蘇北地區(qū)土地利用變化及其驅(qū)動力分析

周國勝 房凱 武鵬

摘要：由于歷史、地理以及政策等因素的影響，江蘇省的蘇南、蘇中、蘇北等3個區(qū)域之間經(jīng)濟差異較大，其中蘇北地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展較為緩慢。研究蘇北地區(qū)的土地利用變化有助于指導(dǎo)區(qū)域的規(guī)劃布局、環(huán)境保護以及經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。宿遷市作為典型的蘇北城市，自成立地級市以來經(jīng)濟發(fā)展迅速。本研究以宿遷市為例研究土地利用變化情況和驅(qū)動力，為蘇北地區(qū)整體的土地利用和驅(qū)動力分析提供參考。運用遙感技術(shù)，對宿遷市在1997年和2017年2期的遙感影像進行監(jiān)督分類，得出土地利用數(shù)據(jù)，分析研究區(qū)近20年來的土地利用動態(tài)變化，結(jié)合統(tǒng)計資料分析影響該地近20年來土地利用動態(tài)變化的驅(qū)動力。結(jié)果表明，近20年宿遷市土地利用方式以耕地為主，耕地面積增加了415 km2，面積占比從54.25%增加到59.12%，城鎮(zhèn)工礦及居民用地面積增加了282 km2，面積占比從17.38%增加到19.00%，這2種地類增加的部分由水域、林地和未利用土地轉(zhuǎn)變而來;研究區(qū)土地利用方式動態(tài)變化的驅(qū)動力以經(jīng)濟和政策因子為主，人口和自然等因子的影響次之。

關(guān)鍵詞：土地利用變化;宿遷市;遙感;驅(qū)動力;主成分分析

中圖分類號： F301.2 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號：1002-1302（2021）09-0211-06

土地高效利用與保護對國家社會經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義[1]。土地利用信息變化的空間差異性研究，了解土地利用動態(tài)變化，繼而從國土資源與環(huán)境的可持續(xù)利用性方面來保證區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的可持續(xù)性，實現(xiàn)國家經(jīng)濟高速、協(xié)調(diào)發(fā)展[2]。隨著城市化進程的推進，城市的土地利用結(jié)構(gòu)不停變化。在20世紀(jì)90年代后，國際地圈與生物圈計劃（international geosphere-biosphere programme，簡稱IGBP）和全球環(huán)境變化人文計劃（human dimensions programme on global environmental change，簡稱HDP）在全球范圍內(nèi)推動了學(xué)者們對土地利用/土地覆被變化的研究[3]。遙感技術(shù)和計算機圖像處理技術(shù)的發(fā)展，為區(qū)域土地利用變化的監(jiān)測提供了便捷的方法與手段。2000年，史培軍等使用遙感技術(shù)分析了深圳市1980—1994年間土地利用方式的改變及其驅(qū)動力，得出這一時期深圳土地利用變化的驅(qū)動力主要是經(jīng)濟特區(qū)的開放政策、城鎮(zhèn)人口迅速增長、外資和以房地產(chǎn)為主的第三產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展的結(jié)論[4];2010年，王玉等利用1987年、1995年、2000年3個時期江蘇土地利用圖與社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)對海岸帶土地利用變化及其驅(qū)動力進行了分析，發(fā)現(xiàn)江蘇省沿海城市土地利用變化主要受人口、經(jīng)濟和政策因子影響[5];2019年廖慧等挑選1980—2015年內(nèi)關(guān)于黃河流域范圍內(nèi)6個年限的土地利用數(shù)據(jù)，借助轉(zhuǎn)移矩陣對全流域及流域內(nèi)各省份1980—2000年和2000—2015年2個時期土地利用的動態(tài)變化進行剖析，結(jié)論認(rèn)為在此期間氣候、政策和人口因子是影響該地區(qū)土地利用變化的主要因素[6]。目前的研究基本上是利用遙感數(shù)據(jù)和統(tǒng)計的社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)進行土地利用變化分析及其驅(qū)動力研究，驅(qū)動因子主要包括社會經(jīng)濟、政策和自然因子等[7-9]。

蘇北地區(qū)相較于蘇南和蘇中地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展緩慢，是歷史因素的影響、地理區(qū)位的制約、區(qū)域發(fā)展策略的差異、中心城市規(guī)模的不同、勞動人口素質(zhì)的差距、經(jīng)濟全球化的影響和市場發(fā)育程度的區(qū)別等因素綜合作用的結(jié)果[10]。本研究僅從地理學(xué)角度，以蘇北地區(qū)典型城市——宿遷市為例，研究區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)變化及其驅(qū)動力，以期為蘇北地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展、緩解人地矛盾和區(qū)域規(guī)劃提供理論參考。

