未利用地轉型多維驅動測度及其機制分析

王 晶，劉新平,2*，曾慶敏

(1.新疆農業大學 管理學院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆農業大學 土地科學研究所，新疆 烏魯木齊 830052；3.南京農業大學 公共管理學院，江蘇 南京 210095)

區域土地利用轉型[1]及其驅動因素研究在國內外已受到普遍關注[2-4]，Lambin等[5]認為土地利用轉型強調土地利用變化是一非線性過程，并與其他社會和生物自然系統的變化密切相關，土地利用轉型主要源于關鍵資源枯竭所引起的社會生態負反饋或獨立于生態系統之外的社會經濟變化和革新。傅麗華等[6]在分析土地利用變化驅動因子的基礎上運用主成分分析法篩選土地利用生態風險的主導因子。陳龍等[7]基于生產、生態和生活三大功能將土地利用類型分為農業生產用地、工業生產用地、綠色生態用地、水域生態用地、城鎮生活用地和農村生活用地六類，通過GIS獲得土地利用轉移矩陣，從轉入和轉出2個角度總結發現土地利用動態變化規律，定量分析土地利用轉型的驅動因子為經濟因素。鄒亞榮等[8]對農牧交錯區耕地和林地的規模與布局變化驅動力進行了分析，得出人口密度、農業結構等因素為耕地和林地變化的關鍵因子。吳健生等[9]運用土地系統動態模擬(DLS)模型，選取降水、氣溫、坡度、海拔、植被、土壤、人口、GDP 共8個因子為土地利用變化驅動因子。

本文運用主成分分析診斷未利用地轉型過程中的自然環境、社會經濟要素變化對區域未利用地轉型的影響，分析土地自身的資源條件、發展優勢、發展潛力、市場需求等多維驅動因素，以期為未利用地最優轉型途徑的實現提供理論基礎。換言之，本文旨在研究分析未利用地轉型驅動因素，探尋經濟、生態、社會價值博弈中最優的土地利用結構和產業發展模式。

1 理論基礎

土地利用、社會經濟發展、生態環境三者相互影響、相互作用。按照價值理論，價值是反映客體以自己的屬性和功能滿足主體需要的關系范疇，是對客體物的屬性與人的主體活動關系的概括[10]。土地作為人類生存和社會發展載體，其具有的經濟價值、生態價值和社會價值通過不同的利用方式差異化地呈現出來，為追求效益最大化，人們根據不同的社會經濟發展階段，適時地改變土地利用方式，以期實現資源的充分利用進而獲得人類社會長足發展。但與此同時，社會經濟的發展與土地利用結構相互作用、相互影響的促進與抑制效應共存共生，人類利用資源的短視性和資源本身的有限性導致帕累托效應的實現存在現實障礙。將土地資源按其利用方式分為農用地、建設用地和未利用地三大類時，各土地利用類型的主導價值便更加明朗，其中未利用地主要表現為生態價值。而社會經濟的持續發展和資源的自身特質必然要求土地利用結構的不斷調整，土地資源的有限性和位置固定性使得一定條件下未利用地的轉型也是大勢所趨。即土地資源利用受自然條件、社會經濟和政策引導等各方面的影響，在不同時期對土地利用方式具有不同的要求。但受客觀自然條件限制，未利用地開發受水資源和氣候條件以及科技水平等多方面的制約，導致未利用地轉型面臨生態化利用和非生態化利用2種結果，未利用地轉型驅動機理如圖1所示。

圖1 未利用地轉型驅動機理圖

2 研究方法和數據來源

庫爾勒市位于新疆巴音郭楞蒙古自治州，85°14′10″～86°34′21 E、41°10′48″～42°21′36″ N，全市行政區域面積7268 km2，轄9鄉、3鎮、5個國有農牧園藝場、5個街道辦事處。北倚天山支脈，南臨塔克拉瑪干沙漠。塔里木河流經庫爾勒市西南部邊緣，孔雀河穿市而過，氣候溫和，土質肥沃，物產豐富，光熱水土資源十分豐富。

未利用地的轉型受自然地理、資源環境稟賦、社會經濟和政策保護等多重因素的共同作用，結合塔里木河和孔雀河流域未利用地轉型與保護實際，基于主導性、基礎性和可獲得性等原則，在已有文獻研究土地利用轉型驅動因子的基礎上，按照反向分類回歸樹法，將影響未利用地轉型風險的因素進行細化，從自然、經濟、社會3個方面的基本特征探析驅動因素。

