袁 雪，顏七笙

(1.東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，330013，南昌；2.東華理工大學(xué)理學(xué)院，330013，南昌)

0 引言

土地作為各生態(tài)系統(tǒng)的組成部分及空間載體，是人類賴以生存與發(fā)展的重要資源和物質(zhì)保障[1]，土地利用變化是人類與生態(tài)環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)、能量交互作用的結(jié)果，而土地利用變化又作用于景觀格局[2-3]。土地利用景觀格局是指不同類別、面積、形狀的土地利用斑塊在空間上的排列狀況，具有明顯的時(shí)空特征，是景觀異質(zhì)性的具體表現(xiàn)[4-5]。自1995年，國(guó)際地圈-生物圈計(jì)劃(IGBP)和國(guó)際全球環(huán)境變化人文因素計(jì)劃(IHDP)聯(lián)合提出“土地利用/覆蓋計(jì)劃”以來(lái)，引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，土地利用/覆蓋計(jì)劃便成全球土地科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一[6-7]。工業(yè)革命以來(lái)尤其近幾十年，科技的進(jìn)步使城市化進(jìn)程加快，土地供需矛盾日益凸顯，城市空間擴(kuò)張、不合理的土地利用會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境及社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展直接或間接地產(chǎn)生副作用，如：造成土地資源利用效率低、水土流失、用地結(jié)構(gòu)失衡、生態(tài)環(huán)境破壞等一系列自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題[8-9]。學(xué)者們對(duì)土地利用景觀格局的動(dòng)態(tài)演變進(jìn)行了諸多研究，且研究成果頗豐。現(xiàn)有土地利用研究主要在以下3個(gè)方面：1)土地利用的動(dòng)態(tài)演變與模擬預(yù)測(cè)及其驅(qū)動(dòng)因素分析；2)土地利用結(jié)合景觀生態(tài)學(xué)內(nèi)容的研究；3)對(duì)土地利用的環(huán)境效應(yīng)、結(jié)構(gòu)與效率、集約水平、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等評(píng)價(jià)。研究方法多樣，時(shí)間維度方法有線性回歸分析法[10]、Markov模型[11]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[12]、灰色模型[13]、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型[14]等；常用的空間維度方法主要有CLUE-S模型[15]、CA模型[16]等。景觀格局理論成果主要應(yīng)用在土地利用、國(guó)土整治、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境治理等領(lǐng)域；主要研究對(duì)象為河流流域、濕地、城鎮(zhèn)、綠地公園、農(nóng)業(yè)鄉(xiāng)村、綠洲等；主要研究方法有景觀格局指數(shù)[17]、移動(dòng)窗口法[18]、最小累積阻力模型等[19]。土地利用景觀格局的研究尺度分為3個(gè)不同的等級(jí)水平：國(guó)家宏觀尺度；省域、流域、城市群等中觀尺度；縣域鄉(xiāng)鎮(zhèn)等微觀尺度。研究區(qū)域集中于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)、生態(tài)脆弱區(qū)，研究尺度呈現(xiàn)從宏觀尺度向中微觀尺度轉(zhuǎn)變。但對(duì)土地利用與景觀格局相結(jié)合的研究較少。

南昌市作為我國(guó)長(zhǎng)江中游城市群中心城市之一，環(huán)鄱陽(yáng)湖城市群核心城市，自2004年提出中部崛起戰(zhàn)略以來(lái)，南昌市城市擴(kuò)張速度明顯加快，土地利用類型也日漸多樣[20]。本文基于2000年、2010年、2020年3期遙感影像數(shù)據(jù)，利用ENVI5.1、ArcGIS10.2、Fragstats4.2軟件，運(yùn)用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣、景觀格局指數(shù)對(duì)南昌市土地利用景觀格局進(jìn)行定量分析，并采用MCE-CA-Markov模型預(yù)測(cè)南昌市未來(lái)土地利用景觀格局的動(dòng)態(tài)變化情況。研究結(jié)果不僅可以直觀地了解南昌市自然和社會(huì)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化，還能為南昌市土地利用規(guī)劃、土地管理政策的制定和生態(tài)恢復(fù)提供理論支撐。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

