鮑文楷 謝苗苗

摘要：從土地利用動(dòng)態(tài)和景觀格局分析兩個(gè)不同的角度，對(duì)2001～2009年房山區(qū)土地利用的生態(tài)狀況進(jìn)行了綜合分析。結(jié)果表明：房山區(qū)的土地利用綜合動(dòng)態(tài)度達(dá)到了較高水平，其中建設(shè)用地變化幅度最大。此外建設(shè)用地的破碎化程度及景觀優(yōu)勢(shì)度在上升;全區(qū)整體景觀的破碎化、無(wú)序性呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。導(dǎo)致其變化的驅(qū)動(dòng)力主要包括區(qū)域GDP及城市總體規(guī)劃等社會(huì)經(jīng)濟(jì)和政策因素。

關(guān)鍵詞：土地利用變化;景觀格局分析;房山區(qū)

中圖分類號(hào)：F293.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-9944（2018）4-0196-05

1 引言

在全球環(huán)境變化的人文因素計(jì)劃中，“土地利用和土地覆被動(dòng)態(tài)”（LUCC）是最受關(guān)注的核心問(wèn)題之一[1]，同時(shí)它也是生態(tài)系統(tǒng)和景觀格局變化的重要因素。城市是土地利用/覆蓋變化最直接的載體，深刻地影響著區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)。然而在城市化的過(guò)程中，土地利用變化直接或間接地造成了一系列的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，如生物多樣性減少和棲息地破壞、熱島效應(yīng)增強(qiáng)、環(huán)境污染等[2]。受到城市化擴(kuò)張的影響，自然和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)不斷向城市生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致原有的景觀格局劇烈變化，進(jìn)而造成物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)在時(shí)空受阻，最終演變?yōu)槌鞘猩鷳B(tài)環(huán)境問(wèn)題。

2001- 2009年是北京城市化進(jìn)程迅速推進(jìn)的時(shí)期，常住人口由2001年的1364萬(wàn)人增加到2009年的1860萬(wàn)人;產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整：第三產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)率由2001年的72.4%增長(zhǎng)到2008年的92.1%，而第二產(chǎn)業(yè)比例則從26.6%下降到7.8%。隨著建成區(qū)的不斷外擴(kuò)，中心城區(qū)和城郊的景觀格局及生態(tài)系統(tǒng)狀況都在發(fā)生著激烈的變化。

本研究試從土地利用變化和景觀格局這兩個(gè)不同的角度，以房山區(qū)為例，基于遙感數(shù)據(jù)生成的土地利用現(xiàn)狀圖，采用Arcgis10.3和Fragstats4.2景觀格局分析軟件，結(jié)合相關(guān)社會(huì)經(jīng)濟(jì)背景資料，以定性及定量方法探討城市生態(tài)系統(tǒng)景觀格局演變的驅(qū)動(dòng)力因素分析，嘗試總結(jié)其變化規(guī)律和驅(qū)動(dòng)力，以期為城市可持續(xù)土地利用和生態(tài)格局的優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。

2 研究區(qū)與數(shù)據(jù)源

2.1 研究區(qū)概況

北京市房山區(qū)地處北京西南部（經(jīng)緯度范圍：115°25′～116°15′E，39°3′～39°55′N），總面積2019 km²。平均海拔高度為381.92 m，其中66%為山地、丘陵，34%為平原。房山區(qū)年平均氣溫為11.9℃，年平均降水量為582.8 mm。區(qū)內(nèi)土壤類型以褐土為主，主要分布于全區(qū)的南部和西部，其次為棕壤和潮土。

房山區(qū)歷史文化底蘊(yùn)深厚，有文物保護(hù)單位328處，周口店北京人遺址是中國(guó)首批世界文化遺產(chǎn)，距今3000多年歷史的西周燕都遺址是北京建城的重要標(biāo)志[3]。

2.2 數(shù)據(jù)源情況

使用具有30 m空間分辨率的美國(guó)陸地資源衛(wèi)星Landsat TM影像，對(duì)2001年和2009年的兩景數(shù)據(jù)進(jìn)行系列校正后，采用監(jiān)督分類和目視修正相結(jié)合的方法，按照標(biāo)準(zhǔn)將地類分為6種，分別為草地、水域、林地、耕地、裸露用地和建設(shè)用地，分別得到2001和2009年的房山區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖[4]（圖1、2）。

3 研究方法

3.1 土地利用動(dòng)態(tài)分析

3.1.1 土地利用動(dòng)態(tài)度分析

（1）單一土地利用類型動(dòng)態(tài)度。土地利用動(dòng)態(tài)度主要是用來(lái)預(yù)測(cè)土地利用未來(lái)的變化趨勢(shì)，公式為：

