孫貴艷，王傳勝 (1.重慶社會科學(xué)院生態(tài)與環(huán)境資源研究所，重慶 400020；2.重慶社會科學(xué)院生態(tài)安全與綠色發(fā)展研究中心，重慶 400020；.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101)

土地利用變化是人類與自然相互作用的結(jié)果，是生態(tài)要素時空格局分析中的重要環(huán)節(jié)，是全球變化研究的熱點問題。隨著土地利用研究的深入，基于土地利用的景觀指數(shù)成為土地利用研究的重要方法，也逐漸由土地利用的數(shù)量、結(jié)構(gòu)、時空變化延伸至景觀穩(wěn)定性變化等方面，其中土地利用景觀格局變化及其影響因素成為研究的焦點。目前國內(nèi)外學(xué)者主要利用土地利用動態(tài)度、轉(zhuǎn)移矩陣來分析土地利用的時空變化，運用斑塊類型水平、景觀水平的各項指數(shù)研究土地利用景觀格局變化。對于土地利用景觀格局變化，總結(jié)國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，土地利用景觀格局變化驅(qū)動因素已成為研究的重點。土地利用景觀格局變化主要受氣候、地理位置等自然因素，以及人口、經(jīng)濟、技術(shù)和政策等社會經(jīng)濟因素的影響，且在較長時間尺度上是受自然因素和人為因素共同作用，在短時間尺度上主要受人為因素的影響。

成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈作為繼京津冀、長三角和粵港澳大灣區(qū)之后的第4個國家級經(jīng)濟圈，地形條件復(fù)雜，生態(tài)環(huán)境脆弱，特別是西部大開發(fā)后經(jīng)濟快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進程的不斷推進，以及退耕還林(草)等政策的實施，人類活動對自然環(huán)境的干擾不斷增強，必然導(dǎo)致該地區(qū)土地利用與景觀格局發(fā)生變化。鑒于此，該研究以成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈為研究對象，運用LUCC和景觀生態(tài)指數(shù)，以GIS技術(shù)手段為支撐，從土地利用變化速度、轉(zhuǎn)移方向、景觀格局指數(shù)和影響因素等研究成渝地區(qū)土地利用變化過程和景觀格局變化規(guī)律，以期為成渝兩地制定土地可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護相關(guān)政策提供參考。

1 資料與方法

2020年1月中央財經(jīng)委員會第六次會議提出，大力推動成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈建設(shè)。考慮到地區(qū)發(fā)展條件差異、地理差距等，在此確定成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈的范圍為四川省除阿壩藏族羌族自治州、馬爾康市甘孜藏族自治州、康定市涼山彝族自治州和攀枝花市以外各地市，以及重慶市全域，具體包括成都、自貢、瀘州、德陽、廣元、綿陽、遂寧、內(nèi)江、樂山、南充、眉山、宜賓、廣安、達州、巴中、雅安、資陽共17個市，以及重慶市全部38個區(qū)(縣)，總面積26.37萬km。2019年，成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈常住人口達10 670.6人，占全國總?cè)丝诘?.62%；地區(qū)生產(chǎn)總值達66 756.59億元，占國內(nèi)生產(chǎn)總值的6.74%。成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈地處四川盆地、長江上游，地貌類型多樣，以丘陵為主，具有優(yōu)越的地理位置、資源稟賦，經(jīng)濟社會快速發(fā)展的良好條件，但也面臨城鄉(xiāng)建設(shè)用地的快速擴張、耕地的不斷流失，生態(tài)用地被大量擠占等問題。

成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈土地利用數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心，是2000、2010、2018年的空間分辨率為30 m、綜合精度達95%以上的土地利用土地覆被遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)，其把土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用土地6類。成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈經(jīng)濟社會發(fā)展相關(guān)數(shù)據(jù)主要來源于《重慶統(tǒng)計年鑒》(2011—2019年)、《四川統(tǒng)計年鑒》(2011—2019年)以及2020年重慶、四川各地級市的統(tǒng)計公報。

土地利用數(shù)量變化。運用ArcGIS 10.2對成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈2000、2010、2018年的土地利用數(shù)據(jù)，經(jīng)空間分析和統(tǒng)計計算得到不同土地利用類型的面積和構(gòu)成。利用單一土地利用動態(tài)度()來研究一定時間內(nèi)某一類土地利用的面積變化快慢，表達式如下：

(1)

式中，為單一土地利用動態(tài)度；、分別為研究時段內(nèi)初期、末期的某一類土地利用的面積；為研究時段。

利用綜合土地利用動態(tài)度(LC)來研究一定時間內(nèi)整體景觀的變化情況，表達式如下：

(2)

