土地利用轉(zhuǎn)型影響下大別山區(qū)景觀格局演變及驅(qū)動(dòng)力研究
——以安徽省六安市金寨縣為例

張?jiān)票?，王?yún)，陳靜媛，孫若萱

安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園林學(xué)院，合肥 230036

土地利用轉(zhuǎn)型是指隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的變化，與之相對(duì)應(yīng)的區(qū)域土地利用形態(tài)在時(shí)間序列上發(fā)生動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變的過程［1］。該概念最早由英國(guó)學(xué)者Grainger［2］在研究林業(yè)土地利用時(shí)提出，2002年，龍花樓將土地利用轉(zhuǎn)型概念引入國(guó)內(nèi)，作為土地變化/覆被變化綜合研究的新途徑［1］。隨后，眾多學(xué)者對(duì)土地利用轉(zhuǎn)型理論與假說［3］、特征規(guī)律［4］、發(fā)展趨勢(shì)［5-6］等內(nèi)容展開探索，逐漸形成了系統(tǒng)性的理論框架。經(jīng)過社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的轉(zhuǎn)型，2013年以來土地利用轉(zhuǎn)型研究多聚焦于生態(tài)文明下的城市功能和鄉(xiāng)村振興與之的關(guān)系［6］。景觀格局是景觀生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的核心內(nèi)容之一，其變化是土地利用轉(zhuǎn)型的突出標(biāo)志。景觀格局是指不同生態(tài)系統(tǒng)和景觀單元的空間結(jié)構(gòu)特征，包括景觀要素的形狀、大小、數(shù)目、空間分布與配置，體現(xiàn)空間異質(zhì)性、空間相關(guān)性和空間規(guī)律性等內(nèi)容［7］，研究核心是強(qiáng)調(diào)空間格局、生態(tài)學(xué)過程與尺度之間的相互作用，是景觀異質(zhì)性在空間和時(shí)間上的綜合表現(xiàn)，又能反映各種生態(tài)過程在不同尺度上協(xié)同作用的結(jié)果［8］。土地利用轉(zhuǎn)型的變化影響著城鎮(zhèn)的發(fā)展格局，通過對(duì)區(qū)域土地利用轉(zhuǎn)型的特征進(jìn)行探討，可分析出其景觀格局的演變情況，對(duì)區(qū)域生態(tài)安全發(fā)展有著重要意義。

大別山區(qū)是我國(guó)典型的集山區(qū)、庫(kù)區(qū)、多省交界區(qū)、革命老區(qū)和貧困區(qū)為一體的低山丘陵區(qū)，具有特殊的社會(huì)功能，獨(dú)特的地理位置和氣候條件使其成為中國(guó)中部重要的生態(tài)屏障，并支撐著淮河上中游、長(zhǎng)江中游地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)，此外，豐富的生物資源、水電資源以及多樣的土特產(chǎn)產(chǎn)品也使大別山區(qū)具備了突出的經(jīng)濟(jì)功能，因此，大別山區(qū)在我國(guó)的中部低山丘陵區(qū)居于不可替代的地位。當(dāng)前對(duì)于低山丘陵區(qū)的景觀格局研究多是集中在鄉(xiāng)村聚落［9-10］、農(nóng)村居民點(diǎn)［11-12］的分布特征和空間格局的研究上，亦或者是針對(duì)如森林［13］、耕地［14］等單獨(dú)景觀類型進(jìn)行研究，而對(duì)于低山丘陵區(qū)的整體景觀格局演變的研究相對(duì)較少，開展相關(guān)研究十分迫切。

隨著城市化的發(fā)展，區(qū)域人口增加和土地過度開發(fā)導(dǎo)致大別山生態(tài)環(huán)境壓力負(fù)荷超載，大別山區(qū)部分區(qū)域水土流失、自然災(zāi)害頻發(fā)、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值退化等問題嚴(yán)重。鑒于此，本研究利用遙感（remote sensing，RS）和地理信息系統(tǒng)（geographic information system，GIS）對(duì)大別山區(qū)的鄉(xiāng)村景觀格局的演變及其驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行研究，探尋大別山區(qū)土地利用轉(zhuǎn)型的生態(tài)效應(yīng)，為大別山區(qū)未來土地利用及生態(tài)管理提供理論與實(shí)踐指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)為安徽省西部的金寨縣（115°22′19″～116°11′52″E，31°06′41″～31°48′51″N），位于皖 西邊陲、大別山腹地。金寨縣地勢(shì)豐富，西南為中山區(qū)、中部為低山區(qū)、東北為丘崗區(qū)，并且境內(nèi)高程相差較大，整體自西南向東北方向降低，最高海拔為天堂寨的1 729.13 m，最低處海拔為60 m（圖1）。

圖1 研究區(qū)概況Fig.1 Overview of the study area

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

本研究開展土地利用分析所使用的遙感影像數(shù)據(jù)來自地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站（www.gscloud.cn），受數(shù)據(jù)源中不同年份的數(shù)據(jù)可用性存在差異以及相近時(shí)段云量影響較大，研究選擇了1999年12 月、2009年11 月和 2019年 5 月的 3 期 Landsat TM/ETM+ 遙感影像數(shù)據(jù)，分辨率為30 m，影像云量均低于1%。用于精度驗(yàn)證的高空間分辨率遙感圖像來源于BIGEMAP地圖下載器。

