多方法支持的重庆市土地利用格局时空演化及驱动力_王朝阳.pdf

第 卷第期 年月水土保持通报 ，收稿日期：修回日期：资助项目：国家自然科学基金项目“乡村重构背景下三峡库区农户生计转型的耕地利用响应机制研究”（）；重庆英才计划包干制项目（）；重庆市教委人文社科重点项目（）第一作者：王朝阳（），男（汉族），河南省洛阳市人，硕士研究生，研究方向为区域经济可持续发展。：。通信作者：张军以（），男（汉族），山东省临沂市人，博士，副教授，硕士生导师，主要从事农户生计与乡村转型发展研究。：。多方法支持的重庆市土地利用格局时空演化及驱动力王朝阳，张军以，李海懿（重庆师范大学 地理与旅游学院，重庆 ；重庆师范大学 三峡库区地表过程与环境遥感重庆市重点实验室，重庆 ）摘要：目的研究重庆市土利用格局时空演化规律，为促进该地区土地资源可持续利用及社会经济可持续发展提供科学依据。方法以位于山地高密度区的重庆市为例，基于 年土地利用遥感监测数据，从数量结构和空间布局两个方面定量分析重庆市土地利用时空演化特征，并通过地理探测器分析不同时间尺度下重庆市土地利用变化驱动力。结果研究期内重庆市土地利用变化速度加快，城乡居民用地、工矿建设用地持续增加，草地面积大幅缩减并集中向林地转化；以来，重庆市土地利用程度逐年提高，整体处于发展期，热点区主要集中在主城及其周围地区；渝西水田密度降低，渝东南林地高值密度面积增加，但草地高值密度区大幅缩减；城镇及农村居民用地高密度核心位于主城区，工矿建设用地高密度核心为星点状分布，增长幅度大；社会经济因素对重庆市土地利用变化影响显著，其中人口密度为主导性因子。结论重庆市土地利用变化区域间差异明显，土地利用变化主要受社会经济因素的影响。关键词：土地利用；时空演化；重庆市；地理探测器；驱动力文献标识码：文章编号：（）中图分类号：文献参数：王朝阳，张军以，李海懿多方法支持的重庆市土地利用格局时空演化及驱动力水土保持通报，（）：；，（）：，（.，；.，）：（），：；土地是地表某一地段的综合体，作为人类活动场所和重要的自然资源，其必然受人类活动的影响。土地利用指人类按照一定目的对土地资源进行改造。伴随着工业化、城市化进程推进以及人类活动的加剧，土地利用空间结构变化显著，土地利用年际变化更加频繁和复杂化。而对土地资源不合理的利用必然会导致土地利用变化过程中产生如自然资源严重破坏、水土流失、土地石漠化以及水资源污染等一系列问题，因此土地利用研究是全球环境领域研究的热点内容之一。土地利用变化不仅对水循环、地表能量和大气循环等有深刻影响，而且对未来气候预测等方面也有着重要作用，厘清土地利用变化驱动机制，则更有助于把握土地利用变化原因及基本过程，对实现区域经济可持续发展至关重要，而综合土地利用空间格局与时间过程的研究则更有利于分析土地利用转变过程及成因。目前，国内外对于土地利用的研究成果颇丰，主要研究内容集中在土地利用的空间格局特征 、土地利用转型 、土地利用变化过程 、土地利用的生态系统服务价值变化，、土地利用变化的驱动力及驱动机制 及土地利用格局的模拟 等方面。研究方法上，学者们多采用动态度、转移矩阵、土地利用程度综合指数、核密度分析、热点分析、标准差椭圆、重心迁移 以及地学信息图谱 等方法对区域土地利用变化进行研究。整体上，针对土地利用的空间格局演化、驱动力及驱动机制等研究主要是采用不同的单一研究方法对区域土地利用变化过程开展研究，基于多方法支持的区域土地利用变化研究严重不足。土地利用变化对生态环境的影响也引起学者们的重视，其中在土地利用对气候 、生态系统、水资源 以及土壤质量 方面做了有益探索。土地利用的生态效应研究侧重于土地利用对环境某单一要素的影响，土地利用变化的生态、经济社会的综合影响，以及其基于土地利用综合效应对土地利用反馈驱动研究相对薄弱。土地利用变化驱动力研究，多采用定量和定性 相结合的方法，其中定量方法主要包括空间计量回归分析方法、多元线性回归模型、相关分析法、主成分分析、地理探测器 等，主要根据区域土地利用变化特征及已有类似研究选取相关研究方法并进行一定改进，其研究结果受选取方法的影响较大。