銅仁市碧江區(qū)土地利用變化的時(shí)空特征及其驅(qū)動(dòng)因素

吳清婷， 彭賢偉， 簡(jiǎn) 萍， 王 權(quán)

(貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 貴陽(yáng) 550025)

土地是指地球陸地表面上特定區(qū)域范圍內(nèi)的地質(zhì)、地貌、氣候、水文、土壤、植被等多種自然要素的歷史綜合體[1]，然而土地利用是人類(lèi)與自然環(huán)境相互作用的過(guò)程[2]。在現(xiàn)實(shí)生活中，土地利用常常是以土地利用調(diào)查、土地管理、土地資源評(píng)價(jià)以及土地利用規(guī)劃等進(jìn)行開(kāi)展[3]，從而可以為土地利用變化研究提供新借鑒。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展背景下，人口的持續(xù)增長(zhǎng)，工業(yè)化、城市化，對(duì)土地利用的需求逐漸越大，土地的供需不平衡引起了一系列的土地退化和環(huán)境問(wèn)題[4]。土地利用功能在時(shí)空上呈現(xiàn)出多樣化[5],表現(xiàn)出不同時(shí)間不同尺度的土地利用類(lèi)型在功能上的演變差異性。

西南喀斯特地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，連續(xù)的山地地貌，山地多、平地少，導(dǎo)致較優(yōu)土地資源的稟賦差[6]，土地開(kāi)發(fā)與利用給生態(tài)環(huán)境造成了極大破壞。隨著地區(qū)人口迅速增加，對(duì)區(qū)域土地利用承載力帶來(lái)急劇加大，因此需要進(jìn)行因地制宜把握山地地區(qū)土地利用適宜性變化特征的一般規(guī)律及其調(diào)控模式[7]，為喀斯特地區(qū)土地利用對(duì)地區(qū)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題優(yōu)化，進(jìn)行貧困山區(qū)土地利用集約化得到科學(xué)合理規(guī)劃與布局。土地利用變化研究一直是土地科學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題，近年來(lái)為了更好地理解和掌握喀斯特山地地區(qū)土地利用的變化情況，促進(jìn)喀斯特地區(qū)土地利用健康可持續(xù)發(fā)展備受關(guān)注。例如：張躍紅等[8]結(jié)合貴州省水文地質(zhì)圖、坡度圖分析了貴州喀斯特山陡坡土地利用變化；彭睿文等[9]以花江石漠化治理區(qū)為例，深入分析喀斯特地區(qū)土地利用變化的時(shí)空變化規(guī)律、驅(qū)動(dòng)力及資源環(huán)境效應(yīng)研究；李成志等[10]定量分析喀斯特縣域生態(tài)工程實(shí)施前后土壤侵蝕狀況及其對(duì)土地利用變化的響應(yīng)研究；王權(quán)等[11]研究了喀斯特槽谷區(qū)土地利用變化的時(shí)空演變特征及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析； 彭建等[12]運(yùn)用CLUE-S模型模擬研究了貴州中部貓?zhí)恿饔蛲恋乩?覆被變化情景模擬研究。根據(jù)以上學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，他們運(yùn)用不同方法對(duì)喀斯特山地地區(qū)土地利用變化與地形影響因子進(jìn)行綜合分析，研究土地利用變化在特定區(qū)域范圍內(nèi)的地形響應(yīng)，從而缺乏對(duì)喀斯特武陵山地區(qū)土地利用的時(shí)空演變趨勢(shì)及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析。

現(xiàn)選取西南重點(diǎn)喀斯特區(qū)域的貴州省銅仁市碧江武陵山區(qū)作為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)高精度遙感數(shù)據(jù)的解譯，借助Eradas imagine 9.0和Arcgis10.2軟件平臺(tái)處理下，得出了銅仁市碧江區(qū)的土地利用數(shù)據(jù)，研究銅仁市碧江區(qū)近年來(lái)土地利用變化的空間特征及其驅(qū)動(dòng)因素，揭示在中國(guó)城鄉(xiāng)快速發(fā)展、工業(yè)化等社會(huì)經(jīng)濟(jì)背景下，探討出碧江武陵山區(qū)土地利用變化的一般規(guī)律和時(shí)空差異性，從而對(duì)碧江區(qū)土地利用/覆被變化狀況，以及水土流失及其當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)恢復(fù)取得客觀全面認(rèn)識(shí)，因此為碧江區(qū)土地利用規(guī)劃和土地資源健康可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況

