運(yùn)城市鹽湖區(qū)景觀格局演變及其驅(qū)動(dòng)因素研究

王俊俊，王玲麗

（運(yùn)城學(xué)院，山西 運(yùn)城 044000）

土地利用與景觀格局變化對(duì)城市發(fā)展具有重要意義，是理解人類活動(dòng)對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)功能、格局與變化機(jī)制的關(guān)鍵［1，2］。城市作為社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，人口集中，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、文化活動(dòng)異常頻繁，已成為景觀格局變化劇烈的生態(tài)系統(tǒng)類型之一，因此，城市景觀格局的研究倍受關(guān)注［3，4］。通過(guò)對(duì)城市景觀格局的研究能夠探究景觀格局演變的內(nèi)在規(guī)律和和驅(qū)動(dòng)因子，為未來(lái)城市發(fā)展與規(guī)劃、可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)［5］。陳喜東等［6］對(duì)河谷型盆地城市蘭州市1995—2015年間景觀格局進(jìn)行研究，結(jié)果表明，蘭州市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張劇烈，生態(tài)用地退化明顯，景觀結(jié)構(gòu)趨于單一。韓彤彤等［7］研究發(fā)現(xiàn)，自然因素、經(jīng)濟(jì)因素與社會(huì)政策因素共同作用引起1997—2017年太原市城區(qū)景觀格局的變化。以往關(guān)于城市景觀格局的研究較多關(guān)注的是深圳［8，9］、上海［10，11］、北京［12，13］等大城市，對(duì)中小城市特別是內(nèi)陸中小城市的研究較少。在新型城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略背景下，亟需加強(qiáng)相關(guān)方面的研究。2014年4月，國(guó)務(wù)院批復(fù)《晉陜?cè)S河金三角區(qū)域合作規(guī)劃》，要求努力把晉陜?cè)S河金三角區(qū)域建設(shè)成為中西部地區(qū)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)極和欠發(fā)達(dá)地區(qū)一體化發(fā)展、跨越式發(fā)展的示范區(qū)。山西省運(yùn)城市鹽湖區(qū)作為黃河金三角區(qū)域的中心城市，是連接西部、挺進(jìn)中原的“橋頭堡”，在中部崛起、西部大開(kāi)發(fā)中具有突出的戰(zhàn)略地位［14］。近年來(lái)，運(yùn)城市鹽湖區(qū)城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速，城市景觀格局正處于快速演變與重構(gòu)之中。因此，本研究以運(yùn)城市鹽湖區(qū)為研究對(duì)象，定量分析運(yùn)城市鹽湖區(qū)2008—2018年景觀格局演變特征及其驅(qū)動(dòng)因子，以期為運(yùn)城市鹽湖區(qū)土地資源優(yōu)化配置、城市總體規(guī)劃與可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

鹽湖區(qū)位于34°48′—35°30′N，110°12′—111°41′E，地處運(yùn)城盆地中部，為運(yùn)城市市轄區(qū)，是運(yùn)城市政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，是晉陜?cè)S河金三角區(qū)域的核心區(qū)域之一，下轄7個(gè)鎮(zhèn)、6個(gè)鄉(xiāng)、8個(gè)街道辦、305個(gè)行政村，截至2018年，總?cè)丝?1.03萬(wàn)人。鹽湖區(qū)東西寬41 km，南北長(zhǎng)62 km，呈“L”型，地貌以東西走向的條帶高地與平原為主，海拔600～1 000 m。鹽湖區(qū)屬于溫帶大陸性氣候，光熱資源豐富，雨熱同季集中，年平均降雨量達(dá)560 mm，年平均氣溫13.6℃，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)。

鹽湖區(qū)土地肥沃，灌溉便利，是商品糧棉生產(chǎn)基地，豆類、油料、蔬菜、藥材等多種經(jīng)濟(jì)作物的種植廣泛，生產(chǎn)效益高。截至2018年，全年糧食總產(chǎn)量154 240 t。鹽湖區(qū)工業(yè)基礎(chǔ)雄厚，形成了以化工、輕紡、食品、機(jī)械、冶金等為支柱的工業(yè)體系。2018年實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值276.80億元，比上年增加12.5%，第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值17.44億元，第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值78.48億元，第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值180.93億元，固定投資完成53.65億元，比2017年增長(zhǎng)12.30%。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)獲取與處理