1 研究區(qū)概況

長江將江蘇省分南北2個部分，歷史上北部黃河和淮河的泛濫制約著蘇北地區(qū)的發(fā)展。改革開放以來，蘇北地區(qū)經(jīng)濟加快發(fā)展，但由于發(fā)展政策和區(qū)位條件等因素的影響，從經(jīng)濟發(fā)展角度看，蘇北弱蘇南強的特征一直比較明顯[10]。蘇北總體地勢較低，屬平原，有5個地級市（徐州市、連云港市、宿遷市、淮安市、鹽城市），17個市轄區(qū)、3個縣級市、17個縣。東臨黃海南臨長江，湖泊眾多水資源豐富，包括駱馬湖、洪澤湖、高郵湖、寶應(yīng)湖等。

蘇北5個地級市之一的宿遷市在資源占有和發(fā)展速度等方面是蘇北城市的典型代表。宿遷市位于33°12′～ 34°24′N、117°6′～119°12′E之間（圖1），西邊與安徽省交界，東接連云港市，南連淮安市，北鄰徐州市。年均降水量為892.3 mm，平均氣溫為14.2 ℃，陽光充足，霜期短。該市屬黃淮平原，土質(zhì)為深厚的黃潮土，水田、旱地作業(yè)并存，是重要的商品糧基地[11]。1996年經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)成立宿遷市地級市，當(dāng)時經(jīng)濟基礎(chǔ)薄弱，從1996年直至2015年的20年來，宿遷市社會消費品零售總額增長13倍，國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）增長17倍。

2 土地利用變化

2.1 數(shù)據(jù)來源與處理

數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站上的Landsant系列遙感影像數(shù)據(jù)（包含1997年TM、2017年OLI-TIRS 2期，均為30 m分辨率）。利用Envi 5.3軟件進行鑲嵌和裁剪，使用Arcgis 10.0目視解譯出研究區(qū)邊界線，對研究區(qū)影像采用最大似然法監(jiān)督分類方法，分類后使用Envi Classic對分類圖進行局部錯誤的修正，從而得到研究區(qū)2個時期的土地利用數(shù)據(jù)。技術(shù)路線如圖2所示。

土地利用變化幅度是土地利用類型的面積變化幅度[12]，能定量反映各地類在數(shù)量上的變化程度，為整體土地利用結(jié)構(gòu)變化的分析提供數(shù)據(jù)支持。其表達(dá)式為

2.2 土地利用變化結(jié)果分析

通過上述方法，對2期影像數(shù)據(jù)進行處理，得出宿遷市1997—2017年各土地利用類型的數(shù)量增減情況（圖3），其土地利用結(jié)構(gòu)變化特征表現(xiàn)為1997—2017年研究區(qū)內(nèi)面積最大的土地利用類型是耕地（耕地面積占比保持在50%以上），面積最小的是未利用土地（從1%持續(xù)減少）（表1）。水域和林地面積均有所減小，林地面積減少557 km2，水域面積減少 55 km2。未利用土地零星分布，多為荒地或灘涂，通過整治轉(zhuǎn)為建設(shè)用地或耕地。河道變窄和坑塘水面填埋，使得水域面積減少，如溧河洼處河道（溧西引河）變窄（圖3）。耕地和城鎮(zhèn)工礦及居民用地是近20年來宿遷市面積增加的土地利用方式，耕地面積增加較多，增加415 km2，沿湖開墾荒地等行為使得耕地面積增加（洪澤湖北部開墾現(xiàn)象明顯）。城鎮(zhèn)工礦和居民用地增加的幅度較大，增加 282 km2，增加幅度為19%。耕地、城鎮(zhèn)工礦和居民用地在分布上呈現(xiàn)著越來越集中的特征。

