型之間土地轉(zhuǎn)移的方向[7]。公式如下：

Sij=S11S12…S1nS21S22…S2nSn1Sn2…Snn

式中：Sij表示第i到j(luò)類轉(zhuǎn)移的面積;i、j分別為第一、第二期土地利用類型;n為某時期土地利用類型數(shù)量。

1.3.3 主成分分析

將多個變量通過線性變換選出重要變量，用這種方法可以選出幾個主成分因子代替原有變量，通過主成分反映大部分信息[8]，該方法是驅(qū)動力定量分析中較有效的方法。本文借助SPSS 25軟件，運(yùn)用主成分分析方法分析平潭2004～2019年土地利用變化的驅(qū)動力。

2 平潭土地利用變化特征分析

2.1 土地利用類型變化特征

如表1所示，從2004～2019年平潭各類土地利用類型變化及其動態(tài)變化量看，建設(shè)用地面積變化最大，增加了3 207.42 hm2;其次為水體，2019比2004年減少了3 069.63 hm2;林地、未利用地分別增加了692.55 hm2、2 430.36 hm2;

草地、耕地分別減少1 316.34 hm2、1 926.36 hm2。

從動態(tài)度來看，2004～2019年未利用地動態(tài)度最大，所占面積比2004年增加2.61倍，動態(tài)度為10.74 %;其次為建設(shè)用地，面積比2004年增加3 207.42 hm2，增長了8.66 %、1.87 %，動態(tài)度為5.73 %;林地面積比2004年增加692.55 hm2，增長了1.87 %，動態(tài)度為1.07 %;草地、水體、耕地面積分別比2004年減少3.56 %、8.29 %、5.20 %，動態(tài)度為-1.15 %、-2.40 %、-1.13 %;從各個時期的土地利用類型變化量來看，2009～2014年土地變化情況最顯著，其中變化程度最為明顯的為建設(shè)用地和水體，建設(shè)用地在2009～2014年間增加了2 246.22 hm2，水體減少了2 260.53 hm2;從各個時期的單一土地利用類型動態(tài)度看，2004～2009年林地變化最大，為5.2 %，其次為草地>建設(shè)用地>水體>耕地>未利用地;2009～2014年未利用地及建設(shè)用地動態(tài)度最快，尤其是未利用地，高達(dá)18.02 %，是研究期內(nèi)動態(tài)度最快的用地類型，其余速度為建設(shè)用地>水體>耕地>草地>林地;2014～2019年時間段同樣為未利用地動態(tài)度最大，其次為水體>建設(shè)用地>林地>耕地>草地。表1 平潭2004-2019年不同土地利用類型變化情況

2.2 土地利用轉(zhuǎn)移特征

2004～2019年平潭各類土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣如表2所示，轉(zhuǎn)移量較大的為林地、草地、水體、耕地，林地向為草地轉(zhuǎn)移，為983.43 hm2;草地主要向林地及耕地轉(zhuǎn)移，分別為1 518.57 hm2、1 649.97 hm2，水體向建筑用地及未利用地轉(zhuǎn)移，分別為1 153.71 hm2，1 194.03 hm2，耕地主要向建設(shè)用地轉(zhuǎn)移，為1 842.48 hm2;建設(shè)用地及未利用地僅少部分轉(zhuǎn)移。

3 平潭土地利用變化的驅(qū)動力分析

3.1 主成分分析

土地利用類型的變化往往是受到人為影響和自然影響，但自然因素的影響（除去大型自然災(zāi)害）通常體現(xiàn)在較長的時間上。故本文選取了11個人文社會因子進(jìn)行分析：年末總?cè)丝跀?shù)（X1）、城鎮(zhèn)化率（X2）、GDP（X3）、第一產(chǎn)業(yè)占比（X4）、第二產(chǎn)業(yè)占比（X5）、第三產(chǎn)業(yè)占比（X6）、財政總收入（X7）、社會消費(fèi)品零售總額（X8）、農(nóng)林牧漁總產(chǎn)值（X9）、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入（X10）、農(nóng)村人均純收入（X11），在SPSS 25中對以上因子進(jìn)行主成分分析。

