蚌埠市1995—2015年土地利用及景觀格局變化特征

孫夢蝶，王小德

（浙江農林大學 風景園林與建筑學院、旅游與健康學院，浙江 杭州 311300）

土地利用作為地球表層系統最突出的景觀標志，由不同類型的斑塊構成，具有顯著的時空特征，對人類社會的經濟發展和自然環境的生態功能具有重要影響[1-2]。通過空間格局分析，將土地利用的空間特征與時間過程聯系起來，可以更好地總結土地利用的動態變化特征[3-8]。景觀格局作為景觀異質性的具體表現，是大小不一的景觀嵌體在空間分布組合的綜合反映[9-13]。通過分析研究土地利用和景觀格局，有利于了解景觀現狀，揭示發展趨勢，對促進人類社會與自然生態的和諧發展具有重要意義[14-16]。

蚌埠市是安徽省重要的綜合性工業基地，皖北地區商貿中心與加工制造業中心，也是國務院批準的促進中部崛起、享受比照東北老工業基地政策的城市之一。在全國綜合交通“五縱五橫”運輸通道中，蚌埠市位于京滬運輸大通道上，是華東地區重要的綜合交通樞紐，京臺高速公路、寧洛高速公路等多條重要高速公路經過境內，京滬鐵路和淮南鐵路交匯于此。境內有淮河干流，水運資源豐富，具備“通江達?！钡乃\優勢[17-19]。近年來，已有研究者對安徽省的土地利用進行了較為全面的分析研究[20-22]，張柏秀等[23]以2000 年和2005 年蚌埠市TM 遙感影像為數據源，在Envi 以及Fragstats 景觀格局分析軟件的支持下，對蚌埠市土地利用變化信息以及其景觀格局的動態特征進行了相關研究。本研究將通過分析1995 年、2005 年和2015 年的蚌埠市土地利用空間分布和構成及其動態變化，結合景觀指數等方法定量揭示蚌埠市近20 年土地利用景觀格局的時空演變特征，以期為蚌埠市國土空間總體規劃與發展提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

蚌埠市地處淮河流域，位于安徽省北部，地理坐標為116°45′～ 118°04′ E，32°43′～ 33°30′N，以淮河為界，淮河以北為淮北平原的南緣部分，地勢開闊平坦，由西北向東南傾斜；淮河以南地形呈波狀起伏，主要分布地貌類型為丘陵。屬北亞熱帶濕潤季風氣候與南溫帶半濕潤季風氣候區的過渡帶，四季分明，氣候溫和。主要植被屬暖溫帶落葉闊葉林。蚌埠市的人工林群落結構較為單一，純林多而混交林少，多為黑松Pinus thunbergii、馬尾松P.massoniana與刺槐Robinia pseudoacacia、麻櫟Quercus acutissima的混交。全市森林覆蓋率為17.67%。蚌埠市處于東部沿海省市經濟向中部、西部地區發展的過渡地帶，具有連接南北、承接東西的區位優勢。全市現轄龍子湖區、蚌山區、禹會區、淮上區4 個行政區以及懷遠、五河、固鎮3 個縣，共設鎮43 個，鄉12 個。截至2015 年末，蚌埠市戶籍總人口有366.60 萬人，其中，非農業人口有102.45 萬人，農業人口有264.15 萬人，戶籍城鎮化率為27.95%。全市GDP 和人均GDP 分別由1995 年的114.61 億元和3 650.65 元增長至2015 年的1 253.10 億元和38 267.00 元，20 年間分別增長了1 138.49 億元和34 616.35 元，社會經濟發展趨勢穩步上升。

