2008—2018年土默特右旗景觀格局變化及驅(qū)動(dòng)力分析

鐘安亞　婁立峰　胡春明

摘要 以內(nèi)蒙古自治區(qū)土默特右旗為研究對(duì)象，選取研究區(qū)2008、2014、2018年Landsat遙感影像為數(shù)據(jù)源，采用ENVI 5.3、ArcGIS 10.4、Fragstats 4.2軟件對(duì)2008—2018年土默特右旗進(jìn)行土地利用類型的分類和景觀格局指數(shù)的計(jì)算，并進(jìn)行驅(qū)動(dòng)力分析。結(jié)果表明，2008—2018年土默特右旗總體表現(xiàn)為建設(shè)用地和林地土地面積有所增加，分別增加了182.10、31.49 km，耕地、草地和未利用地面積分別減少了26.04、30.79、160.32 km，水域面積基本保持不變。各土地類型間的優(yōu)勢(shì)差異在縮小，研究區(qū)景觀具有較高均勻性，但各點(diǎn)類型與形狀較為復(fù)雜，景觀多樣性相應(yīng)增加。土默特右旗土地利用景觀格局演進(jìn)受自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、政策三方面因素綜合作用，其中以政策因素為主要導(dǎo)向。

關(guān)鍵詞景觀格局；遙感；驅(qū)動(dòng)力；土地利用；土默特右旗

中圖分類號(hào)P901文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611（2023）08-0063-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.08.015開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Analysis of Landscape Pattern Changes and Driving Forces of Tumut Right Banner from 2008 to 2018

ZHONG An-ya LOU Li-feng HU Chun-ming（1. School of Mining Engineering，North China University of Science and Technology，Tangshan，Hebei 063210;2. National Key Laboratory for Urban and Regional Ecology，Ecological Environment Research Center of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100085;3. Guizhou Maotai Group Limited Liability Company， Zunyi， Guizhou 564500）

AbstractTaking Tumut Right Banner of Inner Mongolia Autonomous Region as the research object， the remote sensing images of Landsat in 2008， 2014 and 2018 in the study area were selected as the data source， and the classification of land use types and landscape pattern index of Tumut Right Banner from 2008 to 2018 were calculated by ENVI 5.3， ArcGIS 10.4 and Fragstats 4.2 software， and the driving force analysis was carried out. The results showed that from 2008 to 2018， the land area of construction land and forest land had increased， increasing by 182.10 and 31.49 km， respectively， and the area of cultivated land，grassland and unused land had decreased by 26.04，30.79 and 160.32 km， respectively， and the area of water area had remained basically unchanged. The advantages between the land types were narrowing， and the landscape in the study area had higher uniformity， but the types and shapes of each point were more complex， and the diversity of landscapes increased accordingly. The evolution of the land use landscape pattern of Tumut Right Banner was affected by the comprehensive role of natural， socio-economic and policy factors， of which policy factors were the main guide.

Key wordsLandscape pattern;Remote sensing;Driving force;Land use;Tumut Right Banner

伴隨城鄉(xiāng)一體化發(fā)展，人口從農(nóng)村向城市流動(dòng)，城市逐漸成為人類主要集合地。逐漸呈現(xiàn)人口、住房、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等要素構(gòu)成的復(fù)合型城市，城市景觀格局隨城市化進(jìn)程而產(chǎn)生變化，土地利用類型和面積因地區(qū)而異［1］，在空間規(guī)劃和預(yù)測(cè)中并不總是能有效地進(jìn)行尺度分析和適應(yīng)性調(diào)整，實(shí)現(xiàn)土地利用的動(dòng)態(tài)變化。

近年來，隨著高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，土地利用規(guī)模及方式呈現(xiàn)多元化，而結(jié)合景觀模型分析已成為區(qū)域尺度格局研究最有效的方法［2］。鄧清等［3］基于2009—2015年勐?？h景觀格局與自然因素、人為擾動(dòng)因素之間內(nèi)在聯(lián)系研究，認(rèn)為人口及社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子是影響當(dāng)?shù)鼐坝^格局變化的主要驅(qū)動(dòng)因素，而自然因素則影響不大。錢佳洋等［4］通過對(duì)位于黃土丘陵區(qū)的永壽縣1998—2018年土地利用格局研究，得出社會(huì)經(jīng)濟(jì)和政策為景觀格局變化的主導(dǎo)因素，而氣溫、降水量等自然因素對(duì)當(dāng)?shù)鼐坝^格局演變也有一定影響。總體來說，社會(huì)經(jīng)濟(jì)、政策與景觀格局變化耦合度較高，自然因素根據(jù)研究區(qū)的選擇，對(duì)景觀格局或多或少有一定的影響。筆者以土默特右旗為研究區(qū)，采用ENVI 5.3、ArcGIS 10.4和Fragstats 4.2軟件對(duì)土默特右旗2008—2018年進(jìn)行土地利用的分類及景觀格局指數(shù)的計(jì)算［5］，以期為促進(jìn)土默特右旗的社會(huì)穩(wěn)定與和諧發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1資料與方法

