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地理研究 >

2017 , Vol. 36 >Issue 4: 661 - 672

DOI: https://doi.org/10.11821/dlyj201704005

研究论文

黄土高原地区人类活动强度时空变化分析

  • 徐小任 , 1, 2 ,
  • 徐勇 , 1, 2
展开
  • 1. 中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101
  • 2. 中国科学院大学,北京 100049
通讯作者:徐勇（1964- ）,男,陕西榆林人,博士,研究员,博士生导师,主要从事土地利用与人地关系等方面的研究。E-mail:

作者简介：徐小任（1985- ）,女,山东临沂人,博士研究生,主要从事土地利用与区域可持续发展等方面的研究。E-mail:

收稿日期: 2016-10-21

  要求修回日期: 2017-01-02

  网络出版日期: 2017-04-20

基金资助

国家自然科学基金项目（41171449）

收起

Analysis of spatial-temporal variation of human activityintensity in Loess Plateau region

  • XU Xiaoren , 1, 2 ,
  • XU Yong , 1, 2
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  • 1. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China
  • 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Received date: 2016-10-21

  Request revised date: 2017-01-02

  Online published: 2017-04-20

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《地理研究》编辑部
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摘要

在采用建设用地当量面积占区域土地总面积百分比法计算黄土高原地区各县级单元人类活动强度基础上,从总体变化、类型时空分异、地域单元变化及空间自相关性四方面分析人类活动强度时空变化特征。结果表明：1992年黄土高原地区人类活动强度为12.48%,2000年达到14.49%,2008年仅上升至14.81%,2000年以前增长相对较快,2000年以后增长明显放缓;人类活动强度空间分布格局呈现出西北低、东南高的特点,二者之间的区域则随时间发生一定变化,呈现出较低、中等、较低与中等类型交错分布的变化趋势;除黄土丘陵地区人类活动强度较低、低类型大幅度转化为中等类型外,其他五大地域单元空间分布格局变化不大;人类活动强度具有显著的空间集聚（正相关）特征,高值集聚区主要分布于黄土高原地区东南部的汾渭谷地和豫西北盆地区,低值集聚区大片集中于西北半壁的鄂尔多斯风沙区、黄土丘陵地区以及青东高原山地丘陵区。

关键词： 黄土高原地区; 人类活动强度; 时空变化; 人口密度

本文引用格式

徐小任 , 徐勇 . 黄土高原地区人类活动强度时空变化分析[J]. 地理研究, 2017 , 36(4) : 661 -672 . DOI: 10.11821/dlyj201704005

Abstract

This paper adopted the method of the ratio of construction land equivalent area to the total area to calculate human activity intensity at county level in the Loess Plateau region. On the basis, the overall change of human activity intensity, its spatial-temporal differentiation, geographical unit change and spatial autocorrelation were analyzed. The results were shown as follows. (1) Human activity intensity was 12.48% in 1992 and 14.49% in 2000. But it only rose to 14.81% in 2008. Before 2000, it grew fast. After that, the growth decelerated markedly. (2) Characteristics of spatial pattern of human activity intensity were that the northwest was low and the southeast was high. Human activity intensity in the central parts changed from lower type to lower-medium type. The type of very high and high was relatively stable. However, the range of the medium type greatly expanded. The scope of the type of low and very low narrowed down obviously. (3) The type of low and very low changed into the medium one in many parts of the loess hilly region. The spatial pattern of human activity intensity changed little in the other five natural geographical units. Valley-basin area and Hetao Plain were characterized by the levels of very high, high and medium. Multiple types were distributed in the eastern mountainous area. The loess hilly region was featured by the levels of medium and low. Erdos windy-sandy area had a characteristic of the types of low and very low. (4) Human activity intensity had obvious spatial agglomeration. Before 2000, spatial agglomeration level was increasingly strengthened. After that, it was relatively stable. High-value concentrated areas were mainly distributed in the Fenhe-Weihe Valley and northwestern Henan. Low-value concentrated areas was found in the Erdos windy-sandy area, the loess hilly region and eastern Qinghai Plateau. (5) Human activity intensity and population density were correlated under the significance level of 0.01. The correlation indicated that population density played an important role in the change of human activity intensity. Besides population density, human activity intensity was also influenced by natural and socio-economic factors, such as terrain, water resource, energy and mineral resources and traffic condition. There were good natural conditions and high socio-economic development level in the Fenhe-Weihe Valley, Taiyuan Basin as well as northwestern Henan, with the human activity intensity being higher that other regions. It was just opposite in eastern Qinghai Plateau and Erdos windy-sandy area etc. Because of the rich energy and mineral resources, human activity intensity was high or medium in some parts of Shanxi province.

Key words： Loess Plateau region; human activity intensity; spatial-temporal variation; population density

