榆林地區(qū)土地利用/覆被變化驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究*

賀佳惠王永軍李團(tuán)勝

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，湖北 武漢 430074;2.核工業(yè)航測(cè)遙感中心，河北 石家莊 050002; 3.長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054)

榆林地區(qū)土地利用/覆被變化驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究*

賀佳惠1王永軍2，3李團(tuán)勝3

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，湖北 武漢 430074;2.核工業(yè)航測(cè)遙感中心，河北 石家莊 050002; 3.長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054)

利用榆林地區(qū)1985～2004年近20年的社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)資料，運(yùn)用大型SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件，用主成分分析法和多元回歸法，定量分析了該區(qū)土地利用/覆被變化的驅(qū)動(dòng)力。結(jié)果表明:用不同的兩種數(shù)量分析方法均可以得出人類活動(dòng)(人口、經(jīng)濟(jì)、工業(yè)化和政策因素)是榆林地區(qū)土地利用/覆被變化的最主要驅(qū)動(dòng)力。

土地利用/覆被變化;主成分分析;多元回歸;驅(qū)動(dòng)力;榆林地區(qū)

土地利用/覆被變化對(duì)全球環(huán)境變化和可持續(xù)發(fā)展日益顯著的影響，使人們逐步認(rèn)識(shí)到在全球生態(tài)環(huán)境變化研究中，探討土地利用/覆被變化的特征及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制的重要性和迫切性［1－8］。通過不同尺度、不同學(xué)科的綜合研究，建立各種LUCC模型，定量分析和預(yù)測(cè)LUCC前景，是研究者們普遍矚目的方向。作為自然與人文過程交叉最為密切的LUCC，其自然與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的驅(qū)動(dòng)力分析，也無疑成為一個(gè)更為人們所關(guān)注的核心。同時(shí)隨著遙感(RS)和地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，借助遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)研究區(qū)域土地利用/覆被變化，或者建立模型進(jìn)行情景分析，探討土地利用結(jié)構(gòu)變化的形成規(guī)律及機(jī)制，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外在土地利用/覆被變化領(lǐng)域研究的主要趨勢(shì)［9－14］。

基于土地利用/覆被變化不僅受制干自然環(huán)境條件，更與人類的活動(dòng)密切相關(guān)，本文主要從人文方面探討榆林地區(qū)土地利用/覆被變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，為有效控制該地區(qū)水土流失和實(shí)現(xiàn)土地資源持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

榆林地區(qū)位于陜西省最北部，地處陜、甘、寧、蒙、晉5省(區(qū))接壤地帶，北臨內(nèi)蒙古自治區(qū)，西接寧夏回族自治區(qū)和甘肅省，東隔黃河與山西省相望，南接陜西延安市。地理位置介于36°57'－39°34'N，107°28'－111°15'E，海拔1 000－1 500m，地勢(shì)由西北向東南傾斜。全區(qū)總面積4.3 ×104km2，約占陜西省總面積的21%，總?cè)丝?20.7萬人。地處毛烏素沙漠與陜北黃土高原的過渡地帶，包括南部黃土丘陵溝壑區(qū)和北部風(fēng)沙草灘區(qū)兩部分，氣候?yàn)楦珊?、半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年均降水量300－500mm，降水年際變化大且雨量分配不均勻，多集中在7－9月，平均氣溫7.9－11.3℃，日照時(shí)數(shù)達(dá)2 740－2 962h，全年蒸發(fā)量2 000－2 500 mm，是降雨量的4－5倍，無霜期134－169d。全區(qū)風(fēng)蝕沙化和水土流失非常嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境極其脆弱。

2 研究方法

為了探討驅(qū)動(dòng)力和土地利用變化的相互關(guān)系，需要對(duì)影響土地利用變化的驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行定量分析。由于榆林地區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)以農(nóng)業(yè)為主，且種植業(yè)又占據(jù)農(nóng)業(yè)的中心地位，本研究以榆林地區(qū)多年的統(tǒng)計(jì)資料為依據(jù)，故選擇耕地面積變化作為分析對(duì)象。通過參考其它文獻(xiàn)，并考慮到土地利用系統(tǒng)的特殊性和數(shù)據(jù)的可獲取性，選擇主成分分析法和多元線形回歸分析法作為分析手段。