首先利用ENVI5.3 軟件，對(duì)金寨縣1999、2009、2019年的遙感影像分別進(jìn)行FLASH 模塊中的大氣校正、輻射定標(biāo)等預(yù)處理，而后通過分析和比較各波段組合的色彩差異，結(jié)合研究區(qū)歷史影像和實(shí)地調(diào)研結(jié)果來確定各波段組合所對(duì)應(yīng)的各土地利用類型。然后，將裁剪后遙感影像作為訓(xùn)練區(qū)，通過人工目視解譯對(duì)3 期遙感影像的各土地利用類型選取訓(xùn)練樣本，使每種土地利用類型選取樣本大于50個(gè)，再利用最大似然法進(jìn)行地物分類，進(jìn)而獲得1999、2009、2019年土地利用分類結(jié)果。最后結(jié)合實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)和高空間分辨率遙感圖像對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行精度驗(yàn)證，截取研究區(qū)內(nèi)部分高分辨率圖像，對(duì)每種土地利用類型隨機(jī)提取30 個(gè)校驗(yàn)樣本，建立誤差矩陣評(píng)價(jià)分類精度。結(jié)果確定3 期土地利用分類精度達(dá)到85%以上，Kappa系數(shù)均超過0.8，分類結(jié)果可用于后續(xù)研究中。最后在ArcGIS10.3 中進(jìn)行柵格處理、融合、出圖，最終得到3期土地利用分類圖（圖2）。

圖2 金寨縣1999―2019年土地利用分類圖Fig.2 Land use classification map of Jinzhai County

根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)（GB21010―2017）》，并結(jié)合中國(guó)科學(xué)院土地利用分類系統(tǒng)以及實(shí)地調(diào)研情況，將金寨縣的土地利用分為林地、耕地、園地、水域、建設(shè)用地、未利用地6類。同時(shí)依據(jù)“生產(chǎn)-生活-生態(tài)”三生空間的分類體系［15］，從土地利用的主導(dǎo)功能角度出發(fā)，對(duì)各土地利用類型進(jìn)行三生空間的劃分，其中將耕地和園地作為生產(chǎn)空間，建設(shè)用地為生活空間，生態(tài)空間包括林地、水域和未利用地（表1）。

表1 金寨縣三生空間土地利用分類Table 1 Production-living-ecological land use classification in Jinzhai County

1.3 單一土地利用動(dòng)態(tài)度模型

土地利用動(dòng)態(tài)度模型考慮研究時(shí)段內(nèi)各土地利用類型之間的轉(zhuǎn)移，著眼于變化的過程，主要反映出研究區(qū)土地利用變化的劇烈程度，便于在不同空間尺度中找到土地利用變化的熱點(diǎn)區(qū)域［16］。單一土地利用動(dòng)態(tài)度可分析研究區(qū)內(nèi)某一土地利用類型在一定時(shí)間內(nèi)的數(shù)量變化情況及變化速度，其公式為：

式（1）中，K表示研究時(shí)段內(nèi)某一土地利用類型動(dòng)態(tài)度；Ua、Ub分別表示研究初期及末期某一土地利用類型的數(shù)量；T表示為研究時(shí)長(zhǎng)，當(dāng)T的時(shí)段設(shè)為年時(shí)，K表示某一土地利用類型的年變化率。

1.4 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

地利用轉(zhuǎn)移矩陣是用于刻畫區(qū)域土地利用變化的結(jié)構(gòu)特征及各用地類型變化的方向的數(shù)學(xué)模型，是定量分析系統(tǒng)狀態(tài)與狀態(tài)轉(zhuǎn)移的方法［16］。轉(zhuǎn)移矩陣的數(shù)學(xué)形式為：

式（2）中，S為土地面積，Sij表示研究期初與末的土地利用類型i向類型j轉(zhuǎn)移的土地面積；n為土地利用的類型數(shù)。

1.5 景觀重心轉(zhuǎn)移模型

重心表示的是某一要素在區(qū)域內(nèi)活動(dòng)或作用的焦點(diǎn)，如經(jīng)濟(jì)重心、人口重心、生態(tài)重心等。景觀重心轉(zhuǎn)移模型表示景觀類型在區(qū)域內(nèi)的演變過程，可從空間上較好地反映出各景觀類型在區(qū)域內(nèi)的轉(zhuǎn)移趨勢(shì)［17］。重心模型公式為：

式（3）～（4）中：Xt、Yt分別表示為第t年的某景觀類型分布重心的經(jīng)緯度坐標(biāo)；Xti、Yti分別表示第t年景觀類型第i個(gè)斑塊分布重心的經(jīng)緯度坐標(biāo)；Cti表示第t年某景觀類型第i個(gè)斑塊的面積。