1.2 數據來源及處理

基礎數據為1995、2005 和2015 年蚌埠市3 期遙感數據，空間分辨率為30 m。該數據是基于1995 年、2005年和2015 年蚌埠市的遙感影像解譯得到，經過波段提取、合成、幾何糾正等處理，通過人機交互目視解譯以及混淆矩陣進行分類精度及總精度評價，總體精度可達90%以上。根據安徽省土地類型分類標準，結合蚌埠市土地資源的利用情況和遙感影像的特點，在建立的解譯標志的基礎上，將蚌埠市劃分為耕地、林地、草地、水域、建設用地5 種景觀類型（圖1）。在ArcGis10.5 下將解譯生成的圖形數據以及相應的屬性數據替換為5 m×5 m的柵格格式，最后導出為GeoTiff 格式。導出的數據在ArcGis10.5 下運用Fragstats 4.2 計算和分析景觀指數。

圖1 1995—2015 年蚌埠市土地利用景觀類型圖Figure 1 Land types of Bengbu city in 1995,2005 and 2015

1.3 研究方法

1.3.1 單一景觀動態度 土地利用動態度是指景觀類型變化的劇烈程度，可以為土地利用的變化速度提供一個定量描述，并對未來土地利用的變化趨勢做出預測分析[24-25]，其計算公式為：

式中，K表示某一景觀類型動態度；Ua和Ub分別為研究初期和末期某景觀類型的面積，單位為km2；T為研究時段長。

1.3.2 景觀轉移矩陣 景觀轉移矩陣可以較為全面地反映區域的景觀類型數量以及空間方向上的變化情況[26-27]。研究中采用蚌埠市土地利用面積作為景觀轉移矩陣中的向量，制作1995—2005 年、2005—2015 年、1995—2015年三個時期的轉移概率矩陣，其計算公式為：

式中，P表示某種景觀類型的面積；Pii是指時段內該景觀類型保持不變的面積；Pij指時段內由i種景觀類型轉化為j種景觀類型的面積；n為景觀類型的種類。

1.3.3 景觀指數 景觀指數可以體現一個區域的景觀結構和空間變化特征，是高度濃縮的反映景觀格局信息的定量參考標準。一套合理的景觀指標需要充分反映景觀格局類型的豐富程度、體現各斑塊的形態特征、展示景觀內各組成部分的空間分布特征[28-30]。根據蚌埠市的土地利用和景觀類型，本文通過類型水平和景觀水平兩個尺度共選取11 個景觀指標進行分析；類型水平選擇斑塊數（NP）、平均斑塊面積（MPS）、斑塊密度（PD）、最大斑塊指數（LPI）、景觀形狀指數（LSI）、斑塊結合度數（COHESION）；景觀水平選擇邊緣密度（ED）、蔓延度指數（CONTAG）、聚合度指數（AI）、香農多樣性指數（SHDI）、香農均勻度指數（SHEI）。其計算在Fragstats 4.2 軟件實現。

2 結果與分析

2.1 景觀結構特征

由表1 可知，蚌埠市的景觀結構較為簡單，格局清晰，1995—2015 年，蚌埠市耕地所占的土地總面積的比例均超過76%。2015 年，蚌埠市的耕地面積為455 119.11 hm2，占土地總面積的76.45%，是蚌埠市占有絕對優勢的景觀類型；其次是建設用地，在1995—2015 年，建設用地的面積均超過11%，并呈逐年增長的趨勢，2015年，建設用地的面積為90 192.06 hm2，占土地總面積的15.15%，主要分布在蚌埠市的禹會區和龍子湖區附近；水域包括淮河干流水系和懷洪新河水系兩部分，占土地總面積的7.11%；林地和草地面積最少，分別為6 021.00 hm2和1 676.97 hm2，占土地總面積的1.01%和0.28%。

表1 1995 年、2005 年和2015 年蚌埠市各景觀類型的面積及占比Table 1 Land types,area and proportion of Bengbu city in 1995,2005 and 2015

由表1 可以看出，1995—2015 年，蚌埠市土地利用特點明顯，主要變化為林地、水域、建設用地均呈增加趨勢，其中林地面積和水域面積在1995—2015 年逐年緩慢增長，水域面積由41 680.53 hm2增至42 325.92 hm2，變化較小，建設用地面積由71 252.64 hm2增至90 192.06 hm2，增長速度最快；草地面積由1 691.46 hm2減少至1 676.97 hm2，總體變化不大；耕地面積呈逐年減少的趨勢，由474 697.62 hm2減少至455 119.11 hm2。

