長沙市土地利用景觀格局時空演變及驅(qū)動因素研究

陳憲周，范正根，吳 巍

（江西師范大學 城市建設學院，江西 南昌 330022）

0 引言

土地是人類生存和發(fā)展所必需的基礎資源［1］，土地利用/覆被變化是人類社會經(jīng)濟活動與自然環(huán)境互相影響的重要體現(xiàn)［2-3］，反映了各土地利用類型的時空變化特點，通過對其驅(qū)動機理進行分析，能夠總結(jié)出自然因素與人類因素產(chǎn)生的影響規(guī)律，從而為政府的土地利用政策規(guī)劃提供決策參考［4］。景觀格局變化是指在一定時空范圍內(nèi)由于各類景觀要素的改變而產(chǎn)生的景觀空間結(jié)構(gòu)的變化［5］，它是土地利用變化最直觀的表現(xiàn)形式，通過對景觀格局進行分析可以有效反映土地利用變化的空間格局［6-7］。隨著我國工業(yè)化與城鎮(zhèn)化進程的不斷推進，各地在快速城市化的過程中用地需求持續(xù)增大，頻繁的土地開發(fā)活動必然對區(qū)域景觀格局產(chǎn)生影響，因此，將土地利用與景觀格局結(jié)合起來進行分析能更加全面地把握區(qū)域土地資源的利用狀況，對加強土地資源的管理和保護具有重要的理論意義［8-9］。

目前，學者們針對土地利用景觀格局演變的研究主要從省域［10］、市域［11］、縣域［12］、城市群［13］、流域片區(qū)［14］等尺度展開，研究對象也復雜多樣，既有針對單一土地利用類型的研究［15］，也有針對區(qū)域所有土地利用類型的綜合性研究［16］。在研究內(nèi)容方面，既有針對引起土地利用景觀格局變化驅(qū)動因素的研究［17-18］，也有預測未來土地利用狀況情景模擬的研究［19-20］。但從整體來看，現(xiàn)有文獻選擇的研究區(qū)域大多集中在東部地區(qū)的發(fā)達城市［21］以及中西部某些特殊的水系流域［22］與生態(tài)區(qū)［23］，針對近些年快速崛起的中部尤其是長江中游地區(qū)的節(jié)點城市進行分析研究的較為缺乏。自2006年國家開始實施中部崛起戰(zhàn)略后，借助水運條件的便捷和承東啟西的區(qū)位優(yōu)勢，長江中游城市進入了經(jīng)濟快速發(fā)展、城鎮(zhèn)化高速推進的階段，土地資源逐步被大規(guī)模開發(fā)利用，原先的用地結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了巨大改變，人地矛盾、生態(tài)環(huán)境惡化等問題也愈加凸顯。2018年5月11日中國共產(chǎn)黨湖南省第十一屆委員會第五次全體會議通過的《關于堅持生態(tài)優(yōu)先綠色發(fā)展深入實施長江經(jīng)濟帶發(fā)展戰(zhàn)略大力推動湖南高質(zhì)量發(fā)展的決議》明確提出：長江經(jīng)濟帶要以生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展為導向，推動區(qū)域高質(zhì)量協(xié)調(diào)發(fā)展。這對“三生空間”沖突逐年加劇的長江中游城市提出了更高的土地規(guī)劃要求，因此，開展對長江中游城市土地利用景觀格局變化的研究，對指導中部城市土地資源合理分配、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標具有重要意義。

長沙市作為長江中游地區(qū)的發(fā)達省會城市，承擔著引領中部崛起的重要任務，同時長沙也是典型的國家森林城市，其境內(nèi)有諸如天際嶺國家森林公園、黑麋峰國家森林公園等重要的生態(tài)片區(qū)，此外，由于水熱充足且具有較好的糧食生產(chǎn)基礎，長沙市還是國家重要的糧食生產(chǎn)基地。由此可以看出，長沙市在發(fā)展過程中需要同時協(xié)調(diào)城市建設、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)保護等不同用地需求，這也使得其土地利用及景觀格局變化情況復雜且具有代表性。因此，本文選取長沙市作為研究對象，對其2005—2020年間的土地利用變化過程和景觀格局演變特征進行分析，探討土地利用變化與驅(qū)動因素間的內(nèi)在聯(lián)系，以期為優(yōu)化長沙市土地利用布局和后續(xù)土地管理工作提供有益借鑒。

