合肥市土地利用景觀格局變化及驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究

劉錦洋 魯成樹(shù)

摘要 [目的]為進(jìn)一步揭示合肥市土地利用景觀格局的變化規(guī)律及驅(qū)動(dòng)機(jī)制，以合肥市為研究對(duì)象，對(duì)合肥市的土地利用景觀格局與驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行研究。[方法]基于合肥市2010、2015、2018年土地利用現(xiàn)狀圖，運(yùn)用ArcGIS、Fragstats 3.3、SPSS等軟件，采取景觀格局指數(shù)法、主成分分析法，對(duì)合肥市土地景觀格局及驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行研究。[結(jié)果]合肥市土地利用信息熵上升，土地利用的有序程度降低，主要是由耕地景觀轉(zhuǎn)向建設(shè)用地景觀;土地利用景觀格局呈現(xiàn)碎片化程度上升，并呈現(xiàn)出集聚—擴(kuò)散—集聚、不穩(wěn)定—穩(wěn)定—不穩(wěn)定、復(fù)雜—簡(jiǎn)單—復(fù)雜的變化特征;合肥市土地利用景觀格局變化主要是經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)與人口驅(qū)動(dòng)協(xié)同作用的結(jié)果。[結(jié)論]該研究為經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展中城市土地利用的合理布局提供指導(dǎo)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 景觀格局;土地利用;驅(qū)動(dòng)機(jī)制;合肥市

中圖分類號(hào) F301.2? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2021）24-0088-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.24.020

Study on the Landscape Pattern Change and Driving Mechanism of Land Use in Hefei City

LIU Jin-yang，LU Cheng-shu （School of Geography and Tourism，Anhui Normal University，Wuhu，Anhui 241000）

Abstract [Objective] In order to further reveal the changing law and driving mechanism of land use landscape pattern in Hefei，taking Hefei City as the research object，the land use landscape pattern and driving mechanism of Hefei City were studied.[Method]Based on the land use status map of Hefei City in 2010，2015 and 2018，ArcGIS，F(xiàn)ragstats 3.3，SPSS and other software were used to study the land landscape pattern and driving mechanism of Hefei City by landscape pattern index method and principal component analysis method.[Result]The land use information entropy increased，and the land use order decreased，which was mainly from cultivated land landscape to construction land landscape.The degree of fragmentation of land use landscape pattern increased，and showed the characteristics of agglomeration-diffusion-agglomeration，instability-stability-instability，complex-simple-complex.The change of landscape pattern of land use in Hefei City was mainly the result of the synergistic effect of economy-driven and population-driven.[Conclusion]This study provides guidance for the rational layout of urban land use in the rapid economic development.

Key words Landscape pattern;Land use;Driving mechanism;Hefei City

作者簡(jiǎn)介 劉錦洋（1998—），男，安徽蚌埠人，碩士研究生，研究方向：土地利用、土地規(guī)劃。*通信作者，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，從事土地利用、土地規(guī)劃研究。

收稿日期 2021-03-19

景觀格局一般都與土地利用相關(guān)聯(lián)，土地利用是導(dǎo)致景觀格局轉(zhuǎn)變的重要因素[1]。景觀格局指數(shù)具有單個(gè)的描述性，具有相關(guān)性的景觀格局指數(shù)耦合更具說(shuō)服力，從而構(gòu)成景觀格局體系[2]。景觀格局可從斑塊層面、類型層面、景觀層面進(jìn)行分析[3]。同時(shí)將空間的變化尺度和時(shí)間的演繹尺度相結(jié)合，從而構(gòu)成了景觀格局的異質(zhì)性[4]。當(dāng)前，相關(guān)研究通過(guò)構(gòu)建預(yù)測(cè)模型、研究驅(qū)動(dòng)力等，將景觀格局變化與生態(tài)脆弱性、生物多樣性、耕地破碎性等領(lǐng)域相交互，并形成了相對(duì)完善的評(píng)價(jià)體系[5]。然而將景觀格局變化與土地利用信息熵相結(jié)合的研究還相對(duì)薄弱。同時(shí)合肥市作為新一線城市，研究其景觀格局變化對(duì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展中城市土地利用的合理布局具有指導(dǎo)性意義。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

