張應裕，呂鳳濤*，麥建開，王園園，王 彬

（1.廣東省測繪工程有限公司，廣東 廣州 510663；2.華南師范大學 地理科學學院，廣東 廣州 510631）

近年來，對于城市生態(tài)風險評價的研究越來越廣泛，重點關注自然要素和人為要素等對景觀格局造成的影響[1-4]。改革開放以來，中山市經(jīng)濟快速發(fā)展，外來人口顯著增加?；浉郯拇鬄硡^(qū)概念的提出，使不少學者投入到對大灣區(qū)的研究中[5-8]。研究發(fā)現(xiàn)大灣區(qū)區(qū)域發(fā)展不平衡、生態(tài)環(huán)境惡化等問題突出；而針對區(qū)域內(nèi)各城市生態(tài)風險評價的研究較少。中山市作為大灣區(qū)建設的重要節(jié)點之一，隨著城鎮(zhèn)化進程的日益推進，將面臨土地粗放利用所帶來的空間布局和資源短缺等問題，環(huán)境承載壓力處于較高水平?；诖耍疚囊灾猩绞袨檠芯繀^(qū)，從景觀學角度系統(tǒng)分析了中山市1980－2020年的土地利用變化情況，尤其是城鎮(zhèn)建設用地的時空演化過程，開展了中山市生態(tài)風險評價，為中山市制定適應粵港澳大灣區(qū)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供數(shù)據(jù)支持。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

中山市地理位置優(yōu)越，東與深圳、香港隔海相望，東南與珠海接壤、毗鄰澳門，西、西南與江門相鄰，北、西北與廣州相接；是我國最先實施改革開放的地區(qū)之一，也是最具代表性的珠三角產(chǎn)業(yè)城市之一[9]；下轄18個鎮(zhèn)，6個街道，是我國5個不設直轄區(qū)的地級市之一，包含1個國家級火炬高技術產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)和翠亨新區(qū)。在粵港澳大灣區(qū)城市群中，中山市的城鎮(zhèn)化水平較高。近年來，中山市經(jīng)濟快速發(fā)展，外來人口大量聚集，對城市空間的需要持續(xù)增加，從而導致 用地與生態(tài)矛盾的加劇。

1.2 數(shù)據(jù)來源

土地利用/覆被變化是導致全球環(huán)境變化的重要因素[10-11]。本文利用來自中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心的多時期土地利用/覆被遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)集將中山市的土地利用類型劃分為耕地、林地、草地、水體、建設用地、其他用地6類；并在此基礎上，開展土地利用進一步的研究分析。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用變化分析方法

土地利用變化數(shù)量模型能反映土地利用/覆被類型面積和程度的變化、地類流向變化和變化空間形式[12]。土地利用轉移矩陣和土地利用動態(tài)度能定量研究城鎮(zhèn)化影響下的城市空間格局，評估城鎮(zhèn)化的生態(tài)和環(huán)境影響，從而提高城市的可持續(xù)性（表1）。

表1 土地利用變化研究方法

1.3.2 景觀格局分析方法

通常利用景觀格局來描述大小、形狀、屬性不一的斑塊的空間分布與組合規(guī)律。對不同時段的景觀指數(shù)進行計算，不僅能幫助理解和評價區(qū)域的景觀現(xiàn)狀，而且能把握該地區(qū)的土地利用演化趨勢，分析產(chǎn)生變化的原因及其發(fā)展趨勢，為區(qū)域規(guī)劃提供參考[3-4]?；诙鄷r期土地利用/覆被遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)集，本文選取景觀復雜度、景觀破碎度、景觀穩(wěn)定性等景觀格局指數(shù)來綜合分析研究區(qū)內(nèi)各種土地利用類型的結構組成和空間配置，從而反映區(qū)域全局的景觀特征，如表2所示。

表2 景觀格局指數(shù)

1.3.3 景觀生態(tài)風險指數(shù)分析方法

通過引入景觀生態(tài)風險指數(shù)，從景觀生態(tài)學的角度反映自然或人為因素影響下景觀格局與生態(tài)過程相互作用的負面影響。目前，在區(qū)域景觀尺度上的生態(tài)風險評價多通過生態(tài)風險指數(shù)實現(xiàn)[13-15]。

土地利用生態(tài)風險指數(shù)的表達式為：

式中，N為土地利用類型的總數(shù)量；A為土地總面積；Ai為第i種土地利用類型的面積；Ri為第i種土地利用類型所反映的損失指數(shù)，表示各土地利用類型遭遇干擾時所受到的生態(tài)損失差異，由干擾度指數(shù)Si和脆弱度指數(shù)Fi的乘積計算得到。

