蚌埠市1995—2015年土地利用及景觀(guān)格局變化特征

孫夢(mèng)蝶，王小德

（浙江農(nóng)林大學(xué) 風(fēng)景園林與建筑學(xué)院、旅游與健康學(xué)院，浙江 杭州 311300）

土地利用作為地球表層系統(tǒng)最突出的景觀(guān)標(biāo)志，由不同類(lèi)型的斑塊構(gòu)成，具有顯著的時(shí)空特征，對(duì)人類(lèi)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和自然環(huán)境的生態(tài)功能具有重要影響[1-2]。通過(guò)空間格局分析，將土地利用的空間特征與時(shí)間過(guò)程聯(lián)系起來(lái)，可以更好地總結(jié)土地利用的動(dòng)態(tài)變化特征[3-8]。景觀(guān)格局作為景觀(guān)異質(zhì)性的具體表現(xiàn)，是大小不一的景觀(guān)嵌體在空間分布組合的綜合反映[9-13]。通過(guò)分析研究土地利用和景觀(guān)格局，有利于了解景觀(guān)現(xiàn)狀，揭示發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)促進(jìn)人類(lèi)社會(huì)與自然生態(tài)的和諧發(fā)展具有重要意義[14-16]。

蚌埠市是安徽省重要的綜合性工業(yè)基地，皖北地區(qū)商貿(mào)中心與加工制造業(yè)中心，也是國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的促進(jìn)中部崛起、享受比照東北老工業(yè)基地政策的城市之一。在全國(guó)綜合交通“五縱五橫”運(yùn)輸通道中，蚌埠市位于京滬運(yùn)輸大通道上，是華東地區(qū)重要的綜合交通樞紐，京臺(tái)高速公路、寧洛高速公路等多條重要高速公路經(jīng)過(guò)境內(nèi)，京滬鐵路和淮南鐵路交匯于此。境內(nèi)有淮河干流，水運(yùn)資源豐富，具備“通江達(dá)?！钡乃\(yùn)優(yōu)勢(shì)[17-19]。近年來(lái)，已有研究者對(duì)安徽省的土地利用進(jìn)行了較為全面的分析研究[20-22]，張柏秀等[23]以2000 年和2005 年蚌埠市TM 遙感影像為數(shù)據(jù)源，在Envi 以及Fragstats 景觀(guān)格局分析軟件的支持下，對(duì)蚌埠市土地利用變化信息以及其景觀(guān)格局的動(dòng)態(tài)特征進(jìn)行了相關(guān)研究。本研究將通過(guò)分析1995 年、2005 年和2015 年的蚌埠市土地利用空間分布和構(gòu)成及其動(dòng)態(tài)變化，結(jié)合景觀(guān)指數(shù)等方法定量揭示蚌埠市近20 年土地利用景觀(guān)格局的時(shí)空演變特征，以期為蚌埠市國(guó)土空間總體規(guī)劃與發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

