重慶市江津區河岸帶土地利用景觀格局研究

邸曉慧 蘇英慧 邸桃元 明弘 周寶同

摘要：基于重慶市江津區2010年、2015年、2018年3期土地利用景觀變化數據，結合聚類熱點分析、景觀指數分析、緩沖區分析3種方法，探討2010年、2015年、2018年重慶市江津區土地利用在河岸帶的分布特征和變化規律。結果表明，土地利用景觀多樣性熱點主要位于長江各支流沿岸，且在農村居民點附近分布較多，干流熱點分布較少;2010—2018年熱點數量逐漸減少，冷點數量逐漸增加，河岸帶景觀總體格局趨于簡單。隨著距河道距離的增加，耕地、林地和草地面積所占比例呈增加趨勢，建設用地表現為距河道越遠，面積所占比重越小，河流影響了河岸帶土地利用方式。2010—2018年間沿河道800 m緩沖帶內，耕地、林地、建設用地的最大斑塊指數、景觀形狀指數和景觀聚集程度持續增加，草地的最大斑塊指數、景觀形狀指數和聚集程度則略有減小，人類活動對河岸帶的影響日益增大。

關鍵詞：河岸帶;土地利用;景觀格局;江津區;聚類熱點分析;景觀指數;聚集度指數

中圖分類號： F323.211文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）07-0223-08

收稿日期：2020-07-22

基金項目：國家社會科學基金重大項目（編號：15ZDC032）。

作者簡介：邸曉慧（1994—），女，山西呂梁人，碩士研究生，主要從事土地利用與土壤環境相關研究。E-mail：2472554603@qq.com。

通信作者：周寶同，博士，副教授，主要從事土地利用與土壤環境相關研究。E-mail：379485639@qq.com。

土地利用/覆被變化是人類活動與自然環境相互作用最直接的表現形式[1]，是當前景觀生態學和土地變化科學研究的熱點與前沿問題[2]。近年來，隨著人類社會的進步和發展，環境問題日益突顯。土地利用過程是人與自然交互過程中最為密切的環節[3]，土地利用變化成為全球環境變化的重要組成部分和主要原因之一，成為可持續發展的核心問題，與人類生存息息相關[4]。

目前，國內外許多學者在土地利用景觀格局動態演變、驅動力分析以及土地利用變化的生態環境效應等方面進行了大量研究。李秀芬等對晉西北典型生態脆弱區土地利用變化及影響因素的研究結果表明，人口增加和產業經濟結構的改變及政策制度驅動了土地利用的變化[5]。劉亞茹等以河南省商丘市為例，研究華北平原農區土地利用變化對生態系統服務的影響，發現頻繁的人類活動會引起生態系統服務價值的顯著變化[6]。劉吉平等對三江平原土地利用景觀格局動態變化和驅動力進行分析，結果表明：人為因素特別是政策因素在土地利用變化過程中起關鍵作用[7]。劉金巍等研究了2000—2010年新疆維吾爾自治區瑪納斯河流域土地覆被變化及影響因素發現，流域的自然和社會經濟環境與土地利用變化密切相關[8]。丁麗蓮等的研究揭示，土地利用方式的變化對生態系統服務價值有重大影響，合理的利用方式下土地的生態系統服務價值會有所提高[9]。

目前關于土地利用景觀格局的研究，以流域和行政區界為例居多，而在有河流流經的城市中，河流對土地利用景觀格局的形成與演變有重要影響。河流兩岸的土地利用結構與遠離河流地區的土地利用結構是有區別的，空間尺度不同，河岸帶內各土地利用類型的利用率也不同[10]。當前把河岸帶土地利用景觀格局作為研究對象的研究較少，因此，本研究重點對比不同河岸緩沖分帶內的景觀分異性，探討該區土地利用在河岸帶的分布和變化規律，以期為合理利用重慶市江津區河岸帶土地資源提供可靠的依據。

1 研究區概況

江津區位于重慶市西南部（圖1），地處四川盆地東南邊緣，處于平行嶺谷褶皺丘陵區，土地面積3 218 km2，地勢南部和北部高，中部低，境內低山、丘陵較多[11]。區內河流均屬長江水系，有 127 km 長江黃金水道，長江、臨江河、塘河、壁南河、筍溪河、綦江河和驢子溪的流域面積均大于 200 km2，境內共27條河流，流域面積大于 30 km2[12]，水資源豐富，河流在城市發展中發揮重要作用。江津區氣候類型為亞熱帶季風氣候，夏熱冬暖，年平均氣溫18.4 ℃，年平均降水量 1 001.2 mm。江津區下轄5個街道，25個鎮，常住人口近140萬人，2018年地區生產總值達902.3億元，境內下游幾江街道、德感街道、雙福街道、鼎山街道國內生產總值（GDP）總值比上游塘河鎮、石蟆鎮、石門鎮等高，全區規模以上工業生產總值1 313億元，工業集中度達96.7%，雙福、德感工業園成為重慶市產業示范園。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

