一、引言
土地利用变化是全球环境变化的重要因素之一，对生物多样性、自然资源、气候、水文等环境要素产生深远影响。近年来，尤其是在2000年至2010年间，亚欧大陆中低纬度海岸带的土地利用/覆盖发生了显著变化，成为世界地理研究的焦点之一[1]。全球范围内的土地管理数据和过程理解备受关注[2]。随着城市化进程的加速推进，人类活动对土地利用形态造成了深刻改变，尤其是工业和城市建设用地的无序扩张，盲目的土地建设需求导致了非建设用地的不断占用，引发了人地关系的矛盾日益突出。这一系列问题的实质是土地利用增长需求与制约土地有效供应的生态、经济等多方面因素之间的矛盾关系。土地作为经济、社会和生态三者共同作用的综合体，其利用空间和功能结构直接影响着土地利用的整体状况。因此，深入研究土地利用变化特征，分析土地利用变化的综合发展水平以及挖掘土地利用变化的重要驱动力，对于加快城乡融合，促进城乡一体化发展具有重要的意义[3-4]。
近年来，随着科技和经济的发展，土地利用结构与水平均在不断发生变化，研究土地利用变化成为热点。国内外学者通过遥感技术等方法，对土地利用变化进行了深入研究。例如，张译和杨伯钢选用1995-2010年的数据，通过测算空间相关性指数，对京津冀地区林地变化进行了精确提取[5]。任杰等分析了伊犁盆地土地利用变化特征，确认了社会经济因素是主要驱动因子[6]。孙彦旭等采用InVEST模型和灰色关联度法探究了黄土高原植物多样性的驱动机制[7]。沈明潭等利用像元二分模型分析了珠三角植被覆盖度的时空变化[8]。娄佳乐等运用ArcMap10.8空间分析法和主成分分析法系统分析十大孔兑土地利用变化情况及驱动因素[9]。王兴丹等通过多种方法对武威市土地利用变化驱动因子进行了定量化分析[10]。呼格吉乐等研究了通辽市土地利用变化及其驱动力[11]。郭健斌等利用地理探测器方法分析了林芝市土地利用变化特征[12]。陈松林等则从数量规模、景观格局和驱动力等方面分析了湖南省县级行政单元的耕地变化[13]。鲍文楷等首次应用强度分析法对京津冀地区土地利用变化进行了深入研究[14]。
在这一背景下，本文将重点关注黑龙江省的土地利用变化及其驱动力，探索城乡土地利用变化的重要影响因素，对于促进土地利用与自然、经济和社会的协调健康发展至关重要。
二、数据与方法
2.1 研究区概况
黑龙江省位于我国东北部，省会哈尔滨市，东临黑龙江和辉南江与俄罗斯远东地区相望，西隔黑龙江与内蒙古自治区相对，南邻吉林省，总面积约47.3万平方公里。截至2020年，黑龙江省常住人口3185万，农业人口1095.2万，城镇化率65.6%。2020年全省GDP13698.5亿元，第一、二、三产业占比分别为25.1%、25.4%、49.5%。气候特征为春季低温干旱，夏季温热多雨，秋季易涝早霜，冬季寒冷漫长，无霜期短。年均气温4.0℃，年平均降水量755.2 mm。境内地势由山地、台地、平原和水面构成，海拔300~1000 m，地貌特征为“五山一水一草三分田”。山地主要包括大兴安岭、小兴安岭和张广才岭等。平原主要有三江平原和松嫩平原[15]。
2.2 研究区数据基础与研究方法
本研究主要使用以下数据：（1）土地利用数据，该数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心（https: //www.resdc.cn/），影像分辨率为100 m，时间为2005、2010、2015和2020年，将土地利用类型划分为耕地、林地、草地、水体、建设用地和未利用土地6类；（2）社会经济数据，该数据来源于黑龙江省统计年鉴，时间范围为2005-2020年。
本研究主要使用以下研究方法：（1）土地利用转移矩阵分析方法。通过统计整理不同土地类型在研究初期和末期之间的转换变化情况，以揭示土地利用结构的特征和功能类型的变化[16]。利用2005年、2010年、2015年、2020年的遥感影像数据，分析了2005-2020年黑龙江省土地利用空间类型和数量结构的变化。（2）单一土地利用变化动态度。用于评估黑龙江省若干年内各类土地面积的变化情况和趋势土地利用变化动态度[17]。（3）主成分分析法。通过统计分析软件SPSS，将若干相关性较高的变量压缩为不相关的综合指标，以解决驱动因子过多和共线性的问题[18-19]。主成分回归分析能更全面地反映原始驱动因子的综合信息，使得分析结果更可靠、科学合理。
三、研究区土地利用变化及驱动力分析