蚌埠市地處淮河流域，位于安徽省北部，地理坐標(biāo)為116°45′～ 118°04′ E，32°43′～ 33°30′N(xiāo)，以淮河為界，淮河以北為淮北平原的南緣部分，地勢(shì)開(kāi)闊平坦，由西北向東南傾斜；淮河以南地形呈波狀起伏，主要分布地貌類(lèi)型為丘陵。屬北亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候與南溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)的過(guò)渡帶，四季分明，氣候溫和。主要植被屬暖溫帶落葉闊葉林。蚌埠市的人工林群落結(jié)構(gòu)較為單一，純林多而混交林少，多為黑松Pinus thunbergii、馬尾松P.massoniana與刺槐Robinia pseudoacacia、麻櫟Quercus acutissima的混交。全市森林覆蓋率為17.67%。蚌埠市處于東部沿海省市經(jīng)濟(jì)向中部、西部地區(qū)發(fā)展的過(guò)渡地帶，具有連接南北、承接?xùn)|西的區(qū)位優(yōu)勢(shì)。全市現(xiàn)轄龍子湖區(qū)、蚌山區(qū)、禹會(huì)區(qū)、淮上區(qū)4 個(gè)行政區(qū)以及懷遠(yuǎn)、五河、固鎮(zhèn)3 個(gè)縣，共設(shè)鎮(zhèn)43 個(gè)，鄉(xiāng)12 個(gè)。截至2015 年末，蚌埠市戶(hù)籍總?cè)丝谟?66.60 萬(wàn)人，其中，非農(nóng)業(yè)人口有102.45 萬(wàn)人，農(nóng)業(yè)人口有264.15 萬(wàn)人，戶(hù)籍城鎮(zhèn)化率為27.95%。全市GDP 和人均GDP 分別由1995 年的114.61 億元和3 650.65 元增長(zhǎng)至2015 年的1 253.10 億元和38 267.00 元，20 年間分別增長(zhǎng)了1 138.49 億元和34 616.35 元，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)穩(wěn)步上升。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為1995、2005 和2015 年蚌埠市3 期遙感數(shù)據(jù)，空間分辨率為30 m。該數(shù)據(jù)是基于1995 年、2005年和2015 年蚌埠市的遙感影像解譯得到，經(jīng)過(guò)波段提取、合成、幾何糾正等處理，通過(guò)人機(jī)交互目視解譯以及混淆矩陣進(jìn)行分類(lèi)精度及總精度評(píng)價(jià)，總體精度可達(dá)90%以上。根據(jù)安徽省土地類(lèi)型分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合蚌埠市土地資源的利用情況和遙感影像的特點(diǎn)，在建立的解譯標(biāo)志的基礎(chǔ)上，將蚌埠市劃分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地5 種景觀(guān)類(lèi)型（圖1）。在A(yíng)rcGis10.5 下將解譯生成的圖形數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)替換為5 m×5 m的柵格格式，最后導(dǎo)出為GeoTiff 格式。導(dǎo)出的數(shù)據(jù)在A(yíng)rcGis10.5 下運(yùn)用Fragstats 4.2 計(jì)算和分析景觀(guān)指數(shù)。

圖1 1995—2015 年蚌埠市土地利用景觀(guān)類(lèi)型圖Figure 1 Land types of Bengbu city in 1995,2005 and 2015

1.3 研究方法

1.3.1 單一景觀(guān)動(dòng)態(tài)度 土地利用動(dòng)態(tài)度是指景觀(guān)類(lèi)型變化的劇烈程度，可以為土地利用的變化速度提供一個(gè)定量描述，并對(duì)未來(lái)土地利用的變化趨勢(shì)做出預(yù)測(cè)分析[24-25]，其計(jì)算公式為：

式中，K表示某一景觀(guān)類(lèi)型動(dòng)態(tài)度；Ua和Ub分別為研究初期和末期某景觀(guān)類(lèi)型的面積，單位為km2；T為研究時(shí)段長(zhǎng)。

1.3.2 景觀(guān)轉(zhuǎn)移矩陣 景觀(guān)轉(zhuǎn)移矩陣可以較為全面地反映區(qū)域的景觀(guān)類(lèi)型數(shù)量以及空間方向上的變化情況[26-27]。研究中采用蚌埠市土地利用面積作為景觀(guān)轉(zhuǎn)移矩陣中的向量，制作1995—2005 年、2005—2015 年、1995—2015年三個(gè)時(shí)期的轉(zhuǎn)移概率矩陣，其計(jì)算公式為：

式中，P表示某種景觀(guān)類(lèi)型的面積；Pii是指時(shí)段內(nèi)該景觀(guān)類(lèi)型保持不變的面積；Pij指時(shí)段內(nèi)由i種景觀(guān)類(lèi)型轉(zhuǎn)化為j種景觀(guān)類(lèi)型的面積；n為景觀(guān)類(lèi)型的種類(lèi)。

1.3.3 景觀(guān)指數(shù) 景觀(guān)指數(shù)可以體現(xiàn)一個(gè)區(qū)域的景觀(guān)結(jié)構(gòu)和空間變化特征，是高度濃縮的反映景觀(guān)格局信息的定量參考標(biāo)準(zhǔn)。一套合理的景觀(guān)指標(biāo)需要充分反映景觀(guān)格局類(lèi)型的豐富程度、體現(xiàn)各斑塊的形態(tài)特征、展示景觀(guān)內(nèi)各組成部分的空間分布特征[28-30]。根據(jù)蚌埠市的土地利用和景觀(guān)類(lèi)型，本文通過(guò)類(lèi)型水平和景觀(guān)水平兩個(gè)尺度共選取11 個(gè)景觀(guān)指標(biāo)進(jìn)行分析；類(lèi)型水平選擇斑塊數(shù)（NP）、平均斑塊面積（MPS）、斑塊密度（PD）、最大斑塊指數(shù)（LPI）、景觀(guān)形狀指數(shù)（LSI）、斑塊結(jié)合度數(shù)（COHESION）；景觀(guān)水平選擇邊緣密度（ED）、蔓延度指數(shù)（CONTAG）、聚合度指數(shù)（AI）、香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）、香農(nóng)均勻度指數(shù)（SHEI）。其計(jì)算在Fragstats 4.2 軟件實(shí)現(xiàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 景觀(guān)結(jié)構(gòu)特征

