江淮生態經濟區土地利用景觀格局時空變化

馬 帥, 程 浩, 林 晨, 王良杰

(1.南京林業大學 南方現代林業協同創新中心, 南京林業大學, 南京 210037; 2.江蘇省水土保持與生態修復重點實驗室,南京林業大學, 南京 210037; 3.中國科學院 南京地理與湖泊研究所, 南京 210008)

江淮生態經濟區作為江蘇省“1+3”重點功能區經濟區，在新時期整個江蘇發展的大布局中具有十分重要的地位。水資源是江淮生態經濟區的靈魂，河湖是其最大的資源優勢，然而2000年以來，江淮區域經濟發展水平較低，以圍墾/網養魚、圩田養殖、采砂等犧牲生態資源的方式來提高經濟發展，導致其湖泊面積持續減小，生態功能不斷下降。目前，國內學者對江蘇沿海地區和經濟發展迅速地區的土地利用變化研究較多[13-16]，而有關江淮生態經濟區近15 a來土地利用格局如何變化，各土地利用類型之間的轉化關系以及景觀格局演變是否具有梯度特征等問題尚值得探討。

因此，本文以江淮生態經濟區為研究對象，以2000年、2005年、2010年和2015年Landsat TM/OLI遙感影像為數據源，在對該區域進行土地利用解譯的基礎上，分析其土地利用變化和轉化關系，采用緩沖區梯度分析并結合景觀生態學進一步揭示江淮生態經濟區景觀格局的演變規律。這將有助于為江淮生態經濟區土地的合理利用、可持續發展和生態環境保護提供重要的參考。

1 研究區概況

江淮生態經濟區地處江蘇省中部偏北區域，包括宿遷、淮安兩個市以及寶應、高郵、建湖、興化、阜寧等5個縣市(圖1)，面積約26 916.4 km2。研究區西南部地勢較高，東部低，最高處海拔230 m，最低處海拔-22 m。平均溫度在15℃左右，多年平均降雨量900～1 000 mm，年日照時數2 100～2 400 h。據統計，江淮生態經濟區2000年有戶籍總人口1 435.88萬人，地區生產總值782.69億元;2005年有戶籍總人口1 513.67萬人，地區生產總值1 530.13億元;2010年有戶籍總人口1 537.97萬人，地區生產總值3 788.62億元;2015年有戶籍總人口1 590.82萬人，地區生產總值7 273.81億元。

圖1 江淮生態經濟區行政區

2 數據與方法

2.1 數據獲取與處理

本研究以江淮生態經濟區2000年、2005年、2010年和2015年Landsat TM/OLI為主要數據源(分辨率為30 m×30 m，地理空間數據云)，在人機交互解譯的基礎上，根據國土資源部修訂的《土地利用現狀分類》GB/T21010—2017以及江淮生態經濟區自然狀況，將研究區土地覆被劃分林地、草地、建設用地、耕地、園地、水域和其他用地7類。并對解譯結果進行精度評價，通過在區域內隨機選取200個樣點，記錄其解譯后的土地覆被類型，與野外調查結果并結合Google地圖影像合進行分析，進行精度驗證，發現精度均在90%以上，滿足本研究的需要。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用/覆被變化分析 為研究江淮生態經濟區土地利用時空演變過程，采用土地利用類型轉移矩陣等來解析土地利用變化，具體計算公式見參考文獻[17]。

2.2.2 建立緩沖區梯度帶 江淮生態經濟區水域面積大，河湖眾多，因此本研究以江淮生態經濟區洪澤湖中心、高郵湖中心和白馬湖中心構成的三角形中心為中心向外依次建立距中心40 km，80 km，120 km和160 km的4個梯度帶，并將各梯度帶與土地利用類型疊加，得到各梯度帶的土地利用類型圖。