本研究所用土地利用現狀數據源于重慶市江津區2010年、2015年、2018年3期Landsat 陸地衛星TM數字遙感影像，空間分辨率為30 m，云量均在15%以下，采用監督分類對3期遙感影像進行初解譯，在初解譯基礎上結合江津區土地利用現狀圖和對應年份的影像進行修正，最終得到江津區2010年、2015年、2018年土地利用景觀類型圖（圖2）。

2.2 研究方法

2.2.1 河岸帶提取

本研究選取研究區內具有重要生態意義的長江為對象，在其垂直于河岸向外擴張800 m范圍內，設置100 m間隔的緩沖帶，將河岸帶等間距劃分為0～100、100～200、200～300、300～400、400～500、500～600、 600～700、700～800 m共8個不同分帶，在ArcGIS中運用空間分析工具，獲取8個緩沖帶的土地利用數據，分析河岸帶土地利用特征。

2.2.2 聚類熱點分析

聚類熱點分析用于研究局部空間單元和相鄰單元的某種屬性相關程度，從而識別空間集聚，利用空間聚類方法，可計算出研究區土地利用景觀多樣性的空間聚集統計熱點區域[13]，提取統計意義上的顯著性高值和低值空間聚類區，了解土地利用景觀多樣性在空間上的熱點和冷點[14]。斑塊多樣性、類型多樣性和格局多樣性是景觀多樣性研究的3種類型，其中類型多樣性關注的是不同景觀類型在數量上的多與少以及各自的面積占比情況，從而反映不同景觀類型的豐富度和復雜度[15]。本研究選取景觀類型多樣性作為熱點分析指標，每個空間單元的景觀類型數代表該單元的景觀多樣性，類型數越多，景觀多樣性越豐富，反之越單一。

本研究將江津區劃分為若干個大小相等的網格單元，然后統計每個單元對應的景觀類型數，每個網格內的景觀類型數作為其景觀多樣性值。對每個單元與臨近單元的景觀多樣性值的相互關系進行考量，高值顯著聚集區是某網格單元與相鄰單元的景觀多樣性值均為高值的區域，該區即為景觀多樣性在空間上的聚類統計熱點區，說明該區較其他區域有更多的景觀類型和更復雜的景觀結構，對研究區生態系統起到重要作用。

2.2.3 景觀格局指數的選取

隨著遙感、地理信息系統技術的進步和景觀生態學的發展，景觀格局指數為土地利用空間配置的量化研究提供了一種有效的方法[17-18]。本研究選取景觀形狀指數（SI）、最大斑塊指數（LPI）、聚集度指數（AI）3個指標對 0～800 m河岸帶土地利用景觀動態變化進行有效的闡釋（表1）。

3 結果與分析

3.1 河岸帶土地利用景觀多樣性熱點分析

依據王國杰等的研究，進行景觀多樣性空間采樣時，樣本網格大小為土地利用景觀圖斑面積大小的2～5倍，才能較好地反映采樣區周圍景觀的格局信息[19]。本研究根據重慶市江津區土地利用景觀類型圖，結合研究區實際情況，最終采用200 m×200 m的網格進行系統采樣，共劃分了362 156個網格作為研究單元。本研究采用莫蘭指數（Morans I）[16]測算3期土地利用景觀類型多樣性的空間自相關性（表2），再通過ArcGIS空間聚類熱點分析功能，對江津區各年份景觀類型多樣性進行熱點統計（圖3）。

由表2可知，Morans I指數均為正值，Z值得分較高且P<0.01，Morans I指數整體上是增加趨勢，證明景觀類型多樣性在空間上存在顯著聚類，且隨著時間變化，其空間集聚的趨勢增強。

由圖3可知，從流域尺度上看，研究期內景觀多樣性熱點分布較為分散，熱點主要分布在經濟不發達的上游地區，冷點主要分布在四面山景區和下游河岸帶兩側經濟發達的中心城區，熱點空間的分布與鄉鎮經濟發展狀況存在一定的相關性。從河流等級上看，熱點主要分布在長江支流沿岸，干流附近分布較少，江津區內長江干流航運發達，下游幾江、德感街道屬于中心城區，建設用地集中，單位面積內土地利用類型相對支流較單一;因此景觀類型多樣性熱點呈現出長江支流農村地區分布較多、干流分布較少的特點。從時間上看，研究期內江津區景觀多樣性熱點在數量上有減少趨勢，冷點有增加趨勢，一方面原西南部支流附近的熱點大量轉變為冷點;另一方面，德感街道附近及東北部支流附近的冷點數量增加，這主要是因為德感工業園、珞璜工業園等相繼建成使得局部建設用地面積迅速增加，這也印證了在這期間江津區工業發展迅速，周圍其他地類被侵占的明顯特征。