遙感數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云Geospatial Data Cloud（http://www.gscloud.cn），本研究所使用數(shù)據(jù)是2008年6月4日Landsat TM遙感影像，2013年6月2日、2018年5月15日Landsat OLI遙感影像，其季相較為一致，研究區(qū)域無(wú)云層影響；運(yùn)城市鹽湖區(qū)行政邊界矢量圖來(lái)源于全國(guó)地理信息資源目錄服務(wù)系統(tǒng)（http://www.webmap.cn）；鹽湖區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等。對(duì)Landsat遙感影像進(jìn)行預(yù)處理，包括輻射定標(biāo)、大氣校正、幾何校正、圖像鑲嵌與影像裁剪等。

2.2 景觀分類與遙感解譯

參照《土地利用分類（GB/T 21010—2017）》和《全國(guó)遙感監(jiān)測(cè)土地利用覆蓋分類體系》，結(jié)合遙感圖像分辨率和研究區(qū)實(shí)際情況，按照便于區(qū)分識(shí)別和方便操作的原則，將研究區(qū)域的景觀類型劃分為耕地、林地、草地、水域、城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)用地、其他建設(shè)用地7種。在此基礎(chǔ)上，采用最大似然分類與人工目視解譯相結(jié)合，生成2008年、2013年、2018年景觀類型分布圖（圖1），各景觀類型分類結(jié)果精度均在75%以上，精度結(jié)果能夠滿足本研究要求。

圖1 鹽湖區(qū)2008年、2013年、2018年景觀類型分布

2.3 景觀格局分析

景觀格局指數(shù)法是景觀格局分析的常用方法。景觀格局指數(shù)種類多且某些指數(shù)之間不滿足相互獨(dú)立的統(tǒng)計(jì)學(xué)性質(zhì)、代表的生態(tài)學(xué)意義重復(fù)，所以選取景觀格局指數(shù)須相互獨(dú)立，又能反映不同的景觀格局內(nèi)容［15］。通常對(duì)于景觀格局的分析至少應(yīng)該包含3個(gè)方面：景觀個(gè)體單元的特征、景觀組分空間構(gòu)型特征和景觀整體多樣性特征［16］?；谇叭耍?7-19］的研究，選取斑塊密度（PD）、最大斑塊指數(shù)（LPI）、蔓延度指數(shù)（CONTAG）、香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）、周長(zhǎng)面積分維數(shù)（PAFRAC）5個(gè)景觀指數(shù)。其中，PD反映景觀破碎化程度，LPI判斷景觀的優(yōu)勢(shì)類型或景觀基質(zhì)，CONTAG反映研究區(qū)景觀中不同組分的團(tuán)聚程度或延展趨勢(shì)，SHDI反映景觀的異質(zhì)性與整體破碎化程度，PAFRAC反映景觀斑塊形狀的復(fù)雜程度與人為干擾程度［20，21］。運(yùn)用Fragstats 4.0軟件進(jìn)行景觀格局指數(shù)的計(jì)算，其計(jì)算方法參考相關(guān)文獻(xiàn)［20，22］。

2.4 景觀格局演變驅(qū)動(dòng)力分析

景觀格局演變的驅(qū)動(dòng)因子可以分為自然因子與人為因子2類，自然因子一般包括地形地貌、氣候、水文、土壤等；人為因子包括人口、經(jīng)濟(jì)、政策、體制變革、技術(shù)進(jìn)步等［23］。在較小的時(shí)空尺度下，自然因子相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)景觀格局演變影響較小，人為因子影響顯著［24，25］。限于研究區(qū)域和研究期限尺度相對(duì)較小，本研究?jī)H將人為因子作為主要驅(qū)動(dòng)力因子進(jìn)行探討分析。

主成分分析法是基于降維的思想，在很少信息損失的前提下，把多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為幾個(gè)綜合指標(biāo)的多元統(tǒng)計(jì)分析方法［26］。各主成分之間互不相關(guān)，揭示變量之間的內(nèi)在關(guān)系，使復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)化［27］。根據(jù)研究區(qū)實(shí)際情況和現(xiàn)有資料，基于2008—2018年運(yùn)城市統(tǒng)計(jì)年鑒，選取10個(gè)與人為因子相關(guān)的指標(biāo)，分別為總?cè)丝跀?shù)、非農(nóng)業(yè)人口數(shù)、人均地區(qū)生產(chǎn)總值、第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、糧食產(chǎn)量、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入、農(nóng)村居民人均可支配收入、社會(huì)消費(fèi)品零售總額，利用SPSS 24.0軟件進(jìn)行主成分分分析，提取特征值大于1的主成分，探究運(yùn)城市鹽湖區(qū)景觀格局演變的驅(qū)動(dòng)因素。