2.2 景觀類型動態轉移

由表2 可知，蚌埠市的建設用地是整個研究時期內動態度最高的地類，為0.013 3%，其中2005—2015 年是建設用地動態度最高的時間段，為0.023 1%；耕地的動態度為－0.002 1%，在整個研究時期排第二位，其動態度最高的時間段為2005—2015 年，為－0.003 7%；林地和水域的動態度僅次于耕地，在研究期間均呈先增加后減少的趨勢，且都是在2005—2015 年動態度值最高；草地的動態度變化不明顯，動態值最低。

表2 1995—2015 年蚌埠市景觀動態度Table 2 Dynamic change land type during 1995 to 2015 in Bengbu city

通過表3 發現，蚌埠市土地利用轉化模式明晰，各土地利用類型間的轉化模式以耕地和建設用地的相互轉入為主體；1995—2015 年，耕地轉入建設用地的面積最多，共19 444.92 hm2，占耕地轉出總面積的93.03%；建設用地主要表現為單向轉入的趨勢；除草地外，林地、水域的轉出面積均少于轉入面積，二者轉出面積僅占轉移總面積的3.52%。對比蚌埠市1995—2005 年和2005—2015 年兩個時間段土地利用的轉移情況可知，在2005—2015 年，蚌埠市土地利用轉移面積的變化幅度最大，累計轉移20 581.87 hm2，其中耕地轉出18 858.26 hm2，占轉移總面積的91.63%，建設用地轉入17 813.18 hm2，占轉移總面積的86.55%

表3 1995—2015 年蚌埠市景觀轉移矩陣Table 3 Transition matrix of land types during 1995 and 2015 in Bengbu city

2.3 景觀指數變化特征

類型水平的景觀指數見表4。由表4 可知，3 個時期的研究區均以建設用地的NP最大，遠高于其他景觀，說明建設用地的破碎程度最高，水域次之，但整體變化較小。1995—2005 年，耕地的NP和PD減少、MPS增加，2005—2015 年，耕地的NP、PD增加、MPS減少，說明耕地景觀的破碎化程度呈現出先減弱后增強的趨勢，LPI持續減少，LSI不斷增加，表明耕地的優勢度減弱而不規則性增加，受到人類活動的干擾程度加強。1995—2005 年，林地的NP、PD、LSI增加、MPS減少，2005—2015 年，林地的NP、PD、LSI減少、MPS增加，說明林地景觀的破碎化程度趨于先增強后減弱的模式，20 年間，LPI無明顯變化，說明林地的優勢度同過去持平，但是不規則性整體減弱。20 年間，水域的NP、PD、LSI不斷增加，MPS不斷減少，LPI先減少后增加，說明水域景觀的破碎化程度增加，景觀優勢度減弱，形狀趨于不規則；草地的各類景觀指數變化不顯著，但景觀趨于破碎化。20 年間，建設用地的NP顯著減少，LSI呈先增后減的整體減少趨勢，LPI、COHESION持續增加，MPS增長顯著，這是由于快速的城市化建設使得建設用地大量增加，20 年間，建設用地景觀不斷由小斑塊融合成大斑塊，大的建設用地斑塊數增多，建設用地的破碎度在不斷減弱，景觀的優勢度趨于增強，表明建設用地逐漸趨于規整化，由于城市化的發展，蚌埠市的建設規劃越來越趨于科學合理，改變了城市化初始階段無序雜亂的發展模式。由于城市化建設發展與區域規劃的關系，城市居住用地和公共企業用地不斷增多，同時，隨著社會經濟的發展，使得公路、鐵路等基礎設施的密度逐漸加大，提高了建設用地的連通性和結合度，使得建設用地逐漸聚集成片，形成規模化發展的趨勢。其他各類景觀的連通性變化不明顯。

表4 1995 年、2005 年和2015 年蚌埠市類型水平景觀指數Table 4 Landscape index of land types of Bengbu in 1995,2005 and 2015

