平潭土地利用變化及驅動力分析

管詩敏 楊桂梅 楊鈺華 甘玉婷 黃柳菁

文章以海島城市平潭為研究對象，利用2004年、2009年、2014年、2019年4期遙感影像，通過GIS技術得到4期土地利用類型圖，通過土地利用動態度、土地利用轉移矩陣分析平潭土地利用變化特征，運用主成分分析法對土地利用變化驅動力進行分析。結果表明：2004～2019年平潭的建設用地、未利用地顯著增加，耕地面積減少;2009～2014年間土地利用及動態度變化最顯著;土地利用類型變化的主要驅動力為人口增長、人口結構改變、社會經濟發展、政策、產業結構調整、生活水平提高。

土地利用變化; 驅動力; 主成分分析; 海島

F301.24?? A

[定稿日期]2021-03-08

[基金項目]福建省自然科學基金面上項目（項目編號：2018J01699）;學科交融背景下風景園林專業英語的知識構架組件、應用和拓展（項目編號：FAFUYJSJG201909）;基于多功能評估的閩臺生態城市綠色基礎設施網絡構建學科交叉融合項目共同資助（項目編號：YSYL-xkjc-8）

[作者簡介]管詩敏（1996～），女，碩士，研究方向為風景園林生態學。

[通信作者]黃柳菁（1985～），女，博士，副教授，研究方向為植物群落和生物多樣性保護和評價。

土地是人與自然環境之間協同作用的共同體，土地利用指人類借助土地屬性，不斷改變、活動來滿足人類經濟社會發展需求的過程，其現狀反映了區域內社會經濟發展水平、生態環境情況、人居生活品質[1]，同時反映了人類與自然環境間互相作用的聯系[2]。而土地利用的變化可揭示在長時間內，區域內土地利用結構變化和發展規律[3]，是促進可持續性發展和生態環境建設的重要依據[4]，它能從利用程度、轉移方向、轉變速率等方面反映土地利用與社會經濟發展之間的權衡與和協同關系[4]。海島城市是促進海岸經濟可持續發展，貿易擴張的重要紐帶與窗口[5]，但海島生態環境脆弱，與陸地相比更為復雜，平潭島地處海陸交界地帶，其生態系統具有復雜多變，急需協調好土地資源與人類需求之間的關系。自2009年進入快速發展階段以來，平潭島旅游業猛速發展，人類活動劇烈，對土地的開發程度、屬性改變日益加重[6]，使得土地利用問題日漸突出。因此，本研究以福建省平潭為研究對象，通過遙感影像數據，得到土地利用類型圖，分析平潭土地利用變化及其驅動力，為海島城市可持續發展提供重要依據。

1 研究區域及研究方法

1.1 研究區域概況

平潭位于北緯25°15′25°45′東經119°32′120°10′，地處福建省東部。面積約為267 km2，東西寬19 km，南北長29 km。東與臺灣海峽相望，是對臺交流的重要節點，2012年設立為省級綜合試驗區后，平潭進入快速發展階段。

1.2 數據來源與處理

本研究所用數據均來源于地理空間數據云（http：//www.gscloud.cn/home），選取2004年、2009年、2014年、2019年四期Landset系列遙感影像，運用ENVI5.3分別對四期影像進行輻射定標、影響裁剪、大氣校正等預處理后，采用支持向量機法進行監督分類，將平潭土地利用類型分為林地、草地、耕地、水體、建設用地和未利用地6大類;利用谷歌地圖獲取4期高清歷史影像，結合野外調查數據對分類后結果進行修正，經檢驗4期影像圖Kappa系數達到0.92、0.91、0.92、0.93，符合解譯精度要求。社會經濟數據來源于2004～2019年《福州市統計年鑒》。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用動態度

指一定時間范圍內，研究區域內各類土地利用類型的數量變化情況，公式如下：

K=Ub-UaUa×1T×100%

式中：K代表某段土地實際使用面積類型的研究動態;Ub代表研究末期土地使用面積、Ua代表研究初期的土地使用面積;T代表研究時段長度。

1.3.2 土地利用轉移矩陣

利用ENVI5.3對2004年、2009年、2014年、2019年四期土地利用類型圖（圖1）進行疊加運算，最終得到四期的土地利用轉移矩陣。反映研究時間內不同類型之間土地轉移的方向[7]。公式如下：

