（人文地理学专业论文）兰州市土地利用变化及驱动力研究.pdf

摘要 土地利用变化是全球环境变化的重要组成部分和主要原因之一，进入新世纪以来， 土地利用变化研究一直是地理相关学科研究的前沿与热点。环境变化重要原因之一是由 土地利用所引起，而土地利用又受到众多方面因素的支配，因此研究土地利用变化与其 驱动力之闻的关系，揭示其规律成为现实的必要性。 本文以兰州市为例，以二级地类为研究对象，通过对其1 9 9 7 2 0 0 5 年8 年间土地 动态变化分析，从不同的角度揭示了地类的变化特征。从变化特征我们可以看出，耕地 和居民点及工矿用地是所有地类中变化幅度最大的两个。 土地利用变化从数量、空间的角度进行分析。分析结果表明，不仅研究区域总体上 土地利用变化大，而且各县区之间的土地利用变化也存在着巨大的差异。 在土地利用变化的基础上，对其自然和社会经济驱动力进行分析。自然因素中以地 形地貌为土地利用变化的主要驱动力。本研究采用主成分分析对土地利用变化的社会经 济驱动因素进行了分析。分析结果表明：从1 9 9 7 年到2 0 0 5 年，与人口结构、经济发展 和技术相关的社会经济因素是土地利用变化的主要驱动因素。另外，行政因素和规划因 素也是土地利用变化的重要驱动因素，在某一段时期会起到特定的作用。 用灰色系统方法和线性回归预测法分别对兰州市土地利用变化进行预测，提出两个 方案：并用信息熵，均衡度理论进行分析比较，确定了线性回归方法预测的结果为最优 值；得出在今后几年内，随着兰州市土地利用结构信息熵的逐渐升高，均衡度也在逐渐 上升，土地利用系统的有序程度会逐渐升高。 最后，在对土地利用变化及驱动力分析的基础上，从人口、经济发展、产业结构、 人民生活水平、农业技术、土地开发整理、土地利用结构和提高公众意识这几方面提出 了土地资源合理利用的政策建议。 关键词：土地利用动态变化，驱动力，用地预测，对策，兰州市 a b s t r a c t l a n du s ec h a n g ei sa ni m p o r t a n tp a r to fg l o b a le n v i r o n m e n t a lc h a n g e ，a n do n eo ft h e m a j o r r e a s o n s s i n c et h eb e g i n n i n go ft h en e wc e n t u r y , l a n du s ec h a n g er e s e a r c hh a sb e e n i nt h ef o r e f r o n to fr e s e a r c ha n dg e o g r a p h i cr e l a t e dd i s c i p l i n e sh o t t h ee n v i r o n m e n t c h a n g eo r eo ft h ei m p o r t a n tr e a s o n si sc a u s e db yl a n du s e ，b u tt h el a n du s ei sl i m i t e db y m a n yf a c t o r sd o m i n a t i n g ，s or e s e a r c ht h el a n du s ec h a n g ea n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n t h ed r i v i n gf o r c e ，a n dr e v e a l e di t sl a w sn e e dt ob e c o m ear e a l i t y t l l i st e x ti st ot a k el a n z h o ua sa ne x a m p l e w i t ht y p es e c o n dc l a s s l yf o rr e s e a r c h 0 b j c c t ，t h r o u g h i t s a n a l y s i s o ft h e d y n a m i c sn i g h ty e a r s ( 1 9 9 7 2 0 0 5 ) ，f r o md i f f e r e n t a n g l e s r e v e a l e dt h e i d e n t i t ya n dc a t e g o r yc h a n g e s w ec a n s e ef r o mt h e v a r i e t y c h a r a c t e r i s t i c ，t h ef a r m l a n da n dl a n dr e s i d e n t sa n dt h ew o r km i n e r a li sa l l l yw i t ht h e g r o u n dt oc h a n g et h et w ot h a tr a n g ei sb i g g e s ti nt h et y p e t h et h e s i sa n a l y s el a n du s