1.1研究區(qū)概況土默特右旗是內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市下屬旗縣，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中南部（圖1），地理位置為110°14′～111°07′E、40°14′～40°51′N，總面積2 368 km。研究區(qū)位處大陸內(nèi)部北緯中溫帶，是一種典型大陸干旱季風(fēng)氣候，年平均氣溫可達(dá)7.5 ℃，季節(jié)分明，光照條件良好，雨量較少但集中。

1.2數(shù)據(jù)來源選用的數(shù)據(jù)資料包括包頭市統(tǒng)計(jì)年鑒、Landsat TM與Landsat OLI遙感影像數(shù)據(jù)（均從美國(guó)USGS網(wǎng)站獲?。?。為便于土地解譯分類，遙感影像選取夏季6—8月（表1）。

1.3遙感數(shù)據(jù)處理此次影像數(shù)據(jù)處理所用的軟件包括遙感影像處理軟件ENVI 5.3版本、ArcGIS 10.4版本以及景觀格局分析軟件Fragstats 4.2版本。利用ENVI軟件中幾何校正、輻射定標(biāo)、大氣校正、波段選擇與組合、圖像融合、圖像裁剪等操作［6-9］。

根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB/T 21010—2017）將土默特右旗土地利用類型分為6類：水域、建設(shè)用地、林地、未利用地、耕地、草地。對(duì)2008、2014、2018年土默特右旗遙感影像分別進(jìn)行分類結(jié)果精度評(píng)價(jià)，通過 GPS野外人工取點(diǎn)驗(yàn)證，對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行精度檢驗(yàn)，采用Kappa系數(shù)［10］（用于一致性檢驗(yàn)，也可以用于衡量分類精度）進(jìn)行分類檢驗(yàn)，Kappa系數(shù)均大于0.85，滿足土地利用研究需要。

1.4研究方法

1.4.1馬爾代夫轉(zhuǎn)移矩陣。運(yùn)用ArcGIS軟件的疊加分析模塊，將3景遙感影像的土地利用類型數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加計(jì)算，求出研究區(qū)6類土地利用類型在空間上互相轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)，最后構(gòu)建土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣［11］。數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

1.4.2景觀指數(shù)選取。景觀指數(shù)主要綜合有關(guān)景觀模式的信息，按不同景觀的空間順序排列，作為異質(zhì)性和景觀的有形表現(xiàn)，包括不同水平運(yùn)行的生態(tài)過程擾動(dòng)。根據(jù)該研究目的與研究區(qū)實(shí)際景觀情況，選擇7個(gè)景觀格局指數(shù)進(jìn)行分析［12-13］，景觀水平尺度選取最大斑塊指數(shù)（LPI）、香農(nóng)均勻度指數(shù)（SHEI）和蔓延度指數(shù)（CONTAG）；景觀類型尺度選取斑塊密度（PD）、邊緣密度（ED）、景觀形狀指數(shù)（LSI）、斑塊類型面積比重（PLAND），選取景觀指數(shù)具體解釋及意義見文獻(xiàn)［14-18］及表2。

2結(jié)果與分析

2.1土地利用類型動(dòng)態(tài)分析從2008—2018年土默特右旗土地利用分類（圖2）可以看出，耕地一直為土默特右旗主要土地利用類型，其次為未利用地、建設(shè)用地、林地，水域、草地則占比極少。土默特右旗北部為大青山生態(tài)保護(hù)區(qū)，南部為開闊平坦的土默川平原，土地多為鹽堿地。