1 引言

随着社会经济发展与科技进步,人类活动对自然环境的影响和作用程度不断加大,引起了一系列生态环境问题[1]。作为衡量人类对自然环境作用程度的一个重要指标,人类活动强度相关研究逐步受到学者们的关注和重视。从人类活动的主要表现形式——土地利用的视角看,学者们对土地利用时空变化特征[2-6]、驱动力[7,8]、方法模型选取[9-14]等进行了深入探讨。但涉及土地利用程度相关研究时,往往采用土地利用率、国土开发强度（建设用地面积占国土面积的比例）等单类型指标[15],导致研究结果具有片面性。探寻综合指标集成研究显得尤为重要,刘纪远等以未利用地、林草地和水域、农业用地、建设用地作为土地利用程度分级标准,采用面积加权求和法计算出土地利用程度综合指数[16],对后续综合指标研究起到有益的启示作用,但其分级较为粗略,不利于反映土地利用程度的真实水平。从人类活动导致的生态环境问题方面看,学者们进行了有益的探索。文英最早对人类活动强度的概念及量化进行了初步研究[17]。李香云等在建立包括自然、社会、经济等要素在内的指标体系基础上,运用层次分析法确定指标权重,对案例区人类活动强度进行量化分析[18-22]。张翠云等采用变异系数等方法为已建立指标体系的指标赋权重,对黑河、滹沱河流域开展相关研究[23,24]。这些研究中指标的选取和权重的确定多针对特定区域,存在主观性强和普适性差的缺陷。基于此,徐勇等提出了人类活动强度概念,即一定区域内人类对陆地表层利用、改造和开发的程度,可通过土地利用类型得到反映,并构建了人类活动强度计算模型——建设用地当量面积占区域土地总面积百分比法[25],该方法可反映区域土地利用程度综合状况,利于不同区域之间相关研究成果的对比分析,普适性较强。
黄土高原地区主要包括7省43个地级市的284个县级行政单元,涉及山西省和宁夏回族自治区全部,陕西省大部以及甘肃省、内蒙古自治区、青海省、河南省部分地区[26],总面积约64万km2。区域内先天脆弱的自然生态系统与人类长期不适当的活动导致其水土流失严重,生态环境不断恶化,已成为中国人地关系矛盾极其尖锐的地区之一[27,28]。作为人地关系重要反映,区域内的土地利用问题长期以来受到学者们的广泛关注。徐勇等探讨了黄土高原地区不同土地利用类型的时空变化情况[29-32],但是这些研究无法很好地揭示区域内土地利用程度综合状况。鉴于此,拟采用徐勇等提出的人类活动强度测算方法,计算黄土高原地区各县级单元人类活动强度,分析其时空变化状况,并专门探讨其与人口密度的关系。

2 研究方法与数据来源

2.1 研究方法

通过采用徐勇等提出的人类活动强度计算模型——建设用地当量面积占区域土地总面积百分比法[25],计算1992-2008年黄土高原地区284个县级单元人类活动强度,并按照统一的分级标准将其划分为五种类型。在此基础上,对五种类型及其在六大自然地域单元内的时空变化特征进行分析。最后采用全局空间自相关和局部空间自相关分析方法进一步阐释人类活动强度整体分布特性。
2.1.1 人类活动强度计算方法 黄土高原地区研究时段内人类活动强度的计算采用徐勇等提出的人类活动强度测算方法,即以人类社会经济活动对陆地表层作用程度最高的土地利用类型——建设用地当量为基本度量单位,将不同土地利用类型面积按照其建设用地当量折算系数大小换算成对应的建设用地当量,然后根据区域不同土地利用类型建设用地当量总和,计算人类活动强度[25]。其中折算系数的确定是关键,它是以不同土地利用类型下的自然覆被改变与否及空气、热量、水分和养分能否进行正常交换为依据,形成两个层级8个特征标志和相应的特征值,并以此为计算标准,最终确定的建设用地当量折算系数表见文献所示[25]。人类活动强度计算公式如下[25]：
HA I i = S CLE - i S i × 100 % （1）
S CLE - ij = ∑ j = 1 m ( S L ij × C I ij ) （2）
式中：HAIi为第i个地区人类活动强度; S CLE - i 为第i个地区建设用地当量面积;Si为第i个地区土地总面积;SLij为第i个地区第j种土地利用类型的面积;CIij为第i个地区的第j种土地利用类型的建设用地当量折算系数;m为第i个地区的土地利用类型数量。
综上所述,从土地利用/覆被的视角,以人类社会经济活动所导致的陆地表层自然属性变化特征为依据,通过两层级算法,进行不同土地利用类型建设用地当量折算系数测算,进而得到建设用地当量面积,并最终计算出不同区域的人类活动强度。计算结果不仅可反映人类社会经济活动对土地资源的综合作用程度,也可增强不同区域人类活动强度研究成果的可比性。
2.1.2 人类活动强度变化分析单元 依据黄土高原地区地表形态及组成物质、气候条件、土地利用状况及社会经济概况等,将其划分为谷地盆地、东部山地、鄂尔多斯沙地、黄土丘陵、青东高原山地丘陵、河套平原六大地域单元（图1）[26],单元内部具有自然和社会经济方面的相似性,单元之间存在一定的差异性。以六大单元为基本单元,分析其人类活动强度类型的时空分异特征有利于进一步了解区域人类活动强度时空变化整体特征,解析其背后的原因。
2.1.3 空间自相关分析方法 空间自相关是检验某一要素属性值与其相邻空间要素的属性值是否显著关联的重要指标,包括全局空间自相关和局部空间自相关两种测度方法[33]。全局空间自相关分析可描述区域单元观测值的整体分布状况,局部空间自相关分析可确定空间集聚区域的分布[34]。将二者相结合,研究黄土高原地区人类活动强度的空间关联和集聚模式。
Fig. 1 Natural zonal region units in Loess Plateau region

图1 黄土高原地区自然地带性地域单元

1．东部山地区：1(1)恒山、五台山亚区,1(2)太行山山地、盆地亚区,1(3)豫西北山地、盆地亚区;2. 谷地盆地区：2(1)大同盆地亚区,2(2)忻州、太原盆地亚区,2(3)汾渭谷地亚区;3. 黄土丘陵区：3(1)吕梁山地、黄土丘陵亚区,3(2)陕北、晋西黄土丘陵亚区,3(3)长城沿线黄土丘陵沙地亚区,3(4)陇东渭北黄土台塬亚区,3(5)六盘山南部黄土丘陵山地亚区,3(6)陇中、宁南黄土丘陵亚区,3(7)陇中北部黄土丘陵亚区;4. 鄂尔多斯沙地区;5. 河套平原：5(1)内蒙古平原亚区,5(2)宁夏平原亚区;6. 青东高原山地丘陵区。