1.6 景觀格局指數(shù)分析

景觀格局指數(shù)分析法是通過景觀格局指數(shù)將景觀格局信息定量化呈現(xiàn)，進(jìn)而在某個(gè)時(shí)間維度上分析景觀格局的演變趨勢(shì)的研究方法［7］。景觀指數(shù)反映了景觀格局的結(jié)構(gòu)組成和空間配置的定量指數(shù)，主要包括斑塊水平、類型水平和景觀水平，利用Fragstats 4.2 開展不同水平尺度的測(cè)度。在借鑒前人的研究成果的基礎(chǔ)上［18-19］，本研究主要選擇類型水平指數(shù)和景觀水平指數(shù)對(duì)金寨縣的景觀格局進(jìn)行刻畫分析。其中，類型水平指數(shù)包含斑塊類型面積（CA）、斑塊數(shù)量（NP）、最大斑塊指數(shù)（LPI）、聚集度（AI）；景觀水平指數(shù)包含景觀形狀指數(shù)（LSI）、聚集度指數(shù)（AI）、蔓延度指數(shù)（CONTAG）、景觀分離度（DIVISION）、Shannon 多樣性指數(shù)（SHDI）和Shannon均勻度指數(shù)（SHEI）。

1.7 主成分分析

主成分分析法（PCA）是一種基于降維思想的線性變換的方法，其將原來眾多具有相關(guān)性的指標(biāo)重新組合出一組新的無(wú)關(guān)聯(lián)性的綜合指標(biāo)，并將綜合指標(biāo)作為核心成分來解釋原來眾多指標(biāo)的信息［20］。該方法利用SPSS 軟件對(duì)多個(gè)驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行因子分析，得出特征值大于1的主成分，并根據(jù)成分矩陣系數(shù)對(duì)眾多驅(qū)動(dòng)力因子進(jìn)行成分劃分，進(jìn)而從主成分的角度分析經(jīng)過景觀格局演變的驅(qū)動(dòng)力。

2 結(jié)果與分析

2.1 金寨縣土地利用特征分析

1）金寨縣土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)分析。金寨縣地處大別山核心區(qū)，集生態(tài)功能區(qū)、貧困區(qū)和旅游區(qū)為一體，其土地利用主要由林地、耕地、園地、水域和建設(shè)用地組成（圖2）。因山區(qū)地形因素的影響，不同類型的土地位置分布明顯，林地占金寨縣土地總面積70%以上，主要集中在南部的中山區(qū)，耕地和建設(shè)用地主要集中在北部的丘崗區(qū)和中部的低山區(qū)，園地主要集中在西部的中山區(qū)，水域主要由史河和西淠河兩大水系組成。其中，建設(shè)用地包括農(nóng)村居民用地、城鎮(zhèn)用地、交通水利設(shè)施用地等土地，未利用地包括荒草地、沙地、裸土地等土地。1999年，該區(qū)域的林地和耕地面積為283 188.91、72 915.88 hm2，建設(shè)用地面積為3 481.52 hm2；2009年，金寨縣的建設(shè)用地面積為4 385.77 hm2，耕地和園地的面積分別為 54 112.05、24 465.37 hm2，水域面積為 9 333.29 hm2；2019年，金寨縣的耕地、林地、建設(shè)用地、水域、園地的面積分別為46 250.56、303 341.76、7 329.32、10 238.74、24 238.60 hm2（表 2）。

2）金寨縣土地利用類型動(dòng)態(tài)度分析。土地利用動(dòng)態(tài)度可反映區(qū)域內(nèi)土地利用類型變化的劇烈程度，其絕對(duì)值越高，表明土地類型變化越活躍，空間格局越不穩(wěn)定。通過公式（1）所獲得的土地利用類型動(dòng)態(tài)度結(jié)果表明，1999―2019年，金寨縣的建設(shè)用地的單一動(dòng)態(tài)度絕對(duì)值最高，為11.05%，說明建設(shè)用地的變換較為活躍；變化率最低的為林地，只有0.71%，說明林地的變化較為穩(wěn)定，這與金寨縣生態(tài)保護(hù)區(qū)的特性相一致。而在1999―2009年間，未利用地的變化率最高；2010―2019年期間，建設(shè)用地的變化率較高（表3）。其中，耕地面積的占比從1999年的18.61%逐漸降低至2019年的11.81%；建設(shè)用地則從1999年的0.89%增加到2019年的1.87%；林地面積的占比則持續(xù)緩慢增長(zhǎng)至2019年的77.44%；水域由1999年的1.92%增長(zhǎng)至2019年的2.61%；園地由1999年的5.65%增長(zhǎng)至2009年的6.25%，再由2009年的6.25%降低至2019年的6.19%；未利用地則是持續(xù)下降至2019年的0.08%（表2）。以上數(shù)據(jù)顯示，金寨縣的林地、建設(shè)用地和水域呈持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，耕地和未利用地的面積呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，園地在近10年呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。伴隨著生產(chǎn)用地的不斷減少，金寨縣的生活用地和生態(tài)用地不斷增加。

表3 金寨縣1999―2019年土地利用類型動(dòng)態(tài)度變化Table 3 Change of dynamic attitude of land use types in Jinzhai County from 1999 to 2019 %