2.2.3 景觀格局指數分析 景觀指數可以客觀反映景觀要素在空間上的分布，根據研究區的特點及需要，在景觀結構分析軟件Fragstats 4.2的支持下，選取斑塊數(NP)、斑塊密度(PD)、平均斑塊面積(MPS)、最大斑塊指數(LPI)、周長—面積分形維數(PAFRAC)、香農多樣性指數(SHDI)、斑塊所占景觀比例(PLAND)、蔓延度指數(CONTAG)和蔓延度指數(COHESION)共9個指標，計算整體景觀指數以及各梯度帶斑塊類型和景觀水平上的景觀指數[18]。

準確的產品定位。各城市應該在充分了解自身所處的區位特點、資源稟賦、歷史特色和文化風俗等情況下，找到自己獨具特色的優勢所在，以此確定節慶活動的主題和內容，也就是營銷的“產品”。比如青島的國際啤酒節是以啤酒為主題，融經貿、旅游、文化于一體的大型節慶活動，已經成為彰顯青島城市個性優勢與魅力的盛大節日。通過國際啤酒節這個亞洲最大的啤酒盛會，青島市與啤酒、啤酒節密切聯系在一起并植根于人們的腦海中。

3 結果與分析

3.1 土地利用/覆被變化規律分析

3.1.1 土地利用/覆被變化趨勢分析 從表1可以看出，耕地、建設用地和水域之和占比超過90%，因此江淮生態經濟區的優勢景觀主要為耕地、建設用地和水域。耕地以占比50%以上的絕對優勢占據江淮生態經濟區的主體地位。2000—2015年耕地和水域分別減少8.79%，0.74%，建設用地與林地分別增加8.44%，0.99%。耕地面積減少最多，減少2 366.45 km2，其中2010—2015年耕地減少最為明顯。建設用地面積占比逐年遞增，2015年面積為2000年面積的1.6倍。水域則經歷從收縮到擴張的過程，2000—2010年水域面積減少651.06 km2，而2010—2015年水域面積占比增加1.68%。

表1 2000-2015年研究區土地利用類型面積及其比例

2000—2015年研究區的景觀水平指數見表2，斑塊數量、斑塊密度、最大斑塊指數、周長面積分形維數和蔓延度指數降低，平均斑塊面積和香農多樣性指數增大，表明區域景觀破碎化程度減小，在空間上的集中化程度明顯，形狀趨向簡單化，復雜性降低，異質性程度提高，景觀類型趨向多樣化。

表2 2000-2015年研究區景觀水平景觀指數

3.1.2 土地利用類型轉化 表3反映出不同時間段各土地利用類型轉化關系，江淮生態經濟區各土地利用類型間的轉化以耕地、建設用地和水域之間的相互轉化最為顯著。2000—2005年主要表現為大量的耕地、建設用地與水域之間的相互轉化，少量耕地與林地之間發生相互轉化;2005—2010年土地利用類型轉換與2000—2005年相似，水域轉為耕地的幅度有所下降;2010—2015年土地利用類型轉換最為劇烈，大量的耕地與建設用地發生相互轉化，耕地向水域的轉化幅度有所增加，部分建設用地與水域發生相互轉換，少量建設用地轉化為林地。

表3 2000-2015年江淮生態經濟區土地利用類型轉移矩陣

2000—2015年大量的耕地轉變為建設用地，反映出江淮生態經濟區近15 a來經濟發展、人口增長較快，對耕地和建設用地的影響較大。隨著城市化的進程不斷深入，農民為了獲得更高的收入，大量農村人口流入城市，直接導致耕地大規模閑置[19]，人們在耕地基礎上開展了城鎮建設工作，比如道路建設、公共設施建設等，以及城鎮建設過程中進行了許多綠化措施建設，如公園廣場和街頭綠地等民生園林工程，進而導致建設用地面積的大量增加。15 a來耕地向林地的轉化幅度不斷增大，表明人們生態保護意識的加強，例如，河橋鎮黃龍村大量植樹造林導致耕地面積減少，林地面積增加[20]。

