靖遠縣土地利用時空演變及驅動力分析

張清華　胡江玲

摘要 為研究靖遠縣縣域發展和土地利用情況，選取2000、2005、2010、2015、2020年Landsat遙感圖像數據和統計年鑒數據，利用土地利用動態度和土地利用轉移矩陣分析土地利用結構的變化，采用主成分分析研究主要驅動因素。結果表明，整體上建設用地的單一土地利用動態度最大且變化程度最劇烈，林地土地利用動態度均為正值。未利用地、耕地和建設用地面積增加，林地和水域面積變化不大，草地面積減少。靖遠縣20年間未利用地面積增加最為明顯，其次是建設用地和耕地，草地面積減少較多。靖遠縣土地利用變化的主要驅動因素與人民生活水平、農業和經濟發展水平有很大關系。

關鍵詞 土地利用；時空演變；驅動力；主成分分析；靖遠縣

中圖分類號 F 301.2文獻標識碼 A文章編號 0517-6611（2023）15-0051-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.15.013

Analysis of Spatial-temporal Evolution and Driving Force of Land Use in Jingyuan County

ZHANG Qing-hua，HU Jiang-ling

（School of Geographical Science and Tourism， Xinjiang Normal University，Urumqi， Xinjiang 830054）

Abstract In order to study the county development and land use of Jingyuan County， Landsat remote sensing image data and statistical yearbook data in 2000， 2005， 2010， 2015 and 2020 were selected to analyze changes of land use structure by land use dynamic degree and land use transfer matrix， and the main driving factors were studied by principal component analysis.The results showed that overall， the single land use dynamic degree of construction land was the largest and the degree of change was the most severe， and the land use dynamic degree of forest land was all positive.The area of unused land， cultivated land and construction land increased， the area of forest land and water area changed little， and the area of grassland decreased.In the past 20 years in Jingyuan County， the unused land area increased most significantly， followed by the construction land and cultivated land. The grassland area decreased more.The main driving factors of land use change in Jingyuan County were closely related to peoples living standards， agricultural and economic development levels.

Key words Land use;Spatial-temporal evolution;Driving force;Principal component analysis;Jingyuan County

20世紀60年代開始，許多學者基于土地利用數據，分析了不同地區土地利用的變化和驅動力［1］。隨著我國經濟的快速發展和城鎮化進程的加快，城鎮擴張和生態用地減少問題尤為突出，不合理的土地利用變化導致土地供需矛盾日益突出，所以，研究土地利用變化及其驅動力對實現區域可持續發展有重要意義。曹宇鵬等［2］通過Landsat 影像結合GIS分析昌都市2000—2015年土地利用動態變化；周海菊等［3］應用空間統計技術，結合轉移矩陣及GIS空間自相關模型，探究了不同時期林地時空分布動態變化特征及空間聚集規律。董梁蘊等［4］通過構建模型等方法，對鄭州市2010—2020 年土地利用時間、結構和重心變化特征進行分析；羅芳等［5］運用PLUS模型，分析了宜賓市1980—2018年耕地的土地利用變化及其驅動力；胡波等［6］采用主成分分析法對1980—2018年定西市的土地利用結構變化和驅動力進行了研究；裴子譽等［7］利用 CA-Markov 模型研究楚雄城市土地利用的動態監測和預測。該研究基于靖遠縣2000—2020年土地利用變化及驅動力分析，從單一動態度、綜合動態度以及土地利用轉移矩陣探討靖遠縣20年間土地利用演變特征，進而用主成分分析法研究靖遠縣土地利用變化的驅動因素，以期為靖遠縣乃至西北地區土地管理以及制定合理的土地利用規劃提供參考，有助于緩解靖遠縣社會經濟發展與土地資源之間的矛盾，實現縣域土地資源的可持續發展。

1 資料與方法

1.1 研究區概況

靖遠縣處于黃土高原西北邊緣，是黃土高原溝壑區域，位居甘肅省中部，黃河上游，白銀市平川區從中間將縣域一分為二，形成南北相對的2個部分（圖1）。區位優越，處于甘肅省規劃的“一核（蘭白核心經濟區）一圈（環蘭白經濟區都市圈）”城市空間布局框架內，屬“環蘭白經濟區都市圈”和“沿黃兩岸帶形開發”建設的重點區域。地理坐標為104°13′～105°15′E、36°00′～37°15′N。礦產資源豐富，文化積淀深厚，自古就是連接中原與西域的必經通道，成為古絲綢之路北線重鎮之一。下轄13個鎮、5個鄉。截至2020年末，靖遠縣常住人口37.2萬［8］。

1.2 數據來源

該研究選取了空間分辨率為30 m的Landsat遙感數據，包括2000、2005、2010、2015和2020年5個時期的6月中旬無云圖像遙感數據。數據來源于中國科學院資源環境科學與數據中心數據平臺（http：∥www.resdc.cn）；參照國家標準《土地利用現狀分類》（GB/T 21010—2017），將靖遠縣土地利用分為6種類型，分別為建設用地、耕地、草地、林地、水域和未利用土地［9］。人口和社會經濟數據來源于《甘肅發展年鑒》（2000—2020年）及靖遠縣統計局。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用動態度分析。