2.2 金寨縣土地利用轉(zhuǎn)型分析

1）金寨縣土地利用類型轉(zhuǎn)移分析。研究以土地利用的結(jié)構(gòu)數(shù)量和土地動(dòng)態(tài)度分析金寨縣的土地利用整體變化基本特征，并通過對(duì)土地利用各類型之間的轉(zhuǎn)換分析得出金寨縣各土地利用類型的詳細(xì)變化趨勢(shì)。利用公式（2）所獲得的轉(zhuǎn)移矩陣結(jié)果（表4～6）表明，金寨縣1999―2019年的土地利用類型變化顯著，變化趨勢(shì)為生產(chǎn)用地向生活用地和生態(tài)用地不斷轉(zhuǎn)化，主要由耕地和園地向建設(shè)用地和林地的轉(zhuǎn)換。其中，耕地向林地轉(zhuǎn)出27 100.43 hm2，轉(zhuǎn)出率為37.17%；向建設(shè)用地轉(zhuǎn)出5 026.37 hm2，轉(zhuǎn)出率為6.90%。生產(chǎn)用地之間也在相互轉(zhuǎn)換，主要表現(xiàn)為耕地向園地轉(zhuǎn)化，其差值為6 751.48 hm2，表明金寨縣在這20年間經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)方式發(fā)生轉(zhuǎn)變，主要原因?yàn)樽浴?19”扶貧工程實(shí)施以來，縣域大力發(fā)展板栗、茶葉、桑園產(chǎn)業(yè)，部分作物耕作轉(zhuǎn)變?yōu)椴枞~、桑樹的種植，全縣逐漸形成了以桑、茶、栗為主的林農(nóng)副產(chǎn)品加工生產(chǎn)基地。糧食作物的播種面積大幅度減少，由2010年的31 622 hm2減少至2019年的217.55 hm2，而茶園的面積不斷增加，由2010年的6 604 hm2增長(zhǎng)到2018年的12 088 hm2，表明金寨縣傳統(tǒng)耕作正在向特色產(chǎn)品種植轉(zhuǎn)變。

表4 金寨縣1999―2009年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣Table 4 Land use transfer matrix of Jinzhai County from 1999 to 2009 hm2

耕地在20年間的變化最為顯著，面積持續(xù)降低了6.8%，其中，1999―2009年耕地主要向林地、建設(shè)用地和園地進(jìn)行轉(zhuǎn)化；2010―2019年向建設(shè)用地和園地轉(zhuǎn)換。主要因改革開放以來，農(nóng)民解決溫飽問題后紛紛亂占濫用耕地，建設(shè)新房，導(dǎo)致大量宅基地和土地閑置，且2016年金寨縣實(shí)施“1+X”村莊布點(diǎn)規(guī)劃，不斷推進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)，使得耕地逐漸向建設(shè)用地轉(zhuǎn)化。林地面積則在20年間持續(xù)增加了5.15%，而原有部分林地面積則轉(zhuǎn)化為耕地和園地，同時(shí)向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)化也在持續(xù)增加。主要原因?yàn)樵凇熬盼濉敝痢笆晃濉逼陂g，金寨縣開展林業(yè)二次創(chuàng)業(yè)，大力發(fā)展板栗、山核桃、油茶等經(jīng)濟(jì)林，形成了6大林產(chǎn)業(yè)基地群，并在退耕還林、大別山水源涵養(yǎng)林建設(shè)等重點(diǎn)工程建設(shè)下，林地面積不斷增加，森林覆蓋率不斷上升。造林面積由2010年的955 hm2增長(zhǎng)到了2019年的4 110 hm2，其中梅山鎮(zhèn)2019年的造林面積相比2010年增長(zhǎng)了近333 hm2。建設(shè)面積在20年間持續(xù)增加了0.98%，而原有建設(shè)用地主要向耕地和水域轉(zhuǎn)化，少量面積轉(zhuǎn)化為林地，但2010―2019年向林地轉(zhuǎn)化的面積減少。主要原因?yàn)樽?999年起，金寨縣開始貫徹實(shí)施新《土地管理法》中的“耕地占補(bǔ)平衡”法定義務(wù)，對(duì)于鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用和村莊建設(shè)所占用的耕地實(shí)行“占一補(bǔ)一”制度，在鄉(xiāng)村建設(shè)過程中也保持耕地的動(dòng)態(tài)平衡，因此，建設(shè)用地在不斷增加的同時(shí)也保證部分土地轉(zhuǎn)化為耕地。2006年縣政府提出新農(nóng)村建設(shè)，制定新農(nóng)村建設(shè)總體規(guī)劃，大力開展農(nóng)村城鎮(zhèn)化建設(shè)。未利用地面積則持續(xù)降低，減少了0.56%，主要向耕地和建設(shè)用地轉(zhuǎn)化，其中1999―2009年部分面積向園地轉(zhuǎn)化。