由于地理分布的廣泛性，本文以格網(wǎng)的形式劃分中山市的生態(tài)風險單元，可實現(xiàn)快速的分級分層顯示，更好地體現(xiàn)生態(tài)風險的空間分布情況。自然間斷法能使各類別之間的差異最大化，從而更清晰地展示各評價值在空間上演變特征的優(yōu)勢。本文根據(jù)自然間斷法，將生態(tài)風險指數(shù)劃分為低風險區(qū)、中低風險區(qū)、中風險區(qū)、中高風險區(qū)、高風險區(qū)5個等級，從而直觀展示中山市不同等級生態(tài)風險的時空演化特征。

2 中山市生態(tài)空間時空演化分析

2.1 中山市土地利用變化分析

1980－1990年耕地為中山市的主要用地類型，分布在北部、西部等區(qū)域；林地和水體占比相當，林地集中分布在中山市的南部，水體主要分布在西北部；建設用地面積較少，分散分布在中山市的中部和西北部；草地占比較少，分布在中山市的南部。2000年耕地雖仍是優(yōu)勢地類，但面積占比已大量減少，且呈分散分布；林地和水體面積均有一定程度的增加；南部、中部、西北部的建設用地面積占比翻倍上升；草地面積銳減。2010－2020年耕地面積持續(xù)減少，建設用地取代耕地成為中山市的優(yōu)勢地類，林地和水體面積均減少，但二者占比差別不大。40 a間中山市土地利用變化較大，建設用地逐漸取代耕地成為優(yōu)勢地類，除建設用地外，其他用地類型均有不同程度的減少，如圖1所示。

圖1 1980－2020年中山市土地利用變化

1980－2020年中山市的土地利用變化呈由各種土地利用類型向建設用地轉移的趨勢，如表3～6所示。1980－1990年耕地分別向林地、水體和建設用地轉移了大量的面積；草地將近向林地轉移了其80%的面積，少量流入建設用地，面積減少幅度大，但因其面積占比小，對中山市土地利用變化的影響不大。1980－1990年中山市處于改革開放初期，城鎮(zhèn)化發(fā)展較慢，其他土地利用類型的轉移趨勢并不特別明顯。1990－2000年第二產(chǎn)業(yè)比重上升，對土地需求量增大，使得耕地、林地、水體均向建設用地轉移了大量面積；由于中山市發(fā)展的特色農(nóng)業(yè)，耕地和水體存在相互交換，耕地向水體轉移的面積最多，但水體也有相當比例的面積轉移為耕地。2000－2010年中山市土地利用變化較為劇烈，耕地、林地、水體向建設用地的轉移尤為明顯，建設用地面積增長超過一倍以上，反映了中山市第二產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迅速。2010－2020年土地利用變化趨勢放緩，水體向耕地轉移面積大于耕地向水體的轉移面積，轉移趨勢發(fā)生變化，說明中山市產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨于穩(wěn)定，農(nóng)業(yè)內(nèi)部投入側重出現(xiàn)轉變。

表3 中山市1980-1990年土地利用轉移矩陣/km2

土地利用動態(tài)度變化最大的是建設用地，在前 3個時期均保持高速增長，2000－2010年達到最高值，隨后變化速度減緩；耕地的土地利用動態(tài)度則保持逐年減少的趨勢，且1980－2010年減少速率逐漸加快，在2000－2010年達到最大值，變化趨勢明顯，表明中山市農(nóng)用地不斷減少；林地除1980－1990年得到一定的補充外，后續(xù)3個時期均有所減少；草地在1980－1990年的土地利用動態(tài)度最大，但由于面積占比較少，其動態(tài)度無法過多影響各土地利用類型的空間格局；水體在前兩個時期的動態(tài)度超過1%，但在后兩個時期有明顯減少，并沒有保持一定的增長趨勢，如圖2所示。

圖2 中山市土地利用動態(tài)度變化圖

表4 中山市1990-2000年土地利用轉移矩陣/km2

表5 中山市2000-2010年土地利用轉移矩陣/km2

表6 中山市2010-2020年土地利用轉移矩陣/km2

2.2 中山市景觀格局形態(tài)演化分析

由圖3可知，1980－2010年中山市景觀復雜度始終處于增長狀態(tài)，說明斑塊的形狀逐漸復雜，受干擾程度有所減??；而2010－2020年景觀復雜度又有所下降，最終與1980年基本相同。研究期間，由于耕地、水體等地類被建設用地分割得更為破碎，中山市的 景觀破碎度持續(xù)上升，從空間上說明景觀結構在人為因素的干擾下變得更復雜和不連續(xù)。隨著時間的推移，中山市各土地利用類型的占比差異總體上有所減小，景觀多樣性逐步增長。隨著不同土地利用類型之間的面積差距變化，景觀穩(wěn)定性呈先降后升的趨勢；1980－2020年中山市主要土地利用類型由耕地變?yōu)榻ㄔO用地，景觀中優(yōu)勢類型不明顯，各斑塊類型在景觀中分布較均勻，景觀均勻度提高；1980年，由于耕地面積占比最大，中山市的景觀優(yōu)勢度較高，當耕地面積縮減，景觀優(yōu)勢度隨之降低，關鍵土地利用類型的主導性變小，建設用地面積在2020年反超耕地，中山市的景觀優(yōu)勢度又有了小幅提升。

