南寧市2000～2018年土地利用變化與驅(qū)動機制研究

阮詩喬，周慧杰

(南寧師范大學 地理科學與規(guī)劃學院，廣西 南寧 530000)

1 引言

土地利用是指人類為了一定的社會經(jīng)濟目的而根據(jù)土地的自然特征進行連續(xù)或分階段管理的活動[1]。隨著人口迅速增長，自然資源利用混亂，土地資源也日益匱乏。因此，在保護生態(tài)平衡的基礎(chǔ)上，怎樣合理開發(fā)及利用珍貴的土地資源，使其帶來經(jīng)濟利益與生態(tài)效益，是當前國內(nèi)外探討的熱點之一。近年來，經(jīng)濟的加速發(fā)展和城市化腳步的加快使得南寧市在土地利用方面也出現(xiàn)了許多問題：例如土地資源總體質(zhì)量較低、農(nóng)村居民點整體布局分散、土地利用生態(tài)環(huán)境較差等[2]。19世紀德國杜能提出的土地利用模式開始了土地利用研究[3]。目前，國外學者主要關(guān)注城市土地利用的動態(tài)變化和對生態(tài)環(huán)境的作用等方面。如Valdez等對位于墨西哥西北部海岸帶的濕地生態(tài)系統(tǒng)進行了研究[4，5]、Robles等利用土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣對墨西哥西北海岸的土地利用類型空間分布變化進行了研究[6]。我國最早以地貌學家任美鍔、胡煥庸和農(nóng)學家張心一在新中國成立之前就開始了土地利用研究[7]。當前國內(nèi)的眾多學者對土地利用的探究主要集中在區(qū)域性土地利用動態(tài)研究及驅(qū)動因子方面。如楊李娜[8]根據(jù)咸陽市統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在研究產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整變化、經(jīng)濟發(fā)展情況、人口增長及城市化水平等因素對各土地利用類型變化影響的基礎(chǔ)上，提出了土地可持續(xù)利用方面的對策。鮑文東[9]以濟南市土地利用動態(tài)變化的研究為例，運用決策樹提取模型以更高精度提取出城市信息，該方法有效提升了影像信息提取的可靠性。蔣夢倩[7]對重慶市土地利用變化進行分析，得到了研究區(qū)域的土地利用情況與各區(qū)域的自然條件、發(fā)展定位等密切相關(guān)的結(jié)論。本文以廣西南寧市為例，借助GIS技術(shù)，采用土地利用動態(tài)度模型和土地利用轉(zhuǎn)移矩陣對南寧市2000～2018年的五期數(shù)據(jù)進行土地利用變化的分析，并揭示其驅(qū)動因子，對南寧市的生態(tài)保護和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。旨在揭示社會經(jīng)濟和人類活動下對土地利用的影響，為進一步開展南寧市的土地規(guī)劃工作提供了相關(guān)理論依據(jù)和參考。

2 研究區(qū)概況

南寧是中國廣西壯族自治區(qū)首府，廣西第一大城市，廣西政治、經(jīng)濟、文化、交通中心，北部灣經(jīng)濟區(qū)核心城市，中國東盟博覽會永久舉辦地[10]。行政區(qū)劃為七區(qū)五縣，共84個鎮(zhèn)、15個鄉(xiāng)、3個民族鄉(xiāng)、22個街道。總面積 22112 km2。地理區(qū)位上具有“兩近兩沿”的特點。東經(jīng)108°22′，北緯22°48′。地貌分平地、低山、石山、丘陵、臺地5種類型，地形是以邕江廣大河谷為中心的盆地形態(tài)。亞熱帶季風氣候，年均溫在21.7 ℃左右，年降水量1304.2 mm水資源，礦產(chǎn)資源，動植物資源極其豐富，截至2018年底，南寧總?cè)丝?25.14萬人，地區(qū)生產(chǎn)總值4026.91億元。