1 研究區(qū)概況

長沙市位于我國東南部，湖南省東部偏北，湘江下游和長瀏盆地西緣，是湖南省的省會城市，也是長江中游城市群和長江經(jīng)濟帶重要的節(jié)點城市，地域范圍為111°53′~ 114°15′E，27°51′~28°41′N。長沙市轄6個區(qū)、1個縣、代管2個縣級市，其行政區(qū)劃圖如圖1所示。根據(jù)《長沙市統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)顯示，截至2020年末，全市總面積為11815.96 km2，常住人口數(shù)為1006.08萬，地區(qū)生產(chǎn)總值為12142.52億元。長沙市屬亞熱帶季風氣候區(qū)，四季分明，氣候溫和，境內(nèi)地貌類型復雜多樣，東北、西北兩端山地環(huán)繞，中部為盆地平原，湘江由南向北貫穿中部，東南部多為丘陵，整體地勢南高北低。

圖1 長沙市行政區(qū)劃圖

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

研究區(qū)2005、2010、2015、2020年4期的土地利用/覆蓋數(shù)據(jù)來源于中國科學院地理科學與資源研究所（http://www.resdc.cn）提供的柵格數(shù)據(jù)（分辨率30 m×30 m），該數(shù)據(jù)是基于Landsat TM/ETM和Landsat 8 OLI衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)人工交互解譯獲得，解譯精度高于90%，符合研究要求。DEM數(shù)據(jù)(分辨率30 m×30 m)來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺。本研究借助ArcGIS軟件，參考《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T 21010—2017)與研究區(qū)的實際情況，先將原數(shù)據(jù)中研究區(qū)的土地利用類型重新劃分為耕地、林地、草地、水域、建設用地、未利用地6個一級類，再進行投影變換、柵格轉(zhuǎn)面等預處理后，對各用地類型的面積進行統(tǒng)計，用于后續(xù)相關指數(shù)的計算與時空變化過程的分析。驅(qū)動因素分析使用的社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)來源于《長沙統(tǒng)計年鑒》，政策文件數(shù)據(jù)來源于政府官方網(wǎng)站。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用動態(tài)度 土地利用動態(tài)度指標可以定量描述區(qū)域內(nèi)土地利用變化的速度，按分析對象的不同，其可分為單一土地利用動態(tài)度和綜合土地利用動態(tài)度［24］。

（1）單一土地利用動態(tài)度。單一土地利用動態(tài)度是用于描述研究區(qū)某種土地利用類型在一定時間范圍內(nèi)數(shù)量變化情況的指標［25］，計算公式為：

式（1）中：K表示研究時段內(nèi)某種土地利用類型的單一土地利用動態(tài)度；Ua、Ub分別表示某種土地利用類型在研究初期和研究末期的面積；T表示研究年限。

（2）綜合土地利用動態(tài)度。綜合土地利用動態(tài)度是用于描述研究時段內(nèi)整體土地利用變化速度的指標［26］，計算公式為：

式（2）中：Lc表示研究時段內(nèi)的綜合土地利用動態(tài)度；△LUij表示研究時段內(nèi)第i類土地利用類型轉(zhuǎn)變?yōu)榈趈類土地利用類型的面積；LUi表示第i類土地利用類型在研究初期的面積；T表示研究年限。

2.2.2 土地利用變化轉(zhuǎn)移矩陣 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可以定量描述研究時段內(nèi)各土地利用類型間相互轉(zhuǎn)移的方向和面積大小，明確研究初期的土地利用結(jié)構(gòu)和研究末期各用地類型的構(gòu)成來源［27］，在土地利用變化相關研究中被廣泛采用，其具體數(shù)學形式如下：

式（3）中：Sij表示研究時段內(nèi)第i類土地利用類型向第j類土地利用類型轉(zhuǎn)化的面積；i表示轉(zhuǎn)化前的原土地利用類型；j表示轉(zhuǎn)化后的土地利用類型；n表示土地利用類型的數(shù)量。

