2008—2018年土默特右旗景觀格局變化及驅動力分析

鐘安亞　婁立峰　胡春明

摘要 以內蒙古自治區土默特右旗為研究對象，選取研究區2008、2014、2018年Landsat遙感影像為數據源，采用ENVI 5.3、ArcGIS 10.4、Fragstats 4.2軟件對2008—2018年土默特右旗進行土地利用類型的分類和景觀格局指數的計算，并進行驅動力分析。結果表明，2008—2018年土默特右旗總體表現為建設用地和林地土地面積有所增加，分別增加了182.10、31.49 km，耕地、草地和未利用地面積分別減少了26.04、30.79、160.32 km，水域面積基本保持不變。各土地類型間的優勢差異在縮小，研究區景觀具有較高均勻性，但各點類型與形狀較為復雜，景觀多樣性相應增加。土默特右旗土地利用景觀格局演進受自然、社會經濟、政策三方面因素綜合作用，其中以政策因素為主要導向。

關鍵詞景觀格局；遙感；驅動力；土地利用；土默特右旗

中圖分類號P901文獻標識碼A

文章編號0517-6611（2023）08-0063-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.08.015開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Analysis of Landscape Pattern Changes and Driving Forces of Tumut Right Banner from 2008 to 2018

ZHONG An-ya LOU Li-feng HU Chun-ming（1. School of Mining Engineering，North China University of Science and Technology，Tangshan，Hebei 063210;2. National Key Laboratory for Urban and Regional Ecology，Ecological Environment Research Center of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100085;3. Guizhou Maotai Group Limited Liability Company， Zunyi， Guizhou 564500）

AbstractTaking Tumut Right Banner of Inner Mongolia Autonomous Region as the research object， the remote sensing images of Landsat in 2008， 2014 and 2018 in the study area were selected as the data source， and the classification of land use types and landscape pattern index of Tumut Right Banner from 2008 to 2018 were calculated by ENVI 5.3， ArcGIS 10.4 and Fragstats 4.2 software， and the driving force analysis was carried out. The results showed that from 2008 to 2018， the land area of construction land and forest land had increased， increasing by 182.10 and 31.49 km， respectively， and the area of cultivated land，grassland and unused land had decreased by 26.04，30.79 and 160.32 km， respectively， and the area of water area had remained basically unchanged. The advantages between the land types were narrowing， and the landscape in the study area had higher uniformity， but the types and shapes of each point were more complex， and the diversity of landscapes increased accordingly. The evolution of the land use landscape pattern of Tumut Right Banner was affected by the comprehensive role of natural， socio-economic and policy factors， of which policy factors were the main guide.

Key wordsLandscape pattern;Remote sensing;Driving force;Land use;Tumut Right Banner

伴隨城鄉一體化發展，人口從農村向城市流動，城市逐漸成為人類主要集合地。逐漸呈現人口、住房、環境、經濟等要素構成的復合型城市，城市景觀格局隨城市化進程而產生變化，土地利用類型和面積因地區而異［1］，在空間規劃和預測中并不總是能有效地進行尺度分析和適應性調整，實現土地利用的動態變化。

近年來，隨著高新技術產業的發展，土地利用規模及方式呈現多元化，而結合景觀模型分析已成為區域尺度格局研究最有效的方法［2］。鄧清等［3］基于2009—2015年勐海縣景觀格局與自然因素、人為擾動因素之間內在聯系研究，認為人口及社會經濟因子是影響當地景觀格局變化的主要驅動因素，而自然因素則影響不大。錢佳洋等［4］通過對位于黃土丘陵區的永壽縣1998—2018年土地利用格局研究，得出社會經濟和政策為景觀格局變化的主導因素，而氣溫、降水量等自然因素對當地景觀格局演變也有一定影響。總體來說，社會經濟、政策與景觀格局變化耦合度較高，自然因素根據研究區的選擇，對景觀格局或多或少有一定的影響。筆者以土默特右旗為研究區，采用ENVI 5.3、ArcGIS 10.4和Fragstats 4.2軟件對土默特右旗2008—2018年進行土地利用的分類及景觀格局指數的計算［5］，以期為促進土默特右旗的社會穩定與和諧發展提供科學依據。