由表1 可知，蚌埠市的景觀(guān)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，格局清晰，1995—2015 年，蚌埠市耕地所占的土地總面積的比例均超過(guò)76%。2015 年，蚌埠市的耕地面積為455 119.11 hm2，占土地總面積的76.45%，是蚌埠市占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的景觀(guān)類(lèi)型；其次是建設(shè)用地，在1995—2015 年，建設(shè)用地的面積均超過(guò)11%，并呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)，2015年，建設(shè)用地的面積為90 192.06 hm2，占土地總面積的15.15%，主要分布在蚌埠市的禹會(huì)區(qū)和龍子湖區(qū)附近；水域包括淮河干流水系和懷洪新河水系兩部分，占土地總面積的7.11%；林地和草地面積最少，分別為6 021.00 hm2和1 676.97 hm2，占土地總面積的1.01%和0.28%。

表1 1995 年、2005 年和2015 年蚌埠市各景觀(guān)類(lèi)型的面積及占比Table 1 Land types,area and proportion of Bengbu city in 1995,2005 and 2015

由表1 可以看出，1995—2015 年，蚌埠市土地利用特點(diǎn)明顯，主要變化為林地、水域、建設(shè)用地均呈增加趨勢(shì)，其中林地面積和水域面積在1995—2015 年逐年緩慢增長(zhǎng)，水域面積由41 680.53 hm2增至42 325.92 hm2，變化較小，建設(shè)用地面積由71 252.64 hm2增至90 192.06 hm2，增長(zhǎng)速度最快；草地面積由1 691.46 hm2減少至1 676.97 hm2，總體變化不大；耕地面積呈逐年減少的趨勢(shì)，由474 697.62 hm2減少至455 119.11 hm2。

2.2 景觀(guān)類(lèi)型動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移

由表2 可知，蚌埠市的建設(shè)用地是整個(gè)研究時(shí)期內(nèi)動(dòng)態(tài)度最高的地類(lèi)，為0.013 3%，其中2005—2015 年是建設(shè)用地動(dòng)態(tài)度最高的時(shí)間段，為0.023 1%；耕地的動(dòng)態(tài)度為－0.002 1%，在整個(gè)研究時(shí)期排第二位，其動(dòng)態(tài)度最高的時(shí)間段為2005—2015 年，為－0.003 7%；林地和水域的動(dòng)態(tài)度僅次于耕地，在研究期間均呈先增加后減少的趨勢(shì)，且都是在2005—2015 年動(dòng)態(tài)度值最高；草地的動(dòng)態(tài)度變化不明顯，動(dòng)態(tài)值最低。

表2 1995—2015 年蚌埠市景觀(guān)動(dòng)態(tài)度Table 2 Dynamic change land type during 1995 to 2015 in Bengbu city

通過(guò)表3 發(fā)現(xiàn)，蚌埠市土地利用轉(zhuǎn)化模式明晰，各土地利用類(lèi)型間的轉(zhuǎn)化模式以耕地和建設(shè)用地的相互轉(zhuǎn)入為主體；1995—2015 年，耕地轉(zhuǎn)入建設(shè)用地的面積最多，共19 444.92 hm2，占耕地轉(zhuǎn)出總面積的93.03%；建設(shè)用地主要表現(xiàn)為單向轉(zhuǎn)入的趨勢(shì)；除草地外，林地、水域的轉(zhuǎn)出面積均少于轉(zhuǎn)入面積，二者轉(zhuǎn)出面積僅占轉(zhuǎn)移總面積的3.52%。對(duì)比蚌埠市1995—2005 年和2005—2015 年兩個(gè)時(shí)間段土地利用的轉(zhuǎn)移情況可知，在2005—2015 年，蚌埠市土地利用轉(zhuǎn)移面積的變化幅度最大，累計(jì)轉(zhuǎn)移20 581.87 hm2，其中耕地轉(zhuǎn)出18 858.26 hm2，占轉(zhuǎn)移總面積的91.63%，建設(shè)用地轉(zhuǎn)入17 813.18 hm2，占轉(zhuǎn)移總面積的86.55%