南昌市簡(jiǎn)稱洪都，是江西省省會(huì)，環(huán)鄱陽(yáng)湖城市群核心城市、我國(guó)長(zhǎng)江中游城市群中心城市之一。位于115°27′～116°35′E、28°09′～29°11′N之間，地處江西省中部偏北，東北與鄱陽(yáng)湖相接，全境以鄱陽(yáng)湖平原為主，東南高，西北低為丘陵。南昌市屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，夏季炎熱，冬季較寒冷；日照充足，氣候濕潤(rùn)，年平均氣溫約17～17.7 ℃，年降雨量1 600～1 700 mm；風(fēng)較大，夏季多偏南風(fēng)，冬季多偏北風(fēng)。全市土地面積7 512.51 km2，2020年總?cè)丝?25.50萬(wàn)(圖1)。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與數(shù)據(jù)預(yù)處理

本文2000年、2010年、2020年3期Landsat TM遙感影像和高程數(shù)據(jù)均來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云。其他數(shù)據(jù)有研究區(qū)的行政區(qū)劃數(shù)據(jù)，景觀格局的驅(qū)動(dòng)因子，即DEM、SLOPE、道路、鐵路、距建設(shè)用地的距離、水域、人口密度及人均GDP數(shù)據(jù)(圖2)。利用ENVI5.1軟件對(duì)各年遙感影像進(jìn)行預(yù)處理，參照我國(guó)《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T21010—2017)的標(biāo)準(zhǔn)，將目視解譯與野外實(shí)際調(diào)查相結(jié)合，并配合Google earth軟件，利用最大似然法對(duì)研究區(qū)進(jìn)行監(jiān)督分類，將南昌市土地利用類型劃分為建設(shè)用地、耕地、林地、水體和未利用地5種類型，最后使用ArcGIS10.2對(duì)影像進(jìn)行后期處理，獲得3期南昌市土地利用類型圖(圖3)。

圖1 研究區(qū)地理位置、海拔

圖2 影響因子圖集

圖3 南昌市土地利用類型

2 研究方法

2.1 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣是土地利用動(dòng)態(tài)變化研究中較重要的研究方法，表示研究區(qū)域內(nèi)研究初期與末期各土地利用類型間在轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)移方向上的具體特征，因此，轉(zhuǎn)移矩陣能夠清晰地反映景觀類型轉(zhuǎn)化的來(lái)源、去向、轉(zhuǎn)出面積、轉(zhuǎn)入面積及類型構(gòu)成[21]。借助ArcGIS10.2軟件，通過(guò)定量的方法將土地利用變化前后2個(gè)時(shí)期的數(shù)據(jù)，利用空間疊加分析計(jì)算生成土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，通過(guò)矩陣能夠獲取各土地利用類型間的轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)，從而分析出不同類型土地利用的演變過(guò)程[22]。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣通用形式為：

(1)

式中：A為土地利用類型的面積；n為土地利用類型個(gè)數(shù)；i,j分別為研究期初與期末的土地利用類型；Aij表示研究初期i土地類型向末期j土地類型土地轉(zhuǎn)移的面積。

2.2 景觀格局指數(shù)分析法

景觀格局指數(shù)能高度濃縮景觀格局信息并定量反映其格局組成和空間配置等特征[23]。本研究利用Fragstats4.2軟件計(jì)算南昌市景觀格局指數(shù)，在類型水平指數(shù)中選擇斑塊數(shù)量(NP)、斑塊類型面積(CA)、景觀類型百分比(PLAND)、散布與并列(IJI)、聚集度(AI)、景觀形狀指數(shù)(LSI)等6個(gè)指標(biāo)；在景觀水平指數(shù)中選擇斑塊密度(PD)、最大斑塊(LPI)、平均斑塊面積(AREA_MN)、加權(quán)平均形狀(SHAPE_AM)、蔓延度(CONTAG)、香濃多樣性指數(shù)(SHDI)和香濃均勻度指數(shù)(SHEI)等7個(gè)具有代表性的指標(biāo)。

