魏琪力，王詩(shī)源，李春容，王倩娜，羅言云,2

(1.四川大學(xué) 建筑與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610065；2.美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校 中國(guó)研究中心，加州 伯克利 94704)

伴隨城鎮(zhèn)化進(jìn)程加深，諸多城市面臨景觀破碎化等問(wèn)題[1]。1997年，重慶市成為我國(guó)第四個(gè)直轄市，在西部大開發(fā)、成渝城市群及成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟(jì)圈建設(shè)背景下[2-3]，人口快速聚集和城鎮(zhèn)化快速推進(jìn)使得景觀破碎化加劇[4]。2013年，重慶市在《全國(guó)主體功能區(qū)規(guī)劃》基礎(chǔ)上，綜合考慮社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等因素，將市轄區(qū)縣劃分成五個(gè)功能區(qū)[5]，作為解決城市中不同自然資源沖突的有效工具。由于不同區(qū)縣所屬功能區(qū)劃和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不均，其面臨的生態(tài)環(huán)境壓力也不盡相同。為明確重慶市不同區(qū)縣的景觀破碎化狀況，有必要對(duì)引發(fā)景觀破碎化的驅(qū)動(dòng)力展開分析，以期為重慶市轄區(qū)縣未來(lái)生態(tài)空間的健康與可持續(xù)發(fā)展提供參考。

近年來(lái)綠色基礎(chǔ)設(shè)施(green infrastructure，GI) 作為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)估的重要工具得到廣泛認(rèn)可[6]，它是由自然區(qū)域和其他可相互聯(lián)系的開放區(qū)域形成的網(wǎng)絡(luò)[7]，能為維持城市生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定，提供生態(tài)服務(wù)做出重要貢獻(xiàn)。Fahrig[8]和Klorvuttimontara等[9]指出GI在提供生態(tài)服務(wù)時(shí)，棲息地破碎化會(huì)極大地影響其生態(tài)系統(tǒng)功能的發(fā)揮。景觀破碎化是評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)功能的重要指標(biāo)，國(guó)內(nèi)學(xué)者較多研究基于景觀格局指數(shù)探討景觀破碎化程度[4,10]，而目前國(guó)外較多運(yùn)用形態(tài)學(xué)空間格局分析方法(morphological spatial pattern analysis，MSPA) 作為研究景觀破碎化的有效工具[11-16]。與傳統(tǒng)的基于景觀格局指數(shù)研究景觀破碎化相比，MSPA更能揭示出景觀結(jié)構(gòu)的連通性和生態(tài)斑塊的破碎化細(xì)節(jié)[17]。Riitters等[12]和Wickham等[13-14]提出通過(guò)MSPA方法識(shí)別網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要素的總數(shù)，利用核心區(qū)數(shù)量下降，孤島增長(zhǎng)等反映森林破碎化程度的方法，來(lái)揭示生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生的變化。景觀破碎化驅(qū)動(dòng)力研究方面，現(xiàn)階段已有較多成熟的方法，如:胡榮明等[4]通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)法得出地區(qū)生產(chǎn)總值、人口等是景觀破碎化的主要驅(qū)動(dòng)因子；楊尊尊等[18]提出生產(chǎn)總值和人為活動(dòng)是造成西咸新區(qū)景觀格局變化的主要驅(qū)動(dòng)因子；姜朋輝等[19]基于回歸模型指出氣溫波動(dòng)上升是濕地景觀破碎化的主要驅(qū)動(dòng)因子。與其他方法相比，最小二乘法求解線性回歸模型具有總體誤差衡量最小、求解方便等優(yōu)點(diǎn)[20]。