3 結(jié)果與分析

3.1 景觀格局特征分析

3.1.1 總體構(gòu)成變化分析2008—2018年運(yùn)城市鹽湖區(qū)景觀總體構(gòu)成變化見(jiàn)表1。由表1和圖1可知，2008—2018年鹽湖區(qū)各景觀斑塊發(fā)生了較大變化。耕地面積表現(xiàn)為持續(xù)減少，但仍是研究區(qū)的主導(dǎo)景觀斑塊類型，10年間減少了6 092.01 hm2，占研究區(qū)總面積的比例從2008年的60.80%降低至2018年的55.80%。面積同樣呈減少趨勢(shì)的還有草地，減少了4 785.21 hm2。建設(shè)用地由城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)用地和其他建設(shè)用地3部分構(gòu)成，是研究區(qū)主要的景觀斑塊類型，其面積由2008年的15 138.90 hm2增加至2018年的22 917.98 hm2，占研究區(qū)總面積的比例增加了6.40個(gè)百分點(diǎn)，增長(zhǎng)速率最快；建設(shè)用地中城鎮(zhèn)用地與其他建設(shè)用地面積均呈增加趨勢(shì)，農(nóng)村居民點(diǎn)用地面積先增加后減少，總體呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。林地面積持續(xù)增加，水域面積總體變化較小，有進(jìn)一步減少的趨勢(shì)。

表1 2008—2018年運(yùn)城市鹽湖區(qū)景觀總體構(gòu)成的變化

以上結(jié)果表明，2008—2018年運(yùn)城市鹽湖區(qū)建設(shè)用地不斷向城北與城東擴(kuò)張，實(shí)行“北進(jìn)，東拓”城市發(fā)展政策，城鎮(zhèn)化速度加快。農(nóng)村居民點(diǎn)用地前期出現(xiàn)一定程度的擴(kuò)張，后期由于農(nóng)村居民點(diǎn)整治工作，農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)、舊村改造等政策實(shí)施而出現(xiàn)下降。運(yùn)城市實(shí)行退耕還林和荒山荒地造林政策，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境建設(shè)并重，全市森林覆蓋率由2013年的28.16%增長(zhǎng)至2018年的29.40%［28，29］。

3.1.2 景觀斑塊類型面積流向分析2008—2013年、2013—2018年運(yùn)城市鹽湖區(qū)景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣見(jiàn)表2和表3。2008—2013年耕地面積凈減少2 772.18 hm2，主要流出為城鎮(zhèn)用地2 143.17 hm2、農(nóng)村居民點(diǎn)用地1 697.13 hm2、草地1 144.98 hm2、其他建設(shè)用地1 077.75 hm2；草地面積減少，主要流出為林地和耕地；城鎮(zhèn)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)用地、其他建設(shè)用地面積增加，主要流入為耕地。2013—2018年耕地面積持續(xù)減少，凈減少3 319.83 hm2，減少速度變快，主要流出為建設(shè)用地、草地和林地；草地面積進(jìn)一步減少，主要流向耕地和林地；建設(shè)用地面積凈增加4 058.34 hm2，其中城鎮(zhèn)用地、其他建設(shè)用地面積增加，主要流入類型為耕地，農(nóng)村居民點(diǎn)用地面積減少，主要流出為耕地和城鎮(zhèn)用地。2008—2018年運(yùn)城市鹽湖區(qū)景觀類型面積流向的總體變化是在耕地、建設(shè)用地、林地、草地之間相互流轉(zhuǎn)；耕地主要流向建設(shè)用地，是城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的主要景觀類型；草地主要流向林地和耕地，林地面積不斷增加。研究區(qū)景觀格局變化后一階段較前一階段更為復(fù)雜和多樣，表明運(yùn)城市鹽湖區(qū)景觀格局正處于不斷調(diào)整與優(yōu)化的過(guò)程中。

表2 2008—2013年運(yùn)城市鹽湖區(qū)景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣 （單位：hm2）

表3 2013—2018年運(yùn)城市鹽湖區(qū)景觀類型轉(zhuǎn)移矩陣 （單位：hm2）

3.1.3 類型水平上景觀格局指數(shù)分析由圖2可知，從斑塊密度來(lái)看，2008—2018年運(yùn)城市鹽湖區(qū)耕地、草地、其他建設(shè)用地斑塊密度呈持續(xù)增加的趨勢(shì)，林地斑塊密度先降低后增加，總體呈增加趨勢(shì)，表明運(yùn)城市鹽湖區(qū)耕地、草地、其他建設(shè)用地、林地分布趨于分散，破碎度增加。在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快的背景下，道路與工廠礦區(qū)建設(shè)不斷展開(kāi)且分布較散，導(dǎo)致其他建設(shè)用地破碎度增加，耕地主要被建設(shè)用地占用、分割，導(dǎo)致破碎度增加。城鎮(zhèn)用地斑塊密度持續(xù)降低，農(nóng)村居民點(diǎn)用地斑塊密度先增加后降低，總體呈降低趨勢(shì)，表明分布趨于集中，破碎化程度減弱，這是由于鹽湖區(qū)城市建設(shè)發(fā)展以向北向東發(fā)展為主，構(gòu)建北部新城與東部生態(tài)新城，總體建設(shè)較為集中；同時(shí)，鄉(xiāng)村振興、新農(nóng)村建設(shè)、行政村合并等農(nóng)村政策的實(shí)施改變了農(nóng)村居民點(diǎn)用地?zé)o序擴(kuò)張的狀態(tài)并且不斷優(yōu)化。從最大斑塊指數(shù)來(lái)看，耕地、草地最大斑塊指數(shù)呈下降趨勢(shì)，其中耕地下降更為明顯，表明耕地受人類活動(dòng)的影響增強(qiáng)，優(yōu)勢(shì)度下降，異質(zhì)性增強(qiáng)。城鎮(zhèn)用地、林地最大斑塊指數(shù)呈增加趨勢(shì)，優(yōu)勢(shì)度上升、異質(zhì)性降低；農(nóng)村居民點(diǎn)用地最大斑塊指數(shù)先增加后減少，其他建設(shè)用地先減少后增加，水域略有增加，表明研究區(qū)內(nèi)景觀斑塊受人類活動(dòng)的干擾程度較大。

圖2 2008—2018年運(yùn)城市鹽湖區(qū)類型水平上景觀格局指數(shù)變化

3.1.4 景觀水平上景觀格局指數(shù)分析由表4可知，2008—2018年研究區(qū)蔓延度指數(shù)呈減少趨勢(shì)，表明運(yùn)城市鹽湖區(qū)景觀格局由團(tuán)聚的大斑塊狀態(tài)向多要素的密集格局轉(zhuǎn)變，占主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)的景觀斑塊類型耕地連通度與延展性降低。周長(zhǎng)面積分維數(shù)總體變化不大，略有升高，達(dá)到1.300 0，景觀斑塊處于不穩(wěn)定狀態(tài)，斑塊形狀復(fù)雜性增強(qiáng)，受人為活動(dòng)影響較大。2008—2013年周長(zhǎng)面積分維數(shù)增加0.007 9，2013—2018年降低0.003 3，表明2008—2013年人類活動(dòng)對(duì)景觀格局的影響相對(duì)大于2013—2018年。香農(nóng)多樣性指數(shù)持續(xù)增大，研究期內(nèi)共增加了0.127 1，表明研究區(qū)內(nèi)景觀多樣性提高，破碎化程度變高，景觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜趨于復(fù)雜，耕地與建設(shè)用地、林地、草地等景觀斑塊所占比例差異縮小，整體景觀有向均質(zhì)化方向發(fā)展的趨勢(shì)。

表4 2008—2018年鹽湖區(qū)景觀水平上景觀格局指數(shù)變化

3.2 景觀格局演變驅(qū)動(dòng)力分析

通過(guò)SPSS 24.0軟件對(duì)選取指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果見(jiàn)表5，提取特征值大于1的前2個(gè)主成分，其累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到98.52%。第一主成分與人口、社會(huì)經(jīng)濟(jì)相關(guān)性較強(qiáng)，第二主成分與糧食產(chǎn)量相關(guān)性強(qiáng)，概括為農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與地區(qū)政策因素。

