甘肃省土地利用结构变化及其驱动力分析

王夏琰,刘学录

(甘肃农业大学资源与环境学院,甘肃兰州　730070)

　　摘要:以甘肃省1997～2004年的土地详查数据为基础,采用变化贡献率、年均变化强度指数、变化速度以及洛伦茨曲线对甘肃省1997～2004年8年的土地利用结构时空变化进行了研究,并分析了影响甘肃省土地利用结构变化的驱动力.结果表明:1)在时间尺度上,林地变化最大.就各市(州)而言,耕地和牧草地除了金昌市略有增加外,其余市(州)都呈递减趋势,园地、林地和交通用地都有所增加.2)在空间尺度上的变异不明显,基本上没有发生大的变化,水域、牧草地和居民点及工矿用地在甘肃省分布较为分散,耕地、园地和林地的分布不均衡.3)综合甘肃省土地利用结构变化的驱动因子,影响甘肃省土地利用结构变化的因素有3个:社会经济、农业发展和人口因素.

　　关键词:甘肃省;土地利用结构;驱动力

　　中图分类号:F301.2　　　　文献标识码:A　　　　　文章编号:100324315(2007)0420097206

Dynamic change and driving forces analysis of land

use struct ure in Gansu Province

WAN G Xia2yan,L IU Xue2lu

(College of Resources and Environmental sciences,Gansu Agricultural University,Lanzhou730070,China)

　　Abstract:Based on land change data of Gansu Province f rom1997to2004,t he spatial and temporal changes of t he land use st ruct ure and it s driving forces were st udied wit h t he cont ribution rate,t he average intensity index,t he speed of land use st ruct ure change and Lorenz curves.The result s showed as following: 1)Wit h temporal change,woodland areas was t he mo st p rominent.Wit h regard to t he difference of tempo2 ral change among t he cities(cantons),cultivated land and grassland areas took on a downward t rend,ex2 cept for Jinchang city,which showed a slightly upward t rend,while garden plot,woodland and t raffic land areas increased in all t he cities.2)Spatial change was not p rominent,t he distributions of water,grassland and residential and indust rial land were disperse,t he dist ributions of cultivated land,garden land and wood2 land did not balance.3)The driving factors of changes in land use st ruct ure of Gansu Province were socio2e2 cono mic and agricult ure develop ment and pop ulation.

　　K ey w ords:Gansu Province;land use st ruct ure;driving forces

　　土地利用结构是指国民经济各部门(如农、林、牧、副、渔)及其内部用地的面积与比例关系,它反映了一个地区土地利用的合理性程度及其生产结构特

作者简介:王夏琰(1982-),女,在读硕士,主要从事土地资源管理方面的研究.

通讯作者:刘学录(1966-),男,教授,博士生导师,主要从事土地资源管理与景观生态学科研与教学工作.

资助基金:甘肃省土地利用总体规划修编前期研究.

收稿日期:2007-01-22点.衡量土地利用结构的指标,一般采用农、林、牧、副、渔用地面积,农作物用地面积,以及农业内部各项生产用地面积,并计算各类用地面积占总土地面积的比重[1].进入21世纪以来,伴随着社会生产力的发展,尤其是工业化、城镇化加快,人口的增加和人类活动范围的扩大,使得对土地不断增长的社会需求与土地资源的有限性、土地利用的不可逆转性之间的矛盾日益显著,区域性人地矛盾不断加剧,严重了社会经济的高速发展.因此研究土地利用

2007年8月

第4期97～102

甘　肃　农　业　大　学　学　报

J OU RNAL OF GANSU A GRICUL TURAL UNIV ERSIT Y

第42卷

双月刊结构特征及其时间变化是研究一个地区自然条件、资源和社会经济发展区域结构及其优化配置的重要途径之一,对区域产业布局、土地合理利用具有指导意义[2～4].甘肃省处于农牧交错地区,是典型的性气候,大部分地区气候干燥,而农牧交错地区或半干旱地区土地利用结构的不合理往往是造成沙漠化的原因之一,因此对甘肃省土地利用结构变化进行研究,可以为生境脆弱地带土地资源的可持续利用、甘肃省土地利用结构的优化、生态环境建设以及土地利用总体规划修编工作提供科学依据.

1　研究区概况

　　甘肃省地处黄河上游,地域辽阔,介于N32°11′～42°57′、E92°13′～108°46′.东接陕西,南邻四川,西连青海、,北靠内蒙、宁夏并与蒙古国接壤.甘肃地貌复杂多样,山地、高原、平川、河谷、沙漠、戈壁交错分布.地势自西南向东北倾斜,地形狭长,东西长1655km,南北宽530km.目前,甘肃省共设有兰州、嘉峪关、金昌、天水、酒泉、张掖、武威、定西、陇南、平凉、庆阳、临夏、甘南等14个市(州).省会兰州是西北最大的交通通信枢纽和网络中心.2004年末全省人口2618.78万人,占全国人口的1.98%.甘肃省主要的农作物有小麦、玉米、马铃薯,经济作物有棉花、油料、中药材和烤烟.2004年全省总产值达1558.93亿元,其中农业总产值477.35亿元.城镇居民人均可支配收入7376.74元,农民人均纯收入1852.00元.