研究尺度方面，既往研究多著眼于重慶市域和主城都市區(qū)的生態(tài)空間尺度[21-22]，對(duì)區(qū)縣尺度關(guān)注較少。區(qū)縣尺度是我國(guó)現(xiàn)行國(guó)土空間規(guī)劃體系下的五級(jí)尺度之一，是實(shí)施并落實(shí)國(guó)土空間規(guī)劃中城市發(fā)展、生態(tài)保護(hù)等目的的核心尺度?；谝陨媳尘埃狙芯恳缘靥庨L(zhǎng)江中上游重要生態(tài)屏障的重慶市轄區(qū)內(nèi)22個(gè)區(qū)縣為研究區(qū)，綜合運(yùn)用土地利用動(dòng)態(tài)度分析、MSPA、景觀破碎化指數(shù)、回歸模型及聚類分析等方法，對(duì)研究區(qū)GI景觀破碎化及驅(qū)動(dòng)力展開分析，旨在客觀認(rèn)識(shí)研究區(qū)景觀破碎化現(xiàn)狀及特征，識(shí)別導(dǎo)致景觀破碎化的驅(qū)動(dòng)力，為研究區(qū)GI網(wǎng)絡(luò)格局保護(hù)和未來(lái)生態(tài)規(guī)劃研究提供參考。

1 研究區(qū)及數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)地處成渝城市群，包含22個(gè)重慶市轄區(qū)縣(圖1)，分屬重慶市五大功能區(qū)，城市發(fā)展新區(qū)包括長(zhǎng)壽、江津、合川、永川、南川、潼南、銅梁、榮昌、璧山、大足、綦江、萬(wàn)盛、涪陵共13個(gè)區(qū)縣；渝東北生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)包括開州、云陽(yáng)、萬(wàn)州、梁平、豐都、墊江、忠縣共7個(gè)區(qū)縣；渝東南生態(tài)保護(hù)發(fā)展區(qū)包括黔江和彭水共2個(gè)區(qū)縣[5]。研究區(qū)總面積約4.9×104km2，占成渝城市群總面積的26.50%，地跨105°58′～108°67′E、29°03′～31°18′N，以山地丘陵為主，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，雨熱充足；山地地區(qū)森林覆蓋率高，有長(zhǎng)江、嘉陵江等多條水系經(jīng)過(guò)；是三峽庫(kù)區(qū)重要的生態(tài)保護(hù)地。截至2018年底，研究區(qū)常住人口1 876.12×104人，平均城鎮(zhèn)化率56.17%[23]。

圖1 研究區(qū)范圍(改繪自參考文獻(xiàn)[2])Fig.1 Area of study

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及預(yù)處理

基于云量少、影像拍攝時(shí)間相對(duì)接近、成像質(zhì)量好的原則，共選取研究區(qū)2018年4—9月和部分2019年3月的LANDSAT 8 OLI/TIRS衛(wèi)星的12幅遙感影像圖[24]，分辨率30 m，經(jīng)過(guò)拼接、裁剪得到22個(gè)區(qū)縣的遙感影像圖。數(shù)據(jù)處理步驟為：基于ENVI 5.3平臺(tái)對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正等預(yù)處理得到研究區(qū)遙感圖[25]，再運(yùn)用歸一化差分植被指數(shù)(NDVI)提取綠地(含耕地、林地和草地)，歸一化差分水體指數(shù)(NDWI)提取水體，結(jié)合高清衛(wèi)星圖對(duì)比，使用ENVI中ROI工具選取各幅遙感影像圖最佳的閾值，再使用波段計(jì)算(Band Math)工具將綠地和水體疊加為GI柵格圖。最終結(jié)合高清衛(wèi)星圖校正并在ArcGIS內(nèi)將GI賦值為1，其他用地賦值為0，得到研究區(qū)GI二值柵格圖。土地利用動(dòng)態(tài)度數(shù)據(jù)由重慶市2010年和2018年土地利用數(shù)據(jù)[26]得到，城鎮(zhèn)化增長(zhǎng)率、人口增長(zhǎng)率、GDP增長(zhǎng)率、公路密度增長(zhǎng)率由《重慶市統(tǒng)計(jì)年鑒2011》[27]和《重慶市統(tǒng)計(jì)年鑒2019》[23]報(bào)告中的2010年、2018年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算后得到。