3.2 河岸帶土地利用景觀結構特征分析

鑒于河岸帶范圍內未利用地面積較小，變化幅度不大，對研究結果影響小，故本研究選取河岸帶內的耕地、林地、建設用地、草地4個地類景觀，分別從土地利用結構特征、土地利用優勢特征、土地利用斑塊形狀特征和土地利用聚集特征4個角度進行分析，利用fragstats軟件計算相關指數。

如圖4所示，2010年、2015年、2018年耕地在 0～100 m 的河岸緩沖帶內占相應河岸緩沖帶面積的比例最小，分別為32.24%、28.96%和30.38%;在100～200 m各緩沖帶內，3個時期的耕地所占面積比例迅速增加;在200～800 m的各緩沖分帶內耕地面積占比呈緩慢增加趨勢。3個時期中，2010年耕地在各河岸緩沖帶中的面積占比最大，2015年最小，2010—2015年驟減，2015—2018年有所增加，這主要與前期退耕還林強度較大有關。

林地在0～400 m河岸緩沖帶內面積占比呈增加趨勢，400～600 m林地面積占比除2010年外呈減小趨勢，600～800 m呈現增加趨勢，離河道越遠，林地面積所占比例越大。3個時期中，林地面積在各河岸緩沖帶面積占比從2010年至2018年逐時期遞增，且2010～2015年增加幅度較大，2015～2018年增加幅度較小，這主要與前期退耕還林政策實施力度大有關。

建設用地在0～100 m河岸緩沖帶內面積占比達到峰值，隨著距河道距離的增加，建設用地面積持續減少。這主要是由于江津區發展依附長江，工業園區、居民點、交通用地等都分布在近河岸地帶，人類活動頻繁，各種生產、生活設施都分布在此范圍內，因此，越靠近河流建設用地面積越大。

2010年0～800 m緩沖帶內草地面積比例最大，且離河流越遠，面積越大。而2015年、2018年草地面積在各分帶所占比例都遠小于2010年，說明2010年之后，0～800 m緩沖帶內大量草地被占用，用于城市建設。

由上述結果可知，0～800 m的河岸緩沖帶內，耕地、林地和草地面積所占比例均隨著距河道距離的增加而增加，建設用地卻表現為距河道越遠，面積所占比重越小，建設用地主要分在離河流較近的區域。

3.3 河岸帶土地利用景觀優勢特征分析

通過最大斑塊指數可對河岸緩沖帶內景觀的優勢度變化進行分析。由圖5可知，2010年的耕地最大斑塊指數明顯小于2015年和2018年，2010年耕地最大斑塊指數在0～300 m緩沖帶內迅速增加，300～700 m 緩沖帶內緩慢減小，700 m以后轉為緩慢增加，2015年和2018年耕地最大斑塊指數在0～800 m 緩沖帶上波動較大。

林地最大斑塊指數隨著時間的推移整體逐漸增加，2010年林地最大斑塊指數最小，在各緩沖帶內波動不大;2015年和2018年最大斑塊指數遠大于2010年，2015年林地最大斑塊指數在0～800 m的各緩沖帶內整體上增加，2018年林地最大斑塊指數在 0～200 m緩沖帶迅速減小到最低，200～600 m緩沖帶內基本穩定，600～800 m呈逐漸增加趨勢。

建設用地最大斑塊指數在3個時期內與其他地類相比，均最大。且2015年和2018年在0～800 m各緩沖分帶內的變化趨勢基本一致，0～200 m緩沖帶范圍內迅速減小，200～500 m緩沖帶內基本不變，500～800 m緩沖帶內緩慢減小。在時間尺度上表現為建設用地最大斑塊指數逐年增加。

草地的最大斑塊指數隨著年份增加表現為減小趨勢，2010年最大斑塊指數在3個時期中最大，且在0～800 m緩沖帶上波動明顯，而2015年和2018年在0～200 m緩沖帶內波動明顯，200～800 m 緩沖帶范圍內緩慢減小。

