2000—2020年五蓮縣景觀格局動態變化及驅動力分析

摘 要：為明確五蓮縣景觀格局變化趨勢及驅動因素，給五蓮縣生態保護及經濟高質量發展提供參考，基于2000年、2010年和2020年五蓮縣遙感數據，利用隨機森林、景觀格局指數、土地利用動態度、轉移矩陣和SPSS相關分析法，揭示了2000—2020年五蓮縣景觀格局時空變化特征，并對驅動因素進行探究。經分析，得出以下結論。①五蓮縣土地利用類型以耕地和林地為主，研究期間耕地、林地和草地面積減少，未利用地、水域和建設用地面積增加，地類間的轉化主要發生在耕地、林地和建設用地之間。②五蓮縣土地利用總體破碎化程度降低，景觀形狀趨向復雜、分離度增大；耕地、林地和草地破碎化程度減弱，景觀形狀趨于簡單；水域破碎化程度增大，景觀形狀趨于復雜；未利用地破碎化程度降低，空間上趨于聚集；建設用地景觀破碎化和離散程度減弱，空間上趨于聚集。③五蓮縣土地景觀格局變化受到社會和自然因素的雙重影響，第二產業值是影響景觀格局最主要的因素。

關鍵詞：五蓮縣；景觀格局；轉移矩陣；第二產業值；SPSS

中圖分類號：P901；X171.1 文獻標志碼：A 文章編號：1674-7909（2024）3-124-6

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.03.030

0 引言

土地是人類生產、生活的載體，土地利用是人類通過社會實踐對地表進行有目的的經營和改造的活動［1］。景觀格局變化是土地利用變化在景觀生態學研究中的表達，區域景觀格局變化可以有效揭示區域生態情況及空間區域變化特征［2-3］。隨著經濟的發展、城鎮化進程的加快，社會發展與生態文明建設的矛盾愈發突出，景觀格局時空變化及驅動力分析逐漸成為眾多學者研究的熱點［4-7］。魏偉等［8］采用轉移矩陣和景觀格局分析法研究了東北“三區空間”20年間的空間演變特征，并利用地理探測器探究了驅動因素。楊珺等［9］基于1990—2020年臨汾市遙感影像，以土地利用程度、動態度、轉移矩陣及景觀格局指數為研究方法，分析了研究區域土地利用及景觀格局時空演變特征。李健明等［10］以1990—2020年黃河源區土地利用數據為基礎，采用景觀格局研究方法分析了研究區域景觀在類型和景觀水平的時空格局變化特征。蔣德平等［11］根據1990—2020年鹽城遙感影像，運用土地利用動態度及轉移矩陣方法探究了鹽城市30年間景觀格局變化特征。王詩琪等［12］使用地學信息圖譜、土地利用動態度和轉移矩陣等方法，揭示了六安市基于不同海拔的景觀格局空間變化特征。王暢暢等［13］基于1980—2015年安徽省土地利用類型數據，利用ArcGIS、Fragstats軟件定量分析了該省土地利用變化及景觀格局響應。劉冰等［14］基于1980—2020年黃河三角洲土地利用數據，定量分析了黃河三角洲土地轉移及景觀格局空間變化特征。回顧相關文獻發現，目前此領域研究尺度多集中在流域、省、市，研究方法集中在定量分析景觀結構及探討景觀格局特征上。但事實上，區縣級政府作為空間規劃及生態保護的具體責任單位，對景觀格局演變影響較大，而針對縣級景觀格局演變的研究較少。

此研究以2000年、2010年和2020年五蓮縣遙感影像為基礎，利用Arcgis和Fragstats軟件對2000—2020年五蓮縣的景觀格局變化進行研究，同時采用 Pearson 相關分析法定量分析其驅動因素，揭示研究區域景觀演變特征，為五蓮縣生態保護和經濟高質量發展提供科學依據。

1 研究區域概況

五蓮縣位于山東半島西南部（東經118°55′～119°32′，北緯35°32′～35°59′），全縣面積為1 497 km2，2020年全縣戶籍人口50.88萬人。五蓮縣屬暖溫帶大陸性季風氣候區，冬無嚴寒、夏無酷暑；地處魯東、魯中低山丘陵銜接處，主要地形為低山和丘陵（占比達到85.9%），平原地帶僅占14.01%。縣內膠新鐵路、京滬高鐵、濰日高速等穿境而過，毗鄰日照港、董家口港2個億噸大港，交通條件優越。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源與處理

