李 星，周京春①，金婷婷，王金亮

(1.云南師范大學(xué)地理學(xué)部，云南 昆明 650500；2.云南省高校資源與環(huán)境遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650500；3.云南省地理信息工程技術(shù)研究中心，云南 昆明 650500)

自1995年國(guó)際地圈生物圈計(jì)劃(IGBP)和全球環(huán)境變化的人文因素計(jì)劃(IHDP)共同聯(lián)合發(fā)起并提出“土地利用/覆蓋變化(LUCC)科學(xué)研究計(jì)劃”以來(lái)，LUCC研究進(jìn)入了快速發(fā)展階段。LUCC變化可以引起區(qū)域水文、大氣、土壤等要素的相應(yīng)變化[1-3]，從而引起區(qū)域空間格局的變化，進(jìn)而改變生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境的服務(wù)功能和價(jià)值[4]。通過(guò)建模對(duì)土地利用空間格局的精細(xì)刻畫(huà)已成為監(jiān)測(cè)LUCC對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響、景觀格局演變、識(shí)別土地利用強(qiáng)度變化的關(guān)鍵[5-8]。掌握土地利用變化格局、土地利用強(qiáng)度特征及其對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)生態(tài)-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)系統(tǒng)協(xié)調(diào)與可持續(xù)發(fā)展所面臨的重要任務(wù)[9]。

自“十三五”規(guī)劃以來(lái)，云南省經(jīng)濟(jì)進(jìn)入快速發(fā)展階段。2017和2018年云南省經(jīng)濟(jì)總量位居全國(guó)第18位，GDP增速分別為9.5%和8.9%，位居全國(guó)第3位，滇中城市群作為云南省核心經(jīng)濟(jì)區(qū)正受到外界更多的關(guān)注。2020年7月云南省政府印發(fā)了《滇中城市群發(fā)展規(guī)劃(2019—2035年)》，2021年5月公開(kāi)了《云南省國(guó)土空間規(guī)劃征求意見(jiàn)稿(2021—2035年)》，要求到2025年，滇中城市群功能區(qū)要基本劃分完善，綠色生態(tài)格局穩(wěn)步提升，城鄉(xiāng)空間格局大幅度優(yōu)化；到2035年，要將滇中城市群打造成為全省高質(zhì)量發(fā)展的核心支撐平臺(tái)，強(qiáng)調(diào)要推進(jìn)昆明、玉溪同城化發(fā)展，積極培育曲靖、紅河、楚雄都市圈。

地處高原地區(qū)的滇中山地城市群生態(tài)環(huán)境脆弱、地形破碎，在共抓大保護(hù)、不搞大開(kāi)發(fā)、守住國(guó)家西南生態(tài)屏障的前提下，如何打造集約高效的城鎮(zhèn)空間土地利用格局和構(gòu)筑區(qū)域生態(tài)安全格局是當(dāng)前迫切的任務(wù)。因此，探究當(dāng)前和模擬預(yù)測(cè)未來(lái)一定時(shí)間段內(nèi)滇中城市群土地利用格局演化模式，揭示土地利用發(fā)展規(guī)律和探究不同用地類(lèi)型間的數(shù)量和空間結(jié)構(gòu)關(guān)系，對(duì)優(yōu)化土地利用格局、穩(wěn)定生態(tài)屏障有著重要的意義，可為山地城市群的國(guó)土空間布局優(yōu)化提供科學(xué)的參考依據(jù)。

