安徽省近20年土地利用時(shí)空演變及驅(qū)動(dòng)機(jī)制

張姣姣 仵振東 武玲玲

（池州學(xué)院地理與規(guī)劃學(xué)院 安徽池州 247000）

土地是自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的綜合體，屬不可再生資源，通過改變土地利用類型可以實(shí)現(xiàn)人類生存及發(fā)展的需求。土地利用已成為全球變化研究的核心領(lǐng)域和重點(diǎn)研究問題之一[1]。國內(nèi)外學(xué)者圍繞土地利用時(shí)空演變[2-3]、土地利用驅(qū)動(dòng)機(jī)制[4-5]、土地利用預(yù)測(cè)[6-7]等方面開展了大量研究，但對(duì)土地利用驅(qū)動(dòng)機(jī)制選取的影響因子研究卻并不深入。

近年來，安徽省經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、城鄉(xiāng)人口流動(dòng)頻繁，城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進(jìn)程出現(xiàn)了較高的增長速率和蔓延式的空間擴(kuò)張，顯著的城鎮(zhèn)用地面積增長和各類基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)等，造成了土地利用方式顯著變化。鑒于此，筆者基于2000-2020 年間3 個(gè)時(shí)期的土地利用柵格數(shù)據(jù)，采用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，深入分析安徽省土地利用時(shí)空演變，同時(shí)采用PLUS模型，探究土地利用變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，以期為土地資源合理規(guī)劃與利用提供依據(jù)和決策支持。

一、研究方法及數(shù)據(jù)來源

（一）研究區(qū)域概況。安徽省處于中國華東地區(qū)，地勢(shì)包含平原、丘陵、山地，涵蓋淮河、長江、新安江三大水系，處于暖溫帶與亞熱帶過渡地區(qū)，年均氣溫為14-17℃，全年平均降水量在773-1670mm。參照安徽省土地利用總體規(guī)劃（2006-2020年），安徽省劃分為5個(gè)區(qū)域，如圖1所示。

圖1 安徽省地理位置及土地利用分區(qū)

（二）數(shù)據(jù)來源。研究中采用的土地利用柵格數(shù)據(jù)來源于GlobeLand30數(shù)據(jù)集，利用ArcGIS將地類重分為6類，分辨率為30m。為探究安徽省土地利用時(shí)空變化的復(fù)雜驅(qū)動(dòng)力，參考已有研究成果[8]以及數(shù)據(jù)的可得性和選取指標(biāo)的代表性，共選取15個(gè)指標(biāo)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和氣候環(huán)境指標(biāo)。其中采用的土壤類型、人口和GDP空間分布數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心；高速公路、鐵路、各等級(jí)道路數(shù)據(jù)、政府駐地和河流來源于OpenStreetMap，借助ArcGIS 距離分析工具獲得各項(xiàng)距離因子；DEM 數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)，坡度數(shù)據(jù)利用ArcGIS 獲??；2000-2020年氣象數(shù)據(jù)從CRU TS 官網(wǎng)獲取，利用ArcGIS 克里金插值，獲得年均降水量與氣溫空間分布柵格數(shù)據(jù)。

（三）研究方法

1.土地利用轉(zhuǎn)移矩陣。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣定量地表明不同地類之間相互轉(zhuǎn)換的情況，揭示不同地類間的轉(zhuǎn)移速率，其中行數(shù)和列數(shù)都屬于研究地區(qū)的地類數(shù)[9]。

2.PLUS模擬。通過挖掘各地類之間的轉(zhuǎn)換規(guī)則，獲取每種地類的變化與慣性概率，基于隨機(jī)森林（RFC）算法獲取各驅(qū)動(dòng)因素對(duì)各地類變化的貢獻(xiàn)值[10]。RFC 算法從原始數(shù)據(jù)集中抽取隨機(jī)樣本，從而確定k類地類在i單元格上出現(xiàn)的概率，很好地解決了多個(gè)變量之間多重共線性的問題。

二、結(jié)果與分析

（一）土地利用時(shí)空演變分析。

1.土地利用結(jié)構(gòu)變化分析。從3個(gè)時(shí)期土地利用空間結(jié)構(gòu)分布來看（圖2），建設(shè)用地主要聚集分布在市轄區(qū)，主要是因?yàn)槭休爡^(qū)是政治經(jīng)濟(jì)文化中心。安徽省近60%為耕地類型，主要分布在沿江區(qū)往北，南北差異顯著；林地主要分布在南部，以池州、黃山、安慶、六安、宣城居多；水體主要有淮河、長江、新安江及各類湖泊、水庫等；未利用地呈碎片化分散在全省。

圖2 安徽省3個(gè)時(shí)期土地利用分布

從3個(gè)時(shí)期各地類面積占比來看，安徽省土地利用類型主要以耕地、林地為主，兩種地類占比達(dá)總面積的80%以上。由于快速的城鎮(zhèn)化、工業(yè)化發(fā)展，20年間建設(shè)用地面積增長迅速，占比從6.96%轉(zhuǎn)為10.05%，共增加了3.09個(gè)百分點(diǎn)。草地、水體的面積占比分別從2.10%、4.49%上升到2.22%、4.75%，未利用地變化較小。耕地、林地和未利用地面積減少的主要原因是城市的快速發(fā)展，其中耕地的面積排在首位，從59.43%的占比變?yōu)?6.78%，林地、未利用地分別下降了837.87km2、318.92km2。