圖3 中山市部分景觀格局指數(shù)變化圖

2.3 中山市生態(tài)風險時空演化分析

1980－2020年中山市整體生態(tài)風險保持下降趨勢（表7），這主要與建設用地的飛速擴張有關，建設用地的面積占比在各土地利用類型中最大，優(yōu)勢度上升，加上脆弱度較低，使得整體的生態(tài)風險指數(shù)下降。同時，耕地、林地等脆弱度較高的土地利用類型的面積減少，也在一定程度上降低了整體的生態(tài)風險。因此，2000－2010年生態(tài)風險下降最快，說明這是中山市建設用地擴張最迅速的時期。

表7 中山市各年生態(tài)風險評價結果

在研究期中，耕地面積逐漸下降，但斑塊數(shù)量卻有所上升，景觀破碎度和分離度呈上升趨勢，說明耕地的斑塊隨時間推移變得更分散；林地面積變化不大，但斑塊數(shù)量卻發(fā)生了不小變化，呈先降后升的趨勢，分離度也在最后時期達到了最高，呈現(xiàn)破碎的趨勢；水體在1990－2000年的斑塊數(shù)量急劇增加，隨后呈現(xiàn)一個較為穩(wěn)定的狀態(tài)，這與坑塘水面的分布特征有關；建設用地在面積迅速增長的情況下，其斑塊數(shù)量卻有所下降，說明建設用地的分布逐漸呈聚集趨勢，眾多分散的斑塊逐漸連接成整塊斑塊，且大斑塊的面積也逐漸增長。

2.3.1 景觀生態(tài)風險等級分析

中山市生態(tài)風險分等級數(shù)量統(tǒng)計圖如圖4所示，可以看出，中山市生態(tài)風險的主要等級發(fā)生了較大變化，1980－1990年因中山市第一產(chǎn)業(yè)的比重較大，脆弱度高的耕地、水體面積占比較大，高風險單元數(shù)量最多，林地集中分布區(qū)域的中風險和中低風險單元數(shù)量也都維持在較低水平，由于建設用地開發(fā)尚緩，且脆弱度較低，因此低風險單元數(shù)量較少；從1990年開始，隨著產(chǎn)業(yè)結構的不斷調(diào)整，中山市建設用地面積快速增加，低風險單元數(shù)量迅速增加，到2010年城鎮(zhèn)化水平的快速提高使得低風險單元數(shù)量迅速增加，與此同時，高風險單元數(shù)量迅速減少，這與耕地面積的大量縮減有關，中高風險單元數(shù)量變化在1990－2010年呈先升后降的趨勢，水體面積的變化是影響其變化的重要因素；2010－2020年中低風險、中風險和中高風險單元數(shù)量均沒有太大變化，說明林地的保護較好，而高風險單元數(shù)量有所減少，低風險單元數(shù)量進一步增加，這與相當數(shù)量的水體轉移為建設用地密切相關。對于整體的變化趨勢而言，建設用地面積的增加和聚集是生態(tài)風險降低的主要原因，其有效提升了低風險單元的數(shù)量；此外，雖然耕地、水體呈現(xiàn)較明顯的破碎化趨勢，但相對于建設用地的影響有限，并沒有影響生態(tài)風險總體的下降趨勢。

圖4 中山市生態(tài)風險分等級數(shù)量統(tǒng)計圖

2.3.2 景觀生態(tài)風險時空分析

中山市生態(tài)風險單元分布如圖5所示，可以看出，在1980年和1990年，由于中山市北部和最南端區(qū)域以發(fā)展農(nóng)業(yè)為主，耕地、水體大量分布，因此該區(qū)域處于高風險單元，在以林地為主的中南部區(qū)域主要分布中風險、中低風險單元；到2000年，隨著中山市工業(yè)化的起步，中部的建設用地通過占用耕地、水體逐漸開始擴張，導致中部的一些生態(tài)風險單元轉化為低風險或中低風險，同時北部一些高風險單元的生態(tài)風險也有所下降，從而轉變?yōu)橹懈唢L險或中風險，西北部建設用地的擴張也使該區(qū)域附近的生態(tài)風險整體有所下降；2000－2010年是土地利用變化最劇烈的時期，反映了中山市經(jīng)濟的高速發(fā)展，中部的建設用地擴張后，連片的眾多單元都轉變?yōu)榈惋L險單元，西北部建設用地的擴張也使大量生態(tài)風險單元的ERI降低，尤其是中高風險和高風險單元，南部建設用地也呈擴張趨勢，因此南部部分區(qū)域的生態(tài)風險也發(fā)生了變化；2020年的生態(tài)風險空間分布格局與2010年相似，隨著經(jīng)濟發(fā)展速度由高速轉向中高速，城市繼續(xù)擴張，高風險、中高風險單元僅在東北部，且高風險單元數(shù)量進一步減少，整個中山市的生態(tài)風險達到一個較低的水平。