（1）全局空间自相关。全局空间自相关的指标和方法很多,如Moran's I、Geary's C等,本研究主要采用Moran's I指数来定量分析,其计算公式如下[35]。
I = ∑ i m ∑ j ≠ i m w ij × ( k i - k ̅ ) ( k j - k ̅ ) S 2 ∑ i m ∑ j ≠ i m w ij （3）
式中： S 2 = 1 m ∑ i m ( k i - k ̅ ) 2 ; k i 、 k j 分别为地理单元i、j的数值,本研究中为县级单元i、j的人类活动强度;m为地理单元数量,本研究中为黄土高原地区的县级单元总数; k ̅ 为整个黄土高原地区的人类活动强度均值; w ij 为县级单元i的临近单元j的空间权重,根据县级单元i与临近单元j的空间邻接方式被赋值。
Moran's I 指数一般介于[-1,1]之间,小于0表示全局空间负相关,等于0表示全局空间不相关,大于0表示全局空间正相关。
（2）局部空间自相关。主要采用Local Moran's I（LISA）方法,通过LISA集聚图进行局部空间自相关分析,其定义如下[33]：
I i = z i ∑ j ≠ i m w ij × z j （4）
式中： z i 、 z j 是经过标准差标准化的数值。
LISA集聚图的LISA值须进行Z值检验,包括高高（HH）、高低（HL）、低高（LH）及低低（LL）四种空间分布模式,这四种模式分别代表了每个单元与周围单元的不同相关关系[34],如高高类型表示人类活动强度高值区的周围地区人类活动强度也较高,同理可解释其他三种类型。高高和低低类型是局部空间正相关类型,低高和高低类型是局部空间负相关类型[36]。

2.2 数据来源

本研究主要涉及土地利用和人口两方面数据。土地利用数据主要采用1992年第一次全国土地利用现状调查数据以及2000年、2005年、2008年国土资源部分县级单元土地利用变更调查数据。人口数据主要涉及不同年份的县级单元人口数量,用于计算人口密度。2000年黄土高原地区县级单元的人口数量来源于《2000年人口普查分县资料》,其他年份的县级单元人口数量分别来源于1993年、2006年、2009年黄土高原地区7省市统计年鉴。基础底图来源于民政部2004年版县级单元行政区划图。

3 结果分析

3.1 总体变化特征

黄土高原地区建设用地当量面积和人类活动强度变化大致以2000年为界,前期增长相对较快,后期由于生态退耕等政策的实施导致增长明显放缓（图2）。1992年黄土高原地区建设用地当量面积为7.81×104 km2,人类活动强度为12.48%;2000年建设用地当量面积为9.07×104 km2,人类活动强度达到14.49%。1992-2000年,建设用地当量面积年均增长量为1571.35 km2,人类活动强度年均增长率为1.88%。2005年建设用地当量面积为9.26×104 km2,人类活动强度为14.81%,2000-2005年,建设用地当量面积年均增长量为392.25 km2,人类活动强度年均增长率为0.43%。2008年建设用地当量为9.33×104 km2,人类活动强度为14.91%,2005-2008年,建设用地当量面积年均增长量仅222.12 km2,人类活动强度年均增长率仅0.24%。总之,1992-2008年黄土高原地区建设用地当量面积年均增长量和人类活动强度年均增长率逐渐减小。
Fig. 2 Changes of construction land equivalent area and human activity intensity of Loess Plateau region from 1992 to 2008

图2 1992-2008年黄土高原地区建设用地当量面积和人类活动强度变化

3.2 时空分异特征

以GIS自然断裂法确定的黄土高原地区不同时期人类活动强度分级标准为依据,采取折中方法,确定研究时段内统一的分级标准为<8%、8%~13%、13%~20%、20%~28%、>28%,将各县级单元划分为低、较低、中等、较高、高五种类型（表1、图3）。整体上看,1992-2008年人类活动强度空间分布格局呈现出西北低、东南高的特点,二者之间的区域则随时间发生一定变化,呈现出较低、中等、较低与中等类型交错分布的变化趋势。五种类型区中,高、较高类型区空间分布格局较稳定,其余三种类型区空间分布格局变化较大。
Tab. 1 Classification data of human activity intensity of Loess Plateau region in different periods

表1 黄土高原地区不同时期人类活动强度分级数据

等级类型 分级
标准(%)		 1992年 2000年 2005年 2008年
县级单元数 均值(%) 县级单元数 均值(%) 县级单元数 均值(%) 县级单元数 均值(%)
高 >28 23 33.89 25 33.41 25 33.66 24 34.60
较高 20~28 42 23.47 49 23.30 55 22.97 60 23.04
中等 13~20 95 15.98 145 16.13 140 16.38 137 16.34
较低 8~13 87 10.44 60 10.66 61 10.93 60 10.99
低 <8 37 6.26 5 7.23 3 7.04 3 7.12
Fig. 3 Spatial differentiation of human activity intensity of Loess Plateau region in different periods