對(duì)于LUCC空間模擬分析，將數(shù)量預(yù)測(cè)與空間分布模擬相結(jié)合是重要的方法。許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究，主要包括LUCC的預(yù)測(cè)模擬和空間表達(dá)[10-12]、LUCC驅(qū)動(dòng)力分析[13-15]、LUCC對(duì)生態(tài)環(huán)境及景觀格局變化[16-17]及對(duì)國(guó)土空間布局優(yōu)化的研究[18-19]等。例如，俞龍生等[16]采用景觀格局與梯度分析相結(jié)合的方法，以城市中心為緩沖區(qū)設(shè)立不同的緩沖帶，研究了廣州市番禺區(qū)在快速城市化背景下土地利用格局的梯度變化及城鄉(xiāng)融合區(qū)的特征；郎文婧等[18]對(duì)徐州市進(jìn)行了土地利用格局分析和空間擴(kuò)張模擬，結(jié)果表明徐州市土地利用向著聚集演變，在城市擴(kuò)張的同時(shí)用地結(jié)構(gòu)也同步調(diào)整，城市土地利用景觀復(fù)雜程度降低，擴(kuò)張有著明顯的方向性；WANG等[19]以陜西省漢中市漢臺(tái)區(qū)為研究區(qū)域，揭示其土地利用的景觀形態(tài)從自然隨機(jī)發(fā)展為鋸齒狀，空間格局從規(guī)則擴(kuò)展演變?yōu)槠扑榛瘮U(kuò)展，反映出區(qū)域發(fā)展中的人類(lèi)干預(yù)作用在不斷加強(qiáng)；FIROZJAEI等[20]采用基于不同方向的CA-Markov模型并結(jié)合皮爾遜卡方統(tǒng)計(jì)、優(yōu)度指數(shù)等方法對(duì)伊朗巴博爾市1985、2001和2015年3個(gè)時(shí)間段內(nèi)的LUCC進(jìn)行分析，討論了城市空間結(jié)構(gòu)的擴(kuò)張方向，并提出相關(guān)規(guī)劃意見(jiàn)；LUO等[21]研究表明，在不同的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段，LUCC景觀演化的速率、模式會(huì)有很大差異，在初始階段遠(yuǎn)高于后期，而城市化過(guò)程對(duì)景觀的影響并不一定都是負(fù)面的，這一認(rèn)識(shí)有助于在區(qū)域尺度上減緩景觀破碎化的速度；MANSOUR等[22]研究了阿曼蘇丹國(guó)山區(qū)城市的LUCC變化，模擬了阿曼山區(qū)未來(lái)城市的發(fā)展性質(zhì)和趨勢(shì)，解釋了阿曼山區(qū)城市的發(fā)展對(duì)山地景觀的影響程度和時(shí)空變化趨勢(shì)，表明在被山脈所環(huán)繞的山區(qū)城市群中，城市通常沿著市中心平坦的土地?cái)U(kuò)張，應(yīng)避免城市的無(wú)序蔓延。

在經(jīng)濟(jì)較為落后、生境脆弱、土地利用破碎的滇中山地城市群，相關(guān)研究主要集中于土地利用時(shí)空特征分析模擬與生境耦合[23-25]、土地利用空間優(yōu)化[26]等方面，大多以構(gòu)建未來(lái)土地利用空間格局為目的，而較少定量評(píng)估LUCC格局變化所帶來(lái)的空間演變效應(yīng)。鑒于此，筆者利用當(dāng)前土地利用數(shù)據(jù)，結(jié)合相關(guān)驅(qū)動(dòng)因子，在模擬預(yù)測(cè)滇中城市群2035年LUCC的基礎(chǔ)上，從數(shù)量特征、綜合程度演化、空間轉(zhuǎn)移變化和景觀格局變化幾大方面分析其空間結(jié)構(gòu)特征和效應(yīng)變化。從現(xiàn)實(shí)需求來(lái)看，可促進(jìn)滇中城市群國(guó)土空間合理利用和有效保護(hù)，有利于落實(shí)生態(tài)文明建設(shè)排頭兵的要求，為政府決策提供有益數(shù)據(jù)參考和科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