數據選取2000年、2010年和2020年Landsat 8遙感影像，空間分辨率為30 m×30 m，利用ENVI軟件對3期影像進行輻射校正、波段運算、影像拼接和裁剪，采用隨機森林及目視解譯等方法將地類分為耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用地6類， 經計算3期數據Kappa系數分別為0.91、0.89和0.92（均大于0.85，滿足研究需要）。人口數據、城市化率、國內生產總值、第一產業值和第二產業值來源于《日照市統計年鑒》，氣溫和降水量等氣象數據來源于中國氣象科學數據共享中心。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用時空變化

借助Arcgis空間分析功能，對3期數據進行分析，以此得到研究區域各地類的時空變化特征。土地變化轉移矩陣是研究各地類之間時空變化的主要方法。土地利用轉移矩陣見式（1）。

式（1）中：A為面積，n為土地利用類型種類數，i、j分別為變化前和變化后土地利用類型。

2.2.2 土地利用動態度

對土地利用動態度進行分析，可以直觀地了解各地類變化情況和劇烈程度。土地利用動態度可以直觀地表達各地類的變化速度，計算公式見式（2）。

式（2）中：Ub和Ua分別表示區域地類研究末期和初期的面積，T為研究周期。

2.2.3 景觀格局分析

參考前人研究成果并結合五蓮縣實際情況，選取斑塊數量（NP）、斑塊密度（PD）、形狀指數（LSI）、分離度指數（SPLIT）、連通度指數（COHESION）、斑塊比例（PLAND）和香農多樣性指數（SHDI） 7個指標，利用Fragstats軟件分析景觀要素的數量、形狀和空間分布特征。

2.2.4 驅動力分析

為探究各因子對景觀格局演變的影響力，使用SPASS軟件并采用 Pearson 相關分析法定量分析景觀類型與影響因子間的關系，將主要影響因子進行線性回歸分析。

3 結果分析

3.1 土地利用變化分析

2000—2020年五蓮縣土地利用變化見表1。由表1可以得出，2000—2020年五蓮縣優勢景觀類型未發生變化，均以耕地和林地為主。2000—2020年，耕地面積持續減少，共減少25.10 km2；林地面積減少25.09 km2；草地面積減少33.77 km2 ；水域面積持續增加，共增加5.72 km2；隨著經濟的不斷發展、城鎮化進程的不斷推進，建設用地面積增加73.40 km2，總面積擴大了近一倍；未利用地面積增加4.85 km2。

利用Arcgis空間分析功能，生成2000—2010年和2010—2020年五蓮縣土地轉移矩陣（見表2），由此可以分析地類間的流轉情況。2000—2010年，耕地的流向主要為建設用地和水域，流向建設用地和水域的面積分別為96.54 km2和19.31 km2，兩者占耕地流出總量的90.84%；林地、草地、水域和建設用地流向耕地的面積分別占各自流出總量的73.60%、81.65%、83.33%和94.58%；未利用地基本保持原貌，流出量較少。與2000—2010年相比，2010—2020年各土地利用類型間的流轉熱度下降，主要表現為耕地與建設用地間的相互轉換，耕地流向建設用地的面積為20.79 km2、建設用地流向耕地的面積為10.31 km2，分別占各自流出總量的66.32%和93.73%；林地、草地、水域和未利用地轉出量較小，分別為6.65 km2、2.33 km2、3.76 km2和0.40 km2。

3.2 土地利用動態度分析

2000—2020年五蓮縣土地利用動態度見表3。由表3可以看出，2000—2010年耕地、林地和草地面積呈現負增長，利用動態度分別為-1.40%、-8.47%和-45.11%；水域、建設用地和未利用地面積呈增長態勢，利用動態度分別為12.27%、82.56%和109.10%。綜合來看，2000—2010年建設用地不斷擴張，部分耕地、林地和草地被占用，同時也造成了部分土地荒漠化。2010—2020年耕地利用動態度降低1.13%，水域和建設用地利用動態度分別上升1.32%和7.43%，林地、草地和未利用地利用動態度基本保持不變。與2000—2010年相比，2010—2020年除建設用地利用動態度變化較大外，其他地類利用動態度變化均較小，主要原因是土地集約利用政策制約了建設用地擴張，同時投入了更多的人力和物力用于生態保護。