合肥市位于117°17′E、31°52′N，作為安徽省省會(huì)城市，是安徽省的政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，“一帶一路”和長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶戰(zhàn)略雙節(jié)點(diǎn)城市，于2020年評(píng)為新一線城市，其土地利用景觀格局（圖1）在快速發(fā)展中的城市具有一定典型性。

1.2 方法與模型

1.2.1 景觀格局指數(shù)法。

利用景觀分析軟件Fragstats 3.3從景觀水平對(duì)土地利用景觀格局進(jìn)行分析，得出不同時(shí)期的土地利用景觀格局和變化趨勢(shì)[6]。選用11種具有代表性的景觀指數(shù)，即拼塊所占景觀面積的比例（PLAND）、最大斑塊所占景觀面積的比例（LPI）、平均形狀指數(shù)分布（SHAPE_MN）、平均分維數(shù)（FRAC_MN）、蔓延度指數(shù)（CONTAG）、邊緣面積分維（PAFRAC）、分離度（SPLIT）、聚合度（AI）、景觀面積（TA）、香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）、香農(nóng)均度指數(shù)（SHEI）。

1.2.2 土地利用信息熵。

土地利用信息熵能反映研究區(qū)域在一定時(shí)期內(nèi)不同土地類型的均衡程度，對(duì)區(qū)域土地結(jié)構(gòu)合理規(guī)劃和配置具有指導(dǎo)性意義[7]。其計(jì)算公式如下：

H=-∑ni=1PilgPi（1）

式中，H代表土地利用信息熵，Pi代表研究區(qū)域內(nèi)不同土地利用類型占研究區(qū)總面積的比例，n代表土地類型的數(shù)量。

1.2.3 主成分分析法。

運(yùn)用SPSS軟件對(duì)驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行主成分分析，選取特征值大于1的主成分進(jìn)行分析。以穩(wěn)定性、科學(xué)性、可獲得性、完備性為原則，選取了14個(gè)驅(qū)動(dòng)因子，分別是總?cè)丝冢╔1）、市區(qū)人口（X2）、GDP（X3）、工業(yè)增加值（X4）、第一產(chǎn)業(yè)增加值（X5）、第二產(chǎn)業(yè)增加值（X6）、第三產(chǎn)業(yè)增加值（X7）、城鎮(zhèn)居民人均收入（X8）、農(nóng)民人均純收入（X9）、糧食產(chǎn)量（X10）、農(nóng)機(jī)總動(dòng)力（X11）、農(nóng)用拖拉機(jī)（X12）、化肥施用量（X13）、排灌動(dòng)力機(jī)械（X14）。

1.2.4 Logistics模型。

為了探討影響土地利用景觀格局的驅(qū)動(dòng)因素，利用 Logistics 模型對(duì)驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行線性回歸分析。其公式如下：

