雷士芬，張全景*，柳博會，呂 曉

（1. 曲阜師范大學地理與旅游學院，山東?日照 276826；2. 住房和城鄉(xiāng)建設部住宅產(chǎn)業(yè)化促進中心，北京 100835）

基于主成分分析的日照市土地利用變化驅動力分析

雷士芬1，張全景1*，柳博會2，呂 曉1

（1. 曲阜師范大學地理與旅游學院，山東?日照 276826；2. 住房和城鄉(xiāng)建設部住宅產(chǎn)業(yè)化促進中心，北京 100835）

基于2003～2012年山東日照市土地利用變更數(shù)據(jù)，從土地利用變化幅度、速度、強度及綜合度等方面分析該市土地利用變化情況。選取22個經(jīng)濟社會指標進行主成分分析，結果表明，經(jīng)濟社會發(fā)展因素、人口因素及土地政策等是影響土地利用變化的主要驅動因子。研究結果可為日照市編制土地利用總體規(guī)劃及優(yōu)化調整土地利用結構提供借鑒。

土地利用；變化驅動力；主成分分析

土地利用覆被變化研究是目前全球變化研究的重要組成部分，而土地利用動態(tài)變化及驅動力研究則是其熱點之一[1]。近年來，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展、城市化進程的不斷加快以及城市土地的不斷擴張，區(qū)域土地利用變化備受人們關注，很多學者對土地利用變化的驅動力進行了大量研究[2～4]。

但由于各地土地利用變化的影響因素不同，土地利用變化在不同區(qū)域呈現(xiàn)不同特點[5～7]。近年來，日照市緊抓半島藍色經(jīng)濟區(qū)規(guī)劃全面實施的發(fā)展機遇，社會經(jīng)濟發(fā)展迅速，城市化進程不斷加快，土地利用問題逐漸顯現(xiàn)，如：土地利用結構不合理、土地資源浪費等，這些問題嚴重制約了日照市經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。因此，分析研究日照市的土地利用變化驅動力，可以為日照市政府制定土地利用總體規(guī)劃及優(yōu)化調整土地利用結構提供科學依據(jù)，更好地促進日照市經(jīng)濟、社會、生態(tài)等方面的協(xié)調發(fā)展。

1 研究區(qū)概況

日照市位于東經(jīng)118?25'～119?39'、北緯35?04'～36?04'，地處山東半島南翼，東臨黃海，與日本、韓國隔海相望，北鄰青島、濰坊，南接江蘇連云港，西接臨沂市。該市山地面積占19.7%、丘陵為52.9%、平原19.9%、水域7.5%，地勢中部高四周低，略向東南傾斜，且由西北向東南形成了丘陵、平原、低山丘陵、海濱平原相間分布，土壤多為水稻土，肥力較高，為日照市發(fā)展多種農(nóng)業(yè)經(jīng)營方式提供了良好條件。屬暖溫帶濕潤季風區(qū)大陸性氣候，四季分明，雨熱同期，年平均氣溫13.2℃，1月均溫-1.0℃，8月均溫25.4℃，全市年平均降水量840.3mm。日照時間和無霜期較長，為農(nóng)作物提供了良好的生長條件。

日照市現(xiàn)轄2區(qū)2縣（東港區(qū)、嵐山區(qū)、五蓮縣、莒縣）。2012年年末全市戶籍總人口288.1萬人，非農(nóng)業(yè)人口103.22萬人，年末人口城鎮(zhèn)化率達到49.84%，比2011年提高了1.95個百分點，城鎮(zhèn)化水平進一步提高，建設用地的需求量較為旺盛；全市2012年實現(xiàn)總產(chǎn)值1352.57億元，一二三產(chǎn)業(yè)增加值比例由上年的9.2:54.4:36.4調整為8.7:53.5:37.8，產(chǎn)業(yè)結構得到持續(xù)優(yōu)化。

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文研究所涉及的基礎數(shù)據(jù)來源如下：（1）經(jīng)濟、社會數(shù)據(jù)：采用2003～2012年日照市統(tǒng)計年鑒和日照市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報；（2）土地數(shù)據(jù)：采用日照市2003～2008年、2010～2012年土地利用變更調查數(shù)據(jù)、2009年第二次土地利用現(xiàn)狀調查數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