滇中城市群地處云南省中部，長(zhǎng)江、珠江和紅河上游，位于北緯24°58′～25°09′，東經(jīng)100°43′～104°49′之間，以昆明市為中心，包含曲靖、玉溪和楚雄以及紅河州北部7個(gè)縣(市)，土地總面積約114 600 km2。研究區(qū)地形以山地和山間盆地為主，總體地勢(shì)呈東南低、西北高，海拔在130～4 300 m之間，平均海拔約1 848 m，屬于低緯度高原山地季風(fēng)氣候區(qū)。區(qū)內(nèi)高山、湖泊、盆地相互交錯(cuò)，包括滇池、撫仙湖、星云湖、陽(yáng)宗海和杞麓湖5大高原湖泊，水資源環(huán)境較好。整體土地利用開(kāi)發(fā)程度較低，利用潛力大。《滇中城市群發(fā)展規(guī)劃(2019—2035年)》中明確構(gòu)建了“一主四副、通道對(duì)接、點(diǎn)軸聯(lián)動(dòng)”的空間發(fā)展格局，強(qiáng)調(diào)要建設(shè)我國(guó)面向南亞、東南亞交往的重要門(mén)戶城市群。截至2019年底，滇中城市群共有人口約2 304萬(wàn)人，占全省人口的47.44%，地區(qū)生產(chǎn)總值約1.41萬(wàn)億元，占全省的60.7%，是云南省的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)極。近些年來(lái)隨著內(nèi)部交通網(wǎng)絡(luò)的完善、產(chǎn)業(yè)聯(lián)系度的加強(qiáng)、城鎮(zhèn)化水平的提高，經(jīng)濟(jì)條件得以快速發(fā)展，同時(shí)對(duì)自然資源的需求壓力也逐漸上漲，經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需求和生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的矛盾越來(lái)越突出。

1.2 數(shù)據(jù)源及處理

研究涉及的數(shù)據(jù)如表1所示。其中LUCC數(shù)據(jù)包含2000、2010和2020年共3期，經(jīng)重分類(lèi)后分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地6大類(lèi)，經(jīng)驗(yàn)證，各期kappa系數(shù)均在0.8以上。結(jié)合相關(guān)研究，選擇社會(huì)經(jīng)濟(jì)、自然和交通等類(lèi)型的11個(gè)潛在驅(qū)動(dòng)因子，采用歐式距離法計(jì)算得到研究區(qū)范圍內(nèi)各個(gè)像元到達(dá)鐵路、高速公路、城鎮(zhèn)中心點(diǎn)、河流的距離，勞動(dòng)力數(shù)量以縣(市、區(qū))為單位，使用克里金插值法處理為柵格數(shù)據(jù)，坡度、坡向由數(shù)字高程模型(DEM)計(jì)算得到。為保證試驗(yàn)區(qū)域數(shù)據(jù)的一致性，采用統(tǒng)一的UTM投影系統(tǒng)，并將所有變量因子進(jìn)行歸一化處理，以消除不同量綱的影響。

表1 數(shù)據(jù)來(lái)源

2 研究方法

2.1 土地利用變化驅(qū)動(dòng)因子選擇

為避免所選取驅(qū)動(dòng)因子的主觀性，消除空間自相關(guān)影響，通過(guò)Cramer′sV指數(shù)分析所選取驅(qū)動(dòng)力因子與LUCC的相關(guān)性，通過(guò)皮爾遜相關(guān)系數(shù)r檢測(cè)各因子之間的相關(guān)性，以消除空間自相關(guān)的影響[28]。

(1)

(2)

2.2 Markov與FLUS模型構(gòu)建

通常采用馬爾可夫鏈(Markov)來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)一定時(shí)間段內(nèi)各土地利用類(lèi)型的像元總量，假設(shè)基于無(wú)后效性，即后一個(gè)時(shí)刻的土地利用狀態(tài)僅取決于前一個(gè)時(shí)刻的利用狀態(tài)[29]。利用Markov過(guò)程，結(jié)合土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，可以計(jì)算未來(lái)一定時(shí)間段內(nèi)土地利用在數(shù)量上的變化，可表示為

st+1=pij×st，

(3)

(4)