式（1）中，T為研究時(shí)段（年）;K為研究期間某類型土地的利用動(dòng)態(tài)度;U。為研究初期該利用類型土地的面積;Ub為研究末期該利用類型土地的面積。

（2）綜合土地利用動(dòng)態(tài)度。某一研究區(qū)的綜合土地利用動(dòng)態(tài)度可表示為：

式（2）中，LU_i為監(jiān)測(cè)起始時(shí)間第i類土地利用類型面積;ALU_i-j為監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)第i類土地利用類型轉(zhuǎn)為非i類土地利用類型面積的絕對(duì)值;T為監(jiān)測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度[5]。

3.1.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣反映了某一區(qū)域期初和期末各地類面積之間相互轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)過(guò)程。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣通用形式為：

式（3）中：S代表面積，n代表轉(zhuǎn)移前后的土地利用類型數(shù)，i、j分別代表轉(zhuǎn)移前與轉(zhuǎn)移后的土地利用類型，S_ij代表轉(zhuǎn)移前的i地類轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)移后的j地類的面積。

土地利用動(dòng)態(tài)度分布情況如圖3所示，而該區(qū)西半部分主要為林地，變化程度相對(duì)緩和。

研究中便用 Arcgis10.3自帶的柵格計(jì)算器功能實(shí)現(xiàn)了2001～2009各地類的土地利用轉(zhuǎn)移矩陣計(jì)算。

3.2 景觀格局分析

在眾多景觀格局的分析方法中，景觀指數(shù)的應(yīng)用最為廣泛。景觀指數(shù)能高度濃縮景觀格局信息，有效地反映其結(jié)構(gòu)組成和空間配置等方面地特征[6]。

以2001年和2009年兩年的土地利用現(xiàn)狀柵格圖為基礎(chǔ)，選取斑塊、類型和景觀3個(gè)水平的格局指數(shù)[7]。本研究選取平均斑塊大?。∕PS），斑塊密度（PD），邊緣密度（ED）和最大斑塊指數(shù)（LPI）代表景觀個(gè)體單元特征;采用面積加權(quán)平均形狀指數(shù)（AWMSI）、蔓延度（CONTAG）、聚合度指數(shù)（AD代表景觀組分空間構(gòu)型，用香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）表征景觀整體多樣性特征，彭建等[8]的研究表明這些指標(biāo)能很好地反應(yīng)景觀空間格局。建立指標(biāo)后，在Fragstats4.2軟件里進(jìn)行計(jì)算，分析兩年期景觀格局指數(shù)變化特征。

4 結(jié)果分析

4.1 土地利用動(dòng)態(tài)度分析

2001～2009年房山區(qū)各種土地利用類型面積及變化情況如表1所示。2001年面積排在前三位的是林地、草地、耕地，而到了2009年前三位分別為林地、耕地、建設(shè)用地。

該區(qū)域9年間的綜合土地利用動(dòng)態(tài)度可為0.81%，參照文獻(xiàn)可知[9]，陜西省全省范圍內(nèi)1900～2000年的綜合動(dòng)態(tài)度也僅為0.38%，因此房山區(qū)這9年的土地利用變化幅度是相對(duì)較大的。主要表現(xiàn)在建設(shè)用地的急劇增長(zhǎng)，由2001～2009年面積翻了幾乎1倍;其單項(xiàng)動(dòng)態(tài)度為10.17%.為綜合動(dòng)態(tài)度的12.6倍。而草地、裸露土地減少趨勢(shì)十分明顯，動(dòng)態(tài)度絕對(duì)值分別為4.58%（5.7倍）和6.82%（8.4倍）;其中草地減少面積令人關(guān)注，達(dá)到了10861.38 hm²，幾乎和同期建設(shè)用地的增長(zhǎng)面積持平。除此以外，耕地面積增長(zhǎng)了10.3%，在該區(qū)建設(shè)用地急劇增長(zhǎng)的背景下竟然實(shí)現(xiàn)耕地面積擴(kuò)大，也許跟普遍推行的占補(bǔ)平衡政策密切相關(guān)。林地變化情況不顯著，9年間減少了2996.1 hm²，但在2009年仍為面積比例最大的地類，占比60.53%。水域面積在這9年間面積幾乎未發(fā)生改變，所占比例維持在0.21%。

4.2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣分析

動(dòng)態(tài)度展示了各地類的變化幅度，但不能表示變化過(guò)程中每個(gè)地類的具體來(lái)源和去向，利用轉(zhuǎn)移矩陣可更好地描述土地利用轉(zhuǎn)變情況（表2）。