3 數(shù)據(jù)源與預(yù)處理

南寧市的土地數(shù)據(jù)來源于2000年、2005年和2010年、2015年和2018年的Landsat8/TM數(shù)據(jù), 分辨率為30m和中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心。利用ENVI5.3和ArcGIS10.2軟件對數(shù)據(jù)幾何校正、大氣校正、輻射定標、融合裁剪以及投影轉(zhuǎn)換等預(yù)處理[11]，《土地利用現(xiàn)狀分類》及南寧市實際土地覆被特征將土地利用類型劃分為:耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用地這6種類型。其他社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)均來自《廣西統(tǒng)計年鑒》和《中國統(tǒng)計年鑒》。

圖1 南寧市行政區(qū)界示意

4 研究方法

4.1 土地利用動態(tài)度模型

土地利用動態(tài)度是指區(qū)域內(nèi)某種土地利用類型的數(shù)量變化情況，該模型可以很好地反映出土地變化率[12]。其公式為：

(1)

式(1)中：K為土地利用類型動態(tài)度；Xa初期是土地利用類型的數(shù)量；Xb末期土地利用類型的數(shù)量；T為研究時段長。

4.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

轉(zhuǎn)移矩陣可以定量直觀地反映兩個時期各土地利用類型之間的轉(zhuǎn)化情況[13]，其公式為：

(2)

式(2)中：S為土地利用類型的面積；n為土地利用類型；Sxy為研究時段初期x類土地到研究末期轉(zhuǎn)為y類土地的面積。

4.3 主成分分析

主成分分析把原始變量因子轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個綜合主成分指標，在最大程度保留信息的同時減少數(shù)據(jù)量[14]。主成分綜合指標計算公式如下：

PCi=α1iX1+α2iX2+α3iX3+…αpiXp

(3)

式(1)中，PCi為第i個主成分，α1i，α2i，…，αpi為第i個主成分各個指標因子對應(yīng)的特征向量X1，X2,…，Xp為各個指標因子。

5 結(jié)果分析

5.1 南寧市土地利用面積分布

結(jié)合表1，對比2000～2018年五期土地利用數(shù)據(jù)，耕地的面積逐年減少，從7703 km2減少到7423 km2，共減少了277 km2；林地呈增多后減少的趨勢，2010年林地面積最大；2000～2010年四期土地利用數(shù)據(jù)顯示草地面積呈逐漸減少，減少了37 km2，2018年迅速增加，增長了843 km2；水域面積基本保持不變；五期數(shù)據(jù)建設(shè)用地面積持續(xù)增高，人類活動頻繁，城市擴張迅速，這也是導致耕地減少的原因之一；2000～2010年三期數(shù)據(jù)未利用地面積不變，2015年和2018年面積有小幅增加，分別為3 km2和2 km2。按面積總體來看南寧市城市規(guī)劃較為合理，沒有較為劇烈的變化，尤其林地、草地和水域，而且林地面積最大。

表1 南寧市2000～2018年五期土地利用面積分布 km2

5.2 南寧市土地利用空間分布

結(jié)合圖2，對比2000～2018年五期土地利用數(shù)據(jù)，耕地處在南寧市較為中心的位置，分為四大區(qū)域；林地主要分布在南寧市中心和北部，分布比較廣泛，和耕地呈互相包容的狀態(tài)；草地分布比較稀疏，只在南寧市的北部和南部零星出現(xiàn)，北部呈林-草復(fù)合格局，南部呈草-水復(fù)合格局；建設(shè)用地以南寧為首，多年來極具擴張，其他城鎮(zhèn)也有不同程度的變化，零星分布在耕地周圍；水域和未利用地基本不變。