2.1 主成分分析法

在分析土地利用變化的驅(qū)動(dòng)因子作用時(shí)，選擇的因素要細(xì)致全面，這就會(huì)導(dǎo)致指標(biāo)過多，從而增加分析問題的難度和復(fù)雜性。考慮到這些因子間具有一定的相關(guān)關(guān)系，本文用主成分分析法來研究榆林地區(qū)耕地面積變化與驅(qū)動(dòng)因子的相關(guān)關(guān)系。

根據(jù)主成分分析方法的思路和要求以及資料的可獲取性，從影響耕地面積變化的影響因子中選取13個(gè)分析因子:x1為總?cè)丝跀?shù)(萬人);x2為農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值(萬元);x3為鄉(xiāng)村從業(yè)人口(萬人);x4為林業(yè)總產(chǎn)值(萬元);x5為牧業(yè)總產(chǎn)值(萬元);x6為工業(yè)企業(yè)總產(chǎn)值(萬元);x7為郵電業(yè)務(wù)總量(萬元);x8為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(億元);x9為固定資產(chǎn)總投入(萬元);x10為年降水量(mm);x11為日照時(shí)數(shù)(小時(shí));x12為相對(duì)濕度(﹪);x13為大牲畜存欄數(shù)(萬頭)。其中，前9個(gè)因子和x13是社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素(人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市化和工業(yè)化等)，代表人類活動(dòng);x10、x11和x12三個(gè)因素是自然因素。用Y代表耕地面積(103hm2)，確定以1985－2004年的數(shù)據(jù)為分析樣本(表略)。

按照主成分分析方法中的相關(guān)系數(shù)矩陣、特征值與特征向量及主成分貢獻(xiàn)率與累計(jì)貢獻(xiàn)率的計(jì)算公式［15］，計(jì)算得相關(guān)系數(shù)矩陣、特征值及各個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率與累計(jì)貢獻(xiàn)率。

2.2 多元線性回歸法

多元線性回歸模型是經(jīng)常用來解釋土地利用變化的一種經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，該模型要求特定地區(qū)、特定時(shí)期內(nèi)的土地利用變化(因變量)與驅(qū)動(dòng)因子(自變量)之間存在線性關(guān)系，通過對(duì)可能引起土地利用變化的各種驅(qū)動(dòng)因子的多變量分析而建立的一種數(shù)學(xué)模型，以便更明確鑒別土地利用變化的原因。

多元線性回歸模型的基本原理是:設(shè)隨機(jī)變量Y與子變量x1，x2，…之間存在線性關(guān)系，則其數(shù)學(xué)模型為［15］:

利用n(i=1，2，…，n)組觀測(cè)值(X1i，X2i，…，Xmi，Yi)，根據(jù)最小二乘法原理求出上式中的待定系數(shù)B1，B2，…，Bm。

3 結(jié)果分析

3.1 主成分分析法結(jié)果分析

由主成分分析方法所計(jì)算的特征值及各個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率與累計(jì)貢獻(xiàn)率(見表1)可知，第一、第二、第三主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率己達(dá)85.74%，完全達(dá)到分析要求(一般為85%－95%)，因此確定1、2、3主成分為影響耕地面積變化的主要驅(qū)動(dòng)力。

根據(jù)主成分載荷計(jì)算公式可以得到主成分載荷矩陣(見表2)。主成分載荷是主成分與變量之間的相關(guān)系數(shù)，從表2中可以看出，x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7、x8、x9與主成分1有很大的正相關(guān)，而這些因子與人類活動(dòng)有關(guān)(人口、經(jīng)濟(jì)等)說明人類活動(dòng)對(duì)耕地面積變化的影響非常大;第二主成分與日照有一定的正相關(guān)(0.836)，與降水量和相對(duì)濕度有一定的負(fù)相關(guān)性，而這三個(gè)因子是自然因素的代表(日照、降水和濕度)，說明耕地面積變化與自然因素也有一定的關(guān)系，但從作為最主要綜合指標(biāo)的主成分1與各變量之間的相關(guān)系數(shù)來看，人類活動(dòng)(社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素)是榆林地區(qū)耕地面積變化的主導(dǎo)因素。

