江苏省土地利用变化空间格局及其驱动力外文翻译资料

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江苏省土地利用变化空间格局及其驱动力

摘 要

科学解读土地利用变化机制对政府规划和管理活动具有重要意义。本研究利用2000年、2005年和2008年三张土地利用图分析江苏省土地利用变化情况。研究结果表明，土地利用发生了显着变化。变化的主要特征是建设用地不断扩大，主要以耕地损失为代价，而且趋势越来越快。区域差异明显，大部分耕地流失或建设用地扩张发生在苏南地区，建设用地扩张速度快于苏中和苏北地区。同时，空间格局发生了显着变化；总体而言，斑块数量（NumP）呈下降趋势，平均斑块尺寸（MPS）和斑块尺寸标准差（PSSD）呈增加趋势。此外，通过主成分分析（PCA）和一般线性模型（GLM）确定了选定驱动因素的相对重要性。结果表明，不仅特定驱动因素的相对重要性可能不同，驱动因素也可能不同。最重要的驱动因素从 2000-2005 年的城市人口（UP）、二级国内生产总值（SGDP）和国内生产总值（GDP）转变为 2005-2008 年的常住人口（RP）、人口密度（POD）和城市人口（UP），偏差解释（DE）从 91.60% 下降到 81.04%。政策对土地利用变化也有显着影响，可分为直接影响和间接影响。发展政策通常具有间接影响，特别是经济发展政策，促进经济发展引起土地利用变化，而土地管理政策则具有直接影响。我们建议政府在提出新的发展战略或规划时，应综合审慎地考虑。

关键词 空间格局；土地利用变化；推动力；江苏；中国

1.简介

土地利用/土地覆盖变化（LUCC）可能会显着影响生态环境和可持续发展^[1,2]。 LUCC 越来越受到学者们的关注，世界各地已经报道了许多关于 LUCC 的不同规模的研究^[3-12]。迄今为止的研究内容主要包括描述土地利用变化^[13,14]，探索LUCC与驱动力的关系^[15]，模拟土地利用变化^[16,17]，分析土地利用变化的影响^[18]。同时，发展中国家正在经历快速的城市化和工业化，导致LUCC比发达国家更快^[11]。在过去的几十年中，中国一直是世界上人口最多的国家，也是发展最快的国家之一，随着城市化进程的不断推进和人口的增加，中国的景观变化也越来越显着^[19-25]。以前的大多数研究都集中在城市或流域尺度上^[26-34]，很少有研究评估省级土地利用的变化。由于中国的特殊政治特点，省级政府更有权力提出具体的规章制度或政策评价标准；例如，将耕地转为建设用地必须得到省级以上政府的批准^[35]。这意味着在省级层面探索LUCC可以为政府的规划和管理活动提供更多有价值的信息。在黑龙江^[36]、北京^[37]、四川^[38,39]、江西^[40]等地区，对省级LUCC及其驱动机制进行了一些研究。然而，这些研究中的大多数并没有确定驱动力的相对重要性，几乎所有研究都假设每个驱动因素的重要性在整个研究期间都没有变化。在本文中，我们分析了江苏省 2000 年至 2008 年的土地利用变化，确定了 2000 年至 2005 年和 2005 年至 2008 年期间社会经济驱动力的重要性。我国高度发达的地区，景观格局发生了很大的变化，因此本文的研究结果可为其他欠发达省份提供参考^[41]。

2.研究区和方法

2.1 研究区

江苏省由13个地级市组成，即南京、无锡、常州、苏州、镇江、南通、扬州、台州、徐州、连云港、淮安、盐城、宿迁。南京是江苏省省会，苏州是最发达的城市。江苏省通常按区位和经济划分为三个区域；这三个地区是江苏南部，包括南京、无锡、常州、苏州和镇靖；江苏中部，包括南通、扬州、泰州；苏北，包括徐州、连云港、淮安、盐城、宿迁。三地经济差距较大，2008年区域差距约为3.16：1.73：1，与华东、华中、西部差距相近。为响应中央的部分政策，江苏省政府实施多项区域政策，促进区域均衡发展和欠发达地区经济增长；其中一项政策是将工业区从苏南转移到苏中和苏北。这些政策在社会发展中也发挥了重要作用，有些政策可能会影响土地利用决策。由于这些因素，我们选择江苏省作为研究区域，量化LUCC变化和空间格局，这可能会加深我们对粮食产量变化机制的理解，进而有助于更有效的区域规划和自然资源管理。

江苏省是中国最繁华的地区之一，位于中国东部沿海，介于东经116°18′和121°57′之间，北纬30°45′和35°20′之间（图1）。该地区以东亚季风气候为特征，年气温约13.6-16.1°C，年降雨量约1000毫米。地形上，主要地形为平原，占总共研究区面积的85%，丘陵地形占15%，海拔0～625 m。得益于优越的自然条件，江苏省已成为中国最重要的粮食生产基地之一。

图1 研究区的地理位置

江苏省2000年人口为7438万，2010年为7866万，年增长率约为0.56%。1978年改革开放以来，江苏省社会经济发生了翻天覆地的变化，人均GDP从11765元增长到40014元，大大高于23677元的全国平均水平。随着人口的增加和经济的发展，LUCC不断发生变化，导致水污染、土地退化、土壤污染和生物多样性丧失等环境和生态问题^[42-55]。

