黄剑彬，毋鑫海，戴文远，黄华富，苏木兰

（福建师范大学 地理科学学院，福建 福州 350007）

2000—2013年海坛岛土地利用/覆被变化与驱动力分析

黄剑彬，毋鑫海，戴文远*，黄华富，苏木兰

（福建师范大学 地理科学学院，福建 福州 350007）

基于GIS的空间分析与数理统计方法，文章对2000—2013年海坛岛土地利用变化/覆被变化的时空演变特征进行分析；采用灰色关联分析法，选用政策、社会、经济和人口四个一级指标层的8项指标，分析海坛岛土地利用/覆被变化的驱动力.结果表明：（1）2000—2013年，海坛岛土地利用/土地覆盖变化特征主要表现为耕地、林地、水域和草地的面积和比重减少，而建设用地和其它用地的面积和比重增加；（2）2000—2013年海坛岛土地利用综合指数从2000年的249.08不断上升到2013年的252.90；（3）2000—2013年海坛岛土地利用变化的驱动力主要是政策投入、产出水平、人口变化和生活水平.

土地利用/土地覆盖；土地利用综合指数；驱动力分析；海坛岛

土地是人类赖以生存和发展的基础[1-2]，土地利用/覆被变化（LUCC）是指在不同时间尺度、不同空间尺度上由自然系统与社会系统相互作用导致的一种综合变化，表现形式是一种土地利用类型转变为另一种类型[3-5].随着人类城市化进程的快速推进、人口数量急剧增长，在“IGBP”和“IHDP”两个计划的推动下，土地利用/覆被变化受到全世界全球变化研究领域的重视[6]，认为其是诱导全球变化的主要原因.土地利用/覆被变化已成为全球变化研究领域中的前沿问题和热点课题[7-9].

我国目前LUCC研究的重点集中在具有代表性和重要生态意义的经济快速发展区和生态脆弱区.海岛由于面积较小，土壤贫瘠，植被覆盖少等原因，生态环境十分脆弱，并且极易受到人为活动的干扰，在对其进行开发建设的时候，土地利用方式发生了巨大的变化[10].福建省海坛岛近年来受综合实验区

开发建设的影响，土地利用/覆被变化剧烈.本文对海坛岛14年间土地利用/覆被变化的特征及驱动力机制进行综合分析，以期为海坛岛土地资源的优化配置，开发建设和环境保护的协调进行，社会、经济与环境可持续发展的推进提供科学的参考和依据.

1 研究区概况

海坛岛位于福建省东部海域，与台湾省隔海相望，介于北纬25°15′～25°45′，东经119°32′～120°10′之间，海坛岛土地面积328.42 km2，是福建省第一大岛，中国第五大岛.海坛岛海拔整体较低，是典型的海积平原地形.海坛岛地处亚热带，属于海洋性季风气候，明显的特征是冬暖夏凉，海坛岛土壤质地以砂土为主，岛上有着丰富的石英砂和花岗岩矿产资源.海坛岛下辖7镇4乡，2013年海坛岛常住人口40万人，其中城镇人口16万，农村人口24万，城镇化水平40%.

近年来，海坛岛独特的地理区位优势在对台贸易和交流中发挥着“窗口”的重要作用.2009年7月，福建省决定成立平潭综合实验区，海坛岛土地面积占整个试验区总面积的83.58%，是实验区的主体部分.平潭综合实验区的成立一方面有利于进一步促进两岸合作向更高层次迈进，推动海峡西岸经济区更好更快发展；另一方面，随着综合实验区成立，海坛岛各项基础设施和城乡建设快速发展，其土地利用/土地覆被发生了巨大的变化，对海岛生态环境产生了深刻的影响.

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源及处理

研究数据主要依据2000年、2009年、2013年的三期SPOT-5影像.运用ERDAS9.2对TM影像进行波段组合和投影转换、几何校正、影像裁切等预处理，然后依据中科院资源环境遥感调查数据库的土地利用分类系统[11-12]，确定海坛岛土地分类系统（见表1）.在此基础上，应用eCognition软件进行影像解译获得三期土地利用数据（见图1）.

图1 2000—2013年土地利用/覆被变化图Fig.1 The change of the land use and cover from 2000 to 2013

表1 海坛岛土地利用分类系统Tab.1 The classification system of Haitan island land use

其他数据来源于《平潭统计年鉴》（2001卷）和《福州年鉴》中的平潭县（实验区）的经济和人口数据

作为海坛岛的数据.

