南昌市城區土地利用與景觀格局的時空變化及驅動因素

張 瑩， 蔡海生， 鐘 濱，2， 余文波

(1.江西農業大學江西省鄱陽湖流域農業資源與生態重點實驗室/南昌市鄱陽湖生態重點實驗室/農村土地資源利用與保護研究中心，江西南昌 330045； 2.江西省基礎信息系統中心/流域生態與地理環境監測國家測繪地理信息局重點實驗室，江西南昌 330209)

土地利用/覆蓋變化(LUCC)及其生態效應已經成為全球變化研究的熱點[1]。LUCC可以發生在任意空間尺度，作為自然區域小尺度的流域具有獨特的水文循環和能量交換特點，其土地利用變化將對更大尺度的自然生態系統產生影響，而景觀變化是LUCC最直觀的標志[2]，認識土地利用變化與景觀格局之間的相互作用機制已成為土地變化科學的核心問題[1]。城市是土地利用/覆蓋變化最直接的載體，深刻地影響著區域的生態系統[3]，城市化造成了一系列的生態環境問題[4]，如生物多樣性減少和棲息地破壞[5-6]、熱島效應增強[7-8]、環境污染[9]、水土流失[10]等。這些生態環境問題與城市景觀格局的人類干擾是密切相關的，受到城市化擴張的影響，區域自然生態系統和農業生態系統不斷向城市生態系統轉化，從而導致景觀格局的劇烈變化，進而造成景觀生態演化過程和景觀生態功能受到干擾，物質循環和能量流動在時空受阻，演變為城市生態環境問題，成為當今攸關地球生態系統平衡與人類社會可持續發展的研究熱點[11]。

1 研究區選取與數據處理

研究區選擇江西省南昌市建成區，包括灣里區、青山湖區、東湖區、西湖區、青云譜區，不包括下轄的新建區、南昌縣、安義縣和進賢縣，為主要研究對象(圖1)。南昌市位于東經115°27′～116°35′E，北緯28°09′～29°11′N，又名豫章、洪城，系江西省省會，也是全省政治、經濟、文化、科技、交通中心和鄱陽湖生態經濟區核心城市。

本研究主要采用2000年、2009年、2015年美國陸地資源衛星Landsat TM影像數據(空間分辨率30 m)。采用 ENVI 5.3 遙感處理軟件對各年遙感影像進行大氣校正、幾何校正、增強、裁剪等過程，采用監督分類和目視糾正的方法，根據研究需要，將土地利用類型分為5類，分別是：耕地、建設用地、林地、公共綠地、水域、未利用地(圖2)。

2 土地利用變化過程分析

2.1 土地利用結構分析

研究區的土地結構復雜、種類多樣，其在2000—2015年間隨外界條件影響的變化趨勢見表1、圖3。可知，2000—2015年間建設用地急劇增加， 公共綠地少量增加，而耕地、林地、水域和未利用地逐漸減少，其中耕地、林地、未利用地減少量比較大，而水域減少不明顯。

表1 南昌市2000—2015年土地利用類型變化情況

2.2 土地利用重心變化分析

南昌市各土地利用類型在區域內分布不均衡，通過分析南昌市土地利用類型的重心分布位置和偏移情況(圖4)，進一步掌握研究區域的土地利用類型變化情況。其重心計算公式為[12]：

(1)

(2)

式中：x、y分別為研究區各個地類分布的重心坐標；ci表示第i個研究單元的地類面積；xi、yi分別表示第i個評價單元的重心坐標；n表示評價單元數。

由圖4可見，2000年耕地處于南昌市中南部位置，位于青山湖區南部，反映耕地在整體上分布為南多北少。2009年耕地重心向西北方向轉移，從整體上看耕地分布較為均勻，處于南昌市中部位置。到2015年，耕地向東南方向轉移，但是從2000年至2015年，耕地重心所在行政區均未發生變化。整個研究期間內耕地面積減少較多，耕地重心向北轉移，表明南昌市在2000年至2015年南部耕地面積減少量多于北部。

2000年南昌市建設用地重心處于南昌市中下部略偏西的位置，說明南昌市建設用地空間分布較不均勻，西南部建設用地分布數量略高于東北部。2009年建設用地重心變化較小，略向東北部移動，重心所在行政區沒有改變。2015年建設用地重心相比于2009年向西北部轉移。整個研究期間內建設用地面積增加較多，建設用地重心向西北轉移，表明南昌市在2000年至2015年東南部建設用地面積增加量低于西北部。

林地在整個研究期間呈減少的趨勢，反映了南昌市東南部地區林地減少幅度較其他區域更大。在2000—2015年間，林地重心一直處于南昌市西北部位置，并且所屬行政區域未發生改變，位于灣里區境內，主要原因是南昌市的林地主要分布在灣里區境內，并且面積較大，使得林地的重心一直處于灣里區境內。相比于2000年，2009年和2015年林地重心一直向北部轉移，說明在研究期間南昌市的林地面積南部減少速度快于北部。

