重慶市江津區(qū)河岸帶土地利用景觀格局研究

邸曉慧 蘇英慧 邸桃元 明弘 周寶同

摘要：基于重慶市江津區(qū)2010年、2015年、2018年3期土地利用景觀變化數(shù)據(jù)，結(jié)合聚類熱點分析、景觀指數(shù)分析、緩沖區(qū)分析3種方法，探討2010年、2015年、2018年重慶市江津區(qū)土地利用在河岸帶的分布特征和變化規(guī)律。結(jié)果表明，土地利用景觀多樣性熱點主要位于長江各支流沿岸，且在農(nóng)村居民點附近分布較多，干流熱點分布較少;2010—2018年熱點數(shù)量逐漸減少，冷點數(shù)量逐漸增加，河岸帶景觀總體格局趨于簡單。隨著距河道距離的增加，耕地、林地和草地面積所占比例呈增加趨勢，建設(shè)用地表現(xiàn)為距河道越遠，面積所占比重越小，河流影響了河岸帶土地利用方式。2010—2018年間沿河道800 m緩沖帶內(nèi)，耕地、林地、建設(shè)用地的最大斑塊指數(shù)、景觀形狀指數(shù)和景觀聚集程度持續(xù)增加，草地的最大斑塊指數(shù)、景觀形狀指數(shù)和聚集程度則略有減小，人類活動對河岸帶的影響日益增大。

關(guān)鍵詞：河岸帶;土地利用;景觀格局;江津區(qū);聚類熱點分析;景觀指數(shù);聚集度指數(shù)

中圖分類號： F323.211文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）07-0223-08

收稿日期：2020-07-22

基金項目：國家社會科學基金重大項目（編號：15ZDC032）。

作者簡介：邸曉慧（1994—），女，山西呂梁人，碩士研究生，主要從事土地利用與土壤環(huán)境相關(guān)研究。E-mail：2472554603@qq.com。

通信作者：周寶同，博士，副教授，主要從事土地利用與土壤環(huán)境相關(guān)研究。E-mail：379485639@qq.com。

土地利用/覆被變化是人類活動與自然環(huán)境相互作用最直接的表現(xiàn)形式[1]，是當前景觀生態(tài)學和土地變化科學研究的熱點與前沿問題[2]。近年來，隨著人類社會的進步和發(fā)展，環(huán)境問題日益突顯。土地利用過程是人與自然交互過程中最為密切的環(huán)節(jié)[3]，土地利用變化成為全球環(huán)境變化的重要組成部分和主要原因之一，成為可持續(xù)發(fā)展的核心問題，與人類生存息息相關(guān)[4]。

目前，國內(nèi)外許多學者在土地利用景觀格局動態(tài)演變、驅(qū)動力分析以及土地利用變化的生態(tài)環(huán)境效應等方面進行了大量研究。李秀芬等對晉西北典型生態(tài)脆弱區(qū)土地利用變化及影響因素的研究結(jié)果表明，人口增加和產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的改變及政策制度驅(qū)動了土地利用的變化[5]。劉亞茹等以河南省商丘市為例，研究華北平原農(nóng)區(qū)土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務的影響，發(fā)現(xiàn)頻繁的人類活動會引起生態(tài)系統(tǒng)服務價值的顯著變化[6]。劉吉平等對三江平原土地利用景觀格局動態(tài)變化和驅(qū)動力進行分析，結(jié)果表明：人為因素特別是政策因素在土地利用變化過程中起關(guān)鍵作用[7]。劉金巍等研究了2000—2010年新疆維吾爾自治區(qū)瑪納斯河流域土地覆被變化及影響因素發(fā)現(xiàn)，流域的自然和社會經(jīng)濟環(huán)境與土地利用變化密切相關(guān)[8]。丁麗蓮等的研究揭示，土地利用方式的變化對生態(tài)系統(tǒng)服務價值有重大影響，合理的利用方式下土地的生態(tài)系統(tǒng)服務價值會有所提高[9]。

目前關(guān)于土地利用景觀格局的研究，以流域和行政區(qū)界為例居多，而在有河流流經(jīng)的城市中，河流對土地利用景觀格局的形成與演變有重要影響。河流兩岸的土地利用結(jié)構(gòu)與遠離河流地區(qū)的土地利用結(jié)構(gòu)是有區(qū)別的，空間尺度不同，河岸帶內(nèi)各土地利用類型的利用率也不同[10]。當前把河岸帶土地利用景觀格局作為研究對象的研究較少，因此，本研究重點對比不同河岸緩沖分帶內(nèi)的景觀分異性，探討該區(qū)土地利用在河岸帶的分布和變化規(guī)律，以期為合理利用重慶市江津區(qū)河岸帶土地資源提供可靠的依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

