運城市鹽湖區景觀格局演變及其驅動因素研究

王俊俊，王玲麗

（運城學院，山西 運城 044000）

土地利用與景觀格局變化對城市發展具有重要意義，是理解人類活動對城市生態系統功能、格局與變化機制的關鍵［1，2］。城市作為社會-經濟-自然復合生態系統，人口集中，社會、經濟、文化活動異常頻繁，已成為景觀格局變化劇烈的生態系統類型之一，因此，城市景觀格局的研究倍受關注［3，4］。通過對城市景觀格局的研究能夠探究景觀格局演變的內在規律和和驅動因子，為未來城市發展與規劃、可持續發展提供依據［5］。陳喜東等［6］對河谷型盆地城市蘭州市1995—2015年間景觀格局進行研究，結果表明，蘭州市建設用地擴張劇烈，生態用地退化明顯，景觀結構趨于單一。韓彤彤等［7］研究發現，自然因素、經濟因素與社會政策因素共同作用引起1997—2017年太原市城區景觀格局的變化。以往關于城市景觀格局的研究較多關注的是深圳［8，9］、上海［10，11］、北京［12，13］等大城市，對中小城市特別是內陸中小城市的研究較少。在新型城鎮化戰略背景下，亟需加強相關方面的研究。2014年4月，國務院批復《晉陜豫黃河金三角區域合作規劃》，要求努力把晉陜豫黃河金三角區域建設成為中西部地區新的經濟增長極和欠發達地區一體化發展、跨越式發展的示范區。山西省運城市鹽湖區作為黃河金三角區域的中心城市，是連接西部、挺進中原的“橋頭堡”，在中部崛起、西部大開發中具有突出的戰略地位［14］。近年來，運城市鹽湖區城鎮化發展迅速，城市景觀格局正處于快速演變與重構之中。因此，本研究以運城市鹽湖區為研究對象，定量分析運城市鹽湖區2008—2018年景觀格局演變特征及其驅動因子，以期為運城市鹽湖區土地資源優化配置、城市總體規劃與可持續發展提供依據。

1 研究區概況

鹽湖區位于34°48′—35°30′N，110°12′—111°41′E，地處運城盆地中部，為運城市市轄區，是運城市政治、經濟、文化中心，是晉陜豫黃河金三角區域的核心區域之一，下轄7個鎮、6個鄉、8個街道辦、305個行政村，截至2018年，總人口71.03萬人。鹽湖區東西寬41 km，南北長62 km，呈“L”型，地貌以東西走向的條帶高地與平原為主，海拔600～1 000 m。鹽湖區屬于溫帶大陸性氣候，光熱資源豐富，雨熱同季集中，年平均降雨量達560 mm，年平均氣溫13.6℃，主導風向為東南風。

鹽湖區土地肥沃，灌溉便利，是商品糧棉生產基地，豆類、油料、蔬菜、藥材等多種經濟作物的種植廣泛，生產效益高。截至2018年，全年糧食總產量154 240 t。鹽湖區工業基礎雄厚，形成了以化工、輕紡、食品、機械、冶金等為支柱的工業體系。2018年實現國內生產總值276.80億元，比上年增加12.5%，第一產業產值17.44億元，第二產業產值78.48億元，第三產業產值180.93億元，固定投資完成53.65億元，比2017年增長12.30%。

2 研究方法

2.1 數據獲取與處理

遙感數據來源于地理空間數據云Geospatial Data Cloud（http://www.gscloud.cn），本研究所使用數據是2008年6月4日Landsat TM遙感影像，2013年6月2日、2018年5月15日Landsat OLI遙感影像，其季相較為一致，研究區域無云層影響；運城市鹽湖區行政邊界矢量圖來源于全國地理信息資源目錄服務系統（http://www.webmap.cn）；鹽湖區社會經濟統計數據等。對Landsat遙感影像進行預處理，包括輻射定標、大氣校正、幾何校正、圖像鑲嵌與影像裁剪等。

2.2 景觀分類與遙感解譯

參照《土地利用分類（GB/T 21010—2017）》和《全國遙感監測土地利用覆蓋分類體系》，結合遙感圖像分辨率和研究區實際情況，按照便于區分識別和方便操作的原則，將研究區域的景觀類型劃分為耕地、林地、草地、水域、城鎮用地、農村居民點用地、其他建設用地7種。在此基礎上，采用最大似然分類與人工目視解譯相結合，生成2008年、2013年、2018年景觀類型分布圖（圖1），各景觀類型分類結果精度均在75%以上，精度結果能夠滿足本研究要求。

圖1 鹽湖區2008年、2013年、2018年景觀類型分布

2.3 景觀格局分析

景觀格局指數法是景觀格局分析的常用方法。景觀格局指數種類多且某些指數之間不滿足相互獨立的統計學性質、代表的生態學意義重復，所以選取景觀格局指數須相互獨立，又能反映不同的景觀格局內容［15］。通常對于景觀格局的分析至少應該包含3個方面：景觀個體單元的特征、景觀組分空間構型特征和景觀整體多樣性特征［16］。基于前人［17-19］的研究，選取斑塊密度（PD）、最大斑塊指數（LPI）、蔓延度指數（CONTAG）、香農多樣性指數（SHDI）、周長面積分維數（PAFRAC）5個景觀指數。其中，PD反映景觀破碎化程度，LPI判斷景觀的優勢類型或景觀基質，CONTAG反映研究區景觀中不同組分的團聚程度或延展趨勢，SHDI反映景觀的異質性與整體破碎化程度，PAFRAC反映景觀斑塊形狀的復雜程度與人為干擾程度［20，21］。運用Fragstats 4.0軟件進行景觀格局指數的計算，其計算方法參考相關文獻［20，22］。