2.3 MCE-CA-Markov復(fù)合模型

MCE為多規(guī)則評(píng)價(jià)模型，能夠生成及定義景觀類型的演化標(biāo)準(zhǔn)[24]，CA即元胞自動(dòng)機(jī)模型，用于研究各種復(fù)雜情景中時(shí)間、空間和狀態(tài)都離散的局部動(dòng)力學(xué)模型[25]。其表達(dá)式為：

St+1=f(St,N)

(2)

式中：S為元胞的狀態(tài)集合；t和t+1為不同時(shí)刻；N為元胞的鄰域；f為局部空間元胞的轉(zhuǎn)化規(guī)則。

Markov模型是一種基于馬爾科夫鏈的空間概率統(tǒng)計(jì)模型，即依據(jù)事件在某一時(shí)刻的狀況來(lái)預(yù)測(cè)其在未來(lái)各個(gè)時(shí)刻的變動(dòng)狀況[26-27]，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

(3)

式中：P為轉(zhuǎn)移概率矩陣；Pij指從研究初期到研究末期土地利用類型i轉(zhuǎn)移為土地利用類型j的概率。

CA-Markov模型結(jié)合了CA模型模擬復(fù)雜系統(tǒng)空間變化的優(yōu)點(diǎn)和Markov模型定量長(zhǎng)時(shí)間預(yù)測(cè)分析的能力，更容易定制土地利用的轉(zhuǎn)換規(guī)則，降低了土地利用類型變化趨勢(shì)的預(yù)測(cè)誤差[28-29]。利用MCE-CA-Markov模型模擬研究區(qū)土地利用的時(shí)空演化過(guò)程如下。

1)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。首先利用Arcgis10.2將柵格數(shù)據(jù)的投影坐標(biāo)統(tǒng)一成WGS_1984_UTM_Zone_50N，分辨率統(tǒng)一為30 m，再通過(guò)按掩膜提取使柵格數(shù)據(jù)的空間范圍一致。最后將文件格式轉(zhuǎn)變?yōu)锳SCII格式。

2)計(jì)算土地轉(zhuǎn)移矩陣。利用IDRISI軟件中的Markov模塊，將景觀類型圖的年限間隔都設(shè)置為10 a，比例誤差設(shè)置為0.15，計(jì)算出南昌市2000—2010年、2010—2020年土地利用類型轉(zhuǎn)移概率矩陣。

3)制作適宜性圖集。通過(guò)MCE模塊，結(jié)合南昌市3期景觀類型變化特征及土地利用資源特點(diǎn)定義研究區(qū)景觀類型變化的限制因子和影響因子，利用Collection Editor模塊生成適宜性圖集。

4)構(gòu)建 CA 濾波器。本文分別以2010年、2020年為起始年，選取 10×10 濾波器來(lái)定義元胞鄰域，結(jié)合2000—2010年、2010—2020年土地利用類型轉(zhuǎn)移概率矩陣及適宜性圖集，模擬出2020年和2030年土地利用空間格局。

5)模型精度檢驗(yàn)。利用 IDRISI 中的 CROSSTAB 工具計(jì)算 Kappa 指數(shù)，當(dāng) Kappa 值大于 0.75時(shí)，說(shuō)明模擬精度較好、空間一致性較高，各地類在數(shù)量上較為可靠[30]。

3 結(jié)果分析

3.1 南昌市土地利用分析

3.1.1 2000—2020年南昌市土地利用結(jié)構(gòu)變化特征 根據(jù)南昌市2000年、2010年及2020年3期Landsat TM遙感影像，通過(guò)ENVI5.1對(duì)影像進(jìn)行預(yù)處理及土地分類，利用Arcgis10.2對(duì)影像解譯，得到研究區(qū)2000—2020年土地利用面積(表1)。