表3 1995—2015 年蚌埠市景觀(guān)轉(zhuǎn)移矩陣Table 3 Transition matrix of land types during 1995 and 2015 in Bengbu city

2.3 景觀(guān)指數(shù)變化特征

類(lèi)型水平的景觀(guān)指數(shù)見(jiàn)表4。由表4 可知，3 個(gè)時(shí)期的研究區(qū)均以建設(shè)用地的NP最大，遠(yuǎn)高于其他景觀(guān)，說(shuō)明建設(shè)用地的破碎程度最高，水域次之，但整體變化較小。1995—2005 年，耕地的NP和PD減少、MPS增加，2005—2015 年，耕地的NP、PD增加、MPS減少，說(shuō)明耕地景觀(guān)的破碎化程度呈現(xiàn)出先減弱后增強(qiáng)的趨勢(shì)，LPI持續(xù)減少，LSI不斷增加，表明耕地的優(yōu)勢(shì)度減弱而不規(guī)則性增加，受到人類(lèi)活動(dòng)的干擾程度加強(qiáng)。1995—2005 年，林地的NP、PD、LSI增加、MPS減少，2005—2015 年，林地的NP、PD、LSI減少、MPS增加，說(shuō)明林地景觀(guān)的破碎化程度趨于先增強(qiáng)后減弱的模式，20 年間，LPI無(wú)明顯變化，說(shuō)明林地的優(yōu)勢(shì)度同過(guò)去持平，但是不規(guī)則性整體減弱。20 年間，水域的NP、PD、LSI不斷增加，MPS不斷減少，LPI先減少后增加，說(shuō)明水域景觀(guān)的破碎化程度增加，景觀(guān)優(yōu)勢(shì)度減弱，形狀趨于不規(guī)則；草地的各類(lèi)景觀(guān)指數(shù)變化不顯著，但景觀(guān)趨于破碎化。20 年間，建設(shè)用地的NP顯著減少，LSI呈先增后減的整體減少趨勢(shì)，LPI、COHESION持續(xù)增加，MPS增長(zhǎng)顯著，這是由于快速的城市化建設(shè)使得建設(shè)用地大量增加，20 年間，建設(shè)用地景觀(guān)不斷由小斑塊融合成大斑塊，大的建設(shè)用地斑塊數(shù)增多，建設(shè)用地的破碎度在不斷減弱，景觀(guān)的優(yōu)勢(shì)度趨于增強(qiáng)，表明建設(shè)用地逐漸趨于規(guī)整化，由于城市化的發(fā)展，蚌埠市的建設(shè)規(guī)劃越來(lái)越趨于科學(xué)合理，改變了城市化初始階段無(wú)序雜亂的發(fā)展模式。由于城市化建設(shè)發(fā)展與區(qū)域規(guī)劃的關(guān)系，城市居住用地和公共企業(yè)用地不斷增多，同時(shí)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，使得公路、鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施的密度逐漸加大，提高了建設(shè)用地的連通性和結(jié)合度，使得建設(shè)用地逐漸聚集成片，形成規(guī)?；l(fā)展的趨勢(shì)。其他各類(lèi)景觀(guān)的連通性變化不明顯。

表4 1995 年、2005 年和2015 年蚌埠市類(lèi)型水平景觀(guān)指數(shù)Table 4 Landscape index of land types of Bengbu in 1995,2005 and 2015

景觀(guān)水平景觀(guān)指數(shù)見(jiàn)表5。從表5 中可看出，20 年間，ED增加、CONTAG和AI減少，說(shuō)明研究區(qū)景觀(guān)邊緣形狀逐漸趨于復(fù)雜化、景觀(guān)的離散程度增加、空間聚集性減弱；SHDI和SHEI增長(zhǎng)，說(shuō)明研究區(qū)各類(lèi)型斑塊在景觀(guān)中所占比例差異逐漸縮小并趨向均勻分布，景觀(guān)類(lèi)型的多樣性和豐富程度得到提高，這是由于耕地的減少、建設(shè)用地、林地和水域增加，各景觀(guān)類(lèi)型所占比例差異逐步減小，使得蚌埠市近20 年的景觀(guān)格局趨于復(fù)雜化，景觀(guān)異質(zhì)性得到增強(qiáng)。以上分析表明，近20 年，蚌埠市景觀(guān)格局受人類(lèi)活動(dòng)影響明顯，且人類(lèi)活動(dòng)的干擾程度逐年增強(qiáng)。