式中，LU為研究時段內(nèi)初期第類土地利用的面積；ΔLU-為研究時期內(nèi)第類土地利用轉(zhuǎn)為其他類型土地利用的面積。

土地利用轉(zhuǎn)化方向。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣主要是用來研究不同時期不同土地利用類型之間相互轉(zhuǎn)化數(shù)量與方向，具體公式如下：

(3)

式中，為研究時段內(nèi)第類土地利用向第類土地利用轉(zhuǎn)化的面積，為前一時期的土地利用類型，為后一時期的土地利用類型；為土地利用類型的數(shù)量。

景觀格局的量化。景觀指數(shù)高度集合了景觀格局信息，可有效描述景觀格局及其變化，分析土地利用格局與景觀過程之間的緊密聯(lián)系。為了實現(xiàn)對景觀格局較為全面的分析，在類型水平和景觀水平上共選取了9個指標，其中類型水平上包括斑塊數(shù)量(NP)、斑塊密度(PD)、邊緣密度(ED)、聚集度指數(shù)(COHESION)；景觀層級指數(shù)包括斑塊數(shù)量(NP)、景觀形狀指數(shù)(LSI)、蔓延度指數(shù)(CONTAG)、香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)、香農(nóng)均勻度指數(shù)(SHEI)、聚集度(AI)。利用Fragstats 4.2軟件對2000、2010、2018年成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈的土地利用數(shù)據(jù)進行景觀指數(shù)的計算。

2 結(jié)果與分析

土地利用結(jié)構(gòu)變化。成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈2000、2010、2018年土地利用狀況如表1所示?？偟膩碚f，2000—2018年各土地利用面積占比從大到小依次為耕地>林地>草地>建設(shè)用地>水域>未利用土地，其中耕地、林地面積分別占52%以上、32%以上，是優(yōu)勢地類。從土地利用變化來看，2000—2018年成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈土地利用類型中耕地、草地的面積在逐漸減少，減少量分別為4 034.22、4 960.01 km，面積占比分別從54.10%、11.06%下降至52.60%、9.22%。隨著城市不斷擴展，國土綠色工程、三峽工程等的實施，林地、水域、建設(shè)用地的面積在逐漸增加，增加量分別為達3 924.69、636.65、4 326.30 km，面積占比分別從32.34%、1.20%、1.20%增加至33.81%、1.44%、2.81%。

通過測算，2000—2010、2010—2018年的綜合土地利用動態(tài)度分別為0.28%、0.64%，其中2010—2018年變化速率較快。從單一土地利用動態(tài)度來看，建設(shè)用地在2000—2010、2010—2018年的增加速率較快，其動態(tài)度分別達到6.69%、5.09%。

土地利用轉(zhuǎn)化過程。從成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈2000—2010年土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣(表2)可以看出，2000—2010年耕地是成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈土地利用的主要轉(zhuǎn)出類型，其次是草地、林地。受退耕還林(草)工程、天然林保護工程、公益林建設(shè)和自然保護區(qū)建設(shè)等實施的影響，成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈耕地面積減少中的61.85%轉(zhuǎn)化為林地、草地。林地是成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈土地利用的主要轉(zhuǎn)入類型，其次是耕地、建設(shè)用地，其中林地增加面積的51.59%、47.45%是分別來源于草地、耕地；耕地增加面積的64.19%、31.64%是分別來源于林地、草地，且隨著土地整治項目的實施，114.70 km的建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為耕地。此外，隨成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進程的不斷加快，建設(shè)用地明顯擴張且侵占耕地，導(dǎo)致由耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地的占建設(shè)用地增加總面積的89.64%。

表1 2000、2010、2018年土地利用類型組成、動態(tài)度Table 1 Composition and dynamic degree of land use types in 2000，2010 and 2018

表2 2000—2010年土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣Table 2 Land use type transition matrix from 2000 to 2010 km2

從表3可以看出，2010—2018年成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈土地利用變化情況與2000—2010年的類似。耕地仍然是成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈土地利用的主要轉(zhuǎn)出類型。隨著新一輪退耕還林(草)工程的實施，耕地面積減少中的73.26%轉(zhuǎn)為林地、草地。同時，這一時段耕地成為成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈土地利用的主要轉(zhuǎn)入類型，來源于林地、草地的比例分別達到66.23%、22.24%。耕地仍然是建設(shè)用地的主要來源，其占建設(shè)用地增加總面積的比例達88.72%。除此之外，其他土地利用方式在2個時間段內(nèi)也有不同程度的轉(zhuǎn)化。

表3 2010—2018年土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣 Table 3 Land use type transition matrix from 2010 to 2018 km2