從安徽省的不同發(fā)展階段來看，2010-2020 年比2000-2010年的土地利用變化幅度明顯。在2010-2020年間，耕地和林地的變化率有所增長，耕地減少率從1.48%增加到3.03%，林地的減少率從1.04%增加到1.24%。建設(shè)用地的增長速度翻倍，從13.28%漲到27.54%。草地的增加速度有所放緩，增速從4.49%下降到1.16%。水體從正增長變?yōu)樨?fù)增長。這種變化很可能是由于人為政策的干預(yù)，城鎮(zhèn)化、工業(yè)化的發(fā)展促進(jìn)了建設(shè)用地對(duì)耕地、林地等面積的侵占。未利用地的開發(fā)程度減緩，變化率從36.99%變?yōu)樵鲩L2.90%。

綜合以上分析，可看出安徽省20年間各地類變化較顯著，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建設(shè)用地面積出現(xiàn)驟增，耕地、林地出現(xiàn)快速減少，從而生態(tài)用地遭受破壞，生態(tài)環(huán)境承受的壓力驟增，城市生態(tài)環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展受到影響。

2.土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析。根據(jù)2000-2020年安徽省土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（表1）可知：流入建設(shè)用地的面積為7141.39km2，主要由耕地和林地轉(zhuǎn)化而來，其轉(zhuǎn)入量分別達(dá)建設(shè)用地轉(zhuǎn)入總量的91.31%、5.37%。耕地的流出量為10555.52km2，主要轉(zhuǎn)變成建設(shè)用地和林地，分別占耕地流出總量的61.78%、22.05%。水體的流入量為1897.25km2。草地的流出量為1458.14km2，主要轉(zhuǎn)變成林地54.11%、耕地26.89%和建設(shè)用地9.50%。林地的流出量為4091.70km2，主要轉(zhuǎn)變?yōu)楦?9.34%、草地19.31%和水體10.67%。

表1 2000-2020年安徽省土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（km2）

（二）土地利用變化驅(qū)動(dòng)力分析。利用ArcGIS重分類土地利用數(shù)據(jù)，并依次對(duì)6種地類分別賦值1-6，然后將安徽省重分類后的2010、2020年土地利用數(shù)據(jù)加載到PLUS模型中，分析得出安徽省土地利用變化的驅(qū)動(dòng)因素貢獻(xiàn)度。根據(jù)貢獻(xiàn)度數(shù)值可知，林地驅(qū)動(dòng)因素貢獻(xiàn)值在0.025-0.159之間，其中高程因子對(duì)林地變化影響最大，其次是坡度和年均降水量。耕地變化的主要驅(qū)動(dòng)因子是年均降水量、年均氣溫和到一級(jí)道路距離，貢獻(xiàn)值分別為0.101、0.100、0.087。草地變化的主要驅(qū)動(dòng)因素是高程，貢獻(xiàn)值為0.110，其次是年均降水量（0.110）、和坡度（0.102）。影響建設(shè)用地變化的主要驅(qū)動(dòng)因子是人口，貢獻(xiàn)值為0.104，其次是年均降水量和到三級(jí)、二級(jí)道路距離，分別為0.095、0.091。水體和未利用地變化的主要驅(qū)動(dòng)因素均是高程，貢獻(xiàn)值分別為0.127、0.141，其實(shí)分別是到水域距離（0.118）、GDP（0.109）和人口（0.117）、土壤類型（0.113）。

將安徽省土地利用增加區(qū)域與安徽省DEM、年均降水量及人口空間分布數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加可知，大部分林地增加的區(qū)域主要集中在安徽省海拔較高、遠(yuǎn)離水域的南部區(qū)域；草地的增加區(qū)域主要分布在合肥市遠(yuǎn)離政府受人類活動(dòng)影響不大的地區(qū)及六安、安慶、池州等市的低丘緩坡區(qū)；耕地的增加區(qū)域較為均勻地分布在安徽省內(nèi)；建設(shè)用地的增加區(qū)域主要分布在人口集中且距道路較近的區(qū)域，尤其是人口越密集的地方。

綜合來看，2000-2020年安徽省土地利用變化的原因是人口等社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素和高程等氣候環(huán)境因素共同作用的結(jié)果。

三、結(jié)論

利用ArcGIS 和PLUS，對(duì)安徽省3 個(gè)不同時(shí)期的土地利用變化數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和驅(qū)動(dòng)力分析，結(jié)果表明：

（一）2000-2020年，隨著安徽省城鎮(zhèn)化工業(yè)化水平的提升，人口數(shù)量的增多，安徽省土地利用時(shí)空變化顯著，耕地、林地、未利用地共減少了4866.49km2，減少的絕大部分轉(zhuǎn)入了建設(shè)用地之中。

（二）安徽省接近60%土地利用類型為耕地，且呈“北密南疏”的分布格局，南北差異顯著。建設(shè)用地聚集性分布在市轄區(qū)，林地主要集中分布皖南區(qū)和沿江區(qū)，水體主要以淮河、長江、新安江及各類湖泊、水庫等。

（三）土地利用變化受社會(huì)經(jīng)濟(jì)和氣候環(huán)境綜合影響。同時(shí)城鎮(zhèn)化、工業(yè)化的推進(jìn)影響著人類活動(dòng)，加速了土地利用方式的變化，從而導(dǎo)致土地利用時(shí)空格局發(fā)生轉(zhuǎn)變。