2.2.3 景觀格局演變分析 景觀格局指數(shù)主要由斑塊、類型、景觀3個層級的分析指數(shù)構(gòu)成［28］，采用景觀格局指數(shù)法能高度濃縮景觀格局的信息，定量描述研究區(qū)景觀結(jié)構(gòu)組成與空間配置特征，更好地解釋景觀時空變化的趨勢和特點［29］。為全面準確地對研究區(qū)景觀格局變化進行分析，本研究在借鑒其他相關研究成果的基礎上，分別從類型水平和景觀水平上選取參數(shù)指標，其中類型水平指數(shù)方面選擇了斑塊數(shù)目(NP)、斑塊密度(PD)、最大斑塊指數(shù)(LPI)、邊緣密度(ED)、斑塊結(jié)合度(COHESION)、景觀分離度(DIVISION)；在景觀水平指數(shù)方面選擇了斑塊密度(PD)、蔓延度指數(shù)(CONTAG)、香農(nóng)均勻度指數(shù)(SHEI)、香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)。上述指標借助Fragstats 4.2軟件對研究區(qū)各期土地利用分類柵格數(shù)據(jù)進行分析計算獲得。

2.2.4 主成分分析法 由于對土地利用產(chǎn)生影響的社會經(jīng)濟因子較多，且各因子間的相關性較強，為了揭示各變量間的相互作用關系，獲得影響土地利用的主要驅(qū)動因子，本研究采用主成分分析法(PCA)對社會經(jīng)濟因素進行分析。主成分分析法是一種基于降維思想的多變量分析方法，采用該方法可以通過線性變換將多個變量指標壓縮為少數(shù)幾個綜合性指標，這幾個指標不僅無關聯(lián)性且能夠反映多個原始變量的大部分信息［30-31］，簡化了變量的分析過程。在結(jié)合其他研究成果的基礎上，本文利用SPSS 25軟件對長沙市2005—2020年間的14項指標數(shù)據(jù)進行分析，具體指標為總?cè)丝?X1)、人均GDP(X2)、城鎮(zhèn)人口比重(X3)、農(nóng)村居民人均可支配收入(X4)、糧食總產(chǎn)量(X5)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值(X6)、林業(yè)產(chǎn)值(X7)、牧業(yè)產(chǎn)值(X8)、固定資產(chǎn)投資總額(X9)、地方財政收入(X10)、地方財政支出(X11)、第一產(chǎn)業(yè)占比(X12)、第二產(chǎn)業(yè)占比(X13)、第三產(chǎn)業(yè)占比(X14)。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用面積變化及動態(tài)度分析

根據(jù)長沙市2005、2010、2015、2020年4期土地利用分類結(jié)果（圖2）和各用地類型面積與動態(tài)度統(tǒng)計數(shù)據(jù)（表1~表2），可以發(fā)現(xiàn)耕地、林地、建設用地3種用地類型面積最大，三者共同構(gòu)成了長沙市主要的用地類型，并且在城鎮(zhèn)化進程持續(xù)推進的背景下，建設用地正以侵占外圍耕地、林地的方式實現(xiàn)向外擴張。

表1 2005—2020年長沙市各土地利用類型面積及其占比情況

表2 2005—2020年長沙市各時段土地利用動態(tài)度 %

圖2 2005—2020年長沙市4期土地利用分類圖

總體來看，2005—2020年各地類整體年變化速率為0.30%，3個研究時段的動態(tài)度呈先減少后增加的變化趨勢，其中2005—2010年時段內(nèi)綜合動態(tài)度達到最大峰值，為0.45%，說明該時段長沙市各地類間的轉(zhuǎn)化最為劇烈，而2010—2015時段綜合動態(tài)度最小，為0.20%，說明該時段各用地類型變化波動較為平緩，整體變化速度相對緩慢。

從單個用地類型看，林地是研究區(qū)覆蓋面積最大的單一土地利用類型，其主要分布在長沙市東部的瀏陽市和西部的寧鄉(xiāng)市域內(nèi)，2005—2020年間林地面積由7333.10 km2減少至7120.85 km2，面積占比由62.02%下降至60.23%，呈逐年遞減的趨勢，其中2005—2010年時段減速最快，年均減少21.43 km2，動態(tài)度為-0.29%。耕地分布在西南、中部和東北區(qū)域，范圍跨度較大，其面積由2005年的3688.51 km2減少至2020年的3378.20 km2，面積占比由31.20%下降至28.57%，也呈逐年遞減的趨勢，是研究時段內(nèi)面積減少量最大的用地類型，2005—2010年耕地面積減少的幅度最大，年均減少量達31.50 km2，動態(tài)度為-0.85%。