5.3 南寧市土地利用變化率

南寧市相鄰兩期土地利用數(shù)據(jù)進行土地利用變化度分析(表2)，縱觀每一期間數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，耕地呈持續(xù)負增長，負增長率從0.14%升高到0.54%；林地呈先增長后減少的態(tài)勢；草地的變化形式和林地剛好相反，呈先減少后增長的態(tài)勢，但增長較快，增長率為3.8%；水域變化最不明顯，保持穩(wěn)定，南寧市對水資源利用較為合理。但單一時期來看，2000～2005年耕地、草地和水域均為負增長，負增長率分別為0.14%、0.02%和0.02%，林地和建設(shè)用地增長率為0.01%和021%；2005～2010年的變化趨勢和上一期間趨勢相同；2010～2015年林地開始呈負增長的狀態(tài)，負增長率為0.09%，水域保持高度不變，建設(shè)用地增長率居高不下，未利用地有輕微增長，增長率為0.01%。2015～2018年的又有了新的變化形式，耕地和林地仍呈現(xiàn)負增長的態(tài)勢，而且耕地的負增長率一年比一年高，人口的斷增多，耕地逐漸減少，人均面積減少，容易造成土地利用和開發(fā)不合理的狀況；草地和建設(shè)用地增長率較高，是前一研究時段的1-3倍；林地和水域也只有小幅變化，可見近幾年南寧市生態(tài)環(huán)境良好。

圖2 2000～2018年五期土地利用空間分布

表2 南寧市各類土地利用動態(tài)度 %

基于南寧市土地利用數(shù)據(jù)，經(jīng)ArcGIS處理等到2000～2010年(表3)和2010～2018年(表4)的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，從而分析南寧市土地轉(zhuǎn)移情況。為更好的分析南寧市的土地轉(zhuǎn)移情況，選取了2000～2010年和2010～2018年兩個時段進行研究，更明顯的分析出其差異性。通過表3可以出，耕地和林地的轉(zhuǎn)出量最多，分別為1977 km2和1835 km2，占總轉(zhuǎn)出量的38%和35%，有64%耕地轉(zhuǎn)為林地，同時有67%的林地向耕地轉(zhuǎn)入，呈相互轉(zhuǎn)換的態(tài)勢，其他轉(zhuǎn)出率較為平穩(wěn)，面積均在500 km2以下。同時發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)入量也是耕地和林地最多，再次證明，二者的相互轉(zhuǎn)換。草地、耕地和林地是轉(zhuǎn)入量>轉(zhuǎn)出量，建設(shè)用地和水域是轉(zhuǎn)入量<轉(zhuǎn)出量。草地、耕地和水域的主要轉(zhuǎn)入方式的林地，這與國家的政策有一定的關(guān)系，10間國家提出退耕還林、退耕還草的措施，使得草地和耕地大面積減少，而且城市的不斷擴張、人口的增多也使得耕地的減少，但林地增多使南寧市的植被覆蓋提高，生態(tài)系統(tǒng)得到了一定的改善，對水土流失、極端天氣有一定的緩解作用。

表3 2000～2010年轉(zhuǎn)移矩陣 km2

由表4可以看出，2010～2018年仍然是耕地和林地的轉(zhuǎn)出量最多，分別為2719 km2和3093 km2，占總轉(zhuǎn)出量的36%和41%，草地的轉(zhuǎn)出量也接近1000 km2，占總轉(zhuǎn)出量的10%，其他土地類型變化幅度較小。草地、耕地和林地的轉(zhuǎn)入量較大，分別為1574 km2、2598 km2和2212 km2，分別占總轉(zhuǎn)入量的21%、34%和29%。耕地和林地呈相互轉(zhuǎn)換的態(tài)勢，建設(shè)用地轉(zhuǎn)出量較少，轉(zhuǎn)入量大部分有耕地轉(zhuǎn)入，占單個的65%，可見城市擴建占用的部分的耕地，相較上一研究時段，耕地轉(zhuǎn)草和轉(zhuǎn)林的面積仍在繼續(xù)增加，政府應(yīng)該注意基本耕地的面積，在人口不斷擴張的同時保證基本耕地面積。

城市發(fā)展，建設(shè)面積增加是城市高速發(fā)展的體現(xiàn)，但不可以犧牲生態(tài)系統(tǒng)為代價，各地政府應(yīng)合理利用有效資源，適當開發(fā)，因地制宜，有序健康發(fā)展，提高生態(tài)文明建設(shè)，踐行“美麗中國”“美麗南寧”。