表1 2000—2020年南昌市各地類土地利用面積及比例

結(jié)合表1及圖3可知2000—2020年耕地是南昌市的主要地類，其占比達(dá)50%以上。耕地、林地及其他地類的面積總體上呈減少趨勢(shì)。其中，耕地面積20 a減少了34 917.12 hm2，在整個(gè)地類中的面積占比減少了4.72%，主要原因是城市的擴(kuò)張使建設(shè)用地增加以及修建水庫(kù)占用大量耕地；林地面積在2000年、2010年和2020年占比分別為18.09%、17.95%和16.49%，其面積減少了11 856.60 hm2，林地面積減少主要?dú)w因于城市的擴(kuò)張及人們對(duì)林地的開(kāi)墾占用了大面積林地；其他地類面積由2000年的4 797.54 hm2減少到了2020年的1 780.29 hm2，占比由0.65%下降到0.63%，其他地類面積較少，在空間上零散分布。水域和建設(shè)用地總體上呈增加趨勢(shì)。水域面積由2000年的146 007.09 hm2增至2020年的155 059.47 hm2，占比增加了1.22%，其主要原因?yàn)樗蛐钏黾蛹皩?duì)流域的綜合治理；建設(shè)用地面積20 a增加了40 721.31 hm2，所占百分比增加了5.50%，建設(shè)用地面積的快速增加主要由于城市擴(kuò)建及人口搬遷。

3.1.2 2000—2020年南昌市土地利用轉(zhuǎn)移分析 由上一節(jié)可知，南昌市的土地利用類型在這20 a發(fā)生了很大的變化，但沒(méi)有揭示各地類之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，本節(jié)利用ArcGIS10.1軟件下的空間分析工具分別計(jì)算出2000—2010年、2010—2020年的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，定量說(shuō)明各景觀之間的流轉(zhuǎn)方向及空間過(guò)程，結(jié)果見(jiàn)表2、表3。

表2 2000—2010年土地利用面積轉(zhuǎn)移矩陣/hm2

表3 2010—2020年土地利用面積轉(zhuǎn)移矩陣/hm2

由表2和圖4(a)可知2000—2010年南昌市的土地利用轉(zhuǎn)換趨勢(shì)，建設(shè)用地以轉(zhuǎn)入為主，耕地、林地以轉(zhuǎn)出為主，水域和其他地類總面積變化較小。從地類之間的轉(zhuǎn)化方面來(lái)說(shuō)，耕地、林地是各地類轉(zhuǎn)化的主要來(lái)源，耕地向其他地類的轉(zhuǎn)化面積為9 476.19 hm2，減少的耕地主要流向了建設(shè)用地和水域，向建設(shè)用地轉(zhuǎn)化了8 813.70 hm2，占耕地轉(zhuǎn)化面積的93.01%。林地向其他地類的轉(zhuǎn)化面積達(dá)1 155.78 hm2，向建設(shè)用地轉(zhuǎn)化了1 119.69 hm2，占林地轉(zhuǎn)出面積的96.88%。建設(shè)用地的增加其主要原因?yàn)槌鞘薪?jīng)濟(jì)的發(fā)展使得城鎮(zhèn)向外擴(kuò)張。

表3為南昌市2010—2020年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣結(jié)果。2010—2020年各地類間轉(zhuǎn)移面積的變化程度相較于2000—2010年，得到了快速提高，但各土地類型的主要流轉(zhuǎn)方向與2000—2010年相同。耕地、林地、其他地類面積依然在減少，耕地面積減少了25 763.62 hm2，林地面積減少10 826.12 hm2；建設(shè)用地面積持續(xù)增加，為30 613.12 hm2。從土地利用類型相互轉(zhuǎn)化方面來(lái)看，2010—2020年間，流轉(zhuǎn)面積最多的是耕地，為50 307.48 hm2，主要流向了建設(shè)用地、林地、水域，其中耕地流向建設(shè)用地的面積最多為25 445.60 hm2，占建設(shè)用地凈流入面積的74.64%，其次是林地為13 007.13 hm2，占林地凈流入面積的89.69%，再次是水域?yàn)?3 007.13 hm2，占水域凈流入面積的59.66%。研究區(qū)耕地和林地面積的大量減少，建設(shè)用地和水域面積的增加，其原因主要?dú)w咎于近10 a南昌市的經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，城市擴(kuò)張需要占用大量土地，但同時(shí)，人們也加強(qiáng)了對(duì)流域的保護(hù)。