影響土地利用變化的因素錯綜復雜，在分析土地利用變化的驅動因子作用時，選擇的因素需細致全面，但指標過多會增加分析問題的難度和復雜性[8]。一般情況下，多變量間具有一定的相關性，主成分分析可將多個變量（指標）簡化為少數(shù)幾個綜合變量（指標），并保留原來多變量的大部分信息，是綜合處理多變量相關性關系的一種有效方法[9]。因此，本文主要采用主成分分析方法分析影響日照市土地利用變化的驅動因子。

3 土地利用變化分析

3.1 土地利用變化幅度分析

*01659)通訊作者: 張全景(博士/教授): zhqj9988@aliyun.com

土地利用變化幅度是指土地利用類型在面積方面的變化幅度，它反映了不同土地類型在總量上的變化，通過分析各種土地利用類型變化的幅度可以得出土地利用變化的

總態(tài)勢，這樣可以更方便地研究和分析土地利用結構的變化[10,11]。為研究不同土地利用類型面積在時間上的變化，對日照市的土地利用變化幅度進行分析，本文采用的是土地利用變化幅度指數(shù)，以此反映日照市土地利用變化的總態(tài)勢及土地利用結構變化的信息，其表達式為：

式中，Δv表示研究區(qū)域的土地利用變化幅度，va、vb分別表示研究地區(qū)初期及研究末期某種土地利用類型的面積。通過對日照市2003～2012年的土地利用變更數(shù)據(jù)的計算，得出在此期間日照市土地利用變化幅度（表1）。

表1 2003～2012年日照市土地利用變化幅度和動態(tài)度Table 1 The change rate and dynamic degree of land use in Rizhao city from 2003 to 2012

由表1可知，日照市土地利用變化幅度主要具有以下特征：

（1）其他農(nóng)用地的增幅最大，為98.05%，表明農(nóng)村道路、農(nóng)田水利用地、田坎等土地利用類型面積增多，反映日照市農(nóng)業(yè)基礎設施逐年完善；居民點及工礦用地的增幅次之，為21.28%，意味著日照市近十年來城市化進程的加快，城市居民的增多及工礦用地的建設增多。

（2）交通運輸用地、耕地增幅分別為9.22%、4.76%，呈緩慢增長趨勢。交通運輸用地數(shù)量的增加，表明日照市在城市建設過程中注重交通運輸?shù)慕ㄔO，其快速發(fā)展的經(jīng)濟離不開基礎交通設施。

（3）林地、未利用地呈減少趨勢，減幅分別為4.8%、3.29%。由于社會經(jīng)濟的發(fā)展，建設用地大量占用耕地及其他農(nóng)用地等現(xiàn)象頻發(fā)，導致用地矛盾增加，而未利用地則在一定程度緩解了這種矛盾，因此日照市未利用地數(shù)量減少。但對未利用地的利用也要有個限度，以不破壞當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境為準繩，未利用地是一地區(qū)的土地后備資源，是解決未來用地矛盾的有效途徑之一。林地是日照市重要的土地利用類型，在日照市發(fā)展旅游業(yè)及生態(tài)農(nóng)業(yè)時，發(fā)揮著重要的作用，因此，在未來的土地利用中，要增加林地的數(shù)量，保持良好的生態(tài)環(huán)境。

（4）園地、水利設施用地減少幅度較大，分別為55.09%、23.04%。園地數(shù)量減少，意味著園地轉化為了另外的土地利用類型——耕地，日照市應在保有園地數(shù)量的基礎上，提高其質量，建立特色桑園、茶園，大力發(fā)展園林經(jīng)濟，提高其經(jīng)濟效益。水利設施用地的減少，表明日照市的經(jīng)濟增長及人民的生活方式發(fā)生了改變，并不僅僅單純依靠漁業(yè)等產(chǎn)業(yè)，而是多方面的經(jīng)營；同時也說明水利設施用地的利用效率得到了提高，隨著科學技術的發(fā)展，水利設施實現(xiàn)了少量占地、最大供水的效果。