主成分分析通過累計貢獻率從原本多個自變量中提取具有主導作用的少量新指標代替原來的多個自變量，即可以從多個驅動因素中篩選出未利用地轉型的主要驅動因素。本文主成分分析的因變量Y為未利用地規模，自變量X選取產業產值比、人均GDP、地均固定資產投資額、人口自然增長率、人口密度、糧食作物播種面積比、人均糧食產量、自來水生產量、降水量、平均氣溫等13個指標，具體如表1所示。

表1 未利用地轉型驅動因素及其計算表

本文研究時段為1993～2015年，共23年，根據《巴音郭楞統計年鑒》(1994～2016年)和《新疆50年》(巴音郭楞蒙古自治州各縣市主要經濟指標表)整理統計和計算本節選取的13個指標值。因個別指標特定幾年的統計數據為空值或統計口徑不同(如自來水生產量指標)導致數據完整度為94.09，因此，極少量社會經濟統計數據缺失值通過數學統計方法測算補充，自然條件指標缺失值采用該指標的多年平均值替代。

3 結果與分析

3.1 計算結果

由于不同指標值之間存在量綱差異，為避免其影響研究結果，對原始數據進行Z-score標準化。對標準化后的數據進行相關性檢驗，本文運用IBM SPSS Statistics 21計算相關系數矩陣，并進行KMO檢驗和巴特利球體檢驗(KMO檢驗用于檢查變量間的相關性和偏相關性，取值在0～1之前。Bartlett’s球狀檢驗用于檢驗相關陣中各變量間的相關性，是否為單位陣，即檢驗各個變量是否各自獨立。KMO統計量越接近于1，變量間的相關性越強，偏相關性越弱，因子分析的效果越好。關于bartlett’s球形檢驗的選項如果Sig.<0.05，則數據呈球形分布，KMO統計量在0.7以上時因子分析效果比較好)(表2)。

表2 未利用地轉型驅動因素變量相關系數矩陣

注：行列式=1.668E-010。

由表2可知，本文13個自變量之間X1與X2、X7，X3與X4、X10，X4與X10之間的相關系數高于0.9。根據KMO和Bartlett的檢驗結果顯示，KMO值為0.702，Sig.為0.000，表明未利用地轉型驅動因子自變量有必要進行主成分分析且滿足模型運算數據要求。運用IBM SPSS Statistics 21計算本文13個自變量特征值和貢獻率(表3)。

表3 自變量特征值和主成分貢獻率

注：提取方法為主成分分析法。

由表3可以看出，第一主成分的貢獻率為59.631，第一、二、三、四、五主成分的累計貢獻率已達到92.691。根據Kaiser準則，第一、二、三、四、五主成分已符合要求，可以充分反映研究區未利用地轉型驅動因素的綜合狀況，因此，本文確定保留5個主成分。進一步計算主成分載荷矩陣并生成載荷圖(圖2)。

表4 主成分載荷矩陣

注：提取方法為主成分分析法。

圖2 主成分載荷圖

根據上述計算結果可知，第一主成分的貢獻率為59.631%，主要與X1(第一產業產值比)、X3(人均GDP)、X6(人口密度)、X7(糧食作物播種面積比)、X10(自來水生產量)有較強的相關性，反映的信息較為全面，主要包括產業結構、經濟水平、人地關系、資源利用強度等對未利用地轉型的影響。第二主成分的貢獻率為70.821%，主要與X11(降水量)、X12(平均氣溫)、X13(無霜期)相關性較大，這主要反映了氣候資源對未利用地轉型的影響。第三主成分的貢獻率為81.445%，主要與X5(人口自然增長率)、X8(單位面積糧食產量)相關性較大，該主成分主要反映了人口結構和資源利用強度對未利用地轉型的影響。第四主成分的貢獻率為88.365%，主要與X11(降水量)、X13(無霜期)有較高的相關性，這主要反映了氣候資源對未利用地轉型的影響。第五主成分的貢獻率為92.691%，主要與X5(人口自然增長率)、X11(降水量)相關性較強，這主要反映了人口結構和氣候資源對未利用地轉型的影響。

主成分分數=主成分分數系數×無量綱化的指標數據，根據成分得分系數矩陣和標準化處理后的數據計算可得出本文5個主成分1993～2015年的分數值。未利用地轉型驅動因素影響作用的綜合得分函數由上述主成分貢獻率的加權平均值作為各主成分的權重，在此基礎上加權求和計算各自變量的系數，公式為：