2 研究方法

2.1 土地利用動(dòng)態(tài)度分析

土地利用類型動(dòng)態(tài)度[28]可量化反映土地利用類型總變化率，其表達(dá)式為：

①

式中：K(%)為研究期內(nèi)某一土地利用類型的總變化率，Ua(km2)、Ub(km2)分別為研究期初、研究期末某一土地利用類型的面積。

2.2 綠色基礎(chǔ)設(shè)施形態(tài)學(xué)空間格局及景觀組成分析

運(yùn)用Guidos Toolbox軟件，采用八鄰域規(guī)則，對(duì)GI二值柵格圖進(jìn)行MSPA分析。邊緣寬度取值結(jié)合相關(guān)廊道理論、前人研究成果[29]，按照廊道寬度在60 m[29]及以上為適宜寬度的標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)多次測(cè)試對(duì)比確定。其中，江津、彭水等14個(gè)區(qū)縣邊緣寬度取值為60 m，長(zhǎng)壽、涪陵等8個(gè)區(qū)縣取值為90 m ，計(jì)算得到核心區(qū)、孤島、穿孔、邊緣、分支、連接橋、環(huán)共7類GI網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要素。為進(jìn)一步探討GI網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要素的土地利用構(gòu)成，基于ArcGIS軟件將重慶市2018年土地利用數(shù)據(jù)[26]重分類為耕地、林地、草地、水體、建設(shè)用地和未利用地6種土地利用類型，再將GI網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要素圖與土地利用重分類圖疊加分析，得到22個(gè)區(qū)縣的GI網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要素景觀組成數(shù)據(jù)。

2.3 GI景觀破碎化及驅(qū)動(dòng)力分析

GI景觀破碎化指數(shù)[11]可定量反映景觀破碎化程度，其表達(dá)式為：

F=100-〔C-(I+P+E+B+R+L)〕

②

式中：F(%)為GI景觀破碎化指數(shù)，C、I、P、E、B、R、L分別代表核心區(qū)、孤島、穿孔、邊緣、分支、連接橋、環(huán)等七大GI網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要素占GI總面積的百分比(%)。F值越高，表明GI景觀破碎化程度越高。

為進(jìn)一步明確GI景觀破碎化的驅(qū)動(dòng)力，選取土地利用變化驅(qū)動(dòng)力和城市擴(kuò)張驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行分析，其中土地利用變化驅(qū)動(dòng)力包括由2.1節(jié)得到的耕地變化動(dòng)態(tài)度X1(%)、林地變化動(dòng)態(tài)度X2(%)、草地變化動(dòng)態(tài)度X3(%)、水體變化動(dòng)態(tài)度X4(%)、建設(shè)用地變化動(dòng)態(tài)度X5(%)，2.2節(jié)得到的景觀組成面積占比驅(qū)動(dòng)因子，包括核心區(qū)耕地X6(km2)、核心區(qū)林地X7(km2)、核心區(qū)草地X8(km2)、核心區(qū)水體X9(km2)、核心區(qū)建設(shè)用地X10(km2)、連接橋耕地X11(km2)、連接橋林地X12、連接橋草地X13(km2)、連接橋水體X14(km2)、連接橋建設(shè)用地X15(km2)，城市擴(kuò)張驅(qū)動(dòng)力包括由研究時(shí)期統(tǒng)計(jì)年鑒計(jì)算得到的公路密度增長(zhǎng)率X16(%)、城鎮(zhèn)化增長(zhǎng)率X17(%)，GDP增長(zhǎng)率X18(%)，人口增長(zhǎng)率X19(%)[10，30-31]共計(jì)19項(xiàng)驅(qū)動(dòng)因子。相關(guān)研究[20，32]表明，線性回歸模型能較好地解釋驅(qū)動(dòng)因子分析[33]。因此本研究以22個(gè)區(qū)縣作為樣本，選取土地利用變化驅(qū)動(dòng)力、城市擴(kuò)張驅(qū)動(dòng)力2個(gè)維度的19項(xiàng)驅(qū)動(dòng)因子作為自變量，區(qū)縣GI景觀破碎化指數(shù)作為因變量進(jìn)行回歸分析。首先基于Matlab軟件均值化歸一法對(duì)驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行無(wú)量綱化處理，再運(yùn)用最小二乘法求解回歸方程[20，34]。

