1. 引言

人类活动是伴随人类社会发展的客观存在，随着社会的发展和科技的进步，人类活动的规模和影响力也在不断扩大，其对地球的影响越来越大，同时也带来了许多环境问题和生态危机。人类活动一般定义为人类为了自身生存发展的需要加以利用和改造自然环境，而进行的各种开发、利用和保护等行为的总称[1]。人类活动强度(Human Activity Intensity, HAI)是表征人类活动对一定区域产生扰动作用程度的综合指标，能客观表征人类活动对陆地表层的利用、改造和开发程度，其定量表达是评价人类活动对生态环境影响的重要参数[2][3]。

随着人类活动的不断推进，地球的生态环境“稳定状态”逐渐被破坏[4]。工业革命以来，世界城市化进程加快，人类活动对全球环境问题的影响力逐渐加强。在国际上，众多学者将人类活动列为研究全球环境变化的一个重要的课题。关于人类活动的研究，在段群滔等研究中认为其肇始于Marsh等人的相关研究[5]，首次关于人类活动强度定量化研究出现在1975年Levin关于“人类活动对于土壤侵蚀的干扰程度的评估中”[6]，而McCloskey等首次对人类活动强度进行了空间可视化，并建立了第一个全球尺度的没有受到人类活动干扰的土地空间分布数据集[5]。国外学者研究方向主要是人类活动对全球生态环境的影响，集中于水域(河流、海洋)、土地利用、环境变化(气候、植被)等[7]-[10]。

相对而言，国内相关研究起步较晚，国内关于人类活动强度定量评价研究始于文英，她在莱温和道夫泥尔的研究理论的基础上提出“基于人类活动强度与自然、经济和社会的关系的基础上，建立一套新的评价人类活动强度的指标、体系和方法”[11]。在文英的基础上，李香云、张翠云、徐志刚和徐小任等一众学者对该方法进行了进一步发展和完善，并且在我国西北干旱区、黑河流域等地区进行了应用研究[12]-[16]。郑文武认为文英提出的这类研究方法，主要考虑的是数据定量化，缺乏空间定量化，不能直观认识到人类活动强度的时空变化特征[17][18]。随着统计学和空间分析方法的进一步融合发展，目前中国关于人类活动强度空间可视化的研究正处于发展中阶段，许多学者以此方法对人类活动强度进行探究，如徐小任、杨华等[19]-[21]。当前，关于人类活动强度的研究以局部研究为主，研究热点主要集中在径流变化、植被覆盖、气候变化、土地利用、地质灾害和景观格局变化等，青藏高原是其最新的研究热点[22]-[28]；不足之处是缺乏关于中国人类活动强度变化的整体性研究，人类活动强度变化的驱动力分析仍处起步阶段。

关于人类活动强度指标的测算方法大致分为两种类型：基于土地利用类型的评价方法和多因素综合评价方法[5]。基于土地利用类型的评价方法大多数是以人类活动为主体，根据不同的人类活动作用于不同土地利用类型的反应力来反映人类活动对地球陆地表层的影响强度，主要有人类活动强度指数和人类扰动强度指数。多因素综合评价方法，主要选取自然、经济、社会等多方面的因素进行赋值权重，一般选取地形、河流、海岸线、城镇化水平、人口密度等。多因素综合评价方法在选取指标和权重赋值时会带有一定的主观性，相对之下基于土地类型的评价方法测算的人类活动强度，评价结果较为客观和准确。

总体来看，国内在中国人类活动强度的变化及驱动力分析研究方面虽然取得了一些初步成果，但仍未达到系统化和成熟化。因此，本文基于徐勇等[1]提出的人类活动强度定量化方法，从土地利用视角出发，定量分析人类活动强度的时空变化，结合地理探测器定量化其驱动力因子，研究结果不仅可以帮助我们深入了解人类与自然环境的相互作用关系，也为中国生态安全屏障建设和国土空间规划的提供决策科学依据。

2. 数据来源和研究方法

2.1. 数据来源及处理

本研究使用的数据主要包括土地利用数据(1980~2020年)、人口历年普查数据(1980~2020年)、人口密度数据(1980~2020年)、中国各省份GDP统计数据和中国各省份城市化水平数据等。