水域的轉出總量逐漸減小，轉入總量增加，由最初的凈轉出轉變為凈轉入，其主要轉入/轉出源均為耕地與建設用地。隨著人口的增長以及城鎮化進程的加快，不少水域被圍墾、圈圩和非法侵占開發。有研究指出2008年以來，違法建設侵占駱馬湖面積近1.33 km2，而近年來，洪澤湖非法圈圩面積高達52.67 km2[21]。圍湖造田、圍湖墾殖使得洪澤湖周邊區域水土流失嚴重，造成泥沙淤積，進而導致水域面積持續萎縮，生態功能下降。耕地與水域之間的轉換由最初的水域向耕地的凈轉入轉變為耕地向水域的凈轉入，從2006年開始，政府加大對洪澤湖水域的管理力度，積極開展“退圩還湖”工作，取得初步成效，清退非法圈圩，擴大了洪澤湖水域面積[22]。

3.2 景觀格局變化分析

根據以上研究結果，研究區優勢景觀主要為耕地、建設用地和水域，因此重點討論這3類土地利用類型的梯度變化。

3.2.1 耕地、水域和建設用地景觀格局動態變化 2000—2015年最大斑塊指數和連接度不斷減小，表明耕地的最大斑塊對整個景觀的影響逐漸減小，耕地的空間連通性降低(圖2)。從梯度帶來看，40～80 km梯度帶斑塊數量、斑塊密度、連接度指數不斷升高，最大斑塊指數和平均斑塊面積均降低，表明近中心區域耕地受人為干擾較大，破碎化現象嚴重。80～160 km梯度帶斑塊數量、周長—面積分形維數呈降低趨勢，最大斑塊指數不斷上升，連接度呈上升趨勢，說明耕地破碎度減小，受人為活動干擾，空間上的連通性較好。整體表明，距水域越遠，耕地破碎化程度越低，形狀趨向簡單。隨著城市化進程推進，零散耕地經過整合、流轉，集中連片，從而導致耕地形狀趨向規整。

水域的景觀指數變化不大，其斑塊數量和斑塊密度均降低，平均斑塊面積不斷增大，表明2000—2015年水域破碎度減小，相近較小的斑塊正不斷融合成較大斑塊，在空間上的集中化程度明顯(圖2)。40～120 km梯度帶最大斑塊指數、平均斑塊面積和連接度指數均減小，說明水域破碎化，連通性降低，其中80～120 km最大斑塊指數、平均斑塊面積和連接度降幅最大，表明人為干擾嚴重，表現為向外擴張的趨勢。120～160 km斑塊數量和斑塊密度減小，最大斑塊指數、平均斑塊面積和連接度指數增大，說明破碎度降低，空間上表現為集中化趨勢。2005年、2010年水域周長面積分形維數隨梯度帶不斷增大，表明其形狀趨于復雜。整體來看，水域在空間集中分布，隨梯度帶形狀復雜程度加劇。這主要是因為近中心區域的水域多為湖泊，湖泊的形狀較為規整簡單，中部區域多為興化市、高郵市和寶應縣河流、水庫和坑塘，水系眾多，破碎化程度高，邊緣區域水域占比極低。