圖1 研究區(qū)位置和地貌Fig.1 Location and topography of the study area

碧江區(qū)位于貴州省武陵山地區(qū)東北部(圖1)，屬銅仁市管轄，于銅仁市域東部，地處向湖南省湘西地區(qū)的山地丘陵過(guò)渡的斜坡地帶位置，即，武陵山地區(qū)山脈主峰梵凈山與湖南湘西主峰雪峰山之間。其地理坐標(biāo)為東經(jīng)108°57′19″～109°29′22″和北緯27°34′15″～27°53′41″。碧江區(qū)國(guó)土面積為1 012 km2，然而碧江城區(qū)建成面積為30 km2。碧江區(qū)的前身是銅仁地區(qū)的縣級(jí)行政區(qū)，位置地處于銅仁市的東南部方向，與銅仁市的萬(wàn)山特區(qū)、松桃縣和江口縣以及湖南省鳳凰縣、麻陽(yáng)縣和芷江縣等地區(qū)縣相鄰。碧江區(qū)也是銅仁市行政管轄的中心城區(qū)，在境內(nèi)以錦江得名。也是銅仁市的政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心和交通樞紐，其中碧江區(qū)管轄5個(gè)街道、9個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。 研究區(qū)域自然地貌復(fù)雜，石漠化現(xiàn)象嚴(yán)重，水土流失嚴(yán)重，植被覆被少，屬于生態(tài)環(huán)境脆弱，農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)單一。碧江區(qū)氣候類(lèi)型屬于亞熱氣候和暖溫帶季風(fēng)山地氣候，年平均氣溫15 ℃，年均降雨量1 300 mm。

2 研究數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

圖2 土地利用現(xiàn)狀Fig.2 Land use status

碧江區(qū)土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于2009、2017年共2期landSatTM遙感影像數(shù)據(jù)(影像來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云, http://www.gscloud.cn/)，碧江區(qū)DEM(digital elevation modzel)來(lái)源于ASTER GDEM，經(jīng)過(guò)Arcgis 10.2處理得到所需要數(shù)據(jù)。運(yùn)用Eradas imagine 9.0遙感處理軟件對(duì)各期LandSatTM影像進(jìn)行預(yù)處理，在此基礎(chǔ)上，再根據(jù)2009、2017年的各期數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正配準(zhǔn)，根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況配準(zhǔn)誤差控制在0.5像元內(nèi)。在Arcgis 10.2軟件的支持下，采用人工目視解譯方法，先是人工解譯2017年得到土地利用矢量圖層后，并依此與2009年的遙感影像放在Arcgis 10.2軟件中，進(jìn)行疊加顯示，采用矢量底圖影像對(duì)比判讀的方法，依次提取2009年的土地利用信息，最后得到碧江區(qū)2009、2017年的土地利用矢量圖。在分類(lèi)中參照2017年全國(guó)土地利用分類(lèi)體系，把斑塊分為11種地類(lèi)，土地類(lèi)型為灌木林地、農(nóng)村居民點(diǎn)、旱地、水田、水域、道路、城鎮(zhèn)用地、工礦用地、有林地、草地、裸地；最后得到銅仁市碧江區(qū)2009、2017年的土地利用現(xiàn)狀圖(圖2)。

碧江區(qū)生產(chǎn)總值、人口、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù)來(lái)源于銅仁市統(tǒng)計(jì)年鑒經(jīng)過(guò)處理得到本文所需數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況，為了科學(xué)探究出碧江區(qū)的土地利用變化的時(shí)空間格局分布，從而在快速社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大背景下，揭示土地利用變化在時(shí)序上的演變特征和空間分布格局特征。因此選取反應(yīng)碧江區(qū)土地利用變化幅度指數(shù)、土地利用變化速率指數(shù)和綜合土地利用動(dòng)態(tài)度指數(shù)以及反應(yīng)地區(qū)土地利用轉(zhuǎn)移情況指標(biāo)，進(jìn)行定量分析出地區(qū)土地利用在2009—2017年間，在時(shí)序上演變的規(guī)律特征和差異性。選取指標(biāo)如下。

2.2.1 土地利用變化幅度

土地利用變化幅度是指在一定區(qū)域范圍內(nèi)各土地利用類(lèi)型數(shù)量在時(shí)序上的變化劇烈程度，能很好反映出一定時(shí)期內(nèi)人類(lèi)對(duì)土地利用的擾動(dòng)幅度[13]。其計(jì)算公式為

(1)

式(1)中：S為研究區(qū)土地利用數(shù)量演變率，Ud、Ue分別為研究區(qū)初期及研究末期某一土地利用類(lèi)型的面積，U是該研究區(qū)土地類(lèi)型的總面積。

2.2.2 土地利用變化速率

運(yùn)用土地利用變化速率動(dòng)態(tài)指標(biāo)能夠有效測(cè)算出研究區(qū)各土地利用類(lèi)型在研究時(shí)間范圍內(nèi)的變化快慢不一，從而掌握一定時(shí)間范圍內(nèi)土地利用變化的一般規(guī)律[14]。其計(jì)算公式為

(2)

式(2)中：K是研究時(shí)段內(nèi)土地利用類(lèi)型動(dòng)態(tài)度；Ud、Ue分別為初期及末期某一土地利用類(lèi)型的面積；T為研究時(shí)間，當(dāng)T的時(shí)段為年時(shí)，K的數(shù)值就是研究區(qū)某種土地利用類(lèi)型的年變化率。

