基于主成分分析的都勻市土地利用動態變化及驅動力分析

邢 穎，高禮安，張杭杭

（1.黔南民族師范學院旅游與資源環境學院；2.都勻市國土資源局，貴州 都勻 558000）

土地利用變化研究是當前全球環境變化研究的熱點和前沿，分析土地利用變化特征和變化的驅動因素是研究的核心問題[1]。近年來，隨著城市化、工業化進程的快速發展，區域土地利用變化日益顯著，人地關系矛盾也越發突出。因此，找出區域土地利用變化的驅動機理，合理協調城鄉土地，節約集約利用土地，規劃合理的土地利用結構等是推進新型城鎮化和鄉村振興的關鍵。

目前，國內對于土地利用驅動力變化的研究較多，大部分研究采用RS提取地類進行土地動態變化分析。呂桐、吳永波運用ENVI對崇明島2000年、2005年、2010年3期Landsat ETM+遙感影像進行解譯分類，對土地利用變化的特征、速率及驅動力因素進行分析[2]；于海影、韋安勝等運用GIS和RS結合農戶調查對陜西省楊凌示范區土地利用變化及驅動力進行了深入分析[3]。在分析土地的驅動力因素時，人們較多采用主成分分析法進行定量研究。覃琳、陳月嬌等運用主成分分析法分別對重慶市九龍坡區及烏魯木齊市土地利用變化驅動力進行了研究[4-5]。以上研究中對西南小城市的關注較少，且在驅動機理分析上較多的是分析某地區建設用地的驅動力因子。

本文選擇西南地區黔南州首府都勻市為研究區，都勻市是貴州省第一批新型城鎮化試點城市，近十年來土地利用變化顯著。分析采用都勻市國土資源局獲取的土地利用變更調查數據，結合對都勻市社會經濟的相關調查，選取了有代表性的驅動因子，以SPSS軟件分析揭示都勻市土地利用農業用地及建設用地的驅動機理，以期為都勻市城鄉一體化發展、土地利用結構優化等提供決策參考。

1 研究區概況

都勻市位于貴州南部，是黔南州布依族苗族自治州的首府，也是貴州省首批新型城鎮化試點城市之一。它位于東經107°7′～107°46′，北緯25°51′～26°26′。全市總面積228 529.58 hm2，市區下設5個街道、4個鄉鎮以及1個民族鄉。都勻境內北部多山地，中南部有狹長的河谷盆地，屬于喀斯特地貌。該區屬于亞熱帶季風濕潤氣候，常年平均氣溫16.1℃，冬無嚴寒、夏無酷暑，氣候舒適宜人。2017年，都勻市總人口50.01萬，GDP總產值2 129 958萬元，經濟發展呈穩步上升趨勢。

2 數據來源及研究方法

2.1 數據來源

為保證研究真實、可靠，本文涉及的都勻市土地數據均來源于都勻市國土資源局2009-2017年土地變更調查數據。土地數據的利用分類是按照國土資源部《土地利用現狀分類》（GB/T 21010-2017）的分類標準，即將土地利用類型分為12個一級類、72個二級類。社會經濟數據來源于都勻市統計局2009-2017都勻市統計年鑒。

2.2 研究方法

土地利用的影響因素分析屬于多變量問題，變量太多會增加分析問題的難度與復雜性。而主成分分析法是把原來多個變量劃為少數幾個綜合指標的一種統計分析方法，這是一種降維處理技術[6]。因此，本文采用主成分分析方法，運用SPSS軟件分別對都勻市農業用地、建設用地土地利用變化影響因素進行定量分析，找出都勻市土地利用動態變化的驅動力因素。

3 都勻市土地利用動態變化分析

3.1 土地利用結構變化的幅度

土地利用結構變化幅度主要通過各種類型土地在面積總量上的變化，來反映土地利用結構的變化。都勻市土地利用類型主要分為耕地、園地、林地、草地、城鎮村及工礦用地、交通運輸用地、水域及水利設施用地、其他土地等八種類型。從表1可以看出，都勻市土地利用類型以農業用地為主，面積比重較大的地類主要是耕地、林地及草地。以上反映出都勻市城市化水平較低、植被覆蓋率較高等土地利用的特點。

從2009年到2017年，9年間都勻全市土地利用結構發生的顯著變化為農業用地比重下降，尤其是耕地、林地、草地，而城鎮村及工礦用地比重上升。以上土地利用面積變化反映出都勻市隨著城鎮建設推進和農業結構調整，城鎮用地擴張，表現為農業用地減少，工礦及居民點用地呈現較為顯著增長的土地利用結構變化。