總之，2000—2020年，研究區(qū)轉(zhuǎn)出面積由大到小為耕地(59 783.67 hm2)、林地(26 484.82 hm2)、水域(11 334.54 hm2)、建設(shè)用地(3 831.10 hm2)、其他地類(3 442.04 hm2)；從20 a來(lái)景觀類型間的變化量看，研究區(qū)各地類面積變化量由大到小分別為建設(shè)用地(40 716.52 hm2)、耕地(-3 4922.74 hm2)、林地(-11 833.58 hm2)、水域(9 050.22 hm2)、其他地類(-3 010.42 hm2)，用ArcGIS制作出2000-2020年土地利用類型轉(zhuǎn)移變化圖(圖4)。

圖4 南昌市2000—2020年土地利用類型轉(zhuǎn)移變化

3.2 南昌市景觀格局變化分析

3.2.1 類型水平指數(shù)分析 2000—2020年南昌市類型水平格局指數(shù)見(jiàn)圖5。

從CA、PLAND 2個(gè)面積指標(biāo)分析，由圖5(a)、(b)可知各景觀類型的斑塊面積和斑塊百分比的發(fā)展趨勢(shì)是同步的。從空間維度看，耕地的斑塊面積和斑塊所占百分比最大，說(shuō)明耕地面積最大分布范圍最廣，其次是水域和林地，再次是建設(shè)用地，其他地類最低，表明耕地、水域、林地是研究區(qū)的主要景觀類型。在時(shí)間維度上，2000—2020年，耕地、林地、其他地類的斑塊面積和PLAND指數(shù)處于持續(xù)下降的態(tài)勢(shì)，耕地尤為明顯，反映了這3種景觀類型在研究區(qū)的范圍和所占比例開(kāi)始下降；水域和建設(shè)用地在這20 a持續(xù)增加，尤其是建設(shè)用地，說(shuō)明這2種景觀類型在研究區(qū)的范圍在擴(kuò)張，所占面積變大。

斑塊數(shù)量是指景觀中某類斑塊的總數(shù)。從圖5(c)知，南昌市各景觀類別的斑塊數(shù)量從大到小為水域、林地、耕地、建設(shè)用地、其他地類，說(shuō)明2000—2020年水域破碎程度最大，但其斑塊數(shù)量呈減少態(tài)勢(shì)，在一定程度上反映出南昌市水域向面狀發(fā)展；耕地的斑塊數(shù)量快速增加，說(shuō)明隨著城市化水平的提高，耕地的破碎化程度加快，耕地的連續(xù)性變差；林地和建設(shè)用地的斑塊數(shù)量都是先緩慢增長(zhǎng)后增加較快，說(shuō)明2000—2010年，南昌市的林地和建設(shè)用地呈團(tuán)聚狀分布，林地主要分布在西北部的梅嶺等海拔較高的區(qū)域，建設(shè)用地主要分布于市區(qū)，2010—2020年，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，

班塊類型面積 景觀類型可分比 斑塊數(shù)量

景觀形狀指數(shù) 散布與并列指數(shù) 聚集度

林地和建設(shè)用地的破碎化程度呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

景觀形狀指數(shù)反映景觀形狀的復(fù)雜程度。從圖3(d)可知，2000—2020年，林地的景觀形狀指數(shù)最大，表明林地的聚合度最低，形狀最復(fù)雜；其他地類LSI值最小，斑塊形狀最規(guī)則。耕地、林地、建設(shè)用地的景觀形狀指數(shù)先增后減，表明在前期由于受城市化的影響，斑塊的復(fù)雜程度和離散程度增加，后期景觀類型的形狀正趨向簡(jiǎn)單化、規(guī)則化。

散布與并列指數(shù)和聚集度是2個(gè)景觀聚散性指標(biāo)。從圖5(e)可看出，耕地和其他地類的IJI值最大，說(shuō)明這兩類景觀類型與其他景觀類型相鄰的概率較大；林地的散布與并列指數(shù)最小，說(shuō)明其聚集性不夠好，且容易受其他因素影響。從圖5(f)可知，5種景觀類型的聚集指數(shù)都在85%以上，且較為穩(wěn)定，說(shuō)明斑塊分布整體呈現(xiàn)集約化趨勢(shì)，其中，耕地、水域較大，說(shuō)明南昌市基本農(nóng)田水域保護(hù)較好。水域與建設(shè)用地的AI值持續(xù)增大，說(shuō)明這2種地類的面積在原有斑塊范圍內(nèi)擴(kuò)張，且逐漸融合相鄰的小斑塊，使得斑塊面積變大；耕地、林地、其他地類的聚集度指數(shù)呈下降趨勢(shì)，這表明與優(yōu)勢(shì)斑塊相鄰的小斑塊沒(méi)有被融合，說(shuō)明這3種地類的連通性和聚集性降低了。