圖5 中山市生態(tài)風險單元分布

3 結 語

本文通過構建生態(tài)風險評價體系，將景觀結構與土地利用聯(lián)系起來，客觀反映了研究區(qū)域的生態(tài)環(huán)境狀況，得出的主要結論為：

1）198 0－2020年中山市城市建設成效明顯，但土地利用呈現(xiàn)較為粗放的特點。從土地利用類型來看，中山市產(chǎn)業(yè)結構的顛覆性變化讓中山市建設用地急劇擴張，耕地面積迅速衰減；在人類活動的干擾下，建設用地的動態(tài)度一直維持在較高水平，而少有向其他土地利用類型轉出。2000－2010年明顯有水體轉移為建設用地的趨勢，表明傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)占比愈發(fā)減少，特色的坑塘農(nóng)業(yè)使耕地與水體之間保持較為頻繁的相互轉移，且后期二者間的轉移趨勢也發(fā)生了轉變，說明在農(nóng)業(yè)用地上的類型轉移較多且轉移趨勢逐漸改變。林地的面積變化較小，說明中山市對林地做了有效的保護。

2）在城市空間連續(xù)擴張的背景下，中山市的整體生態(tài)風險呈下降趨勢，且在2000－2010年下降速度最快。由于建設用地的迅速擴張，吸納了其他脆弱度更高的土地利用類型，從而降低了整體的生態(tài)風險；同時也逐步分割了耕地和水體斑塊，使其呈現(xiàn)破碎化趨勢，而建設用地斑塊逐漸連綿成片，景觀破碎度隨之下降，呈現(xiàn)出城市化的主要特征。

3）不同時期的生態(tài)風險表現(xiàn)出不同的變化特征，1980－1990年中山市的經(jīng)濟發(fā)展主要以農(nóng)業(yè)為主，發(fā)展緩慢，生態(tài)風險單元以高風險為主，主要聚集在北部，這是由于該區(qū)域以水體、耕地為主，脆弱度較高，南部區(qū)域林地集中分布，生態(tài)風險較低；1990－2020年 隨著中山市的產(chǎn)業(yè)結構從農(nóng)業(yè)向工業(yè)和服務業(yè)演變，建設用地在中部、西北部和東南部開始擴張，位于這些區(qū)域的生態(tài)單元的生態(tài)風險值逐步降低。由于耕地仍是東北部的主要土地利用類型，該區(qū)域生態(tài)風險值 較高。

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，城市化進程不斷加快，人類活動對于生態(tài)空間的干擾越來越大。中山市土地利用變化受產(chǎn)業(yè)結構、區(qū)位條件、土地資源以及土地政策的影響，城市建設規(guī)模的壯大使中山市景觀格局發(fā)生了相應改變，生態(tài)風險等級轉變速率加快，從而導致研究區(qū)生態(tài)風險在空間分布上表現(xiàn)出明顯的區(qū)域性和層次性。建設用地的快速擴張為經(jīng)濟發(fā)展提供了支撐，同時帶來了相應的社會經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境問題，景觀生態(tài)風險的下降意味著生態(tài)空間的縮小，不同土地利用類型的開發(fā)程度對景觀格局影響深刻。隨著政府制定的一系列限制城鎮(zhèn)擴張政策的實施，城鎮(zhèn)擴張速度放緩，但經(jīng)濟發(fā)展不可逆轉，未來中山市城鎮(zhèn)擴張仍會繼續(xù)。在發(fā)展經(jīng)濟過程中，中山市需加強對耕地的保護，同時注意水體與耕地的轉換，提高對相對脆弱的水體的重視。在保障建設用地需求的基礎上，城市建設應順應經(jīng)濟、人口流動的趨勢，科學劃定城市增長邊界，同時優(yōu)化城市建設用地結構和功能，通過內(nèi)部的城市更新，實現(xiàn)城市緊湊集約增長，才能以有效、高效的城市建設用地調(diào)控和管理目標以及相關調(diào)控政策措施應對城市發(fā)展空間不足的挑戰(zhàn)，更好地融入粵港澳大灣區(qū)建設，實現(xiàn)區(qū)域和可持續(xù)發(fā)展。