图3 黄土高原地区不同时期人类活动强度空间分异图

（1）稳定型高类型区。1992-2008年,高类型区包括的县级单元数和均值仅发生小幅度的波动。1992年高类型区主要集中于关中地区、河南洛阳市等;研究时段内,受郑州市发展的带动,豫西北高类型区有所扩大,形成狭长型条带状分布区,而关中的高类型区范围有所缩小。
（2）稳定型较高类型区。1992-2008年,较高类型区包括的县级单元数有所增加,均值变化不大。1992年较高类型区沿汾渭谷地、太原盆地呈条带状分布,河套平原、豫西北等地区呈斑块状分布;研究时段内银川市、吴忠市、巴彦淖尔市的较高类型区转化为中等类型区,而兰州市辖区、庆阳市等自实施西部大开发政策以来,自身社会经济不断发展,由中等类型区转变为较高类型区。
（3）变动型中等类型区。1992-2008年,中等类型区包括的县级单元数有大幅度增加,均值也整体呈现出上升趋势。1992年中等类型区主要分布于陇南、晋北、榆林市以及晋豫接壤地区;1992-2000年,在城市化发展的推动下,建设用地面积的大幅度增加导致中等类型区呈现出大范围扩大趋势,形成包括陇南、宁南、陕北在内的大片集中分布区,山西境内的中等类型区逐渐显示出集中连片的雏形;2000年以后,由于生态退耕政策的实施,陕西延安部分地区耕地面积大幅度减少,由中等类型变为较低类型。
（4）变动型较低类型区。较低类型区包括的县级单元数由1992年的87个减少至2008年的60个,均值出现小幅度的增大。1992年较低类型区在内蒙古南部、宁南、陕北、青海东部等地区呈大片集中分布,山西境内也有斑块状分布。1992-2000年,较低类型区呈现出大幅度的缩减态势,形成由青海东部经过甘肃白银市、宁夏中卫市与吴忠市,到达蒙南的条带状分布格局,晋东也呈现出条带状分布。2000年以后,较低类型区变动不大。
（5）变动型低类型区。低类型区包括的县级单元数出现大幅度减少,均值处于小幅度的上下波动状态。1992年,低类型区在鄂尔多斯市、青海东部、延安市成团块状分布。在山西境内则呈斑块状分布。1992-2008年山西省由于能源矿产资源的开发加工,独立工矿用地面积不断增加,境内低类型区几乎全部转变为其他类型区,最终低类型区仅分布于鄂尔多斯市。

3.3 按自然地域单元的变化特征

综合分析图1与图3可看出,自然本底条件较差的山地、丘陵沟壑区,社会经济发展基础薄弱,人类活动强度较低;自然本底条件较好的平原、盆地谷地区,社会经济发展势头良好,人类活动强度较高。除黄土丘陵区人类活动强度较低、低类型大幅度转化为中等类型外,其他五大地域单元空间格局变化不大。
（1）东部山地区。本区域多种人类活动强度类型交错分布。1992年较低、低类型呈斑块状分布于恒山、五台山亚区与除长治部分地区外的太行山亚区,中等类型在豫西北亚区西部及长治部分地区有成片分布,高、较高类型主要集中于豫西北亚区东部。2000年以后,高类型分布更加显著,呈条带状分布,中等类型范围不断向外扩大,形成豫西北亚区西部与太行山亚区南部的集中分布区,较低类型在东部山地区北部形成大片集中区。
（2）谷地盆地区。人类活动强度类型以高、较高、中等为主。1992年,高、较高类型成片分布于汾渭谷地亚区与忻州太原盆地亚区南部,大同盆地亚区的人类活动强度类型主要为中等类型,较低类型也零散分布于整个区域。2000年以后,大部分较低类型转化为中等类型,其分布范围在谷地盆地区北部呈集中连片之势,同时较高类型范围不断向周围地区扩展,高类型范围有轻微的缩减趋势。
（3）黄土丘陵地区。本区域以中等、较低类型为主,受到社会经济发展和区域发展政策等影响,空间分布格局变化较大。1992年较低类型在陕北晋西黄土丘陵亚区、长城沿线亚区及陇中北部亚区呈集中连片分布,中等类型主要分布于陕北晋西亚区中部、陇东渭北台塬亚区中南部和陇中宁南亚区,低类型呈斑块状分布于吕梁山地亚区和陇东渭北台塬亚区北部。1992-2000年,中等类型范围迅速向外扩张,除长城沿线亚区北部、陇中北部亚区为较低类型分布区外,其他大部分地区为中等类型集中分布区,2000年以后,陕北晋西亚区的部分地区由中等类型又转化为较低类型。
（4）鄂尔多斯沙地区。本区域人类活动强度较低。1992年,本区域的人类活动强度全部为低类型,2000年以后,东南地区逐渐转化为较低类型。
（5）河套平原地区。本区域较高、中等、较低类型交错分布。研究时段内,内蒙古平原西部、宁夏平原中部由较高类型转化为中等类型,而内蒙古平原东部的较高类型范围有所扩大。
（6）青东高原山地丘陵区。本区域人类活动强度以较低类型为主。1992年本区域以低、较低类型为主。2000年以后,北部和南部边缘地区的低类型转变为较低类型,中等类型范围有所扩大。

3.4 空间自相关分析

综合运用GeoDa和ArcGIS两种软件进行空间自相关分析。研究时段内黄土高原地区人类活动强度全局空间自相关分析结果见表2所示,从中可以看出,Moran's I值较大,表明黄土高原地区人类活动强度具有显著的空间集聚（正相关）特征,Moran's I值以2000年为界,前期增大明显,后期变化不大,表明1992-2000年黄土高原地区人类活动强度集聚程度不断加强,而2000年以后集聚程度相对稳定。
Tab. 2 Results of Global Moran's I for human activity intensity in Loess Plateau region

表2 黄土高原地区人类活动强度全局空间自相关指标结果

1992年 2000年 2005年 2008年
Moran's I 0.42 0.50 0.48 0.47
P 0.00 0.00 0.00 0.00
图4是人类活动强度LISA集聚图（已通过Z值检验,P<0.05）。从中可以看,黄土高原地区的人类活动强度局部空间自相关模式以高值集聚HH和低值集聚LL为主（四个年份的HH模式和LL模式所占比例均处于88%~94%）,即存在正相关的空间关联模式,且低值集聚类型所包括县级单元数和涉及范围要明显大于高值集聚类型,说明黄土高原地区存在大范围的人类活动强度低水平区域。
Fig. 4 LISA clustering map of human activity intensity in Loess Plateau region

