浙中城市群土地利用格局時空演變特征與生態(tài)風(fēng)險評價

石小偉 馮廣京 YI Yang 鄒逸江 葛浩然 蘇培添

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，哈爾濱150030;2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)土地經(jīng)濟(jì)與自然資源管理研究中心，哈爾濱150030;3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)公共管理與法學(xué)院，哈爾濱150030;4.東京大學(xué)大學(xué)院工學(xué)系，東京113-8656;5.寧波大學(xué)地理與空間信息技術(shù)系，寧波315211;6.寧波大學(xué)商學(xué)院，寧波315211;7.浙江農(nóng)林大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，杭州311300)

0 引言

浙中城市群是浙江省在浙西南地區(qū)重點(diǎn)培育的城市群。作為浙江省新興城市群區(qū)域，其土地利用/覆被表現(xiàn)出顯著的變化特征［1］。為了進(jìn)一步保障其作為浙江省的“綠心”地位和浙西南地區(qū)的生態(tài)屏障作用，亟待對浙中城市群土地利用/覆被變化進(jìn)行科學(xué)診斷和研判［2-3］。

國內(nèi)學(xué)者關(guān)于土地利用/覆蓋變化的研究主要集中在區(qū)域土地利用的時空演變特征［4-9］、土地資源配置效率［10-13］、人地關(guān)系與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、區(qū)域“三生空間［9-14］”(即生產(chǎn)、生態(tài)、生活空間)功能之間的協(xié)調(diào)［14］、耕地質(zhì)量等級評析［15］與區(qū)域人口增長承載力關(guān)系之間的耦合［16］、區(qū)域土地利用景觀格局的驅(qū)動力［17］等方面。在城市的生態(tài)風(fēng)險結(jié)構(gòu)方面，劉勇等［18］對基于土地利用變化的太原市土地生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行評價研究。在城市群的生態(tài)空間演變方面，傅麗華等［19］對長株潭城市群核心區(qū)的土地利用進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險評價，并研究了長株潭城市群的空間演變特征。在城市群經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)方面［20］，王靜敏等［9］對浙中城市群發(fā)育程度進(jìn)行評估，并對內(nèi)在經(jīng)濟(jì)聯(lián)系進(jìn)行了判研。在生態(tài)風(fēng)險評估研究方面，王常穎等［21］采用相對風(fēng)險模型計算各研究單元的風(fēng)險等級，并對基于景觀格局的海島開發(fā)潛在生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行評價;臧淑英等［22］根據(jù)景觀生態(tài)學(xué)理論引入景觀生態(tài)風(fēng)險評價模型，對大慶市景觀生態(tài)風(fēng)險時空分布特征及空間關(guān)聯(lián)格局進(jìn)行評價。在土地利用的景觀格局研究方面，許妍等［23］對基于土地利用動態(tài)變化的太湖地區(qū)景觀生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行評價，并對生態(tài)屏障區(qū)的土地利用轉(zhuǎn)移與景觀格局時空分布特征與變化特點(diǎn)進(jìn)行研究;林揚(yáng)碧等［24］對區(qū)域景觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行評價方法與案例研究，并對其景觀格局變化及其驅(qū)動力進(jìn)行了分析。

國外學(xué)者主要從土地利用的多功能性［25］、土地利用/覆蓋變化與生態(tài)和景觀理論［26］、土地覆蓋多重性耦合分析，以及土地利用的多功能作用與人類社會可持續(xù)發(fā)展的耦合關(guān)系等方面對土地利用/覆蓋變化進(jìn)行了大量研究。BIRO 等［25］利用Landsat和ASTER 數(shù)據(jù)分析了1989—2009 年期間蘇丹東部加達(dá)里夫地區(qū)因高密集度旱地耕作而導(dǎo)致的土地利用/覆蓋變化(LUCC)對土壤物理和化學(xué)性質(zhì)的顯著影響;ARAYA 等［26］采用CA-Markov 模型模擬預(yù)測葡萄牙塞圖巴爾和塞西布拉斯地區(qū)2020 年的土地利用對城市密集擴(kuò)張和城市土地利用增長的趨勢;LUCA 等［27］利用Worldview1 和Worldview2 高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)繪制了馬爾代夫群島第一幅土地利用變化圖譜，為當(dāng)?shù)氐纳直Ｗo(hù)和城市規(guī)劃作出重要貢獻(xiàn);ROBINSON［28］探討了美國密歇根州東南部3 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土地利用覆蓋數(shù)量分布和景觀破碎程度情況;THENKABAIL 等［29］利用多期MODIS 數(shù)據(jù)分析了印度河和恒河流域的土地利用覆蓋情況，并繪制了流域內(nèi)農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)的土地利用現(xiàn)狀圖。