2.2 数据源

在本文中，我们分别使用了2000年、2005年和2008年的三张土地利用图。 数据集是来自中国科学院资源与环境科学数据中心（RESDC），由中国科学院按1:100,000的比例制作，土地利用等级分为6个一级和25个二级类。这些地图是利用Landsat TM/ETM、中国-巴西地球资源卫星一号（CBERS-1）等卫星图像和其他辅助数据制作的，土地覆盖分类的总体准确率大于92.9%^[23-25]。 在我们的研究中，仅使用了原始数据集的6个一级土地利用类型，即农田、林地、草地、水体、建设用地和未利用地（图 2）。

为了分析驱动因素，使用了辅助数据，例如从江苏省统计局获得的人口普查数据，包括经济和人口数据。以往的研究表明，土地利用变化是由多种因素驱动的。在本文中，我们选择建筑用地（BL）扩展来代表土地利用变化。在这些驱动因素中，人口变化和经济发展被认为是土地利用变化的主要驱动因素^{[11,37,40,51-57]}。由于中国的二元社会结构，农村和城市之间存在着非常显着的差异，包括基础设施、教育和医疗等方面。换句话说，居住在城市地区，尤其是发达城市的人们，可能有更高的生活水平。这一差距导致大量人口从不发达地区向发达地区迁移，例如农村向城市地区迁移。同时，由于中国特殊的人口政策，人口迁移十分复杂。因此，我们选择常住人口（RP）、城市人口（UP）和人口密度（POD）作为人口因素（表1）。

表1 选择的土地利用变化驱动因素的描述

改革开放政策促进了经济的快速发展，特别是在江苏省。2000-2008年，江苏省国内生产总值（GDP）年均增长17.2%左右，从84405.7亿元增加到299153.8亿元。随着经济的持续发展，政府将有更多的资金来改善生活条件和基础设施，例如房屋和道路^{[19,34,58-60]}，这将需要更多的建设用地。选择了几个指标来代表经济发展，包括GDP、二级GDP（SGDP）、三级GDP（TGDP）、人均GDP（Per GDP）、固定资产投资（FAI）、城镇居民人均收入（UI）和人均收入农村居民（FI）（表1）。这些统计数据来自江苏省地级统计局。

2.3 动态土地利用

年变化率可以揭示土地利用变化的总体趋势，为了评价研究期间的土地利用变化，采用如下公式计算年变化率：

其中 C 是给定土地利用类型的年变化率；LU_t1 和 LU _{t 2} 是时间t1和t2 的土地面积；t为计算周期年的间隔。C可以显示土地利用的总体变化趋势，为了进一步计算LUCC强度的空间分布，我们使用采样块（5times;5 km）与土地利用图相交，并将主要土地利用类型信息输入到每个网格。最后，计算基于网格的变化强度。

2.4 空间格局变化

土地利用变化会导致景观结构变化，进而影响生态系统的可持续发展^[46]。 景观度量已被广泛用于描述景观的结构和模式^[47,48]。 由于上一节已经计算了面积，因此在类级别上考虑了另外四个指标，它们可以描述特定土地利用类型的破碎化、面积分布和形状复杂性：（1）斑块数（NumP）；（2）平均斑块大小(MPS)； （3）斑块大小标准差(PSSD)；（4）平均形状指数 (MSI)。这些指标是使用 Patch Analyst 5.0 for ArcGIS 9.3 计算的。

2.5 驱动力分析

由于所选变量之间可能存在相关性，因此采用主成分分析（PCA）和一般线性模型（GLM）来确定驱动因素的相对重要性。为了便于直接比较，所有变量在分析前都进行了标准化。执行PCA以减少变量之间的多重共线性并生成新的自变量，称为主成分(PC)^[49]。PC可以通过特征值来识别，例如大于1的特征值或特征值碎石图的拐点。一般来说，当方差的累积百分比在 85% 以内时，PC可以代表原始变量。当识别出PC时，执行GLM生成回归方程^[50]，然后将PC替换为原始变量，最后确定驱动因素的重要性。统计分析在 R 3.0.2 中进行。

3.结果和讨论

3.1 土地利用变化

图 3 显示了 2000 年至 2008 年江苏省的景观构成。从图中可以看出，2008 年农田是最主要的土地利用类型，占景观的 65.43% 以上，尤其是在苏中和苏北地区，以2008年占全区的72.68%。第二大用地类型为建设用地，2008年约占全区的17.45%，在市中心周边呈现明显的集聚效应。第三大土地利用类型是水体，占景观的 13.24%，江苏有很多湖泊，如苏州的太湖、淮安的洪泽湖、扬州的高邮湖。研究区仅有少量林地、草地和未利用地，2008年林地和草地分别占3.04%和0.81%，未利用地仅占总用地的0.02%，本文不予描述。总体而言，他们的变化在2000-2008年土地利用变化明显，耕地、林地、草地和未利用地急剧下降。相比之下，水体和建设用地呈现增加，并且这些趋势持续并加速。

图3 2000年—2008年江苏的土地利用变化

如表 2 所示，2000-2005 年间，耕地面积从 2000 年的 6,908,638 公顷减少到 2005 年的 6,784,445 公顷，减少了 1.8%，平均减少了 24,838.6公顷/年。农田主要转化为建设用地和水体。同时，有54,486公顷的建设用地和水体转化为农田，这种现象可能是土地管理政策造成的。例如，占用基本农田的临时建设用地必须合并为农田的政策。林地出现小幅增长，主要是由农田转化而来。同时，1,265 公顷土地被建成用地所取代。草地明显萎缩，减少了 21.3%，从 117,197 公顷减少到 96,750 公顷，以 4,089.4公顷/年的速度减少，主要转化为水体。水体从 125,3629公顷增加到 1,315,574 公顷，

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