FLUS模型建立在系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型和元胞自動(dòng)機(jī)模型的基礎(chǔ)上，融合了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法(ANN)和輪盤(pán)賭選擇機(jī)制，ANN能夠整合不同驅(qū)動(dòng)力因素，輪盤(pán)賭機(jī)制能有效處理不同土地利用類(lèi)型在自然作用與人類(lèi)活動(dòng)共同影響下發(fā)生相互轉(zhuǎn)化時(shí)的不確定性與復(fù)雜性[30-32]。FLUS模型能夠通過(guò)ANN整合各類(lèi)非線性驅(qū)動(dòng)力因子，建立不同土地利用類(lèi)型與驅(qū)動(dòng)因子之間的關(guān)系來(lái)模擬不同土地利用類(lèi)型出現(xiàn)的適宜性概率及空間分布。ANN包括輸入層、隱藏層和輸出層，每個(gè)CA中的一個(gè)變量都分別對(duì)應(yīng)一個(gè)神經(jīng)元。

p(p,k,t)=∑ijwj,k×sigmoid[netj(p,t)]=

(5)

(6)

netj(p,t)=∑iwi,j×xi(p,t)。

(7)

式(5)～(7)中，netj(p,t)為隱藏層神經(jīng)元j收到的信號(hào)，即t時(shí)刻第j類(lèi)土地中的柵格p發(fā)生的變化；xi(p,t)為訓(xùn)練時(shí)間t內(nèi)元胞p上輸入神經(jīng)元i相關(guān)聯(lián)的第i個(gè)變量；wi,j與wj,k分別為輸入層和隱含層與隱藏層和輸出層之間的自適應(yīng)權(quán)值；sigmoid為隱藏層和輸出層間的激活函數(shù)。利用訓(xùn)練數(shù)據(jù)集對(duì)wj,k和wi,j進(jìn)行訓(xùn)練，建立人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，可以用于計(jì)算柵格p在t時(shí)間出現(xiàn)土地類(lèi)型k的概率。

以滇中城市群2010年LUCC為基期，在不設(shè)置土地利用情景模式的情況下，以隨機(jī)采樣方式選取5%的像元為ANN訓(xùn)練樣本，隱藏層設(shè)置為6層，得到各類(lèi)型土地利用適宜性概率分布，采用5×5摩爾鄰域，設(shè)置最大迭代次數(shù)為300，得到2020年土地利用模擬數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，將柵格重采樣到360 m空間分辨率時(shí)，模擬精度最高，并與2020年實(shí)際LUCC對(duì)比驗(yàn)證，其kappa系數(shù)為0.81，達(dá)到模擬要求。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合Markov，計(jì)算出2035年各類(lèi)用地總像元數(shù)量，不設(shè)置土地利用情景模式，進(jìn)行滇中城市群2035年土地利用空間分布模擬。

2.3 LUCC空間格局分析

結(jié)合模擬的2035年LUCC，分別從用地?cái)?shù)量特征、綜合利用程度演化、空間轉(zhuǎn)移變化和景觀變化幾個(gè)方面討論研究區(qū)2000—2035年土地利用格局變化特征,具體方法如表2所示。

表2 空間格局研究方法

3 結(jié)果分析

3.1 2035年滇中城市群土地利用空間模擬分析

空間模擬結(jié)果如圖2所示。2020—2035年滇中城市群各土地利用類(lèi)型延續(xù)了2000—2020年的變化趨勢(shì)，相較于2020年，耕地、草地分別減少386.51和650.84 km2，林地、建設(shè)用地分別增加262.21和860.41 km2。