前人對土地利用的景觀格局進(jìn)行了大量科學(xué)實(shí)證研究，但是對于發(fā)育初、中期的東南沿海城市群土地利用景觀格局時空演變特征及生態(tài)風(fēng)險研究不足。目前，利用景觀格局分析浙中城市群的評價研究主要聚焦在3 方面:浙中城市群的地理信息數(shù)據(jù)庫平臺建設(shè)和地理信息系統(tǒng)分析;浙中城市群經(jīng)濟(jì)社會發(fā)育態(tài)勢耦合和發(fā)育程度評估，以及構(gòu)建多指數(shù)評價模型對其發(fā)育程度的評估;以人均GDP、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等為內(nèi)生變量指標(biāo)，解析浙中城市群縣域經(jīng)濟(jì)差異格局。已有研究結(jié)果不足以支持發(fā)育中期的浙中城市群在土地利用時空演變的作用機(jī)理和生態(tài)風(fēng)險轉(zhuǎn)移路徑方面的最新研究，且缺乏基于地理差異和空間關(guān)聯(lián)視角對發(fā)育中期城市群的土地類型轉(zhuǎn)移及其生態(tài)風(fēng)險轉(zhuǎn)移評價。

本研究以浙中城市群為例，探究城市發(fā)育中期的土地利用景觀格局時空演變特征、景觀類型轉(zhuǎn)移機(jī)制及生態(tài)風(fēng)險評價，借助浙中城市群5 期遙感數(shù)據(jù)，按土地利用類型，分區(qū)域進(jìn)行定量定性分析，全面揭示浙中城市群的用地結(jié)構(gòu)特征和用地景觀格局生態(tài)風(fēng)險，以優(yōu)化東南沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的內(nèi)陸城市群組發(fā)育中期的土地利用結(jié)構(gòu)，保證沿海省份的生態(tài)安全，促進(jìn)東南沿海地區(qū)的土地利用和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源及數(shù)據(jù)處理

遙感數(shù)據(jù)選取研究區(qū)1996、2001、2006 年的Landsat5-TM 遙感影像和2011、2016 年的Landsat8-OLI遙感影像，共獲得5 景數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院遙感衛(wèi)星地面接收站，云覆蓋率低于5%，每景遙感數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)長寬為180 km ×180 km，遙感數(shù)據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS-1984，TM 數(shù)據(jù)和OLI 數(shù)據(jù)的影像分辨率均為30 m，如表1 所示。本研究以多時相遙感影像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，輔以查閱的浙中城市群土地利用/覆被變化統(tǒng)計年鑒資料，以RS、GIS 為技術(shù)支撐研究浙中城市群土地利用景觀格局的時空變化及生態(tài)風(fēng)險評價。遙感影像類別分為8 個一級地類系統(tǒng):耕地、林地、水域及水利設(shè)施用地、建設(shè)用地、草地、園地、特殊用地、未利用地等，經(jīng)機(jī)器解譯、人機(jī)交互解譯及人工校正后，借助ENVI 5.3 軟件中的遙感圖像自動裝飾識別地類功能識別出遙感影像;進(jìn)一步通過混淆矩陣法表量機(jī)器解譯和人工解譯結(jié)果。2016年的解譯精度最高，為90.84%;1996、2001、2006、2011 年的解譯精度分別為89.57%、87.94%、87.21%和87.65%(實(shí)際操作中的遙感影像精度大于85%，即可滿足中等尺度的LUCC 景觀格局研究)，這5 期遙感影像解譯精度適用于浙中城市群的土地利用景觀分類。因此解譯精度的結(jié)果滿足浙中城市群土地利用/覆蓋變化監(jiān)測的研究要求，最后利用ENVI 5.3 自帶的地統(tǒng)計學(xué)計算模型與空間統(tǒng)計學(xué)分類分析功能標(biāo)量3 年各種土地利用/覆蓋變化的景觀生態(tài)面積轉(zhuǎn)移占比。

表1 遙感影像數(shù)據(jù)Tab.1 Remote sensing image data

基于LUCC 對研究區(qū)的遙感地物影像分類是本研究最為關(guān)鍵的基礎(chǔ)工作之一。在遙感地物影像分類時不僅要考慮影像信息提取精度、目標(biāo)地物類別、目標(biāo)地物的面積估算、各種地類邊界識別等，還要考慮研究目的、數(shù)據(jù)源選擇、研究尺度等多目標(biāo)綜合性最優(yōu)化。本研究釆用的是我國土地利用現(xiàn)狀分類體系《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T 21010—2007)分類標(biāo)準(zhǔn)，充分保證分類原則的客觀性;并將研究區(qū)的遙感地物影像分成8 個一級類型系統(tǒng)(鑒于浙中城市群中金華市的浦江縣、衢州的龍游縣、麗水的縉云縣有相當(dāng)面積的果園和茶園，故增加園地為單獨(dú)一類。園地采用狹義園地的地類概念，并且園地地類的解譯是在對林地解譯完成的基礎(chǔ)上，結(jié)合Google Earth 軟件的地球觀測模式再次解譯，并且對有爭議的解譯地類采取了實(shí)地考查方法)，分類結(jié)果詳見表2。