Y=α1X1+α2X2+α3X3+α4X4+…+αNXN+M

③

式中：Y(%)為GI景觀破碎化指數(shù)，α為擬合系數(shù)，擬合系數(shù)越大表明該因子的驅(qū)動(dòng)作用越顯著，其中α最大者為主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)因子，XN為各種驅(qū)動(dòng)因子，M為常數(shù)。

2.4 區(qū)縣聚類及相關(guān)性分析

基于SPSS軟件采用Q型系統(tǒng)聚類分析法[35]，選取GI景觀破碎化指數(shù)及驅(qū)動(dòng)因子作為變量，以距離水平6為標(biāo)準(zhǔn)線對(duì)研究區(qū)22個(gè)區(qū)縣GI景觀破碎化進(jìn)行相似度劃分，得到不同GI壓力類別區(qū)縣的分類。再運(yùn)用Pearson相關(guān)性分析法[10，30]，定量解析不同GI壓力類別區(qū)縣各驅(qū)動(dòng)因子與GI景觀破碎化之間的相關(guān)性，Pearson系數(shù)越大，表明相關(guān)性越顯著。同時(shí)為分析城市功能區(qū)劃對(duì)區(qū)縣生態(tài)空間的指導(dǎo)作用，將GI壓力類別與功能區(qū)劃對(duì)比，得到GI壓力趨勢(shì)與功能定位之間的關(guān)系。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用變化動(dòng)態(tài)度分析

整體而言，研究區(qū)耕地、林地和建設(shè)用地均呈負(fù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，且較多轉(zhuǎn)移為建設(shè)用地(圖2)，草地、建設(shè)用地和未利用地均呈正增長(zhǎng)趨勢(shì)。

圖2 研究區(qū)土地利用類型轉(zhuǎn)移Fig.2 Land use type transfer in the study area

由表1可知，耕地總體上呈負(fù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，均值為-0.98%，其中長(zhǎng)壽、萬(wàn)盛耕地減少最顯著，南川、墊江和彭水耕地有所增加；林地總體上呈負(fù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，均值為-0.62%，其中江津和南川林地減少最為顯著，潼南、涪陵、彭水和黔江林地有少量增加；草地總體上呈正增長(zhǎng)趨勢(shì)，均值為2.99%，其中萬(wàn)盛減少最為顯著，璧山和江津草地面積增長(zhǎng)較大；水體總體上呈負(fù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，均值為-7.44%，其中璧山、南川、梁平、墊江、彭水和黔江顯著減少，大足、萬(wàn)盛和開州有所增長(zhǎng)；建設(shè)用地總體上呈正增長(zhǎng)趨勢(shì)，均值為61.61%，其中潼南、永川和合川建設(shè)用地?cái)U(kuò)張較小，大足、萬(wàn)盛、綦江、涪陵、梁平、墊江、彭水和黔江的城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張顯著；未利用地總體上呈正增長(zhǎng)趨勢(shì)，均值為0.21%，集中在銅梁、大足、潼南、涪陵和開州。

表1 研究區(qū)2010—2018年土地利用類型動(dòng)態(tài)度Tab.1 The dynamic attitude of land use types in the study area from 2010 to 2018 %