Pi=exp（α+β1X1i+β2X2i+…+βnXni）1+exp（α+β1X1i+β2X2i+…+βnXni）（2）

ln（Pi1-Pi）=α+β1X1i+β2X2i+…+βnXni（3）

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用景觀轉(zhuǎn)移分析

從表1～2可以看出，2010—2015年耕地景觀向其他地類（如林地景觀、草地景觀、水域景觀、建設(shè)用地景觀）轉(zhuǎn)移的量都很大，其中向建設(shè)用地轉(zhuǎn)移的數(shù)量極其大，達(dá)21 573.7 hm2，故變化比較明顯。2015—2018年耕地向水域用地轉(zhuǎn)移數(shù)量相對(duì)較少，向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)移繼續(xù)擴(kuò)大。林地景觀主要還是向建設(shè)用地和耕地轉(zhuǎn)移，但轉(zhuǎn)移幅度都相對(duì)減少。草地景觀雖然占比較少但是向耕地、林地、建設(shè)用地景觀轉(zhuǎn)移的數(shù)量都有所增加。水域用地向耕地和建設(shè)用地轉(zhuǎn)移數(shù)量急劇增加，2010—2015年水域景觀向耕地景觀轉(zhuǎn)移301.7 hm2，2015—2018年水域景觀向耕地景觀轉(zhuǎn)移有明顯增加（高達(dá)2 581.9 hm2）。隨著政策的導(dǎo)向，建設(shè)用地向各地類轉(zhuǎn)移的數(shù)量明顯上漲，尤其是對(duì)耕地的轉(zhuǎn)移達(dá)12 149.6 hm2。但從整體上看還是耕地向建設(shè)用地轉(zhuǎn)移的過(guò)程。

2.2 結(jié)合土地利用信息熵的景觀格局變化分析

通過(guò)對(duì)景觀分離度、景觀多樣性和景觀形狀指數(shù)3個(gè)景觀格局體系結(jié)合土地利用信息熵對(duì)合肥市的景觀格局變化進(jìn)行分析[8]。

景觀分離度主要是研究分離度（SPLIT）、蔓延度指數(shù)（CONTAG）、聚合度（AI）3個(gè)方面。從表3可以看出，2010—2018年合肥市分離度呈上升趨勢(shì)，由2010年的3.476 5上升至2018年的3.766 2。CONTAG和AI都表現(xiàn)出2010—2015年呈下降趨勢(shì)、2015—2018年呈上升趨勢(shì)，且2010—2018年整體呈上升趨勢(shì)。SPLIT不斷上升，同時(shí)2010—2018年合肥市土地利用信息熵逐年上升，土地利用結(jié)構(gòu)的有序性降低，體現(xiàn)為合肥市景觀碎片化程度不斷上升。AI和CONTAG指數(shù)先減少后增加，表明2010—2018年合肥市景觀格局處于相對(duì)不穩(wěn)定的狀態(tài)，從整體來(lái)看2010—2018年合肥市土地利用景觀格局的碎片化程度不斷上升，同時(shí)集散程度呈現(xiàn)集聚—擴(kuò)散—集聚的變化特征。

景觀多樣性主要研究最大斑塊所占景觀面積的比例（LPI）、香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）、香農(nóng)均度指數(shù)（SHEI）3個(gè)方面。合肥市的LPI從2010年的50.921 8%降低至2018年的48.458 7%，SHDI從2010年的1.102 5增加至2018年的1.503 4，SHEI從2010年的0.565 1增加至2018年的0.587 9。表明單一組分對(duì)景觀的控制性減弱，優(yōu)勢(shì)景觀類型優(yōu)勢(shì)減弱，景觀異質(zhì)性增加，各景觀類型所占比例差異減小。合肥市土地利用信息熵從2010年的0.439 6增加至2018年的0.453 2，表明土地利用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性減弱，這種結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定引起景觀的多樣性下降。整體來(lái)看，2010—2018年合肥市的土地利用景觀格局整體穩(wěn)定性呈不穩(wěn)定—穩(wěn)定—不穩(wěn)定的變化特征。

景觀形狀指數(shù)主要研究平均形狀指數(shù)分布（SHAPE_MN）、平均分維數(shù)（FRAC_MN）、邊緣面積分維（PAFRAC）3個(gè)方面。合肥市的FRAC_MN先增加后減少，并且2018年的FRAC_MN與2010年的保持一致，均為1.056 3，這表現(xiàn)為斑塊形狀復(fù)雜程度未發(fā)生變化。土地利用信息熵的上升帶來(lái)景觀斑塊形狀的改變、土地利用職能相對(duì)收縮、土地利用空間類型表現(xiàn)不均衡的態(tài)勢(shì)[9]。合肥市的SHAPE_MN先增加后減少，2010—2018年整體呈上升趨勢(shì)，表現(xiàn)為合肥市景觀斑塊的形狀有所復(fù)雜。PAFRAC呈整體上升趨勢(shì)，從PAFRAC可以看出人類對(duì)合肥市的影響減少。整體來(lái)看，2010—2018年合肥市土地利用景觀格局形狀呈復(fù)雜—簡(jiǎn)單—復(fù)雜的變化特征。