cc h a n g ef r o mq u a n t i t ya n ds p a c e t h er e s u l ts h o wn o t o n l yz o n eb u ta l s od i s t r i c t so fl a n de x s i s td i f f e r e n c e i nt h el a n du s ec h a n g eo nt h eb a s i so fi t sn a t u r a la n ds o c i o e c o n o m i cd r i v i n gf o r c e a n a l y s i s t a k et h eg e o g r a p h ya st h e l a n du s ec h a n g eo ft h em a i n l yd r i v eo ft h ev a r i e t yi n t h en a t u r a lf a c t o r n i i sr e s e a r c ha d o p t st h ea n a l y t i c a la n dr e l a t e da n a l y s i st om a d eu s eo f t h es o c i a le c o n o m yo ft h ev a r i e t yt od r i v et h ef a c t o rt oc a r r y0 1 1t h ea n a l y s i st ot h el a n d t h cr e s u l t so ft h ea n a l y s i ss h o w ：f r o mt h e1 9 9 7t o2 0 0 5 d r i v et h ed i n ti n d e xn u m b e ri s d i v i d e di n t ot w oo b v i o u ss t a g e sv a r i e t yc h a r a c t e r i s t i c ；a n dt h ep o p u l a t i o n ，e c o n o m i c d e v e l o p ，u r b a n i z a t i o n ，i n d u s t r i a l i z e st h er e l a t e ds o c i a le c o n o m i cf a c t o ri sl a n du s ec h a n g e o fm a i n l yd r i v et h ef a c t o r m o r e o v e r , t h ea d m i n i s t r a t i o na n dd e v e l o p m e n tp l a nf a c t o ri s a l s ot h ei m p o r t a n td r i v i n gf a c t o r so fl a n du s ec h a n g e ，i nac e r t a i np e r i o do ft i m ei tw i l l p h y as p e c i f i cr o l e t h ep a p e rp r o p o s e st w op l a n sw i t ht h eg r a ys y s t e ma n dr e g r e s s i o na n a l y t i c a lm e t h o d ； d e t e r m i n e st h er e g r e s s i o na n a l y t i c a lm e t h o df o r e c a s tr e s u l ti sa no p t i m u mv a l u ew i t ht h e c o m p a r i s o nb e t w e e ni n f o r m a t i o ne n t r o p ya n dt h ee v e nw e i g h t sa n dm e a s u r e st h e o r y ； o b t a i n st h ec o n c l u s i o nt h a ti nt h en e a rf u t u r e ，g r a d u a l l ya l o n gw i t ht h ei n f o r m a t i o n e n t r o p yo fl a n z h o ul a n du t i l i z a t i o ns t r u c t u r e ，t h ee v e nw e i g h t sa n dm e a s u r e sw i l la l s ob e r i s i n gg r a d u a l l y , a sar e s u l t ，t h eo r d e ro ft h el a n du t i l i z a t i o ns y s t e mw i l lb ed e c r e a s i n g g r a d u a l l y m f i