2.2.3 綜合土地利用動(dòng)態(tài)度

綜合土地利用動(dòng)態(tài)度是指在一定區(qū)域范圍內(nèi)土地利用類(lèi)型在研究時(shí)段內(nèi)的整體動(dòng)態(tài)變化狀況，其能夠很好反映出研究區(qū)綜合土地利用變化的劇烈特征，也可以利用于局部與局部，全區(qū)與局部之間土地利用劇烈程度的總體變化趨勢(shì)[15]。其計(jì)算公式為

(3)

式(3)中：LC是一定時(shí)間特定研究區(qū)域所有地類(lèi)的綜合土地利用動(dòng)態(tài)變化值，LU是從監(jiān)測(cè)起始時(shí)間i類(lèi)土地利用面積，LUi-j為監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)第i類(lèi)土地利用為非i類(lèi)土地利用類(lèi)型面積的絕對(duì)值；T是研究時(shí)間。

2.2.4 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

利用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣來(lái)表征碧江區(qū)土地利用轉(zhuǎn)出動(dòng)態(tài)變化特征，土地利用轉(zhuǎn)移矩陣的變量可以使一定區(qū)域內(nèi)的土地利用面積或數(shù)量；還可以用其反映區(qū)域范圍的土地利用變化的轉(zhuǎn)換的概率矩陣，從而預(yù)測(cè)未來(lái)的土地利用變化趨勢(shì)[16]。其數(shù)學(xué)模型為

(4)

式(4)中：S是土地利用面積；n為土地利用類(lèi)型數(shù)；i、j分別是研究期初與研究期末的土地利用類(lèi)型。

2.2.5 核密度估計(jì)

核密度估計(jì)是在概率論中運(yùn)用測(cè)算當(dāng)前和未知的密度函數(shù)，屬于非參數(shù)性檢驗(yàn)函數(shù)方法之一。與Voronoi圖密度法和樣方密度法比較，核密度法都兼顧了不同空間位置的集聚強(qiáng)度的空間差異性和連續(xù)性等特點(diǎn)，能有很好測(cè)度巖溶槽谷區(qū)坡耕地空間分布格局和集聚強(qiáng)度關(guān)系。核密度法是通過(guò)研究區(qū)每個(gè)要素點(diǎn)至各要素參考位置的距離，然后進(jìn)行對(duì)參考位置的所有表面要素點(diǎn)值求和，從而建立點(diǎn)要素的高值來(lái)構(gòu)建空間連續(xù)的表面，要素點(diǎn)的核密度隨著中心向外輻射的距離增大而減少。運(yùn)用核密度能夠很好地反映碧江區(qū)土地利用空間分布格局和集聚強(qiáng)度關(guān)系[17]。其函數(shù)模型為

(5)

式(5)中：f(x,y)為位置于(x,y)處空間位置的密度值；h為平滑參數(shù)或帶寬，可以根據(jù)研究區(qū)的范圍及要素進(jìn)行設(shè)置；d為(x,y)位置距第i個(gè)觀測(cè)位置的距離；n為觀測(cè)數(shù)值；k為核函數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 碧江區(qū)土地利用數(shù)量與結(jié)構(gòu)

根據(jù)圖3可得，銅仁市碧江區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)主要是以有林地、灌木林地、草地、旱地，其次是城鎮(zhèn)用地、水田和農(nóng)村居民用地。其中有林地由2009年的50.75%降低到2017年的50.64%，面積從88.35 km2減少為88.20 km2；灌木林地從2009年的8.75%降低到2017年的8.64%，面積由88.35 km2減少為87.28 km2；旱地由2009年的16.47%升高到2017年的16.87%，面積從166.87 km2增加為2017年的169.67 km2；城鎮(zhèn)用地和農(nóng)村居民用地分別都由2009年的1.87%、1.18%增加到2019年的4.12%、1.47%，其面積分別從2009年的18.84、11.89 km2增加到2017年的41.56、14.81 km2。在該幾類(lèi)土地利用類(lèi)型中，有林地、灌木林地面積處于減少狀態(tài)，城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民用地都是增幅較大，說(shuō)明銅仁市碧江區(qū)的處于高速發(fā)展階段，追求社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展占用灌木林地、有林地的面積是處于增加態(tài)勢(shì)，有可能在追求社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，以有林地、灌木林地作為代價(jià)，地方相關(guān)部門(mén)需要對(duì)這方面做出相應(yīng)的協(xié)調(diào)[18]。工礦用地、道路面積是處于增加的態(tài)勢(shì)，原因是地方在發(fā)展過(guò)程中道路的修建逐漸增加，地區(qū)進(jìn)行開(kāi)發(fā)修建筑，對(duì)工況采石的需求不斷加大，從而開(kāi)辟山區(qū)工礦用地的增大[19]。

圖3 2009—2017年碧江區(qū)各土地利用結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of land use types in Bijiang District during the 2009—2017