建設用地主要聚集于中部的開福區(qū)、芙蓉區(qū)等中心城區(qū)和西北、東部各縣城區(qū)，這些區(qū)域的地形多為崗地、平原，地勢較為平緩，為建設開發(fā)提供了優(yōu)越的地理條件。2005—2020年間，建設用地總面積由403.70 km2增長至925.07 km2，面積占比由3.41%上升至7.82%，年均增長量為34.76 km2，動態(tài)度為8.61%，是增長速度最快的用地類型，表明15 a間長沙市建設空間開發(fā)成效明顯，城鎮(zhèn)化建設取得較大進展。未利用地主要以碎片化的小地塊形式散布在整個市域內(nèi)，其面積占比自2010年后一直穩(wěn)定在0.06%，規(guī)模較小。但在動態(tài)度方面，未利用地動態(tài)度達到7.05%，其中2005—2010年變化速率最快，動態(tài)度高達27.88%，這主要是因為該時段建設用地在過快擴張的過程中產(chǎn)生了部分擱置地以及大批農(nóng)民進城務工，耕地拋荒現(xiàn)象頻發(fā)，部分耕地退化導致未利用地面積迅速增加。水域分布在中部湘江及其支流流域，草地零散鑲嵌于其他地類中，兩者面積變化量較小，各階段動態(tài)度波動較為平緩，無明顯變化特征。

3.2 土地利用類型轉(zhuǎn)化特征分析

通過土地利用類型變化分布圖（圖3）和土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（表3）可以發(fā)現(xiàn)，研究時段內(nèi)耕地、林地、建設用地這3類用地間的轉(zhuǎn)變最為突出，且主要呈現(xiàn)林、耕地多轉(zhuǎn)出，建設用地多轉(zhuǎn)入的變化態(tài)勢。

表3 2005—2020年長沙市土地利用轉(zhuǎn)移矩陣 km2

圖3 2005—2020年長沙市林地、耕地、建設用地變化分布圖

建設用地主要以老城區(qū)為中心呈輻射狀向外延伸擴展，其主要轉(zhuǎn)入來源為耕地和林地，轉(zhuǎn)入量呈先減少后增加的趨勢，其中2005—2010年轉(zhuǎn)入規(guī)模最大，達到292.27 km2，說明該期間長沙市在開拓建設空間，擴大城市規(guī)模的過程中侵占了周邊大量的耕地和林地，導致兩者面積總量明顯減少，這與長沙市建設大河西先導區(qū)、構(gòu)建“一城雙心”城市格局、打造高新科技產(chǎn)業(yè)新城的政策引導密切相關。

耕地的轉(zhuǎn)出對象主要為建設用地和林地，分別在3個研究時段向這2種土地利用類型轉(zhuǎn)出216.41、115.72、255.10 km2，向建設用地轉(zhuǎn)出的區(qū)域多集中在寧鄉(xiāng)市等舊縣城區(qū)與岳麓區(qū)、雨花區(qū)等中心城區(qū)的邊緣，易受到城市建設用地開發(fā)工程的影響；向林地轉(zhuǎn)出的區(qū)域主要分布在森林生態(tài)保護區(qū)與原農(nóng)田的邊緣交界處，這是由于政府對侵占林區(qū)違法開墾的農(nóng)田進行退耕還林，使得生態(tài)區(qū)周邊的耕地重新恢復為林地屬性。而耕地的轉(zhuǎn)入來源主要為林地、建設用地和水域，3個時段的轉(zhuǎn)入總面積分別為78.23、53.61、185.27 km2，其中2015—2020年間耕地轉(zhuǎn)入面積較上2個時段明顯提升，但轉(zhuǎn)入量仍遠小于土地轉(zhuǎn)出量。

林地主要向耕地和建設用地轉(zhuǎn)化，其中向耕地共轉(zhuǎn)出246.33 km2，轉(zhuǎn)出區(qū)域主要分布在原有耕地附近；向建設用地共轉(zhuǎn)出260.58 km2，轉(zhuǎn)出區(qū)域主要為與各城區(qū)相鄰的外圍林地。林地的轉(zhuǎn)入來源主要為耕地，年均轉(zhuǎn)入面積呈先減小后增大的趨勢，3個時段共轉(zhuǎn)入325.37 km2，但仍遠小于其轉(zhuǎn)出土地的總面積，這表明林地被侵占的勢頭雖有所改善，但總體仍處于萎縮狀態(tài)。