從城市擴(kuò)張方向來(lái)看，昆明市主要變化區(qū)域集中在安寧市、呈貢區(qū)、晉寧區(qū)和宜良縣等周邊縣(區(qū)、市)，而主城區(qū)的五華區(qū)、盤(pán)龍區(qū)、官渡區(qū)、西山區(qū)由于三面環(huán)山、一面臨水的特殊地形，難以再向外擴(kuò)展，所以發(fā)展方向主要是向南面擴(kuò)展；曲靖市主城區(qū)麒麟?yún)^(qū)、沾益區(qū)擴(kuò)張顯著，具有明顯的空間聚集效應(yīng)，而周邊縣(市、區(qū))擴(kuò)張較為緩慢；楚雄州建設(shè)用地變化較大的是楚雄市區(qū)、元謀縣和祿豐縣，但從整體上看楚雄州各縣(市、區(qū))變化不大；玉溪市發(fā)生較大變化的有紅塔區(qū)、通?？h和江川區(qū)；紅河州擴(kuò)張較為明顯的是蒙自市和開(kāi)遠(yuǎn)市。

3.2 2035年滇中城市群土地利用數(shù)量模擬分析

統(tǒng)計(jì)分析2000—2035年滇中城市群不同土地利用類(lèi)型所占比例，如表3～4所示。從整體情況來(lái)看，研究區(qū)維持著以耕地、林地和草地主導(dǎo)的土地利用格局，面積占比超過(guò)90%，各類(lèi)用地面積占比變化較為穩(wěn)定。從單一動(dòng)態(tài)度看來(lái)，耕地面積在各時(shí)間段內(nèi)以0.10%的速率減少；林地除2010—2020年動(dòng)態(tài)度為負(fù)值外，總體為正，而草地在各個(gè)時(shí)間段內(nèi)均為負(fù)值。耕地和草地的單一動(dòng)態(tài)度均為負(fù)值，說(shuō)明耕地和草地的面積在減少，主要原因?yàn)樽?000年實(shí)行西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略以來(lái)，滇中城市群經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，使得以建設(shè)用地為主的生產(chǎn)生活用地快速擴(kuò)張，對(duì)耕地和草地的侵占加劇。從綜合動(dòng)態(tài)度看來(lái)，2010—2020年明顯高于2000—2010年，說(shuō)明在此時(shí)間段內(nèi)土地利用變化程度較為明顯，處于城市快速發(fā)展時(shí)期。滇中城市群35 a間各土地利用類(lèi)型變化存在著明顯的空間差異。對(duì)建設(shè)用地而言，2000—2020年每個(gè)縣(市、區(qū))面積均為增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，增長(zhǎng)顯著的地區(qū)主要集中在昆明市和曲靖市以及南部的蒙自市，其中官渡區(qū)、呈貢區(qū)、晉寧區(qū)、西山區(qū)、蒙自市、麒麟?yún)^(qū)增長(zhǎng)面積均超過(guò)30 km2。對(duì)于耕地而言，面積顯著增加的地區(qū)為沾益區(qū)、宣威市、開(kāi)遠(yuǎn)市和謀定縣，而官渡區(qū)、安寧市、晉寧區(qū)、呈貢區(qū)、麒麟?yún)^(qū)、蒙自市、楚雄市面積顯著減少，均超過(guò)20 km2。林地面積有所增加的縣(市、區(qū))有24個(gè)，草地面積有所增加的有9個(gè)。根據(jù)預(yù)測(cè)，2020—2035年建設(shè)用地面積顯著增加的地區(qū)有麒麟?yún)^(qū)、沾益區(qū)、呈貢區(qū)、個(gè)舊市、安寧市，均超過(guò)40 km2。耕地面積增加的縣(市、區(qū))有19個(gè)，其中增加較多的是彌勒縣、陸良縣、羅平縣、富源縣、沾益區(qū)等。林地面積顯著減少的是安寧市、呈貢區(qū)、盤(pán)龍區(qū)、個(gè)舊市，均超過(guò)50 km2。2000—2010、2010—2020、2000—2020、2020—2035年面積變化的綜合動(dòng)態(tài)度分別為0.02%、0.07%、0.04%和0.05%。