表2 研究區(qū)域遙感分類系統(tǒng)以及解譯手段類別Tab.2 Category of regional remote sensing classification system and means of interpretation

1.2 研究區(qū)概況

浙中城市群、杭州灣城市群、溫臺城市群是浙江省三大城市群。其中浙中城市群屬于唯一沒有出海港口的城市群。浙中城市群包括2 個縣級區(qū)(即金華市轄的婺城區(qū)、金東區(qū))、5 個縣(金華市轄的武義縣、浦江縣、磐安縣，衢州市轄的龍游縣，麗水市轄的縉云縣)、5 個縣級市(金華市轄的蘭溪、義烏、東陽、永康4 個縣級市和紹興市轄的諸暨市)(圖1)，行政總面積達(dá)1.36 萬km2，人口規(guī)模達(dá)610 萬左右。浙中城市群內(nèi)的地形地貌主要為丘陵盆地和沖積平原，城市多位于盆地底部的沖積平原，地勢低平。浙中城市群是浙江省重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)和自然保護(hù)區(qū)，是浙江省生態(tài)安全屏障的重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域;21 年來浙中城市群在工業(yè)化和城市化快速推進(jìn)中，其土地利用結(jié)構(gòu)和景觀格局發(fā)生較大變化，人類活動加大對土地資源的開發(fā)加重了土地利用的生態(tài)風(fēng)險程度。

圖1 浙中城市群地理位置示意圖Fig.1 Schematic of geographical position of central Zhejiang Province cluster's cities

1.3 研究方法

1.3.1 景觀類型轉(zhuǎn)入/轉(zhuǎn)出模型

景觀類型轉(zhuǎn)移模型描述不同景觀類型自身變化情況，包括景觀類型轉(zhuǎn)入率和景觀類型轉(zhuǎn)出率;充分考慮浙中城市群景觀之間的轉(zhuǎn)移作用信息，對比各個景觀類型的轉(zhuǎn)入和轉(zhuǎn)出的空間格局和數(shù)量特征。

景觀類型轉(zhuǎn)入率模型為

景觀類型轉(zhuǎn)出率模型為

式中 Lij——第i 類景觀類型向第j 類景觀類型轉(zhuǎn)

移發(fā)生的比例，即景觀類型轉(zhuǎn)出率

Lji——第j 類景觀類型向第i 類景觀類型轉(zhuǎn)移發(fā)生的比例，即景觀類型轉(zhuǎn)入率

Sij——第i 類景觀類型向第j 類景觀類型轉(zhuǎn)移的面積

Sji——第j 類景觀類型向第i 類景觀類型轉(zhuǎn)移的面積

St——景觀類型的轉(zhuǎn)移總面積

1.3.2 景觀格局水平分析法

浙中城市群的景觀“二元”結(jié)構(gòu)特征顯著，土地利用的景觀因子對常規(guī)模型不敏感，考慮到高精度遙感數(shù)據(jù)對浙中城市群景觀格局水平模擬的重要性，故選擇以下模型進(jìn)行計量研究。

面積加權(quán)平均斑塊形狀指數(shù)(AWMSI)計算公式為

式中 m、n——斑塊類型總數(shù)量

Pij——景觀斑塊的周長

A——景觀斑塊的總面積

aij——斑塊面積

當(dāng)景觀中所有的斑塊為正方形時，AWMSI 為1，AWMSI 隨形狀不規(guī)則性增加而增加。

聚集度(CONT)的計算公式為

聚集度通常度量同一類型斑塊的聚集程度，取值在0 ～100 之間。其取值還受到類型總數(shù)和均勻度的影響。如果一個景觀是由許多離散的小斑塊組成，聚集度比較小，否則聚集度比較大，與多樣性、均勻度不同，聚集度明確考慮斑塊類型之間的相鄰關(guān)系。

最大斑塊指數(shù)(LPI)計算公式為

式中 ai——第i 個景觀的面積

LPI 反映了景觀中最大斑塊面積占的比重。

景觀形狀指數(shù)(LSI)的計算公式為

香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)計算公式為

式中 pi——景觀類型i 所占面積的比例SHDI 反映了描述大小、形狀、屬性不一的景觀空間單元(斑塊)在空間上的分布與組合規(guī)律，包括景觀組成單元的類型、數(shù)量及空間分布與配置，當(dāng)景觀中只有一種類型的斑塊時SHDI 為0，當(dāng)斑塊類型增加或者各類型斑塊所占比例趨于相近時，SHDI 也相應(yīng)增大。

