張 瑩， 蔡海生， 鐘 濱，2， 余文波

(1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)江西省鄱陽湖流域農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/南昌市鄱陽湖生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)村土地資源利用與保護(hù)研究中心，江西南昌 330045； 2.江西省基礎(chǔ)信息系統(tǒng)中心/流域生態(tài)與地理環(huán)境監(jiān)測(cè)國家測(cè)繪地理信息局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌 330209)

土地利用/覆蓋變化(LUCC)及其生態(tài)效應(yīng)已經(jīng)成為全球變化研究的熱點(diǎn)[1]。LUCC可以發(fā)生在任意空間尺度，作為自然區(qū)域小尺度的流域具有獨(dú)特的水文循環(huán)和能量交換特點(diǎn)，其土地利用變化將對(duì)更大尺度的自然生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，而景觀變化是LUCC最直觀的標(biāo)志[2]，認(rèn)識(shí)土地利用變化與景觀格局之間的相互作用機(jī)制已成為土地變化科學(xué)的核心問題[1]。城市是土地利用/覆蓋變化最直接的載體，深刻地影響著區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)[3]，城市化造成了一系列的生態(tài)環(huán)境問題[4]，如生物多樣性減少和棲息地破壞[5-6]、熱島效應(yīng)增強(qiáng)[7-8]、環(huán)境污染[9]、水土流失[10]等。這些生態(tài)環(huán)境問題與城市景觀格局的人類干擾是密切相關(guān)的，受到城市化擴(kuò)張的影響，區(qū)域自然生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)不斷向城市生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化，從而導(dǎo)致景觀格局的劇烈變化，進(jìn)而造成景觀生態(tài)演化過程和景觀生態(tài)功能受到干擾，物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)在時(shí)空受阻，演變?yōu)槌鞘猩鷳B(tài)環(huán)境問題，成為當(dāng)今攸關(guān)地球生態(tài)系統(tǒng)平衡與人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的研究熱點(diǎn)[11]。

1 研究區(qū)選取與數(shù)據(jù)處理

研究區(qū)選擇江西省南昌市建成區(qū)，包括灣里區(qū)、青山湖區(qū)、東湖區(qū)、西湖區(qū)、青云譜區(qū)，不包括下轄的新建區(qū)、南昌縣、安義縣和進(jìn)賢縣，為主要研究對(duì)象(圖1)。南昌市位于東經(jīng)115°27′～116°35′E，北緯28°09′～29°11′N，又名豫章、洪城，系江西省省會(huì)，也是全省政治、經(jīng)濟(jì)、文化、科技、交通中心和鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)核心城市。

本研究主要采用2000年、2009年、2015年美國陸地資源衛(wèi)星Landsat TM影像數(shù)據(jù)(空間分辨率30 m)。采用 ENVI 5.3 遙感處理軟件對(duì)各年遙感影像進(jìn)行大氣校正、幾何校正、增強(qiáng)、裁剪等過程，采用監(jiān)督分類和目視糾正的方法，根據(jù)研究需要，將土地利用類型分為5類，分別是：耕地、建設(shè)用地、林地、公共綠地、水域、未利用地(圖2)。

2 土地利用變化過程分析

2.1 土地利用結(jié)構(gòu)分析

研究區(qū)的土地結(jié)構(gòu)復(fù)雜、種類多樣，其在2000—2015年間隨外界條件影響的變化趨勢(shì)見表1、圖3?？芍?，2000—2015年間建設(shè)用地急劇增加， 公共綠地少量增加，而耕地、林地、水域和未利用地逐漸減少，其中耕地、林地、未利用地減少量比較大，而水域減少不明顯。

表1 南昌市2000—2015年土地利用類型變化情況

2.2 土地利用重心變化分析

南昌市各土地利用類型在區(qū)域內(nèi)分布不均衡，通過分析南昌市土地利用類型的重心分布位置和偏移情況(圖4)，進(jìn)一步掌握研究區(qū)域的土地利用類型變化情況。其重心計(jì)算公式為[12]：

(1)

(2)

式中：x、y分別為研究區(qū)各個(gè)地類分布的重心坐標(biāo)；ci表示第i個(gè)研究單元的地類面積；xi、yi分別表示第i個(gè)評(píng)價(jià)單元的重心坐標(biāo)；n表示評(píng)價(jià)單元數(shù)。