江津區(qū)位于重慶市西南部（圖1），地處四川盆地東南邊緣，處于平行嶺谷褶皺丘陵區(qū)，土地面積3 218 km2，地勢南部和北部高，中部低，境內(nèi)低山、丘陵較多[11]。區(qū)內(nèi)河流均屬長江水系，有 127 km 長江黃金水道，長江、臨江河、塘河、壁南河、筍溪河、綦江河和驢子溪的流域面積均大于 200 km2，境內(nèi)共27條河流，流域面積大于 30 km2[12]，水資源豐富，河流在城市發(fā)展中發(fā)揮重要作用。江津區(qū)氣候類型為亞熱帶季風氣候，夏熱冬暖，年平均氣溫18.4 ℃，年平均降水量 1 001.2 mm。江津區(qū)下轄5個街道，25個鎮(zhèn)，常住人口近140萬人，2018年地區(qū)生產(chǎn)總值達902.3億元，境內(nèi)下游幾江街道、德感街道、雙福街道、鼎山街道國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）總值比上游塘河鎮(zhèn)、石蟆鎮(zhèn)、石門鎮(zhèn)等高，全區(qū)規(guī)模以上工業(yè)生產(chǎn)總值1 313億元，工業(yè)集中度達96.7%，雙福、德感工業(yè)園成為重慶市產(chǎn)業(yè)示范園。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究所用土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)源于重慶市江津區(qū)2010年、2015年、2018年3期Landsat 陸地衛(wèi)星TM數(shù)字遙感影像，空間分辨率為30 m，云量均在15%以下，采用監(jiān)督分類對3期遙感影像進行初解譯，在初解譯基礎(chǔ)上結(jié)合江津區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖和對應年份的影像進行修正，最終得到江津區(qū)2010年、2015年、2018年土地利用景觀類型圖（圖2）。

2.2 研究方法

2.2.1 河岸帶提取

本研究選取研究區(qū)內(nèi)具有重要生態(tài)意義的長江為對象，在其垂直于河岸向外擴張800 m范圍內(nèi)，設(shè)置100 m間隔的緩沖帶，將河岸帶等間距劃分為0～100、100～200、200～300、300～400、400～500、500～600、 600～700、700～800 m共8個不同分帶，在ArcGIS中運用空間分析工具，獲取8個緩沖帶的土地利用數(shù)據(jù)，分析河岸帶土地利用特征。

2.2.2 聚類熱點分析

聚類熱點分析用于研究局部空間單元和相鄰單元的某種屬性相關(guān)程度，從而識別空間集聚，利用空間聚類方法，可計算出研究區(qū)土地利用景觀多樣性的空間聚集統(tǒng)計熱點區(qū)域[13]，提取統(tǒng)計意義上的顯著性高值和低值空間聚類區(qū)，了解土地利用景觀多樣性在空間上的熱點和冷點[14]。斑塊多樣性、類型多樣性和格局多樣性是景觀多樣性研究的3種類型，其中類型多樣性關(guān)注的是不同景觀類型在數(shù)量上的多與少以及各自的面積占比情況，從而反映不同景觀類型的豐富度和復雜度[15]。本研究選取景觀類型多樣性作為熱點分析指標，每個空間單元的景觀類型數(shù)代表該單元的景觀多樣性，類型數(shù)越多，景觀多樣性越豐富，反之越單一。

本研究將江津區(qū)劃分為若干個大小相等的網(wǎng)格單元，然后統(tǒng)計每個單元對應的景觀類型數(shù)，每個網(wǎng)格內(nèi)的景觀類型數(shù)作為其景觀多樣性值。對每個單元與臨近單元的景觀多樣性值的相互關(guān)系進行考量，高值顯著聚集區(qū)是某網(wǎng)格單元與相鄰單元的景觀多樣性值均為高值的區(qū)域，該區(qū)即為景觀多樣性在空間上的聚類統(tǒng)計熱點區(qū)，說明該區(qū)較其他區(qū)域有更多的景觀類型和更復雜的景觀結(jié)構(gòu)，對研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)起到重要作用。

