基于GWR的三峽庫區(重慶段)耕地利用轉型及其動力機制分析

(成都理工大學 四川 成都 610000)

一、引言

土地利用/覆被變化是具有很強的空間依賴性和變異性，是自然環境、生物和人類三者相互作用形成的，并且由于多種條件的制約和影響還處于不同的變化中。中國人多地少，人口持續增長、快速的城市化和工業化導致人地矛盾日益加劇，城鎮擴展，退耕還林、還草，國土資源開發等宏觀政策均會對耕地產生影響[1-2]，因此耕地乃至后備耕地資源得到越來越多的關注[3]。已有不少學者從全國或區域尺度對耕地的總量變化、時空變化、總量變化影響因子以及耕地保護價值等問題進行了較多的研究[4]。

地理加權回歸模型是對傳統的回歸分析的擴展，允許局部而不是全局的參數估計，通過附加表達空間對象本身的相關性和異質性的變化參數,可用于反映各驅動因子對耕地格局作用的空間穩定性，進而使回歸結果更有可信度。

本文以三峽庫區為研究區域，綜合考慮地形、距離、人口等10個驅動因子對耕地利用格局的影響，采用GWR模型對耕地空間格局進行建模分析，探討耕地格局與驅動因子的空間異質性。

二、研究區概況與數據來源

(一)研究區概況。三峽庫區總面積 5.8萬km2,其中三峽庫區(重慶段)位于長江上游末端，位于28°31′-31°44′N、105°49′-110°12′E之間,東南、東北與鄂交界，西南與川黔接壤，西北與川陜相鄰，其水保持、水質保護和生物多樣性保護等功能對長江下游的防洪與生態安全有著特殊的、不可忽視的戰略意義。三峽庫區(重慶段)面積占整個三峽庫區總面積的 85.6%，占據了三峽庫的絕大部分。本研究選取三峽庫區(重慶段)從涪陵區到巫山縣范圍的區域作為研究區域。

(二)數據來源與處理。研究所涉及的土地利用數據來自2000年和2015年重慶市土地利用變更數據，結合三峽庫區的土地利用現狀，將其分為耕地、林地、園地、草地、建設用地、水域、未利用地，統計耕地轉林地、耕地轉建設用地、林地轉耕地、草地轉耕地面積在耕地轉出或轉入面積的百分比，作為因變量。

避免數據冗余最終選取10個影響耕地格局的驅動因子進行研究分析，具體如下：(1)可達性因子：距鄉鎮中心、區縣中心、省道、主要河流的距離；(2)地形因子：DEM、災害點；(3)社會經濟因子：人均糧食產量、固定資產的投入；(4)人口因子：研究區總人口、非農業人口數量。其中DEM 數據來自于美國USGS網站下載，距離因子通過ArcGIS的空間分析模塊計算各點到鄉鎮中心、省道等的歐式距離而得到，省道、主要河流、災害等數據來自重慶市資源數據庫，糧食產量、固定資產、人口等數據來自重慶市統計年鑒，鄉鎮和區縣中心根據面轉點，再結合實地考察將點移動至該區域實際鄉鎮或區縣位置。

三、研究方法

(一)土地利用轉換分析。根據研究目的及精度的要求，將土地利用類型計算出“轉換減少”和“轉換獲得”在凈得失中所占的百分比(貢獻率)，公式如下：

Ploss(i)=Si/Sl×100

(1)

Pgaint(i)=Si/Sg×100

(2)

式中：Ploss(i)，Pgaint(i)分別表示轉換減少和轉換獲得所占百分比，Si為i類土地利用類型轉出或轉入為耕地的面積，Sl，Sg表示耕地轉換減少或轉換獲得的總面積。

(二)地理加權回歸模型。普通最小二乘法線性回歸模型為全局線性回歸模型，用全部自變量值估計因變量的值，用最小二乘法估算多元線性回歸方程的未知參數。模型結構如下：

yi=β0(ui,vi)+∑kβk(ui,vi)xik+εi

(4)

式中：(ui，vi)是第i個樣本空間單元的地理中心坐標(如經緯度),即位置i的坐標,βk(ui，vi)是第i個觀察點上第k個回歸參數。

四、研究結果與分析

(一)區域耕地利用格局轉型特征。從結果看出，2000年三峽庫區(重慶段)耕地面積為10437.20km2，約占研究區域總面積的26.87%，其中長壽區、涪陵區、豐都縣、忠縣、開縣耕地面積所占研究區域的面積較多；2015年耕地總面積為9917.17km2，約占研究區域總面積24.73 %，其中長壽區、涪陵區、豐都縣、忠縣、開縣耕地面積所占研究區域的面積較多，從2000年到2015年，三峽庫區(重慶段)耕地面積變化較小，耕地面積維持在相對較平穩的狀態。

(二)空間自相關結果分析。結果表明，其自變量與因變量存在較強的相關性，且自變量與因變量之間的相關性高于自變量之間的相關性。本研究以三峽庫區(重慶段)耕地利用格局為基本屬性數據，利用ArcGIS10.2.2軟件對耕地利用格局變化進行相關性分析，計算出自相關Moran’sI指數，得到Moran’sI指數值為0.2134，表明三峽庫區(重慶段)耕地利用格局存在空間自相關，即耕地利用格局存在在空間集聚格局或空間分散格局。

五、結論

本文選擇三峽庫區(重慶段)為研究區域，利用耕地轉移矩陣、地理加權回歸模型，研究分析耕地格局變化情況以及其驅動因子，得到以下結論：

(1)耕地轉出的土地利用類型以耕地轉為林地為主，由耕地轉為林地的面積占耕地轉出面積的77.74%，其次是耕地轉為草地與建設用地，其貢獻率分別為9.04%、7.23%。

(2)耕地轉入的土地利用類型主要為林地，林地轉為耕地的貢獻率為86.36%，其次是園地，貢獻率為8.92%，2000—2015年間耕地面積維持相對穩定，凈增長面積為-740.04km2。

(3)耕地利用轉型受到自然經濟等綜合因素的影響，耕地轉為建設用地主要驅動因子為固定投資、糧食產量、距區縣中心距離、非農業人口，耕地轉為林地的主要驅動因子為dem、距區縣中心、非農業人口、總人口，林地轉為的驅動因子主要與距離區縣中心、鄉鎮中心的距離以及總人口、災害點有關。