1資料與方法

1.1研究區概況土默特右旗是內蒙古自治區包頭市下屬旗縣，位于內蒙古自治區中南部（圖1），地理位置為110°14′～111°07′E、40°14′～40°51′N，總面積2 368 km。研究區位處大陸內部北緯中溫帶，是一種典型大陸干旱季風氣候，年平均氣溫可達7.5 ℃，季節分明，光照條件良好，雨量較少但集中。

1.2數據來源選用的數據資料包括包頭市統計年鑒、Landsat TM與Landsat OLI遙感影像數據（均從美國USGS網站獲取）。為便于土地解譯分類，遙感影像選取夏季6—8月（表1）。

1.3遙感數據處理此次影像數據處理所用的軟件包括遙感影像處理軟件ENVI 5.3版本、ArcGIS 10.4版本以及景觀格局分析軟件Fragstats 4.2版本。利用ENVI軟件中幾何校正、輻射定標、大氣校正、波段選擇與組合、圖像融合、圖像裁剪等操作［6-9］。

根據《土地利用現狀分類》（GB/T 21010—2017）將土默特右旗土地利用類型分為6類：水域、建設用地、林地、未利用地、耕地、草地。對2008、2014、2018年土默特右旗遙感影像分別進行分類結果精度評價，通過 GPS野外人工取點驗證，對分類結果進行精度檢驗，采用Kappa系數［10］（用于一致性檢驗，也可以用于衡量分類精度）進行分類檢驗，Kappa系數均大于0.85，滿足土地利用研究需要。

1.4研究方法

1.4.1馬爾代夫轉移矩陣。運用ArcGIS軟件的疊加分析模塊，將3景遙感影像的土地利用類型數據進行疊加計算，求出研究區6類土地利用類型在空間上互相轉化數據，最后構建土地利用類型轉移矩陣［11］。數學表達式如下：

1.4.2景觀指數選取。景觀指數主要綜合有關景觀模式的信息，按不同景觀的空間順序排列，作為異質性和景觀的有形表現，包括不同水平運行的生態過程擾動。根據該研究目的與研究區實際景觀情況，選擇7個景觀格局指數進行分析［12-13］，景觀水平尺度選取最大斑塊指數（LPI）、香農均勻度指數（SHEI）和蔓延度指數（CONTAG）；景觀類型尺度選取斑塊密度（PD）、邊緣密度（ED）、景觀形狀指數（LSI）、斑塊類型面積比重（PLAND），選取景觀指數具體解釋及意義見文獻［14-18］及表2。

2結果與分析

2.1土地利用類型動態分析從2008—2018年土默特右旗土地利用分類（圖2）可以看出，耕地一直為土默特右旗主要土地利用類型，其次為未利用地、建設用地、林地，水域、草地則占比極少。土默特右旗北部為大青山生態保護區，南部為開闊平坦的土默川平原，土地多為鹽堿地。

從土默特右旗各類土地景觀面積變化（表3）可以看出，2008—2018年總體趨勢表現為耕地、草地與未利用地面積減少，分別減少了26.04、30.79和160.32 km；林地與建設用地面積有所增加，分別增加了31.49和182.10 km；這一時期主要是退耕還林政策的大力倡導以及城市化發展的影響，水域面積基本無大幅度變化。2008—2014年，草地、未利用地面積有所減少，分別減少43.10和201.52 km；耕地和建設用地面積有所增加，分別增加101.59和112.48 km；林地和水域的變化程度較小，幾乎未發生變化。 2014—2018年，耕地面積減少127.63 km，林地、草地、建設用地、未利用地面積有所增加，分別增加11.60、12.31、69.62、41.20 km。

2.2土地轉移矩陣分析從土默特右旗各土地利用類型轉移面積矩陣（表4～5）可以看出，2008—2014年土地利用類型主要是耕地轉化為林地、建設用地轉化為未利用地、未利用地主要轉化為耕地，轉化面積分別是147.39、128.64、70.91 km，其余土地利用類型轉化較少；就轉移面積而言，轉出面積貢獻最高的是耕地，達212.73 km，轉入面積最高為未利用地，達到189.38 km，表明這一時期人為擾動對環境影響較大。2014—2018年土地利用類型主要是未利用地與耕地、建設用地之間的轉化，其中，有155.01 km未利用地轉化為耕地，73.89 km未利用地轉化為建設用地，70.81 km耕地轉化為未利用地，67.07 km建設用地轉化為未利用地；就轉移面積而言，耕地的轉入面積最高，為220.49 km，而轉出面積最高的是未利用地，達268.65 km，表明這一時期人們對土地需求較高，其余土地利用類型轉化程度不明顯。