按區(qū)縣來看，在近20年內(nèi)宿豫區(qū)和宿城區(qū)城市化進程最明顯，2017年2個區(qū)的城鎮(zhèn)工礦及居民用地面積均占據(jù)各區(qū)面積的30%以上，城鎮(zhèn)工礦及居民用地占比大于其他3個縣。2個區(qū)其他4個土地利用類型的面積均有所減少，可見新增的城鎮(zhèn)工礦和居民用地來自于其他4個地類。沭陽縣該地類面積增幅最小，僅為11%，泗陽縣和泗洪縣的增幅較大，1997年2個縣的城鎮(zhèn)工礦及居民用地占比僅分別為11.68%、10.23%，增加幅度較大，2017年城鎮(zhèn)工礦及居民用地的占比仍然較低。相對近20年2個區(qū)耕地面積的減少，3個縣耕地面積均是增加的，由于3個縣面積較大，共占據(jù)宿遷市整體面積的75%，與各自耕地面積增幅疊加運算后，使得宿遷市整體耕地面積增加。除沭陽縣外其他區(qū)縣在近20年的水域面積均是減少的，沭陽縣遠(yuǎn)離駱馬湖、洪澤湖以及京杭運河水系，所以其2期的水面率均是最低的（表2）。3個縣近20年林地面積和未利用用地面積都是減少的，符合宿遷市整體的土地利用變化特征。

3 土地利用變化驅(qū)動力分析

3.1 主成分分析

主成分分析是一種降維統(tǒng)計方法，針對存在重疊信息的所有變量，借助正交變換去除多余信息，提取新變量，使新變量之間互不相關(guān)的同時盡可能代表原有變量所有信息的一種分析方法。從年鑒資料中收集研究區(qū)在1997—2017年的21年間包括1997—1999年、2006—2008年、2016—2017年3個階段共9期的社會經(jīng)濟因子數(shù)據(jù)。使用SPSS對數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后進行主成分分析。結(jié)合對研究區(qū)2期土地利用圖和各區(qū)縣數(shù)據(jù)的分析，選擇人口、GDP、人均GDP、第一產(chǎn)業(yè)占比、第二產(chǎn)業(yè)占比、第三產(chǎn)業(yè)占比、固定資產(chǎn)投資、工業(yè)產(chǎn)值、人均糧食產(chǎn)量、糧食總產(chǎn)、社會消費品零售總額、財政支出、鄉(xiāng)村人口比例、居民消費價格指數(shù)、商品零售價格指數(shù)等15個指標(biāo)。

設(shè)置特征值大于1的2個主成分，累計方差貢獻(xiàn)率為92.98%，說明主成分1和2已經(jīng)代表選取因子的大部分信息，符合主成分分析要求。隨后計算每個因子相應(yīng)指標(biāo)的載荷矩陣，載荷系數(shù)越大，說明該因子對土地利用變化的驅(qū)動力越強。從表3可以看出在第1主成分中，人口、GDP、工業(yè)產(chǎn)值、固定資產(chǎn)投資、三大產(chǎn)業(yè)占比、人均GDP、糧食總產(chǎn)、社會消費品零售總額、財政支出和鄉(xiāng)村人口比例等因子的載荷系數(shù)較大（其中第一產(chǎn)業(yè)占比和鄉(xiāng)村人口比例因子的系數(shù)為負(fù)），人口和第三產(chǎn)業(yè)占比2個因子的載荷系數(shù)大小并列第1，均為0.991。這說明第1主成分主要代表研究區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展因素以及人口因素。在第2主成分中，對應(yīng)載荷系數(shù)較大且大于0.7的因子是居民消費價格指數(shù)，系數(shù)為 -0.891，這說明第2主成分代表研究區(qū)的消費因素。

3.2 驅(qū)動力分析

影響土地利用方式的因子多種多樣[13]，有人認(rèn)為氣候變化是主要的驅(qū)動因子之一[14]，但也有人認(rèn)為在短期內(nèi)，影響土地利用方式變更的主要是人文因素[15]。結(jié)合上述土地利用分類結(jié)果以及主成分分析，以及研究區(qū)實際情況，圍繞5種土地利用類型和不同驅(qū)動力可以構(gòu)造出如圖4所示的邏輯圖。

自然驅(qū)動力包括氣候、地形和自然災(zāi)害等[14]。研究區(qū)氣候溫和濕潤，日照、降水資源均充足，京杭運河和洪澤湖水系等提供了充足的地表水資源。地表土層深厚，以黃潮土為主。研究區(qū)土地面積和耕地面積總量均較多，自然條件對農(nóng)業(yè)利好，平坦的地形和厚重的土質(zhì)支持建設(shè)用地的開發(fā)，自然環(huán)境因子對于土地利用方式的動態(tài)變化提供客觀條件。本研究中研究的年限較短，自然因素對土地利用方式變更的驅(qū)動沒有人文因素明顯[15-22]。