n a l l y , t h et h e s i sp u t sf o r w a r ds o m ep o l i c ya d v i s e sf r o mt h ea s p e c t so fp o p u l a t i o n ， e c o n o m y i n d u s t r ys t r u c t u r e ，p e o p l e sl i v i n gl e v e l ，ag r i c u l t u r a lt e c h n i c ，l a n du s es t r u c t u r e l a n de x p l o i t a t i o na n dr e a j u s t m e n t ，a n ds oo n k e y w o r d ：l a n du s ec h a n g e ；d r i v i n gf o r c e ；f o r e c a s t ；c o u n t e r m e a s u r e s ；l a n z h o uc i t y 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中 不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西北师范大 学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对 本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 躲一蠲益一一魄迦：掣 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论 文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：垄9 齑 导师签名：冱盔壅 日期：z 理z ：! 芗 兰州市土地利用变化及驱动力研究 1 绪论 1 1 研究背景和研究意义 1 1 1 研究背景 土地是人类不可缺少的物质基础。人类对土地资源利用的广度、深度和合理程度， 集中反映了各国和各地区的经济建设和规模、生产水平和特点。由于土地资源的有限性 及生态平衡的重要性，当代人类已经充分认识到土地覆盖变化直接或间接地影响着人类 社会的各个方面。目前世界上几乎所有的国家对于土地资源的利用问题都已高度重视 1 4 1 。土地利用是人类生存和发展最基本的活动方式，主要是指人类为了获取一定的经济、 环境或政治福利( 利益) ，而对土地进行保护、改造并凭借土地的某些属性进行生产性或 非生产性活动的方式、过程及结果1 1 3 】。土地利用是自然与人文过程交叉最为密切的问 题，其变化是引起其他全球变化问题的主要原因之一。土地覆盖则是指地表的覆盖状态。 不仅包括地表的植被，也包括地表的各种人工覆盖物和人工改造物，是地球表层的植被 覆盖物和人工覆盖物的总和【1 0 l 。土地利用侧重于土地的社会经济属性，土地覆盖侧重 于土地的自然属性。前者是发生在地球表面的过程，后者是各种地表过程( 包括土地利 用) 的产物。无论是在全球的尺度还是国家或者区域的尺度上，土地利用的变化在不断 地导致土地覆盖的加速变化。目前土地利用土地覆被变化( l u c c ) 成为全球变化研究的 重要内容，土地利用变化是在各种驱动力作用下土地利用目的与方式改变的体现，加强 土地利用变化的驱动力研究是了解引起土地利用变化原因的重要途径1 1 4 1 。有关土地利 用变化驱动力的研究已成为探索土地利用变化驱动机制的核心问题，它有助于解释人地 系统相互作用的内在机制。 从远古至今，随着人类的不断进化和社会的不断发展，人类对土地利用的广度和强 度日益加强。土地作为一种自然、经济和人文的综合体，各种人类活动直接的耕作、 开采活动及间接的建房等社会经济活动都在不断改变着土地的各个方面，包括自然属性 及其利用方式。人类文明和科学技术的不断进步，使得人类对土地的利用方式总体呈现 多元化、复杂化和技术化，在不断提高土地可利用范围和程度的同时，诸如过度开采等 一些不合理行为也对土地利用造成了严重的恶劣影响。 近年来，随着全球经济的不断发展，在人类生活条件日益改善、科技日益进步的同 时，地球资源和环境的压力日益增重，出现了大量的资源、生态和环境问题。目前我国 在资源利用方式上仍以粗放为主，经济快速发展的同时带来了各种资源、环境问题。近 年来洪水和沙尘暴等灾害屡有发生，而这些生态、环境问题无不与土地资源利用的变化 存在着紧密的关系。 随着全球变化研究工作的深入，科学家逐步认识到人类对土地利用所引起的土地覆 兰州市土地利用变化及驱动力研究 盖的变化也是全球环境变化的主要原因和重要组成部分【埘。土地利用变化主要是由于社 会经济发展对土地的需求导致人类对土地的掠夺式经营而引致的，体现在量和质这两方 面。首先随着社会经济的不断发展，作为一种有限的自然资源，可利用的土地资源日益 减少，尤其是近年来我国的耕地、林地面积不断减少，大量农用地转变为建设用地，使 得人地矛盾日益突出；其次我国现有的各种开发活动导致土地利用的强度不断增强，土 地的各种自然属性被破坏，导致水土流失、荒漠化现象的不断涌现，进而影响到人类生 存环境和自然生态系统的平衡。