3.1 研究区土地利用变化
本文从土地利用类型数量变化、结构变化和动态度三方面相结合，对黑龙江省土地利用类型变化进行分析。研究选取了2005年至2020年四期TM数据，所有数据来源于地理空间数据云数据库。依据国内外分类系统以及哈尔滨市土地类型特征，将研究区土地利用类型分为6大类: 水体、林地、耕地、草地、建筑用地和未利用地。影像结果如图 1 所示。
图1 2005年、2010年、2015年和2020年黑龙江省土地利用变化示意图
表 1 2005-2020 年土地利用类型面积变化
表 2 2005-2020 年土地利用动态度
对4期土地利用/土地覆被分类数据进行整理（表3-1和表3-2）。从2005年到2020年，从2005年到2020年，耕地面积总体上呈增加趋势。然而，通过观察动态度数据，我们可以看到增加的速度在逐渐减缓。在2005-2010年间，耕地面积增加358km2，动态度为4.9%。而在2010-2015年和2015-2020年间增速放缓，分别增加167km2（动态度为1.84%）和166（动态度为1.68%）。这表明虽然耕地总体上有所增加，但增长速度逐渐减缓。林地在2005-2010年间减少了43km2，动态度为-0.30%，2010-2015年间减少了88km2，动态度为-0.63%，2015-2020年间减少了27km2，动态度为-0.20%。这表明在这15年的时间里，林地面积逐年减少，减少的趋势逐渐加剧。草地在2005-2010年间减少了9km2，动态度为-0.66%，2010-2015年间减少了11km2，动态度为-0.84%，2015-2020年间减少了110km2，动态度为-8.50%。这表明在这15年的时间里，草地面积逐年减少，且减少速度逐渐加快。水域在2005-2010年间增加了126平方公里，动态度为96.64%，2010-2015年间增加了121平方公里，动态度为15.91%，但在2015-2020年间减少了62平方公里，动态度为-4.52%。这表明在2005年至2015年间水域面积整体上呈增加趋势，增幅较大，但在2015年至2020年间出现了减少的情况，尽管减少幅度相对较小。建设用地增加了46平方公里，动态度为5.00%；在2010-2015年间增加了450平方公里，动态度为39.10%；但在2015-2020年间减少了243平方公里，动态度为-7.14%。这表明在2005年至2015年间建设用地面积呈现明显的增加趋势，增幅较大，但在2015年至2020年间出现了减少的情况，尽管减少幅度相对较小。未用地减少了172平方公里，动态度为-4.58%；在2010-2015年间减少了114平方公里，动态度为-3.92%；但在2015-2020年间减少了14平方公里，动态度为-0.60%。这表明未用地的面积在过去的15年中总体上呈现了逐渐减少的趋势，尽管在2015-2020年间的减少幅度相对较小。
整体上看，这些变化反映了黑龙江省土地利用结构的变化和土地资源的利用情况。耕地增加的缓慢表明了政府对于保护耕地资源的重视以及土地利用政策的效果，但也需要进一步加强保护与管理，确保农业发展的可持续性。林地和草地的持续减少可能受到了农业扩张、城市化进程以及生态环境破坏等因素的影响，需要加强生态保护和恢复工作。水域和建设用地的变化反映了城市建设和基础设施建设对土地利用的影响，需要在保障发展的同时加强生态环境保护。未用地的逐渐减少可能受到土地整治和资源综合利用政策的影响，但也需要注意避免过度开发和不合理利用，保护好土地资源的可持续利用。
表 3 2005-2020 年黑龙江省土地利用类型转移矩阵 单位/km2
根据表3中的数据，在2005-2020年间，耕地主要向林地、未利用地和建设用地转移，转移量分别为16.36km2、15.28km2和12.71km2，占转移总量的78.7%；耕地向草地和水域的转移较小，分别为7.66km2和4.31km2。林地主要向草地与耕地转移，转移量分别为35.16km2和31.66km2，占转移总量的70.3%；林地向水域和建设用地的转移较小，分别为9.23km2和1.53km2。草地主要向未利用地和耕地转移，转移量为17.06km2和14.81km2，占转移总量的70.1%；草地向水域和建设用地的转移较小，分别为1.7km2和1.53km2。水域主要向未利用地转移，转移量为70.18km2，占转移总量的85.6%；水域向建设用地的转移较小，为0.51km2。建设用地主要向耕地转移，转移量为7.43km2，占转移总量的83.7%；建设用地向草地和水域的转移较小，分别为0.56km2和0.31km2。未利用地主要由耕地、林地、草地和水域转移而来，分别为15.28km2、17.45km2、17.06km2和70.18km2；未利用地向建设用地的转移较小，为1.01km2。