由于不同地区间自然基底以及社会经济发展条件差异较大，所以对于不同尺度和地区间的土地利用变化研究一直都是国内外学者关注的焦点。重庆市是中国西部直辖市，是西部地区重要的经济、文化核心城市之一。随着社会经济的迅速发展，直辖后重庆市土地利用格局变化显著。重庆市国土面积广大，各区县自然条件、资源优劣、区位条件等差异显著，重庆市是典型的大城市、大农村、大库区综合体，因此研究重庆市直辖以来的土地利用变化具有良好的典型性与代表性。目前，重庆市土地利用变化研究，主要集中在单一区县 、主城区 、三峡库区重庆段、三峡草堂溪等部分小流域，但基于多方法验证支持的，针对全市直辖以来的土地利用格局时空演化及驱动力分析尚未见报道。鉴于此，本文结合重庆市自然、社会经济发展特征，采用多种研究方法刻画重庆直辖以来不同发展阶段的土地利用时空格局，揭示不同土地利用类型演化规律，分析其变化的驱动因素，并对不同发展阶段的驱动因素进行对比。以期为重庆市土地资源的可持续开发利用、社会经济可持续发展提供理论参考，为国土空间规划提供科学依据。研究区概况及数据来源研究区概况重庆市位于中国西南地区（面积 ；第期王朝阳等：多方法支持的重庆市土地利用格局时空演化及驱动力 ，），地形复杂，以山地丘陵为主，东北部有大巴山，东南部倚靠着大娄山和武陵山脉，西北部和中部以低山丘陵为主，市内海拔高差约为 。境内江河纵横，主要有长江、嘉陵江、乌江等（见图）。气候属中亚热带湿润季风气候，夏热冬暖，雨量充沛。重庆市作为中国个直辖市之一，是西部大陆腹地重要中心城市，也是西部国际综合交通枢纽和国际门户枢纽，经济发展势头强劲。年重庆市辖 个区，个县，个自治县。年常住人口为 人，较 年增加了 人；城镇化率为 ，较 年上升了 ；地区生产总值达到 元，较 年增加 元；人均生产总值为 元，较 年增加 元。城市建成区面积由 年的 增加至 年的 。人口和社会经济发展迅速，生态文明建设和社会经济发展的矛盾日益加剧。数据来源重庆市土地利用数据（年）来自中国科学院资源环境科学数据中心（：），空间分辨率为。按照国家土地利用分类方法以及国内外已有土地利用分类方法，将研究区土地利用类型分为类（表）。数据来自地理空间数据云，分辨率为。社会经济数据来自 重庆市统计年鉴（）。注：底图来源于国家测绘地理信息局，地图审图号为渝（）。底图无修改，下同。图重庆市地势分布 表重庆市土地利用分类体系 一级地类二级地类水 田山地水田、丘陵水田、平原水田、坡地水田旱 地山地旱地、丘陵旱地、平原旱地、坡地旱地林 地有林地、灌木林、疏林地、其他林地草 地高覆盖度草地、中覆盖度草地、低覆盖度草地水 域河渠、湖泊、水库坑塘、冰川和永久积雪地、海涂、滩地城镇居民用地大、中、小城市及县镇以上建成区用地农村居民用地独立于城镇以外的农村居民点工矿建设用地厂矿、大型工业区、油田、盐场、采石场等用地以及交通道路、机场及特殊用地未利用地沙地、戈壁、盐碱地、沼泽地、裸土地、裸岩石砾地研究方法本文首先采用土地利用动态度模型和转移矩阵分析重庆市直辖以来各用地类型数量结构的变化、类型的转移以及土地利用变化速率的整体差异，具体计算公式参考文献，但其无法反映各用地类型在空间上的变化。通过核密度分析法反映用地类型在空间上的集聚程度以及在时间上的变化趋势，进而反映其土地利用变化时空特征，具体计算方法参考文献 ，但核密度无法出反映土地利用的综合水平，所以采用土地利用程度综合指数、土地利用程度变化率以及热点分析等方法对土地利用程度的空间分布模式进行识别，反映出人类活动对于土地变化的影响，定量表达土地利用综合水平及其变化趋势，从整体把握土地利用的格局变化，具体计算方法参考文献，。因此，本文综合多种研究方法可以较为全面的反映重庆市土地利用格局时空演化特征，并采用地理探测器分别对不同时空土地利用变化的驱动因素进行分析，识别不同因子的影响力及驱动因子间交互作用大小，具体计算方法参考文献 。