3.3 景觀格局指數(shù)分析

基于Fragstats 4.2軟件進行景觀格局指數(shù)分析，得到斑塊類型級別的指數(shù)變化統(tǒng)計圖（圖4）與景觀級別的指數(shù)統(tǒng)計表（表4）。通過對斑塊類型水平的變化進行分析可以從微觀層面掌握不同類型斑塊的演變特征，而通過對景觀水平的變化進行分析可以從宏觀層面掌握整個研究區(qū)的景觀格局變化狀況。

表4 2005—2020年長沙市景觀水平指數(shù)

圖4 2005—2020年長沙市斑塊類型水平指數(shù)統(tǒng)計

3.3.1 斑塊類型水平變化特征 根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果發(fā)現(xiàn)：林地的邊緣密度在2005—2020年3個研究時段的變化幅度較小，數(shù)值相對穩(wěn)定，而斑塊數(shù)量和斑塊密度則呈現(xiàn)先遞增后保持不變的趨勢，分離度指數(shù)從0.9352略微增加至0.9389，說明在2005—2020年間林地總體上零散斑塊數(shù)量增多，景觀破碎度沒有發(fā)生明顯改善。此外，林地在各研究時段的最大斑塊指數(shù)最大，這表明長沙市內(nèi)仍有規(guī)模較大的完整林地，這主要歸功于政府對生態(tài)區(qū)保護力度的加強，阻止了人類活動對部分連片優(yōu)質(zhì)生態(tài)區(qū)的干擾影響。

耕地的斑塊數(shù)量和斑塊密度在3個研究時段呈先遞增后略微下降的趨勢，最大斑塊指數(shù)和斑塊結(jié)合度呈遞減趨勢，分離度指數(shù)由研究初期的0.9870上升至末期的0.9975，這表明耕地的景觀破碎化程度加劇，零碎小斑塊比例增大，大面積連片耕地的完整性遭到破壞。這主要是由于建設用地的持續(xù)擴張使周邊耕地被用于開發(fā)建設，交通路網(wǎng)向外大規(guī)模延展使得遠郊農(nóng)田被道路切割的程度加大，連片耕地被細分為多個小地塊，碎片化分布的傾向加重。

建設用地的邊緣密度在研究時段呈增長態(tài)勢，表明其景觀優(yōu)勢度持續(xù)上升，對周邊其他景觀類型的干擾程度加深，斑塊數(shù)量和斑塊密度均呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，最大斑塊指數(shù)和斑塊結(jié)合度指數(shù)呈遞增趨勢，分離度指數(shù)呈逐年遞減，說明城市建設用地正向集中連片趨勢發(fā)展，零散小地塊正在逐步連接形成更大面積的完整斑塊。

草地和水域的邊緣密度處于小幅波動狀態(tài)，斑塊數(shù)量、最大斑塊指數(shù)和斑塊結(jié)合度等指標均未出現(xiàn)明顯變化，這表明草地和水域的斑塊變化較為平穩(wěn)，景觀穩(wěn)定性較好。未利用地的斑塊數(shù)量、最大斑塊指數(shù)等景觀指標數(shù)值較小，在6類用地類型中均為最低，說明未利用地在長沙市的景觀格局構(gòu)成中產(chǎn)生的影響作用極其有限，其綜合景觀效應基本可以忽略。

3.3.2 景觀水平格局變化特征 從長沙市整體景觀水平變化情況來看，斑塊密度由2005年的0.4756增長至2020年的0.5997，呈先遞增后保持穩(wěn)定的變化趨勢，說明了研究區(qū)的斑塊數(shù)量在2005—2020年間增長明顯，各斑塊分布的離散程度加深。景觀的蔓延度指數(shù)呈遞減趨勢，由2005年的69.0052下降至2020年的66.2319，說明研究區(qū)內(nèi)景觀斑塊的連接度降低，多種景觀要素呈散布格局，景觀破碎度加劇。香農(nóng)多樣性指數(shù)與香農(nóng)均勻度指數(shù)均呈遞增趨勢，表明景觀類型的多樣性逐漸增強，同時其分布更加趨向均勻化和均衡化，產(chǎn)生這種變化主要是因為建設用地對林地、耕地等其他地類進行侵占轉(zhuǎn)化，破壞了原有的優(yōu)勢自然景觀，削弱了不同土地景觀間的連接性，加深了整體景觀的破碎化程度，區(qū)域內(nèi)景觀類型的表現(xiàn)也因此更趨于多樣化。