2　研究方法

2.1　数据来源

　　本文采用的数据是由甘肃省国土资源规划研究院提供的甘肃省1997～2004年的土地祥查变更数据,以旧的类分类系统中的一级土地利用类型耕地、园地、林地、牧草地、居民点及工矿用地、交通用地、水域和未利用地为研究重点.

2.2　研究方法

2.2.1　时间尺度土地利用结构变化的分析方法　采用土地利用结构在某一时段内的变化贡献率、变化强度指数和变化速度对3项指标进行时间尺度上土地利用结构的分析.

　　变化贡献率是指某类土地利用变化面积占同期土地利用变化总面积的百分比,其公式如下:

A i(%)=

∣U bi-U ai∣

∑∣U bi-U ai∣

　(i=1,2,……8)

　　式中,A i为研究时段内第i种土地利用类型的变化贡献率;U ai、U bi分别为研究期初和期末第i种土地利用类型的面积.

　　变化强度指数是指某空间单元在研究时期内的土地利用变化面积占其土地总面积的百分比.为了便于比较某一研究时期土地利用变化的强弱或趋势,可计算各空间单元的变化强度指数,它实质就是用各空间单元的土地面积来对其变化速度进行标准化处理,使其具有可比性,其公式为:

T i=

∣U bi-U ai

B

×100　(i=1,2,……8)

式中,T i为研究时段内第i种土地利用类型的变化强度;U ai、U bi分别为研究期初和期末第i种土地利用类型的面积;B为研究期末全省总土地面积.

　　土地利用动态度可定量地描述区域土地利用变化的速度,它对比较土地利用变化区域差异和预测未来土地利用变化趋势都具有积极作用.单一的土地利用动态度可表达区域一定时间范围内,某种土地利用类型的面积变化情况,其表达式为:

K i(%)=

U bi-U ai

U ai

×1

T

×100%　(i=1,2,……8)式中,K为研究时段内第i种土地利用类型的动态度,U a、U b分别为研究期初和期末第i种土地利用类型的面积;T为研究时段长.当T的时段设为年时,K i为研究区内第i种土地利用类型的年变化率.

2.2.2　空间尺度土地利用结构变化的分析方法　土地利用空间结构变化规律,是应用洛伦茨曲线和基尼系数的基本原理对1997年和2004年土地利用空间结构变化规律进行分析.洛伦茨曲线可以直观显示某种土地利用类型在全区空间分布的差异性,若所得曲线越接近绝对均匀线,曲线离差较小,表明该地类在全省分布越均匀;反之,则表明该土地利用类型在全区中的区域分布差异较大,即分布相对集中.基尼系数是定量描述土地利用类型在各市(州)的分布情况,他可以在0～1之间取任何值,土地利用类型在各市(州)的分布越是趋向分散,洛伦茨曲线的弧度越小,基尼系数也越小;反之,土地利用类

　　　　　　　　　　　　　　　　甘肃农业大学学报　　　　　　　　　　　　　　　2007年型在各市(州)的分布越是趋向集中,洛伦茨曲线弧度越大,基尼系数也越大.基尼系数的计算公式如下:

　　G=∑(M i Q i+1-M i+1Q i)　(i=1,2,3……14)式中:G为基尼系数;M i为某市(州)某一用地类型面积累计百分比;Q i为某市(州)土地占全省土地面积的累计百分比.

2.2.3　土地利用结构变化驱动力分析方法　本文采用的是多元变量统计方法中的典型相关分析法,选取从1997～2004年间几个土地利用结构类型变化比较大的县(区)为典型县,然后运用因子分析法从这几个县(区)中筛选几个可以量化的社会资料指标[10～13]作典型相关分析.选择的社会指标有:社会经济指标(x9)、总人口(x10)、农村居民纯收入(x11)、粮食总产量(x12)、农业总产值(x13).3　结果与分析

3.1　时间尺度土地利用结构的变化

　　表1为1997～2004甘肃省土地利用结构时间变化分异指数表.从表1的结果可以看出:1997～2004年甘肃省土地利用类型中面积增加的是园地、林地、居民点及工矿用地、交通用地和未利用土地,其中林地的增加量最大,8a期间共增加了430612.43hm2,对土地利用结构的变化贡献率达34.74%,年均变化强度指数为0.95.面积减少的是耕地、牧草地和水域,其中耕地减少的最大,8a共减少了333629.01hm2,对土地利用结构的变化贡献率达到了26.91%,年均变化强度指数为0.73.以上结果反映出在甘肃省土地利用结构变化中起主导作用的土地利用类型是林地和耕地.