(1) 土地利用数据：本文使用的土地利用数据为“中国多时期土地利用遥感监测数据集(CNLUCC)”，来源于资源环境科学数据平台(https://www.resdc.cn)，是基于Landsat系列卫星经人工目视解译构建的国家尺度多时期土地利用专题数据[29]。该数据采用二级分类系统，包括耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地6个一级类以及在一级类基础上进一步划分的25个类型，空间分辨率为1 km，一级分类综合评价精度大于93%，二级分类综合精度大于90%，完全满足本研究需求[29]。本研究所使用的数据年份为1980年、1990年、2000年、2010年和2020年。

(2) 统计数据：本研究使用的统计数据分别为1980年、1990年、2000年、2010年和2020年，使用到的统计数据包括历年人口普查数据、中国各省份GDP统计数据、各省份城市化水平数据等。本文使用的2000~2022年的人口数据主要来源于LandScan人口数据集(https://landscan.ornl.gov)，1980年和1990年的人口数据主要来源于聚汇数据平台；中国各省份GDP统计数据、各省份城市化水平数据来源于聚汇数据平台(https://www.gotohui.com/)。数据的预处理主要是数据核查和导入数据库，检查数据是否完整，利用ArcGIS的分类等级功能将统计数据进行分级并赋分，最后导入地理探测器的数据库，进行计算分析。

2.2. 研究方法

2.2.1. 人类活动强度的定量评价

中国人类活动强度的计算采用徐勇等提出的陆地表层人类活动强度算法[1]。本研究基于土地利用/覆被的概念出发，人类活动强度可通过人类活动对土地的利用开发程度体现出来，人类活动的主体是人类对地球表面自然覆被进行利用、改造和开发等。该人类活动强度算法是以“建筑用地当量”为基本度量单位，按照人类活动影响的强弱换算成建筑用地当量的系数，对人类活动强度进行评价，其计算公式如下：

$H_{AIS}=\left(S_i/S\right)\times 100\text{\%}$(1)

$S_i={\displaystyle {\sum }_{i=1}^n\left(S_{Li}\cdot C_i\right)}$(2)

式中：H_AIS为人类活动强度；S_i为建设用地当量面积，即将计算单元内各类土地利用/覆被面积折算为等当量的建设用地后的面积；S为计算单元总面积；C_i为计算单元内第i种土地利用/覆被的建设用地当量折算系数，见参考文献[1]；S_Li为第i种土地利用/覆被类型的面积；n为计算单元内土地利用/覆被类型数。

2.2.2. 空间统计分析

空间统计分析方法是将地理空间数据进行分析统计并探究空间关系的方法，本研究借助ArcGIS软件，对中国近40年来人类活动强度变化进行时空统计分析。将1980~2020年的中国人类活动强度以间隔10年为一期，按胡焕庸线进行空间划分，然后分别统计线两侧的情况，对其进行对比分析；在对人类活动强度分等定级的基础上，计算各级县级单元数、建设用地当量面积的平均值和人类活动强度的单元平均值，从而来分析其类型转化特征，探究人类活动强度的时空变化。

2.2.3. 地理探测器

地理探测器是由王劲峰等人开发的空间统计方法，被广泛用于探测空间分异性，以及揭示其背后驱动因子的统计方法[30]-[32]。地理探测器q统计量，可以用来探究空间分异性、揭示驱动力因子与探测自变量之间关联性大小与显著程度。

本研究以中国人口密度(1980~2020年)、中国GDP (1980~2020年)和中国城市化水平(1980~2020年)为自变量，以人类活动强度指数为因变量，探究各因子对人类活动强度变化的驱动作用。本研究主要用到因子探测和交互作用探测，原理如下：

(1) 因子探测

用于探测因变量Y(人类活动强度)的空间分异性和探究自变量X (中国人口密度、中国GDP和中国城市化水平)对于Y的空间分异性的影响力大小，用q值度量，公式如下：

$q=1-\frac{{{\displaystyle \sum }}_{\text{i}=1}^L{N}_i{\sigma }_i^2}{N{\sigma }^2}$(3)

式中：i= 1, …,L为驱动因子X_n的分类数；N_i为第i类样本数；N为总样本数；σ²为生态环境质量Y的方差。q∈ [0, 1]，q值越大，表示X对Y的空间分异性的影响力越强烈。