香農(nóng)均勻度指數(shù)(SHEI)計算公式為

式中 pK——景觀斑塊類型K 在整個景觀中所占面積的比重

H——多樣性指數(shù)

Hmax——多樣性指數(shù)中的最大值

m′——景觀中最大可能的景觀斑塊類型數(shù)量香農(nóng)均勻度指數(shù)反映景觀中各斑塊在面積分布上的不均勻程度，以多樣性指數(shù)與其最大值的比來表示。

此外，邊緣密度(ED)、平均斑塊面積(AREA_MN)、斑塊數(shù)目(NP)、斑塊密度(PD)、蔓延度指數(shù)(CONTAG)、散布與并列指數(shù)(IJI)、面積加權(quán)分維度(FRAC_AM)，景觀分離度指數(shù)(DIVISION)數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用已非常成熟，其數(shù)學(xué)模型詳見文獻(xiàn)［22］。

2 結(jié)果與分析

2.1 研究區(qū)土地利用總體變化特征

從總體變化分析來看(表3，表中P 為初始轉(zhuǎn)出率，Q 為期末轉(zhuǎn)入率)，1996—2016 年浙中城市群的未利用地類型在8 種土地利用類型中轉(zhuǎn)移率最高，達(dá)到48.80%，主要是轉(zhuǎn)出轉(zhuǎn)移模式。其中72.53%轉(zhuǎn)為林地，具體為毛竹林用地類型居多，自然原因方面是浙江省的低山丘陵地形和亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)等自然條件非常適合當(dāng)?shù)孛竦戎参锷L，人為原因主要是金華市、衢州市、麗水市、紹興市最近20 年的保護(hù)林地資源政策以及金華市“創(chuàng)建國家級森林城市”項目的落實(shí)實(shí)施。從總體轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)移模式來看，轉(zhuǎn)化來源51.93%來自于草地，37.44%來自于其他植被類型林地。建設(shè)用地利用類型轉(zhuǎn)入面積增長較大，通過轉(zhuǎn)置矩陣分析看出，轉(zhuǎn)入率在16.56%，其中耕地用地類型占建設(shè)用地轉(zhuǎn)入總面積的80.32%，林地用地類型轉(zhuǎn)入建設(shè)用地占比6.02%，其他土地利用類型轉(zhuǎn)入建設(shè)用地占比13.66%，可以看出:轉(zhuǎn)入的土地利用類型來源呈現(xiàn)多樣化的趨勢，但是轉(zhuǎn)入的土地類型來源中最主要是耕地，即占用耕地用地類型來增大建設(shè)用地的面積。這是由于浙中城市群的大部分城市處于城市成長中期，城市建設(shè)用地的需求量非常大。從建筑用地利用類型的內(nèi)部轉(zhuǎn)移模式來看，建筑用地內(nèi)部轉(zhuǎn)移比率比較低，僅1.87%，這說明浙中城市群的城市土地集約節(jié)約利用率還比較低。建設(shè)用地利用類型也有轉(zhuǎn)出，為27.44%，轉(zhuǎn)出的類型中43.71%轉(zhuǎn)成耕地，46.2%轉(zhuǎn)成水域;林地轉(zhuǎn)出率最低，為8.32%。

表3 1996—2016 年浙中城市群土地利用轉(zhuǎn)移矩陣Tab.3 Transition matrix of each land use type in central Zhejiang urban agglomeration during 1996—2016

耕地土地利用類型在21 年中轉(zhuǎn)出最多，轉(zhuǎn)出的土地利用類型中80.32%是建設(shè)用地類型，其次，轉(zhuǎn)出為林地土地利用類型占比11.53%;其他類型的占比綜合較小。耕地土地利用類型在2001 年時轉(zhuǎn)入率48.26%，在2016 年時轉(zhuǎn)入率64.82%，轉(zhuǎn)入的土地利用類型中水域及水利設(shè)施用地占48.645%;其次，由林地土地利用類型轉(zhuǎn)入的耕地占比45.15%。從轉(zhuǎn)移的數(shù)值來看，園地總體轉(zhuǎn)移率較低，為2.16%，其中轉(zhuǎn)出建設(shè)用地占56.77%;轉(zhuǎn)入來源中耕地占83.70%。

草地主要轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地和林地，其中轉(zhuǎn)出林地占47.78%，建設(shè)用地占36.80%，轉(zhuǎn)入來源中林地占73.37%，水域占15.97%。水域向耕地、建設(shè)用地轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)入來源為耕地，轉(zhuǎn)移率為17.82%，轉(zhuǎn)出耕地為47.35%，建設(shè)用地為40.16%，轉(zhuǎn)入來源耕地占75.22%。