1996年宿遷剛剛成立地級市，在此之前，宿遷市是江蘇省發(fā)展較為緩慢的地區(qū)之一，全市三大產(chǎn)業(yè)占比結(jié)構(gòu)為47.8 ∶ 30.8 ∶ 21.4，當(dāng)時農(nóng)業(yè)是宿遷市國民經(jīng)濟的主體產(chǎn)業(yè)。當(dāng)?shù)匾环矫婕哟筘斦С鰧τ诨A(chǔ)建設(shè)的投入以及對經(jīng)濟開發(fā)區(qū)配套設(shè)施的建設(shè)，另一方面實行招商引資的優(yōu)惠政策，例如江蘇省宿遷經(jīng)濟開發(fā)區(qū)北區(qū)優(yōu)惠政策。第二產(chǎn)業(yè)逐漸成為經(jīng)濟主體，就業(yè)結(jié)構(gòu)隨之發(fā)生變化，20年間三大產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值及占比如表4所示。隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化，農(nóng)村人口比例下降，為了給第二、第三產(chǎn)業(yè)提供用地，給日益增加的城鎮(zhèn)人口提供住地以及配套設(shè)施的建設(shè)，城鎮(zhèn)工礦及居民用地以及交通用地等建設(shè)用地不斷擴張，侵占了其他土地，包括填埋坑塘、開發(fā)未利用土地和侵占林地等。

考慮經(jīng)濟因子、人口因子的驅(qū)動力，其他4種用地應(yīng)向建設(shè)用地即城鎮(zhèn)工礦及居民用地轉(zhuǎn)移，但由表1、表4分析發(fā)現(xiàn)，作為宿遷市最大面積占比的用地類型，耕地用地對應(yīng)的第一產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值對總產(chǎn)值的貢獻(xiàn)率越來越低的同時，近20年來宿遷市耕地面積卻在不斷增加，這說明政策因素在其中發(fā)揮著導(dǎo)向作用。第一產(chǎn)業(yè)是發(fā)展第二、第三產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)更是國之命脈。1998年國家修訂了《中華人民共和國土地管理法》，在1999年后，國家不斷完善土地管理制度，管制土地用途，建立了以耕地保護為核心的管理制度。加大土地開發(fā)整理力度，耕地占補平衡，節(jié)約集約土地等方案與政策相繼出臺。2009年，國家提出了耕地紅線的概念，在全國上下實行耕地質(zhì)量和數(shù)量保護的政策與措施。一系列耕地保護政策的出臺和實行，使得在城市化進程的推進中，耕地用地面積不減反增。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

近20年驅(qū)動研究區(qū)土地利用變化的最主要因子是經(jīng)濟和政策，其次是人口因子和自然因子。在城鎮(zhèn)工礦及居民用地面積不斷增加的同時，研究區(qū)的林地面積和水域面積也相應(yīng)縮減。維持合適的林地面積覆蓋率和水域面積，不僅可以防治污染、保護生態(tài)環(huán)境[23-26]，也有助于解決城市內(nèi)澇問題[27-28]。研究區(qū)在今后的規(guī)劃中應(yīng)提高對于林地和水域用地的保護，在增長耕地數(shù)量的同時也應(yīng)注重耕地質(zhì)量，實現(xiàn)綠色經(jīng)濟和可持續(xù)經(jīng)濟應(yīng)是今后工作的重心。對于市內(nèi)的各區(qū)縣，因經(jīng)濟和政策重心的不同，使不同區(qū)縣間的土地利用動態(tài)變化存在一些差異。

以宿遷市為例可以看出，蘇北地區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)變化主要由政策因子和經(jīng)濟因子等驅(qū)動力影響，在發(fā)展的過程中須要兼顧土地利用動態(tài)變化對環(huán)境的影響。

4.2 結(jié)論

經(jīng)過對宿遷市近20年土地利用數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)近20年主要土地利用類型一直是耕地，且該地類的面積增加了415 km2，面積占比由54.25%增加到59.12%，城鎮(zhèn)工礦及居民用地增幅較小，面積增加了282 km2，面積占比增加了1.62%。這2種用地在空間上表現(xiàn)出集中化分布的特征，這是城鎮(zhèn)化和耕地集約化使用的表現(xiàn)。

林地面積、水域面積和未利用土地面積在不斷減少，分別減少了557、55、72 km2。其中變化特征為各區(qū)縣林地面積均有減少，且除了宿豫區(qū)林地面積減幅為6%外，其他區(qū)縣的林地面積減幅均為40%左右。未利用土地面積減少源于荒地的開發(fā)利用和沿湖沿河未利用地的開墾（例如在溧西引河兩側(cè)和宿城區(qū)南側(cè)的洪澤湖北岸）。水域面積除沭陽縣增加了1.3 km2外，其他區(qū)縣的水域面積均有減少，主要由于水系寬度變窄以及坑塘被填埋。

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