(2) 交互探测

用于识别不同驱动力因子X之间的交互作用，评估两个驱动力因子共同作用时是否会增强对因变量Y的影响，还是这些驱动力因子对因变量Y的影响是相互独立的、不相交。

3. 结果与讨论

3.1. 省域单元人类活动强度时空特征

根据1980、1990、2000、2010和2020年全国土地利用数据，利用ArcGIS软件进行人类活动强度计算，得到中国省级单元不同年份的建设用地当量面积和人类活动强度指数。计算结果表明，在过去40年间，中国人类活动强度变化特征显著。

3.1.1. 省域单元人类活动强度时间变化特征

在时间变化上，近40年来中国省域单元的建设用地当量面积和人类活动强度指数呈现增长态势，其变化大致以2000年为界，前期增长相对缓慢，后期增长相对较快(图1)。1980年中国建设用地当量面积为72.5万km²，到2000年增长为75.5万km²，到2020年迅速上升到84.6万km²。40年间增长了11万km²，建设用地当量面积的年平均增长量为2774.35 km²，前20年年均增长1499.24 km²，后20年年均增长量为4049.46 km²，是前一时期的2.7倍。中国的人类活动强度指数在1980年时为7.89%，到1990年的中国人类活动指数上升到8.00%，增长了0.11%；到了2000年为8.21%，与1980年同比增长了4%；2010年中国人类活动强度为8.47%，到2020年中国人类活动强度上升到9.09%，与2000年同比增长了10%。

总体来看，从1980~2020年，这40年间增长了15%，前20年平均增长幅度为0.2%，后20年平均每年增长为0.5%，特别是后10年年平均增长0.7个百分点。1980~2000年间处于改革开放初期，经济发展缓慢，而2000年以后人类活动强度变化较大，这可能与中国加入WTO有关，全球化使得经济开始快速崛起，相应的开发建设强度也快速增加。2010~2020年阶段的中国人类活动强度增长速度最快，这可能与当时经济转型以及生态环境保护政策有关。

Figure 1.Changes in equivalent built-up land and H_AISin China from 1980 to 2020

图1.1980~2020年中国建设用地当量面积和人类活动强度变化

3.1.2. 省域单元人类活动强度空间变化特征

从各时期人类活动强度空间分布来看，东西部差异较大(图2)。过去40年来，华北和华东地区人类活动强度较大，如天津、河南、山地和江苏，一般在15%以上；而中部省份和东北人类活动强度在10%-15%之间，西部的藏青新三省人类活动强度低于5%，其他省份的人类活动强度相对较低，一般在5%-10%之间(图2)。过去40年间华南地区省份的人类活动强度值有所增加，但仍然在5%~15%之间；除去华东和华北地区的内蒙古、山西、浙江、江西、福建和台湾，其他省份人类活动强度高，一般在15%以上，特别是河南省、山东省、江苏省和天津市，在1980年人类活动强度就超过23%；新疆、青海和西藏三省区的人类活动强度较低，一般低于5%，即便到2020年，其值虽有所增加，但仍然未超过5%。

从省域尺度看，1980~2020年中国人类活动强度变化较为显著，在40年期间其差异呈现扩大趋势。通过分析1980、1990、2000、2010和2020年中国各省域单元的人类活动强度数据以及空间分布(图3)，40年间直辖市和特别行政区人类活动强度变化最大，包括上海、澳门、北京和天津，增长幅度分别为27.16%、15.69%、10.63%和10.37%；其次是华东江苏省、山东省和河北省等8个省份，增长幅度在3%~9%

注：该图基于自然资源部标准地图服务网站下载的审图号为GS(2023)2767号的标准地图制作，底图无修改。

Figure 2.Spatial pattern in provincial level H_AISfrom 1980 to 2020 in China

图2.1980~2020年中国省域单元人类活动强度空间分布格局

之间；山西省、安徽省和福建省等14个省份的人类活动强度增长幅度均在1%~3%；其余的省份的人类活动强度增长幅度低于1%，其中西藏自治区的人类活动强度呈现负增长(图3(d))。