特殊用地類型在研究區(qū)內(nèi)的規(guī)模極小，且特殊用地類型轉(zhuǎn)移趨勢變化不顯著，轉(zhuǎn)出率和轉(zhuǎn)入率均較低，21 年轉(zhuǎn)移率基本保持穩(wěn)定。

2.2 土地利用結(jié)構(gòu)的變化差異

通過地統(tǒng)計分析1996—2016 年間浙中城市群各類土地利用總量變化差異，如圖2 所示?？梢?，各類型土地利用轉(zhuǎn)移率呈復(fù)雜波動變化趨勢。從面積轉(zhuǎn)移變化來看，建設(shè)用地面積發(fā)生顯著的變化，2016年面積轉(zhuǎn)移率上升到27.47%，較2006 年增長了67.35%，尤其是2006—2016 年增長幅度占21 年總比率的49.51%，實(shí)際建設(shè)用地面積增加了3 743.17 km2。這種態(tài)勢的主要原因是浙中城市群城市化進(jìn)程的加快和區(qū)域人口經(jīng)濟(jì)發(fā)展“擴(kuò)張效應(yīng)”的影響。從各類型土地利用面積減少的變化來看，耕地、林地、未利用地面積發(fā)生了不同程度的減少(分別下降5.84%、2.03%、0.14%)，3 類占比的降幅為15.42%、1.13%、29.89%，耕地面積減少最大，減少了2 774.67 km2。林地和未利用地的減少面積較小，主要原因是耕地的面積基數(shù)大，且占用耕地轉(zhuǎn)為其他用地類型的概率大，林地減少面積較小的主要原因是由于浙中城市群特殊的保護(hù)森林政策。未利用地的面積基數(shù)太小，因此實(shí)際減少面積不顯著。局部年份的草地面積下降，但呈總體上升趨勢，較2006 年，2016 年草地面積轉(zhuǎn)移率上升了0.29%，增長率為14.81%，年均增長1.253 4%。水域及水利設(shè)施用地面積總體發(fā)生了小幅增加，轉(zhuǎn)移率分別上升了0.46%，增長率為10.72%，年均增長

0.967 2%。這種態(tài)勢的主要原因?yàn)椤巴烁€湖”政策的繼續(xù)推進(jìn)和城市水工景觀面積的增加，以及浙江省實(shí)行了特殊嚴(yán)格的“河長制度”等。

圖2 1996—2016 年浙中城市群各種土地利用結(jié)構(gòu)變化差異圖Fig.2 Changes and differences of land use structure in central Zhejiang urban agglomeration during 1996—2016

2.3 土地利用生態(tài)風(fēng)險評價

本研究通過景觀結(jié)構(gòu)統(tǒng)計軟件FRAGSTATS 3.4 分析浙中城市群的土地利用生態(tài)風(fēng)險評價的指標(biāo)有3 大類，分別是景觀破碎化指數(shù)、景觀形狀指數(shù)、景觀多樣性指數(shù)。景觀破碎化指數(shù)和景觀形狀指數(shù)均細(xì)分出5 個二級指標(biāo);景觀多樣性指數(shù)細(xì)分出2 個二級指標(biāo)，如表4 所示。

2.3.1 景觀水平格局特征

浙中城市群的總體景觀格局主要特征有:從斑塊數(shù)量來看，1996 年為68 102 個，2016 年為34 043 個，21 年間減少了34 059 個，減小幅度50%，年平均減少1 792 個。說明1996—2016 年間，斑塊分布總體由分散布局向集中合并的趨勢發(fā)展，但是集聚的時間效率不均衡，1996—2006 年間的集中效率大于2006—2016 年，說明集聚速率在減小，斑塊相鄰的密集度逐漸降低到了穩(wěn)定值并且未來不會持續(xù)的集中。從平均斑塊面積來看，平均斑塊面積從1996 年的0.234 9 km2增加到2016 年的0.469 9 km2，年平均增大面積0.012 4 km2。在2001—2006 年平均斑塊面積略有波動下降，但是不影響總體平均斑塊面積增加的趨勢。從斑塊密度來看，浙中城市群從1996 年的4.289 4 個/km2降到2016 年的2.127 6 個/km2，斑塊的密集程度在1996—2006 年持續(xù)變小，再從2006—2011 年變大，再從2011—2016 年變小。從最大斑塊指數(shù)看，最大斑塊指數(shù)總體逐漸減小，可見，區(qū)域斑塊的極化態(tài)勢逐漸變小，逐漸由集中向分散的趨勢演變?？傮w來看，研究區(qū)的總體景觀格局呈現(xiàn)出“整體集中，局部分散”的態(tài)勢。從景觀分離度指數(shù)來看，從1996 年的0.905 9 降低到2016 年的0.889 6，從年變化趨勢來看，指數(shù)先變小再變大，具體表現(xiàn):1996—2006 年變小，2006—2011 年變大，2011—2016 年變小，最終和2011 年的景觀分離度指數(shù)持平。邊緣密度用來分析區(qū)域景觀被分割程度和景觀的離散程度，邊緣密度在1996—2016 年持續(xù)變小。浙中城市群斑塊的離散化程度逐漸減小，斑塊被分割的分散程度在降低。景觀形狀指數(shù)用來分析浙中城市群斑塊的變異程度，從景觀形狀指數(shù)分析，浙中城市群斑塊由不規(guī)則化逐漸向規(guī)則化發(fā)展。