就轉移程度而言，2008—2014年各土地利用類型轉移面積總計1 113.38 km；2014—2018年各土地利用類型轉移面積總計1 073.68 km。總體來看，各土地利用類型轉移強度呈下降趨勢，土地利用類型排布漸趨穩定。

2.3景觀格局變化分析

2.3.1景觀類型尺度指數分析。從表6可看出，未利用地斑塊密度（PD）最高，受人為擾動最大，從2008年的3.46個/hm上升至2018年的6.98個/hm；邊緣密度（ED）與景觀形狀指數（LSI）呈現逐年增加的趨勢，說明景觀異質性增強，這一時期，政府大力發展工業，并斥巨資實施基礎設施建設工程，因此對未利用地進行大面積開發，以致景觀破碎度增加。

建設用地邊緣密度（ED）呈現先增加后減小的趨勢。經資料查閱，2008—2014年人為活動較為頻繁，致使草地與建設用地邊界復雜，因此數值較高。建設用地景觀形狀指數（LSI）總體呈上升趨勢，說明斑塊形狀趨向復雜，離散度增加。

耕地和林地邊緣密度（ED）呈逐年遞增趨勢，表現為景觀異質性增強，可認為受外界環境干擾較低。耕地景觀形狀指數（LSI）呈現先上升后下降的趨勢，政府在這一時期對農牧業開始施行集約化、規模化管理，在2014年后農業用地趨于平穩。

草地邊緣密度（ED）呈現先減小后增加的趨勢，草地景觀形狀指數（LSI）總體為下降趨勢，表明這種地型斑塊受人為干擾，以致斑塊形狀簡單。水域各指標基本變化不大。

2.3.2景觀水平尺度指數分析。從表7可以看出，2008—2018年香農均勻度指數（SHEI）呈上升趨勢，表明在研究區域中斑塊類型數量增加，面積比重趨于平衡，各類斑塊在景觀中分布表現為愈來愈均勻、多樣化。就研究區蔓延度指數（CONTAG）而言，從2008年的59.92%減少至2018年的57.98%，說明研究區各土地類型斑塊的連通性逐漸減小，斑塊破碎化程度增加，斑塊數量逐步增多，優勢景觀類型被其他土地類型分割。

2.4驅動力分析

2.4.1自然因素。土默特右旗土地利用類型變化自然因素中主要受氣候、雨水的影響。該旗地理位置為大陸內部北緯中溫帶，是一種典型的大陸干旱季風氣候，季節分明，光照條件良好，雨量較少但集中。該研究通過查閱包頭市統計年鑒以及中國氣象數據共享網數據，結果發現（圖3），2008—2018年年均氣溫與降雨量總體呈波動上升趨勢，這10年間平均氣溫為8.0 ℃，平均降雨量為353.2 mm。該地區地面水主要依靠大氣降雨進行補給，降雨量增減幅度直接影響了河流徑流量，耕地與水域類型受其影響范圍較大，作為農業大縣，水資源重要性不言而喻，為土默特右旗景觀變化的重要自然因素。

2.4.2社會經濟因素。第一，人口數量呈上升趨勢，包頭市統計年鑒表明，土默特右旗2008年的人口數量為30.69萬，2014年則上升至28.65萬，2018年人口數量達到了36.29萬，即這10年中人口增長了5.60萬。并且非農人口比重逐年攀升，人口的增加勢必占用更多的土地資源。隨著該旗的經濟與城鎮化發展，愈來愈多的未利用地被開發成各類用地。

第二，產業結構調整與轉型，統計年鑒數據表明（圖4），土默特右旗2008—2018年的總體經濟走勢為上升趨勢，國內生產總值（GDP）由2008年的101.92億元增長至2018年的181.02億元，第一、第二、第三產業生產總值分別得到不同程度提高，其中2014年GDP達到峰值。相關資料表明，第二產業中采礦業占比較大，2008—2014年神華集裝站完成全封閉工程，山路換裝站、嘉華集裝站完成全封閉基礎施工，為該旗GDP作出突出貢獻。2014—2018年GDP呈下降趨勢，主要是煤礦事故、停產等原因。土默特右旗屬于資源型城市，采礦等相關行業的萎靡一定程度對該地經濟造成了影響。