图4 黄土高原地区人类活动强度LISA集聚图

研究时段内黄土高原地区人类活动强度不同集聚类型所包括的县级单元数和空间格局均未发生剧烈变动。1992-2008年,HH、HL、LH模式的县级单元数仅出现小幅度的波动,1992-2000年LL模式的县级单元数由37个增至48个,2000年以后变动不大。整体上看,研究时段内高值集聚区主要分布于黄土高原地区东南部的汾渭谷地和豫西北盆地区,低值集聚区大片集中于西北半壁的鄂尔多斯风沙区、黄土丘陵地区以及青东高原山地丘陵区。具体来讲,1992年高高类型主要集中于汾渭谷地和豫西北盆地区,2005年以后汾河谷地的高高类型开始变得破碎化,仅分布于山西临汾、运城接壤地区。1992年低低类型在鄂尔多斯风沙区、长城沿线、吕梁北部地区以及渭北与陕北晋西亚区接壤地带呈大片连续分布,青东高原南部地区的低低类型也较显著;1992-2000年低低类型区呈大范围的扩大趋势,在鄂尔多斯风沙区、长城沿线亚区、陇中北部亚区、青东高原区南部以及陕北晋西亚区的部分地区形成条带状分布,大同盆地、忻州盆地与恒山五台山接壤地区的低低类型区更加显著;2000年以后,低低类型分布格局变化不大。低高、高低类型的县级单元数较少,分布较为分散,但其位置在不同时期又相对固定,低高类型主要分布于高高类型区周围,主要是高高类型区较高的人类活动强度与周围地区形成巨大反差所致。高低类型零散分布于低低类型区的周围,这是由于恶劣自然条件使得低低类型区成为人类活动强度凹陷区,而其周围部分市辖区由于相对较好的社会发展条件和政策使其人类活动强度明显高于周围地区。

4 讨论

人口密度反映了人类活动强度的行为主体“人口”的空间分布状态,对人类活动强度及其变化起着主导性作用。本文通过相关性分析讨论人口密度对人类活动强度的影响,采用1992年、2000年、2005年、2008年四个年份的数据进行探讨。相关性分析结果表明,四个年份的人类活动强度与人口密度都在0.01的显著性水平下显著相关,Pearson系数依次为0.76、0.81、0.84、0.83,复相关系数（R2）依次为0.66、0.74、0.78、0.78（图5）,从中可以看出,二者之间符合幂函数关系,均呈现出逐渐收敛的趋势。
Fig. 5 Correlation between human activity intensity and population density in Loess Plateau region from 1992 to 2008

图5 1992-2008年黄土高原地区人类活动强度与人口密度的相关关系

参照刘艳华等所做的黄土高原地区人口密度分布图[37],将其与图3进行对比可看出,各个时期的人类活动强度与对应年份的人口密度存在大致的对应关系。汾渭谷地、豫西北盆地、太原盆地的人口密度高,人类活动强度也处于较高水平,另外,长治、晋城、兰州、西宁等市市辖区人口密度高,区域的人类活动强度也明显高于周围地区。忻州盆地、大同盆地、太行山亚区以南地区、陇中宁南与陇东渭北部分地区的人口密度与人类活动强度均处于较高或中等水平。长城沿线亚区及陕甘宁接壤地区的人口密度与人类活动强度均较低。鄂尔多斯风沙区人口活动强度属于低类型,其人口密度也最低。总之,黄土高原地区的东南部人口密度高,人类活动强度也高,人口密度对人类活动强度起到了强有力的“推动”作用。西北半壁人口稀疏,人类活动强度也较低,人口密度极大地“削弱”了人类活动强度大小。
除了受到人口密度的影响,人类活动强度还受到地形地貌等自然因素和交通等其他社会经济因素的影响。汾渭谷地、太原盆地、豫西北盆地等地区地势平坦,水资源相对丰富,交通便利,经济社会发展状况良好,建设用地比例高于其他地区,人类活动强度较高;山西境内的部分地区如忻州盆地、大同盆地以及长治地区等,能矿资源丰富,能源重化工业发达,独立工矿工地面积比例大,人类活动强度处于较高或中等水平;鄂尔多斯风沙区、青东高原山地丘陵区多为山地丘陵高原区,气候恶劣,水资源短缺,生态系统脆弱,交通网密度小,城镇建设用地比例低,人类活动强度也较低。

5 结论

（1）黄土高原地区人类活动强度变化大致以2000年为界,前期增长相对较快,后期由于生态退耕等政策的实施导致增长明显放缓。1992年人类活动强度为12.48%,2000年达到14.49%,2008年仅上升至14.81%。
（2）1992-2008年人类活动强度空间分布格局呈现出西北低,东南高的特点,二者之间的区域则随时间发生一定变化,呈现出较低、中等、较低与中等类型交错分布的变化趋势。从五种类型区看,与高、较高类型区相对稳定的空间分布格局相比,研究时段内中等类型区范围出现大幅度扩大,较低、低类型区范围缩小趋势明显;从六大地域单元看,除黄土丘陵区人类活动强度较低、低类型大幅度转化为中等类型外,其他五大地域单元空间分布格局变化不大,谷地盆地区与河套平原人类活动强度类型以高、较高、中等为主,东部山地区多种类型交错分布,黄土丘陵区人类活动强度以中等、较低类型为主,鄂尔多斯沙地区和青东高原山地丘陵区以低、较低类型为主。
（3）空间自相关分析表明,研究时段内黄土高原地区人类活动强度具有显著的空间集聚（正相关）特征,高值集聚区主要分布于黄土高原地区东南部的汾渭谷地和豫西北盆地区,低值集聚区大片集中于西北半壁的鄂尔多斯风沙区、黄土丘陵地区以及青东高原山地丘陵区。

The authors have declared that no competing interests exist.