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用变化分析方法

（1）土地利用面积变化幅度与速率

①土地利用面积变化幅度是反映在一个时间段内一类土地变化速度快慢的指标.公式为：

式中，Pi为第i种土地的变化幅度，Ait0和Ait1为该地类的研究初期和研究末期的面积.

②单一土地利用动态度和综合土地利用动态度是可以用来衡量多个不同时间段的某一土地利用类型变化速度快慢的指标.

单一土地利用动态度计算公式如下：

综合土地利用动态度计算公式如下：

（2）土地利用转移矩阵.可以用来表示各用地类型转换的方向和数量，公式为：

式中，Cij为转移矩阵；和分别为初期和末期土地利用现状；i和j分别为两种类型的土地.

（3）土地利用程度变化模型

①土地利用程度综合指数.土地利用综合指数用以衡量研究区内某一年土地利用的整体情况，数值在100-400之间，值越大，说明在这个时间段土地利用的总体变化越大，公式为：

式中，L表示土地利用程度综合指数；n为土地利用类型总数，这里n取6，Ai为表2中的土地利用程度赋值，Ci为第i级土地面积的比重.

②土地利用程度变化.将两个时期的土地利用综合指数相减求出土地利用变化值，可以描述期初和期末研究区土地利用是处于发展期还是调整期.计算公式如下：

式中，La和Lb分别为期初和期末的区域土地利用程度综合指数.如果ΔLb-a＜0，则研究区在一段时间内土地利用发展较缓慢，处于调整期；反之，则处于发展期.

表2 土地利用程度分级赋值表Tab.2 Classification assignment table of land use degree

2.2.2 土地利用变化驱动力分析

灰色关联分析法是通过计算母因素和子因素关联值的方法，分析土地利用变化驱动因素的一种有效方法[13-14].本文以三期海坛岛土地利用综合指数作为母因素，来综合表征土地利用情况，选取人口、经济和政策投入的社会经济指标作为子因素，通过计算土地利用综合指数和人口、经济和政策投入的关联值，判断土地利用变化的驱动力.关联度计算如下：

式中，ζ为分辨系数，0＜ζ＜1，一般取灰数的白化值为0.5.ζi（k）为第k个时刻比较数列和参考数列的关联系数.

3 结果分析

3.1 2000—2013年海坛岛土地利用变化特征

3.1.1 土地利用结构变化分析

从表3、4可以看出，2000年海坛岛土地类型按照面积大小排序为林地、耕地、水域、建设用地、其他用地和草地；2013年，土地类型按照面积大小排序为林地、耕地、建设用地、水域、草地和其他土地.由此看出，14年间海坛岛土地利用结构变化明显，主要表现为建设用地和其他用地大幅增加，其余土地利用类型均有不同程度的减少.其中，建设用地增加了2130.13 hm2，增幅达50.22%，主要原因是海坛岛大开发政策的提出，城镇化快速发展，城市建设用地向外扩张导致城市用地规模扩大；其他建设用地增加了

1771.82.67 hm2，增幅高达116.67%，原因是政府大力组织围海造田.

3.1.2 土地利用变化速率分析

从土地利用变化速率看（见表5），2000—2009年间，海坛岛的土地利用类型的变化速度大小顺序依次为其他用地、建设用地、草地、耕地、林地和水域，2009—2013年间，各类土地变化速度按从大到小排序分别为其他用地、建设用地、水域、草地、耕地和林地.

表3 2000—2013年海坛岛土地利用构成Tab.3 The composition of Haitan island land use from 2000 to 2013

表4 2000—2013年土地利用面积变化及变化幅度Tab.4The change and change range of the land use area from 2000 to 2013

表5 2000—2013年单一土地利用动态度与综合土地利用动态度Tab.5 The changing rates of the single and overall land use from 2000 to 2013

14年间各土地类型的单一土地利用动态度和综合土地利用动态度2009—2013年阶段都明显大于2000—2009年阶段的动态度，这是由于受2009年平潭综合实验区的成立以来海岛城市快速发展、城镇建设用地快速增长的影响，使得2009—2013年间海坛岛土地利用变化速度快于2000—2009年的变化速度.

3.1.3 土地利用转移矩阵分析

从海坛岛土地利用类型转移矩阵（见表6和表7）可以看出，14年间土地利用类型转移变化具有以下特点：

表6 2000—2009年土地利用转移矩阵（单位：hm2）Tab.6 Transition matrix of the land use from 2000 to 2009（unit：hm2）

1）建设用地面积增加主要依靠占用耕地和林地以及围海造地为主要途径，其中占用耕地1179.02 hm2，占用林地697.50 hm2.海坛岛建设用地随着城镇化的加快在持续增加.