3.2 綠色基礎(chǔ)設(shè)施形態(tài)學(xué)空間格局及景觀組成分析

區(qū)縣尺度下，研究區(qū)內(nèi)GI網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要素以具有重要生態(tài)價(jià)值的核心區(qū)和連接橋?yàn)橹鱗35-36](圖3)，多數(shù)占區(qū)縣總面積的80%以上。區(qū)縣GI網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要素差異主要體現(xiàn)在核心區(qū)、連接橋的比重上。

圖3 研究區(qū)GI網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要素分布Fig.3 Distribution of structural elements of GI network in the study area

由表2可知，研究區(qū)內(nèi)核心區(qū)占比為53.50%～93.98%，主要分布在渝東北生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)和渝東南生態(tài)保護(hù)發(fā)展區(qū)，多處于山地，區(qū)域內(nèi)存在較多生態(tài)斑塊，區(qū)域內(nèi)結(jié)構(gòu)連通性較高[10]；城市發(fā)展新區(qū)中受城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的干擾，核心區(qū)斑塊較為破碎，連通性功能減弱。連接橋占比為0.36%～20.57%，主要分布在城市發(fā)展新區(qū)，多以水系形式存在，是GI的重要廊道，對(duì)區(qū)域內(nèi)核心斑塊的物質(zhì)與能量交換具有重要意義。而孤島、穿孔、邊緣、環(huán)和分支在所有區(qū)縣中占比均較小，在12%以下，多為生物遷徙過(guò)程中的踏腳石。

表2 研究區(qū)GI網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要素面積及占比統(tǒng)計(jì)Tab.2 Statistics on the area and proportion of GI network structure elements in the study area km2(%)

同時(shí)對(duì)研究區(qū)景觀組成分析結(jié)果(圖4)表明，耕地和林地占比較大，水體次之，草地占比最小。其中耕地、草地主要存在于核心區(qū)和連接橋，多分布在城市發(fā)展新區(qū)和渝東北生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)；林地主要存在于核心區(qū)，多分布在渝東南生態(tài)保護(hù)發(fā)展區(qū)；水體則多以連接橋的形式存在，多分布在渝東北生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)。

圖4 研究區(qū)核心區(qū)、連接橋結(jié)構(gòu)要素景觀組成Fig.4 Landscape composition of core area and connecting bridge structure elements of the study area

3.3 區(qū)縣GI景觀破碎化及驅(qū)動(dòng)力分析

整體上研究區(qū)GI景觀破碎化指數(shù)均值為53.65%，破碎化程度較高(表3)。其中長(zhǎng)壽、合川、永川、潼南、榮昌和大足GI景觀破碎化指數(shù)均在70%以上，以上區(qū)縣的耕地面積普遍較大，經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較快，同時(shí)人口密度大，導(dǎo)致人類活動(dòng)干擾顯著，生態(tài)斑塊破碎化明顯。南川、豐都和彭水GI景觀破碎化指數(shù)均在30%以下，由于受到山地地形和退耕還林政策影響，較多陡坡耕地重新轉(zhuǎn)化為林草地，城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快使得建設(shè)用地較為集中，一定程度上減少了對(duì)GI的大范圍干擾，從而減弱了景觀破碎化程度，生態(tài)斑塊較完整。

表3 研究區(qū)GI景觀破碎化指數(shù)Tab.3 GI landscape fragmentation index of the study area %

基于2.3節(jié)中的方法，為全面比較各驅(qū)動(dòng)因子對(duì)GI景觀破碎化的驅(qū)動(dòng)作用，構(gòu)建了以下GI景觀破碎化驅(qū)動(dòng)力(Y)回歸模型：

Y=0.617X1-0.216X2+0.703X3+0.488X4-0.221X5-0.758X6-1.325X7-0.301X8-0.474X9-0.119X10+0.067X11-0.485X12+0.706X13+0.606X14+0.618X15+0.603X16+0.353X17-0.046X18-1.223X19+0.945