從土默特右旗各類土地景觀面積變化（表3）可以看出，2008—2018年總體趨勢(shì)表現(xiàn)為耕地、草地與未利用地面積減少，分別減少了26.04、30.79和160.32 km；林地與建設(shè)用地面積有所增加，分別增加了31.49和182.10 km；這一時(shí)期主要是退耕還林政策的大力倡導(dǎo)以及城市化發(fā)展的影響，水域面積基本無大幅度變化。2008—2014年，草地、未利用地面積有所減少，分別減少43.10和201.52 km；耕地和建設(shè)用地面積有所增加，分別增加101.59和112.48 km；林地和水域的變化程度較小，幾乎未發(fā)生變化。 2014—2018年，耕地面積減少127.63 km，林地、草地、建設(shè)用地、未利用地面積有所增加，分別增加11.60、12.31、69.62、41.20 km。

2.2土地轉(zhuǎn)移矩陣分析從土默特右旗各土地利用類型轉(zhuǎn)移面積矩陣（表4～5）可以看出，2008—2014年土地利用類型主要是耕地轉(zhuǎn)化為林地、建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為未利用地、未利用地主要轉(zhuǎn)化為耕地，轉(zhuǎn)化面積分別是147.39、128.64、70.91 km，其余土地利用類型轉(zhuǎn)化較少；就轉(zhuǎn)移面積而言，轉(zhuǎn)出面積貢獻(xiàn)最高的是耕地，達(dá)212.73 km，轉(zhuǎn)入面積最高為未利用地，達(dá)到189.38 km，表明這一時(shí)期人為擾動(dòng)對(duì)環(huán)境影響較大。2014—2018年土地利用類型主要是未利用地與耕地、建設(shè)用地之間的轉(zhuǎn)化，其中，有155.01 km未利用地轉(zhuǎn)化為耕地，73.89 km未利用地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，70.81 km耕地轉(zhuǎn)化為未利用地，67.07 km建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為未利用地；就轉(zhuǎn)移面積而言，耕地的轉(zhuǎn)入面積最高，為220.49 km，而轉(zhuǎn)出面積最高的是未利用地，達(dá)268.65 km，表明這一時(shí)期人們對(duì)土地需求較高，其余土地利用類型轉(zhuǎn)化程度不明顯。

就轉(zhuǎn)移程度而言，2008—2014年各土地利用類型轉(zhuǎn)移面積總計(jì)1 113.38 km；2014—2018年各土地利用類型轉(zhuǎn)移面積總計(jì)1 073.68 km。總體來看，各土地利用類型轉(zhuǎn)移強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，土地利用類型排布漸趨穩(wěn)定。

2.3景觀格局變化分析

2.3.1景觀類型尺度指數(shù)分析。從表6可看出，未利用地斑塊密度（PD）最高，受人為擾動(dòng)最大，從2008年的3.46個(gè)/hm上升至2018年的6.98個(gè)/hm；邊緣密度（ED）與景觀形狀指數(shù)（LSI）呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì)，說明景觀異質(zhì)性增強(qiáng)，這一時(shí)期，政府大力發(fā)展工業(yè)，并斥巨資實(shí)施基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程，因此對(duì)未利用地進(jìn)行大面積開發(fā)，以致景觀破碎度增加。

建設(shè)用地邊緣密度（ED）呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。經(jīng)資料查閱，2008—2014年人為活動(dòng)較為頻繁，致使草地與建設(shè)用地邊界復(fù)雜，因此數(shù)值較高。建設(shè)用地景觀形狀指數(shù)（LSI）總體呈上升趨勢(shì)，說明斑塊形狀趨向復(fù)雜，離散度增加。

耕地和林地邊緣密度（ED）呈逐年遞增趨勢(shì)，表現(xiàn)為景觀異質(zhì)性增強(qiáng)，可認(rèn)為受外界環(huán)境干擾較低。耕地景觀形狀指數(shù)（LSI）呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，政府在這一時(shí)期對(duì)農(nóng)牧業(yè)開始施行集約化、規(guī)?；芾恚?014年后農(nóng)業(yè)用地趨于平穩(wěn)。

草地邊緣密度（ED）呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢(shì)，草地景觀形狀指數(shù)（LSI）總體為下降趨勢(shì)，表明這種地型斑塊受人為干擾，以致斑塊形狀簡(jiǎn)單。水域各指標(biāo)基本變化不大。