3.2 土地利用結構變化的速度

區域土地利用結構變化的速度可以用定量的方式進行分析，可以分為單一土地利用動態度和綜合土地利用動態度。單一土地利用動態度可以定量描述某個區域一定時間范圍內某種土地利用類型變化的速度；綜合土地利用動態度則可定量反映區域土地利用的整體動態[7]。

3.2.1 單一土地利用動態度

單一土地利用類型動態度可以直觀地反映單一土地類型變化的幅度與速度，易于通過類型間的比較反映變化的差異，探測變化的驅動因素或約束因素[8]。通常情況下，單一土地利用動態度計算的是年均動態度，公式為：

式中，K為研究時間段內區域某一種土地利用類型的動態度；Ua、Ub分別為某一種土地利用類型在研究期初及研究期末的面積；T為研究時長。

表1 都勻市2009-2017年各類土地利用面積變化幅度

從表2的單一動態度來看，8年間都勻市土地利用類型中農業用地整體呈現減少趨勢，而城鎮村級工礦用地及交通用地呈現出非常顯著的增加趨勢，反映出都勻市城市建設不斷發展，城鎮地域景觀擴張。

3.2.2 綜合土地利用動態度

綜合土地利用動態度描述某一區域在一定時間段內土地利用變化的速度，公式為：

式中，LC是研究區域土地利用綜合動態度；LUi為研究起始時間第i類土地利用類型的面積；ΔLUi-i為研究時段第i類土地轉化為非i類土地利用類型面積的絕對值；T為研究時段。

為更好地分析都勻市土地利用類型變化程度，將研究時段分為2009-2012年、2013-2016年兩個時段來分析都勻市綜合土地利用動態度，如表2所示。

通過表2的土地利用動態度可以看出，在土地利用類型上，2009-2012年園地減少速度較快，交通運輸用地增加較快，這個時間段內都勻市在積極進行城市基礎設施建設，新修環西路、大龍大道、緯五路等多條市內交通干線。2013-2017年，土地利用類型減少速度較快的為耕地及草地，增加較快的為城鎮村及工礦用地，這個時間段都勻市撤銷王司鎮、壩固鎮、大坪鎮、洛邦鎮建制，設置新的勻東鎮。并將勻東鎮作為都勻市經濟開發區，大力發展城鎮建設，對于都勻市內舊城區進行棚戶區改造。因此，這一時間都勻市土地利用綜合動態度呈遞增趨勢，2013-2017年土地利用程度要高于2009-2012年。

3.3 土地利用程度變化分析

土地利用程度主要反映土地利用的廣度和深度，是一定區域內多種土地利用類型綜合變化的結果。土地利用的程度可以用景觀偏離度、土地利用率指標來進行分析。景觀偏離度的計算公式為：景觀偏離度=（耕地面積+園地面積+建設用地面積）/土地總面積×100%。土地利用率的計算公式為：土地利用率=（已利用土地面積/土地總面積）×100%。都勻市2009-2017年景觀偏離度如圖1所示，土地利用程度如圖2所示。

表2 都勻市土地利用動態度

圖1 都勻市2009-2017年景觀偏離度

圖2 都勻市2009-2017年土地利用程度

從圖1和圖2可以看出，2009-2017年，都勻市景觀偏離度及土地利用程度基本都呈上升趨勢，說明都勻市土地利用程度不斷提高，表現為在城市發展建設過程中，土地利用類型相互轉化，建設用地明顯增加，耕地及未利用地減少。從圖2數值可以看出，都勻市土地整體利用程度較高，未利用地所占面積不大。

4 土地利用變化驅動力分析

促使土地利用發生變化的因素主要包括自然因素、社會經濟因素和政策因素。其中，自然因素和政策因素對土地利用變化的影響往往需要較長的時間，短期內影響較大的因素主要是社會經濟因素，因此本文側重于研究都勻市土地利用變化的社會經濟驅動力因素[9]。

根據以上對都勻市土地利用動態變化的分析，人們可以看出，2009-2017年，都勻市土地利用變化呈現出農業用地不斷減少、建設用地增加的趨勢。因此，本研究主要選擇農業用地和建設用地的驅動因子進行定量分析。其間一共選取了15個驅動力影響因子來進行主成分分析。驅動力因子為：年末總人口（萬人）X1、非農業人口（萬人）X2、GDP（萬元）X3、全社會固定資產投資（萬元）X4、第一產業產值（萬元）X5、第二產業產值（萬元）X6、第三產業產值（萬元）X7、工業增加值（萬元）X8、農村居民人均純收入（元）X9、城鎮人均居住面積（m2/人）X10、城鎮居民人均可支配收入（元）X11、農村人均居住面積（m2/人）X12、城鎮建成區面積（km2）X13、城鎮居民人均消費支出（元）X14、農村居民人均消費支出（元）X15、恩格爾系數（%）X16。