表4 浙中城市群1996—2016 年景觀水平格局指數(shù)Tab.4 Landscape level pattern index of central Zhejiang urban agglomeration from 1996 to 2016

蔓延度指數(shù)用來分析斑塊景觀的空間相互連接關(guān)系，蔓延度指數(shù)越高，說明研究區(qū)所有斑塊景觀中的優(yōu)勢斑塊與非優(yōu)勢板塊呈現(xiàn)出良好的連接度;蔓延度指數(shù)越低，說明研究區(qū)所有斑塊景觀中優(yōu)勢斑塊呈單一性密集排列格局，非優(yōu)勢斑塊相間離散化排列。1996—2016 年的5 個時間節(jié)點(diǎn)蔓延度指數(shù)均大于53，可見浙中城市群存在相對較大優(yōu)勢的斑塊景觀。從散布與并列指數(shù)分析，該指數(shù)從1996 年(大于54)逐年持續(xù)下降到2016 年(小于44)，說明浙中城市群景觀格局由收斂轉(zhuǎn)向“分散—集中格局”，不同類型的景觀格局相鄰度增大。從面積加權(quán)分維度分析，1996—2016 年面積加權(quán)分維度增加了0.008 4，增幅0.714 8%，說明浙中城市群的景觀斑塊總體分維度沒有顯著變化，但是有向復(fù)雜程度變大的趨勢。香農(nóng)多樣性指數(shù)是指研究區(qū)內(nèi)景觀類型的數(shù)量和各個類型景觀數(shù)量占總體景觀類型數(shù)量比例的演變態(tài)勢，從香農(nóng)多樣性指數(shù)分析，該指數(shù)從1996 年的1.259 5 增加到2001 年的1.305 5，接著又降低到2011 年的1.223 3，然后再上升到2016 年的1.283 4，說明浙中城市群景觀類型豐富度呈波動式發(fā)展，2016 年景觀豐富度雖和2000 年基本持平，但是破碎化程度略高，21 年間呈波動變化態(tài)勢。香農(nóng)均勻度指數(shù)反映了景觀中各組成斑塊的分布均勻程度，其值為0 時，說明景觀僅由一種組成，無多樣性;其值為1 時，說明各斑塊類型均勻分布，有最大多樣性，5 個時間節(jié)點(diǎn)的數(shù)值大于0.60，說明各斑塊類型存在多樣性，但其值有所減少，說明多樣性在降低。

2.3.2 土地利用生態(tài)風(fēng)險時空演變

在分析土地利用生態(tài)風(fēng)險時空演變時，需要將土地利用生態(tài)風(fēng)險轉(zhuǎn)移情況進(jìn)行等級類型分區(qū)，生態(tài)風(fēng)險等級類型分區(qū)的常用方法是GIS 空間分析法。

GIS 是面向?qū)ο蟮目臻g分布特征和空間布局狀態(tài)、相關(guān)關(guān)系以及趨勢分析的最佳方法之一，是對具有空間特征對象數(shù)理統(tǒng)計、檢測、分析、模擬和估計的理想途徑。采用自然斷點(diǎn)劃分法，歸一處理后的間隔均為0.13，劃分為5 個生態(tài)風(fēng)險等級類型，可以實(shí)現(xiàn)對各期生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行分析。借助ArcGIS 10.2 軟件，通過運(yùn)用統(tǒng)計學(xué)的斷裂點(diǎn)模型劃分生態(tài)風(fēng)險等級區(qū)間，如表5 所示。