2）其他用地面积呈增加的趋势.增加的主要来源是林地、耕地和水域，2009年以后主要来源是水域，转入面积为1357.74 hm2.转换地主要集中在幸福洋区，原因主要是围海造地，但在城市化的进程中没有进行开发，这说明海坛岛还处在快速发展的阶段.

3）耕地与林地面积大幅减少.耕地转出面积为2070.48 hm2，主要转出方向是建设用地、林地和其他用地.林地转出面积为1722.34 hm2，主要转出方向为

耕地、建设用地和其他用地.减少的原因是在城市化发展的进程中大量占用耕地和林地.

4）水域、草地面积也有所减少.草地转出面积为1920.45 hm2，主要转移方向为林地、建设用地和其他用地，水域转出面积为551.18 hm2，转出的方向为其他用地和建设用地，由于对土地的需求逐渐增加，对草地的围垦开发以及围海造地是其面积减少的主要原因.

综上所述，海坛岛由于城市化的快速发展，耕地、林地、水域和草地都呈递减的趋势，建设用地和其他用地呈现增加的趋势，特别是2009年成立平潭综合实验区以来建设用地扩张迅速，主要来自占用耕地和林地以及填海面积的增加.

3.2 土地利用程度综合指数及土地覆被转类指数变化分析

3.2.1 土地利用综合指数变化分析

经公式（5）计算得出三期的土地利用程度综合指数分别为：2000年的249.08，2009年的251.89和2013年的252.90.海坛岛土地利用程度综合指数不断加大，说明海坛岛在14年间土地利用处于发展期.建设用地的增加是土地利用综合指数上升的主要原因.

3.2.2 土地利用类型相互转换强度变化分析

经公式（6）计算得出海坛岛的土地利用类型互相转换强度.2000—2013年海坛岛生态系统动态类型相互转换强度值为负值（-107.04），表示生态系统类型转差，且表现为后四年类型转化强度为-177.47，远远超过前10年的土地利用类型强度-36.60.其原因主要是海坛岛从2009年提出海坛岛大开发计划，2009—2013年间城市化进程发展快于2000—2009年.

3.3 土地利用变化驱动力分析

3.3.1 因子选取

导致土地利用变化的原因有很多，包括土地的自然属性、社会经济发展需要和国家区域政策等因素的影响[15].本文主要针对社会经济和政策方面来分析海坛岛土地利用/覆被变化的驱动力.鉴于海坛岛为平潭县（实验区）主岛，经济指标和人口数量约占平潭县的90%左右，本文以平潭县和平潭综合实验区统计数据为依据开展相关研究.

不同的学者对于人类对土地变化的驱动力的认识还不够统一，许多学者都从人口、技术水平、富裕程度和政策文化方面来分析人类对土地变化的驱动力，如Kasperson、Turner，本文在借鉴相关参考文献的同时，结合海坛岛实际，从人口规模、生活水平、政策因素以及产出水平四个方面的8项指标对土地利用综合指数的驱动力进行分析（见表8）.

表7 2009—2013年土地利用转移矩阵（单位：hm2）Tab.7 Transition matrix of the land use from 2009 to 2013（unit：hm2）

表8 土地利用驱动指标选择Tab.8 Selection of the driving factors of land use

3.3.2 关联度的计算

根据研究需要选择海坛岛2000年、2009年和2013年土地利用综合指数为母因素，社会经济指标为子因素比较数列（见表9-11），计算各驱动因子与土地利用程度综合指数的关联度.

1）选择因子和分析序列.确定土地利用程度综合指数为因变量，2000年、2009年和2013年的土地利用综合指数作为参考数列，经济数据作为自变量构成比较数列，得到土地利用综合指数的分析数列

（见表9）.

2）各因子关联度并排序（见表10）.

3）对一级指标关联度进行排序（见表11）.

表9 土地利用程度综合指数与所选因子的分析序列Tab.9Analysis sequence of comprehensive index of land use and the factors

表10 各因子关联度计算Tab.10 Calculation of the correlation degree of each factor

表11 一级指标关联度Tab.11 Correlation degrees of the first-grade indices

3.3.3 土地利用驱动力的变化分析

由土地利用程度综合指数与一级社会经济指标的关联分析得到（见表11）:对海坛岛土地利用综合指数变化影响最大的是政策投入，其次是产出水平、人口变化和生活水平.