2014年作為一個突變點，其GDP大幅度波動與景觀格局類型聯系密切。這一時期耕地、建設用地面積增加，未利用地與草地面積減少。表明土默特右旗在大力挖掘土地潛力，同時側重對第二產業的投入力度，尤其在采礦業，這也造成后續一系列采礦污染安全問題。2014年以后通過各級政府調控，產業趨向多元化，第一、第二、第三產業生產總值比例趨于均衡。

2.4.3政策因素。自2012年11月，黨的十八大提出“生態文明建設”決策。為響應國家政策號召，該旗政府將“生態旗”納入《土默特右旗國民經濟和社會發展第十一個五年計劃綱要》，后續又頒布了《土默特右旗生態旗建設規劃》，該文件提出在“十一五”時期到2015年要在發展經濟的同時，注重生態環境保護與可持續發展。通過遙感解譯可看出，2008—2014年建設用地增幅較高，未利用地減少較快，受人為擾動較大。2009年開始，土默特右旗政府從行政、經濟、政治等方面堅持開展“生態旗”建設，并取得一定成績。近些年旗政府開展了“清四亂、保母親河”公益專項行動，頒布了《關于對河湖“四亂”問題實行“一問題兩單制”的通知》等有關舉措，保護境內河流。此外，當地政府近年來對北山煤礦坑的管理采取了一系列政策，按照有關規定有序地拆除礦區洗煤設施，投入1.5億元，對總面積22.8 km的后山礦區進行生態恢復和環境治理，林地面積逐年增加。總體來說，在土默特右旗相關政府部門與人民的通力合作下，土默特右旗生態環境得到極大改善。

3結論與討論

以景觀生態學原理為基礎，對土默特右旗2008、2014、2018年3期遙感影像進行土地利用分類及景觀格局分析，并討論驅動力因素，結果如下：

（1）土默特右旗土地利用類型以耕地、未利用地、建設用地及林地為主，其他地類占比極低。2008—2018年耕地面積呈現先增加后減少趨勢，未利用地面積總體呈減少趨勢，建設用地面積呈持續增長態勢，林地面積逐年增加；草地及水域面積呈波動平穩趨勢，基本沒有變化。

（2）土默特右旗土地擾動及轉移程度以建設用地、未利用地、耕地為主要類型。就土地利用類型轉移矩陣而言，2008—2014年土地利用類型主要為耕地轉化為林地、建設用地轉化為未利用地、未利用地轉化為耕地，轉化面積分別是147.39、128.64、70.91 km，其余土地利用類型轉化較少；就轉移面積而言，2008—2014年轉出面積貢獻最高的是耕地，達212.73 km，轉入面積最高為未利用地，達到189.38 km，表明這一時期人為擾動對環境影響較大。2014—2018年土地利用類型主要是未利用地、耕地及建設用地之間的轉化。其中，155.01 km未利用地轉化為耕地，73.89 km未利用地轉化為建設用地，70.81 km耕地轉化為未利用地，67.07 km建設用地轉化為未利用地。

（3）土默特右旗地類斑塊的景觀指數總體表現出均勻化、破碎化趨勢。香農均勻度指數（SHEI）和最大斑塊指數（LPI）持續上升，蔓延度指數（CONTAG）持續下降。其中未利用地斑塊密度（PD）最高，受人為擾動最大；其余土地利用類型斑塊密度各自呈現波動式增長。耕地、林地及未利用地邊緣密度（ED）呈逐年遞增趨勢，表現為景觀異質性增強。此外，耕地景觀形狀指數（LSI）總體呈下降趨勢，表明此土地利用類型斑塊受人為干擾，以致斑塊形狀簡單。建設用地與未利用地景觀形狀指數總體呈上升趨勢，說明斑塊形狀趨向復雜，離散度增加。

（4）依據土默特右旗土地類型景觀變化，從自然、社會經濟及政策三方面歸納驅動因素。這三方面綜合作用于土默特右旗土地景觀格局演化。降雨量、氣溫等自然因素對研究區土地利用類型變化有一定影響，但相對較小；就社會經濟而言，產業結構調整轉型對土地利用方式有著直接影響；而政策因素對景觀格局演變起較強的主導作用。未來政府應繼續以生態文明建設為導向，堅持土地資源合理開發利用，強化土地管理，規范調整土地市場。強化土地利用法律法規，確保法律權威，監督懲戒土地破壞行為，完善公示制度與政府聽政制度。

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