表5 驅(qū)動(dòng)力指標(biāo)旋轉(zhuǎn)后因子載荷矩陣

經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增長(zhǎng)是運(yùn)城市鹽湖區(qū)景觀格局演變的重要驅(qū)動(dòng)因子。2008—2018年間鹽湖區(qū)地區(qū)生產(chǎn)總值由891 698萬(wàn)元增加至2 768 379萬(wàn)元，年平均增長(zhǎng)187 668.10萬(wàn)元；人均地區(qū)生產(chǎn)總值由13 562元增加至39 091元，年平均增長(zhǎng)2 552.90元；工業(yè)生產(chǎn)總值增加127.80%，2013—2018年建筑業(yè)生產(chǎn)總值增加47.82%。工業(yè)與建筑業(yè)迅猛發(fā)展，對(duì)建設(shè)用地的需求迅速增加，同期建設(shè)用地面積由15 138.90 hm2增加至22 917.98 hm2，年平均增長(zhǎng)777.91 hm2。人口是城市發(fā)展的基礎(chǔ)，2018年鹽湖區(qū)總?cè)丝谙啾扔?008年增加11.80%，非農(nóng)業(yè)人口增加25.87%，人口增加特別是非農(nóng)業(yè)人口的增加導(dǎo)致城市居住用地、交通用地、商業(yè)用地等建設(shè)用地的擴(kuò)張，進(jìn)而引起其他景觀格局的變化。

此外，農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與地區(qū)政策因素是影響景觀格局演變的另一驅(qū)動(dòng)因子。2008—2018年糧食產(chǎn)量總體呈下降趨勢(shì)，其中2013—2018年糧食產(chǎn)量由260 350 t下降至154 240 t，同期耕地面積減少3 319.83 hm2，林地面積增加1 086.93 hm2。這是由于運(yùn)城市鹽湖區(qū)實(shí)行農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，大力種植經(jīng)濟(jì)作物，發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)，著力構(gòu)建三大高效農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)帶，即以北山峨眉嶺栽植的干果、雙季槐、無(wú)公害果品為主的高標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶，以涑水河設(shè)施蔬菜、高檔花卉、優(yōu)質(zhì)水果為主的核心示范帶，以南山種植的泉水蓮菜、干果經(jīng)濟(jì)林為主的觀光農(nóng)業(yè)帶［30］；大力實(shí)施道路、綠化、水電等農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，使部分耕地開(kāi)始轉(zhuǎn)化為工礦用地、林地。運(yùn)城市鹽湖區(qū)實(shí)行退耕還林、荒山荒地造林、天然林資源保護(hù)、封山育林等工程政策促使草地、耕地等向林地轉(zhuǎn)化，是林地景觀格局特征發(fā)生變化的重要原因。

4 結(jié)論

2008—2018年運(yùn)城市鹽湖區(qū)景觀格局變化的特征主要表現(xiàn)為建設(shè)用地的快速增長(zhǎng)，以耕地、草地為主生態(tài)用地持續(xù)減少，林地不斷增加，景觀格局趨于復(fù)雜和多樣，整體景觀有向均質(zhì)化方向發(fā)展的趨勢(shì)，表明在城市化和生態(tài)文明建設(shè)的背景下鹽湖區(qū)正處于不斷調(diào)整與優(yōu)化之中。經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增長(zhǎng)、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與地區(qū)政策是影響運(yùn)城市鹽湖區(qū)景觀格局演變的主要驅(qū)動(dòng)因子，特別是非農(nóng)業(yè)人口增加，引起建設(shè)用地需求量增加，促使耕地、農(nóng)村居民點(diǎn)用地等向建設(shè)用地轉(zhuǎn)化，農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，重點(diǎn)發(fā)展經(jīng)濟(jì)作物、設(shè)施農(nóng)業(yè)，加之植樹(shù)造林、退耕還林等地區(qū)政策的實(shí)施共同作用下導(dǎo)致林地景觀格局的變化。運(yùn)城市鹽湖區(qū)在今后應(yīng)進(jìn)一步保護(hù)和增加生態(tài)用地，推進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，協(xié)調(diào)優(yōu)化城市建設(shè)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與農(nóng)業(yè)發(fā)展布局，構(gòu)建土地動(dòng)態(tài)管理與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鹽湖區(qū)用地和空間資源的合理配置，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。