综合2005-2020年间，黑龙江省的土地利用发生了一些变化。耕地主要向林地、未利用地和建设用地转移，反映了城市化和工业化的发展需求。林地主要向草地与耕地转移，是因为部分林地被用于农业或城市化。草地主要向未利用地和耕地转移，是因为生态保护政策的实施和农业用地的需求。水域主要向未利用地转移，是为了保护湿地生态系统。建设用地主要向耕地转移，反映了城市建设的需求。综合来看，这些变化反映了城市化、工业化以及生态保护政策的影响。
3.2 研究区土地利用驱动力分析
本文研究了2005-2020年长期土地利用情况。考虑到社会经济和自然因素对土地利用变化的影响，我们采用主成分分析方法分析了研究区的土地利用情况，将多项指标转换为少数几项综合指标。根据2006-2021年的统计年鉴和相关资料，我们选择了11个相关因素进行分析，包括非农人口、GDP、第一产业总值、第二产业总值、第三产业总值、固定资产总投资、财政收入、年末耕地面积、社会消费品零售总额和年降雨量。综合评价结果显示，社会经济因素对土地利用变化的影响日益显著，其中非农人口和经济发展是主要驱动力。因此，在分析驱动力时，我们排除了自然因素，选择了人口和经济因素进行分析。
(1) 人口因素：人口是影响土地利用变化的主要因素之一。过去15年，研究区的人口呈下降趋势，从3820万人减少至3171万人，导致人口密度逐渐减小。人口下降导致了对居住空间、交通设施和生活配套服务的需求减少，进而引发了土地利用结构的变化，包括农业用地向建设用地的转变，从而影响了土地的可持续利用。未来规划和发展需要综合考虑人口与土地利用之间的关系，制定可持续的城乡规划，保障农业用地的合理利用，同时满足城市建设对用地的需求。
(2) 经济因素：GDP是一个地区经济发展总量的重要指标，反映了对区域资源开发和利用的水平，以及经济发展程度。研究区域的GDP从2005年的4756.4亿元增长到2020年的13698.5亿元，增长了2.88倍，表明经济总体呈现出显著增长趋势。在产业方面，第一产业、第二产业和第三产业的产值均呈现不同程度的增长，反映了产业结构的显著变化，经济由以制造业为主导逐渐向服务业转型。人均生产总值也从2005年的12456元增长到2020年的42635元，翻了将近5.7倍，显示出研究区域的人均经济水平显著提升，人民生活水平逐渐改善。
综合而言，研究区域的经济发展呈现出总体增长趋势，产业结构不断调整，第三产业逐渐崛起成为经济的主要支柱。与此同时，人均经济水平也有了显著提升，这与经济结构调整、技术进步、土地利用等因素密切相关。
四、结论与讨论
黑龙江省土地利用主要以耕地和林地为主，所占比例约82.4%。15年间耕地面积增加了691.25km2，整体增幅为47.38%，林地面积减少了158.75km2，整体减幅为5.54%。建设用地持续增加，增加面积为253.75km2。草地和未利用土地面积都有所减少，分别减少了130km2和300km2。水域面积有所增加，15年间增加了185km2。黑龙江省近15年间土地利用类型按单一土地利用动态度从高到低排序为：耕地>林地>未利用地>水域>建设用地>草地。
研究期间内黑龙江省耕地转入面积为83.64km2，主要来源是林地、未利用地、草地以及少量水域与建设用地。林地转出面积为95.03km2，主要转向为草地与耕地。草地转出面积为45.46km2，主要转向为耕地、未利用地、林地以及少量水域与建设用地。水域转出面积为81.99km2，主要转向为未利用土地。建设用地转入面积为17.29km2，主要来源为耕地。未利用土地转出面积为34.83km2，主要转向为耕地。
通过对2005-2020年土地利用变化的定性描述，我们发现土地利用受到人为因素的逐渐增强影响。社会经济的不断发展和非农人口的增长是导致土地利用结构改变的主导因子。这一结论强调了在土地管理和规划中，需要综合考虑经济发展和人口变化对土地利用的潜在影响，以制定合理的土地利用政策，实现可持续的土地资源管理和利用。
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