2.2.3 景觀格局指數(shù)的選取

隨著遙感、地理信息系統(tǒng)技術(shù)的進步和景觀生態(tài)學的發(fā)展，景觀格局指數(shù)為土地利用空間配置的量化研究提供了一種有效的方法[17-18]。本研究選取景觀形狀指數(shù)（SI）、最大斑塊指數(shù)（LPI）、聚集度指數(shù)（AI）3個指標對 0～800 m河岸帶土地利用景觀動態(tài)變化進行有效的闡釋（表1）。

3 結(jié)果與分析

3.1 河岸帶土地利用景觀多樣性熱點分析

依據(jù)王國杰等的研究，進行景觀多樣性空間采樣時，樣本網(wǎng)格大小為土地利用景觀圖斑面積大小的2～5倍，才能較好地反映采樣區(qū)周圍景觀的格局信息[19]。本研究根據(jù)重慶市江津區(qū)土地利用景觀類型圖，結(jié)合研究區(qū)實際情況，最終采用200 m×200 m的網(wǎng)格進行系統(tǒng)采樣，共劃分了362 156個網(wǎng)格作為研究單元。本研究采用莫蘭指數(shù)（Morans I）[16]測算3期土地利用景觀類型多樣性的空間自相關(guān)性（表2），再通過ArcGIS空間聚類熱點分析功能，對江津區(qū)各年份景觀類型多樣性進行熱點統(tǒng)計（圖3）。

由表2可知，Morans I指數(shù)均為正值，Z值得分較高且P<0.01，Morans I指數(shù)整體上是增加趨勢，證明景觀類型多樣性在空間上存在顯著聚類，且隨著時間變化，其空間集聚的趨勢增強。

由圖3可知，從流域尺度上看，研究期內(nèi)景觀多樣性熱點分布較為分散，熱點主要分布在經(jīng)濟不發(fā)達的上游地區(qū)，冷點主要分布在四面山景區(qū)和下游河岸帶兩側(cè)經(jīng)濟發(fā)達的中心城區(qū)，熱點空間的分布與鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟發(fā)展狀況存在一定的相關(guān)性。從河流等級上看，熱點主要分布在長江支流沿岸，干流附近分布較少，江津區(qū)內(nèi)長江干流航運發(fā)達，下游幾江、德感街道屬于中心城區(qū)，建設(shè)用地集中，單位面積內(nèi)土地利用類型相對支流較單一;因此景觀類型多樣性熱點呈現(xiàn)出長江支流農(nóng)村地區(qū)分布較多、干流分布較少的特點。從時間上看，研究期內(nèi)江津區(qū)景觀多樣性熱點在數(shù)量上有減少趨勢，冷點有增加趨勢，一方面原西南部支流附近的熱點大量轉(zhuǎn)變?yōu)槔潼c;另一方面，德感街道附近及東北部支流附近的冷點數(shù)量增加，這主要是因為德感工業(yè)園、珞璜工業(yè)園等相繼建成使得局部建設(shè)用地面積迅速增加，這也印證了在這期間江津區(qū)工業(yè)發(fā)展迅速，周圍其他地類被侵占的明顯特征。

3.2 河岸帶土地利用景觀結(jié)構(gòu)特征分析

鑒于河岸帶范圍內(nèi)未利用地面積較小，變化幅度不大，對研究結(jié)果影響小，故本研究選取河岸帶內(nèi)的耕地、林地、建設(shè)用地、草地4個地類景觀，分別從土地利用結(jié)構(gòu)特征、土地利用優(yōu)勢特征、土地利用斑塊形狀特征和土地利用聚集特征4個角度進行分析，利用fragstats軟件計算相關(guān)指數(shù)。

如圖4所示，2010年、2015年、2018年耕地在 0～100 m 的河岸緩沖帶內(nèi)占相應河岸緩沖帶面積的比例最小，分別為32.24%、28.96%和30.38%;在100～200 m各緩沖帶內(nèi)，3個時期的耕地所占面積比例迅速增加;在200～800 m的各緩沖分帶內(nèi)耕地面積占比呈緩慢增加趨勢。3個時期中，2010年耕地在各河岸緩沖帶中的面積占比最大，2015年最小，2010—2015年驟減，2015—2018年有所增加，這主要與前期退耕還林強度較大有關(guān)。

林地在0～400 m河岸緩沖帶內(nèi)面積占比呈增加趨勢，400～600 m林地面積占比除2010年外呈減小趨勢，600～800 m呈現(xiàn)增加趨勢，離河道越遠，林地面積所占比例越大。3個時期中，林地面積在各河岸緩沖帶面積占比從2010年至2018年逐時期遞增，且2010～2015年增加幅度較大，2015～2018年增加幅度較小，這主要與前期退耕還林政策實施力度大有關(guān)。