3.2 碧江區(qū)土地利用變化幅度分析

隨著時(shí)間的推移，銅仁市碧江區(qū)不同土地利用類(lèi)型變化幅度在8 a間變化顯著(表1)。在2009—2017年期間，土地利用類(lèi)型變化幅度較大的是道路、城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民用地、旱地，其變化值分別為0.69%、2.25%、0.28%、0.33%。從變化幅度值可得，城鎮(zhèn)用地的變化幅度最大，原因是城區(qū)擴(kuò)張的同時(shí)，占用地區(qū)的水田、旱地、草地等作為碧江區(qū)的開(kāi)發(fā)與建設(shè)。變化幅度較小的土地利用類(lèi)型為有林地和水田，近年來(lái)碧江區(qū)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，有林地、水田是對(duì)生態(tài)系統(tǒng)貢獻(xiàn)最大的植被[20]，占用有林地的面積侵占不大，水田是滿足地區(qū)人民生活的最后保障，從而在規(guī)劃過(guò)程中得以完善。水域面積比起2009年有所增加的趨勢(shì)，說(shuō)明當(dāng)?shù)貫榱思哟髮?duì)地區(qū)農(nóng)業(yè)的投入同時(shí)，為了滿足當(dāng)?shù)厝找娓魑镔|(zhì)保障[21]，碧江區(qū)水利部門(mén)對(duì)修建水庫(kù)的建設(shè)加大。其他土地利用地類(lèi)變化幅度相對(duì)處于穩(wěn)定狀態(tài)，變化幅度區(qū)域不顯著。從表1可見(jiàn)，碧江區(qū)該幾類(lèi)地變化幅度從整體上出現(xiàn)波動(dòng)不穩(wěn)，最大幅度與最低幅度懸差較大，側(cè)面反映出，社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展時(shí)，碧江區(qū)土地資源利用處于緊張階段。

3.3 碧江區(qū)土地利用變化速率分析

根據(jù)圖4所示土地利用變化速率圖可見(jiàn)，碧江區(qū)于2009—2017年，土地變化速率較大的是道路，其變化速率最大值達(dá)到59%。據(jù)查閱統(tǒng)計(jì)分析，碧江區(qū)道路面積數(shù)量比過(guò)去增加了67%，道路的面積增加給當(dāng)?shù)亟煌屑~打開(kāi)大門(mén)，使得碧江區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)逐漸向好的轉(zhuǎn)變趨勢(shì)。灌木林地、有林地面積是在減少的趨勢(shì)，說(shuō)明當(dāng)?shù)氐南嚓P(guān)部門(mén)需要對(duì)林地的保護(hù)意識(shí)有所提高，追求發(fā)展同時(shí)不要以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價(jià)。隨著銅仁市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的提高，應(yīng)加大改善鄉(xiāng)村人民生活取暖方式。城鎮(zhèn)用地變化速率是達(dá)到16.23%，城鎮(zhèn)用地的增加可能會(huì)使部分的旱地和草地被所侵占為補(bǔ)充城市用地的增加，當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門(mén)需要引起重視，對(duì)各種土地利用類(lèi)型需要進(jìn)行合理的占補(bǔ)平衡，使得地區(qū)土地利用得到可持續(xù)利用。2009—2017年時(shí)期，根據(jù)土地利用綜合動(dòng)態(tài)度指標(biāo)得出綜合土地利用動(dòng)態(tài)度指數(shù)為2.89；該階段碧江區(qū)的土地利用綜合情況劇烈，對(duì)土地利用擾動(dòng)能力強(qiáng)。這說(shuō)明，土地作為人民生活物質(zhì)的創(chuàng)造來(lái)源，土地資源越來(lái)越對(duì)人類(lèi)特別重要[22]。然而隨著時(shí)間的推移，人類(lèi)文明的提升，人地關(guān)系矛盾越來(lái)越突出，則需要對(duì)地區(qū)土地利用應(yīng)做到因地制宜的合理布局[23]。