表5 1995 年、2005 年和2015 年蚌埠市景觀(guān)水平景觀(guān)指數(shù)Table 5 Landscape index of Bengbu in 1995,2005 and 2015

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

1995—2015 年，蚌埠市各土地利用類(lèi)型總體呈“三增兩減”的變化趨勢(shì)，具體表現(xiàn)為建設(shè)用地面積逐年遞增，林地、水域面積小幅增長(zhǎng)，耕地面積持續(xù)減少，草地面積稍有下降。其中，耕地和建設(shè)用地作為區(qū)域土地利用的主要組成部分，二者的面積之和占研究區(qū)總面積的90%以上。20 年間，耕地、水域、建設(shè)用地的土地利用動(dòng)態(tài)度變化明顯，區(qū)域土地利用轉(zhuǎn)移模式以耕地的轉(zhuǎn)出和建設(shè)用地的轉(zhuǎn)入為主，20 年間，建設(shè)用地累計(jì)轉(zhuǎn)入19 444.92 hm2，其中有93.03%的面積來(lái)源于耕地，說(shuō)明建設(shè)用地的空間布局與耕地的格局變化密切相關(guān)。

從景觀(guān)指數(shù)分析表明，研究區(qū)各景觀(guān)類(lèi)型的數(shù)量和分布在1995—2015 年均有變化，但在變化趨勢(shì)上有所區(qū)別。其中，耕地和水域的景觀(guān)形狀趨于復(fù)雜，景觀(guān)破碎程度增加，二者的連接性較弱；建設(shè)用地的數(shù)量和規(guī)模增加，其景觀(guān)優(yōu)勢(shì)度和連通性均有增強(qiáng)，逐漸趨于集中分布；而林地和草地相對(duì)變化較小。整體上，各景觀(guān)類(lèi)型所占比例逐漸趨于均衡發(fā)展，區(qū)域異質(zhì)性增強(qiáng)，景觀(guān)格局趨于復(fù)雜化和多樣化。

3.2 討論

1995—2015 年，蚌埠市的土地利用結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定程度的變化，其中，在2005—2015 年，土地利用的動(dòng)態(tài)變化最為明顯，但整體土地利用類(lèi)型變化緩慢[31]。2005—2015 年，我國(guó)中部地區(qū)的土地利用平均效率約為0.95，東部地區(qū)的土地利用平均效率在0.94，而蚌埠市的土地利用效率則不足0.50[32-33]，土地利用效率數(shù)值較低，區(qū)域整體土地資源開(kāi)發(fā)尚有一定的上升空間。

20 年間，由于城市化和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，蚌埠市土地利用景觀(guān)格局發(fā)生了一定程度的變化。在蚌埠市政府發(fā)布的《蚌埠市土地利用總體規(guī)劃（2006—2020 年）》以及《蚌埠市水土保持規(guī)劃（2018—2030 年）》中明確指出，要協(xié)調(diào)保護(hù)農(nóng)用地和保障經(jīng)濟(jì)發(fā)展用地間的關(guān)系，調(diào)整土地利用模式，合理安排建設(shè)用地，加強(qiáng)土地生態(tài)環(huán)境建設(shè)，從而促進(jìn)區(qū)域土地利用節(jié)約集約發(fā)展。結(jié)合蚌埠市土地利用景觀(guān)格局變化的分析和結(jié)果可知，近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，區(qū)域內(nèi)各類(lèi)生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目不斷增多，建設(shè)用地規(guī)模擴(kuò)大，不可避免地占用了部分耕地以及生態(tài)用地，土地供需矛盾日益明顯，低效的土地資源配置及不合理的景觀(guān)要素規(guī)劃給城市的長(zhǎng)期發(fā)展帶來(lái)一定的阻礙。

因此，針對(duì)本文研究中所反映的相關(guān)問(wèn)題，緩解區(qū)域資源環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展間的矛盾，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步調(diào)整區(qū)域土地利用模式，重點(diǎn)把握農(nóng)業(yè)用地和建設(shè)用地的結(jié)構(gòu)調(diào)整，優(yōu)先安排區(qū)域基本農(nóng)田，劃定永久基本農(nóng)田保護(hù)紅線(xiàn)，保障區(qū)域糧食安全；優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)施用地布局，加強(qiáng)此類(lèi)用地的制度審核和監(jiān)督管理，合理規(guī)劃城市建設(shè)用地；拓展城鄉(xiāng)綠色空間用地，調(diào)整生態(tài)用地布局，發(fā)揮城市景觀(guān)的生態(tài)功能等。