建設(shè)用地在0～100 m河岸緩沖帶內(nèi)面積占比達到峰值，隨著距河道距離的增加，建設(shè)用地面積持續(xù)減少。這主要是由于江津區(qū)發(fā)展依附長江，工業(yè)園區(qū)、居民點、交通用地等都分布在近河岸地帶，人類活動頻繁，各種生產(chǎn)、生活設(shè)施都分布在此范圍內(nèi)，因此，越靠近河流建設(shè)用地面積越大。

2010年0～800 m緩沖帶內(nèi)草地面積比例最大，且離河流越遠，面積越大。而2015年、2018年草地面積在各分帶所占比例都遠小于2010年，說明2010年之后，0～800 m緩沖帶內(nèi)大量草地被占用，用于城市建設(shè)。

由上述結(jié)果可知，0～800 m的河岸緩沖帶內(nèi)，耕地、林地和草地面積所占比例均隨著距河道距離的增加而增加，建設(shè)用地卻表現(xiàn)為距河道越遠，面積所占比重越小，建設(shè)用地主要分在離河流較近的區(qū)域。

3.3 河岸帶土地利用景觀優(yōu)勢特征分析

通過最大斑塊指數(shù)可對河岸緩沖帶內(nèi)景觀的優(yōu)勢度變化進行分析。由圖5可知，2010年的耕地最大斑塊指數(shù)明顯小于2015年和2018年，2010年耕地最大斑塊指數(shù)在0～300 m緩沖帶內(nèi)迅速增加，300～700 m 緩沖帶內(nèi)緩慢減小，700 m以后轉(zhuǎn)為緩慢增加，2015年和2018年耕地最大斑塊指數(shù)在0～800 m 緩沖帶上波動較大。

林地最大斑塊指數(shù)隨著時間的推移整體逐漸增加，2010年林地最大斑塊指數(shù)最小，在各緩沖帶內(nèi)波動不大;2015年和2018年最大斑塊指數(shù)遠大于2010年，2015年林地最大斑塊指數(shù)在0～800 m的各緩沖帶內(nèi)整體上增加，2018年林地最大斑塊指數(shù)在 0～200 m緩沖帶迅速減小到最低，200～600 m緩沖帶內(nèi)基本穩(wěn)定，600～800 m呈逐漸增加趨勢。

建設(shè)用地最大斑塊指數(shù)在3個時期內(nèi)與其他地類相比，均最大。且2015年和2018年在0～800 m各緩沖分帶內(nèi)的變化趨勢基本一致，0～200 m緩沖帶范圍內(nèi)迅速減小，200～500 m緩沖帶內(nèi)基本不變，500～800 m緩沖帶內(nèi)緩慢減小。在時間尺度上表現(xiàn)為建設(shè)用地最大斑塊指數(shù)逐年增加。

草地的最大斑塊指數(shù)隨著年份增加表現(xiàn)為減小趨勢，2010年最大斑塊指數(shù)在3個時期中最大，且在0～800 m緩沖帶上波動明顯，而2015年和2018年在0～200 m緩沖帶內(nèi)波動明顯，200～800 m 緩沖帶范圍內(nèi)緩慢減小。

綜上可知，耕地、林地、建設(shè)用地的最大斑塊指數(shù)逐年增加，草地則逐年減小。河流對城市發(fā)展模式有明顯影響，能影響到河岸帶土地利用方式的變化。0～200 m緩沖帶內(nèi)優(yōu)勢景觀類型為建設(shè)用地和耕地，而在200～600 m緩沖帶內(nèi)，距離河道越遠，建設(shè)用地的優(yōu)勢度逐漸減弱，耕地、林地、草地景觀的偏離度均較小。在600～800 m范圍內(nèi)，耕地、林地的最大斑塊指數(shù)有所增加，各景觀的偏離程度增大。

3.4 河岸帶土地利用景觀形狀特征分析

由圖6可知，在0～800 m各緩沖分帶內(nèi)，耕地的景觀形狀指數(shù)基本不變，時間尺度上，耕地的景觀形狀指數(shù)逐時期增加。林地3個時期的景觀形狀指數(shù)隨著距河道距離的增加，變化趨勢基本一致，在100～200 m緩沖分帶內(nèi)減小，200～800 m緩沖帶內(nèi)趨于穩(wěn)定，從時間上看林地景觀形狀指數(shù)也逐時期增加。建設(shè)用地的景觀形狀指數(shù)在2010年隨著距河道距離的增加而逐漸增加;2015年表現(xiàn)為離河道越遠，景觀形狀指數(shù)越小;2018年景觀形狀指數(shù)略有減小，總體上建設(shè)用地的景觀形狀指數(shù)2018年最大，2015年次之，2010年最小。2010年草地的景觀形狀指數(shù)明顯高于2015年和2018年，2015年和2018年景觀形狀指數(shù)基本接近但有減小趨勢。3個時期草地的景觀形狀指數(shù)在 0～800 m各緩沖分帶內(nèi)基本穩(wěn)定，波動較小。