水土保持通报第 卷结果与分析土地利用时空演化重庆市土地利用类型分布区域差异明显。林地为主导用地类型，旱地次之。林地主要分布在渝东北及渝东南地区；水田以及旱地主要分布在渝西以及渝东北地区；草地主要分布在渝东北及渝东南地区；水域主要分布在长江、嘉陵江等主要河流水面，所占面积 变 化 趋势 较小；城镇 居民 用地主要 分 布 在 主城区，其余分布在各区县中心地区，农村居民用地主要分布在各区县，工矿建设用地以主城区分布最为显著，未利用地面积比例较小，主要分布在渝西地区（图）。个时间点上林地所占面积比例分别为 ，和 ，总体呈现递增趋势；年水 田所占面积增加，年以后呈现出递减趋势，旱地所占面积比例稳定在 左右；草地所占面积由 年的 衰减至 年的；年水域面积较 年增加，变化幅度较小；年城镇居民用地面积较 年增加，城镇居民用地所占呈面积现出递增趋势，农村居民用地所占面积上升了，工矿建设用地所占面积上升了；研究期内未利用地所占面积比例稳定在（表）。图 年重庆市不同土地利用类型时空格局 土地利用格局演化分析数量结构演化通过分析 年重庆市不同土地利用类型动态变化见图。由图可知，研究期内水田和旱地面积在 年之前增加，在 年之后出现缩减趋势。水田占用劳动力较多，城镇化进程的推进以及三峡库区移民导致大量农村劳动力流失，水田则向旱地进行一定转化。旱地则向撂荒、粗放耕作等边际化利用方式转型。年中国全面启动退耕还林工程，自启动实施退耕还林工程以来，重庆市已累计实施退耕还林 。重庆市旱地面积的减少，与该政策的实施有着密不可分的关系；林地面积趋势变化频繁，动态度为负正负正，年林地动态度最大为，可见林地在 年以后增长幅度大，变化较为剧烈，得益于退耕还林政策的实施。草地面积流失最多，呈负动态度，年草地第期王朝阳等：多方法支持的重庆市土地利用格局时空演化及驱动力动态度达到了，可见草地在 年以后缩减幅度大，草地面积的减少与林地面积增加有关；研究期内 水 域 以 年 均 的 速 度 持 续 增 加，其 中 年 动 态 度 最 大，是 年 的 倍，三峡大坝的建成形成了面积约 的消落带，同时形成了大面积的水域；研究期内城镇居民用地以年均 的速度持续增加，农村居民用地动态度则呈现“型”增长，在城镇化进程中，大量农村人口流入城市地区导致 年农村居民用地增长率减小；随着乡城流动速度放缓，以及乡村振兴战略的提出，农村居民用地增长率又呈现增长趋势。工矿建设用地面积增加最多，动态度最大，位居第一，年动态度达到 ；年重庆市工业产值为 亿元，直辖以来工业年均增长速度为。未利用地面积先较少后增加，总体变化较小。表 年重庆市各土地利用类型面积比例 土地利用类型各土地利用类型面积比例 年 年 年 年 年 年水 田 旱 地 林 地 草 地 水 域 城镇居民用地 农村居民用地 工矿建设用地 未利用地 图 年重庆市不同土地利用类型动态变化 研究期内个时段的综合动态度分别为，和，综合动态度先下降而后逐渐上升，显示在 年重庆土地利用变化剧烈，在该阶段各用地类型之间的转换较为频繁，向其他用地类型转出量大，伴随着三峡库区移民搬迁，此 阶 段 土 地 利 用 变 化 剧 烈。与 此 同 时，在 年建设用地以史无前例的超常高速向外扩张，年均扩张速度达 ；年土地利用变化程度由稳定逐渐向剧烈演变。综上所述，研究期内重庆市城镇化、工业化进程较快，城镇、工矿建设用地迅速向四周扩张，主要占用耕地及未利用地。三峡大坝建成及三峡水库成库运行后显著增加了研究区水域面积。退耕还林、石漠化治理及长江防护林等生态修复措施的实施则使旱地面积减少而林地面积增加。土地类型相互转移土地利用转移矩阵可以体现重庆市 年各用地类型结构及其之间的相互转换关系，通过弦图对土地利用转移情况进行可视化分析（图）。年，土地利用转换面积较多，转移面积占总面积的，表明重庆市在该研究时段内人类活动对土地利用强度较高，土地利用变化剧烈。主要转换 类 型 为 林 地、旱 地 和 草 地，分 别 向 外 转 移 ，占转移面积的