圖2 梯度帶景觀類型水平指數變化

15 a來，建設用地斑塊數量與斑塊密度不斷降低，平均斑塊面積不斷增大，表明建設用地破碎化程度降低，人為干擾嚴重，小班塊融合成大斑塊，在空間上集中分布，反映出城市化進程加快(圖3)，尤其是宿城區和清江浦區建設用地聚集明顯。從第一梯度帶到邊緣，周長—面積分形維數呈降低趨勢，在120～160 km梯度帶降幅明顯，表明建設用地受到人為干擾，形狀趨于規則簡單。2010年建設用地從距中心40 km到160 km其連接度指數由99.63%下降到98.42%，其下降速率越來越快，表明建設用地呈現向外擴張的趨勢。2000—2015年最大斑塊指數在120～160 km梯度帶均呈增加趨勢，且增幅降低，說明邊緣區域破碎度減小，人為干擾程度加大。由此可見，建設用地多分布在距水域較遠區域，且受人為干擾較大，破碎度減小，形狀趨向簡單規整，集中分布。隨著經濟的快速發展，江淮地區的城鎮建設也呈快速發展態勢，2000—2005年宿遷中心城區延展范圍小，2005—2010年，中心城區擴張顯著，形態極不規整，2010—2015年中心城區全面發展，形態逐漸規整，集中形成敞開式片狀結構[23]?；窗彩性诔擎倲U張過程中不斷優化城鎮布局，合理調整產業結構，各類工業園區、工廠集聚效應明顯，居住地相對集中，形狀簡單化[24]。

3.2.2 景觀水平 在景觀水平上，近中心80 km以內區域，斑塊數量、斑塊密度和香農多樣性指數均升高，平均斑塊面積均降低，說明近中心區域受人為干擾明顯，破碎化程度升高，多樣性增加(圖3)。80～120 km梯度帶香農多樣性指數減小，蔓延度指數增加，由此可見，80～120 km梯度帶的多樣性降低，景觀連通性提高。120～160 km梯度帶多為耕地和建設用地，斑塊數量、斑塊密度、周長—面積分形維數和蔓延度指數減小，平均斑塊面積和香農多樣性指數增大，表明邊緣區域變化較為劇烈，在空間上的集中化程度更為明顯，形狀趨向簡單，景觀之間連通性降低，多樣性反而增加?？傮w表明，近中心區域以耕地和水域為主，景觀異質性降低，團聚程度高;80～120 km梯度帶多為耕地和城鎮用地，受人為干擾嚴重，多樣性降低，景觀連通性較好，邊緣區域趨于破碎化，形狀簡單化，多樣性增加。

圖3 梯度帶景觀水平指數變化

4 討 論

土地利用的變化與城市化、社會經濟的發展以及制度政策關系密切。耕地和建設用地的變化主要與人口的增加和經濟發展有著密不可分的關系。據統計，江淮生態經濟區城鎮化率由2005年的36%增長至2015年的58%，城鎮居民可支配收入2000年僅為5 364元/人，到2015年增長至25 169元/人，而農村居民可支配收入從2 962元/人增長至12 950元/人(表4)，表明城鎮居民生活水平提高顯著。隨著人口總量的增加，人口結構發生改變，非農業人口不斷增加，城鎮化率不斷提高，導致耕地面積持續減小，轉變為建設用地。農村居民收入在一定程度上也影響著耕地面積的變化。2000—2015年耕地始終占據江淮生態經濟區的主體地位，農民是區域人口的主體，農村居民的可支配收入呈上升趨勢。根據調查，農村居民收入來源以外出打工為主，不再依靠農業生產為此，因此導致耕地面積的減少，而外出打工的農村居民進一步帶動建設用地的擴張，使得部分耕地被占用。

從表4可以看出，江淮生態經濟區產業布局以第二產業為主，隨著時間的不斷推進，二、三產業迅速發展，第一產業占比呈下降趨勢。2000—2015年江淮生態經濟區地區生產總值迅速增長，經濟增長的態勢帶來了區域建設性投資，進而為城鎮擴張提供條件。城鎮居民生活水平的顯著提高以及二、三產業的迅速發展均增加了對建設用地的需求，進而加速了城鎮化的進程。而二、三產業的快速發展吸引更多的人來該地區工作，需要更多的建設用地來支撐，由此進一步推動建設用地的增加。耕地是江淮生態經濟區的優勢土地利用類型，其面積持續減少，但仍占據較高的比例，破碎化程度不斷降低，形狀趨向簡單，城鎮用地在空間上集中分布，呈擴張趨勢，因此要做好保護基本農田和控制城鎮擴張規模，加強維護自然生態系統的連接性。