綜上所述，耕地、林地、建設(shè)用地的景觀形狀指數(shù)逐時期增加，2010年最小，2018年最大;草地的景觀形狀指數(shù)在2010年最大，2015年和2018年均較小。

3.5 河岸帶土地利用景觀集聚特征分析

如圖7所示，在0～800 m分帶內(nèi)，耕地的聚集度指數(shù)波動較小，100～200 m分帶內(nèi)略有增加;從時間尺度上看，2018年聚集度指數(shù)最大，2015年次之，2010年最小，說明2010年耕地景觀主要由許多分散的小斑塊構(gòu)成，此后在人為活動的干擾下，逐漸合并為較大的斑塊。200～800m緩沖帶上，林地聚集度指數(shù)波動變化不明顯，2010年和2018年在100～200 m分帶內(nèi)有所減小，2015年在該分帶內(nèi)聚集度迅速增加。建設(shè)用地聚集度指數(shù)在100～200 m 和600～800 m分帶內(nèi)變化明顯，說明這2個分帶范圍內(nèi)人類活動較頻繁。在200～600 m分帶內(nèi)建設(shè)用地聚集度指緩慢下降，從時間上看，建設(shè)用地聚集度指數(shù)逐年增加，說明建設(shè)用地在不斷擴張的過程中有大量建設(shè)用地的小斑塊被合并到大斑塊中。草地的聚集度指數(shù)與其他地類不同，即隨著時間的推移，草地聚集度指數(shù)整體有所降低。

綜上可知，耕地、林地、建設(shè)用地聚集程度隨著時間的推移在增加，而草地的聚集度指數(shù)在降低，這主要是由于人類活動對建設(shè)用地、耕地和林地的影響程度比對草地的影響大，在人為干預下景觀斑塊由破碎分散布局變?yōu)榧胁季?，而草地在?jīng)濟發(fā)展中處于不斷被占用切割的地位，草地集中布局的格局被打破，因此出現(xiàn)了許多分散布局的小斑塊。

4 結(jié)論與討論

本研究運用遙感與ArcGIS相結(jié)合的手段，通過研究區(qū)2010—2018年土地利用景觀變化數(shù)據(jù)，以河岸帶0～800 m的緩沖區(qū)為研究對象，對河岸帶土地利用景觀動態(tài)變化進行分析，得出以下結(jié)論：

通過對重慶市江津區(qū)景觀類型多樣性熱點的分析得出，景觀多樣性熱點主要位于長江各支流沿岸，且在農(nóng)村居民點附近分布較多，干流熱點分布較少。2010—2018年熱點數(shù)量逐漸減少，冷點數(shù)量逐漸增加，河岸帶景觀總體格局趨于簡單。分析河岸帶土地利用結(jié)構(gòu)可知，隨著距河道距離的增加，耕地、林地和草地面積占比為增加趨勢，建設(shè)用地卻表現(xiàn)為距河道越遠，面積所占比較小，在 0～200 m 內(nèi)，建設(shè)用地、耕地為絕對的優(yōu)勢景觀，河流對城市發(fā)展模式有明顯影響，能影響到河岸帶土地利用方式的變化。分析河岸帶土地利用格局動態(tài)變化可知，2010—2018年，沿河道800 m緩沖帶內(nèi)，耕地、林地、建設(shè)用地的最大斑塊指數(shù)、景觀形狀指數(shù)和聚集度指數(shù)逐年增加，草地的最大斑塊指數(shù)、景觀形狀指數(shù)和聚集度指數(shù)則略有減小，其優(yōu)勢度、聚集程度不斷下降。本研究對8個緩沖帶的分析是針對整個長江干流河道的，未能考慮到不同河道段的異質(zhì)性，實際上城市與農(nóng)村地區(qū)會存在明顯的差異，而本研究受數(shù)據(jù)的局限性未能加以具體區(qū)分，這也是以后的研究中要進一步深入的方面。

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