结合中国各省域单元的人类活动强度空间分布以及数据看(图1~3)，以2000年为分界，1980~2000年期间中国省域单元的人类活动强度变化率大于4%的省份是澳门、上海、北京3个省份(图3(b))；2000~2020年期间中国省域单元的人类活动强度变化率大于4%的省份是澳门、北京、上海、天津、江苏、山东6个省份，变化较大的省份主要集中在东部沿海地区(图3(c))。人类活动强度变化率在2%~4%的省份单元从0个增加到9个；其中东部地区增长最快，西部地区的宁夏回族自治区是从人类活动强度变化率0.5%-1%转化为2%~4%。人类活动强度变化率小于0.5%的省份单元从17个减少到5个。1980~2020年人类活动强度变化较小的地区主要集中在青藏高原地区、西北地区、西南地区以及华北内蒙古地区；到2000~2020年，青藏高原地区和华北内蒙古地区仍然变化幅度较小，西北地区和西南地区的人类活动强度变化率由<0.5%变为0.5%~1%之间；1980~2020年变化较为明显的省份是山东、山西、河北、河南、辽宁、宁夏回族自治区、广东、海南、台湾、福建江西、湖南、湖北、重庆(图3(a))。数据分析和空间分布对比发现，人类活动强度变化较大的省份主要是胡焕庸线以东，而胡焕庸线以西的省份人类活动强度变化幅度较小，一般不超过1% (宁夏除外)。

3.2. 县域尺度人类活动强度时空特征

为深入解析近40年来中国人类活动强度的时空变化特征，本研究以间隔10年为一期，使用胡焕庸线进行空间划分，将中国划分为两个特征区域，即胡焕庸线以东和胡焕庸线以西，分别统计两个特征区域内县级单元人类活动强度。以2000年数据为基准，使用Jenks自然断点法对中国县域单元的不同阶段的人类活动强度进行分级划分，使并将该分级标准应用于全部研究时段。从小到大依次划分为<8%、8%~13%、13%~23%、23%~30%、>30%，即将中国各县级单元人类活动强度划分为低、较低、中等、较高、高五个类型区(图4，表1)。

注：该图基于自然资源部标准地图服务网站下载的审图号为GS(2023)2767号的标准地图制作，底图无修改。

Figure 3.Changes in provincial level H_AISfrom 1980 to 2020

图3.1980~2020年省域尺度人类活动强度变化

从图4可以看出，近40年来中国人类活动强度较为集中的区域为胡焕庸线以东地区，区域内人类活动强度大；胡焕庸线以西地区人类活动强度小。

(1) 高强度类型区，人类活动强度大于30%。1980~2020年胡焕庸线以东地区的县级单元数和人类活动强度平均值发生了较大幅度的变化，胡焕庸线以西的县级单元数发生较小的变化，但是其人类活动强度平均值增长幅度较大。1980年胡焕庸线以东的县级单元数为249个，2010年上升到411个，到了2020年为511个；人类活动强度平均值从35.49%上升到了41.26%。1980年胡焕庸线以西的县级单元数为2个，2010年为4个，2020年为8个，10年里增加了一倍；其人类活动强度平均值从32.58%上升到40.7%，这可能与国家大力发展西部经济政策有关。

(2) 较高强度类型区，人类活动强度在23%~30%之间。1980~2020年胡焕庸线以东地区的县级单元数和人类活动强度平均值呈现负增长，其中县级单元数的变化幅度较大；胡焕庸线以西地区的县级单元数和人类活动强度呈现微小的增长。1980~1990年胡焕庸线以东地区的县级单元数均为281个，以2000年为界胡焕庸线以东地区的县级单元数开始较大幅度的下降，从2000年的232个县级单元下降到2020年的193个；但是其人类活动强度平均值下降较小。1980~2020年胡焕庸线以西地区的县级单元数仅增加了1个，人类活动强度变化微小。

(3) 中等强度类型区，人类活动强度在13%~23%之间。40年间胡焕庸线以东地区的县级单元数和人类活动强度平均值呈现负增长，有较小波动。40年间的胡焕庸线以西地区的县级单元数呈现较大的增长，从1980年只有54个县级单元上升到2020年的81个，是近40年间该地区县级单元数变化最大的类型区。