2.3 合肥市土地利用景觀格局變化驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究

對(duì)于土地利用景觀格局變化的驅(qū)動(dòng)力可分為自然驅(qū)動(dòng)力和社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力兩大類[10]。自然驅(qū)動(dòng)力主要是土地所處的空間位置、海拔、土地坡度、氣候條件等對(duì)土地景觀格局變化的影響。社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力主要是社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口狀況的增長(zhǎng)、工業(yè)水平的進(jìn)程、農(nóng)機(jī)化發(fā)展的水平對(duì)土地景觀格局變化的影響。一般自然驅(qū)動(dòng)力的影響是自然演替的結(jié)果，對(duì)土地景觀格局的變化影響較小;而社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力是人為演替，對(duì)土地利用景觀格局的影響較大。該研究主要對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行研究。通過(guò)合肥市各年度的統(tǒng)計(jì)年鑒以及合肥市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展公報(bào)等，以穩(wěn)定性、科學(xué)性、可獲得性、完備性為原則，選取了14個(gè)驅(qū)動(dòng)因子，具體如表4所示。

驅(qū)動(dòng)因子的計(jì)算主要運(yùn)用SPSS軟件中的主成分分析法對(duì)14個(gè)驅(qū)動(dòng)因子的重要程度、特征值、貢獻(xiàn)值進(jìn)行計(jì)算，該研究選取特征值大于1的成分進(jìn)行分析，如表5主成分分析結(jié)果所示，第一主成分F1的特征值為12.022，符合特征值大于1的要求，貢獻(xiàn)值為92.475%，第二主成分F2的特征值為1.978，貢獻(xiàn)值為7.525%，F(xiàn)1和F2共同構(gòu)成土地景觀變化的主要驅(qū)動(dòng)因素。由旋轉(zhuǎn)成分矩陣（表6）可知，影響F1的主要成分是第三產(chǎn)業(yè)增加值（X7）、城鎮(zhèn)居民人均收入（X8）、GDP（X3）、農(nóng)民人均純收入（X9）、工業(yè)增加值（X4）、第二產(chǎn)業(yè)增加值（X6）、排灌動(dòng)力機(jī)械（X14）、農(nóng)機(jī)總動(dòng)力（X11）、市區(qū)人口（X2）、第一產(chǎn)業(yè)增加值（X5）、農(nóng)用拖拉機(jī)（X12），根據(jù)上述因素把第一主成分概括為經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力。影響F2的主要成分是化肥施用量（X13）、糧食產(chǎn)量（X10）、農(nóng)用拖拉機(jī)（X12）、第一產(chǎn)業(yè)增加值（X5）、市區(qū)人口（X2）和農(nóng)機(jī)總動(dòng)力（X11），可以把第二主成分概括為人為耕種和人口增長(zhǎng)，即人口增長(zhǎng)是影響土地利用景觀格局變化的次要驅(qū)動(dòng)力。

根據(jù)成分得分系數(shù)（表7）可以獲得F1和F2各自影響因素的相關(guān)系數(shù)的公式，構(gòu)建Logistics線性回歸模型，具體如下：