3.2 土地利用變化的速度分析

利用土地利用動態(tài)度對土地利用變化速度進行分析，土地利用動態(tài)度對土地利用變化趨勢具有積極的預測作用。土地利用動態(tài)度又可以細分為單一土地利用動態(tài)度和綜合土地利用動態(tài)度[12]。本文采用單一土地利用動態(tài)度對日照市的土地利用變化速度進行分析，它可以反映日照市在一定時間和空間上各土地利用類型在數(shù)量上的變化狀況。其表達式為：

式中，K為一定時段內(nèi)某一種土地利用類型的變化率；Ua為某一時段開始時該土地利用類型的面積，Ub為某一時段結束時該土地利用類型的面積；T為時段，若T的單位為年，則該模型表示某一地區(qū)該類土地利用類型的年變化率。通過對日照市2003～2012年的土地利用變更數(shù)據(jù)的計算，得出在此期間日照市土地利用變化率（表1）。

由表1可知，研究期間日照市各土地利用類型的動態(tài)度變化依次為：其他農(nóng)用地（10.89%）、居民點及工礦用地（2.36%）、交通運輸用地（1.02%）、耕地（0.53%）、未利用地（-0.37%）、林地（-0.53%）、水利設施用地（-2.56%）、園地（-6.12%）。整體看來，建設用地的數(shù)量呈增加趨勢，屬于增加型；農(nóng)用地及未利用地的數(shù)量則呈下降趨勢，屬減少型。

3.3 土地利用變化強度分析

土地利用變化強度的大小可以反映人類活動對土地覆被的干預程度，土地利用變化強度是指在某一區(qū)域內(nèi)某種土地利用類型由t0到t1時期發(fā)生的改變。其表達式為[12]：

式中，vi為該區(qū)域內(nèi)i類土地類型的利用變化強度，Uit0、Uit1分別為研究初期、研究末期第i類的土地利用類型的面積，S為該區(qū)域的總面積，T為研究初期至研究末期的間隔時間。通過對日照市2003年到2012年的土地利用變更數(shù)據(jù)的計算，得出在此期間日照市的土地利用變化強度，見圖1。

圖1 2003～2012年日照市土地利用變化強度Fig.1 Intensity of land use change in Rizhao city from 2003 to 2012

由圖1可知，耕地的變化強度最大，其變化區(qū)間的變化強度為23個百分點；園地、其他農(nóng)用地次之，林地各變化區(qū)間的變化強度最小。2007～2008年及2009～2010年耕地的變化強度均為負數(shù)，表明日照市耕地的數(shù)量在此期間內(nèi)減少；2007～2008年及2009～2010年園地的變化強度為正數(shù)，表明日照市園地的數(shù)量在此期間內(nèi)增加；其他各土地利用類型的變化區(qū)間的變化強度較為平緩。

3.4 土地利用程度變化分析

根據(jù)劉紀元等人提出的土地利用程度分級標準[13,14]，將土地利用程度按照土地自然綜合體在社會因素影響下的自然平衡狀態(tài)分為若干級，并賦予分級指數(shù)，從而給出土地利用程度綜合指數(shù)的定量化表達式[15]：

式中，La為某一研究區(qū)域的土地利用程度綜合指數(shù)、Ai為某一研究區(qū)域第i級土地利用程度分級指數(shù)、Ci為某一研究區(qū)域第i級土地利用程度分級面積百分比、n為土地利用程度分級數(shù)。

根據(jù)土地利用程度分級賦值（表2），可以對土地利用程度進行定量化研究。一個特定范圍內(nèi)土地利用程度的變化是多種土地利用類型變化的結果，土地利用程度及其變化量和變化率可定量地揭示該范圍土地利用的綜合水平和變化趨勢。土地利用程度變化量[16]及土地利用程度變化率R可表達為：

式中，La、Lb分別為某區(qū)域在時間a和時間b的土地利用程度綜合指數(shù)；Ai為第i級的土地程度分級指數(shù)；Cia、Cib分別為時間a和時間b某區(qū)域的第i級土地利用程度的面積百分比。若ΔLb-a＞0，或R＞0，則表明該區(qū)域的土地利用處于發(fā)展期，反之，則表明該區(qū)域的土地利用處于調整時期或衰退時期。