表3 都勻市土地利用變化驅動因子相關系數矩陣

通過SPSS軟件，運用主成分分析方法自動計算得出驅動因子相關系數矩陣（見表3）、特征值與各成分貢獻率（見表4）、主成分載荷矩陣（見表5）。按照累計貢獻率大于70%、特征值大于1的原則提取主成分，由表4可以看出，在驅動因子中一共提取出兩個主成分，第一、第二主成分累計貢獻率達到88.503%，因此選擇第一、第二主成分可以達到分析的目的，兩個主成分可以反映出原有驅動因子的大部分信息。在此基礎上，筆者計算出兩個主成分的載荷矩陣，如表5所示。

按照數值越接近1，相關性程度越大的原則，從表5可以看出，第一主成分與GDP、第三產業產值、城鎮居民可支配收入有關；第二主成分與城鎮人均居住面積、恩格爾系數有較為顯著的相關性。因此，都勻市土地利用變化的驅動力因子可以歸納為經濟發展和居民生活水平兩個因素。

5 結果與討論

通過對都勻市2009-2017年土地利用動態變化及其驅動力因子的分析，人們可以得出以下結果。

表4 特征值與各成分貢獻率

表5 主成分載荷矩陣

5.1 土地利用結構發生變化

9年間，都勻市土地利用結構變化較大，主要表現為農業用地及建設用地變化顯著。具體反映為耕地、林地、草地面積減少，而城鎮村及工礦用地比重上升。其主要原因是都勻市近幾年積極推進“一圈兩翼”建設，城市建成區面積由2009年的21.82 km2擴張到2017年的59.87 km2，城市范圍不斷擴張，對建設用地需求量也不斷增大。同時，隨著經濟結構的轉型，農業用地面積相對萎縮。而未利用并未呈現出較為明顯的變化，主要是由于裸地的地類，一般坡度較大且土壤貧瘠，利用難度較高。

5.2 土地利用動態度呈增長趨勢

通過對都勻市在2009-2012年、2013-2017年兩個階段土地利用動態度的分析可以看出，2013-2017年土地利用綜合動態度為0.137，大于2009-2012年的0.060，反映出隨著都勻市的發展，對土地的利用進一步加大，景觀偏離度和土地利用程度都呈上升趨勢。預計隨著都勻市經濟建設的發展，都勻市作為黔南州首府的中心地位進一步加強后，土地利用變化趨勢會越加顯著。

5.3 土地利用驅動力分析

通過主成分分析可知，都勻市土地利用的驅動力因子主要為經濟發展和居民生活水平兩個主成分。社會經濟因素一方面是因為相關政策對都勻市的定位，例如，都勻市作為貴州省新型城鎮化建設試點城市，必然需要加大對土地利用的開發，積極推進新型城鎮化建設；另一方面由于都勻市自身社會經濟的發展，GDP、產值等都呈現出明顯的增長趨勢。在這樣的背景下，都勻市建設用地不斷增加，農業用地建設相對減少，整個土地利用程度及結構都在發生變化。

居民生活水平往往與經濟發展密切聯系。隨著國家西部大開發戰略和相關扶貧政策的實施，都勻市近年來經濟發展速度較快，居民生活水平得到了較大改善，消費能力也進一步提升。城鎮居民和農村居民的可支配收入分別從2009年的13 219年、3 924元到2017年增長為30 904和10 961元。隨著生活水平的改善，人們在居住方面的要求不斷增加，同時對交通和公共設施等一系列用地的需求增加。整體來看，2009-2017年，都勻市城鎮村及工礦用地面積變化比例為0.8%、交通用地面積變化比例為0.25%，分別為土地利用類型中增長面積最大的兩種地類。

6 結語

針對社會經濟發展和土地利用現狀，都勻市既要保證經濟發展的建設用地規模，又要保護耕地，防止出現建設用地大規模占用耕地的行為。首先，對區域內土地采取動態監管，盤活低效用地，繼續推進城鄉增減掛鉤工作，實現城鄉土地綜合利用。其次，加大土地利用的同時，要啟動耕地保護機制，在“十分珍惜、合理利用土地和切實保護耕地”基本國策的基礎上，通過農村居民點整理、礦山復墾等手段增加有效耕地面積，響應國家“占一補一、占水補水”的耕地保護政策，確保耕地總量不下降、質量不降低。