綜上可知，耕地、林地、建設用地的最大斑塊指數逐年增加，草地則逐年減小。河流對城市發展模式有明顯影響，能影響到河岸帶土地利用方式的變化。0～200 m緩沖帶內優勢景觀類型為建設用地和耕地，而在200～600 m緩沖帶內，距離河道越遠，建設用地的優勢度逐漸減弱，耕地、林地、草地景觀的偏離度均較小。在600～800 m范圍內，耕地、林地的最大斑塊指數有所增加，各景觀的偏離程度增大。

3.4 河岸帶土地利用景觀形狀特征分析

由圖6可知，在0～800 m各緩沖分帶內，耕地的景觀形狀指數基本不變，時間尺度上，耕地的景觀形狀指數逐時期增加。林地3個時期的景觀形狀指數隨著距河道距離的增加，變化趨勢基本一致，在100～200 m緩沖分帶內減小，200～800 m緩沖帶內趨于穩定，從時間上看林地景觀形狀指數也逐時期增加。建設用地的景觀形狀指數在2010年隨著距河道距離的增加而逐漸增加;2015年表現為離河道越遠，景觀形狀指數越小;2018年景觀形狀指數略有減小，總體上建設用地的景觀形狀指數2018年最大，2015年次之，2010年最小。2010年草地的景觀形狀指數明顯高于2015年和2018年，2015年和2018年景觀形狀指數基本接近但有減小趨勢。3個時期草地的景觀形狀指數在 0～800 m各緩沖分帶內基本穩定，波動較小。

綜上所述，耕地、林地、建設用地的景觀形狀指數逐時期增加，2010年最小，2018年最大;草地的景觀形狀指數在2010年最大，2015年和2018年均較小。

3.5 河岸帶土地利用景觀集聚特征分析

如圖7所示，在0～800 m分帶內，耕地的聚集度指數波動較小，100～200 m分帶內略有增加;從時間尺度上看，2018年聚集度指數最大，2015年次之，2010年最小，說明2010年耕地景觀主要由許多分散的小斑塊構成，此后在人為活動的干擾下，逐漸合并為較大的斑塊。200～800m緩沖帶上，林地聚集度指數波動變化不明顯，2010年和2018年在100～200 m分帶內有所減小，2015年在該分帶內聚集度迅速增加。建設用地聚集度指數在100～200 m 和600～800 m分帶內變化明顯，說明這2個分帶范圍內人類活動較頻繁。在200～600 m分帶內建設用地聚集度指緩慢下降，從時間上看，建設用地聚集度指數逐年增加，說明建設用地在不斷擴張的過程中有大量建設用地的小斑塊被合并到大斑塊中。草地的聚集度指數與其他地類不同，即隨著時間的推移，草地聚集度指數整體有所降低。

綜上可知，耕地、林地、建設用地聚集程度隨著時間的推移在增加，而草地的聚集度指數在降低，這主要是由于人類活動對建設用地、耕地和林地的影響程度比對草地的影響大，在人為干預下景觀斑塊由破碎分散布局變為集中布局，而草地在經濟發展中處于不斷被占用切割的地位，草地集中布局的格局被打破，因此出現了許多分散布局的小斑塊。

4 結論與討論

本研究運用遙感與ArcGIS相結合的手段，通過研究區2010—2018年土地利用景觀變化數據，以河岸帶0～800 m的緩沖區為研究對象，對河岸帶土地利用景觀動態變化進行分析，得出以下結論：

通過對重慶市江津區景觀類型多樣性熱點的分析得出，景觀多樣性熱點主要位于長江各支流沿岸，且在農村居民點附近分布較多，干流熱點分布較少。2010—2018年熱點數量逐漸減少，冷點數量逐漸增加，河岸帶景觀總體格局趨于簡單。分析河岸帶土地利用結構可知，隨著距河道距離的增加，耕地、林地和草地面積占比為增加趨勢，建設用地卻表現為距河道越遠，面積所占比較小，在 0～200 m 內，建設用地、耕地為絕對的優勢景觀，河流對城市發展模式有明顯影響，能影響到河岸帶土地利用方式的變化。分析河岸帶土地利用格局動態變化可知，2010—2018年，沿河道800 m緩沖帶內，耕地、林地、建設用地的最大斑塊指數、景觀形狀指數和聚集度指數逐年增加，草地的最大斑塊指數、景觀形狀指數和聚集度指數則略有減小，其優勢度、聚集程度不斷下降。本研究對8個緩沖帶的分析是針對整個長江干流河道的，未能考慮到不同河道段的異質性，實際上城市與農村地區會存在明顯的差異，而本研究受數據的局限性未能加以具體區分，這也是以后的研究中要進一步深入的方面。

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