贛江流域2000—2020年土地利用/景觀格局演變特征分析

陸健剛，傅艷梅

(1. 江西水利職業(yè)學(xué)院，330013，南昌；2. 豫章師范學(xué)院，330103，南昌)

0 引言

土地利用/土地覆蓋變化是全球環(huán)境變化方面研究的熱點(diǎn)[1]，土地利用變化對(duì)水資源、土壤資源、氣候變化等都有影響[2]。人類活動(dòng)是引起全球變化的主要驅(qū)動(dòng)因子之一[3]，人類活動(dòng)同樣可改變土地利用類型，因此土地利用變化可間接反應(yīng)人類活動(dòng)的干擾強(qiáng)度[4]。我國(guó)是水土流失較為嚴(yán)重的國(guó)家之一，水土流失容易導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)失衡、耕地面積建設(shè)、土壤質(zhì)量下降，從而制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展[5-6]，因此促進(jìn)人地關(guān)系協(xié)調(diào)發(fā)展研究顯得極為迫切。

近20年來(lái)，國(guó)內(nèi)外有關(guān)土地利用演變特征方面的研究較多[7]，如有學(xué)者認(rèn)為土地利用演變與河流水質(zhì)關(guān)系密切，當(dāng)土地類型中不透水面面積比例達(dá)到20%～30%時(shí)水質(zhì)會(huì)明顯變差[8]； 也有學(xué)者認(rèn)為當(dāng)河岸兩側(cè)1 km土地類型發(fā)生變化時(shí)，對(duì)河流水質(zhì)影響最為顯著[9]；潘繼亞等[10]以香格里拉為研究對(duì)象，分析了該區(qū)域1974—2017年的土地利用變化、土地利用安全指數(shù)、土地生態(tài)安全狀況；陳麗等[11]從土地利用轉(zhuǎn)移矩陣、土地利用時(shí)空演變特征等角度分析了銀川市土地利用變化情景；肖海婷等[12]分析了大興安嶺近30年土地利用變化情況，解析了土地利用變化的主要驅(qū)動(dòng)力；高薇等[13]分析了江西省近30年土地覆蓋變化，人類活動(dòng)時(shí)空特征以及對(duì)土地利用變化的驅(qū)動(dòng)作用。

本文擬以贛江流域?yàn)檠芯繉?duì)象，分析贛江流域2000年、2010年和2020年土地利用類型，計(jì)算3個(gè)年份景觀指數(shù)，分析贛江流域2000—2020年土地利用/景觀格局演變特征，研究結(jié)論以期為贛江流域土地結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整提高理論參考。

1 研究區(qū)概況

鄱陽(yáng)湖，是中國(guó)第一大淡水湖，鄱陽(yáng)湖流域面積約為16.2萬(wàn)km2，約占江西省國(guó)土面積的97%。贛江是鄱陽(yáng)湖第一大支流，發(fā)源于江西與福建交界的武夷山區(qū)， 贛江干流從南至北依次流經(jīng)贛州、泰和、吉安、峽江、樟樹(shù)、南昌等地區(qū)，經(jīng)南昌八一橋后分主支、北支、中支和南支共4支注入鄱陽(yáng)湖。贛州以上稱為贛江上游，贛江上游以贛州市為中心，上游流域范圍包含贛州市所轄的各縣區(qū)；贛州至新干為贛江中游，流域范圍包含吉安市所轄的各縣區(qū)以及撫州市樂(lè)安縣；新干縣至吳城為贛江下游。據(jù)統(tǒng)計(jì)，流域內(nèi)集水面積在10 km2的大小支流多達(dá)2 000余條，集水面積在1 000 km2的支流有19條，河長(zhǎng)大于30 km的支流有125條(贛江流域范圍及水系分布見(jiàn)圖1)。贛江主支全長(zhǎng)825 km，河寬150～1 000 m，干流河道坡降介于0.09‰～0.25‰，贛江干流在萬(wàn)安縣以上多為山區(qū)性河流，溪流、深澗較多，水資源豐富；中游萬(wàn)安以下多為丘陵地帶，水流較緩；下游河道兩岸較為平坦，沙洲多，河網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，河面寬闊。

圖1 贛江流域水系圖

2 研究方法

2.1 景觀格局計(jì)算

景觀格局一般指空間格局，是自然因素和人為因素共同作用的結(jié)果，而景觀指數(shù)高度濃縮景觀格局信息,能夠定量反映空間異質(zhì)性。 本文選取的景觀指數(shù)包括拼塊數(shù)量(NP)、最大拼塊占景觀面積比例(LPI)、面積加權(quán)平均斑塊形狀指數(shù)(SHAPE_AM)、蔓延度指數(shù)(CONTAG)、香濃多樣性指數(shù)(SHDI)等，這些景觀指數(shù)能反映了景觀的豐富度、優(yōu)勢(shì)度、破碎度及多樣性等特性，部分景觀指數(shù)含義見(jiàn)表1。各景觀指數(shù)的計(jì)算均在FRAGSTATS4.2軟件上進(jìn)行。

表1 選取的景觀指數(shù)及生態(tài)學(xué)意義

2.2 土地利用數(shù)據(jù)

本研究下載贛江流域2000年、2010年和2020年的30 m高精度土地利用分類數(shù)據(jù)(http://www.globallandcover.com/)，數(shù)據(jù)下載后通過(guò)Arcgis軟件對(duì)其進(jìn)行字段融合、數(shù)據(jù)裁剪等后處理操作，最終贛江流域土地利用被分為草地、耕地、林地、建設(shè)用地、濕地、水體以及未利用地共7類用地類型。