3.4 驅(qū)動因素分析

土地利用變化是一個受自然環(huán)境和人類活動共同作用的動態(tài)變化過程，隨著各地城鎮(zhèn)化、工業(yè)化水平的快速提升，人類干擾作用的影響比重已明顯超過自然約束。因此，本研究從自然因素和人為因素兩大宏觀層面入手，結(jié)合自然地形、社會經(jīng)濟、政策規(guī)劃3個方面的細化因素探討長沙市土地利用景觀格局變化的驅(qū)動機制（圖5）。

圖5 長沙市土地利用景觀格局驅(qū)動機制

3.4.1 自然地形因素 自然地貌是決定土地利用和城市開發(fā)方式的重要因素之一，尤其是坡度直接影響農(nóng)田建設選址、農(nóng)林牧業(yè)的開發(fā)適宜性。因此，本研究基于GIS軟件與DEM高程數(shù)據(jù)對長沙市境內(nèi)地形進行坡度分析，將研究區(qū)的坡度劃分為6個類別（表5），并以長沙市2020年的土地利用分類數(shù)據(jù)為樣例，分別統(tǒng)計不同坡度范圍下各土地利用類型的面積占比情況。由表5可知，隨著坡度的增大，林地和草地的面積占比均呈現(xiàn)逐漸遞增的趨勢，而建設用地、耕地、水域3種土地利用類型的面積占比均呈現(xiàn)遞減的趨勢。林地面積在0°~5°的坡度范圍占比為32.63%，而當坡度達到20°~25°時，其占比則上升至92.10%；耕地面積在0°~5°的坡度范圍占比為50.16%，而當坡度大于15°時，其占比則下降至10.00%以下，這與其他研究［32］所總結(jié)的“坡度15°以下地形適合耕地開墾，25°為農(nóng)田開發(fā)限制坡度，25°以上坡地適合從事林業(yè)、畜牧業(yè)生產(chǎn)”的結(jié)論相吻合。

表5 2020年長沙市不同坡度下各用地類型面積占比

建設用地、耕地主要分布在0°~10°坡度范圍，這些坡度范圍的土地主要為盆地平原、崗地、山間的谷地，其地形較為平坦，適合城市建設與農(nóng)業(yè)發(fā)展。耕地、林地轉(zhuǎn)為建設用地的區(qū)域主要在城區(qū)東西兩側(cè)坡度為0°~15°的平原地段和10°~15°的丘陵地帶，連片平緩的地形降低了土地開發(fā)難度與成本，便于城市進行大規(guī)模擴展，因而政府和開發(fā)商具有極大動力對外圍其他用地進行征收轉(zhuǎn)化；耕地轉(zhuǎn)化為林地的區(qū)域主要在兩者交界處的10°~20°坡度范圍，這些坡地更適宜用于農(nóng)業(yè)和林業(yè)，但由于耕地的過度開墾已對生態(tài)平衡造成了嚴重破壞，致使政府對大量生態(tài)區(qū)周邊的違規(guī)農(nóng)田進行土地整治，推動了耕地向林地的轉(zhuǎn)化。

另外，長沙市是典型的跨江城市，湘江自南向北穿過中心城區(qū)，形成“一江兩岸”的城市布局，江流的阻隔使得城區(qū)中部的建設用地只能沿江岸縱向擴張，促使兩岸邊的耕地、林地被大規(guī)模轉(zhuǎn)化，形成市區(qū)建設用地“十字形”分布的空間形態(tài)。

3.4.2 社會經(jīng)濟因素 經(jīng)濟、人口、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等因素對一個地區(qū)的土地利用變化起著重要的主導作用，人類的經(jīng)濟活動往往能在短期內(nèi)迅速改變土地利用結(jié)構(gòu)，進而調(diào)整各地類間的轉(zhuǎn)化方向。結(jié)合其他土地利用變化相關的研究成果［33-35］，本文選取了總?cè)丝?、人均GDP、第一產(chǎn)業(yè)占比等14個社會因子指標，收集了2005—2020年長沙市相關指標的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并通過SPSS軟件對這些數(shù)據(jù)進行了主成分分析，研究影響土地利用變化的主要驅(qū)動因子。