表1 碧江區(qū)土地利用變化幅度Table 1 Land use change amplitude in Bijiang District

3.4 碧江區(qū)土地利用變化的時(shí)空轉(zhuǎn)移分析

3.4.1 碧江區(qū)土地利用變化數(shù)量分析

近年來(lái)，隨著中國(guó)西部大開(kāi)發(fā)的實(shí)施，銅仁市進(jìn)行大面積開(kāi)發(fā)建設(shè)，進(jìn)行地區(qū)工業(yè)、商業(yè)、農(nóng)業(yè)等規(guī)劃布局[24]，對(duì)土地利用處于緊張狀態(tài)和用地需求加大，因此造成銅仁市碧江區(qū)土地利用類(lèi)型也隨之發(fā)生了激烈轉(zhuǎn)換。根據(jù)表2可得，2009—2017年，草地轉(zhuǎn)為城鎮(zhèn)用地，草地轉(zhuǎn)為道路，草地轉(zhuǎn)旱地，旱地轉(zhuǎn)為城鎮(zhèn)用地、旱地轉(zhuǎn)農(nóng)村居民點(diǎn)，灌木林地轉(zhuǎn)城鎮(zhèn)用地，水田轉(zhuǎn)城鎮(zhèn)用地，水田轉(zhuǎn)道路，有林地轉(zhuǎn)城鎮(zhèn)用地，有林地轉(zhuǎn)道路和有林地轉(zhuǎn)旱地，該幾類(lèi)地轉(zhuǎn)換顯著。其中旱地轉(zhuǎn)為城鎮(zhèn)用地的面積最大，轉(zhuǎn)換面積為90.40 km2，其次是水田和有林地轉(zhuǎn)為城鎮(zhèn)用地，其轉(zhuǎn)換面積分別為62.48、54.93 km2。根據(jù)表2可知，8年來(lái)，其他地類(lèi)轉(zhuǎn)為道路的面積也是處于土地利用的擴(kuò)張模式，旱地轉(zhuǎn)為道路的面積最大值為35.72 km2，其次是水田和有林地轉(zhuǎn)為道路，轉(zhuǎn)換面積分別為34.24、24.35 km2。旱地的轉(zhuǎn)入主要來(lái)源于草地、灌木林地和有林地，其中有林地是旱地轉(zhuǎn)入的最大渠道，轉(zhuǎn)入面積最大值為11.69 km2，農(nóng)村居民用地的轉(zhuǎn)入有旱地和水田，原因是貴州省實(shí)施精準(zhǔn)扶貧政策以來(lái)，農(nóng)村居民人均收入增加、人民生活水平得到極大的提高，從而務(wù)工人員回家進(jìn)行新建房屋，有的是在原來(lái)老房拆除原地進(jìn)行修建民房，有的則是在自己旱地和水田進(jìn)行修建，由于鄉(xiāng)村土地利用監(jiān)督管理不善，使得土地利用進(jìn)行違規(guī)修建，對(duì)旱地的流失現(xiàn)象突出[25]，從而對(duì)土地資源利用帶來(lái)一定的威脅。

圖4 2009—2017土地利用變化速率Fig.4 Land use change rate from 2009 to 2017

表2 2009—2017年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣Table 2 Land use transfer matrix during the 2009—2017 km2

圖5 2009—2017年銅仁市碧江區(qū)土地利用轉(zhuǎn)換空間分布Fig.5 Spatial distribution map of land use conversion from 2009 to 2017 in Bijiang District, Tongren City

3.4.2 碧江區(qū)土地利用變化空間特征

由碧江區(qū)2010—2017年土地利用轉(zhuǎn)換空間圖5可見(jiàn)，土地利用轉(zhuǎn)換現(xiàn)象主要集中于碧江城區(qū)較顯著，主要集中于碧江區(qū)中部位置逐漸向四周進(jìn)行擴(kuò)張。水田、農(nóng)村居民點(diǎn)、城鎮(zhèn)用地和有林地，旱地轉(zhuǎn)換較為強(qiáng)烈，該幾類(lèi)地使得地區(qū)土地利用轉(zhuǎn)換占有主導(dǎo)作用。碧江區(qū)土地利用轉(zhuǎn)換的空間規(guī)模也主要以道路指向性為主[26]，沿著道路發(fā)生轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象顯著。在碧江區(qū)的西部可以看出，部分旱地和草地也轉(zhuǎn)為農(nóng)村居民點(diǎn)的現(xiàn)象較明顯。在碧江區(qū)的東南部，有林地和灌木林地、草地、旱地也發(fā)生轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象，且該幾類(lèi)地主要轉(zhuǎn)為城鎮(zhèn)用地的面積居多。從碧江區(qū)中部向外擴(kuò)散輻射，土地利用規(guī)模不斷處于擴(kuò)張以城市為中心向外進(jìn)行輻射。研究2009—2017年銅仁市碧江區(qū)土地利用空間轉(zhuǎn)換給當(dāng)?shù)貒?guó)土資源部門(mén)進(jìn)行土地利用規(guī)劃得到宏觀科學(xué)布局。

3.5 碧江區(qū)土地利用空間分布格局的集聚動(dòng)態(tài)分析

運(yùn)用核密度估計(jì)法探究碧江區(qū)土地利用空間集聚分布的演變規(guī)律特征，結(jié)合研究區(qū)土地利用分布的實(shí)際狀況，在核密度估計(jì)工具中，設(shè)置輸出像元大小為50 m和搜索半徑為1 500 m，得到碧江區(qū)土地利用核密度空間分布圖(圖6)。2009年碧江區(qū)土地利用分布主要集聚在碧江區(qū)主城區(qū)和東部區(qū)域，其最高集聚密度值為275.75 km2。碧江區(qū)東北部有輕微的集聚現(xiàn)象，但總體上來(lái)說(shuō)土地利用的空間變化不太顯著。原因是2009年期間，地方經(jīng)濟(jì)落后，農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)粗放，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)低下，地區(qū)人民對(duì)坡耕地利用效率低。隨著時(shí)間的推移，至2017年，該地區(qū)土地利用集聚程度呈現(xiàn)出顯著變化，其最高集聚密度值為286.61 km2，主要集中分布于主城區(qū)向外擴(kuò)張集聚利用，與2009年相比，碧江區(qū)東北部和東部地帶土地利用空間集聚增加。這說(shuō)明，碧江區(qū)土地利用主要是朝著東部的芭蕉村、馬巖村、九龍村、漾頭村、云場(chǎng)坪村等和東北方向的三寨村、新寨村、滑石村和老麻塘村等發(fā)展為主導(dǎo)。在該時(shí)期地方人民外出務(wù)工人數(shù)增加，離居民點(diǎn)和道路遠(yuǎn)的高質(zhì)量土地棄耕撂荒的現(xiàn)象很?chē)?yán)重，地方政府出臺(tái)一系列的幫扶和補(bǔ)貼政策鼓勵(lì)地方農(nóng)民耕作，使得偏遠(yuǎn)坡耕地進(jìn)行種植茶葉和經(jīng)果林地，山區(qū)土地利用出現(xiàn)明顯集聚現(xiàn)象。