表1　1997～2004年甘肃省土地利用结构时间变化的分异指数

Tab.1　Coefficient of temporal differentiation on land use structure f rom1997to2004hm2用地类型1997年面积2004年面积变化面积变化贡献率/%变化强度指数耕地4994822.4661193.45-333629.0126.910.73

园地171719.61201721.5830001.97 2.420.07

林地4688688.805119301.23430612.4334.740.95牧草地14411092.3714126796.76-284295.6122.930.63

居民点及工矿用地863176.29874522.5111346.210.920.02交通用地173350.98181861.858510.870.690.02

水域707850.95705957.14-13.810.150.00未利用土地194666.3519606011.29139346.9411.240.31

　　表2为1997～2004年甘肃省土地利用类型的单一土地利用动态度.由表2可知:甘肃省耕地、牧草地和水域是减少的,其中耕地的减少幅度比较大,年递减率为0.95%,水域的较少,为0.04%.就各市(州)而言,耕地和牧草地除了金昌市略有增加外,其余市(州)都呈递减趋势;园地、林地和交通用地都有所增加;牧草地、水域和未利用地的变化各市(州)不一,但是年度变化都不大,没有超过1%;居民点及工矿用地除平凉市略有减少外,其余都呈增加趋势,其中嘉峪关市的年递增率最大,为4.08%.

3.2　土地利用结构的空间变化

　　由1997年和2004年的甘肃省各土地利用类型洛伦茨曲线图可以看出,在1997～2004年8a间甘肃省的土地利用结构空间变异不明显,基本上没有发生大的变化.水域、牧草地和居民点及工矿用地的洛伦茨曲线与绝对均匀线较近,说明这3种用地类型在甘肃省分布较为分散,即分布在各市(州)的面积比例大致相等.未利用地和交通用地居中,耕地、园地和林地的洛伦茨曲线距绝对均匀线最远,这3种土地利用类型在甘肃省分布较不均衡.这个结果反映出耕地、园地和林地是决定土地利用结构空间差异的主要土地利用类型.

　　表3的土地利用类型基尼系数反映的是土地利用结构类型在各市(州)的分布情况.从中可以看出,从1997～2004年甘肃省土地利用结构在空间上的变化很小.其中,耕地、园地和林地的基尼系数相对比较大,都在0.5以上,说明了这3种用地类型在甘肃省的分布很不均匀;牧草地、居民点及工矿用地和水域的基尼系数都小于0.3,说明这3种用地类型在甘肃的分布较为分散.这个结果与用洛伦茨曲线分析出的结果一致.

99

第4期　　　　　　　　　　　　　王夏琰等:甘肃省土地利用结构变化及其驱动力分析　　　　　　　　　　　　　　

表2　1997～2004年甘肃省土地利用类型的单一土地利用动态度

Tab.2　Dynamics of single types of land use in G ansu Province f rom 1997to 2004

%

市(州)耕地园地林地牧草地居民点及工矿用地交通用地

水域

未利用地甘肃省-0.95

2.50

1.31

-0.28

0.190.70

-0.04

0.10

兰州市-0.82 5.52 3.40-0.440.44 3.44-0.34 1.30嘉峪关市-0.22 2.7121.54-0.70 4.080.050.00-0.21金昌市0.01 1.13 2.090.030.350.600.00-0.10白银市-1.33 1.0013.91-0.370.240.70-0.250.12天水市-0.87 6.93 1.40-0.280.220.51-0.21-1.15酒泉市0.93 1.83 1.07-0.680.080.400.020.19张掖市-0.710.19 1.29-0.100.48 1.040.09-0.08武威市-0.240.880.56-0.040.410.48-0.02-0.03定西市-1.290.57 6.21-0.250.150.52-0.19-0.81陇南市-0.44 1.740.19-0.020.220.17-0.16-0.11平凉市-2.28 2.47 4.20-0.060-0.270.91-0.59-0.23庆阳市-

0.94 1.60 1.57-0.120.190.44-0.51-0.28临夏市-

0.53 1.87 1.06-0.050.330.07-0.15-0.05甘南州

-2.32

0.62

0.08

0.07

0.26

0.36

0.09

-0.04

图1　1997年甘肃省各土地利用类型洛伦茨曲线图

Fig.1　Lorenz curves of different land use types in Gansu Province in 1997

图2　2004年甘肃省各土地利用类型洛伦茨曲线图

Fig.2　Lorenz curves of different land use types in Gansu Province in 2004

001　　　　　　　　　　　　　　　　甘肃农业大学学报　　　　　　　　　　　　　　　2007年

Tab.3　G ini coefficients of land use types in G ansu Province of1997and2004

年份耕地园地林地牧草地居民点及工矿用地交通用地水域未利用地1997年0.6060.5820.6260.2670.2480.4230.10.358 2004年0.5970.6050.6090.2750.2470.4280.1920.361