2）金寨縣土地利用空間轉(zhuǎn)移分析。在工業(yè)化、城鎮(zhèn)化以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的驅(qū)動(dòng)下，金寨縣的土地利用在1999―2019年間在類型數(shù)量結(jié)構(gòu)上發(fā)生了較大的變化，同時(shí)，土地利用類型轉(zhuǎn)移的空間變化也較為明顯。本研究利用ArcGIS10.3 對(duì)金寨縣3 個(gè)時(shí)期的土地利用分類進(jìn)行空間轉(zhuǎn)換分析，獲得了1999―2009年、2010―2019年和1999―2019年的土地利用轉(zhuǎn)換圖（圖3）。1999―2019年，金寨縣土地利用轉(zhuǎn)換主要集中在東北部與中部，少量分散于東部和西南部。其中，1999―2009年，金寨縣的土地利用空間轉(zhuǎn)換集中于中部地區(qū)，主要為耕地向園地和林地的轉(zhuǎn)換。如圖3A，雙河鎮(zhèn)、古碑鎮(zhèn)、南溪鎮(zhèn)和桃?guī)X鄉(xiāng)為農(nóng)用地轉(zhuǎn)換的主要聚集區(qū)域；2010―2019年，土地利用轉(zhuǎn)換主要為耕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)換以及林地向耕地的轉(zhuǎn)換，如圖3B，其中耕地向建設(shè)用地的轉(zhuǎn)換更多地集中在東北部的梅山鎮(zhèn)和白塔畈鄉(xiāng)?？傮w上，金寨縣的土地利用空間轉(zhuǎn)換從中部地區(qū)向東北部遷移。主要原因?yàn)榻鹫h全域高差較大，自東北向西南逐漸升高，而北部區(qū)域地形較為平緩，地勢(shì)相對(duì)開闊，水資源豐沛，為適合人群居住的平原地區(qū)。2007年，縣政府對(duì)縣城規(guī)劃進(jìn)行修編，將城市性質(zhì)定義為國(guó)家愛國(guó)主義教育和以發(fā)展新型工業(yè)和旅游業(yè)為主的山水園林城市，以史河為紐帶，城鎮(zhèn)向東北部的江店方向發(fā)展，使江店城區(qū)和梅山城區(qū)形成兩大組團(tuán)，因此，城鎮(zhèn)土地利用空間呈現(xiàn)從中部向東北部轉(zhuǎn)移趨勢(shì)。

圖3 金寨縣土地利用空間轉(zhuǎn)移圖Fig.3 Spatial transfer map of land use in Jinzhai County

表5 金寨縣2010―2019年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣Table 5 Land use transfer matrix of Jinzhai County from 2010 to 2019 hm2

表6 金寨縣1999―2019年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣Table 6 Land use transfer matrix of Jinzhai County from 1999 to 2019 hm2

2.3 景觀格局演變分析

1）景觀重心轉(zhuǎn)移分析。利用ArcMap 10.3 中的平均中心工具，并結(jié)合公式（3）和公式（4）計(jì)算出金寨縣1999、2009 和2019年各個(gè)景觀類型遷移方向（圖4）和遷移距離（表7）。1999―2019年，金寨縣的未利用地重心遷移明顯，向北偏東方向遷移了19.42 km，其次重心遷移明顯的為建設(shè)用地和園地。建設(shè)用地重心在20年間朝正南方向持續(xù)遷移了3.73 km，說明金寨縣2000年興起的房地產(chǎn)開發(fā)熱使得建設(shè)用地重心朝南方遷移，其縣城面積不斷在向南方擴(kuò)大，但目前主要生活空間仍聚集在梅山鎮(zhèn)。園地重心目前處于向東南方向遷移趨勢(shì)，1999―2009年，園地重心向西北方向偏移1.96 km；2010―2019年，向東南方向偏移4.65 km。20 世紀(jì)末，縣政府調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，致力于發(fā)展開發(fā)性農(nóng)業(yè)，縣域西南中山區(qū)、中部低山區(qū)、梅山和響洪甸水庫(kù)沿線等地皆重點(diǎn)發(fā)展經(jīng)濟(jì)果林、茶葉、板栗和蠶桑等產(chǎn)業(yè)，使得園地不斷向東南方向遷移。耕地、林地和水域在20年間的重心遷移距離分別為1.77、1.37、1.29 km，變化相對(duì)緩慢，說明由于金寨縣城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張、人類活動(dòng)的干擾、生態(tài)環(huán)境的破壞，可能導(dǎo)致了耕地被占用、林地被開發(fā)、水土流失等情況，使得生態(tài)空間重心朝南部遷移。

表7 金寨縣1999―2019年各景觀類型重心變化情況Table 7 Changes of gravity center of various landscape types in Jinzhai County from 1999 to 2019

圖4 金寨縣1999―2019年各景觀類型重心遷移方向圖Fig.4 Direction map of gravity shift of landscape types in Jinzhai County from 1999 to 2019