圖6 碧江區(qū)土地利用空間集聚分布格局Fig.6 Distribution pattern of land use spatial agglomeration in Bijiang District

4 討論

4.1 碧江區(qū)土地利用變化驅(qū)動(dòng)因素

在社會(huì)發(fā)展過(guò)程中土地利用變化反映了人類(lèi)與自然環(huán)境之間的一個(gè)和諧程度關(guān)系，也是反映人類(lèi)與自然是否處于可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)；為了更科學(xué)揭示出銅仁市碧江區(qū)的土地利用變化驅(qū)動(dòng)因素響應(yīng)，收集銅仁市碧江區(qū)的多重影響因子進(jìn)行科學(xué)探究分析。研究有力結(jié)合銅仁市碧江區(qū)2009—2017年的土地利用面積數(shù)據(jù)相互交叉進(jìn)行探討，從而得出，土地利用變化是在多種因素相互作用的結(jié)果[27]。根據(jù)地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和統(tǒng)計(jì)資料分析，進(jìn)而對(duì)碧江區(qū)土地利用變化的驅(qū)動(dòng)因子主要有社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人口因素，地形地貌，政府政策和地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整共同影響。

4.1.1 地形地貌因素

碧江區(qū)是斜坡地帶，平均海拔為467 m，其中最低海拔為120 m左右，以高山丘陵地帶為主，地形起伏大，形成各種峰叢高山丘陵的地帶發(fā)育較陡[28]。從而導(dǎo)致土地資源在地形地貌上的分布造成直接影響。從海拔的分異上，碧江區(qū)高海拔地區(qū)以灌木林地，有林地，在海拔較低的地帶分布旱地、水田、農(nóng)村居民點(diǎn)、城鎮(zhèn)聚落。從而碧江區(qū)的地形地貌也對(duì)土地利用變化差異有決定性影響。

4.1.2 社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素

銅仁市碧江區(qū)2009年以來(lái)，地區(qū)生產(chǎn)總值可達(dá)到1 595 828萬(wàn)元，地區(qū)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)快(圖7)。碧江區(qū)至2017年生產(chǎn)總值比上年增長(zhǎng)了11.75%；其中，第一產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)值為145 472萬(wàn)元，第二產(chǎn)業(yè)的增加值為626 273萬(wàn)元，第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)增加值為935 713萬(wàn)元。地區(qū)人均生產(chǎn)總值要比往年突破了55 432元，可以達(dá)到702 232元。碧江區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整為，其中第一產(chǎn)業(yè)占經(jīng)濟(jì)總量的比重是處于下降的趨勢(shì)(圖8)，第二、三產(chǎn)業(yè)占整個(gè)經(jīng)濟(jì)總量的份額，其達(dá)到94.23%。2009—2017年時(shí)期，碧江區(qū)進(jìn)行大量的工業(yè)發(fā)展，發(fā)展重工業(yè)，進(jìn)行地方的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)調(diào)整，提高了地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)提高，在進(jìn)行工業(yè)發(fā)展的同時(shí)，地區(qū)需要大量進(jìn)行占地，其中，把旱地、草地等轉(zhuǎn)變?yōu)槌擎?zhèn)建設(shè)用地，從而使得當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)經(jīng)濟(jì)大幅度有所轉(zhuǎn)變，地區(qū)發(fā)展第三產(chǎn)逐步形成，也使得土地的利用得到驅(qū)動(dòng)[29]。

圖7 碧江區(qū)生產(chǎn)總值Fig.7 Gross product of Bijiang district

圖8 碧江區(qū)產(chǎn)業(yè)調(diào)整結(jié)構(gòu)圖Fig.8 Bijiang district industry adjustment structure

4.1.3 人口因素

根據(jù)碧江區(qū)的統(tǒng)計(jì)年鑒得出，2009—2017年以來(lái)，碧江區(qū)年末戶籍總戶數(shù)為105 726戶，戶籍所在的總?cè)丝跒?22 324人，城鎮(zhèn)人口為207 641人，鄉(xiāng)村務(wù)農(nóng)人數(shù)人口為114 419人。 根據(jù)碧江區(qū)的土地資源數(shù)量分析，碧江區(qū)的人口數(shù)在持續(xù)增加趨勢(shì)，地區(qū)新增人口不斷增加對(duì)該區(qū)城鎮(zhèn)化建設(shè)帶來(lái)了機(jī)會(huì)，推動(dòng)城鎮(zhèn)用地不斷擴(kuò)張。然而城鎮(zhèn)用地不斷擴(kuò)張導(dǎo)致碧江區(qū)旱地和水田面積減少，從而超過(guò)該區(qū)的土地資源承載容納量[30]。因此，碧江區(qū)的人口數(shù)量對(duì)該區(qū)土地利用資源造成嚴(yán)重威脅。