3.2.2 景觀水平指數(shù)分析 南昌市2000—2020年景觀水平指數(shù)見(jiàn)表4。2000—2020年南昌市整體景觀格局變化較為穩(wěn)定。斑塊密度持續(xù)增大，由2000年的1.619增加到2020年的1.702 82，斑塊平均面積和面積加權(quán)平均形狀指數(shù)持續(xù)減小，說(shuō)明研究區(qū)的景觀破碎化程度加重，邊界形狀趨向規(guī)則化;最大斑塊指數(shù)先略微增加后減少，蔓延度指數(shù)從2000年的58.20 32下降到2020年的55.66 82，表明南昌市景觀的優(yōu)勢(shì)斑塊先呈聚集擴(kuò)展，后優(yōu)勢(shì)斑塊面積有所減少，景觀中的小斑塊增多，優(yōu)勢(shì)斑塊的連通性變差；香濃多樣性指數(shù)和香濃均勻度指數(shù)變化趨勢(shì)較為一致，均呈增大趨勢(shì)，說(shuō)明由于整個(gè)研究區(qū)受人類活動(dòng)的影響，景觀的異質(zhì)性增加，景觀類型朝多元化方向發(fā)展，各類斑塊類型在景觀中均勻分布。

表4 2000—2020年南昌市景觀級(jí)別指數(shù)

3.3 南昌市土地利用景觀格局演變模擬與預(yù)測(cè)

以南昌市2010年土地利用數(shù)據(jù)為初始年，利用IDRISI中的CA-Markov模塊模擬出南昌市2020年的土地利用數(shù)據(jù)(圖6(a))，最后利用CROSSTAB模塊計(jì)算其Kappa系數(shù)為0.874 5，模擬精度較高，MCE-CA-Markov模型的模擬效果較好。

3.3.1 土地利用演變模擬與預(yù)測(cè) 接下來(lái)以2020年為基礎(chǔ)年，結(jié)合Markov模塊生成的2010—2020年土地利用轉(zhuǎn)移面積矩陣，利用MCE模塊生成五大地類的土地利用適宜性圖集，將模擬循環(huán)次數(shù)設(shè)置為10，經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行得到南昌市2030年景觀格局?jǐn)?shù)據(jù)，在ArcGIS中制作得到南昌市2030年土地利用模擬圖(圖6(b))。

為了直觀分析南昌市2030年土地利用景觀格局的變化，利用ARCGIS10.2統(tǒng)計(jì)工具算得2030年研究區(qū)不同土地利用類型面積(表5)。

圖6 2020年和2030年土地利用模擬預(yù)測(cè)圖

表5 2030年南昌市土地利用預(yù)測(cè)

由表5可知，2020—2030年與2000—2020年各景觀面積變化趨勢(shì)相同，耕地和建設(shè)用地面積變化較明顯，在2030年建設(shè)用地面積將繼續(xù)呈大幅度增加趨勢(shì)，耕地面積有持續(xù)大量下降趨勢(shì)，耕地面積所占百分比由51.78%下降到46.08%，但其面積在五大地類中仍最大，所減少面積主要轉(zhuǎn)移為建設(shè)用地和水域，建設(shè)用地面積為118 857.6 hm2，面積與林地相近，所占百分比由10.54%上升到16.01%；林地、水域和其他地類的變化較小，林地和其他地類面積減少，水域面積增加。景觀格局的變化不僅受到局部地理環(huán)境及人類的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)影響，還受政府政策的影響，城市的發(fā)展要順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的趨勢(shì)，滿足人們生產(chǎn)生活的需要，且在經(jīng)濟(jì)新常態(tài)背景下，在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)還要保護(hù)生態(tài)環(huán)境 。