2）類型水平上景觀格局變化特征。從不同景觀類型的變化來看（圖5），1999―2019年，林地的斑塊類型面積（CA）逐漸增加，斑塊數(shù)量（NP）逐年減少，最大斑塊指數(shù)（LPI）和聚集度（AI）不斷增長(zhǎng)，且林地的LPI 值達(dá)到45%以上。林地在金寨縣的景觀中占據(jù)主要地位，是金寨縣的優(yōu)勢(shì)景觀，其破碎化程度逐漸降低，這說明這20年里金寨縣對(duì)林地采取的封山育林、植樹造林、采種育苗等措施起到了一定的保護(hù)作用，有利于金寨縣國(guó)土生態(tài)安全和物種多樣性保護(hù)。研究期間，耕地的CA 與LPI 逐年減少，說明耕地面積逐漸降低，其在金寨縣景觀格局中面積逐漸減少，但目前耕地仍是僅次于林地的優(yōu)勢(shì)景觀；其NP 逐漸增大、AI 顯著降低，說明耕地的破碎化程度逐漸增大，趨向于分散耕種，表明金寨縣的現(xiàn)代化發(fā)展、城鎮(zhèn)擴(kuò)張及農(nóng)業(yè)發(fā)展結(jié)構(gòu)的變化對(duì)耕地產(chǎn)生了一定影響。園地的CA 與NP 先增后減，LPI 逐年減少而趨向于0，AI 持續(xù)增長(zhǎng)，表示園地前期因分散分布而導(dǎo)致其破碎化程度增加，后受園地面積減少、耕地撂荒等影響，其破碎化程度降低，在景觀格局中面積越來越少。建設(shè)用地的CA 與NP 持續(xù)增加，AI 增長(zhǎng)并逐漸平緩，說明建設(shè)用地類型在金寨縣景觀中持續(xù)增長(zhǎng)，其破碎度相對(duì)增強(qiáng)，但其聚集度逐漸增加。水域的 CA、AI 與 LPI 逐年增加，NP 先減后增，表明水域受水文變化和人類活動(dòng)干擾的影響，破碎化程度相對(duì)增大，但大面積水域還是相對(duì)聚集。金寨縣的未利用地的CA 與NP 逐年降低，AI 先增后減，LPI 趨于0，表示隨著現(xiàn)代化發(fā)展，金寨縣的未利用土地逐漸減少，破碎度減弱，是極不具有優(yōu)勢(shì)的景觀類型。

圖5 金寨縣1999―2019年類型水平景觀指數(shù)特征Fig.5 Characteristics of landscape index at type level in Jinzhai County from 1999 to 2019

3）景觀水平上景觀格局變化特征。1999―2019年金寨縣的景觀形狀指數(shù)（LSI）先減小后增大，其間，1999―2009年金寨縣各景觀類型形狀趨于規(guī)則化，分布較集中；2010―2019年各景觀類型逐漸分散，離散度增加。蔓延度（CONTAG）和聚集度（AI）指數(shù)皆是先增長(zhǎng)后降低，說明1999―2009年間金寨縣各景觀類型分布較為聚集，具有較好的連通性，但2010―2019年景觀破碎化程度增大，各景觀類型間斷分布，逐漸分化成較小斑塊，景觀連通性變差；景觀分離度（DIVISION）、Shannon 均勻度指數(shù)（SHEI）與Shannon 多樣性指數(shù)（SHDI）持續(xù)降低，且1999―2009年變化程度較大，表明各景觀類型逐漸集中分布，但斑塊較為不規(guī)則，呈現(xiàn)多樣化特征，且斑塊數(shù)量逐年減少，各景觀類型面積比重逐漸失衡，景觀均勻度、異質(zhì)性降低（表8）。總體來說，金寨縣整體景觀破碎度增大，各景觀類型平均斑塊面積減少，分化出多個(gè)細(xì)小斑塊導(dǎo)致景觀連通性降低，表明城鄉(xiāng)住宅、公共設(shè)施用地、工業(yè)用地、交通設(shè)施等地的開發(fā)，使得各景觀類型被分割，進(jìn)而斑塊不規(guī)則化。

表8 金寨縣1999―2019年景觀水平指數(shù)特征Table 8 Characteristics of landscape level index in Jinzhai County from 1999 to 2019

2.4 景觀格局演變驅(qū)動(dòng)力分析

1）景觀格局演變驅(qū)動(dòng)力體系構(gòu)建。根據(jù)研究側(cè)重點(diǎn)不同，已有的相關(guān)研究將景觀格局驅(qū)動(dòng)力因素分為自然與人文兩大類［21-22］或時(shí)間和空間兩大類［23］開展分析，也有學(xué)者僅對(duì)人文活動(dòng)類因素［24］展開討論。景觀格局在不同的研究背景下會(huì)受到不同維度的驅(qū)動(dòng)因子的影響而發(fā)生變化，而從土地利用轉(zhuǎn)型的過程可以看出，人文活動(dòng)對(duì)景觀格局的影響相對(duì)于自然因素占據(jù)更加關(guān)鍵的主導(dǎo)地位［25］，因此本研究重點(diǎn)探討社會(huì)發(fā)展與建設(shè)對(duì)金寨縣景觀格局演變的影響。借鑒學(xué)者們對(duì)于驅(qū)動(dòng)力的研究及金寨縣現(xiàn)狀特點(diǎn)［26-28］，研究選取了與金寨縣發(fā)展密切相關(guān)的社會(huì)發(fā)展與建設(shè)的相關(guān)指標(biāo)，從國(guó)土空間規(guī)劃體系下的“三生”功能的角度出發(fā)，構(gòu)建金寨縣景觀格局演變驅(qū)動(dòng)力體系，對(duì)城鎮(zhèn)宏觀層面的空間布局和功能組合具有一定的指導(dǎo)意義。