F1=0.077X1+0.077X2+0.075X3+0.076X4+0.076X5+0.077X6+0.070X7+0.074X8+0.076X9+0.072X10+0.077X11+0.075X12+0.056X13+0.770X14

F2=0.047X1+0.047X2-0.248X3-0.149X4+0.102X5-0.042X6-0.421X7-0.249X8-0.167X9+0.347X10+0.027X11+0.201X12+0.699X13-0.370X14

土地利用景觀格局的驅(qū)動(dòng)力主要是由自然因素的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的外在驅(qū)動(dòng)力構(gòu)成，人為的外在驅(qū)動(dòng)力對(duì)土地類型的演替起著決定性的作用。社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力有2個(gè)影響成分，即經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力和人口驅(qū)動(dòng)力。社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口集聚促進(jìn)城市的擴(kuò)張，第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)得到進(jìn)一步的發(fā)展，城市的輻射范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。城市住房需求量增大，城市周邊農(nóng)村集體土地會(huì)通過(guò)征收變?yōu)閲?guó)有土地，更加促進(jìn)了城市土地二級(jí)市場(chǎng)的發(fā)育。景觀格局變化形成反饋使人口集聚和經(jīng)濟(jì)發(fā)展再次起到協(xié)同作用。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

（1）合肥市土地利用信息熵上升，土地利用的有序程度降低，主要是由耕地景觀轉(zhuǎn)向了建設(shè)用地景觀，主要原因是經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)人口驅(qū)動(dòng)力起著協(xié)同作用。

（2）根據(jù)分離度（SPLIT）、蔓延度指數(shù)（CONTAG）、聚合度（AI）3個(gè)方面相關(guān)指數(shù)變化，合肥市土地利用景觀格局的碎片化程度是不斷上升的，同時(shí)集散程度呈現(xiàn)集聚—擴(kuò)散—集聚的變化特征。

（3）根據(jù)最大斑塊所占景觀面積的比例（LPI）、香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）、香農(nóng)均度指數(shù)（SHEI）3個(gè)方面相關(guān)指數(shù)的變化，合肥市土地利用景觀格局的穩(wěn)定性呈不穩(wěn)定—穩(wěn)定—不穩(wěn)定的變化特征。

（4）根據(jù)平均形狀指數(shù)分布（SPAPE_MN）、平均分維數(shù)（FRAC_MN）、邊緣面積分維（PAFRAC）3個(gè)方面相關(guān)指數(shù)變化，合肥市土地利用景觀格局形狀呈復(fù)雜—簡(jiǎn)單—復(fù)雜的變化特征。

3.2 建議

（1）合肥市景觀格局主要是由耕地景觀轉(zhuǎn)向了建設(shè)用地景觀，政府要保證耕地景觀格局的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)保質(zhì)保量的占補(bǔ)平衡，提高土地利用結(jié)構(gòu)的有序性，保障土地利用信息熵的均衡。

（2）從分離度（SPLIT）可以看出，由2010年的3.476 5上升至2018年的3.766 2，這體現(xiàn)著合肥市土地利用景觀破碎化不斷加劇，景觀格局正在向著不利的方向演變，政府應(yīng)該加大對(duì)土地集約、土地規(guī)模方向的發(fā)展。同時(shí)合肥市的最大斑塊所占景觀面積的比例（LPI）從2010年的50.921 8%降低至2018年的48.458 7%，土地景觀的穩(wěn)定性正在下降，政府保護(hù)產(chǎn)權(quán)的穩(wěn)定，刺激單位和個(gè)人對(duì)土地的持續(xù)投入，保證土地利用的穩(wěn)定性。并通過(guò)土地利用規(guī)劃，結(jié)合國(guó)民經(jīng)濟(jì)計(jì)劃，合理地規(guī)劃土地利用的格局和結(jié)構(gòu)。

（3）引起格局轉(zhuǎn)變的驅(qū)動(dòng)力主要是經(jīng)濟(jì)因素和人口因素，經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力和人口驅(qū)動(dòng)力主要是外部驅(qū)動(dòng)力，在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的過(guò)程中要注意這些外部的人為演替對(duì)景觀格局的影響，從而保證土地利用景觀格局向穩(wěn)定健康的方向發(fā)展。

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