2.3.2景觀水平尺度指數(shù)分析。從表7可以看出，2008—2018年香農(nóng)均勻度指數(shù)（SHEI）呈上升趨勢(shì)，表明在研究區(qū)域中斑塊類型數(shù)量增加，面積比重趨于平衡，各類斑塊在景觀中分布表現(xiàn)為愈來愈均勻、多樣化。就研究區(qū)蔓延度指數(shù)（CONTAG）而言，從2008年的59.92%減少至2018年的57.98%，說明研究區(qū)各土地類型斑塊的連通性逐漸減小，斑塊破碎化程度增加，斑塊數(shù)量逐步增多，優(yōu)勢(shì)景觀類型被其他土地類型分割。

2.4驅(qū)動(dòng)力分析

2.4.1自然因素。土默特右旗土地利用類型變化自然因素中主要受氣候、雨水的影響。該旗地理位置為大陸內(nèi)部北緯中溫帶，是一種典型的大陸干旱季風(fēng)氣候，季節(jié)分明，光照條件良好，雨量較少但集中。該研究通過查閱包頭市統(tǒng)計(jì)年鑒以及中國(guó)氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng)數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)（圖3），2008—2018年年均氣溫與降雨量總體呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，這10年間平均氣溫為8.0 ℃，平均降雨量為353.2 mm。該地區(qū)地面水主要依靠大氣降雨進(jìn)行補(bǔ)給，降雨量增減幅度直接影響了河流徑流量，耕地與水域類型受其影響范圍較大，作為農(nóng)業(yè)大縣，水資源重要性不言而喻，為土默特右旗景觀變化的重要自然因素。

2.4.2社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素。第一，人口數(shù)量呈上升趨勢(shì)，包頭市統(tǒng)計(jì)年鑒表明，土默特右旗2008年的人口數(shù)量為30.69萬(wàn)，2014年則上升至28.65萬(wàn)，2018年人口數(shù)量達(dá)到了36.29萬(wàn)，即這10年中人口增長(zhǎng)了5.60萬(wàn)。并且非農(nóng)人口比重逐年攀升，人口的增加勢(shì)必占用更多的土地資源。隨著該旗的經(jīng)濟(jì)與城鎮(zhèn)化發(fā)展，愈來愈多的未利用地被開發(fā)成各類用地。

第二，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與轉(zhuǎn)型，統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)表明（圖4），土默特右旗2008—2018年的總體經(jīng)濟(jì)走勢(shì)為上升趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）由2008年的101.92億元增長(zhǎng)至2018年的181.02億元，第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值分別得到不同程度提高，其中2014年GDP達(dá)到峰值。相關(guān)資料表明，第二產(chǎn)業(yè)中采礦業(yè)占比較大，2008—2014年神華集裝站完成全封閉工程，山路換裝站、嘉華集裝站完成全封閉基礎(chǔ)施工，為該旗GDP作出突出貢獻(xiàn)。2014—2018年GDP呈下降趨勢(shì)，主要是煤礦事故、停產(chǎn)等原因。土默特右旗屬于資源型城市，采礦等相關(guān)行業(yè)的萎靡一定程度對(duì)該地經(jīng)濟(jì)造成了影響。

2014年作為一個(gè)突變點(diǎn)，其GDP大幅度波動(dòng)與景觀格局類型聯(lián)系密切。這一時(shí)期耕地、建設(shè)用地面積增加，未利用地與草地面積減少。表明土默特右旗在大力挖掘土地潛力，同時(shí)側(cè)重對(duì)第二產(chǎn)業(yè)的投入力度，尤其在采礦業(yè)，這也造成后續(xù)一系列采礦污染安全問題。2014年以后通過各級(jí)政府調(diào)控，產(chǎn)業(yè)趨向多元化，第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值比例趨于均衡。

2.4.3政策因素。自2012年11月，黨的十八大提出“生態(tài)文明建設(shè)”決策。為響應(yīng)國(guó)家政策號(hào)召，該旗政府將“生態(tài)旗”納入《土默特右旗國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年計(jì)劃綱要》，后續(xù)又頒布了《土默特右旗生態(tài)旗建設(shè)規(guī)劃》，該文件提出在“十一五”時(shí)期到2015年要在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，注重生態(tài)環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展。通過遙感解譯可看出，2008—2014年建設(shè)用地增幅較高，未利用地減少較快，受人為擾動(dòng)較大。2009年開始，土默特右旗政府從行政、經(jīng)濟(jì)、政治等方面堅(jiān)持開展“生態(tài)旗”建設(shè)，并取得一定成績(jī)。近些年旗政府開展了“清四亂、保母親河”公益專項(xiàng)行動(dòng)，頒布了《關(guān)于對(duì)河湖“四亂”問題實(shí)行“一問題兩單制”的通知》等有關(guān)舉措，保護(hù)境內(nèi)河流。此外，當(dāng)?shù)卣陙韺?duì)北山煤礦坑的管理采取了一系列政策，按照有關(guān)規(guī)定有序地拆除礦區(qū)洗煤設(shè)施，投入1.5億元，對(duì)總面積22.8 km的后山礦區(qū)進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)和環(huán)境治理，林地面積逐年增加。總體來說，在土默特右旗相關(guān)政府部門與人民的通力合作下，土默特右旗生態(tài)環(huán)境得到極大改善。