而这种平衡的破坏会以各种环境问题的产生反作用于人 类的生活和生产活动，影响人类社会的进步和经济的发展，从而形成一种恶性循环。 总的来说，目前人类活动对经济利益的追求在不断改变土地利用方式、土地利用结 构和土地利用空间分布的同时，土地利用发生的各种改变以各种形式又反作用于人类的 社会经济活动，影响人类生存的环境。因此在目前追求经济快速发展的阶段，如何从合 理利用的角度出发，协调社会经济发展与土地利用的相互关系，寻找两者间的一个平衡 点成为目前业界关注和研究的热点之一川。 1 1 2 研究意义 土地资源首先是一种自然资源，其次它是人类活动的基础所在，如何在最大限度满 足人类活动的同时，保护土地资源是人类长期的重要课题。我国幅员辽阔，土地利用类 型多样，土地利用变化对区域和全球环境都有着深远的影响，因此作为一个人多地少的 发展中国家，进行这方面的研究对于我国进行土地管理和促进社会经济发展具有重要的 研究意义和实践意义，但同时进行这方面研究的任务也更为艰巨。 从土地利用变化的影响因素来看，它不仅受到自然因素的影响，还受到各种社会经 济因素的综合影响，具有很强的综合性和地域性。但从一个较短的时间尺度来看，社会 经济因素是土地利用变化主要的外部驱动力，社会经济因素的易变性和时空上的错综复 杂性，导致了土地利用变化具有很大的不确定性例，因此总体上土地利用是一个关系整 个经济社会可持续发展的核心问题，在我国目前仍处于资源利用较为粗放的阶段，从社 会经济的角度来研究土地利用的变化，对于改变土地利用与社会经济间存在的恶性循环 关系，使两者得以协调发展对我国实现土地资源的保护和社会经济的发展具有重要的理 论意义和现实意义。主要体现在以下两方面【1 5 l ： ( 1 ) 有利于保护有限的土地资源，实现土地资源的合理利用及社会经济的可持续发 展。 有效保护土地资源的根本目的是实现土地资源的可持续利用，这就是说土地资源合 理利用的目标是追求人口、经济、社会、资源与环境的协调发展【2 。因此必须将土地与 社会经济、资源环境等诸要素相结合进行考虑，尤其需要从社会经济角度出发分析如何 2 兰州市土地利用变化及驱动力研究 合理利用有限的土地资源，这是根本所在。进行土地利用的社会经济驱动分析，探索土 地利用变化的社会经济驱动因子，总结社会经济与土地利用之间的规律所在，可以在保 护耕地的同时，合理引导建设用地规模和布局，实现经济、社会、生态可持续发展这个 根本目标。 ( 2 ) 有利于完善和推动全球变化研究的进一步深入 直至今日，全球变化的研究已进入一个新的里程碑，其理论研究和实践研究都取得 卓越的成效。随着全球变化研究的深入，人类活动对全球变化的影响作用日益成为重要 的研究内容。以人类活动对土地利用变化的驱动为全球变化研究的重要组成部分，探讨 土地利用变化的人类活动驱动所在，进一步揭示全球变化的区域响应机制，已是全球变 化研究的重要学科前沿之一瞄i 。 综上，对我国土地利用变化的驱动因子进行研究一方面可为我国经济快速发展、土 地资源可持续利用提供必需的理论依据，具有较大的实践意义，同时它也隶属于全球变 化研究的范畴内，有利于推动国际上全球变化研究的全面推进，具有重要的理论意义， 可极大的促进人类文明的发展。 1 2 研究进展 1 2 1 国外研究进展 自从1 9 9 5 年提出“土地利用土地覆被变化”研究计划以来( 卜”，许多国际组织和 国家纷纷响应号召，在土地利用与土地覆盖变化及有关方面立项研究，积累了不少经验 和成果。其中，国际应用系统分析研究所( i i a s a ) 于1 9 9 5 年启动了“欧洲和北亚土地 利用与土地覆盖变化模型”项目；联合国环境规划署( u n e p ) 亚太地区环境评价计划于 1 9 9 6 年启动了“土地覆盖评价和模拟”( l c a m ) 项目 5 1 ；美国全国变化研究委员会( u s g c r p ) 把土地覆盖变化与气候变化、臭氧层的损耗一起，列为全球变化研究的主要领域，并从 1 9 9 6 年立项发展北美洲土地覆盖变化的研究，运用遥感方法分析北美1 9 7 0 年以来的土 地覆盖空间变化【1 1 i 。日本为跟进i g b p h d p ( 土地利用土地覆被变化核心项目计划) ， 在日本环境署支持下，国立科学院全球环境研究中心提出了“为全球环境保护的土地利 用研究”( c l u g e c ) 项目 3 2 1 ，该项目也将采用地方性个例分析、遥感和地理信息系统监 测与空间模型分析等方法，研究土地利用土地覆被变化的空间分布、时间动态及驱动 因子，同时将第一阶段的研究目标确定为预测2 0 2 5 年和2 0 5 0 年区域土地利用土地覆 被变化状况及土地第一性生产力的变化。这些项目的启动，极大地促进了土地利用变化 与全球变化的研究。1 9 9 9 年4 月，i g b p 和i t t d p 又提出了( l u c c 研究实施策略【3 1 】。 2 0 0 2 年南非德班举行了国际地理学联合会( i g u p ) “2 0 0 2 年区域地理大会”，进一步反映 出l u c c 研究范围在拓展，研究内容在深化【1 7 1 。 