本研究將驅(qū)動(dòng)因子分為經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)水平、人口情況、生活水平和環(huán)境治理5 個(gè)維度，共17 個(gè)指標(biāo)（表9）。各驅(qū)動(dòng)因子的測(cè)算皆使用了1999―2019年間的動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)，其中，1999―2009年的數(shù)據(jù)來源于《金寨縣志（1988―2007）》《安徽省統(tǒng)計(jì)年鑒》及金寨縣統(tǒng)計(jì)局發(fā)送的國(guó)民經(jīng)濟(jì)資料（word 文件）；2010―2019年數(shù)據(jù)來源于《金寨縣國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)（2010―2019）》。本研究利用SPSS 軟件中的因子分析對(duì)各驅(qū)動(dòng)因子采用主成分分析，首先為消除數(shù)據(jù)量綱的影響，對(duì)17 個(gè)變量因子進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，并設(shè)置因子代碼X1～X17。

表9 金寨縣景觀格局演變的驅(qū)動(dòng)力體系構(gòu)建Table 9 Construction of driving force system of landscape pattern evolution in Jinzhai County

2）景觀格局演變驅(qū)動(dòng)因素。通過主成分分析中KMO 和巴特利特檢驗(yàn)顯示，KMO 值為0.747＞0.600，顯著性P為0.000＜0.050，表明驅(qū)動(dòng)力變量因子可以使用主成分分析。從表10 可知，特征值大于1 的有3 個(gè)主成分，且累計(jì)解釋率為90.717%，超過了85.000%，說明前3 個(gè)主成分可以很好地代替原來的17 個(gè)變量，因此提取前3 個(gè)主成分進(jìn)行指數(shù)計(jì)算。根據(jù)旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣可以看出，第一主成分中全社會(huì)固定資產(chǎn)投資額、地方財(cái)政收入、社會(huì)消費(fèi)品零售總額、人均GDP、農(nóng)村用電量等因子載荷較大，這些變量因子主要反映了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展情況，因此，將第一主成分定義為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。第二主成分中的化肥使用量（折純）、第一產(chǎn)業(yè)占比、第二產(chǎn)業(yè)占比、第三產(chǎn)業(yè)占比、年末總?cè)丝诘纫蜃虞d荷較大，因此，定義第二主成分為人口與產(chǎn)業(yè)發(fā)展。第三主成分中的水土流失治理面積和人工造林面積的載荷較大，因此，定義第三主成分為生態(tài)治理。

表10 主成分總方差解釋Table 10 Explanation of total variance of principal components %

第一主成分社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展是影響金寨縣景觀格局變化的主導(dǎo)因素，與X1、X2、X3、X4、X10、X12、X14、X15 有較大相關(guān)。其中，全社會(huì)固定資產(chǎn)投資額和地方財(cái)政收入2 個(gè)因子的關(guān)聯(lián)度都達(dá)到了90%以上。1999―2019年，金寨縣的地方財(cái)政收入、人均GDP 和全社會(huì)固定資產(chǎn)投資額都持續(xù)上升，其中，人均GDP、農(nóng)村居民人均可支配收入由1999年的2 462、1 611 元增長(zhǎng)到 2009年的 7 636、3 783 元，再到2019年的34 856、12 351 元（圖6）。同時(shí)，農(nóng)村用電量與水土流失治理面積也在持續(xù)增長(zhǎng)。由此可以看出，金寨縣在研究時(shí)段內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，人民生活水平得到較大提升，但伴隨著城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)快速的發(fā)展，社會(huì)投資項(xiàng)目增多、外來企業(yè)越來越多地進(jìn)駐、大量未利用地被開發(fā)和耕地面積被壓縮，導(dǎo)致金寨縣景觀格局破碎化程度增大，細(xì)小的不規(guī)則斑塊增多。

圖6 金寨縣1999―2019年人均收入Fig.6 Per capita income of Jinzhai County from 1999 to 2019

第二主成分人口與產(chǎn)業(yè)發(fā)展與第一、二、三產(chǎn)業(yè)占比、年末總?cè)丝?、化肥使用量（折純）和工業(yè)總產(chǎn)值的相關(guān)性較大，均達(dá)到65%以上。研究時(shí)段內(nèi)，金寨縣第一產(chǎn)業(yè)占比逐年下降，由1999年的37.46%降低至2019年的11.10%；第二產(chǎn)業(yè)占比則在40%上下波動(dòng)；第三產(chǎn)業(yè)占比不斷上升，由1999年的24.01%增長(zhǎng)至2019年的45.86%（圖7），并且1999―2019年金寨縣的總?cè)丝诔食掷m(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，化肥施用量和工業(yè)總產(chǎn)值也是呈直線上升趨勢(shì)。2007年，縣政府在原有工業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)上建立了梅山、古碑、斑竹園3 個(gè)工業(yè)聚集區(qū)；2004年，縣政府制定《金寨縣旅游總體規(guī)劃（2004―2020年）》，不斷開發(fā)金寨縣豐富的旅游資源，大力發(fā)展旅游業(yè)。城鎮(zhèn)第二、三產(chǎn)業(yè)的興盛使得第一產(chǎn)業(yè)從業(yè)人口不斷向第二、三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，從而導(dǎo)致第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值降低。城鄉(xiāng)一體化的發(fā)展政策促進(jìn)了城鄉(xiāng)道路的連通、城鎮(zhèn)的開發(fā)擴(kuò)張和公共基礎(chǔ)設(shè)施的完善，最終導(dǎo)致建設(shè)用地需求增大、部分生產(chǎn)用地和生態(tài)用地被侵占。