由圖4可見，2000年耕地處于南昌市中南部位置，位于青山湖區(qū)南部，反映耕地在整體上分布為南多北少。2009年耕地重心向西北方向轉(zhuǎn)移，從整體上看耕地分布較為均勻，處于南昌市中部位置。到2015年，耕地向東南方向轉(zhuǎn)移，但是從2000年至2015年，耕地重心所在行政區(qū)均未發(fā)生變化。整個(gè)研究期間內(nèi)耕地面積減少較多，耕地重心向北轉(zhuǎn)移，表明南昌市在2000年至2015年南部耕地面積減少量多于北部。

2000年南昌市建設(shè)用地重心處于南昌市中下部略偏西的位置，說明南昌市建設(shè)用地空間分布較不均勻，西南部建設(shè)用地分布數(shù)量略高于東北部。2009年建設(shè)用地重心變化較小，略向東北部移動(dòng)，重心所在行政區(qū)沒有改變。2015年建設(shè)用地重心相比于2009年向西北部轉(zhuǎn)移。整個(gè)研究期間內(nèi)建設(shè)用地面積增加較多，建設(shè)用地重心向西北轉(zhuǎn)移，表明南昌市在2000年至2015年東南部建設(shè)用地面積增加量低于西北部。

林地在整個(gè)研究期間呈減少的趨勢(shì)，反映了南昌市東南部地區(qū)林地減少幅度較其他區(qū)域更大。在2000—2015年間，林地重心一直處于南昌市西北部位置，并且所屬行政區(qū)域未發(fā)生改變，位于灣里區(qū)境內(nèi)，主要原因是南昌市的林地主要分布在灣里區(qū)境內(nèi)，并且面積較大，使得林地的重心一直處于灣里區(qū)境內(nèi)。相比于2000年，2009年和2015年林地重心一直向北部轉(zhuǎn)移，說明在研究期間南昌市的林地面積南部減少速度快于北部。

公共綠地重心在整個(gè)研究期間整體向南轉(zhuǎn)移，表明公共綠地在2000—2015年面積南部增加速度快于北部。

南昌市的水域主要在青山湖區(qū)、東湖區(qū)和西湖區(qū)，橫穿整個(gè)南昌市中部，因此水域的重心位于南昌市中部，并且2000—2015年間，水域重心未發(fā)生明顯變化，一直處于東湖區(qū)。表明水域在南昌市分布均勻，并且在這15年間未發(fā)生太明顯增減。

2000年至2015年未利用地重心先由西北向東南偏移再由東南向西北偏移，但從總體上看，未利用地重心向東北偏移。但是所屬行政區(qū)域未發(fā)生改變，均位于青山湖區(qū)境內(nèi)。整個(gè)研究區(qū)間內(nèi)未利用地減少量速度北部快于南部。

南昌市各土地利用類型重心位置的變化可以在一定程度上反映各地類在研究期間空間變化的大體趨勢(shì)，通過對(duì)南昌市各土地利用類型重心位置變化的分析可以看出，南昌市在15年間城市邊界呈“攤大餅”式擴(kuò)張，城市邊界不斷擴(kuò)大，耕地面積大量減少，建設(shè)用地面積急劇增加。

3 景觀格局變化分析

3.1 景觀斑塊類型水平的空間格局變化特征

根據(jù)不同的景觀指數(shù)所預(yù)示的生態(tài)意義不同，在景觀類型水平上選取表征斑塊破碎度的斑塊密度(PD)，反映景觀斑塊空間分布的均勻程度和單位面積上的斑塊數(shù)量，描述斑塊的破碎程度。表征景觀優(yōu)勢(shì)的最大斑塊指數(shù)(LPI)，斑塊類型面積百分比描述了景觀斑塊中的優(yōu)勢(shì)景觀類型，反映某一斑塊類型在景觀中的豐度。表征斑塊形狀的平均斑塊分維數(shù)(FRAC MN)，平均斑塊分維數(shù)反映景觀形狀變化，刻畫了景觀中斑塊形狀的復(fù)雜性特征，即景觀斑塊形狀越復(fù)雜，則其平均斑塊分維數(shù)的取值就越大。表征斑塊聚集分布狀態(tài)的斑塊凝聚度(COHESION)，刻畫了生境的破碎程度，度量的是相關(guān)景觀斑塊類型的自然連通度。