斑塊類型水平上的分析。2000—2018年耕地、林地的斑塊數(shù)量(NP)、斑塊密度(PD)的數(shù)值較高，表明耕地、林地受人為干擾較為嚴重，破碎化程度相對較高。其中耕地的NP、PD起伏較大，呈現(xiàn)先下降后上升的變化趨勢，表明耕地的破碎化程度呈現(xiàn)先降低后增加。林地、草地、水域、建設(shè)用地的NP、PD總體均呈現(xiàn)上升的變化趨勢，表明人類活動干擾程度增強，林地、草地、水域、建設(shè)用地的破碎化程度在加劇。

從聚集度指數(shù)(COHESION)來看，成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈各類土地利用類型的COHESION均較高，景觀連通度較好。其中耕地、林地、建設(shè)用地的COHESION呈穩(wěn)步增加態(tài)勢，水域COHESION呈先上升后下降的變化趨勢，斑塊間整體上更加連通；而草地的COHESION呈穩(wěn)步降低態(tài)勢，未利用土地的COHESION呈先下降后上升的變化趨勢，斑塊間的連通度整體上有所降低。從邊緣密度(ED)來看，耕地、林地的形狀較為復(fù)雜，而水域、建設(shè)用地、未利用土地的形狀較為簡單。其中耕地的ED呈先下降后上升的趨勢，大體來說耕地的斑塊形狀趨于復(fù)雜；林地、水域、建設(shè)用地、未利用土地的ED均在逐漸上升，說明它們的斑塊形狀變得更為復(fù)雜；草地的ED在逐漸下降，斑塊形狀變得更為簡單。

表4 2000—2018年不同土地利用類型的景觀指數(shù)Table 4 Landscape indices of different land use types from 2000 to 2018

景觀水平上的分析。從表5可以看出，2000—2018年成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈的斑塊數(shù)量(NP)呈先下降后上升的態(tài)勢，前后相差不大，表明景觀破碎度總體上呈加劇態(tài)勢，但變化不明顯；景觀形狀指數(shù)(LSI)呈逐漸上升態(tài)勢，景觀形狀日趨復(fù)雜；蔓延度指數(shù)(CONTAG)和聚集度(AI)呈下降趨勢，同類土地利用的空間聚集程度越來越低，空間分布更加分散，而不同土地利用類型之間相互融合的越來越多；香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)、香農(nóng)均勻度指數(shù)(SHEI)呈逐漸上升趨勢，景觀的異質(zhì)性在逐漸提高，景觀類型不斷向均衡和多樣化的方向發(fā)展，這有利于成渝地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

表5 2000、2010、2018年的景觀格局狀況Table 5 Landscape pattern in 2000，2010 and 2018

政策影響。國家、地方等不同層級的經(jīng)濟、土地、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、水利等政策會影響區(qū)域土地利用景觀格局的狀態(tài)，對區(qū)域土地利用景觀格局變化起強制性作用。如按照國家的政策要求，成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈各市(區(qū))縣陸續(xù)實施了國土綠化提升行動，開展了天然林保護、退耕還林(草)、國家儲備林、長江中上游防護林、長江上游消落帶生態(tài)修復(fù)治理、濕地保護與恢復(fù)、土地整治等一系列工程，逐步促進耕地、林地、草地、水域等各類土地利用類型的相互轉(zhuǎn)化，成為整個景觀生態(tài)格局的重要影響因素。如重慶市、成都市相繼被納入全國統(tǒng)籌城鄉(xiāng)綜合配套改革試驗區(qū)，加速推進成渝地區(qū)城鎮(zhèn)化進程，導(dǎo)致建設(shè)用地面積不斷擴大等；三峽工程修建完成及水庫蓄水以后，庫區(qū)部分城鎮(zhèn)建設(shè)用地因淹水轉(zhuǎn)變?yōu)樗?，而庫區(qū)移民遷移引起新的農(nóng)田開墾與建設(shè)用地需求，導(dǎo)致水域面積增加，耕地、林地與草地相互間的轉(zhuǎn)化及向建設(shè)用地轉(zhuǎn)化。

規(guī)劃影響。成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈各地區(qū)制定了不同級別不同類型的規(guī)劃，如五年規(guī)劃/計劃、城市規(guī)劃、土地利用總體規(guī)劃、《成渝城市群發(fā)展規(guī)劃》以及省、市、縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)規(guī)劃等，可能會引起不同地區(qū)的發(fā)展重點、發(fā)展方向存在差異，從而影響土地利用結(jié)構(gòu)和布局，進而導(dǎo)致整體景觀發(fā)生改變。如城市規(guī)劃會對城市建設(shè)、城市擴張起到較好的引導(dǎo)和促進作用。再比如土地利用總體規(guī)劃是統(tǒng)籌城鄉(xiāng)用地布局、實施土地用途管制制度和最嚴格耕地保護制度的綱領(lǐng)性文件，通過對具體地塊數(shù)量、空間布局、時序安排等的管控，可以有效管控城市土地擴張強度。