圖7 金寨縣1999―2019年產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)Fig.7 Industrial structure of Jinzhai County from 1999 to 2019

第三主成分生態(tài)治理對(duì)景觀格局變化的影響相對(duì)而言較小。研究時(shí)段內(nèi)，金寨縣人工造林面積呈現(xiàn)不穩(wěn)定態(tài)勢(shì)，相對(duì)而言，1999―2009年的人工造林總面積較2010―2019年多；水土流失治理面積則穩(wěn)定升高。在政府大力推行水土治理、退耕還林和森林生態(tài)補(bǔ)償［29］等政策的背景下，金寨縣林地面積穩(wěn)定增長(zhǎng)，水資源得到可持續(xù)保護(hù)。

3 討 論

在城鎮(zhèn)化和現(xiàn)代化的社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)下，金寨縣近20年來的土地利用調(diào)整頻繁而復(fù)雜，其不斷開發(fā)未利用地，并減少耕地和園地，以增加建設(shè)用地的面積，而景觀格局也隨之有了較大轉(zhuǎn)變。整體景觀格局在1999―2009年分布呈現(xiàn)集中態(tài)勢(shì)，連通性較好；2010―2019年間景觀格局破碎度增大，各斑塊呈現(xiàn)不規(guī)則形態(tài)，景觀類型間斷分布且類型比重失衡，景觀異質(zhì)性和均勻度降低，生態(tài)空間重心朝南部遷移。研究對(duì)景觀格局的演變驅(qū)動(dòng)因素分析發(fā)現(xiàn)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展是金寨縣景觀格局演變的主要驅(qū)動(dòng)因素，人口與產(chǎn)業(yè)發(fā)展為次要驅(qū)動(dòng)因素。其中地方政府吸引外來投資項(xiàng)目的大量涌入、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的增加及城鎮(zhèn)開發(fā)擴(kuò)張等因素對(duì)金寨縣景觀格局的破碎化和異質(zhì)性產(chǎn)生了較大的影響。

自“中部崛起”戰(zhàn)略實(shí)施以來，大別山區(qū)城鎮(zhèn)快速發(fā)展，然而生產(chǎn)建設(shè)和資源開發(fā)不合理導(dǎo)致近年來水土流失嚴(yán)重［30］。此處大別山區(qū)腹地的金寨縣的城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張和社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)在為社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來提速發(fā)展的同時(shí)，也導(dǎo)致了耕地被占用、林地被開發(fā)、水土流失等一系列生態(tài)失調(diào)情況，給可持續(xù)發(fā)展帶來了較大負(fù)面影響。盡管近年來金寨縣政府已采取系列舉措保護(hù)林地與水資源，未來仍然需要警惕耕地和園地的減少對(duì)糧食安全產(chǎn)生的威脅，以及未利用地預(yù)留不足無(wú)法為城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展的土地利用周轉(zhuǎn)給予足夠支撐等問題。因此，在未來發(fā)展中，金寨縣不可盲目擴(kuò)張城鎮(zhèn)和開展項(xiàng)目建設(shè)，而應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和城鎮(zhèn)擴(kuò)張等情況對(duì)土地利用及景觀格局帶來的影響，集約土地，注重“三生”空間的可持續(xù)發(fā)展。

隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的提出，山區(qū)開始加速向城鎮(zhèn)化方向發(fā)展，土地不斷開發(fā)，土地功能不斷改變，同時(shí)山區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值開始退化，而地形復(fù)雜、生境脆弱的山區(qū)所受的影響尤為明顯。本研究對(duì)大別山區(qū)景觀格局的研究可豐富山地生態(tài)學(xué)研究成果，并可為未來大別山區(qū)土地利用和生態(tài)安全規(guī)劃提供一定參考。由于研究范圍與研究目的不同，對(duì)土地利用類型的劃分有所側(cè)重，研究重點(diǎn)是從宏觀上把握各地類的整體轉(zhuǎn)換方向，而對(duì)微觀變化的掌握具有一定局限性。在未來研究中可選用更高分辨率的遙感影像數(shù)據(jù)，對(duì)林地類型進(jìn)一步的細(xì)化。同時(shí)受限于數(shù)據(jù)可用性，本研究仍有不足有待完善，其一，不同年份所使用的的遙感影像數(shù)據(jù)存在時(shí)段差異，雖與相關(guān)資料校驗(yàn)后認(rèn)為對(duì)研究結(jié)果的精確度影響較小，但客觀上仍存在一定誤差；其二，研究中采用的景觀指數(shù)停留在二維層面；其三，研究?jī)H分析了社會(huì)人文活動(dòng)方面的驅(qū)動(dòng)力因素，未對(duì)自然條件的變化和地方政府的政策等因素展開討論。未來研究將進(jìn)一步搜集數(shù)據(jù)和專家意見，考慮通過三維景觀指數(shù)的使用，更加準(zhǔn)確地反映山地區(qū)域的豎向景觀格局變化情況，同時(shí)深化驅(qū)動(dòng)力因素研究，綜合考慮社會(huì)、自然和政策三方面因素的影響，并提出科學(xué)全面的土地利用和景觀格局優(yōu)化實(shí)施策略。