單一土地利用動態度一般是指某一土地利用類型面積在一定時間內的變化速率，用來反映在研究時段內土地利用類型變化的劇烈程度［10］。其計算公式如下：

式中：K 為土地利用動態度；Ua為研究初期某土地利用類型的數量；Ub為研究末期某土地利用類型的數量；T為研究時長。

綜合土地利用動態度表示綜合土地利用變化的年變化率［11-13］。計算公式如下：

式中：Lc為研究區土地利用綜合動態度；LUi為研究初始時間第i類土地利用類型的面積；△LUi-j為研究時段第i類土地轉化為第j類土地利用類型面積的絕對值；T為研究時長。

1.3.2 土地利用轉移矩陣。

土地利用轉移矩陣是一種分析土地類型如何變化的研究方法，它可以顯示土地利用變化的動態結構特征，該方法可以展現土地利用變化的動態結構特征［14］，可以具體反映土地類型之間面積的變化和方向的轉移。

1.3.3 主成分分析。

主成分分析法是一種降維的統計方法，是將原來的變量重新組合成一組新的且相互無關的綜合變量，同時根據實際需要，可以從中取出幾個較少的總和變量，以盡可能多地反映原來變量的信息［15］，該研究使用此方法分析影響土地利用變化的因素。

2 結果與分析

2.1 土地利用現狀變化

從表1可以看出，靖遠縣土地面積以耕地和草地占比較大，占全縣總面積的90%以上，其中草地分布最廣，占總面積的60%左右。2000—2020年，未利用地、耕地和建設用地面積增加，林地和水域面積變化不大，草地面積減少。未利用地面積增加最多，增加19.82 km2，其主要是2015—2020年增加最多，增加15.87 km2，主要是裸土地的增加；其次是建設用地和耕地，20年間總增加量分別為6.24和6.22 km2，但2005—2010年耕地和建設用地面積變化較大，耕地增加了27.40 km2，建設用地減少了9.07 km2；草地面積減少較多，由2000年的3 441.98 km2減少至2020年的3 404.83 km2，總減少量為37.15 km2，其中2005—2010和2015—2020年減少較多，分別為19.15和16.48 km2。利用ArcGIS制作出研究區2000、2005、2010、2015和2020年土地利用類型現狀（圖2）。

2.2 土地利用動態度分析

從2000—2020年靖遠縣土地利用的動態變化程度（表2）可以看出，2000—2005、2005—2010、2010—2015和2015—2020年土地綜合利用的動態度分別為0.05%、0.12%、0.03%和0.08%。在單一土地利用動態度方面，2000—2005年耕地、草地和水域面積均呈負增長，動態度分別為-0.09%、-0.03%和-0.05%，其余土地利用類型均為正增長，其中未利用地動態度為 1.65%，綜合來看，該時段建設用地和未利用地變化速率較大；2005—2010年，水域為明顯正增長，動態度為2.17%，建設用地和未利用地明顯負增長，動態度分別為-1.84%、-0.74%，其余土地類型動態度變化不大；2010—2015 年，耕地、未利用地動態度分別為-0.09%、-0.16%，呈負增長，其余用地類型均為正增長，建設用地動態度為1.02%，正向變動相對較大；2015—2020 年，建設用地、未利用地、林地均呈正增長，其中未利用地動態度為2.67%，正向變動相對較大，其余用地類型均呈負增長，其中水域動態度為-0.74%，綜合來看，該時段未利用地變化速率較大。

2.3 土地利用轉移矩陣分析

從表3～4和圖3可以看出，2000—2020年靖遠縣土地利用類型發生了變化。其中2000—2010、2010—2020年草地轉為耕地的轉出量分別為68.58和62.29 km2，分別占轉出總量的85.44%和68.08%；草地轉為未利用地的面積分別為4.33和15.13 km2，草地轉為其他用地不多。耕地面積有少量增加，主要轉出類型為草地，2000—2010、2010—2020年耕地轉出為草地的面積分別為 46.33和67.25 km2，占轉出總量的 60.10% 和79.60%，但2000—2010年分別向建設用地和未利用地轉入23.95和2.65 km2，2010—2020年向建設用地轉入5.31 km2；2000—2010年耕地共轉出77.09 km2，轉入96.13 km2，凈增加19.04 km2。林地面積變化基本趨于穩定，主要是林地和草地相互轉化，2000—2010年林地轉為草地1.63 km2，草地轉為林地2.47 km2，2010—2020年分別轉化4.11和4.20 km2；2010—2020年林地轉出為水域的面積非常小，僅為0.01 km2，且幾乎無相互轉移。建設用地以轉入為主，耕地、草地、林地、水域和未利用地均有轉入，其中耕地貢獻量最大，2000—2010和2010—2020年轉入面積分別為15.53和10.33 km2，貢獻率分別為77.61%和51.62%；其次是草地，轉入面積分別為4.42和8.64 km2，貢獻率分別為22.09%和43.18%；建設用地與林地、水域、未利用地的流轉關系相對較弱。2000—2020年水域和耕地、草地相互轉化，且水域和林地幾乎無相互轉移，但整體有輕微增加，與農用地需要灌溉有關。