公共綠地重心在整個研究期間整體向南轉移，表明公共綠地在2000—2015年面積南部增加速度快于北部。

南昌市的水域主要在青山湖區、東湖區和西湖區，橫穿整個南昌市中部，因此水域的重心位于南昌市中部，并且2000—2015年間，水域重心未發生明顯變化，一直處于東湖區。表明水域在南昌市分布均勻，并且在這15年間未發生太明顯增減。

2000年至2015年未利用地重心先由西北向東南偏移再由東南向西北偏移，但從總體上看，未利用地重心向東北偏移。但是所屬行政區域未發生改變，均位于青山湖區境內。整個研究區間內未利用地減少量速度北部快于南部。

南昌市各土地利用類型重心位置的變化可以在一定程度上反映各地類在研究期間空間變化的大體趨勢，通過對南昌市各土地利用類型重心位置變化的分析可以看出，南昌市在15年間城市邊界呈“攤大餅”式擴張，城市邊界不斷擴大，耕地面積大量減少，建設用地面積急劇增加。

3 景觀格局變化分析

3.1 景觀斑塊類型水平的空間格局變化特征

根據不同的景觀指數所預示的生態意義不同，在景觀類型水平上選取表征斑塊破碎度的斑塊密度(PD)，反映景觀斑塊空間分布的均勻程度和單位面積上的斑塊數量，描述斑塊的破碎程度。表征景觀優勢的最大斑塊指數(LPI)，斑塊類型面積百分比描述了景觀斑塊中的優勢景觀類型，反映某一斑塊類型在景觀中的豐度。表征斑塊形狀的平均斑塊分維數(FRAC MN)，平均斑塊分維數反映景觀形狀變化，刻畫了景觀中斑塊形狀的復雜性特征，即景觀斑塊形狀越復雜，則其平均斑塊分維數的取值就越大。表征斑塊聚集分布狀態的斑塊凝聚度(COHESION)，刻畫了生境的破碎程度，度量的是相關景觀斑塊類型的自然連通度。

從圖5可知，建設用地的斑塊密度一直減少，而其斑塊凝聚度總體呈增加趨勢，說明建設用地更趨向于大型化、集中化，小型斑塊向大型斑塊整合。建設用地的最大斑塊指數(LPI)增長趨勢十分明顯，南昌市建設用地的優勢度不斷增加。公共綠地的斑塊密度總體呈增加趨勢。耕地、林地、水域、未利用地的斑塊密度總體呈減少趨勢，說明其景觀斑塊破碎化程度降低。但是耕地、水域、未利用地的斑塊凝聚度總體呈減少趨勢，說明其生境凝聚度不斷下降。耕地、林地的最大斑塊指數減少趨勢十分明顯，說明南昌市耕地的優勢度不斷減小。南昌市的景觀要素中各類景觀類型平均斑塊分維數多處于1.05分維數左右，這個取值范圍說明南昌市土地利用景觀斑塊在形狀上呈現普遍較簡單的分布，即代表著人類生產生活對南昌市地表覆被的影響比較大，南昌市景觀受到的人為擾動程度比較高。建設用地、公共綠地的平均斑塊分維數總體呈增加趨勢，說明建設用地、公共綠地的斑塊形狀趨于復雜化。而耕地、林地、水域和未利用地的平均斑塊分維數總體呈減少趨勢，說明耕地、林地、水域和未利用地的斑塊形狀趨于簡單化。

3.2 景觀水平的空間格局變化特征

2000—2015年南昌市建設用地逐漸超過林地成為優勢景觀類別，從景觀的空間構型分析來看，2000—2015年南昌市建設用地迅速增加，而且基本連成一片，導致景觀蔓延度(CONTAG)和聚合度(AI)上升。加權平均形狀指數(SHAPE AM)的變化趨勢呈先減少后增加的趨勢，說明景觀的空間形態更加簡單化，景觀形態復雜性的減少與人類活動的強度是密切相關的。南昌市區的景觀多樣性水平呈急劇下降趨勢，由于研究時段內城市建設用地面積比例逐年上升并占絕對優勢，城市化程度高，總體的景觀類別所占比例差異大，造成南昌市景觀多樣性下降，景觀結構受人為影響顯著。景觀多樣性指數的變化較好地反映了南昌市城市化快速增長的過程(圖6)。