社會經(jīng)濟影響。人口增長、經(jīng)濟發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化等社會經(jīng)濟因素是影響土地利用景觀格局變化的另一主要因素。考慮到數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性和可操作性，對2010—2018年成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈的常住人口統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，已由2010年的10 152.62萬人穩(wěn)步增加至2019年的10 670.62萬人，年均增長率為0.57%；城鎮(zhèn)化率也由2010年的45.08%逐漸上升至2019年的58.57%(圖1)。人口的不斷增長勢必需要新的承載空間，增加糧食和資源需求，尤其是城鎮(zhèn)化水平的提高，勢必增大對建設(shè)用地的需求，推動建成區(qū)的擴張，不可避免地導(dǎo)致草地、林地逐漸被建設(shè)用地所侵占或被開墾為農(nóng)田。同時，成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈的地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)不斷持續(xù)增長，由2010年的23 747.80億元增至2019年的66 756.59億元，人均地區(qū)生產(chǎn)總值也由23 390.81元上升至62 561.12元(圖2)，三次產(chǎn)業(yè)的比重也由12.00∶48.51∶39.49變?yōu)?.64∶38.29∶53.07。經(jīng)濟的快速發(fā)展、居民收入的不斷提高以及產(chǎn)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的調(diào)整，居民對居住環(huán)境、生活品質(zhì)的要求更高，必然帶來土地利用結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化以及建設(shè)用地的擴展，進一步提升耕地的轉(zhuǎn)化速度。

圖1 2010—2019年成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈的常住人口與城鎮(zhèn)化率Fig.1 The permanent population and urbanization rate of the Chengdu-Chongqing Economic Circle from 2010 to 2019

圖2 2010—2019年成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈的GDP和人均GDPFig.2 The GDP and per capita GDP of the Chengdu-Chongqing economic circle from 2010 to 2019

自然條件影響。氣候是自然因素中影響區(qū)域土地發(fā)生變化的主要因素，對土地利用格局變化也具有較強的制約作用，而氣溫、降水又是氣候因素中的主要影響因子，通過限制植物種類及空間分布、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)數(shù)量與質(zhì)量的重要因子，進而影響到土地利用的方式。成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈地處中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，受到環(huán)繞山地地形影響，內(nèi)部熱量不易擴散，其溫度、降雨量高于常規(guī)同緯度同氣候帶地區(qū)，特別是在全球氣候變化背景下，成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈暖冬、伏旱現(xiàn)象變得更為突出，暖濕的氣候促使轄區(qū)內(nèi)不同類型植被的生長，使林地和草地面積增加，加之人類活動影響，林地、草地與其他土地利用類型之間的快速轉(zhuǎn)換，景觀生態(tài)特征也隨之改變。

3 結(jié)論

(1)從土地利用類型及其變化來看，成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈的優(yōu)勢土地利用類型是耕地、林地。2000—2018年耕地、草地逐漸在減少，林地、水域、建設(shè)用地則在逐漸增加；耕地、林地、草地之間的轉(zhuǎn)移趨勢較為顯著；耕地一直是土地利用的主要轉(zhuǎn)出類型，林地則是土地利用的主要轉(zhuǎn)入類型，其中耕地是建設(shè)用地面積增加的主要來源；建設(shè)用地的增加速率較快，且2010—2018年土地利用變化較為明顯。

(2)從斑塊類型水平上分析，耕地、林地的破碎化程度較高，且除耕地的破碎化程度是先下降后增加外，林地、草地、水域、建設(shè)用地的破碎化程度均在加劇。所有土地利用類型的景觀連通度較好，且耕地、林地、建設(shè)用地、水域的景觀連通度有所提高，草地、未利用土地的連通度有所降低。耕地、林地的形狀復(fù)雜程度較高，除草地、未利用土地以外，耕地、林地、水域、建設(shè)用地的形狀則變得更為復(fù)雜。從景觀水平上分析，成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈景觀向更破碎化方向發(fā)展，但變化幅度較小，景觀形狀變得更復(fù)雜，同類土地利用的空間分布趨于分散，不同類型的土地利用融合程度更高，景觀類型分布趨勢呈均衡化，土地利用的豐富度也在增強。

(3)從土地利用景觀格局變化的驅(qū)動因素來看，政策的實施、各級各項規(guī)劃的引導(dǎo)、社會經(jīng)濟發(fā)展以及自然條件的改變都是成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈土地利用景觀格局變化的主要影響因素。