模型的擬合優(yōu)度(R2)大于0.99，具有極好的擬合效果?；貧w模型表明，在土地利用變化驅(qū)動(dòng)力中的核心區(qū)林地α系數(shù)最大，為土地利用變化驅(qū)動(dòng)力中的主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)因子，其次是核心區(qū)耕地和連接橋草地。在城市擴(kuò)張驅(qū)動(dòng)力中的人口增長(zhǎng)率α系數(shù)最大，為城市擴(kuò)張驅(qū)動(dòng)力中的主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)因子，其次是公路密度與GI景觀破碎化顯著相關(guān)。

在土地利用變化驅(qū)動(dòng)力維度，核心區(qū)林地是主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)因子，2014年重慶成為成渝城市群的核心城市，經(jīng)濟(jì)發(fā)展加速了城市用地類型的變化，導(dǎo)致大量建設(shè)用地占用了耕地、林地，同時(shí)耕地、林地退化帶來(lái)了草地面積的增長(zhǎng)，2010—2018年間研究區(qū)林地面積減少了105.057 km2，由于林地多為大型生態(tài)斑塊，面積大量減少后，會(huì)進(jìn)一步加劇GI景觀破碎化。耕地面積減少了249.269 km2，草地面積增加了5.008 km2，增加了GI景觀破碎化的風(fēng)險(xiǎn)，因此重慶市應(yīng)結(jié)合國(guó)土空間規(guī)劃合理劃定自身的生態(tài)保護(hù)紅線與城鎮(zhèn)控制開發(fā)邊界。

在城市擴(kuò)張驅(qū)動(dòng)力維度，人口增長(zhǎng)率是主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)因子，自2016年國(guó)家開放“二孩政策”和外來(lái)人口的遷入帶來(lái)了人口的大量增長(zhǎng)，僅2010—2018年間研究區(qū)總?cè)丝谠黾恿?19.86×104人，增長(zhǎng)率達(dá)6.83%。人口增長(zhǎng)會(huì)加速城市一系列的建設(shè)活動(dòng)，迫使城市不斷向外擴(kuò)張以滿足人口密度提高帶來(lái)的空間需求，是導(dǎo)致GI景觀破碎化的主要原因，應(yīng)通過(guò)技術(shù)手段提高土地資源利用率，減少因人口增長(zhǎng)帶來(lái)的城鎮(zhèn)化無(wú)序擴(kuò)張。公路密度方面，重慶市政府計(jì)劃到2030年通車?yán)锍虒⑦_(dá)到4 000 km以上，省際通道由原規(guī)劃(2008—2012年)的19個(gè)增加至28個(gè)[37]。2010—2018年間，研究區(qū)的公路里程增長(zhǎng)26 709 km，公路密度由2010年的1.55 km/km2增長(zhǎng)到2018年的2.10 km/km2，增長(zhǎng)率為35.06%，路網(wǎng)密度的提升將會(huì)進(jìn)一步割裂景觀斑塊，進(jìn)而會(huì)形成孔洞的、破碎的生態(tài)斑塊，對(duì)自然生境造成較大干擾[31]；因此，重慶市應(yīng)充分研究并合理規(guī)劃交通路線，盡量少侵占生境質(zhì)量好的區(qū)域，避開重要的生態(tài)廊道。

3.4 基于GI景觀破碎化的區(qū)縣聚類結(jié)果及相關(guān)性分析

基于GI景觀破碎化指數(shù)和驅(qū)動(dòng)因子的區(qū)縣聚類結(jié)果(圖5)表明，可將研究區(qū)劃分為：GI高壓力區(qū)縣、GI中壓力區(qū)縣、GI低壓力區(qū)縣3類(圖6)。同時(shí)，通過(guò)Pearson相關(guān)性分析得到GI高、中、低區(qū)縣景觀破碎化驅(qū)動(dòng)因子。