3 兰州市土地利用变化及驱动力研究 由于土地利用变化的驱动机制对于解释土地利用的时空变化和建立土地利用变化 的预测模型起着关键作用，因此土地利用动力学是土地利用变化研究的焦点所在。通过 综合分析国外关于土地利用变化及驱动力的研究，可以发现首先关于土地利用覆盖变 化( l u c c ) 研究的根本出发点就是通过对土地人类驱动力一土地利用土地覆盖全球 变化一环境反馈间相互机制的认识，建立能够用来预测土地利用覆盖变化，从而进一 步评价环境变化并提供决策支持的l u c c 模型1 3 8 】；其次，在多种驱动力因素中，主要注 重人类活动也就是社会经济驱动因素的研究，关于自然环境驱动力的研究较少，这主要 是因为自然环境驱动力主要改变的是土地覆盖变化，通过土地覆盖变化来影响土地利用 的变化，而社会经济驱动因素则是土地利用变化的最主要原因，通过土地利用变化而引 起土地覆盖变化 6 1 ，从而进一步引起土地利用的变化；第三，关于驱动力因子的多种研 究中，都对人口以定量的方式进行了研究，而对其它因素缺少定量的、准确的描述，因 此可见人口是土地利用变化的重要社会经济驱动因素，现代人口的变化与土地利用变化 问存在的相关性较强f 3 9 1 。 通过学习借鉴国外土地利用变化驱动研究，我国则侧重于进行社会经济驱动与土地 利用变化问关系的研究，主要是选择相应地区进行案例分析。 1 2 2 国内研究动态 2 0 世纪9 0 年代中期，土地利用与土地覆被变化研究也开始在全国范围内蓬勃发展 起来。研究主要是针对中国粮食安全、土地生态环境问题、典型土地利用变化和社会经 济发展之间的关系等方面i 矧。 这个阶段，中国主要的研究项目有： 1 9 9 8 年，蔡运龙教授与傅伯杰研究员共同主持的项目“环渤海地区土地利用变化 与土地可持续利用模式研究”。张柏“二十世纪东北平原土地覆被动态过程研究”【1 6 1 。 2 0 0 0 年，盛学斌“冀北农牧交错地带土地利用变化与环境演变”。杨子生“云南金 沙江流域水土流失与土地利用安全格局研究”。 2 0 0 1 年，刘国华“土地利用变化对土地质量的影响”。刘彦随“经济发达地区土地 利用类型转化与土地资源优化配置研究”。刘盛和“半城市化地区土地利用变化与空间 重组以绍兴为例” 2 0 0 2 年，国家自然科学基金加大了资助力度。中国科学院地理与资源研究所刘纪 远研究员“中国西部土地利用现代化过程的时空模式及形成演化机理”。李秀彬“潮河 白河流域土地覆被变化的水文水资源效应”、龙花楼“长江沿线样带土地利用转型与土 地可持续利用研究【1 2 】”、赵听奕“区域土地利用对气候变化的响应一以北方农牧交错带 为例”、塔西甫拉提“塔里木盆地南部土地利用土地覆盖变化及其对环境影响”、朱会 4 兰州市土地利用变化及驱动力研究 义“晋北水蚀风蚀交错区土地利用变化及其侵蚀环境效应”、满志敏“苏皖地区近百年 土地利用和驱动力研究”、张小全“土地利用变化对土壤碳的影响研究”、李森“海南岛 西部土地沙漠化过程及其动力机制研究”、张落成“经济发达地区城市用地空间扩展与 生态安全研究”、藏淑英“资源型城镇土地利用与景观动态研究一以大庆市为例”等项 目川。 2 0 0 3 年，土地利用土地覆被变化环境效应的评估模型被列为2 0 0 3 年国家自然科 学基金重大研究计划项目优先资助领域，土地利用土地覆盖变化及其环境效应被列为 国家自然科学基金委员会地球科学部重点项目“全球变化与地球系统”中拟重点研究的 关键科学问题。 近年来，我国在l u c c 研究的许多方面都取得了新进展：利用遥感影像对土地利用 与土地覆被变化的监测分析、土地利用与土地覆被变化研究数据库的构建、土地利用与 土地覆被变化对农业生态系统及全球变化的影响、土地利用与土地覆被变化驱动力研究 以及土地利用与土地覆被变化建模等方面。 ( 1 ) 土地利用土地覆被变化的研究方法 时间变化和空间变化是土地利用土地覆被变化研究最基本的问题，也是研究比较 成熟的方面。对此，学者们已经构建了大量的模型，采用各种方法进行研究。王秀兰等 专门探讨了土地利用动态变化的研究方法，将土地利用变化模型区分为3 种类型：系统 诊断模型、土地利用动态变化模型和土地利用变化综合评价模型，并重点阐述了反映土 地利用动态变化的几种常用模型：土地资源数量变化模型，包括单一土地利用动态度 模型和综合土地利用动态度模型。土地资源生态背景质量变化模型，包括土地资源生 态背景质量指数模型和生态背景质量变化率。土地利用程度变化模型，包括土地利用 程度综合指数、变化量和变化率。土地利用变化区域差异模型。土地利用空间变化 模型，用土地资源分布重心变化来反映1 6 0 1 。此外，垦殖指数模型【6 1 】、景观多样性指数、 优势度指数、均匀度指数和破碎度指数以及土地利用重心迁移模型和景观类型转移模型 ( 即土地利用类型转移模型) 【6 2 】、变化趋势指数【叫、情景分析1 6 4 , 6 5 1 、分形理论【酌明、参与 性农村评估( p r a ) 6 s l 等方法也被应用到土地利用4 - 地覆被变化的研究中，使研究方法日 趋多样化，也使研究能够从更多的角度进行，有效地开拓了研究领域，丰富了研究成果。 ( 2 ) 预测模型 由于土地利用变化过程是一种非线性动力学过程，具有复杂的自组织现象，并且自 然因素和社会经济因素在不同时间和空间尺度是错综复杂的，因而使这类变化具有明显 的不确定性与区域差异性，这使得建立土地利用变化的系统模型较为困难，对土地利用 变化的趋势预测至今还缺乏一套成熟公认的方法。 