表5 生態(tài)風(fēng)險等級類型及區(qū)間Tab.5 Ecological risk grade type zone value

通過GIS 空間分析法劃分生態(tài)風(fēng)險等級區(qū)間，構(gòu)建浙中城市群的景觀生態(tài)風(fēng)險指數(shù)?；谡阒谐鞘腥旱木坝^破碎化格局指數(shù)(由表3 NP、PD、LPI、AREA_MN、DIVISION 5 個指標(biāo)構(gòu)成)、景觀形狀格局指數(shù)(由表3 ED、LSI、CONTAG、IJI、FRAC-AM 5 個指標(biāo)構(gòu)成)和景觀多樣性格局指數(shù)(由表3 SHDI、SHEI 2 個指標(biāo)構(gòu)成)3 大類指標(biāo)構(gòu)建浙中城市群生態(tài)風(fēng)險評價指數(shù)，其數(shù)學(xué)模型為

式中 ERI(i)——第i 個樣本的生態(tài)風(fēng)險指數(shù)

Ci——景觀破碎化格局指數(shù)

Ni——景觀形狀格局指數(shù)

Di——景觀多樣性格局指數(shù)a、b、c 為對應(yīng)的權(quán)重，借鑒已有成果［20-23］，具體參照文獻(xiàn)［24］，本研究實(shí)際賦值為0.6、0.3、0.1。

將浙中城市群的各類指數(shù)數(shù)據(jù)導(dǎo)入模型，得到1996—2016 年浙江省各地級市生態(tài)風(fēng)險指數(shù)如表6所示。模型分析顯示浙中城市群土地利用格局呈現(xiàn)“中心—外圍”時空格局。從各類風(fēng)險區(qū)的時間序列分析，基于2000 年的時間節(jié)點(diǎn)來看，浙中城市群的較低生態(tài)風(fēng)險區(qū)面積比重最大，如圖3 所示，占比22.05%，而高生態(tài)風(fēng)險區(qū)面積比重最小，占比11.65%;低生態(tài)風(fēng)險區(qū)面積占比19.07%，這說明2000 年的總體景觀生態(tài)風(fēng)險處于低風(fēng)險閾值，景觀生態(tài)格局狀態(tài)良好?；?016 年的時間節(jié)點(diǎn)來看，高生態(tài)風(fēng)險區(qū)面積比重最大，占比24.34%，低生態(tài)風(fēng)險區(qū)面積比重最小，僅占比10.43%，這說明2016年景觀生態(tài)風(fēng)險加重，總體景觀生態(tài)風(fēng)險處于較高風(fēng)險閾值，21 年的景觀生態(tài)風(fēng)險增長趨勢較快，低生態(tài)風(fēng)險區(qū)、高生態(tài)風(fēng)險區(qū)的“景觀地位”出現(xiàn)了“互換位移”的現(xiàn)象，也表明浙中城市群的各類景觀生態(tài)風(fēng)險區(qū)波動幅度較大，且呈現(xiàn)向高風(fēng)險閾值方向發(fā)展的趨勢。

從1996—2016 年浙中城市群各市的風(fēng)險等級空間分布來看，2016 年義烏市、東陽市、武義縣的風(fēng)險指數(shù)遠(yuǎn)高于其他縣(區(qū))，主要是其21 年經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市化水平高，人口集聚對耕地、林地、水域等用地強(qiáng)度加深，加之更細(xì)致的保護(hù)措施跟進(jìn)較慢，導(dǎo)致生態(tài)風(fēng)險等級最高;1996 年婺城區(qū)、金東區(qū)、浦江縣的風(fēng)險指數(shù)均在0.54 左右，2016 年達(dá)到0.59左右，其生態(tài)風(fēng)險指數(shù)較穩(wěn)定，主要是其自然生態(tài)空間用途管制辦法(試行)落實(shí)扎實(shí)到位和城市土地用途管制措施的作用;蘭溪市、永康市、諸暨市、磐安縣、龍游縣和縉云縣生態(tài)風(fēng)險指數(shù)最低，但隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展加快，建設(shè)用地增加，其生態(tài)風(fēng)險指數(shù)也在增加，但相對于浙中城市群其他縣(區(qū))來說，其土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響較小，其經(jīng)濟(jì)開發(fā)增加引起的生態(tài)風(fēng)險也相對較小。從各類風(fēng)險區(qū)的空間角度來看，1996—2016 年浙中城市群各市生態(tài)風(fēng)險等級在空間分布上呈現(xiàn)“趨同俱樂部”現(xiàn)象和“集中—分散”現(xiàn)象，如圖4 所示，即較高生態(tài)風(fēng)險區(qū)和高生態(tài)風(fēng)險區(qū)在空間上出現(xiàn)集聚和“鄰近現(xiàn)象”;較低生態(tài)風(fēng)險區(qū)和低生態(tài)風(fēng)險區(qū)在空間上分散在較高生態(tài)風(fēng)險區(qū)和高生態(tài)風(fēng)險區(qū)的“外圍”，具有明顯的“中心—外圍”格局和發(fā)展態(tài)勢。