圖5 研究區(qū)GI壓力聚類分析圖譜Fig.5 The GI pressure cluster analysis map of the study area

圖6 GI壓力類別圖Fig.6 GI pressure class diagram

GI高壓力區(qū)縣，景觀破碎化指數(shù)均值為69.89%，破碎化程度較高，耕地面積占比大。連接橋耕地、建設(shè)用地的擴(kuò)張與GI景觀破碎化指數(shù)顯著相關(guān)，Pearson系數(shù)分別為0.811，-0.705。在2010—2018年間，以上區(qū)縣耕地面積減少了140.573 km2，建設(shè)用地面積增加了169.027 km2，導(dǎo)致耕地的連通性功能減弱、建設(shè)用地的進(jìn)一步擴(kuò)張，從而加大GI高壓力區(qū)縣景觀破碎化的程度。應(yīng)控制城市建設(shè)用地進(jìn)一步擴(kuò)張，同時(shí)限制侵占耕地，注重區(qū)域內(nèi)生態(tài)廊道的構(gòu)建，比如構(gòu)建生態(tài)林帶等。

GI中壓力區(qū)縣，景觀破碎化指數(shù)均值為42.68%，進(jìn)一步破碎化風(fēng)險(xiǎn)較高，山脈較多，林地分布廣泛。連接橋林地、人口增長(zhǎng)率與GI景觀破碎化指數(shù)顯著相關(guān)，Pearson系數(shù)分別為0.867，0.626。在2010—2018年間，以上區(qū)縣林地面積減少了92.686 km2，人口增長(zhǎng)率為3.98%。林地是重要的生態(tài)斑塊，為動(dòng)植物提供良好的棲息環(huán)境，人口的大量增長(zhǎng)造成對(duì)其棲息地的干擾，會(huì)進(jìn)一步加劇破碎化。應(yīng)建立國(guó)土生態(tài)預(yù)警及土地侵占補(bǔ)償機(jī)制，警惕因林地面積減少帶來(lái)的水土流失風(fēng)險(xiǎn)，提高土地利用效率，緩解因人口大量增長(zhǎng)造成的生態(tài)壓力。

GI低壓力區(qū)縣，景觀破碎化指數(shù)為12.07%，破碎化程度較低，整體上自然生態(tài)環(huán)境保護(hù)較好，生態(tài)斑塊較為完整。由于彭水縣GI景觀破碎化指數(shù)較小，無(wú)顯著相關(guān)性驅(qū)動(dòng)因子。在2010—2018年間，彭水縣的耕地和林地面積均有增加，但水體面積縮減顯著，減少了9.682 km2，水體連通性進(jìn)一步減弱。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)其水體的保護(hù)，建立濕地自然保護(hù)區(qū)，同時(shí)將森林資源與文化旅游相結(jié)合，形成新型的文旅產(chǎn)業(yè)。

將GI壓力類別與功能區(qū)劃對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)壽、銅梁、大足等9個(gè)區(qū)縣受到重慶加快向西發(fā)展影響，GI呈現(xiàn)高壓力趨勢(shì)，與所屬城市發(fā)展新區(qū)定位相符；豐都、萬(wàn)州、開州等6個(gè)區(qū)縣受到渝東北產(chǎn)業(yè)發(fā)展影響，GI呈現(xiàn)中壓力趨勢(shì)，與所屬生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)定位相符；彭水生態(tài)保護(hù)較好，GI呈現(xiàn)低壓力趨勢(shì)，與所屬生態(tài)保護(hù)發(fā)展區(qū)定位相符。江津、南川、綦江、涪陵4個(gè)區(qū)縣城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨緩，GI呈現(xiàn)中壓力趨勢(shì)，與所屬城市發(fā)展新區(qū)定位存在一定偏離；黔江被定位為渝東南的重點(diǎn)建設(shè)開發(fā)區(qū)，城市擴(kuò)張速度加快，GI呈現(xiàn)中壓力趨勢(shì)，與所屬生態(tài)保護(hù)發(fā)展區(qū)定位存在一定偏離；墊江縣受城市發(fā)展新區(qū)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移影響，GI發(fā)展呈高壓力趨勢(shì)，顯著偏離其生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)定位。