3.3　土地利用结构变化的驱动力

　　表4、5分别为第一组变量(土地利用类型)和第二组变量(土地利用结构变化综合因子)标准化后的典型系数表.由于第一组变量和第二组变量的前三对典型变量的累计贡献率已经分别达到了80.75%和97.29%,因此提取这3对典型变量作典型相关模型.具体表达式如下:

表4　第一组变量标准化典型系数

Tab.4　Standardized canonical coefficient for the first variables

x1x2x3x4x5x6x7x8 V1-0.630.58-0.53-0.450.960.510.470.56 V20.300.090.13-0.30-0.080.02-0.330.04 V3-0.570.27-0.19-0.47-0.230.070.500.69 V4-0.130.07-0.60-0.07-0.03-0.080.270.26 V50.11-0.180.540.04-0.10-0.18-0.42-0.17

表5　第二组变量标准化典型系数表

Tab.5　Standardized canonical coefficient for

the second variables

x9x10x11x12x13

U11.00-0.160.73-0.70-0.28

U20.000.99-0.230.400.30

U30.000.000.0.530.87

U40.000.000.000.000.26

U50.000.000.000.26-0.01　　第一对典型变量:

V1=-0.63x1+0.58x2-0.53x3-0.45x4+0.96 x5+0.51x6+0.47x7+0.56x8

U1=1.00x9-0.16x10+0.73x11-0.70x12-0.28 x13

　　第二对典型变量:

V2=0.30x1+0.09x2+0.13x3-0.30x4-0.08x5 +0.02x6-0.33x7+0.04x8

U2=0x9+0.99x10-0.23x11+0.40x12+0.30x13

　　第三对典型变量:

V3=-0.57x1+0.27x2-0.19x3-0.47x4-0.23 x5+0.07x6+0.50x7+0.69x8

U3=0x9+0x10+0.x11+0.53x12+0.87x13

　　具体分析这3对典型变量可得如下结果:1)第1对典型变量中,V1反映的是居民点及工矿用地,U1反映的是社会经济指标,这说明社会经济的发展是居民点及工矿用地变化的主要驱动力;2)第2对典型变量中,V2反映的是水域、耕地和林地,U2反映的是总人口,这说明人口的变化是水域、耕地和林地变化的主要驱动力;3)第3对典型变量中,V3反映的是未利用地,U3反映的是农业总产值,这说明农业的发展是未利用地变化的主要驱动力.

4　结论

　　1)　从甘肃省土地利用结构时间变化上来看: 1997～2004年甘肃省土地利用类型中耕地、牧草地和水域是减少的,其中耕地的减少幅度比较大,8a 共减少333629hm2,变化贡献率达到了26.91%,年递减率为0.95%,水域的较少,仅为0.04%.林地的变化最大,8a共增加了430612.4hm2,反映了在甘肃省土地利用结构变化中起主导作用的是林地.就各市(州)而言,耕地和牧草地除了金昌市略有增加外,其余市(州)都成递减趋势;园地、林地和交通用地都有所增加;牧草地、水域和未利用地的变化各市(州)不一,但是年度变化都不大,没有超过1%;居民点及工矿用地除平凉市略有减少外,其余都呈增加趋势,其中嘉峪关市的年递增率最大,为4.08%.

　　2)　从甘肃省土地利用结构空间变化上来看:土地利用结构空间变异不明显,基本上没有发生大的变化.水域、牧草地和居民点及工矿用地的洛伦茨曲线与绝对均匀线较近,说明这3种用地类型在甘

101

第4期　　　　　　　　　　　　　王夏琰等:甘肃省土地利用结构变化及其驱动力分析　　　　　　　　　　　　　　肃省分布较为分散,即分布在各市(州)的面积比例大致相等.未利用地和交通用地居中,耕地、园地和林地的洛伦茨曲线距绝对均匀线最远,说明这3种土地利用类型在甘肃省分布较不均衡.这与通过计算得出的基尼系数的结果一样.

　　3)　从甘肃省土地利用结构变化驱动力分析上来看:社会经济和农业的发展分别是居民点及工矿用地和未利用地变化的主要驱动力,人口的变化影响着水域、耕地和林地变化.

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201　　　　　　　　　　　　　　　　甘肃农业大学学报　　　　　　　　　　　　　　　2007年