提取特征值大于1且獻(xiàn)率累計大于85 %的主成分如表3所示，累積貢獻(xiàn)率達(dá)97.767 %。包含了大量信息。

旋轉(zhuǎn)后的主成分荷載矩陣如表4所示，主成分1與年末總?cè)丝跀?shù)（X1）、城鎮(zhèn)化率（X2）、GDP（X3）、第一產(chǎn)業(yè)占比（X4）、第二產(chǎn)業(yè)占比（X5）、財政總收入（X7）、社會消費(fèi)品零售總額（X8）、農(nóng)林牧漁總產(chǎn)值（X9）、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入（X10）、農(nóng)村人均純收入（X11）呈現(xiàn)顯著正相關(guān)，與第一產(chǎn)業(yè)占比呈明顯的負(fù)相關(guān);主成分2與第三產(chǎn)業(yè)（X6）呈顯著的正相關(guān)，與財政總收入（X7）呈一定正相關(guān)。主成分1可解釋為人口增長、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生活水平、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu);主成分2解釋為第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展（即服務(wù)業(yè)）、經(jīng)濟(jì)水平。

3.2 驅(qū)動力分析

人口因素 人口因素是引起土地利用類型轉(zhuǎn)變的重要原因[8]。平潭縣人口由2004年35萬人增長至2019年45萬人，年均增速1.84 %;城鎮(zhèn)化率由17.11 %增長至51.5 %，城鎮(zhèn)人口快速增長造成對公共設(shè)施的需求提升、居住環(huán)境要求提高，對土地利用類型的需求發(fā)生了轉(zhuǎn)變，促使建設(shè)用地、林地逐年增加，耕地逐年下降。

社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展 15年來，2004～2019年平潭縣GDP由39.663 9億元增長282.85億元，增長了243.186 1億元;地方財政總收入及支出分別由1.359 9億元、2.521 1億元增長至147.251 1億元、166.939 9億元;經(jīng)濟(jì)發(fā)展大幅提升，必然致使其余用地類型向建設(shè)用地轉(zhuǎn)變，如交通用地，平潭試驗區(qū)為振興農(nóng)村經(jīng)濟(jì)，著力推進(jìn)農(nóng)村聯(lián)通城鎮(zhèn)的公路網(wǎng)的建設(shè)，環(huán)島路、漁平互通立交橋、新汽車客運(yùn)站、高鐵站等均是為經(jīng)濟(jì)發(fā)展所奠定的基礎(chǔ);工業(yè)生產(chǎn)、基礎(chǔ)設(shè)施、居住區(qū)等擴(kuò)建是的建設(shè)用地面積大幅增長。

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)研究期間綜合實驗區(qū)、海關(guān)特殊監(jiān)管區(qū)、自貿(mào)試驗區(qū)相繼獲批，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)在疊加政策支持下持續(xù)優(yōu)化，種植業(yè)有所下降，而工業(yè)、建筑業(yè)、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展。在旅游業(yè)的持續(xù)發(fā)展下，相關(guān)產(chǎn)業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，如東澳漁人碼頭、殼丘頭考古遺址公園等建筑業(yè)逐漸成為了重要的支柱產(chǎn)業(yè)。因此耕地面積逐漸減少，建設(shè)面積及未利用地逐漸增加。

政策因素 2009年平潭成為綜合試驗區(qū)，得到了政府的大力支持?！叭齾^(qū)”政策的實施[10]致使建設(shè)用地面積不斷增加。海島內(nèi)陸地面積有限，難以擴(kuò)張，“填海造陸”項目為平潭提供了大量的未利用地，這也是導(dǎo)致水體面積逐漸減少重要原因之一;與此同時，由于海島極高的生態(tài)敏感性，近年來，政府大力建設(shè)防風(fēng)固沙帶，提高森林覆蓋率使林地面積有所增加，草地面積大量減少。

4 結(jié)論

本文通過對平潭縣2004年、2009年、2014年、2019年4期遙感影像進(jìn)行人工解譯，獲得各期土地利用類型圖，分析平潭2004～2019年土地利用類型變化特征及驅(qū)動力。

（1）2004～2019年平潭土地利用變化較大，其中建設(shè)用地面積增至3 207.42 hm2，變化最大;水體減少了3 069.63 hm2，變化較大;而未利用地動態(tài)度10.74 %，變化最快;其次是建設(shè)用地，為5.73 %。且動態(tài)度在2009～2014年變化最大，變化最顯著的為未利用地和建設(shè)用地。

（2）通過2004～2019年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣發(fā)現(xiàn)：林地草地互相轉(zhuǎn)化;草地耕地互相轉(zhuǎn)化;水體及耕地向建設(shè)用地及未利用地轉(zhuǎn)化;未利用地轉(zhuǎn)建設(shè)用地;而建設(shè)用地部分轉(zhuǎn)未利用地和耕地?？傮w上耕地減少，建設(shè)用地及未利用地增加。

（3）通過主成分分析法，發(fā)現(xiàn)影響2004～2019年平潭土地利用類型變化的驅(qū)動力因素主要為人口結(jié)構(gòu)改變、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、政策，人口增長、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、生活水平提高也有不可忽略的作用。

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