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汪桂生, 颉耀文, 王学强. 黑河中游历史时期人类活动强度定量评价: 以明清及民国时期为例. 中国沙漠, 2013, 33(4): 1225-1234.黑河中游在明、清及民国时期经历了人口规模膨胀和大规模农业垦殖发展过程,人类活动对地理环境产生了极其深刻的影响.由于历史记载数据有限,定量分析人类活动强度难度较大.本文选取耕地面积、人口数量、灌渠长度、粮食单产等参数为评价指标,基于历史文献记载及估算数据,采用变异系数法、熵值法、标准离差法、CRITIC法等4种客观权重法定量分析了黑河中游明代前期、明代后期、清代前期、清代后期及民国时期的人类活动强度,获得以下主要结论:5个研究时期人类活动强度绝对指数分别为0.46、0.47、1.13、1.55及1.39,表明明、清时期人类活动强度持续增加,民国时期略有减弱.各方法评估结果综合排序相同,表明研究结果具有较好一致性.

DOI

[Wang Guisheng, Xie Yaowen, Wang Xueqiang.Evaluation on human activity in the middle reaches of Heihe River in historical period: A case study on the Ming Dynasty, Qing Dynasty and the Republic of China. Journal of Desert Research, 2013, 33(4): 1225-1234.]

[25]
徐勇, 孙晓一, 汤青. 陆地表层人类活动强度: 概念, 方法及应用. 地理学报, 2015, 70(7): 1068-1079.lt;p>人类活动强度是表征人类对陆地表层影响和作用程度的综合指标。在定义陆地表层人类活动强度、建设用地当量等概念的基础上,建立了人类活动强度算法模型和土地利用/覆被类型的建设用地当量系数折算方法,并利用1984-2008年期间6个年份的土地利用数据,对中国进行了实证应用研究。结果表明：中国的人类活动强度变化大致以2000年为界,前期增长相对缓慢,后期增长明显加快,1984年全国的人类活动强度为7.63%,到2008年上升为8.54%。2008年县级单元的人类活动强度按大于27%、16%~27%、10%~16%、6%~10%和小于6%划分为高、较高、中等、较低和低5个等级,其空间分布格局大致以贺兰山—龙门山—景洪线为界分为东、西两个部分。东部是高、较高和中等类型的集中分布区,低和较低类型呈条带状分布于山地、丘陵区;西部以低和较低类型为主体,在甘肃河西走廊、青海东部及新疆天山南北坡有零散的中等和较高类型分布。</p>

DOI

[Xu Yong, Sun Xiaoyi, Tang Qing.Human activity intensity of land surface: Concept, method and application in China. Acta Geographica Sinica, 2015, 70(7): 1068-1079.]

[26]
中国科学院黄土高原综合科学考察队. 黄土高原地区土地资源. 北京: 中国科学技术出版社, 1991.

[Integrated Scientific Survey Team of Loess Plateau, CAS. Land Resources in Loess Plateau Region. Beijing: Science and Technology of China Press, 1991.]

[27]
李凤民, 徐进章, 孙国钧. 半干旱黄土高原退化生态系统的修复与生态农业发展. 生态学报, 2003, 23(9): 1901-1909.首先分析了半干旱黄土高原区域生态系统的特点,指出:这里地带性植被极度退化,土壤质量严重恶化,治理难度大,可持续发展受到严重威胁。然后,进行生态系统退化关键驱动力的分析,认为,在不同时期,农民的利益驱动始终是土地利用格局和生态系统演化/退化的关键驱动力。在寻求分析退化生态系统修复的突破口时,认为提高作物产量和经济效益,解决农民的需求是具有可操作性的途径。而实现这一途径必须提高单产,以减轻更广大土地面积上的生产力需求压力。通过集水、覆盖等措施改善农田水分条件,再配合地膜、化肥,在对农田进行合理管理的情况下,粮食单产可获得持续大幅度的提高。在此基础上,提出了实现区域可持续发展的途径——集水型生态农业及其景观配置模式。在这一模式中,经济作物、粮食作物、人工草地和天然草地在一个完整的景观单元内合理配置,形成完整的景观复合生态系统。对这一模式的深入研究和正确实施将推动半干旱黄土高原退化生态系统的修复,并为西部开发中经济建设和生态建设并举提供理论与实践指导。

DOI

[Li Fengmin, Xu Jinzhang, Sun Guojun.Restoration of degraded ecosystems and development of water-harvesting ecological agriculture in the semi-arid Loess Plateau of China. Acta Ecologica Sinica, 2003, 23(9): 1901-1909.]