Fkr=-0.087ZX1+0.077ZX2+0.044ZX3+0.036ZX4+0.037ZX5+0.056ZX6-0.08ZX7+0.025ZX8-0.063ZX9+0.043ZX10+0.053ZX11+0.128ZX12+0.134ZX13

3.2 結果分析

由上述公式可計算出1993～2015年庫爾勒市未利用地轉型驅動因素的綜合分值(圖3)。由圖3可以看出，1993～2015年間影響未利用地轉型驅動因素的綜合得分呈現波動增長趨勢，2004年以前綜合得分均小于零，1995年為分值最低點-1.197，2004～2015年綜合得分大于零，分值波動較大，2015年達到最大值0.9465。說明庫爾勒市未利用地轉型驅動因素影響作用有增強的趨勢。按不同主成分進行分析，得出以下結論。

圖3 驅動力綜合得分趨勢圖

土地資源的承載力特性是經濟活動的基本前提，不同經濟活動對土地的利用方式和利用強度存在差異。經濟發展水平的提高使得人們開始關注自身生活質量，要求在利用各類資源提高生活便捷度的同時不損害生活環境質量。人均GDP反映當前社會經濟實力，在經濟水平不斷提高的同時，人們不斷追求低投入高產出的產業結構，經濟發展目標由實現最優的經濟效益轉向保障生態環境追求經濟效益。經濟水平決定土地資源利用過程中可投入的資金量，影響人們對土地資源的價值認同。

資源利用強度反映人類主觀能動對資源的利用強度。如自來水生產量反映區域內水資源量需求和水資源可供給量，體現人類對水資源的開發利用與重新分配。地均固定資產投資反映年內對各類建設用地的資金投入和對土地資源的利用與再利用，建設用地需求增加勢必導致其他土地利用類型向其轉變。

不同產業類型對資源的需求量存在差異，產業結構變化必然改變土地利用形態或土地利用強度。土地利用形態發生轉變即發生土地利用轉型，土地利用強度變化在積累一定時期后影響土地質量，進一步限制土地利用方式。第一產業產值比在第一主成分中的貢獻達到93.81%。

氣候條件主要對耕地影響較大，農作物種植必須選擇適宜的土壤和氣候環境。在未利用地轉型過程中，未利用地的開發利用必須充分考慮氣候條件，其他土地利用方式也要考慮當地降水、大風等氣候環境，在適度利用的前提下集約節約利用土地，避免發生土地資源非生態化轉型。降水、氣溫等氣候條件在第二主成分和第四主成分中占主導地位。

人口增加會擠占公共基礎設施，增加生活用地規模，導致其他土地類型規模下降，人口密度在第一主成分中貢獻率為89.50%，資源承載壓力加大。人口增加要求農作物產量增加，必須提高農技水平或增加糧食作物播種面積，以實現人均糧食產量不下降。糧食作物播種面積比在第一主成分和第三主成分中的貢獻率都很高。

4 結論

本文通過主成分分析法針對庫爾勒市未利用地轉型的驅動因素進行分析，從自然環境、社會經濟要素變化角度分析土地自身的資源條件、發展優勢、發展潛力、市場需求等多維驅動因素的影響，最終得出以下結論。

(1)未利用地轉型的驅動因素在于社會、經濟、自然各個方面，社會經濟條件和技術水平決定了人類對自然資源的可利用程度，社會發展程度和政策制度決定了人們對資源利用的態度和利用方式，自然資源條件和技術水平限制了資源的可利用規模。

(2)以庫爾勒市為例，未利用地轉型的驅動因素可歸納為經濟發展水平、資源利用強度、產業結構、氣候資源、人口壓力5個方面，具體到各指標因素起主導作用的人均GDP和糧食作物播種面積比，人均GDP反映當前社會經濟實力，在經濟水平不斷提高時，人們不斷追求低投入高產出的產業結構，經濟發展目標由實現最優的經濟效益轉向保障生態環境追求經濟效益。經濟水平決定土地資源利用過程中可投入的資金量，影響人們對土地資源的價值認同。人口增加要求農作物產量增加，必須提高農技水平或增加糧食作物播種面積，以實現人均糧食產量不下降，糧食作物播種面積比在第一主成分中的貢獻率達到95.2%。氣候條件主要對耕地影響較大，在規劃未利用地農化利用時必須充分考慮氣候條件，非農化利用要考慮當地降水、大風等氣候環境，在適度利用的前提下集約節約利用土地，避免發生土地資源非生態化轉型。