從圖5可知，建設(shè)用地的斑塊密度一直減少，而其斑塊凝聚度總體呈增加趨勢(shì)，說明建設(shè)用地更趨向于大型化、集中化，小型斑塊向大型斑塊整合。建設(shè)用地的最大斑塊指數(shù)(LPI)增長(zhǎng)趨勢(shì)十分明顯，南昌市建設(shè)用地的優(yōu)勢(shì)度不斷增加。公共綠地的斑塊密度總體呈增加趨勢(shì)。耕地、林地、水域、未利用地的斑塊密度總體呈減少趨勢(shì)，說明其景觀斑塊破碎化程度降低。但是耕地、水域、未利用地的斑塊凝聚度總體呈減少趨勢(shì)，說明其生境凝聚度不斷下降。耕地、林地的最大斑塊指數(shù)減少趨勢(shì)十分明顯，說明南昌市耕地的優(yōu)勢(shì)度不斷減小。南昌市的景觀要素中各類景觀類型平均斑塊分維數(shù)多處于1.05分維數(shù)左右，這個(gè)取值范圍說明南昌市土地利用景觀斑塊在形狀上呈現(xiàn)普遍較簡(jiǎn)單的分布，即代表著人類生產(chǎn)生活對(duì)南昌市地表覆被的影響比較大，南昌市景觀受到的人為擾動(dòng)程度比較高。建設(shè)用地、公共綠地的平均斑塊分維數(shù)總體呈增加趨勢(shì)，說明建設(shè)用地、公共綠地的斑塊形狀趨于復(fù)雜化。而耕地、林地、水域和未利用地的平均斑塊分維數(shù)總體呈減少趨勢(shì)，說明耕地、林地、水域和未利用地的斑塊形狀趨于簡(jiǎn)單化。

3.2 景觀水平的空間格局變化特征

2000—2015年南昌市建設(shè)用地逐漸超過林地成為優(yōu)勢(shì)景觀類別，從景觀的空間構(gòu)型分析來看，2000—2015年南昌市建設(shè)用地迅速增加，而且基本連成一片，導(dǎo)致景觀蔓延度(CONTAG)和聚合度(AI)上升。加權(quán)平均形狀指數(shù)(SHAPE AM)的變化趨勢(shì)呈先減少后增加的趨勢(shì)，說明景觀的空間形態(tài)更加簡(jiǎn)單化，景觀形態(tài)復(fù)雜性的減少與人類活動(dòng)的強(qiáng)度是密切相關(guān)的。南昌市區(qū)的景觀多樣性水平呈急劇下降趨勢(shì)，由于研究時(shí)段內(nèi)城市建設(shè)用地面積比例逐年上升并占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，城市化程度高，總體的景觀類別所占比例差異大，造成南昌市景觀多樣性下降，景觀結(jié)構(gòu)受人為影響顯著。景觀多樣性指數(shù)的變化較好地反映了南昌市城市化快速增長(zhǎng)的過程(圖6)。

4 南昌市土地利用變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制

土地利用變化受自然和人類活動(dòng)兩大因素的影響，是一個(gè)復(fù)雜的演化過程，已有研究成果[13-14]表明， 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及城鎮(zhèn)化水平的不斷提升，人類活動(dòng)對(duì)土地利用變化的影響已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了自然因素，特別是在快速發(fā)展的中國城市中尤為明顯[15]。根據(jù)相關(guān)研究成果，人口、經(jīng)濟(jì)、政策等因素是影響城市土地利用變化的主要影響因素[16-17]。南昌市在2000—2015年間，土地利用變化主要受到人口、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和政策等人文因素的影響，其中，建設(shè)用地、耕地和林地的變化較為頻繁。因此，結(jié)合南昌市實(shí)際情況以及參考已有論文，本研究在分析土地利用變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制時(shí)，主要選擇從人口、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和政策等人文因素方面進(jìn)行分析。

4.1 社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素

4.1.1 人口急劇增加 自2000年以來，南昌市人口快速增長(zhǎng)，僅僅2009—2014年這5年間就增長(zhǎng)了70 615人。新增的人口勢(shì)必需要更多的承載空間，產(chǎn)生了建設(shè)用地的旺盛需求，推動(dòng)了建成區(qū)的快速發(fā)展。因此，在2000—2015年，南昌市建設(shè)用地面積構(gòu)成比例由16.21%增加到52.49%，2015年南昌市建成區(qū)的規(guī)模是2000年的3倍多。建設(shè)用地的迅速增加必然導(dǎo)致耕地的快速減少。人口的持續(xù)高速增長(zhǎng)給南昌市耕地保護(hù)以及建設(shè)用地空間的拓展帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