3結(jié)論與討論

以景觀生態(tài)學(xué)原理為基礎(chǔ)，對(duì)土默特右旗2008、2014、2018年3期遙感影像進(jìn)行土地利用分類及景觀格局分析，并討論驅(qū)動(dòng)力因素，結(jié)果如下：

（1）土默特右旗土地利用類型以耕地、未利用地、建設(shè)用地及林地為主，其他地類占比極低。2008—2018年耕地面積呈現(xiàn)先增加后減少趨勢(shì)，未利用地面積總體呈減少趨勢(shì)，建設(shè)用地面積呈持續(xù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，林地面積逐年增加；草地及水域面積呈波動(dòng)平穩(wěn)趨勢(shì)，基本沒有變化。

（2）土默特右旗土地?cái)_動(dòng)及轉(zhuǎn)移程度以建設(shè)用地、未利用地、耕地為主要類型。就土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣而言，2008—2014年土地利用類型主要為耕地轉(zhuǎn)化為林地、建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為未利用地、未利用地轉(zhuǎn)化為耕地，轉(zhuǎn)化面積分別是147.39、128.64、70.91 km，其余土地利用類型轉(zhuǎn)化較少；就轉(zhuǎn)移面積而言，2008—2014年轉(zhuǎn)出面積貢獻(xiàn)最高的是耕地，達(dá)212.73 km，轉(zhuǎn)入面積最高為未利用地，達(dá)到189.38 km，表明這一時(shí)期人為擾動(dòng)對(duì)環(huán)境影響較大。2014—2018年土地利用類型主要是未利用地、耕地及建設(shè)用地之間的轉(zhuǎn)化。其中，155.01 km未利用地轉(zhuǎn)化為耕地，73.89 km未利用地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，70.81 km耕地轉(zhuǎn)化為未利用地，67.07 km建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為未利用地。

（3）土默特右旗地類斑塊的景觀指數(shù)總體表現(xiàn)出均勻化、破碎化趨勢(shì)。香農(nóng)均勻度指數(shù)（SHEI）和最大斑塊指數(shù)（LPI）持續(xù)上升，蔓延度指數(shù)（CONTAG）持續(xù)下降。其中未利用地斑塊密度（PD）最高，受人為擾動(dòng)最大；其余土地利用類型斑塊密度各自呈現(xiàn)波動(dòng)式增長(zhǎng)。耕地、林地及未利用地邊緣密度（ED）呈逐年遞增趨勢(shì)，表現(xiàn)為景觀異質(zhì)性增強(qiáng)。此外，耕地景觀形狀指數(shù)（LSI）總體呈下降趨勢(shì)，表明此土地利用類型斑塊受人為干擾，以致斑塊形狀簡(jiǎn)單。建設(shè)用地與未利用地景觀形狀指數(shù)總體呈上升趨勢(shì)，說明斑塊形狀趨向復(fù)雜，離散度增加。

（4）依據(jù)土默特右旗土地類型景觀變化，從自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)及政策三方面歸納驅(qū)動(dòng)因素。這三方面綜合作用于土默特右旗土地景觀格局演化。降雨量、氣溫等自然因素對(duì)研究區(qū)土地利用類型變化有一定影響，但相對(duì)較??；就社會(huì)經(jīng)濟(jì)而言，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整轉(zhuǎn)型對(duì)土地利用方式有著直接影響；而政策因素對(duì)景觀格局演變起較強(qiáng)的主導(dǎo)作用。未來政府應(yīng)繼續(xù)以生態(tài)文明建設(shè)為導(dǎo)向，堅(jiān)持土地資源合理開發(fā)利用，強(qiáng)化土地管理，規(guī)范調(diào)整土地市場(chǎng)。強(qiáng)化土地利用法律法規(guī)，確保法律權(quán)威，監(jiān)督懲戒土地破壞行為，完善公示制度與政府聽政制度。

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