注：该图基于自然资源部标准地图服务网站下载的审图号为GS(2023)2767号的标准地图制作，底图无修改。

Figure 4.Spatio-temporal changes in county-level H_AISfrom 1980 to 2020 in China

图4.1980~2020年中国县级尺度陆地表层人类活动强度时空变化

(4) 较低强度类型区，人类活动强度在8%~23%之间。1980~2020年胡焕庸线以东地区和胡焕庸线以西地区的县级单元数和人类活动强度平均值均呈现负增长，这表明较低强度类型区的县级单元因政策、经济和人口等因素升级为中等强度类型区；或者因生态治理的实施部分地区由较低强度类型区变为低强度类型区。

(5) 低强度类型区，人类活动强度小于8%。1980~2020年胡焕庸线以东地区和胡焕庸线以西地区的县级单元数和人类活动强度平均值均发生了较大幅度的负增长，低类型区的县级单元数出现大幅减少，人类活动强度发生小幅度的上下波动。

总体来看，1980~2020年的胡焕庸线以东和胡焕庸线以西地区的强类型区的县域单元数的增长率均在1%以上，人类活动强度增长率在5%以上，其中胡焕庸线以西地区增长较为明显。由于胡焕庸线以西的县域单元基数比胡焕庸线以东大，所以其强类型区的面积要比胡焕庸线以西大，且呈现持续扩大的取向。除了强类型区以外，胡焕庸线以东地区的其他类型区的县域单元数及其县域单元平均人类活动强度呈现负增长，空间面积呈现缩减。胡焕庸线以西地区的较强类型区和中等类型区的县域单元数和县域单元平均人类活动强度呈现比较小的增加，其类型区呈现较小幅度的扩张趋势，胡焕庸线以西地区的较低和低类型区的县域单元数和县域单元平均人类活动强度呈现负增长，其类型区呈现较小幅度的缩小趋势。

Table 1.The number of counties at different level of H_AISin different periods

表1.各时期不同人类活动强度等级县级单元数

注：N为县级单元数(个)；H_AIS为平均人类活动强度(%)；%N表示县域数量变化率(%)；∆H_AIS表示县域单元平均人类活动强度变化量(%)。

3.3. 人类活动强度变化驱动力分析

3.3.1. 地理探测器结果

以省级单元为空间分析尺度，通过将2000年、2010年和2020年的人类活动强度设为解释变量，选取人口密度(X1)、城镇化水平(X2)、地区经济生产总值(X3)为探究自变量，使用地理探测器探究定量解析中国人类活动强度时空变化的影响因素以及对其作用大小(表2)。

Table 2.The driving factors of changes in H_AISfrom 2000 to 2020 in China

表2.2000~2020年中国人类活动强度变化驱动力因素探测结果

注：缺乏1980~2000年部分省份的数据，不参与探测。

因子探测结果显示2000~2020年人口密度变化的解释力q值均通过了p< 0.01的显著性检验；而其他因素中，2000~2010年的城镇化水平变化和GDP的q值分别为0.19和0.15，2010~2020年的城镇化水平变化和GDP的q值分别为0.51和0.15，其p值均未通过显著性检验。

在2000~2020年期间，人口密度变化对人类活动强度变化的影响程度是最大，q值均大于0.6；与2000~2010年，2010~2020年期间的城镇化水平变化会对人类活动强度的影响较强；而2000~2020年的社会经济发展水平q值均低于0.2，对人类活动强度有一定的影响，这表明中国的人类活动强度与人口密度、城镇化水平以及经济社会发展水平有一定关系。一般来讲，人口越集中的地区，人类为了生存和发展，会对该地区进行利用、改造和开发，从而获得经济效益；通过对该地区的利用、改造和开发，促进该地区的经济发展，也使得增加该地区对外地人口的吸引力，从而进一步促进城镇化水平。中国的人类活动强度高强度的区域往往也是人口密集和经济发展较好的地区，也是城镇化水平较高的区域，一般集中在东部沿海地区。总的来说，三者与人类活动强度的空间相关性较强。