5 兰州市土地利用变化及驱动力研究 作为经济增长预测的经典模型回归模型已被广泛地运用于土地利用类型变化 的预测。陈佑启【5 3 l 等利用多尺度的统计方法建立的多元回归模型，比较研究了不同尺度 规模、不同区域类型上中国土地利用的空间分布变化及其影响因素。王良健1 5 8 】等建立的 梧州市耕地面积变化与驱动因子的多元线性回归模型，定量解释了耕地面积的变化与8 种主要驱动因子之间的关系。 马尔柯夫链作为描述随机过程的经典方法，也被广泛应用于城市土地利用变化、景 观变化的研究中【5 5 】，如史培军对深圳市1 9 8 0 1 9 9 4 年各类土地利用类型变化及空问转 化的研究【5 _ 7 l ，程锋，周小萍对北京市永定镇的研究酬，朱会义等对环渤海地区土地利用 变化未来趋势研究等【铜。运用马尔柯夫过程可以模拟出土地利用变化趋势，在稳定的土 地利用政策下，预测结果基本上能够反映出研究区未来一定时期内土地利用类型结构的 变化速度与趋势。但在马尔柯夫转移概率模型的基础上若能融入社会经济因子，建立与 现实更为逼真的土地利用动态变化模型，可以取得更为可信的模拟效果。 近年来系统动力学模型也被运用到土地利用动态变化的预测上。摆万奇【5 9 l 利用系统 动力学模型模拟了深圳市1 9 5 0 2 0 5 0 年的土地利用变化过程及城镇用地呈“s ”型增长 趋势。 ( 3 ) 土地利用驱动力研究 综合国内现有的研究情况看，研究时点和研究地区主要可分为两个部分，一是对全 国或东西部或部分省份近百年或近5 0 年中长期的土地利用变化进行定量分析，主要是 应用长期收集的土地利用数据及遥感图像，对土地利用结构变化进行定量的分析，在定 量的基础上，主要运用定性分析的方法分析其受到的主要驱动力；而另一部分研究则是 选择代表性地区进行5 2 0 年不等的短期分析。选择的地区主要以学者所在省份县市或 课题研究地区为主，对土地利用结构和布局变化进行定量和空间分析，并建立模型分析 研究各种社会经济驱动与土地利用变化的关系所在。我国目前的研究以后者居多。后者 研究的地区涵盖我国大江南北，主要包括：以东部和南部为主的经济较为发达的地区， 比如北京、深圳、晋江，漳州、长江三角洲地区( 包括浙江温州【4 2 1 、江苏无锡、上海等) 、 环渤海地区及太湖流域等，这些地区由于经济发展速度较快，土地利用受到的影响因素 较为复杂，土地利用变化较大，对其进行分析能得到较为显著的分析结果。以内陆和 北方地区为主的生态脆弱地区，比如中国的东北带，黄河流域，松嫩沙地、包括宁夏回 族自治区、甘肃省、陕西省在内的径河流域、吉林省等。从我国目前得研究现状看，学 者们对土地利用变化驱动力的研究己形成了部分较为成熟和系统的方法，极大的指导和 促进了土地利用变化驱动力的全面认识，但是不可否认，土地资源和社会经济发展本身 的复杂性，使得土地利用变化的社会经济驱动力系统成为一个复杂的系统，大量的多时 6 兰州市土地利用变化及驱动力研究 空案例研究是探索其发生规律的客观需要。因此合理量化驱动力指标，改进和发展新的 研究方法，才能更好的进行土地利用变化驱动机制的研究。 国内关于土地利用变化驱动力研究的主要趋势是进行定量研究，而定量研究的方法 也是层出不穷，罗湘华等系统分析了各类土地利用变化的模拟、预测、解释和优化决策 模型，比较了这些模型在应用上的优点与局限性吲。而国内目前的研究方法主要包括系 统动力学模型、统计模型、马尔柯夫模型和三维模型。 统计模型：其一是回归模型，多采用多元回归模型对土地利用变化进行拟合，因为 统计分析方法是研究土地利用与各种社会经济、自然驱动力之间关系的一种重要方法， 它可以有效地模拟在各种驱动力作用下土地利用的变化，具有使复杂问题简单化的特 点，易于抓住复杂系统中矛盾的主要方面和系统内部重要的驱动机制。其二是适用于有 多个自变量和多个标准变量典型相关分析。 系统动力学模型：由于土地利用变化系统中有自然、社会、经济等多种驱动力的作 用，因此建立系统动力学模型相对困难，该方法在土地利用变化研究中尚处于尝试性阶 段。摆万奇等利用系统动力学模型模拟深圳市1 0 0 年的土地利用变化过程及城镇用地的 变化趋势，由此进行了深圳城镇用地发展的阶段划分1 3 6 j ；赵庚星利用系统动力学仿真模 型模拟研究了黄河三角洲垦利县的土地利用演变趋势i 删。 细胞自动机模型：这种模型为时间、空间离散模型，适于模拟复杂的具有自组织结 构的环境、社会，可以在空间上直观地再现土地利用的变化过程，在城市土地利用变化 研究中多有采用l 弘硐。 ( 3 ) 存在的主要问题 虽然近年来我国l u c c 研究取得了长足的进展，但还有很多方面需要探索与创新： l u c c 的分类指标的统一、数据的标准化问题。首先，目前l u c c 的数据来源于3 个方面：包括统计年鉴在内的历年统计资料及历史图件、国土资源部门的土地详查 变更资料以及通过“3 s ”技术获取的有关l u c c 的不同精度的海量数据。这些资料不但 存在着分类指标不统一的问题，还存在统计的时间序列差异以及各系统之间精度的差 异，使得不同系统资料存在比较及互补上的困难。