3.3.2 景觀格局演變模擬與預(yù)測(cè) 根據(jù)2030年南昌市土地模擬數(shù)據(jù)，利用Fragstates4.2統(tǒng)計(jì)出2030年的景觀格局指數(shù)(表6)可知，南昌市的斑塊密度、最大斑塊、蔓延度、香濃多樣性指數(shù)和香濃均勻度指數(shù)到2030年會(huì)進(jìn)一步增加，而平均斑塊面積和面積加權(quán)平均形狀指數(shù)則會(huì)繼續(xù)減少，說(shuō)明相較于2020年，到2030年研究區(qū)的景觀破碎化程度進(jìn)一步加重，景觀的邊界形狀更趨規(guī)則化，但由于受到人們社會(huì)活動(dòng)的影響，景觀的異質(zhì)性會(huì)繼續(xù)增加，景觀類型更趨多樣，各生態(tài)斑塊之間的面積均勻化程度越來(lái)越大；景觀中的優(yōu)勢(shì)斑塊會(huì)呈聚集擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，優(yōu)勢(shì)斑塊面積會(huì)增加且連通性會(huì)變好。

表6 2020年—2030年研究區(qū)景觀水平格局指數(shù)

4 結(jié)論與討論

本文根據(jù)2000—2020年南昌市3期土地利用數(shù)據(jù)，利用MCE-CA-Markov模型模擬出南昌市2020和2030年的土地利用情景，并對(duì)南昌市土地利用結(jié)構(gòu)、土地利用數(shù)量轉(zhuǎn)移、景觀格局演變進(jìn)行了分析，得到以下結(jié)論。

1)從土地利用結(jié)構(gòu)來(lái)看，2000—2020年南昌市土地利用動(dòng)態(tài)變化特點(diǎn)為耕地、林地、其他地類面積持續(xù)縮減，而建設(shè)用地和水域持續(xù)擴(kuò)張，耕地和水域一直是優(yōu)勢(shì)景觀類型。其中，面積變化量最大的是耕地和建設(shè)用地，20 a耕地面積減少了34 917.12 hm2，隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展及人口數(shù)量增長(zhǎng)迅速，建設(shè)用地面積急劇增加，約為40 721.31 hm2，所占面積比例增加了5.51%。

2)從土地利用數(shù)量轉(zhuǎn)移來(lái)看，20 a南昌市土地之間的面積轉(zhuǎn)移劇烈，發(fā)生變化的土地面積達(dá)104 876.19 hm2，約占土地總面積的14.18%，2000—2010年與2010—2020年的變化量分別為11 733.84 hm2和93 142.35 hm2，后10 a比前10 a變化更明顯；耕地流失最明顯，主要流向建設(shè)用地、林地和水域；林地、水域和其他地類也有轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌坝^，主要分別為林地和水域轉(zhuǎn)出為耕地、其他地類轉(zhuǎn)出為水域。

3)景觀類型水平上，2000—2020年間，水域的破碎化程度最深，除耕地外，其他4類景觀的破碎化程度都在加??；林地的斑塊形狀最復(fù)雜，其他地類最簡(jiǎn)單，耕地、林地、建設(shè)用地在前期斑塊的復(fù)雜程度和離散程度增加，后期趨向簡(jiǎn)單化、規(guī)則化；耕地和其他地類聚集性較好，不容易受其他因素影響；5種景觀類型的斑塊分布較為穩(wěn)定，整體呈現(xiàn)集約化趨勢(shì)。從景觀水平上看，由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及人類活動(dòng)的干擾，斑塊連通性變?nèi)?，景觀異質(zhì)性增強(qiáng)。

4)利用已檢驗(yàn)的MCE-CA-Markov模型模擬南昌市2020年和2030年的土地利用景觀格局演變，從模擬的結(jié)果看，2030年研究區(qū)的耕地面積將持續(xù)大面積減少，林地面積減少明顯，水域和建設(shè)用地面積有明顯增加，其他地類面積也在不斷減少。社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展是區(qū)域土地利用景觀格局動(dòng)態(tài)演變的主要原因，但同時(shí)人們也加強(qiáng)了對(duì)流域的保護(hù)，基于本次預(yù)測(cè)所得結(jié)果，在未來(lái)，南昌市應(yīng)繼續(xù)協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)二者間的關(guān)系。