4 結(jié)論與討論

以上分析結(jié)果表明，綜合運(yùn)用土地利用動(dòng)態(tài)度分析、MSPA方法、景觀破碎化指數(shù)、回歸模型及聚類分析等方法，研究重慶市22個(gè)市轄區(qū)縣尺度下GI景觀破碎化及驅(qū)動(dòng)力是可行的，能夠較好地反映并區(qū)分各區(qū)縣GI景觀破碎化狀況，識(shí)別驅(qū)動(dòng)力。具體地，2010—2018年期間，研究區(qū)各土地利用類型的動(dòng)態(tài)變化大小依次為建設(shè)用地>水體>草地>耕地>林地>未利用地，多數(shù)市轄區(qū)縣GI網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要素中以核心區(qū)和連接橋?yàn)橹?，占比?0%以上，景觀組成中耕地、林地和水體面積占比在90%以上。基于回歸分析的驅(qū)動(dòng)力結(jié)果表明，土地利用變化驅(qū)動(dòng)力中的核心區(qū)林地、核心區(qū)耕地、連接橋草地，城市擴(kuò)張驅(qū)動(dòng)力中的人口增長(zhǎng)率、公路密度增長(zhǎng)率與區(qū)縣GI景觀破碎化顯著相關(guān)?；诰垲惙治鰧?2個(gè)市轄區(qū)縣分類得到GI高、中、低壓力區(qū)縣，在GI高壓力區(qū)縣中核心區(qū)耕地、建設(shè)用地增長(zhǎng)率與景觀破碎化顯著相關(guān)，GI中壓力區(qū)縣中連接橋林地、人口增長(zhǎng)率與景觀破碎化顯著相關(guān)，GI低壓力區(qū)縣中景觀破碎化程度低，無(wú)明顯驅(qū)動(dòng)因子。與功能區(qū)劃對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)壽、銅梁、大足等16個(gè)區(qū)縣與功能區(qū)劃定位相符，江津、南川、綦江等6個(gè)區(qū)縣與功能區(qū)劃定位存在一定偏離。

相較以往研究[10,30]，本研究基于MSPA計(jì)算得到的GI景觀破碎化指數(shù)，從結(jié)構(gòu)連通性角度揭示出GI的破碎化程度。同時(shí)著眼于區(qū)縣尺度的GI景觀破碎化及驅(qū)動(dòng)力分析，有助于更準(zhǔn)確地把握、認(rèn)識(shí)區(qū)縣土地利用及生態(tài)空間的差異，彌補(bǔ)當(dāng)前重慶市生態(tài)空間研究中僅關(guān)注市域尺度的不足，對(duì)重慶市未來(lái)區(qū)縣生態(tài)空間分析及格局優(yōu)化具有重要參考價(jià)值。但在驅(qū)動(dòng)力因子選取方面，尚待進(jìn)一步優(yōu)化。本研究?jī)H選取了人口、GDP、公路等人類干擾較大的人為驅(qū)動(dòng)因子，暫時(shí)未考慮干擾較小的自然因子對(duì)景觀格局造成的影響。此外，基于MSPA的GI景觀破碎化指數(shù)作為單一指標(biāo)在反映區(qū)縣GI狀態(tài)仍存在提升空間，后續(xù)可結(jié)合其他景觀格局指標(biāo)等對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

致謝：四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院2017級(jí)風(fēng)景園林碩士研究生謝于松、尹藍(lán)靜在數(shù)據(jù)資料提供、數(shù)據(jù)分析過(guò)程中提供了幫助，在此表示衷心感謝！