2.4 土地利用變化驅動力分析

根據驅動因子的選取原則，結合統計年鑒及相關資料，對人口、經濟、產業結構、農業現代化水平等15個相關因子數據進行分析［6］，建立靖遠縣土地利用變化評價指標體系（表5）。

按照特征值＞1的標準，提取3個主成分（表6），累計貢獻率為96.850%，各因子的貢獻率分別是69.178%、20.322%和7.350%，可以較好地反映原始數據的特征。

從旋轉后的驅動因子載荷矩陣（表7）可以看出，第一主成分與GDP（X3）、人均GDP（X4）、糧食產量（X5）、財政收入（X7）、農作物總播種面積（X8）、社會消費品零售總額（X10）、肉類產量（X15）有明顯的正相關，這些變量可以反映出靖遠縣的農業技術、經濟發展水平以及人民生產生活水平。人民生活水平的提高，地方財政的收入以及固定資產投資的增加會相應地增加資源需求量，調整產業結構，從而增加農業效益，經濟的快速發展影響著土地利用方式。人們的生產生活質量、農業和經濟發展水平是靖遠縣土地利用變化的主要驅動力。

第二主成分與農村人口數（X2）、農用機械總動力（X12）、行業增加值（X14）有較大的正相關。靖遠縣農村總人口從2000年的43.00萬人增加至2020年的44.39萬人。農村人口、農用機械總動力和行業增加值增加，導致建設用地增加，從而使得土地利用方式進一步發生改變。

第三主成分與工業增加值（X13）正相關較大，工業增加值從2000年的19 253萬元增加至2020年的53 630萬元。靖遠縣是傳統農業大縣和全省一二三產業融合發展示范縣，有三大工業園區，劉川工業集中區主要產業是特色新材料和循環化工，金三角生態農業科技創業園產業定位是農畜產品和中藥材加工，而銀三角中小工業園區主導商貿物流服務和節能環保產業，所以產業的發展以及工業增加值逐年上升也是影響土地利用變化的驅動力。

3 結論與討論

（1）靖遠縣土地利用類型以草地和耕地為主，占全縣總面積的90%以上。2005—2010年綜合土地利用度最大；整體上建設用地的單一土地利用動態度最大且變化程度最劇烈，林地土地利用動態度均為正值。總體來看，未利用地、耕地和建設用地面積增加，林地和水域面積變化不大，草地面積減少。

（2）20年間靖遠縣未利用地面積增加最為明顯，且2015—2020年增加最多，主要是裸土地的增加；其次是建設用地和耕地，20年間總量增加，但2005—2010年耕地和建設用地面積變化較大，耕地增加，建設用地減少；草地面積減少較多，其中2005—2010和2015—2020年減少較多。2000—2010年草地和建設用地以轉出為主，其他用地都以轉入為主；2010—2020年草地、耕地、水域以轉出為主，建設用地、未利用地以轉入為主，林地轉移不大。

（3）靖遠縣土地利用變化的主要驅動因素與人民生活水平、農業和經濟發展水平有很大關系，也與農村人口和農用機械總動力增加以及行業增加值相關。總體而言，土地利用變化的主要驅動因素是社會經濟的發展、產業結構的調整以及城鎮化進程中政府政策的實施和調控。

近年來，科技創新能力提高，人們生活水平提高，隨之而來的是快速城鎮化、工業化。而土地是人們賴以生存的家園，不管是自然環境的改變還是人類活動的影響都會導致土地利用類型發生改變。但自然環境改變需要一個漫長的過程，所以在短時序列不會對土地利用造成影響，人類活動在短時期內易對土地類型產生影響。20年間靖遠縣未利用地、耕地和建設用地面積增加，林地和水域面積變化不大，草地面積減少。縣域內半干旱和干旱地區分布較多，水土流失面積大、沙漠化和土地鹽漬化嚴重，導致草地面積減少。城鎮化進程的加快也導致城市擴張現象嚴重，建設用地和耕地的增加就會占用其他類型的土地，尤其草地減少最多。甘肅省退耕還林政策率先進行了試點，對土地利用變化也產生了很大的影響［16］。總體而言，20年間靖遠縣土地利用程度較低，變化較小，與和政縣小南岔河區［17］、張掖市山丹縣［18］的研究結果類似，相比與青神縣［19］和竹山縣［20］土地利用變化以及產業轉化變動較大。其主要原因是西北干旱地區土地利用程度低，人為干擾程度小。該研究主要以靖遠縣全縣為總體研究，沒有細分到每一個鄉鎮，是一個缺陷，不同的鄉鎮特色產業不同，主要用地類型也有所差異，而且對政策的解說太少，今后需要深度挖掘。

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作者簡介 張清華（1997—），女，甘肅靖遠人，碩士研究生，研究方向：城市地理與規劃。

*通信作者，副教授，博士，碩士生導師，從事城市地理與規劃方面的研究。

收稿日期 2023-02-20；修回日期 2023-03-16