4.1.2 經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展 近15年來，南昌市經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，國內(nèi)生產(chǎn)總值、固定資產(chǎn)投資、財(cái)政總收入等均有不同程度的增長(zhǎng)。南昌市房地產(chǎn)業(yè)也取得了長(zhǎng)足發(fā)展，其房?jī)r(jià)在這十多年間也一路持續(xù)攀升。雖然2008年受國際金融危機(jī)的影響和2011年南昌市地方版“限購限貸令”出臺(tái)，房?jī)r(jià)2次有過短暫回落的勢(shì)態(tài)，但均在隨后不久又觸底反彈進(jìn)入新一輪的大漲，上漲勢(shì)頭仍未得到明顯遏制，加上近幾年南昌市地鐵的建設(shè)對(duì)房地產(chǎn)價(jià)格也有正向影響[18]。2014年南昌市的商品房均價(jià)約為9 000元/m2，較2003年2 400元/m2的價(jià)格上漲了3倍多。房地產(chǎn)的迅猛發(fā)展必然導(dǎo)致建設(shè)用地急劇增加，城市邊界不斷擴(kuò)展，必然導(dǎo)致城市重心的轉(zhuǎn)移。

4.2 政策因素

《南昌市國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十個(gè)五年計(jì)劃》以及《南昌市國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年計(jì)劃》中有關(guān)區(qū)域布局的概況：根據(jù)南昌市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展現(xiàn)狀和建設(shè)現(xiàn)代中心城市要求，區(qū)域發(fā)展布局的總體安排是一江兩岸、兩區(qū)拓展、三綠輝映、三城啟動(dòng)、兩線延伸、重點(diǎn)突破。合理調(diào)整行政區(qū)劃、撤銷郊區(qū)、建立城區(qū)，城區(qū)面積在現(xiàn)有基礎(chǔ)上擴(kuò)大3～4倍。在城區(qū)范圍內(nèi)，根據(jù)不同的功能分區(qū)組團(tuán)式集約布局；市域范圍，著力構(gòu)建現(xiàn)代城鎮(zhèn)體系，并以城區(qū)為中心，增強(qiáng)北向輻射，拓展區(qū)域內(nèi)昌九工業(yè)走廊的產(chǎn)業(yè)布局；增強(qiáng)南向輻射，沿交通干道形成小城鎮(zhèn)密集帶。對(duì)昌南新城的建設(shè)，提出適應(yīng)城市形態(tài)加快南延的趨勢(shì)，發(fā)掘城市南部區(qū)域的優(yōu)勢(shì)和潛力，把昌南新城建設(shè)成為城市商業(yè)副中心區(qū)域。南昌市區(qū)域布局的變化會(huì)導(dǎo)致土地利用及景觀格局發(fā)生改變。建設(shè)用地密度減少、景觀蔓延度和聚合度上升，由此說明南昌市城區(qū)規(guī)劃科學(xué)、布局合理，建設(shè)用地集約利用程度較高。而在《南昌市大都市區(qū)規(guī)劃(2015—2030)》中提出構(gòu)建生態(tài)化、多層次、成網(wǎng)絡(luò)、功能復(fù)合的開放空間體系，會(huì)使得南昌市城區(qū)空間結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，景觀格局更加科學(xué)合理。

5 結(jié)論

2000—2015年間，耕地、林地面積減少較為迅速，建設(shè)用地?cái)U(kuò)張最為明顯。從發(fā)展階段來看，2000—2009年建設(shè)用地面積增加最為迅速。從空間尺度上分析，建設(shè)用地主要由中心向四周擴(kuò)散，主要沿著贛江流域向外以分散集團(tuán)模式擴(kuò)張為主，增長(zhǎng)區(qū)域主要在南昌市南部。15年間各類土地利用重心會(huì)發(fā)生不同程度的偏移。其中建設(shè)用地、水域、未利用地偏移較小，而耕地偏移最大，林地在2000—2009年偏移比較大。

從最大斑塊指數(shù)、斑塊密度、凝聚度、平均斑塊分維數(shù)建立景觀斑塊類型水平指標(biāo)。15年間，建設(shè)用地、耕地、林地、水域、未利用地的斑塊密度在減少，建設(shè)用地優(yōu)勢(shì)度不斷增加，建設(shè)用地、水域的斑塊形狀趨于復(fù)雜化，耕地、林地和未利用地的斑塊形狀趨于簡(jiǎn)單化，建設(shè)用地斑塊凝聚度總體增加，而耕地、水域、未利用地的斑塊凝聚度總體呈減少趨勢(shì)。從景觀蔓延度、聚合度、加權(quán)平均形狀建立景觀水平指標(biāo)，15年間南昌市景觀蔓延度和聚合度上升。加權(quán)平均形狀指數(shù)的變化呈先減少后增加的趨勢(shì)，但是整體呈減少趨勢(shì)，說明景觀的空間形態(tài)更加簡(jiǎn)單化。

