云南省怒江州土地利用的時空變化及其驅動力

朱昳橙， 李益敏

(云南大學 資源環境與地球科學學院 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動力

朱昳橙， 李益敏*

(云南大學 資源環境與地球科學學院 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，進而為改善其土地資源的管理與可持續利用提供依據，基于1996年與2012年怒江州土地利用相關數據，利用GIS技術及土地利用類型動態度、土地利用程度的綜合指數、變化量與變化率指標分析怒江州土地利用的時空變化特征，并運用主成分分析法分析土地利用變化的驅動來源。結果表明：16年間，怒江州土地利用總體處于發展期。土地利用變化的總體特征是林地、建設用地增加，耕地、草地、未利用地減少，土地利用變化的驅動因子主要是當地人口、社會經濟發展及國家生態保護政策的實施，以及年平均氣溫等自然因素。

土地利用； 時空變化； 驅動力； 云南

隨著全球環境變化研究的進一步深入，土地利用(覆蓋)變化成為該領域的熱點[1-3]。學者利用多種方法，從各個角度對土地利用(覆蓋)變化進行了大量探討，其主要是基于遙感數字影像處理的相關技術[4-8]，運用土地利用動態度和土地利用程度的相關指標，以及土地利用的相關分析模型[8-10]。目前關于土地利用變化及其驅動力的研究大部分是針對經濟較發達地區[10-15]，而針對經濟欠發達地區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地，整個地勢由山脈與江河構成，面積14 631.51 km2。截止2012年，總人口53.8萬人，全州所轄4縣均為國家扶貧開發重點扶持縣，農民人均純收入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，經濟發展滯后，是云南省乃至全國最貧困的地區之一。在建設用地與耕地的用地矛盾日趨緊張的形勢下，開展該地區土地利用變化特征和規律的研究，并探討其土地利用變化的驅動因素，對于改善其土地資源的合理利用和自然環境保護，進而促進其經濟發展具有重要意義。為此，筆者基于1996年與2012年怒江州土地利用相關數據，利用GIS技術及土地利用類型的動態度、土地利用程度的綜合指數、變化量與變化率指標分析其土地利用的時空變化特征，并運用主成分分析法分析其土地利用變化的驅動來源，以期為其土地資源的合理利用與保護提供依據。

1 資料與方法

1.1 數據來源

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

1.2 土地利用類型的動態度

采用單一土地利用類型動態度測算一定時間范圍內研究區某種土地利用類型的數量變化情況，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 土地利用程度綜合指數計算公式為：

(2)

式中，Ai為第i級土地利用程度分級指數，Ci為研究區內第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。未利用土地的利用程度分級指數為0，潛在利用土地的利用程度分級指數為0.50，農用地的利用程度分級指數為0.75，建設用地的利用程度分級指數為1.00[20]。土地利用程度分級指數越大，表明區域內人與土地之間的相互作用越強烈。

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的土地利用程度綜合指數。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，Cia、Cib分別表示研究起始點的第i級土地利用程度分級的面積百分比。如R>0或△Lb-a>0，說明研究區土地利用正處在發展期，否則處于調整期或衰退期。

1.4 土地利用變化驅動因子的主成分分析

土地利用變化的驅動力既有自然系統力，也有社會經濟系統力[21]。在土地利用變化的驅動過程中，土地利用決策者首先被驅動力所影響，而不同的土地利用決策產生相應的土地利用變化，土地利用變化導致的土地利用(覆被)變化又通過各種途徑反饋于驅動力[22]?；诖?，分別從自然因素和社會經濟因素兩方面選取土地利用變化驅動因子指標。其中，自然因素包括年降水量、年平均氣溫、流域總徑流量；社會經濟因素包括人口、經濟發展、政策因素、富裕程度。對各指標數據進行分類匯總后，利用SPSS軟件對其進行相關性分析，其后對通過相關分析篩選出的影響因子進行主成分分析，得出各主成分的相關矩陣的特征值、貢獻率和累積貢獻率。將累計貢獻值>85%的因子確定為主成分，進一步計算得出旋轉后的主成分載荷矩陣，其中與各主成分成正相關的變量所對應的指標對土地利用變化起主導作用，因而可以判明土地利用變化的驅動力來源。

2 結果與分析

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個時段內的土地利用轉移矩陣(表1)。參考怒江氣候帶譜[23]將海拔分為7級，進一步分析得到1996—2012年不同海拔梯度的土地利用轉移矩陣(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移矩陣

表2 1996—2012年怒江州不同海拔梯度的土地利用轉移矩陣

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

轉移矩陣反映了不同土地利用(覆被)類型之間相互轉換的面積，因此，可利用表1數據計算得出，1996—2012年怒江州林地增加275.01 km2，建設用地增加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以下區域的土地利用變化主要特征是耕地轉變為建設用地和林地，林地向草地、耕地、建設用地轉換。1 200～1 600 m區域內土地利用變化主要特征是耕地和林地間的轉換。1 600～1 900 m區域內耕地向建設用地轉換9.64 km2，向林地轉換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換，以及耕地和林地向建設用地的轉換。區域內土地利用變化的總趨勢是耕地和未利用地減少并轉化為林地、建設用地，這是我國退耕還林政策、生態林保護等政策在怒江州實施的體現。

2.2 土地利用程度的變化

根據(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區域的土地利用程度經歷降低過程，這與近年來當地采取強有力的生態環境保護措施密切相關。1 200～3 000 m區域的土地利用程度增加，變化量和變化率均大于0。說明，該區域土地利用處于發展期，其土地利用程度的上升與區域內城鎮、居民點及工礦用地的擴展密切相關。但并不說明其土地的利用程度很高，盡管某些情況下區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、變化量和變化率

表4 土地利用變化驅動力主成分的載荷矩陣

2.3 土地利用變化的驅動力

運用SPSS軟件對所選取的土地利用變化驅動因子指標數據進行主分成分析，得出前3個主成分的貢獻率分別為56.63%、25.37%和18.00%，其累積貢獻率達100.00%，可作為用于分析的主成分。進一步計算得出這3個主成分的載荷矩陣，由表4可知，主成分1與人口經濟收入、生活水平相關指標成正相關，因此可以將其作為人口與經濟社會發展的驅動因子。主成分2與造林面積相關，因此可將其作為政策驅動力因子。主成分3與年平均氣溫具有較高的相關性，可以將其作為自然驅動力因子。表明，怒江州土地利用變化主要受人口、社會經濟發展及國家生態保護政策的驅動，年平均氣溫等自然因子也有一定的驅動作用。

3 結論

1996—2012年的16年間，怒江州土地利用變化整體表現為林地和建設用地的增加，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存在差異：1 200 m以下區域的草地增加，林地減少；1 200～1 600 m區域的建設用地增加；1 600～3 000 m區域的林地和建設用地增加，草地、耕地和未利用地減少；3 000～3 600 m區域僅林地增加；3 600 m以上區域的未利用地增加。土地利用變化的驅動力因子包括自然因子和社會經濟因子，但主要是當地人口和社會經濟發展以及國家政策的驅動。從土地利用程度看，怒江州土地利用總體處在發展期。

另外，由于怒江州是經濟欠發達地區，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濟數據，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動力。如何定量研究自然環境因素以及政策因素對土地利用變化的驅動力，也將成為今后進一步研究的方向。

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(責任編輯： 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

國家自然科學基金項目“基于3S技術的怒江峽谷農業產業結構調整與生態修復互動研究”(41161070)；云南省自然科學基金項目“怒江州產業結構變化及其生態環境效應研究”(2013F2001)

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

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

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

S-9； S301.2

A