Sij=S11S12…S1nS21S22…S2nSn1Sn2…Snn

式中：Sij表示第i到j類轉移的面積;i、j分別為第一、第二期土地利用類型;n為某時期土地利用類型數量。

1.3.3 主成分分析

將多個變量通過線性變換選出重要變量，用這種方法可以選出幾個主成分因子代替原有變量，通過主成分反映大部分信息[8]，該方法是驅動力定量分析中較有效的方法。本文借助SPSS 25軟件，運用主成分分析方法分析平潭2004～2019年土地利用變化的驅動力。

2 平潭土地利用變化特征分析

2.1 土地利用類型變化特征

如表1所示，從2004～2019年平潭各類土地利用類型變化及其動態變化量看，建設用地面積變化最大，增加了3 207.42 hm2;其次為水體，2019比2004年減少了3 069.63 hm2;林地、未利用地分別增加了692.55 hm2、2 430.36 hm2;

草地、耕地分別減少1 316.34 hm2、1 926.36 hm2。

從動態度來看，2004～2019年未利用地動態度最大，所占面積比2004年增加2.61倍，動態度為10.74 %;其次為建設用地，面積比2004年增加3 207.42 hm2，增長了8.66 %、1.87 %，動態度為5.73 %;林地面積比2004年增加692.55 hm2，增長了1.87 %，動態度為1.07 %;草地、水體、耕地面積分別比2004年減少3.56 %、8.29 %、5.20 %，動態度為-1.15 %、-2.40 %、-1.13 %;從各個時期的土地利用類型變化量來看，2009～2014年土地變化情況最顯著，其中變化程度最為明顯的為建設用地和水體，建設用地在2009～2014年間增加了2 246.22 hm2，水體減少了2 260.53 hm2;從各個時期的單一土地利用類型動態度看，2004～2009年林地變化最大，為5.2 %，其次為草地>建設用地>水體>耕地>未利用地;2009～2014年未利用地及建設用地動態度最快，尤其是未利用地，高達18.02 %，是研究期內動態度最快的用地類型，其余速度為建設用地>水體>耕地>草地>林地;2014～2019年時間段同樣為未利用地動態度最大，其次為水體>建設用地>林地>耕地>草地。表1 平潭2004-2019年不同土地利用類型變化情況

2.2 土地利用轉移特征

2004～2019年平潭各類土地利用類型轉移矩陣如表2所示，轉移量較大的為林地、草地、水體、耕地，林地向為草地轉移，為983.43 hm2;草地主要向林地及耕地轉移，分別為1 518.57 hm2、1 649.97 hm2，水體向建筑用地及未利用地轉移，分別為1 153.71 hm2，1 194.03 hm2，耕地主要向建設用地轉移，為1 842.48 hm2;建設用地及未利用地僅少部分轉移。

3 平潭土地利用變化的驅動力分析

3.1 主成分分析

土地利用類型的變化往往是受到人為影響和自然影響，但自然因素的影響（除去大型自然災害）通常體現在較長的時間上。故本文選取了11個人文社會因子進行分析：年末總人口數（X1）、城鎮化率（X2）、GDP（X3）、第一產業占比（X4）、第二產業占比（X5）、第三產業占比（X6）、財政總收入（X7）、社會消費品零售總額（X8）、農林牧漁總產值（X9）、城鎮居民人均可支配收入（X10）、農村人均純收入（X11），在SPSS 25中對以上因子進行主成分分析。

提取特征值大于1且獻率累計大于85 %的主成分如表3所示，累積貢獻率達97.767 %。包含了大量信息。

旋轉后的主成分荷載矩陣如表4所示，主成分1與年末總人口數（X1）、城鎮化率（X2）、GDP（X3）、第一產業占比（X4）、第二產業占比（X5）、財政總收入（X7）、社會消費品零售總額（X8）、農林牧漁總產值（X9）、城鎮居民人均可支配收入（X10）、農村人均純收入（X11）呈現顯著正相關，與第一產業占比呈明顯的負相關;主成分2與第三產業（X6）呈顯著的正相關，與財政總收入（X7）呈一定正相關。主成分1可解釋為人口增長、經濟發展、生活水平、產業結構;主成分2解釋為第三產業發展（即服務業）、經濟水平。