表4 2000-2015年江淮生態經濟區經濟指標

水是江淮生態經濟區的靈魂，區域內擁有洪澤湖、高郵湖、駱馬湖和白馬湖等大型湖泊，水網密布、水資源豐富。2000年以來，隨著經濟快速發展，人口不斷增加，人們對耕地的需求日益增加，從而對湖泊進行圍墾、圈圩。過渡的圍墾、大面積的圈圩以及非法采砂活動導致湖泊大幅萎縮，泥沙淤積，水體富營養化，水質退化和生物多樣性降低等生態環境問題。自2006年以來，隨著政府退圩還湖和打擊非法采砂等政策的逐步實施，洪澤湖、白馬湖、駱馬湖和高郵湖的圍網圍墾養殖得到有序管理，非法采砂得到有效遏制，水域面積增加顯著，水質得到提高，生態環境有了極大的改善，地區生態環境安全得到保障。近15 a來，水域的破碎化程度加大，形狀復雜程度不斷增加，將對其生態系統服務功能造成嚴重的影響。

研究江淮生態經濟區的土地利用格局變化，吸取其經驗和教訓，以促進區域社會經濟和環境可持續發展。盡管退圩還湖等政策取得顯著成效，但江淮生態經濟區濕地萎縮、水域資源被過度占用、生態服務功能退化等問題仍然存在，將制約著區域生態、經濟的可持續發展。因此，加強水資源的保障和恢復顯得尤為重要。為保護區域水資源，統籌水資源、水環境和水生態系統治理，需采取以下生態發展對策:

第一、以洪澤湖、高郵湖、駱馬湖等“三湖”為核心，以京杭運河、通榆河、蘇北灌溉總渠、廢黃河“四河”為重點，構建水系主骨架。既加強湖泊濕地的岸線維護和植被恢復，也在南水北調東線工程的水質保障下，嚴格保護清水通道維護區，推進生態廊道建設，帶動生態空間整體修復。

第二、以南水北調東線輸水通道為骨架，以區域性骨干河道為基礎，以城鄉內河為補充，構架格局合理、互聯互通、功能完備、標準較高的疏水活水網絡。有效溝通水系，保障生態基流，保留和提升河道自然美，改善區域行洪、治澇、供水、活水條件。

第三、從湖泊面積、水環境安全、生態服務功能、人類活動影響等方面出發，多角度、長時序、多維度地開展“三湖”水資源水環境綜合評估，明確“三湖”的健康水平變化規律，也對圍網養殖、采砂、圍墾等關鍵人類活動對水域的影響進行定量化評估。以評估結果為依據，按照“一湖一策”原則，從水源涵養、生態清淤、湖濱帶景觀、人類活動限制區域劃定等方面制定水域保護方案，保護水生態系統完整性，確保良好的水質和生態服務功能。

5 結 論

(1) 耕地面積減少，建設用地面積持續增加，水域呈現先減少后增加的趨勢。土地利用類型轉換上，耕地、建設用地與水域三者相互轉化，流動性明顯。

(2) 耕地、建設用地和水域在空間上呈集中分布，隨梯度帶破碎度先升高后降低。耕地和建設用地隨梯度帶形狀趨于簡單，水域則趨于復雜。整體上景觀破碎度減小，形狀復雜性降低，景觀異質性程度提高，類型趨向多樣化。

(3) 城市化、經濟的快速發展和退圩還湖政策的實施是土地利用變化的主要因素，江淮生態經濟區呈現中心區域集聚明顯，邊緣區破碎化程度高的格局。

(4) 水資源的保護和恢復是區域未來可持續發展的主要任務。以水域為基礎，推進生態廊道建設，帶動生態空間整體修復。構架疏水活水網絡，制定水域保護方案，保護生態系統完整性，改善水質和提高生態服務功能。