通過從人口、經(jīng)濟(jì)、政策等方面定性分析影響土地利用變化的驅(qū)動(dòng)因素。表明人口迅猛增加、經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展特別是近幾年來南昌市房地產(chǎn)行業(yè)的繁榮發(fā)展、政策導(dǎo)向差異對(duì)南昌市土地利用空間格局產(chǎn)生了重大影響。在城市邊界不斷擴(kuò)展的同時(shí)，南昌市耕地保護(hù)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

[1]潘竟虎，蘇有才，黃永生，等. 近30年玉門市土地利用與景觀格局變化及其驅(qū)動(dòng)力[J]. 地理研究，2012，31(9)：1631-1639.

[2]馮異星，羅格平，周德成，等. 近50年土地利用變化對(duì)干旱區(qū)典型流域景觀格局的影響——以新疆瑪納斯河流域?yàn)槔齕J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，30(16)：4295-4305.

[3]Feng H H，Zhao X F，Chen F，et al. Using land use change trajectories to quantify the effects of urbanization on urban heat island[J]. Advance in Space Research，2013，53(3)：463-473.

[4]陳利頂，孫然好，劉海蓮，等. 城市景觀格局演變的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，33(4)：1042-1050.

[5]周啟星，王美娥，張倩茹，等. 小城鎮(zhèn)土地利用變化的生態(tài)效應(yīng)分析[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，16(4)：651-654.

[6]Crooks K R. Relative sensitivities of mammalian carnivores to habitat fragmentation[J]. Conservation Biology，2002，16(2)：488-502.

[7]Buyantuyev A，Wu J G. Urban heat islands and landscape heterogeneity：linking spatiotemporal variations in surface temperatures to land-cover and socioeconmic patterns[J]. Landscape Ecology，2010，25(1)：17-33.

[8]賈寶全，邱爾發(fā)，蔡春菊. 唐山市域1993—2009年熱場(chǎng)變化[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，31(20)：6215-6223.

[9]郭 偉，孫文惠，趙仁鑫，等. 呼和浩特市不同功能區(qū)土壤重金屬污染特征及評(píng)價(jià)[J]. 環(huán)境科學(xué)，2013，34(4)：1561-1567.

[10]Sun Z C，Li X W，F(xiàn)u W X，et al. Long-term effects of land use/land cover change on surface runoff in urban areas of Beijing，China[J]. Journa of Applied Remote Secsing，2013，8(1)：1354-1365.

[11]陽文銳. 北京城市景觀格局時(shí)空變化及驅(qū)動(dòng)力[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2015，35(13)：4357-4366.

[12]王觀湧. 基于格網(wǎng)GIS的懷來縣土地利用景觀格局及生態(tài)安全時(shí)空演變分析[D]. 保定：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2015.

[13]樊 杰，許豫東，邵 陽. 土地利用變化研究的人文地理視角與新命題[J]. 地理科學(xué)進(jìn)展，2003，22(1)：1-10.

[14]毛蔣興，李志剛，閆小培. 快速城市化背景下深圳土地利用時(shí)空變化的人文因素分析[J]. 資源科學(xué)，2008，30(6)：939-948.

[15]韓會(huì)然，楊成鳳，宋金平. 北京市土地利用變化特征及驅(qū)動(dòng)機(jī)制[J]. 經(jīng)濟(jì)地理，2015，35(5)：148-154.

[16]方葉林，黃震方，陸瑋婷. 中國市域旅游經(jīng)濟(jì)空間差異及機(jī)理研究[J]. 地理與地理信息科學(xué)，2013，29(6)：100-104.

[17]蔡海生，肖復(fù)明，張學(xué)玲. 基于生態(tài)足跡變化的鄱陽湖自然保護(hù)區(qū)生態(tài)補(bǔ)償定量分析[J]. 長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2010，19(6)：623-627.

[18]鐘 祥，宋 鑫. 南昌市地鐵一號(hào)線對(duì)沿線房地產(chǎn)價(jià)格影響研究：基于特征價(jià)格模型的定量分析[J]. 企業(yè)導(dǎo)報(bào)，2013(12)：108-109.