4.1.4 政府政策因素

近年來(lái)國(guó)家對(duì)西南地帶地區(qū)出臺(tái)了一系列西部計(jì)劃和優(yōu)惠政策，如推進(jìn)西部大開(kāi)發(fā)、精準(zhǔn)扶貧、生態(tài)移民、石漠化治理等工程的政策實(shí)施。國(guó)家對(duì)該地區(qū)進(jìn)行資金投入，進(jìn)行各項(xiàng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的開(kāi)發(fā)，從而盤(pán)活土地經(jīng)濟(jì)大幅度提升。土地利用變化往往與政府相關(guān)政策和發(fā)展要求有密切的聯(lián)系。當(dāng)?shù)貒?guó)土部門(mén)為了使當(dāng)?shù)氐耐恋氐玫接行У睦?，各個(gè)部門(mén)對(duì)地區(qū)制定一整套完善的土地利用規(guī)劃制度，進(jìn)行科學(xué)化規(guī)劃地區(qū)土地利用的有效性。地區(qū)出臺(tái)扶貧政策、糧食補(bǔ)貼、土地補(bǔ)貼等政策，一系列的優(yōu)惠政策可使當(dāng)?shù)鼐用駥?duì)土地利用的積極性和充分性，從而更高的完善土地利用管理制度[31]。

圖9 碧江區(qū)各部門(mén)對(duì)土地利用共同作用的啟示Fig.9 Enlightenment from the joint efforts of various departments on land use in Bijiang District

4.2 碧江區(qū)土地利用的演變模式

根據(jù)碧江區(qū)土地利用相關(guān)指標(biāo)測(cè)算和分析，地區(qū)土地利用發(fā)生了顯著地變化，土地資源稟賦也越來(lái)越緊張，造成地區(qū)土地資源利用出現(xiàn)很大的變化[32]。其他地類(lèi)轉(zhuǎn)為城鎮(zhèn)建設(shè)用地的面積逐漸增大；其次，地區(qū)道路面積也在隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，轉(zhuǎn)為道路面積也在增大。根據(jù)地區(qū)土地利用轉(zhuǎn)換空間分布圖看出，地區(qū)土地利用規(guī)模不斷處于城區(qū)向四周擴(kuò)張模式進(jìn)行發(fā)展，而且沿著城市及其鄉(xiāng)鎮(zhèn)以道路指向性的土地利用模式現(xiàn)象較突出。在郊區(qū)土地利用模式主要以農(nóng)村居民點(diǎn)就近原則的利用模式存在，原因是，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)民生活水平的提高，外出務(wù)工人員隨之增加，從而大量的土地出現(xiàn)撂荒，地方居民進(jìn)行就近的土地進(jìn)行種植耕種。因此可得出，碧江區(qū)土地利用發(fā)展模式主要是以三種變化模式進(jìn)行主導(dǎo)作用，地方相關(guān)部門(mén)需要對(duì)其進(jìn)行合理的布局與規(guī)劃調(diào)整[33]。

4.3 碧江區(qū)土地利用演變的啟示

碧江區(qū)屬于武陵山區(qū)，生態(tài)環(huán)境極其脆弱，在快速社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，對(duì)土地利用的需求不斷加大，從而造成了該地區(qū)生態(tài)環(huán)境遭受破壞，人地協(xié)調(diào)發(fā)展處于不耦合協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顟B(tài)[34]。根據(jù)碧江區(qū)土地利用轉(zhuǎn)出發(fā)現(xiàn)，土地利用呈現(xiàn)出多樣化，隨著碧江區(qū)居民點(diǎn)與道路越遠(yuǎn)，開(kāi)始出現(xiàn)撂荒現(xiàn)象特別嚴(yán)重。甚至較遠(yuǎn)距離農(nóng)村居民點(diǎn)搬遷，優(yōu)質(zhì)土地棄耕現(xiàn)象也很突出，則需要引起相關(guān)部門(mén)進(jìn)行土地確屬，進(jìn)行優(yōu)質(zhì)土地資源利用規(guī)劃，提高地方珍惜耕地資源意識(shí)[35]。武陵山區(qū)與平原和沿海地區(qū)不同，平原地區(qū)土地利用完全以平整規(guī)則，完全實(shí)現(xiàn)務(wù)農(nóng)機(jī)械耕作，盡管購(gòu)買(mǎi)器械成本高，但是提高生產(chǎn)質(zhì)量和效率巨大，而武陵山區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)滯后，地形地貌條件復(fù)雜，完全實(shí)現(xiàn)人工親自耕作，以動(dòng)物為動(dòng)力犁田犁土，耕作效率非常低下，呼吁相關(guān)部門(mén)共同對(duì)碧江區(qū)土地進(jìn)行具體考察，因地制宜進(jìn)行區(qū)域?qū)ｍ?xiàng)土地規(guī)劃措施[36](圖9)。根據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，距道路和居民點(diǎn)區(qū)域，沿著路走向土地利用得到明顯提高，沿線出現(xiàn)核桃、枇杷種植基地，大豆、玉米連片集中種植，甚至部分土地套種現(xiàn)象也顯著；海拔較高和較遠(yuǎn)距離位置進(jìn)行茶園規(guī)劃，甚至山頂優(yōu)質(zhì)土地也進(jìn)行茶園種植，這也對(duì)土地利用帶來(lái)很大效果。碧江區(qū)土地利用出現(xiàn)不同的時(shí)空分布特征和演變模式，揭示出了土地整治工程以生態(tài)環(huán)境、土地保護(hù)為方向。土地利用轉(zhuǎn)換在一定程度上使農(nóng)民利益與耕地質(zhì)量保護(hù)政策相互融合，因此在保障農(nóng)民集體經(jīng)濟(jì)利益不損壞的前提下，調(diào)動(dòng)農(nóng)民增強(qiáng)土地保護(hù)意識(shí)[37]；同時(shí)，大力宣傳農(nóng)民的生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)和提高種植技術(shù)，妥善處理水土流失相關(guān)問(wèn)題，從而提高武陵山區(qū)土地保護(hù)和利用效率，實(shí)現(xiàn)農(nóng)民耕作意識(shí)轉(zhuǎn)型，提高生活條件和生態(tài)環(huán)境具有重要啟示意義。