1）政策投入是对海坛岛2000—2013年间土地利用变化最主要的影响因子.随着2009年海坛岛提出大开发战略，政府每天投入一个亿打造平潭综合开发区以及大量的优惠政策，导致海坛岛主城区建设用地扩大，修建了环岛路，建设用地的增加是土地利用综合指数上升的主要原因.

2）产出水平也是对土地利用变化的一个重要影响因子.产出水平在海坛岛土地利用综合指数的关联度位居第2位，其中二三产业比重在产出水平因素中排第一位，二三产业的比重说明海坛岛的经济发展趋势，产业值的增长和经济的快速发展导致人们的需求增加，是导致海坛岛土地利用综合指数上升的主要原因.

3）海坛岛人口变动与土地利用综合指数变化有密切关系.人口的增长会增加各项社会需求，比如对建设用地的需求，这些需求导致了建设用地大量侵占农用地和林地，从而导致土地利用综合指数的增大.

4）生活水平也是影响土地利用变化的重要因素，是海坛岛经济市场需求的表现.随着经济的发展，海坛岛整体人均收入增加，人们对社会消费品的需求增加，导致海坛岛产业结构发生变化，最终导致海坛岛建设用地增加，土地利用综合指数上升.

4 结论

本文基于GIS空间分析与数理统计方法，分析了2000—2013年间海坛岛土地利用/覆被变化特征及其驱动力因素，研究表明：

1）2000—2013年间海坛岛土地利用变化主要表现为耕地、林地、水域面积减少，建设用地和其他用地面积增加，土地利用变化速度2009—2013年阶段大于2001—2009年阶段.这是由于2009年平潭综合实验区成立以来，城镇化的进一步发展，建设用地的扩张更加迅速，土地利用/覆被变化明显.

2）2000—2013年海坛岛土地利用程度综合指数由249.08增加到252.90，说明海坛岛在14年间土地利用处于发展期，而土地利用类型相互转换强度为负值（-107.04），表示生态系统类型在逐渐地转差.

3）2000—2013年间对海坛岛土地利用/覆被变化影响最大的驱动力是政策因素，具体表现为2009年福建省成立平潭综合实验区，各项政策的投入导致海坛岛土地利用/覆被变化加快；此外，产出水平、人口变化和生活水平也对海坛岛土地利用/覆被变化产生积极影响.

综上所述，14年间海坛岛土地利用/覆被变化呈现先慢后快的发展变化态势，平潭综合实验区的设立在给海坛岛经济发展带来重大机遇的同时，也导致土地利用方面呈现出不合理利用、开发过度的变化趋势，这将会导致海坛岛绿地面积减少、生态环境

恶化等后果.因此在土地利用开发的进程中，应该结合海坛岛自身的生态环境承载力来进行合理的开发利用，同时加强林地、水域的保护力度，避免对其过度的开发，探索出一种符合实际情况的海岛城市化发展模式，从而达到经济、环境双赢的效益.

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责任编辑：吴兴华

Land Use/Cover Change and Driving Force Analysis on Haitan Island from 2000 to 2013

HUANG Jianbin，WU Xinhai，DAI Wenyuan*，HUANG Huafu，SU Mulan
（School of Geographical Science，Fujian Normal University，Fuzhou 350007，China）

Based on the GIS spatial analysis and mathematical statistics method,we analyze the space-time evolving characteristics of the land use/cover change from 2000 to 2013 on Haitan island.Using gray correlation analysis method and choosing eight indicators from four first-level indices（policy,society,economics and population）,the driving forces of the land use/cover change for Haitan island are also studied.The results are:（1）The main characteristics of the land use/cover changes from 2000 to 2013 on Haitan island are the areas of the farmland,woodland,grassland and waters decreased while those of the construction land and other land increased;（2）During 2000—2013,the land use composite index of Haitan island was climbing steadily from 249.08 to 252.90;（3）The main driving forces of the land use change of Haitan island are policy input,output level,population change and the living standard.

land use/cover change；land use composite index；driving force analysis；Haitan Island

S 162

A

1674-4942（2016）03-0313-07

2016-04-19

福建省自然科学基金项目（2014J01152）；福建省科技厅公益类项目（K3-300）；福建省科学技术协会科技思想库研究项目（2015-7）

*通讯作者