表2 土地利用程度分級賦值Table 2 The classification of land use types

計算結果顯示，日照市的土地利用程度綜合指數(shù)由2003年的285.8408上升到2012年的313.5080，表明土地利用程度水平整體較高；土地利用程度變化量為27.6672，土地利用程度變化率為0.0968，均大于0，表明日照市的土地利用處于發(fā)展階段。

4 土地利用變化驅動力分析

4.1 指標選取

影響土地利用變化的因素一般有兩大類：自然因素、社會因素，而在一定時期內(nèi)，自然因素是相對穩(wěn)定的，因此本文只考慮社會因素對土地利用變化的影響。根據(jù)日照市2003～2012年統(tǒng)計年鑒，本文選取了22個分析因子：X1—GDP（億元）、X2—人均GDP（元）、X3—第一產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值（億元）、X4—第二產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值（億元）、X5—林業(yè)總產(chǎn)值（萬元）、X6—農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值（萬元）、X7—工業(yè)總產(chǎn)值（萬元）、X8—固定資產(chǎn)投資（億元）、X9—交通貨運量（萬噸）、X10—社會消費品零售總額（億元）、X11—進出口總額（億美元）、X12—進出境總人數(shù)（萬人次）、X13—旅游業(yè)外匯收入（萬美元）、X14—財政收入（億元）、X15—財政支出（億元）、X16—年末總人口（萬人）、X17—非農(nóng)業(yè)人口（萬人）、X18—農(nóng)業(yè)人口（萬人）、X19—城鎮(zhèn)化率（%）、X20—城鎮(zhèn)居民人均可支配收（元）、X21—農(nóng)民人均純收入（元）、X22—建成區(qū)面積（km2）。

4.2 主成分分析

由于所選取的指標的計量單位不同，原始的數(shù)據(jù)無法建立統(tǒng)一的模型，因此需要對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理。本文運用SPSS16.0軟件中的標準差標準化方法，即每一變量值與其平均值之差除以該變量的標準差，對數(shù)據(jù)進行標準化處理；然后計算出各相關系數(shù)矩陣，并對相關系數(shù)矩陣進行KMO檢驗。運用主成分分析方法得出各指標特征值及主成分貢獻率、累計貢獻率、主成分載荷矩陣（表3）。

表3 主成分載荷矩陣Table 3 Component matrix

分析結果表明，影響日照市土地利用結構變化的驅動力：（1）第一主成分的特征值為19.30、貢獻率87.73%、累計貢獻率87.73%，說明日照市土地利用結構的變化與社會經(jīng)濟發(fā)展密切相關；（2）第二主成分的特征值為1.35、貢獻率6.14%、累計貢獻率93.87%，說明人口的變化也是影響日照市土地利用結構變化的一個重要因素。因此，影響日照市的主要驅動力因子為：經(jīng)濟社會發(fā)展、人口的變化，同時，不同的土地政策對某一區(qū)域的土地利用也有重要的影響作用。

4.3 驅動力分析

（1）經(jīng)濟社會發(fā)展

近年來，日照市經(jīng)濟發(fā)展迅速，城市化進程加快，

2003至2012年，GDP由311.67萬元上升到1352.57，年均增長115.66%；社會消費品零售總額由88.91億元上升到420.1億元，年均增長36.80%；進出口總額由12.91億美元上升到252.5億美元，年均增長26.62%。同期，建設用地面積增加了9451.08hm2，隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，建設用地呈現(xiàn)出擴張的趨勢[17,18]，日照市作為正在發(fā)展中的新興城市，經(jīng)濟社會的發(fā)展是土地利用結構變化的重要影響因素。

（2）人口變化

人類是土地利用活動的主體，而土地利用類型就是人類各種活動的結果，因此，人口變化是土地利用變化的重要影響因子。人口的變化主要表現(xiàn)為人口增長，人口的增加會造成對不同土地利用類型的不同需求，如對建設用地的需求增多，對農(nóng)用地的需求減小。2003至2012年，日照市年末總人口由278.48萬人增加到288.10萬人，增加了9.62萬人，其中，非農(nóng)業(yè)人口由71.51萬人增加到103.22萬人，增加了31.71萬人；進出境總人數(shù)由395.54萬人增加到2824.5萬人，增加了2428.96萬人，增加了近7倍。人口的增加勢必會引起對居民點及工礦用地、交通用地等需求的增加，與此同時，進出境總人數(shù)的迅速增加也會引起對基礎的配套設施的需求增加。