表3 滇中城市群不同時(shí)期土地利用面積變化

表4 滇中城市群不同時(shí)期土地利用面積的年度變化率

綜上可知，建設(shè)用地面積增加較多的地區(qū)則是林地、草地減少較多的地區(qū)。地處山地的呈貢區(qū)、紅塔區(qū)、蒙自市、個(gè)舊市建設(shè)用地快速增加，其原因是云南省推行山地城鎮(zhèn)模式，推進(jìn)建設(shè)用地向著山地發(fā)展，使得地處山地的縣(市、區(qū))得到快速發(fā)展，而處于昆明主城區(qū)的五華區(qū)、盤(pán)龍區(qū)、官渡區(qū)建設(shè)用地開(kāi)發(fā)程度較高，增加幅度較少。

3.3 滇中城市群土地利用程度模擬分析

土地利用綜合程度反映了人類(lèi)社會(huì)活動(dòng)與自然環(huán)境的綜合效應(yīng)，是土地利用開(kāi)發(fā)程度的綜合體現(xiàn)。以縣(市、區(qū))為單位分別統(tǒng)計(jì)研究區(qū)范圍內(nèi)4個(gè)時(shí)間段的土地利用綜合程度指數(shù)和其變化量, 結(jié)果如圖3～4所示。

結(jié)果表明，大部分縣(市、區(qū))的土地利用綜合指數(shù)呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明建設(shè)用地的增加使得利用程度不斷提高。2000—2020年，以五華區(qū)、官渡區(qū)、呈貢區(qū)、安寧市、盤(pán)龍區(qū)、西山區(qū)、麒麟?yún)^(qū)增長(zhǎng)最為明顯，變化熱點(diǎn)主要集中在以昆明市為中心的中部地區(qū)。2020—2035年，以呈貢區(qū)、晉寧區(qū)、安寧市、麒麟?yún)^(qū)、沾益區(qū)、紅塔區(qū)、個(gè)舊市、蒙自市等地增長(zhǎng)最為顯著，變化的熱點(diǎn)區(qū)域主要集中在中部和東部的部分地區(qū)。而在南華、大姚、雙柏、永仁等縣(市、區(qū))，由于退耕還林還草政策的影響，林地和草地面積增加導(dǎo)致土地利用綜合程度有所下降。

3.4 滇中城市群土地利用空間轉(zhuǎn)移變化模擬分析

通過(guò)不同時(shí)期的土地利用演化信息圖譜(圖5)可以統(tǒng)計(jì)出土地利用類(lèi)型的空間轉(zhuǎn)移特征。從整個(gè)范圍來(lái)看，2000—2020年滇中城市群土地利用主要以耕地、林地、草地、建設(shè)用地相互轉(zhuǎn)換為特征。從表5來(lái)看，2000—2020年建設(shè)用地轉(zhuǎn)入了840.97 km2，主要來(lái)源于耕地、林地和草地，其中耕地轉(zhuǎn)入占比超過(guò)50%。耕地、林地和草地分別轉(zhuǎn)出了1 119.06、920.33和1 158.86 km2，主要轉(zhuǎn)換為草地和建設(shè)用地。從表6來(lái)看，后10 a中，建設(shè)用地轉(zhuǎn)入了666.07 km2，主要來(lái)源于耕地和草地。耕地轉(zhuǎn)出最多的地方主要集中在麒麟?yún)^(qū)、官渡區(qū)、蒙自市、楚雄市、安寧區(qū)、呈貢區(qū)、羅平縣，轉(zhuǎn)為林地和草地的地方主要集中在峨山縣、元江縣、姚安縣、羅平縣、宣威市，說(shuō)明這幾個(gè)縣(市)退耕還林還草政策的實(shí)施取得較大的成效。轉(zhuǎn)為建設(shè)用地的地區(qū)主要集中在呈貢區(qū)、晉寧區(qū)、安寧市、麒麟?yún)^(qū)、楚雄市，說(shuō)明中心城區(qū)和周邊地區(qū)仍然是耕地占用的活躍區(qū)域，具有明顯的聚集效應(yīng)。從表7來(lái)看，2000—2010年間土地利用變化不明顯，發(fā)展較為緩慢，大部分土地保持著原有利用類(lèi)型。2010年以后，城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，建設(shè)用地快速擴(kuò)張，土地利用變化速率有所加快。從表8來(lái)看，2020—2035年建設(shè)用地將會(huì)轉(zhuǎn)入903.14 km2，其中林地貢獻(xiàn)率將會(huì)達(dá)到80%以上，而耕地的貢獻(xiàn)率減少，演化特征發(fā)生轉(zhuǎn)變，表明城市擴(kuò)展方向?qū)?huì)有所改變。