首先關(guān)注各地類的轉(zhuǎn)出情況，可以看出轉(zhuǎn)出比例最多的是裸露土地（94.42%），其中38.92%變?yōu)榱瞬莸兀?1.54%變?yōu)榱私ㄔO(shè)用地;其次是草地（68.56%），其中44.06%轉(zhuǎn)移成了耕地，24.08%轉(zhuǎn)移成了建設(shè)用地，轉(zhuǎn)出比例的大小排序是裸露土地>草地>建設(shè)用地>耕地>水域>林地。轉(zhuǎn)出比例越小，則該地類的原位置變化程度越小，表明地類占據(jù)的地域更為穩(wěn)定，抗各種自然、人類活動(dòng)等因素干擾的能力就越強(qiáng);但需要說(shuō)明的是，轉(zhuǎn)出比例小并不代表該地類的總體變化幅度就小，因?yàn)槲纯紤]到其他地類轉(zhuǎn)入的情況。

接下來(lái)分析各地類的來(lái)源情況，在此只選擇增長(zhǎng)速度最快的兩個(gè)地類即建設(shè)用地和耕地作為典型代表來(lái)分析。

首先要關(guān)注的是建設(shè)用地，其轉(zhuǎn)入情況如圖4所示。從圖上容易讀出，2009年的建設(shè)用地有34.18%來(lái)自于原來(lái)的建設(shè)用地，27.84%來(lái)自于草地，19.78%來(lái)自于耕地，16.47%來(lái)自于林地，其余來(lái)自于裸露土地和水域的較少;由此可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)現(xiàn)象：建設(shè)用地僅有1.6%來(lái)自于裸露土地，同時(shí)裸露土地只有不到1/3變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，但占耕地建設(shè)的情況卻高達(dá)將近20%，這說(shuō)明建設(shè)用地開發(fā)時(shí)利用閑置后備土地資源的程度偏低，對(duì)耕地尤其是良田的破壞應(yīng)當(dāng)引起重視。

圖5所示的是耕地的來(lái)源示意圖，可以看出末期的耕地有64.31%來(lái)自于原來(lái)的耕地，29.57%的來(lái)自于草地，剩余的5%左右來(lái)自于其他4類。結(jié)合上文發(fā)現(xiàn)：接近30%的初期耕地經(jīng)過(guò)9年的時(shí)間變?yōu)槠渌仡?，而在末期的耕地有接?0%的耕地來(lái)自于草地，說(shuō)明失去的原耕地絕大部分都是由草地補(bǔ)償?shù)摹Ｒ虼吮M管這9年間耕地的面積總體上增加，但相當(dāng)于近1/3的耕地被置換成了草地，盡管筆者未能獲得新增耕地的土壤、地形等耕作條件的數(shù)據(jù)以作出質(zhì)量評(píng)價(jià)，但有理由推測(cè)從草地轉(zhuǎn)換而來(lái)的耕地的質(zhì)量并不理想。

4.3 景觀格局分析

4.3.1 個(gè)體水平的動(dòng)態(tài)變化特征

斑塊密度（PD）、邊緣密度（ED）和平均斑塊大?。?MPS）能很好地指示景觀的破碎化程度，最大斑塊指數(shù)（LPI）可以反應(yīng)出景觀的優(yōu)勢(shì)類型，即某一地類的主導(dǎo)程度。

首先，關(guān)注斑塊密度（PD）和邊緣密度（ED）值，其中建設(shè)用地的PD和ED分別在2001年和2009年排在第一位（如圖6），有趣的是，草地的PD和ED分別在2009年和2001年排在第一位;而與此同時(shí)兩期的MPS基本維持不變，最大的都是林地，說(shuō)明林地破碎程度很低;此外可以看出建設(shè)用地和草地是這一時(shí)期破碎程度最高的兩個(gè)地類。值得關(guān)注的是，耕地的破碎度是第三高的，兩年期的ED和PD值都很高。

其次，關(guān)注最大斑塊指數(shù)（LPI）的動(dòng)態(tài)特征，在研究時(shí)段內(nèi)，林地一直是該區(qū)最優(yōu)勢(shì)的類型，但建設(shè)用地的優(yōu)勢(shì)度呈明顯的上升趨勢(shì)，而耕地和草地的優(yōu)勢(shì)度明顯下降;其他用地斑塊類型的景觀特征保持相對(duì)穩(wěn)定。