依據(jù)計算結(jié)果中主成分特征值和累積貢獻率的數(shù)值大小確定主成分個數(shù)，選取特征值大于1的成分進行分析，共得到2個符合要求的成分。由表6可知：第1主成分和第2主成分的特征值分別為10.645、2.203，對應的貢獻率分別為76.035%、15.732%，兩者的累積貢獻率達到91.767%，這表明第1、第2主成分已經(jīng)能充分代表研究區(qū)土地利用變化的驅(qū)動力。同時，為了便于對主成分進行解釋，采用最大方差法對成分荷載矩陣進行旋轉(zhuǎn)處理，結(jié)果如表7所示。從旋轉(zhuǎn)后的矩陣結(jié)果可以看出，總?cè)丝?、人均GDP、農(nóng)村居民人均可支配收入、固定資產(chǎn)投資總額、地方財政收入與第1主成分呈顯著的正向相關性，且均為經(jīng)濟領域的相關指標，這說明長沙市的經(jīng)濟發(fā)展狀況是該市土地利用變化的重要驅(qū)動因素之一；第三產(chǎn)業(yè)占比與第2主成分呈顯著的正相關，第二產(chǎn)業(yè)占比和牧業(yè)產(chǎn)值與第2主成分呈負相關，農(nóng)業(yè)產(chǎn)值和林業(yè)產(chǎn)值與第2主成分呈正相關，這些指標均與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相關，說明長沙市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整對土地利用變化也具有較強的驅(qū)動作用。綜上所述，2005—2020年長沙市土地利用變化的社會經(jīng)濟驅(qū)動力主要為社會經(jīng)濟發(fā)展狀況、人口數(shù)量增長與城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。

表6 主成分特征值和貢獻率

表7 旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣

3.4.3 政策規(guī)劃因素 土地相關政策與城市發(fā)展規(guī)劃對一個區(qū)域的土地利用方式起著重要的引導和約束作用。《長沙市城市總體規(guī)劃(2003—2020年)》中明確提出：構(gòu)建“一主兩次五組團”的城市空間結(jié)構(gòu)，而2005—2020年間建設用地的新擴展區(qū)域與“五組團”的劃定區(qū)域相一致，說明城市規(guī)劃對建設用地的擴張方向和空間布局具有較強的限制作用。同時，由于湘江的阻隔，市區(qū)兩岸間人口和生產(chǎn)要素的相互流動被極大抑制，為此，2007年長沙市政府作出跨江建設河西新區(qū)的戰(zhàn)略部署，大力推進高新產(chǎn)業(yè)投資，有效推動福元路大橋、營盤路隧道等過江通道工程建設。跨江交通基礎設施的完善降低了兩岸運輸成本，增強了濱江區(qū)域的可達性，高新技術開發(fā)區(qū)的建設促進了人口遷移，帶動了產(chǎn)業(yè)發(fā)展，增大了城市對建設用地的需求量，促使政府與開發(fā)商對周邊土地進行大規(guī)模的轉(zhuǎn)化開發(fā)。2013年長沙市政府又出臺了《長沙市建設用地節(jié)約集約利用考核辦法》，遏制了建設用地低效利用和無序擴張趨勢，建設用地擴展速率開始放緩，這與其單一動態(tài)度從2005—2010年的13.08%降至2010—2015年的3.46%的統(tǒng)計數(shù)據(jù)相對應，表明區(qū)域政策對建設用地與其他地類間的轉(zhuǎn)化狀況具有明顯的宏觀調(diào)控作用。在耕地方面，長沙市政府通過加強對耕地的監(jiān)管力度，強化耕地占補平衡，并在2010年出臺的《長沙市農(nóng)村土地綜合整治試行辦法》和2018年公布的《長沙市國土資源局關于規(guī)范和改進農(nóng)村宅基地管理的實施意見》中強調(diào)集中連片推進土地平整，推動農(nóng)村空閑宅基地復墾，增加有效耕地面積，因此2010—2020年間耕地轉(zhuǎn)入面積呈上升趨勢。另外，為恢復被開墾破壞的生態(tài)林地，政府也實行了一系列退耕還林和生態(tài)修復政策，嚴格禁止耕地對林地違法侵占，這與轉(zhuǎn)入林地的區(qū)域主要為生態(tài)區(qū)周邊耕地的情況相一致，說明政策因素是用地類型轉(zhuǎn)變的重要驅(qū)動因素之一。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

本研究基于2005—2020年長沙市4期土地利用分類結(jié)果與相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)，結(jié)合地理學、生態(tài)學分析方法對長沙市土地利用與景觀格局的變化特征及驅(qū)動因素進行探究，得出以下結(jié)論：