表1 特征值及主成分貢獻(xiàn)率

表2 主成分載荷矩陣

3.2 多元線性回歸法結(jié)果分析

通過對(duì)榆林地區(qū)耕地面積變化的驅(qū)動(dòng)因子主成分分析得知13個(gè)因子對(duì)耕地面積都有一定的相關(guān)性。因此利用表2的樣本數(shù)據(jù)，只取前11個(gè)驅(qū)動(dòng)因子(考慮到后兩個(gè)影響較小)，再根據(jù)歷年來耕地面積值Yi，對(duì)耕地變化進(jìn)行多元回歸，得到1985－2004年耕地面積變化驅(qū)動(dòng)因子的多元線性回歸模型如下:

式中y代表耕地面積，Xi的意義及量綱同前例。從式中可知，固定資產(chǎn)投入、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值和人口數(shù)量對(duì)耕地面積的影響最大，而其它因素的影響則較小。總的說來，代表人類活動(dòng)的因素是影響耕地面積的主要驅(qū)動(dòng)因素。

總之，土地利用變化是多種因素綜合作用的結(jié)果，其中，自然因素是土地利用變化的前提條件，人文因素是土地利用變化的主要驅(qū)動(dòng)力。研究區(qū)作為陜北黃土丘陵區(qū)的過渡區(qū)，又作為能源化工基地，能源開發(fā)對(duì)耕地影響很大;“退耕還林還草”的政策對(duì)耕地影響也很大。

4 結(jié)論與討論

(1)土地利用/覆被變化是人類對(duì)自然環(huán)境擾動(dòng)的結(jié)果，深受人口因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的影響，本文用兩種不同的數(shù)量分析方法均得出人類活動(dòng)(人口、經(jīng)濟(jì)、城市化、工業(yè)化和政策)是榆林地區(qū)土地利用變化的主要驅(qū)動(dòng)力。這與榆林地區(qū)人類活動(dòng)強(qiáng)烈，煤炭資源開發(fā)，建設(shè)用地增多，城市發(fā)展等對(duì)土地利用產(chǎn)生很大影響的特點(diǎn)一致。

(2)考慮到統(tǒng)計(jì)分析對(duì)樣本數(shù)目的要求，本研究采用了一些主要驅(qū)動(dòng)因子的數(shù)據(jù)。而全面獲取社會(huì)經(jīng)濟(jì)及自然因素?cái)?shù)據(jù)是對(duì)統(tǒng)計(jì)分析精度的根本保證。因此建立全面綜合的信息系統(tǒng)，對(duì)認(rèn)識(shí)土地利用/覆被變化，準(zhǔn)確定量判別其驅(qū)動(dòng)因素具有重要意義。

(編輯:田紅)

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AbstractBased on the social economic data from 1985 to 2004 in the Yulin Prefecture and using the SPSS(Statistical Package for Social Science)statistics software(Principal Component Analysis and Linear Regression Analysis)，the driving factors of LUCC(Land Use/Cover Change)were quantitatively analyzed.The result indicated that human activities including population，economy，industrialization and policy factor are the main driving factors to affect land use/cover change in Yulin.

Key wordsLUCC;principal component analysis;linear regression analysis;driving factors;the Yulin Prefecture

Driving Mechanism of Land Use/Cover Change in Yulin Prefecture

HE Jia-hui1WANG Yong-jun2，3LI Tuan-sheng3
(1.China University of Geosciences，Wuhan Hubei 430074，China; 2.Airborne Survey and Remote Sensing Center of Nuclear Industry，Shijiazhuang Hebei 050002，China; 3.College of Earth Science and Resources，Chang’an University，Xi’an Shaanxi 710054，China)

F301.24

A

1002－2104(2010)05專－0119－03

2010-04-20

賀佳惠，博士生，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)镽S與GIS技術(shù)應(yīng)用。

*陜西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào):2002D06);陜西省教育廳專項(xiàng)科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào):03jk192);陜西省軟科學(xué)計(jì)劃項(xiàng)目(2007RK21)。