[28]
陈奇伯, 王克勤, 齐实, 等. 黄土丘陵区坡耕地水土流失与土地生产力的关系. 生态学报, 2003, 23(8): 1463-1469.在黄土丘陵区坡耕地水土流失特征分析的基础上 ,对坡耕地水土流失与土地生产力的关系进行了研究。采用不同的试验方法 ,以单位面积坡耕地生产某种生物产品的数量为土地生产力指标 ,以生产周期短的农作物为指示植物 ,具体探讨了地表径流损失和土壤流失分别所造成的土地生产力下降幅度。表土人工堆积处理的径流小区试验结果表明 ,坡耕地每损失 1 mm径流 ,供试作物产量平均下降 5 .0 %～ 9.7% ;小区铲土覆土模拟土壤流失的小区试验结果显示 ,每减少 1 cm表土 ,作物产量下降 1 .0 %～ 3.1 % ,每增加 1 cm表层熟化土 ,产量增加 0 .8%～ 1 .7%。在干旱年份 ,半干旱黄土丘陵区坡耕地由于水土流失导致的作物减产每年平均为 2 1 .9%～ 80 .0 % ,其中径流损失的比重占 95 .8%～ 98.2 % ,而土壤流失仅占 1 .8%～ 4.2 %。作物品种不同 ,水土流失对作物产量的影响各异。

DOI

[Chen Qibo, Wang Keqin, Qi Shi, et al.Soil and water erosion in its relation to slope field productivity in hilly gully areas of the Loess Plateau. Acta Ecologica Sinica, 2003, 23(8): 1463-1469.]

[29]
徐勇, Sidle R C.黄土丘陵区燕沟流域土地利用变化与优化调控. 地理学报, 2001, 56(6): 657-666.Based on the topographic map in 1966, remote sensing image in 1988 and land use survey in 2000, three land use maps were made in Yangou watershed. And assisted by spatial analysis techniques of GJS, the spatial and temporal differentiation of land use change was analyzed in that watershed. As a result, this paper found: (1) Land use change of Yangou watershed could be divided into three phases from 1949 to 2000. The main character of prophase (1949-1988) was that slope land was expansively cultivated and natural forestland was continuously destroyed. The land use structure of the watershed was steady comparatively in 1989 to 1996. The key period of regulating land use structure of the watershed was in 1997 to 2000. Land use structure during the period showed sharp changes along with the reduction of vast farmland, a speedy increase in orchard and got-up grassland and a increase in open woodland. (2) During 1997 to 2000, the important measures of regulating land use structure of the watershed included formulating the operating rules, drafting the practicable plan, regulating the land use structure based on the topographic slopes, selecting and fostering rural industries and playing the rational roles of administrators, researchers and farmers. (3) The benefit analysis of soil & water conservation and rural economic development based on the land use scenario in 2000 indicated that the percentage of reduction sediment was 80%, that of permanent vegetation cover was 78.48%, per capita GDP was 1541 yuan(RMB) in 2000 and 4311 yuan in 2010. Its rural economic development was verified to be sustainable by predicting the changes of per capita basic farmland, orchard area and sheep in 2040.

DOI

[Xu Yong, Sidle R C.Land use change and its regulation of Yangou Watershed in loess hilly-gully region. Acta Geographica Sinica, 2001, 56(6): 657-666.]

[30]
赵文武, 傅伯杰, 陈利顶, 等. 黄土丘陵沟壑区集水区尺度土地利用格局变化的水土流失效应. 生态学报, 2004, 24(7): 1358-1364.以陕北杏河集水区1985和1995年两期土地利用数据为基础,结合水文、dem数据,定性分析了土地利用格局变化条件下的水土流失效应,其中采用双累积曲线法来界定土地利用格局基本没有变化的时间段,用c值在坡度、距河流距离上的分布来表征土地利用格局,用不同时期降雨量/径流量、降雨侵蚀力/输沙率相对增加的比例来表征水土流失效应。研究结果表明:(1)1981～2000年,土地利用格局变化剧烈的年份为1990～1991年,可以用1985、1995年两期数据分别代表20世纪80年代和90年代的土地利用;(2)从20世纪80年代到90年代,杏河集水区的c值有明显的增加趋势,在较陡坡度和距河流距离较近处,c值增加的幅度相对较大;(3)土地利用格局变化明显改变了降雨量-径流量、降雨侵蚀力-输沙率的关系,出现了从20世纪80年代到90年代,虽然降雨量/降雨侵蚀力在整体上呈现明显下降的趋势,但是水土流失量,却表现出同比增加的现象,而且这种增加在不同月份也有差异。用本文中的方法来表征土地利用格局和水土流失效应,其结果具有较好的比配性，可以用来定性分析土地利用格局与水土流失的关系。但是，由于水土流失效应的表征方法没有考虑降雨的空间变异特征，该方法尚不适于雨量站点比较密集、降雨空间变异较大的区域。此外，在进一步的研究中，还需要注间遥感数据解译的准确性、c值精度、土地条件的变化等问题。

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[Zhao Wenwu, Fu Bojie, Chen Liding, et al.Effects of land-use pattern change on soil and water loss at the catchment scale in the hilly and gully area of the Loess Plateau of China. Acta Ecologica Sinica, 2004, 24(7): 1358-1364.]

[31]
周忠学, 任志远. 基于SOM的陕北黄土高原土地利用动态变化的空间差异分析. 干旱区资源与环境, 2007, 21(2): 75-80.利用1988-2004年土地利用变化资料和人工神经网络SOM 模型对16年来陕北土地利用变化过程的空间差异进行了分析.研究结果表明:本区土地利用变化总特点是耕地面积减少,园地、林地面积增加,牧草地变化表现出 明显的波动性.土地利用变化驱动因素复杂,各种生态环境建设政策、天然林保护工程、流域水土保持项目,以及农业结构调整,是驱动区域土地利用变化主导因 素.

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[Zhou Zhongxue, Ren Zhiyuan.A study on spatial difference of land use change by SOM model in Loess Plateau of north Shaanxi province. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2007, 21(2): 75-80.]