3.2 驅動力分析

人口因素 人口因素是引起土地利用類型轉變的重要原因[8]。平潭縣人口由2004年35萬人增長至2019年45萬人，年均增速1.84 %;城鎮化率由17.11 %增長至51.5 %，城鎮人口快速增長造成對公共設施的需求提升、居住環境要求提高，對土地利用類型的需求發生了轉變，促使建設用地、林地逐年增加，耕地逐年下降。

社會經濟發展 15年來，2004～2019年平潭縣GDP由39.663 9億元增長282.85億元，增長了243.186 1億元;地方財政總收入及支出分別由1.359 9億元、2.521 1億元增長至147.251 1億元、166.939 9億元;經濟發展大幅提升，必然致使其余用地類型向建設用地轉變，如交通用地，平潭試驗區為振興農村經濟，著力推進農村聯通城鎮的公路網的建設，環島路、漁平互通立交橋、新汽車客運站、高鐵站等均是為經濟發展所奠定的基礎;工業生產、基礎設施、居住區等擴建是的建設用地面積大幅增長。

產業結構研究期間綜合實驗區、海關特殊監管區、自貿試驗區相繼獲批，產業結構在疊加政策支持下持續優化，種植業有所下降，而工業、建筑業、高新技術產業穩步發展。在旅游業的持續發展下，相關產業、基礎設施不斷完善，如東澳漁人碼頭、殼丘頭考古遺址公園等建筑業逐漸成為了重要的支柱產業。因此耕地面積逐漸減少，建設面積及未利用地逐漸增加。

政策因素 2009年平潭成為綜合試驗區，得到了政府的大力支持。“三區”政策的實施[10]致使建設用地面積不斷增加。海島內陸地面積有限，難以擴張，“填海造陸”項目為平潭提供了大量的未利用地，這也是導致水體面積逐漸減少重要原因之一;與此同時，由于海島極高的生態敏感性，近年來，政府大力建設防風固沙帶，提高森林覆蓋率使林地面積有所增加，草地面積大量減少。

4 結論

本文通過對平潭縣2004年、2009年、2014年、2019年4期遙感影像進行人工解譯，獲得各期土地利用類型圖，分析平潭2004～2019年土地利用類型變化特征及驅動力。

（1）2004～2019年平潭土地利用變化較大，其中建設用地面積增至3 207.42 hm2，變化最大;水體減少了3 069.63 hm2，變化較大;而未利用地動態度10.74 %，變化最快;其次是建設用地，為5.73 %。且動態度在2009～2014年變化最大，變化最顯著的為未利用地和建設用地。

（2）通過2004～2019年土地利用轉移矩陣發現：林地草地互相轉化;草地耕地互相轉化;水體及耕地向建設用地及未利用地轉化;未利用地轉建設用地;而建設用地部分轉未利用地和耕地。總體上耕地減少，建設用地及未利用地增加。

（3）通過主成分分析法，發現影響2004～2019年平潭土地利用類型變化的驅動力因素主要為人口結構改變、社會經濟發展、政策，人口增長、產業結構調整、生活水平提高也有不可忽略的作用。

參考文獻

[1] 韓宇笛， 李淑杰， 徐搏. 吉林省東部山區土地利用結構空間分異研究——以延邊州為例[J]. 吉林農業大學學報， 2014，36（1）： 82-88.

[2] 付寶寶. 水土流失重點治理區土地利用變化對人類活動程度的響應——以長汀縣為例[J]. 海峽科學， 2015（6）： 69-71.

[3] 王群， 王萬茂. 中國大陸地區土地利用結構研究進展[J]. 中國土地科學， 2015，29（8）： 10-15.

[4] 劉志川， 王建國， 梁書維， 等. 吉林省1990-2018年土地利用空間分異變化[J]. 水土保持通報， 2020， 40（6）： 288-296.

[5] 桂峰等. 海島生態環境調查與評價[M]. 海洋出版社， 2018.

[6] 李青生， 黃金良， 王翠， 等. 基于生態-經濟-產業綜合分析的平潭島開發適宜性評價[J]. 海洋科學， 2017，41（1）： 1-10.

[7] 葛欣怡， 李宗怡. 蘇州市土地利用變化及其驅動力研究[J]. 中國林業經濟， 2020（4）： 28-31.

[8] 冉鳳維， 羅志軍， 章磊. 2000—2015年南昌市土地利用變化及驅動力分析[J]. 江西農業大學學報， 2017，39（4）： 834-842.

[9] 肖林橙. “島區一體化”戰略下平潭區域協調對策研究[J]. 江西建材， 2020（3）： 60-61.