4 南昌市土地利用變化的驅動機制

土地利用變化受自然和人類活動兩大因素的影響，是一個復雜的演化過程，已有研究成果[13-14]表明， 隨著社會經濟發展及城鎮化水平的不斷提升，人類活動對土地利用變化的影響已經遠遠超過了自然因素，特別是在快速發展的中國城市中尤為明顯[15]。根據相關研究成果，人口、經濟、政策等因素是影響城市土地利用變化的主要影響因素[16-17]。南昌市在2000—2015年間，土地利用變化主要受到人口、社會經濟和政策等人文因素的影響，其中，建設用地、耕地和林地的變化較為頻繁。因此，結合南昌市實際情況以及參考已有論文，本研究在分析土地利用變化的驅動機制時，主要選擇從人口、社會經濟和政策等人文因素方面進行分析。

4.1 社會經濟因素

4.1.1 人口急劇增加 自2000年以來，南昌市人口快速增長，僅僅2009—2014年這5年間就增長了70 615人。新增的人口勢必需要更多的承載空間，產生了建設用地的旺盛需求，推動了建成區的快速發展。因此，在2000—2015年，南昌市建設用地面積構成比例由16.21%增加到52.49%，2015年南昌市建成區的規模是2000年的3倍多。建設用地的迅速增加必然導致耕地的快速減少。人口的持續高速增長給南昌市耕地保護以及建設用地空間的拓展帶來了嚴峻挑戰。

4.1.2 經濟快速發展 近15年來，南昌市經濟發展迅猛，國內生產總值、固定資產投資、財政總收入等均有不同程度的增長。南昌市房地產業也取得了長足發展，其房價在這十多年間也一路持續攀升。雖然2008年受國際金融危機的影響和2011年南昌市地方版“限購限貸令”出臺，房價2次有過短暫回落的勢態，但均在隨后不久又觸底反彈進入新一輪的大漲，上漲勢頭仍未得到明顯遏制，加上近幾年南昌市地鐵的建設對房地產價格也有正向影響[18]。2014年南昌市的商品房均價約為9 000元/m2，較2003年2 400元/m2的價格上漲了3倍多。房地產的迅猛發展必然導致建設用地急劇增加，城市邊界不斷擴展，必然導致城市重心的轉移。

4.2 政策因素

《南昌市國民經濟和社會發展第十個五年計劃》以及《南昌市國民經濟和社會發展第十一個五年計劃》中有關區域布局的概況：根據南昌市經濟社會發展現狀和建設現代中心城市要求，區域發展布局的總體安排是一江兩岸、兩區拓展、三綠輝映、三城啟動、兩線延伸、重點突破。合理調整行政區劃、撤銷郊區、建立城區，城區面積在現有基礎上擴大3～4倍。在城區范圍內，根據不同的功能分區組團式集約布局；市域范圍，著力構建現代城鎮體系，并以城區為中心，增強北向輻射，拓展區域內昌九工業走廊的產業布局；增強南向輻射，沿交通干道形成小城鎮密集帶。對昌南新城的建設，提出適應城市形態加快南延的趨勢，發掘城市南部區域的優勢和潛力，把昌南新城建設成為城市商業副中心區域。南昌市區域布局的變化會導致土地利用及景觀格局發生改變。建設用地密度減少、景觀蔓延度和聚合度上升，由此說明南昌市城區規劃科學、布局合理，建設用地集約利用程度較高。而在《南昌市大都市區規劃(2015—2030)》中提出構建生態化、多層次、成網絡、功能復合的開放空間體系，會使得南昌市城區空間結構進一步優化，景觀格局更加科學合理。

5 結論

2000—2015年間，耕地、林地面積減少較為迅速，建設用地擴張最為明顯。從發展階段來看，2000—2009年建設用地面積增加最為迅速。從空間尺度上分析，建設用地主要由中心向四周擴散，主要沿著贛江流域向外以分散集團模式擴張為主，增長區域主要在南昌市南部。15年間各類土地利用重心會發生不同程度的偏移。其中建設用地、水域、未利用地偏移較小，而耕地偏移最大，林地在2000—2009年偏移比較大。

從最大斑塊指數、斑塊密度、凝聚度、平均斑塊分維數建立景觀斑塊類型水平指標。15年間，建設用地、耕地、林地、水域、未利用地的斑塊密度在減少，建設用地優勢度不斷增加，建設用地、水域的斑塊形狀趨于復雜化，耕地、林地和未利用地的斑塊形狀趨于簡單化，建設用地斑塊凝聚度總體增加，而耕地、水域、未利用地的斑塊凝聚度總體呈減少趨勢。從景觀蔓延度、聚合度、加權平均形狀建立景觀水平指標，15年間南昌市景觀蔓延度和聚合度上升。加權平均形狀指數的變化呈先減少后增加的趨勢，但是整體呈減少趨勢，說明景觀的空間形態更加簡單化。

通過從人口、經濟、政策等方面定性分析影響土地利用變化的驅動因素。表明人口迅猛增加、經濟持續發展特別是近幾年來南昌市房地產行業的繁榮發展、政策導向差異對南昌市土地利用空間格局產生了重大影響。在城市邊界不斷擴展的同時，南昌市耕地保護面臨嚴峻挑戰。

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