表5 2000—2020年滇中城市群土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

表6 2010—2020年滇中城市群土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

表7 2000—2010年滇中城市群土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

表8 2020—2035年滇中城市群土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

3.5 滇中城市群土地利用景觀格局演化模擬分析

借鑒相關(guān)研究，選取最大斑塊指數(shù)(LPI)、形狀指數(shù)(LSI)、蔓延度(CONTAG)、聚合度(AI)、香農(nóng)均勻度(SHEI)、香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)共計(jì)6個(gè)景觀格局指數(shù)分析滇中城市群土地利用格局的變化特征，計(jì)算結(jié)果如圖6所示。2000—2035年，各州(市)的景觀格局指數(shù)在不同時(shí)間段表現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)。從LPI指數(shù)來(lái)看，各州(市)均呈現(xiàn)為緩慢上升的趨勢(shì)，且楚雄州和玉溪市明顯高于其他3個(gè)州(市)，2035年兩地的林地LPI指數(shù)分別為57.84和56.38，明顯高于其他土地利用類(lèi)型，表明林地優(yōu)勢(shì)度越來(lái)越明顯。從LSI指數(shù)來(lái)看，各個(gè)州(市)均表現(xiàn)為持續(xù)下降，表明空間景觀斑塊形狀越來(lái)越規(guī)則。從CONTAG和AI指數(shù)來(lái)看，各州(市)呈現(xiàn)出遞增趨勢(shì)，且2020—2035年明顯上升，說(shuō)明空間斑塊破碎度降低，連片效應(yīng)越來(lái)越明顯。從SHEI和SHDI指數(shù)來(lái)看，均呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，2020—2035年減少較為明顯，說(shuō)明單一優(yōu)勢(shì)類(lèi)型越來(lái)明顯，景觀多樣性有所下降?？傮w而言，景觀格局演變存在著明顯的空間分異。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

以滇中城市群2000、2010和2020年的LUCC數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，首先根據(jù)滇中城市群的土地利用數(shù)量變化構(gòu)建Markov模型，預(yù)測(cè)2035年的土地利用數(shù)量特征，然后選擇相應(yīng)的土地利用驅(qū)動(dòng)力因子構(gòu)建FLUS模型，獲得2035年的土地利用空間分布特征，最后結(jié)合預(yù)測(cè)的土地利用數(shù)據(jù)，從用地?cái)?shù)量特征、利用程度變化、空間轉(zhuǎn)移變化和景觀指數(shù)幾個(gè)方面分別探討了2000—2020和2020—2035年2個(gè)時(shí)段的土地利用數(shù)量和空間變化特征及規(guī)律。從整體上看來(lái)，滇中城市群土地利用格局變化較為穩(wěn)定，但從各州(市)看來(lái)，局部地區(qū)有著劇烈的變化，這與相應(yīng)的退耕還林還草政策、不同州(市)的城市規(guī)劃和開(kāi)發(fā)程度有關(guān)?，F(xiàn)階段處于快速發(fā)展期，在生態(tài)文明示范建設(shè)和生態(tài)戰(zhàn)略行動(dòng)的背景下，如何平衡發(fā)展建設(shè)和生態(tài)平衡兩大問(wèn)題是當(dāng)前的迫切任務(wù)。因此，滇中城市群未來(lái)土地利用空間布局需要制定城市擴(kuò)張邊界控制線、生態(tài)保護(hù)紅線、基本農(nóng)田保護(hù)界線等空間控制區(qū)和相應(yīng)的政策措施，繼續(xù)執(zhí)行退耕還林還草政策，協(xié)調(diào)滇中城市群和生態(tài)環(huán)境的平衡發(fā)展。