其次，与l u c c 有关的反映人类驱动 力方面的数据较少，并且众多的人文因子数据来源于不同部门，不同部门之间处理数据 的方法存在较大差异，使数据缺乏系统性与可比性【9 j o 模型的建立方面也有待于完善。由于l u c c 涉及众多自然和人文因子，并且这些 因子之间不但存在着复杂的关系，而且在不同时空尺度上又有较大差异，因而模型的建 立有许多困难。如某些人文因子，如政策、体制、市场、信息等，对l u c c 有着重要影 响，但由于对这些影响因子之间的相互作用的机理研究不够，对其量化相当困难。 7 兰州市土地利用变化及驱动力研究 缺乏具有系统性及代表性的局部性( l o c a l ) 研究。尽管已有许多不同区域、不同 地点的实例研究，但这类研究区域的代表性和面上的覆盖性还显得很不够【棚，尤其是具 有可比性的区域比较研究还十分缺乏。因此，应在考虑不同尺度、不同层次的前提下， 有目标和有系统地选择一批能代表不同地区、不同特点的区域，进行系统研究与对比， 以揭示我国l u c c 的时空动态变化规律与驱动机理。 1 。3 研究区域的选择及研究意义 1 3 1 研究区域的选择 在全国区域经济布局上，兰州具有承东启西、东联西进的区位优势，是西北地区最 大的经济中心、文化中心和交通中心，对于我国西部地区的经济发展具有举足轻重的地 位和作用。近年来，在国家“西部大开发”战略的带动下。兰州加大基础设施的投资和 建设，发展特色产业，生态建设和环境保护力度也不断增强，经济发展和城市规模不断 扩大，城市化水平不断提高，城市群的发展，给土地利用和社会结构等带来多方面的影 响，如非农业就业机会，景观的修复与环境舒适感的改善等。但与此同时，它也带来了 城市边缘地区的土地利用快速变化与混乱状况的加剧，生态与资源系统的过重负担等环 境压力，土地结构不合理等。 本文的研究区为兰州的五区( 城关区、七里河区、安宁区、西固区和红古区) ，三县 ( 榆中县、永登县和皋兰县) 。 1 3 2 研究意义 2 0 0 0 年1 月，党中央对实施西部大开发战略提出了明确要求，在基础设施、生态环 境保护、经济结构调整等各方面做出了重要指示。在党中央、国务院的正确领导下，经 过各地区、各部门特别是西部地区广大干部群众的共同努力，西部大开发取得重要进展， 西部地区投资和经济加快增长，城乡面貌出现新气象。尤其兰州作为西部的重点城市， 社会、经济得到了极大发展。随着社会经济的持续快速发展和工业化、城市化进程的加 快，兰州市所表现出的土地利用变化问题也较为突出，如土地供需矛盾日趋突出，土地 结构利用不尽合理，土地污染严重，土地资源浪费等等，严重影响兰州市社会经济的协 调发展，也影响城市生态安全。因此，本文针对兰州市在近年来尤其是西部大开发政策 的指导下社会经济发展所带来的土地利用动态变化进行研究，寻找兰州土地利用动态变 化规律、变化趋势及对生态效应的影响。在西部大开发政策运行的过程中，通过对土地 利用变化的研究，寻找存在的问题及保证土地可持续利用的途径，对于西部大开发政策 能够顺利及有效实施具有重大的意义。 2 研究方案 2 1 研究方法 8 兰州市土地利用变化及驱动力研究 本论文采用的研究方法主要有定性分析、定量分析、对比方法和数学模型方法。在 土地利用变化分析上，采用对比方法和数学模型方法，应用每年土地利用数据对比分析 土地利用的数量变化。在土地利用变化预测上，采用灰色系统和线性回归法来预测兰州 市未来土地利用。在分析土地利用变化驱动力分析时，采用定性分析自然地理环境对研 究区土地利用变化的影响，由于自然环境对土地利用变化的影响难以用定量化，所以重 点是根据兰州市统计资料利用主成分分析法对社会经济因素进行评价。 图2 - 1 研究工作流程图 f i g 2 - 1f l o wd i a g r a mo ft h es t u d yw o r k 9 兰州市土地利用变化及驱动力研究 表2 - 1 土地利用现状分类及编码 ! ! ! ：；：! 塑! ! 堡磐! 竺! 竺! ! ! 竺! ! 竺型! 苎堕竺塑! ! 罂! ! 巴 一级类二级类 兰州市土地利用变化及驱动力研究 2 2 基础数据 本文所采用的数据包括兰州市自1 9 9 7 2 0 0 5 年的社会经济发展数据；土地利用变 更调查数据来自兰州市国土资源局1 9 9 7 2 0 0 5 每年所做变更调查产生的上报数据，这 是国土部门年变更数据中最准确、权威的数据。兰州市2 0 0 5 年土地利用现状图，是s p o t 遥感影像融合，通过解译，外业调绘，内业处理得到的。 2 3 技术手段 地理信息系统( g i s ) 具有强大的空间数据存储、管理、分析、编辑制图等能力，可 使遥感信息得以广泛应用。在土地利用变化研究中，通常是利用空间叠置分析功能，对 不同时段的土地利用矢量图件进行空间比较，揭示土地利用变化的空间特点，所以其数 据基础主要是矢量图形数据的信息处理过程，涉及g i s 系统的数据转换功能，图形数据 编辑功能，数据库操作功能、空间统计分析功能以及图形主题显示功能等。 首先，它可以把不同来源的土地利用信息集成到统一的区域土地利用信息系统中， 如土地利用的历史图件、土地利用的遥感影像资料、统计资料以及地形、土壤等土地属 性数据，都可以纳入到该信息系统中。 