进一步研究发现，驱动力影响因子的两两交互作用仅存在双因子增强和非线性增强两种类型。2000~2020年，人口密度、城镇化水平和地区生产总值的交互作用类型以双因子增强为主，两种影响因子共同对人类活动强度作用比单一影响因子对人类活动强度的作用要强，人口密度与城镇化水平和地区生产总值均是双因子增强，这表明人口密度与其余影响因子的共同作用时会增加对因变量人类活动强度变化的解释力；另外，城镇化水平和地区生产总值的交互关系为非线性增强，对人类活动强度变化起协同作用。总而言之。这也表明了中国人类活动强度的时空分布受到人口密度、城镇化水平和地区经济发展水平交互作用的影响。

3.3.2. 其他影响因素讨论

本文通过地理探测器分析，发现近40年来的人口密度变化对中国人类活动强度及时空变化起着主导作用。参照彭秋志等学者在2000~2020年中国人口数量与地形的空间分布的研究[33], 将其与图2进行对比可发现，在中国的人口密度较高的地区，人类活动强度也较高。中国人口分布与中国地势有明显相反的“东高西低”特征，近40年来青藏高原的人口密度较低且变化较小，人类活动强度较小，而西北地区人口密度小，人类活动强度相对也小但变化明显，而东部沿海地区人口密度较高，人类活动强度较高，人口密度与人类活动强度起到一个“拉力和推力”作用。

除了受到人口密度、城镇化水平和地区经济发展水平的影响，人类活动还受到社会经济因素的影响，在徐小任关于黄土高原地区的人类活动强度研究中提到了[19]：黄土高原地区的人类活动强度变化除了受到人口密度的影响，还受到建设用地、资源开发以及工业化程度等因素的影响。部分地区因建设用地比例高，其人类活动强度较高；部分地区因矿产资源丰富，开采面积较大，重工业发达，人类活动强度在中等程度以上；部分地区因生态系统脆弱，不利于大规模开发，城市建设用地比例较低，导致人类活动较低。

在闫伊亮、胡江玲关于喀什地区人类活动强度时空变化的研究里面就提到：地形地貌也是影响人类活动强度时空变化的驱动力因素之一[34]。中国位于亚洲的东部，东临太平洋，地势西高东低。胡焕庸线以西地区高原山地荒漠面积广，地形起伏较大，环境承载力较低，生态环境较脆弱，也正因如此该地区开发难度大，经济发展较为缓慢，导致人口向外迁移，人口密度小，人类活动强度也相对较小。胡焕庸线以东地区气候宜人，以平原、山地、丘陵为主，地势与胡焕庸线以西地区相比较为平坦开阔，自然条件优越，生态环境较好，城市建设用地比例逐步增大，沿海城市经济发展较快，吸引大量的人口迁入，人类活动强度越来越强。

4. 结论

基于1980~2020年中国土地利用遥感监测数据，根据徐勇的人类活动强度算法，结合ArcGIS软件得出中国省域单元和县域单元的人类活动强度，探究中国人类活动强度时空变化规律，以及运用地理探测器对驱动力因素进行探究，得出以下结论：

(1) 过去40年来，中国人类活动强度时空变化特征明显，东西部省份差异显著，东西部增长幅度差距较大。省域单元人类活动强度总体呈现指数增长态势，2000年以前增长相对缓慢，后期增长相对较快。省域尺度上，人类活动强度较强且变化较大地区主要集中在东部沿海地区，人类活动强度较低且变化较小地区主要集中在西北地区、华北地区的内蒙古自治区和西南地区。在县域尺度上，人类活动强度时空变化呈现胡焕庸线以东地区高、胡焕庸线以西地区低和高强度类型区的县域单元数大幅度增加，以及胡焕庸线以东地区的低强度类型区和较强类型区和胡焕庸线以西地区的较低和低强度类型区的县域单元数大幅度减少的特点，县域单元平均人类活动强度呈现负增长。

(2) 近20年来人口对中国人类活动强度及时空变化起主导作用，同时受到城镇化水平和地区经济发展水平的影响，此外，社会经济因素中的城市建设用地比例、重工业发展水平、资源开发面积以及自然因素中的地形、气候、生态环境是否脆弱、环境承载力等都会影响人类活动强度的时空变化。

基金项目

本项目由岭南师范学院人才引进专项项目(ZL22032)资助。

NOTES

^*通讯作者。

参考文献