（3）土地政策

為緩和日趨尖銳的人地關系，國家頒布了一系列土地政策，對土地進行宏觀的調控與管理。作為一種有效的平衡人地矛盾的手段，日照市根據(jù)《山東省土地利用總體規(guī)劃（2006～2020年）》及自身土地利用中存在的問題制定了《日照市土地利用總體規(guī)劃（2006～2020年）》。土地利用規(guī)劃對土地利用進行宏觀管理，調節(jié)各類用地的供給和需求，控制各類用地的規(guī)模，調整其比例結構和空間布局，協(xié)調各類用地之間的矛盾，以提高土地利用的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益[19]。

5 結論

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)日照市土地處于較高的利用水平，且處于發(fā)展階段，未來幾年仍將處于發(fā)展階段。但2003～2012年日照市土地利用發(fā)生了很大的變化，主要體現(xiàn)在：變化結構上，其他農(nóng)用地及園地變化幅度較大，分別為98.05%、-55.09%；居民點及工礦用地、交通運輸用地增幅分別為21.28%、9.22%；耕地、未利用地變幅較小，分別為4.76%、-3.29%。同時，在研究期間，日照市各土地利用類型的動態(tài)度整體看來是建設用地數(shù)量呈不斷增加的趨勢，而農(nóng)用地及未利用地的數(shù)量則呈逐年下降的趨勢。

分析表明，引起日照市土地利用變化的驅動因子主要為：經(jīng)濟社會的發(fā)展、人口的變化、土地政策等。因此，在未來的發(fā)展中，日照市需要控制人口數(shù)量、提高人口素質，加強耕地和基本農(nóng)田保護，保護和合理利用土地資源，實施土地用途管制，農(nóng)用地特別是要保護耕地，強化重點區(qū)域的保護，建立和完善保護新機制[20]；轉變經(jīng)濟增長方式、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結構，嚴格控制建設用地規(guī)模，挖掘現(xiàn)有建設用地的內(nèi)涵，提高建設用地利用率，協(xié)調經(jīng)濟發(fā)展與土地的關系，實現(xiàn)土地利用與經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，從而建設一個“富裕、文明、平安、生態(tài)”的日照。

由于本文收集資料的有限性，研究時段僅為10年，且沒有對日照市各區(qū)縣進行詳細的土地利用區(qū)域差異分析；且由于缺乏相關的土地利用圖件，無法對日照市土地利用的空間變化進行分析。今后應加強這些方面的研究，以更好地發(fā)現(xiàn)日照市土地利用中存在的問題并提出有效的解決辦法。

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Principal component analysis of driving forces behind land-use change in Rizhao city of Shandong province

LEI Shi-Fen1, ZHANG Quan-Jing1, LIU Bo-Hui2, Lü Xiao1
(1. College of Geography and Tourism, Qufu Normal University, Shandong Rizhao 276826, China; 2. Center of Residential Industrialization Promotion, Ministry of Housing and Urban-Rural Development, Beijing 100835, China)

This study uses data from the city of Rizhao to analyze the range, speed, and intensity of land-use change between 2003 and 2012. A total of 22 socioeconomic indicators are used to identify factors that drive land-use change in Rizhao City. Statistical analysis using SPSS16.0 shows that the key factors include economic and social development, population change, and land policy. The paper offers suggestions for the Rizhao City government for better land use planning, land protection policy, and land use structure optimization.

land use; change driving forces; principal component analysis

F293.22

A

2095-1329(2015)02-0046-05

2014-11-21

2015-03-14

雷士芬(1988-),女,碩士生,主要研究方向為土地利用規(guī)劃與管理.

電子郵箱: qfleishifen@163.com

聯(lián)系電話: 0633-3981796

山東省軟科學研究計劃項目(2014RKB

10.3969/j.issn.2095-1329.2015.02.011