4.3.2 景觀水平的動(dòng)態(tài)變化特征

由表3可以清晰地看出，從2001～2009年該區(qū)內(nèi)的蔓延度（CONTAG）、加權(quán)平均形狀指數(shù)（AWMSI）和聚合度指數(shù)（AI）均表現(xiàn)出了不同程度上的下降。其中AI和CONTAG的降低均反映了全區(qū)范圍內(nèi)的景觀連通性、聚集性降低而破碎程度增大。而AWMSI的降低反映了景觀形狀的復(fù)雜程度和不規(guī)則形有所降低，主要是由于在全區(qū)范圍內(nèi)景觀類型主要以林地和耕地為主，因此林地、耕地斑塊的整理、合并工程可能是導(dǎo)致總體不規(guī)則度下降的主要原因。

景觀多樣性指數(shù)（SHDI）反映了景觀的復(fù)雜性，一般而言其值越大表明景觀內(nèi)各組分分布更均勻。盡管指數(shù)增大程度較微弱，但也體現(xiàn)出了從全區(qū)的變化水平看，景觀多樣性是增大的，景觀分布模式也趨于合理。

盡管在這9年間建設(shè)用地面積比例擴(kuò)大，城市化程度不斷提高，但需要指出的是房山區(qū)的建設(shè)用地尚未成為主導(dǎo)地類，因此建設(shè)用地的快速擴(kuò)張未能造成顯著的全區(qū)域范圍景觀多樣性下降，盡管這一現(xiàn)象在很多針對(duì)其他城市的研究中已有較明顯的體現(xiàn)[10]。

5 結(jié)論與討論

（1）從土地利用動(dòng)態(tài)變化的角度來(lái)看，2001- 2009年間的總體動(dòng)態(tài)度達(dá)到了0.81%，指示了一個(gè)較快的變化時(shí)期;而具體到地類來(lái)看，變化幅度最大的是建設(shè)用地，但分析顯示占據(jù)生態(tài)用地、農(nóng)用地用于建設(shè)的情況比較嚴(yán)重。草地面積減少了41.2%，主要轉(zhuǎn)變?yōu)榱烁睾徒ㄔO(shè)用地。此外，耕地面積實(shí)現(xiàn)了10.3%的增長(zhǎng)，其來(lái)源中有近30%是草地，因此新增耕地的質(zhì)量也有理由讓人們擔(dān)憂。在將來(lái)耕地占補(bǔ)平衡應(yīng)在關(guān)注數(shù)量上增減掛鉤的同時(shí)，更注重質(zhì)量和生態(tài)上的同等置換。例如質(zhì)量上的對(duì)等置換可以借助耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但生態(tài)水平上的評(píng)價(jià)方法還有待學(xué)者專家們的進(jìn)一步研究。

（2）景觀格局指數(shù)從個(gè)體、類型、景觀3個(gè)水平明確了快速城市化過(guò)程中景觀空間結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化特征。在全區(qū)范圍內(nèi)，建設(shè)用地的破碎化程度在增加且其景觀優(yōu)勢(shì)度在上升。但林地一直是該區(qū)域最優(yōu)勢(shì)的類型，其破碎程度維持在很低的水平。全區(qū)范圍內(nèi)的蔓延度和聚合度下降，表明整體景觀的破碎化、無(wú)序性是在增加的，應(yīng)該通過(guò)城市規(guī)劃引導(dǎo)景觀生態(tài)的進(jìn)一步合理優(yōu)化。

（3）本研究嘗試分析了房山區(qū)這9年間生態(tài)變化的驅(qū)動(dòng)力。由于城市是以人類活動(dòng)為主要特征的社會(huì)一經(jīng)濟(jì)一自然復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)[11]，其景觀格局演變的過(guò)程具有比其他任何景觀類型都更加復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，但人類活動(dòng)無(wú)疑是景觀格局演變的最主要驅(qū)動(dòng)因素，主要包括：①社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素，指標(biāo)有地區(qū)總?cè)丝凇⑷鐣?huì)固定資產(chǎn)總投資額、地區(qū)生產(chǎn)總值GDP、三種產(chǎn)業(yè)的比例、房地產(chǎn)業(yè)、城鎮(zhèn)居民可支配收入、地方財(cái)政收入等，其從不同方面深刻影響這城市的用地格局。②城市總體規(guī)劃是對(duì)一定時(shí)期轄區(qū)內(nèi)的各項(xiàng)用地安排和綜合部署，是城市經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展目標(biāo)在空間上的具體落實(shí)，因此城市景觀格局的變化與總體規(guī)劃的實(shí)施是緊密相關(guān)的。③政策因素，包括政府投資和土地投放，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策等，經(jīng)濟(jì)的投入和土地政策的變化在很大程度上促進(jìn)了城市土地利用情況和景觀格局的變化。

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