表6 1996—2016 年浙中城市群各地級市生態(tài)風(fēng)險指數(shù)Tab.6 Ecological risk index of prefecture-level cities in central Zhejiang urban agglomeration from 1996 to 2016

圖3 浙中城市群的生態(tài)風(fēng)險區(qū)面積占比變化Fig.3 Change map of ecological risk area of central Zhejiang city cluster

圖4 1996—2016 年浙江省各地級市生態(tài)風(fēng)險空間分異圖Fig.4 Ecological risk spatial differentiation map of prefecture-level cities in Zhejiang Province in 1996—2016

如圖4 所示，在時間序列上，1996—2016 年浙中城市群各地級市土地利用的生態(tài)風(fēng)險均呈現(xiàn)上升趨勢，且城市群內(nèi)部的風(fēng)險轉(zhuǎn)移較大。從浙中城市群生態(tài)風(fēng)險空間分異發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)各市生態(tài)風(fēng)險指數(shù)的Ⅳ和Ⅴ等級區(qū)主要集聚在東陽市、義烏市、武義縣、浦江縣、金東區(qū)和婺城區(qū)。這6 個縣市(區(qū))在空間上分布在浙中城市群的“中心”方位;Ⅰ等級區(qū)主要是蘭溪市;Ⅱ等級區(qū)主要是磐安縣和縉云縣;Ⅰ和Ⅱ等級區(qū)分散在浙中城市群的西北和東南方位。這種生態(tài)風(fēng)險等級格局的差異明顯，在空間上呈現(xiàn)出了“中心—外圍”格局和發(fā)展態(tài)勢。Ⅲ等級區(qū)分布在浙中城市群東北、西南和東南方位，并且由永康市、諸暨市、龍游縣3 個市縣的建設(shè)用地趨勢分析，生態(tài)風(fēng)險指數(shù)未來有可能增加，轉(zhuǎn)向Ⅳ或Ⅴ等級區(qū)。

3 結(jié)論

(1)1996—2016 年21 年間，浙中城市群的土地利用不同類型之間、土地利用同種類型內(nèi)部的轉(zhuǎn)移態(tài)勢均有顯著變化。建設(shè)用地面積增加顯著，由7.86%增加到20.45%，21 年間增加近3 倍;林地面積占比總體呈緩慢增長趨勢，1996—2006 年占總面積比率增長較慢，2006—2016 年增長較快;水域及水利設(shè)施用地占總面積比率逐年下降，2006—2016年從5.85%降到3.89%;未利用地是21 年減少比率最大的土地利用類型，其次是耕地;園地、草地主要分布在浙中城市群東北方向和西北方向，面積占比比率較低，園地總體增加，草地總體減少，增加和減少的面積占總土地利用面積比率均較小。

(2)浙中城市群的土地利用總體景觀格局質(zhì)量呈現(xiàn)先下降、后上升、再整體下降的態(tài)勢。1996—2016 年總體景觀破碎化指數(shù)增加，局部年份出現(xiàn)下降，景觀形狀指數(shù)和景觀多樣性指數(shù)總體下降，局部年份出現(xiàn)上升，各種類型土地之間轉(zhuǎn)移趨向復(fù)雜波動化。

(3)基于2016 年時間節(jié)點(diǎn)的浙中城市群生態(tài)風(fēng)險空間演變特征視域判析，義烏市、東陽市、武義縣的生態(tài)風(fēng)險指數(shù)在0.69 ～0.82 之間，為Ⅳ和Ⅴ等級區(qū)，生態(tài)風(fēng)險等級為較高或高;婺城區(qū)、金東區(qū)、浦江縣的生態(tài)風(fēng)險指數(shù)在0.56 ～0.59 之間，為Ⅲ等級區(qū)，生態(tài)風(fēng)險等級為中;蘭溪市、永康市、諸暨市、磐安縣、龍游縣、縉云縣的生態(tài)風(fēng)險指數(shù)在0.49 以下，為Ⅰ或Ⅱ等級，生態(tài)風(fēng)險等級為低或較低。

(4)浙中城市群土地利用生態(tài)風(fēng)險等級的空間差異較大。1996—2016 年浙中城市群各市生態(tài)風(fēng)險等級在空間分布上呈現(xiàn)“趨同俱樂部”現(xiàn)象和“集中—分散”演變趨勢，即較高生態(tài)風(fēng)險區(qū)和高生態(tài)風(fēng)險區(qū)在空間上指向浙中城市群中部，且出現(xiàn)集聚態(tài)勢，較低生態(tài)風(fēng)險區(qū)和低生態(tài)風(fēng)險區(qū)在空間上分散在浙中城市群的西北、東南和西南地區(qū)，且在浙中城市群中部的“外圍”，具有明顯的“中心—外圍”格局和發(fā)展態(tài)勢。