3 結(jié)果與分析

3.1 贛江流域2000—2020年土地利用類型特征

分類后的贛江流域2000年、2010年、2020年的土地利用情況見(jiàn)圖2，3個(gè)年份各類用地占比見(jiàn)表2。

圖2 贛江流域2000年、2010年、2020年土地利用類型圖

表2 贛江流域2000—2020年各類用地占比/%

對(duì)表2分析可知：近20年來(lái)研究區(qū)土地結(jié)構(gòu)以耕地、草地和林地為主，三者面積占比達(dá)到90%以上。2000年，贛江流域耕地、草地和林地面積之和為15.66 萬(wàn)km2，2010年三者面積共15.64 萬(wàn)km2，2020年三者面積共15.25 萬(wàn)km2，說(shuō)明2000—2020年耕地、草地和林地面積占比逐年減少，建筑用地面積占比逐年增加(由2000年的2 760 km2增至2020年的5 648 km2)，即從2000年的1.7%增至2020年的3.49%，水體和濕地面積在逐年增加，未利用地面積占比逐年減少。

3.2 贛江流域2000—2020年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣可反應(yīng)一定時(shí)期內(nèi)各類用地面積/占比轉(zhuǎn)移情況，便于研究者分析各類用地去向，贛江流域2000—2020年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣見(jiàn)表3。分析可知：2000年的耕地有1.343%轉(zhuǎn)為建筑用地,約570.195 km2；0.641%的耕地轉(zhuǎn)為林地，約272 km2；0.009%的耕地轉(zhuǎn)為水體，約3.888 km2。2000年的林地有9.232%轉(zhuǎn)為耕地，約3 172.866 km2；0.046%的林地轉(zhuǎn)為草地，約15.684 km2，0.013%的林地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，約4.593 km2。12.701%的草地轉(zhuǎn)為建筑用地，約14.491 km2；1.427%的草地轉(zhuǎn)為耕地，約1.62 km2。2000年的草地有0.749%轉(zhuǎn)為林地，約0.854 km2。2000年的未利用地有0.885%轉(zhuǎn)為2020年的耕地，轉(zhuǎn)移面積約為0.064 km2；2.301%的未利用地轉(zhuǎn)為水體，約0.168 km2。2000年的濕地有0.86%轉(zhuǎn)為2020年的建設(shè)用地，轉(zhuǎn)移面積約0.175 km2；0.822%的濕地轉(zhuǎn)為水體，轉(zhuǎn)移面積約0.168 km2。

表3 贛江流域2000—2020年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣/%

進(jìn)一步分析表明：2000年的草地、耕地、林地都有一定的面積轉(zhuǎn)為了2020年的建筑用地，同時(shí)也說(shuō)明2000—2020年間贛江流域土地結(jié)構(gòu)中耕地-林地-草地存在頻繁的相互轉(zhuǎn)變。

3.3 贛江流域2000—2020年景觀指數(shù)變化特征

贛江流域2000—2020年景觀指數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。2000—2020年，贛江流域CONTAG值逐漸降低，說(shuō)明景觀破碎化程度逐漸增加，某種優(yōu)勢(shì)拼塊類型連接性逐年降低。2000—2020年SHDI和SHEI值逐年增大，說(shuō)明土地利用豐富度逐年上升，土地破碎化程度逐年增加，某種景觀的優(yōu)勢(shì)度逐漸減少，這是2000—2020年土地利用中某類用地占比逐漸越大(如建設(shè)用地)，因此該類景觀的優(yōu)勢(shì)度越低；IJI是反映景觀空間格局的重要指標(biāo)之一， 2000—2020年IJI逐漸增大，說(shuō)明贛江流域植被類型越來(lái)越受制于水的分布以及多寡影響；PLADJ反映了相似鄰比距離，2000—2020年P(guān)LADJ逐漸增大，說(shuō)明土地斑塊越來(lái)越集中，間接反映了人類活性干擾強(qiáng)度逐年加大；2000—2020年LPI逐漸減小，說(shuō)明優(yōu)勢(shì)地類或景觀類型逐漸減弱，反映人類活動(dòng)干擾強(qiáng)度逐漸加大；LSI是景觀形狀指數(shù)的指標(biāo)之一，2000—2020年LSI逐漸減小，說(shuō)明近20年贛江流域土地利用形狀變得更規(guī)則；2000—2020年SHAPE_AM、FRAC_AM逐漸減小，說(shuō)明斑塊形狀變得更為單一，用地類型分布更為規(guī)則；COHESION反映了景觀的整體性，2000—2020年COHESION逐漸減小，說(shuō)明景觀整體連接性有所降低。

表4 贛江流域2000年、2010年、2020年景觀指數(shù)計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)論

1)贛江流域耕地、草地和林地三者面積占總用地面積比例超過(guò)70%，近20年來(lái)贛江流域建設(shè)用地面積增加明顯。

2)贛江流域2000年的草地、耕地、林地都有一定的面積轉(zhuǎn)為了2020年的建筑用地，贛江流域土地結(jié)構(gòu)中耕地-林地-草地存在頻繁的相互轉(zhuǎn)變。

3)近20年來(lái)，贛江流域土地破碎化程度有所上升，人類活動(dòng)干擾作用越來(lái)越強(qiáng)，景觀整體連接性有所降低。