在研究過(guò)程中，一方面由于數(shù)據(jù)獲取的局限性，共選擇了8個(gè)驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行模型構(gòu)建，但是驅(qū)動(dòng)和制約LUCC的因素眾多且復(fù)雜，在未來(lái)的研究中若能從客觀的政策方面以及定量的規(guī)劃紅線方面選取更多的驅(qū)動(dòng)因子，則可使模擬精度得到更大提高。另一方面，在土地利用空間格局分析中，尺度是影響研究結(jié)果的重要因素，后續(xù)加入尺度的變化也是一個(gè)重要的研究方向。

4.2 結(jié)論

(1)從數(shù)量和空間變化上探討了滇中城市群的過(guò)去、當(dāng)前和未來(lái)土地利用數(shù)量和空間變化所帶來(lái)的效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)在不同時(shí)間段內(nèi)各地區(qū)的變化存在著明顯的空間差異性。昆明市、曲靖市等在滇中城市群中經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為迅速的地區(qū)，土地利用格局變化明顯，特別是根據(jù)預(yù)測(cè)得到的2035年土地利用空間分布狀況來(lái)看，建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的方向性明顯，快速城市化仍然是當(dāng)前發(fā)展的主要特征，在保證經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)的同時(shí)，也要防止城市的無(wú)序性擴(kuò)展。

(2)從各地類(lèi)占比來(lái)看，2000—2020年，建設(shè)用地面積增加了43%，2000—2010年增加了10%，發(fā)展較為滯后，而2010—2020年增加了30%左右，后10 a明顯處于快速發(fā)展期。到了2035年，相比于2020年，林地面積占比略微有所提升，建設(shè)用地面積增長(zhǎng)了34%左右，其他各類(lèi)土地利用類(lèi)型變化幅度不大，將會(huì)形成一個(gè)較為穩(wěn)定的以耕地、林地和草地主導(dǎo)的空間格局。滇中城市群大部分縣(市、區(qū))的土地利用綜合程度均在逐漸上升，利用程度變化熱點(diǎn)區(qū)域集中在以昆明市為中心的中部和以曲靖市為中心的東部部分地區(qū)以及紅河州的蒙自市和個(gè)舊市等地區(qū)，同時(shí)熱點(diǎn)地區(qū)周?chē)h(市、區(qū))的土地利用綜合程度增長(zhǎng)也較快。2010年后綜合利用程度熱點(diǎn)地區(qū)的變化明顯受到云南省“城鎮(zhèn)山上”政策的影響，滇中城市群正朝著曲靖、紅河都市圈的多中心方向發(fā)展。

(3)從景觀變化方面來(lái)看，土地利用景觀格局指數(shù)有著明顯的規(guī)律性。AI、LPI、CONTAG指數(shù)逐年上升，LSI、SHEI、SHDI呈下降趨勢(shì)，且2020—2035年間的變化幅度明顯大于2000—2020年間?？臻g破碎度增加、聯(lián)通性下降、斑塊形狀越來(lái)越規(guī)則，主要原因是由于建設(shè)用地的擴(kuò)張對(duì)自然景觀進(jìn)行有規(guī)劃的切割，使得優(yōu)勢(shì)景觀類(lèi)型對(duì)總體景觀格局的影響力不斷減弱。因此，在今后的發(fā)展建設(shè)中，需要明確區(qū)域內(nèi)的功能分區(qū)，積極構(gòu)建以林地和草地為主的生態(tài)屏障，確保景觀多樣性。