景觀水平景觀指數見表5。從表5 中可看出，20 年間，ED增加、CONTAG和AI減少，說明研究區景觀邊緣形狀逐漸趨于復雜化、景觀的離散程度增加、空間聚集性減弱；SHDI和SHEI增長，說明研究區各類型斑塊在景觀中所占比例差異逐漸縮小并趨向均勻分布，景觀類型的多樣性和豐富程度得到提高，這是由于耕地的減少、建設用地、林地和水域增加，各景觀類型所占比例差異逐步減小，使得蚌埠市近20 年的景觀格局趨于復雜化，景觀異質性得到增強。以上分析表明，近20 年，蚌埠市景觀格局受人類活動影響明顯，且人類活動的干擾程度逐年增強。

表5 1995 年、2005 年和2015 年蚌埠市景觀水平景觀指數Table 5 Landscape index of Bengbu in 1995,2005 and 2015

3 結論與討論

3.1 結論

1995—2015 年，蚌埠市各土地利用類型總體呈“三增兩減”的變化趨勢，具體表現為建設用地面積逐年遞增，林地、水域面積小幅增長，耕地面積持續減少，草地面積稍有下降。其中，耕地和建設用地作為區域土地利用的主要組成部分，二者的面積之和占研究區總面積的90%以上。20 年間，耕地、水域、建設用地的土地利用動態度變化明顯，區域土地利用轉移模式以耕地的轉出和建設用地的轉入為主，20 年間，建設用地累計轉入19 444.92 hm2，其中有93.03%的面積來源于耕地，說明建設用地的空間布局與耕地的格局變化密切相關。

從景觀指數分析表明，研究區各景觀類型的數量和分布在1995—2015 年均有變化，但在變化趨勢上有所區別。其中，耕地和水域的景觀形狀趨于復雜，景觀破碎程度增加，二者的連接性較弱；建設用地的數量和規模增加，其景觀優勢度和連通性均有增強，逐漸趨于集中分布；而林地和草地相對變化較小。整體上，各景觀類型所占比例逐漸趨于均衡發展，區域異質性增強，景觀格局趨于復雜化和多樣化。

3.2 討論

1995—2015 年，蚌埠市的土地利用結構發生了一定程度的變化，其中，在2005—2015 年，土地利用的動態變化最為明顯，但整體土地利用類型變化緩慢[31]。2005—2015 年，我國中部地區的土地利用平均效率約為0.95，東部地區的土地利用平均效率在0.94，而蚌埠市的土地利用效率則不足0.50[32-33]，土地利用效率數值較低，區域整體土地資源開發尚有一定的上升空間。

20 年間，由于城市化和社會經濟的快速發展，蚌埠市土地利用景觀格局發生了一定程度的變化。在蚌埠市政府發布的《蚌埠市土地利用總體規劃（2006—2020 年）》以及《蚌埠市水土保持規劃（2018—2030 年）》中明確指出，要協調保護農用地和保障經濟發展用地間的關系，調整土地利用模式，合理安排建設用地，加強土地生態環境建設，從而促進區域土地利用節約集約發展。結合蚌埠市土地利用景觀格局變化的分析和結果可知，近年來，隨著經濟建設的發展，區域內各類生產建設項目不斷增多，建設用地規模擴大，不可避免地占用了部分耕地以及生態用地，土地供需矛盾日益明顯，低效的土地資源配置及不合理的景觀要素規劃給城市的長期發展帶來一定的阻礙。

因此，針對本文研究中所反映的相關問題，緩解區域資源環境與可持續發展間的矛盾，應當進一步調整區域土地利用模式，重點把握農業用地和建設用地的結構調整，優先安排區域基本農田，劃定永久基本農田保護紅線，保障區域糧食安全；優化基礎設施用地布局，加強此類用地的制度審核和監督管理，合理規劃城市建設用地；拓展城鄉綠色空間用地，調整生態用地布局，發揮城市景觀的生態功能等。