[32]
党碧玲, 任志远, 李晶. 陕北黄土高原土地利用时空变化研究. 西北大学学报: 自然科学版, 2008, 38(5): 829-832.目的研究陕北黄土高原土地利用 时空变化。方法选用数据源为1990,2002年landsat-7ETM影像,辅以陕北黄土高原地区土地利用类型图、土壤植被分布图、自然地理基础资料 和野外样点调查资料,研究对比不同时期陕北黄土高原土地利用状况。计算出土地利用变化的转移矩阵。结果1990—2002年10余年内,陕北黄土高原地区 土地利用类型变化最大的是园地,其次是交通用地和耕地,年变化率分别为20.48%,1.94%,-1.57%,再次是居民点及工矿用地、未利用地、林 地,水域变化率最小仅0.13%。结论1990—2002年期间,研究区通过水土流失综合治理,使难利用地和沙地等土地利用类型转化为有利于改善区域生态 环境的林地和草地等。陕北黄土高原水土流失综合治理中种植沙棘等水土保持林地的造林措施效果显著。

[Dang Biling, Ren Zhiyuan, Li Jing.A study on the spatial-temporal changes of land-use in Loess Plateau in northern Shaanxi province. Journal of Northwest University: Natural Science Edition, 2008, 38(5): 829-832.]

[33]
孟斌, 王劲峰, 张文忠, 等. 基于空间分析方法的中国区域差异研究. 地理科学, 2005, 25(4): 393-400.

[Meng Bin, Wang Jinfeng, Zhang Wenzhong, et al.Evaluation of regional disparity in China based on spatial analysis. Scientia Geographica Sinica, 2005, 25(4): 393-400.]

[34]
林李月, 朱宇, 梁鹏飞, 等. 基于六普数据的中国流动人口住房状况的空间格局. 地理研究, 2014, 33(5): 887-898.住房是流动人口融入城市、实现市民化过程中必须解决的关键问题。基于2010年第六次人口普查数据,采用住房拥有率、租住房率、住房面积指数、住房不受干扰指数、住房质量指数和住房费用指数6个指标考察流动人口的住房状况,并综合运用数理统计、空间自相关和系统聚类法揭示流动人口住房状况的属性特征、空间分布与集聚类型。研究发现,与城镇常住人口相比,流动人口的住房状况较差。从空间分布看,流动人口住房状况的各项指标具有显著的空间正相关,在空间分布上不仅存在集聚现象,而且有明显的集聚中心。研究结果还表明,流动人口住房条件综合状况可划分为较好、中等、中等偏下、较差4级类型区,在全国尺度上的空间分布除个别类型外具有团块聚合的结构特征。在考虑社会公平的前提下,应分类解决不同类型区域流动人口的住房问题。

DOI

[Lin Liyue, Zhu Yu, Liang Pengfei, et al.The spatial patterns of housing conditions of the floating population in China based on the sixth census data. Geographical Research, 2014, 33(5): 887-898.]

[35]
Goodchild M, Haining R, Wise S, et al.Integrating GIS and spatial data analysis: Problems and possibilities. International Journal of Geographical Information Systems, 1992, 6(5): 407-423.ABSTRACT This article is an agreed summary of a workshop held in Sheffield between 18-20 March 1991. The focus here is on three of the themes of the workshop: the mutual benefits of closer links between geographical information systems (GIS) and the methods of spatial data analysis (SDA); the specific areas of SDA that should be linked with GIS; how the linkage should be made in practice. Directions for future research are also reviewed. The emphasis throughout is on statistical SDA and principally from the perspective of human rather than physical geography.

DOI

[36]
张晓旭, 冯宗宪. 中国人均GDP的空间相关与地区收敛: 1978-2003. 经济学: 季刊, 2008, 7(2): 399-414.本文运用探索性空间数据分析方法研究了中国30个省份人均GDP之间的空间相关性,结果表明,自改革开放以来,中国各地区人均收入的空间相关逐年加强。通过计算局部空间自相关指标,本文进一步验证了中国经济中空间异质性的存在,即地区人均收入与地理位置密切相关。在此基础上,本文运用三种不同的空间经济计量模型研究了中国各省份人均GDP增长的收敛性。结果表明,空间自回归模型和广义空间模型不能正确拟合中国省级地区增长数据,而空间误差自回归模型能够满意地解释中国省级地区经济增长,这表明地理位置的影响尽管对各地区的经济增长造成了深刻的影响,但并没有改变地区经济增长的收敛趋势。空间误差自回归模型还显示劳动力和资本流动以及知识溢出在省级地区水平上是显著存在的,并且有利于地区经济增长的收敛。

[Zhang Xiaoxu, Feng Zongxian.Spatial correlation and regional convergence in per-capita GDP in China: 1978-2003. China Economic Quarterly, 2008, 7(2): 399-414.]

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刘艳华, 徐勇, 刘毅. 2000年来黄土高原地区的人口增长及时空分异. 地理科学进展, 2012, 31(2): 156-166.人口是内容复杂、综合多种社会关系的实体,区域的一切经济社会活动都与人口发展过程密切相关。本文基于长时间序列人口数据,利用模型方法和GIS空间分析技术,从时空结合的角度对黄土高原地区过去2000年来的人口增长和和时空分异特征进行了较为系统的分析。结果表明①黄土高原地区人口总量变化受政策、历史事件及社会稳定程度等因素影响较大,历史时期呈现大幅波动,新中国成立后呈平稳增长的态势;②自然条件差异决定着黄土高原地区人口空间分布的基本格局,经济布局、人口政策、技术进步、资源开发等因素对人口分布格局有一定影响,但影响程度相对较小;③1949年以来,黄土高原地区的人口密度分布格局逐渐形成由东密西疏、南密北疏的半边对半边格局向外围密中间疏的环绕型格局转变的趋势,中心城市的培育和成长是导致人口分布变化的主要原因。

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[Liu Yanhua, Xu Yong, Liu Yi.Population growth and temporal-spatial differentiation in Loess Plateau region in the last 2000 years. Progress in Geography, 2012, 31(2): 156-166.]

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