（1）長沙市主要土地利用類型為林地、耕地和建設用地。在2005—2020年間，林地、耕地總量持續(xù)減少，而建設用地以各縣城、市區(qū)為中心，呈輻射狀向外快速擴展，規(guī)模持續(xù)擴大。水域和草地面積變化較為平緩，而未利用地受耕地拋荒等因素的影響，單一動態(tài)度達到7.05%，是變化速率最快的用地類型。

（2）在土地利用類型轉(zhuǎn)化方面主要以耕地、林地、建設用地這3類用地類型間的轉(zhuǎn)化為主，且主要呈現(xiàn)林地、耕地多轉(zhuǎn)出，建設用地多轉(zhuǎn)入的變化態(tài)勢。耕地和林地向建設用地轉(zhuǎn)出的區(qū)域主要集中在各縣舊城區(qū)和中心城區(qū)的邊緣地帶，這是由于長沙市在開拓城市建設空間過程中侵占了周邊大量的耕地、林地導致的。耕地轉(zhuǎn)為林地的區(qū)域多為生態(tài)區(qū)周邊兩者交界的地帶，說明近年來生態(tài)修復、退耕還林政策的實施效果顯著。

（3）在景觀格局方面，林地有連片且規(guī)模較大的完整斑塊，但其景觀破碎度未得到改善；耕地最大斑塊指數(shù)減小，分離度指數(shù)增大，景觀破碎化程度加??；建設用地景觀優(yōu)勢度上升，斑塊正朝集中連片趨勢發(fā)展；水域、草地、未利用地斑塊變化較為平穩(wěn)，景觀穩(wěn)定性較好。整體來看，研究區(qū)內(nèi)景觀斑塊的連接度降低，景觀類型的多樣性增強，多種景觀要素呈散布格局，景觀破碎程度加劇。

（4）長沙市土地利用和景觀格局演變的主要驅(qū)動因素為自然地形因素、社會經(jīng)濟因素和政策規(guī)劃因素。自然地貌決定城市開發(fā)方式，影響農(nóng)作物栽培與植被生長的空間分布，人口數(shù)量、經(jīng)濟發(fā)展狀況、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整能在短期內(nèi)改變土地利用結(jié)構(gòu)，影響地類轉(zhuǎn)化方向，而土地相關政策與城市發(fā)展規(guī)劃能對整個區(qū)域的土地利用方式進行引導和約束。

4.2 建議

長沙市作為長江中游區(qū)域的經(jīng)濟中心之一，在發(fā)展經(jīng)濟的同時肩負著較強的糧食生產(chǎn)與生態(tài)林區(qū)保護職能，相較于更偏向經(jīng)濟發(fā)展的下游城市而言，對其土地資源的分配有著更高的協(xié)調(diào)性需求。從研究結(jié)果來看，耕地、林地的面積逐年減少，而建設用地規(guī)模以較快的擴展速率不斷擴大，其景觀優(yōu)勢度的持續(xù)上升也反映出人類的建設活動對其他地類的影響干擾程度加深，這顯然對長沙市維持生態(tài)、產(chǎn)糧、建設三方平衡帶來了巨大風險。因此，針對上述長沙市土地利用景觀格局變化結(jié)果提出以下對策建議：

（1）借助當下國土空間規(guī)劃的契機，以土地集約利用為導向，對城市各片區(qū)建設空間的結(jié)構(gòu)布局進行合理優(yōu)化，通過“騰籠換鳥”的方式進一步對市區(qū)內(nèi)的低效工業(yè)企業(yè)進行遷出，引入具有高附加值的新興綠色產(chǎn)業(yè)，提高現(xiàn)有建設用地的利用效率和生態(tài)價值。

（2）加強對區(qū)域內(nèi)土地利用狀況的監(jiān)管力度，嚴格落實基本農(nóng)田與生態(tài)保護紅線，完善各片區(qū)土地資源承載力評估數(shù)據(jù)，提升城區(qū)內(nèi)部綠地覆蓋占比，確保在建設開發(fā)的同時不破壞自然環(huán)境的物質(zhì)循環(huán)與生物多樣性，實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展與綠色生態(tài)的有效融合。

（3）加大對農(nóng)村土地整治工程的投入，將城區(qū)周邊零散的耕地斑塊重新整合，發(fā)揮連片種植的優(yōu)勢，提升農(nóng)田作物產(chǎn)量和經(jīng)濟收益，保障糧食生產(chǎn)的長期穩(wěn)定。