3.3 景觀格局指數

2000—2020年五蓮縣景觀水平指數見表4。由表4可以看出，五蓮縣總體景觀的斑塊數量和斑塊密度先下降后基本不變，形狀指數和分離度指數持續上升，連通度指數和香農多樣性指數基本保持不變。這表明研究區域土地利用總體破碎化降低，人們在生產生活中對景觀格局的干擾度變大。結合五蓮縣丘陵、山地地形和景觀格局實際情況，耕地與林地為絕對優勢地類，工業化進程中不可避免地占用了平原地帶的耕地與林地，使得耕地和林地在斑塊數量和斑塊密度下降的同時景觀形狀趨向復雜、分離度更高。

2000—2020年五蓮縣景觀類型指數見表5。由表5可以看出，各地類景觀類型指數變化各異。耕地的斑塊比例、斑塊密度和斑塊數量持續下降，形狀指數、分離度指數和連通度指數持續上升，表明耕地的異質性和破碎化程度有所降低，景觀連通性增加的同時景觀形狀趨于分散和復雜。林地和草地的景觀格局指數變化主要集中在2000—2010年，期間林地和草地的斑塊比例、斑塊密度、斑塊數量和形狀指數出現不同程度的減少，分離度指數和連通度指數上升，表明林地和草地景觀破碎化程度減弱、景觀形狀趨于簡單，連通性增加的同時景觀離散程度加劇。水域斑塊比例、斑塊密度、斑塊數量和形狀指數持續上升，分離度指數和連通度指數持續下降，表明水域景觀異質性和破碎化程度增大、景觀形狀趨于復雜，景觀聚集程度減弱。建設用地斑塊比例和連通度指數持續上升，斑塊數量和斑塊密度先減少后基本保持不變，形狀指數先升高后降低，分離度指數持續降低，表明在土地集約利用與更加合理的規劃后，建設用地盲目擴張得到抑制，景觀破碎化和離散程度減弱（即更加趨于聚集）。未利用地景觀格局指數變化同樣集中在2000—2010年，未利用地除斑塊比例和連通度指數上升外，其他指數均出現不同程度的降低，表明未利用地異質性程度降低、空間上趨于聚集。

3.4 驅動因素探究

五蓮縣景觀類型與影響因子間的相關性見表6。由表6可以得出，耕地與農業人口呈正相關，與城市化率、生產總值、第一產業值等影響因子呈負相關；林地和草地與氣溫和降水呈正相關，與農業人口、城市化率、生產總值等社會因子呈負相關；水域、建設用地、未利用地與農業人口呈負相關，與城市化率、生產總值、第一產業值等因素均呈正相關；第二產業值與各地類均具有極強的相關性。

為進一步驗證各地類與第二產業值的關聯程度，得到回歸分析結果見表7。由表7可知，除耕地R2為0.825外，其余均在0.989及以上。綜合來看，第二產業值是影響景觀格局變化的最主要因素。

4 結論

研究基于2000年、2010年和2020年五蓮縣遙感數據，利用土地利用動態度、轉移矩陣和景觀格局指數等方法，揭示了2000—2020年五蓮縣景觀格局變化特征，同時使用SPSS軟件對景觀格局變化驅動因素進行探究，得到如下結論。

①2000—2020年五蓮縣優勢景觀類型未發生變化，均以耕地和林地為主。2000—2020年耕地、林地和草地面積減少，未利用地、水域和建設用地面積增加。地類間的轉化主要發生在耕地、林地和建設用地之間，研究期間建設用地增長近一倍。

②2000—2010年耕地、林地和草地利用動態度為負，草地利用動態度達到-45.11%，水域、建設用地和未利用地利用動態度為正，建設用地和未利用地利用動態度分別達到82.56%和109.10%。

③景觀格局指數方面，在景觀層次，五蓮縣土地利用總體破碎化程度降低，景觀形狀趨向復雜、分離度更高。在地類層次，耕地的異質性程度有所降低、景觀連通性增加；林地和草地破碎化程度減弱，景觀形狀趨于簡單的同時景觀離散程度加劇；水域破碎化程度增大、景觀形狀趨于復雜與分散；未利用地破碎化程度降低、空間上趨于聚集；建設用地景觀破碎化和離散程度減弱更加趨于聚集。

④五蓮縣土地景觀格局變化受到社會和自然因素的雙重影響，通過Pearson 相關分析法定量分析，第二產業值是影響景觀格局最主要的因素。

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