其次，运用地理信息系统技术更容易获取土地利用的数量信息。 第三，利用g i s 的空间分析功能可获得土地利用的空间信息，了解主要土地利用类 型的空间分布状况。 第四，利用g i s 的制图功能，可把g i s 空间分析结果以图形的方式显示出来，或者 输出到打印机上。 g i s 系统与其它用户模型的集成是当前g i s 发展的一个重要方向，同样也是土地利 用研究需要努力的一个方向。 同时，遥感和g i s 一体化1 2 5 ，2 6 】，是2 0 世纪9 0 年代以来二者发展的共同趋势。其有 机结合是分析土地利用景观空间格局和动态变化的重要手段。 3 研究区概况 兰州市位于东经1 0 2 。3 6 1 0 4 。3 4 ，北纬3 5 63 4 3 7 7 0 7 。之间，在甘肃 省中部，是我国陆地的几何中心。北部和东北部毗邻白银市的白银区和景泰、靖远二县； 东部和南部与白银市的会宁县和定西地区的定西县、临洮县及临夏回族自治州的永靖县 相连：西南和西部与青海省接壤，西北部与武威地区的天祝藏族自治县相邻。辖城关、 七里河、安宁、西固、红古五区，永登县、皋兰、榆中3 县，总面积1 3 1 0 3 0 4 平方公 里，人口3 1 4 万，其中城市人口2 0 7 万人，有汉、回、满、藏、东乡、蒙古、土等3 8 个民族。 1 1 兰州市土地利用变化及驱动力研究 图3 - 1 兰州市概况图 f i g 3 1r e g i o n a l i s mm a po fi , j l o t lc i t y 3 1 自然环境背景 兰州市位于陇西黄土高原的西部，是我国地形第一阶梯青藏高原，向第二阶梯 黄土高原的过渡地区。境内大部分地区为海拔1 4 5 0 2 5 0 0 米的黄土覆盖的丘陵和 盆地，石质山地是祁连山东延的余脉，分布在市境的南北两侧。榆中县南部和永登县西 北部的石质山地海拔大都在3 0 0 0 米以上，其中马唧山海拔3 6 7 0 米，兴隆山海拔3 0 2 1 米，犹如镶嵌在黄土海洋中的两个岩石岛屿。兰州地势西部和南部高，东北低，黄河由 西南流向东北，横穿全境，切穿山岭，形成了峡谷与盆地相间的串珠形河谷。 兰州深居内陆，远离海洋，大部分地区属温带半干旱气候区，降水稀少，日照充足， 热量丰富，蒸发量大：四季气候变化明显，春季干旱，多风；夏无酷暑，降水集中；秋 季凉爽，冬季寒冷。兰州气候还具有过渡性特征，由东南的季风区向西北过渡到非季风 区；由南部半湿润区向北过渡为干旱区。另外在山地区域，气候还具有明显的垂直变化 带谱。 兰州地域辽阔，地势高差变化大，地形复杂多样，因此各地气候差别很大。南部和 西部石质山地，海拔高，属温寒半湿润区，年平均气温为2 5 c ，年降水量为4 0 0 6 0 0 毫米。皋兰县的北部和永登县的东北部，年平均气温6 c 左右，年降水量在2 5 0 毫米以 下，年蒸发量在1 8 0 0 毫米以上，干燥度高于4 ，属温凉干旱区。其它广大地区，包括 兰州市土地利用变化及驱动力研究 兰州市的城关、七里河、西固、安宁、红古五区，及永登的中部、南部，榆中县的北部 和中部，均属温暖和温和半干旱区。该区年平均气温5 9 ，日照2 1 0 0 2 7 0 0 小时， 年太阳辐射4 8 0 0 5 5 0 0 兆焦平方米。气温日较差为1 3 1 5 c ，最大日较差在6 月， 最高可达2 7 3 1 ；0 的积温2 9 0 0 3 8 0 0 c ，1 0 c 的积温2 2 0 0 3 3 0 0 c ：年降水 量在3 0 0 4 0 0 毫米，主要集中在7 、8 、9 三个月，占全年降水量的6 0 。年蒸发量1 5 0 0 毫米左右，是降水量的4 倍以上。 南部和西部石质山地的植被具有垂直分带性，上部为亚高山灌丛草甸，下部为森林 和森林草原。其他广大地区由南向北，逐渐由森林草原过渡为干草原和荒漠化草原。土 壤分布大体与植被一致，南部和西部石质山地有高山和亚高山草甸土，还有灰褐土和栗 钙土的分布；其他地区由南向北由黑垆土、黄绵土，过渡到灰钙土。河谷地带有灌淤土 分布。 黄河是我国第二大河，横穿兰州地区全境，每年有3 3 8 亿立方米的径流，给兰州市 的城关、七里河、西固、安宁等区的工农业生产和人民生活送来充足的淡水资源。但是 广大的黄土丘陵区和山前盆地，地表水和地下水都十分匮乏，河流短小，大都是季节性 的河流，常年无流水。黄土丘陵区的地下水埋藏深度大，储量小，水质差，因此不少地 区人畜饮水常发生困难。 3 2 社会经济条件 据2 0 0 5 年统计公报，国民经济保持较快增长。2 0 0 5 年，实现生产总值9 2 7 4 亿元， 比上年增长1 2 4 。其中，第一产业增加值1 6 6 2 亿元，增长7 2 ；第二产业增加值5 1 6 8 亿元，增长1 4 4 ；第三产业增加值2 4 4 4 亿元，增长1 1 9 ，产业结构进一步改善； 二、三产业继续保持较快发展，三次产业结构比例调整为1 8 3 ：5 5 5 ：2 6 2 ，人均生产 总值为9 3 5 4 元，比上年增加1 8 0 0 元。实现农林牧渔业总产值2 5 8 3 亿元，按可比口径 比上年增长5 5 ，实现工业增加值4 6 9 1 亿元，增长1 3 4 ，完成全社会固定资产投资 总额1 7 3 6 7 5 万元，比上年增长4 3