表4 2010～2018年轉(zhuǎn)移矩陣 km2

5.4 南寧市土地利用變化驅(qū)動機制分析

影響土地利用變化的因素有很多，但大多數(shù)為人口數(shù)量和社會經(jīng)濟發(fā)展。結(jié)合2000～2018年五期土地利用數(shù)據(jù)的分析，根據(jù)對南寧市的社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)，遵循科學性、代表性和可操作性的原則，參考前人的土地利用研究成果，綜合考慮選取人口密度、農(nóng)村消費水平、非農(nóng)村消費水平、第一產(chǎn)業(yè)值、第二產(chǎn)業(yè)值、第三產(chǎn)業(yè)值和人均GDP這7個因子對南寧市土地利用變化的驅(qū)動力進行分析。選取主成分貢獻率超過85%的的因子，得到表5可知南寧市最主要的兩個驅(qū)動因子是人口密度和人均GDP，可以將驅(qū)動機制分為兩大類及進行分析。

(1)人口增加。人口密度是第一主成分累計貢獻率最高的，達到了92%，說明人口的增加是土地利用的主導因子。人口密度越高，對南寧市的壓力越大，結(jié)合廣西壯族自治區(qū)文化，人口增加迅速，城市不斷發(fā)展，大量南寧市周邊地區(qū)的人口移居南寧，2000年人口總?cè)藬?shù)達到294.3萬人，2018年人口總?cè)藬?shù)770.87萬人，增加了476.57萬人。同時國家退耕還草、退耕還林等政策使草地和林地快速擴張。

(2)經(jīng)濟發(fā)展。由表6可得，南寧市人均GDP在第一主成分貢獻率達到87%，且南寧市第三產(chǎn)業(yè)相對發(fā)達，隨城市的發(fā)展而不斷發(fā)展，對南寧市的土地利用結(jié)構(gòu)有著重要的作用。2000年生產(chǎn)總值463.18億元，截至2018年底，生產(chǎn)總值4026.91億元。

表6 南寧市2000～2018年土地利用變化主成分因子載荷矩陣

6 結(jié)論

(1)對比2000～2018年五期土地利用數(shù)據(jù)，耕地的面積逐年減少，減少了277 km2；林地呈增多后減少的趨勢，草地面積呈先減少后增加，水域面積基本保持不變，建設(shè)用地面積持續(xù)增高。按面積總體來看南寧市城市規(guī)劃較為合理，沒有較為劇烈的變化，尤其林地、草地和水域，而且林地面積最大。

(2)對比2000～2018年五期土地利用數(shù)據(jù)，南寧市空間分布情況為：耕地處在南寧市較為中心的位置，分為四大區(qū)域；林地主要分布在南寧市中心和北部，分布比較廣泛，和耕地呈互相包容的狀態(tài)；草地分布比較稀疏，只在南寧市的北部和南部零星出現(xiàn)，北部呈林-草復(fù)合格局，南部呈草-水復(fù)合格局；建設(shè)用地以南寧為首，多年來極具擴張，其他城鎮(zhèn)也有不同程度的變化，零星分布在耕地周圍；水域和未利用地基本不變。

(3)南寧市相鄰兩期土地利用數(shù)據(jù)進行土地利用變化度分析，草地呈先減少后增長的態(tài)勢，，但增長較快，增長率為3.8%，水域變化最不明顯，保持穩(wěn)定，耕地呈持續(xù)負增長，林地呈先增長后減少的態(tài)勢，建設(shè)用地增長率居高不下。2000～2010年，草地和林地相互轉(zhuǎn)換，草地、耕地和林地是轉(zhuǎn)入量>轉(zhuǎn)出量，建設(shè)用地和水域是轉(zhuǎn)入量<轉(zhuǎn)出量。2010～2018年建設(shè)用地轉(zhuǎn)出量較少，耕地轉(zhuǎn)草和轉(zhuǎn)林的面積仍在繼續(xù)增加。

(4)2000～2018年五期土地利用數(shù)據(jù)的分析，人口密度和人均GDP是第一主成分累計貢獻率最高的，分別為92%和87%，為南寧市土地利用最主要驅(qū)動因子。