5 結(jié)論

主要選取武陵山區(qū)碧江區(qū)作為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)區(qū)域的土地利用變化幅度、土地利用變化速率相關(guān)動(dòng)態(tài)度指標(biāo)計(jì)算，揭示出碧江區(qū)近年來(lái)土地利用變化的一般規(guī)律，利用轉(zhuǎn)移矩陣模型和核密度估計(jì)方法計(jì)算出碧江區(qū)土地利用變化的時(shí)空演變特征和差異性，從而探討影響其變化的主要因素，在快速社會(huì)經(jīng)濟(jì)大發(fā)展背景下為碧江區(qū)土地利用科學(xué)規(guī)劃及其管理具有指導(dǎo)意義。得到如下主要結(jié)論。

(1)近年來(lái)，銅仁市碧江區(qū)土地利用格局發(fā)生了根本性變化，其土地利用結(jié)構(gòu)以有林地、灌木林地、草地和旱地為主，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，區(qū)域城鎮(zhèn)用地、道路、和農(nóng)村居民用地，工礦用地不斷增加。

(2)2009—2017年時(shí)期，碧江區(qū)土地利用變化幅度和速率均發(fā)生間顯著變化。在該時(shí)期，碧江區(qū)裸露巖地的利用幅度高，主要是地區(qū)進(jìn)行石漠化治理的結(jié)果，從而擾動(dòng)幅度強(qiáng)。旱地、草地、道路和城鎮(zhèn)用地利用幅度也在增加。隨著時(shí)間的推移，城鎮(zhèn)用地、道路的變化速率達(dá)最大，增幅可達(dá)到59.43%、16.81%，然而，灌木林地、有林地的面積呈減少的趨勢(shì)，變化速率在降低，其他地類(lèi)利用幅度和速率波動(dòng)不大且穩(wěn)定。

(3)近8年來(lái)，碧江區(qū)土地利用在不同區(qū)域出現(xiàn)激烈轉(zhuǎn)變，其主要轉(zhuǎn)變區(qū)域主要集中城鎮(zhèn)區(qū)域。城鎮(zhèn)建設(shè)用地和道路轉(zhuǎn)入面積最大，其中旱地轉(zhuǎn)為城鎮(zhèn)用地的面積為90.40 km2；水田轉(zhuǎn)為城鎮(zhèn)用地和有林地轉(zhuǎn)為城鎮(zhèn)用地，其轉(zhuǎn)換面積分別為62.48、54.93 km2。其他地類(lèi)轉(zhuǎn)為道路的面積均增加，8年來(lái)，旱地轉(zhuǎn)為道路的面積最大值為34.72 km2，其次是水田和有林地對(duì)道路的貢獻(xiàn)最大，轉(zhuǎn)換面積分別為35.24、24.35 km2。

(4)從空間演變規(guī)模得出，碧江區(qū)土地利用變化在時(shí)空上呈現(xiàn)為三種變化模式，包括有“以城鄉(xiāng)向外擴(kuò)張模式”“道路指向性利用模式”和“居民點(diǎn)就近利用模式”存在。

(5)根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，影響碧江區(qū)土地利用變化的驅(qū)動(dòng)因子主要為：地形地貌、政府政策、人口驅(qū)動(dòng)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等社會(huì)經(jīng)濟(jì)共同作用的結(jié)果。其中自然因素是決定碧江區(qū)土地資源的決定性因素，社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素是地區(qū)土地利用變化的動(dòng)力性因素，政策導(dǎo)向是地區(qū)土地資源利用的再分配因素。