2.4 景觀格局演變驅動力分析

景觀格局演變的驅動因子可以分為自然因子與人為因子2類，自然因子一般包括地形地貌、氣候、水文、土壤等；人為因子包括人口、經濟、政策、體制變革、技術進步等［23］。在較小的時空尺度下，自然因子相對穩定，對景觀格局演變影響較小，人為因子影響顯著［24，25］。限于研究區域和研究期限尺度相對較小，本研究僅將人為因子作為主要驅動力因子進行探討分析。

主成分分析法是基于降維的思想，在很少信息損失的前提下，把多個指標轉化為幾個綜合指標的多元統計分析方法［26］。各主成分之間互不相關，揭示變量之間的內在關系，使復雜問題簡化［27］。根據研究區實際情況和現有資料，基于2008—2018年運城市統計年鑒，選取10個與人為因子相關的指標，分別為總人口數、非農業人口數、人均地區生產總值、第一產業產值、第二產業產值、第三產業產值、糧食產量、城鎮居民人均可支配收入、農村居民人均可支配收入、社會消費品零售總額，利用SPSS 24.0軟件進行主成分分分析，提取特征值大于1的主成分，探究運城市鹽湖區景觀格局演變的驅動因素。

3 結果與分析

3.1 景觀格局特征分析

3.1.1 總體構成變化分析2008—2018年運城市鹽湖區景觀總體構成變化見表1。由表1和圖1可知，2008—2018年鹽湖區各景觀斑塊發生了較大變化。耕地面積表現為持續減少，但仍是研究區的主導景觀斑塊類型，10年間減少了6 092.01 hm2，占研究區總面積的比例從2008年的60.80%降低至2018年的55.80%。面積同樣呈減少趨勢的還有草地，減少了4 785.21 hm2。建設用地由城鎮用地、農村居民點用地和其他建設用地3部分構成，是研究區主要的景觀斑塊類型，其面積由2008年的15 138.90 hm2增加至2018年的22 917.98 hm2，占研究區總面積的比例增加了6.40個百分點，增長速率最快；建設用地中城鎮用地與其他建設用地面積均呈增加趨勢，農村居民點用地面積先增加后減少，總體呈現增加的趨勢。林地面積持續增加，水域面積總體變化較小，有進一步減少的趨勢。

表1 2008—2018年運城市鹽湖區景觀總體構成的變化

以上結果表明，2008—2018年運城市鹽湖區建設用地不斷向城北與城東擴張，實行“北進，東拓”城市發展政策，城鎮化速度加快。農村居民點用地前期出現一定程度的擴張，后期由于農村居民點整治工作，農村土地流轉、舊村改造等政策實施而出現下降。運城市實行退耕還林和荒山荒地造林政策，社會經濟發展與生態環境建設并重，全市森林覆蓋率由2013年的28.16%增長至2018年的29.40%［28，29］。

3.1.2 景觀斑塊類型面積流向分析2008—2013年、2013—2018年運城市鹽湖區景觀類型轉移矩陣見表2和表3。2008—2013年耕地面積凈減少2 772.18 hm2，主要流出為城鎮用地2 143.17 hm2、農村居民點用地1 697.13 hm2、草地1 144.98 hm2、其他建設用地1 077.75 hm2；草地面積減少，主要流出為林地和耕地；城鎮用地、農村居民點用地、其他建設用地面積增加，主要流入為耕地。2013—2018年耕地面積持續減少，凈減少3 319.83 hm2，減少速度變快，主要流出為建設用地、草地和林地；草地面積進一步減少，主要流向耕地和林地；建設用地面積凈增加4 058.34 hm2，其中城鎮用地、其他建設用地面積增加，主要流入類型為耕地，農村居民點用地面積減少，主要流出為耕地和城鎮用地。2008—2018年運城市鹽湖區景觀類型面積流向的總體變化是在耕地、建設用地、林地、草地之間相互流轉；耕地主要流向建設用地，是城市建設用地擴張的主要景觀類型；草地主要流向林地和耕地，林地面積不斷增加。研究區景觀格局變化后一階段較前一階段更為復雜和多樣，表明運城市鹽湖區景觀格局正處于不斷調整與優化的過程中。

表2 2008—2013年運城市鹽湖區景觀類型轉移矩陣 （單位：hm2）

表3 2013—2018年運城市鹽湖區景觀類型轉移矩陣 （單位：hm2）

3.1.3 類型水平上景觀格局指數分析由圖2可知，從斑塊密度來看，2008—2018年運城市鹽湖區耕地、草地、其他建設用地斑塊密度呈持續增加的趨勢，林地斑塊密度先降低后增加，總體呈增加趨勢，表明運城市鹽湖區耕地、草地、其他建設用地、林地分布趨于分散，破碎度增加。在經濟快速發展、城鎮化進程加快的背景下，道路與工廠礦區建設不斷展開且分布較散，導致其他建設用地破碎度增加，耕地主要被建設用地占用、分割，導致破碎度增加。城鎮用地斑塊密度持續降低，農村居民點用地斑塊密度先增加后降低，總體呈降低趨勢，表明分布趨于集中，破碎化程度減弱，這是由于鹽湖區城市建設發展以向北向東發展為主，構建北部新城與東部生態新城，總體建設較為集中；同時，鄉村振興、新農村建設、行政村合并等農村政策的實施改變了農村居民點用地無序擴張的狀態并且不斷優化。從最大斑塊指數來看，耕地、草地最大斑塊指數呈下降趨勢，其中耕地下降更為明顯，表明耕地受人類活動的影響增強，優勢度下降，異質性增強。城鎮用地、林地最大斑塊指數呈增加趨勢，優勢度上升、異質性降低；農村居民點用地最大斑塊指數先增加后減少，其他建設用地先減少后增加，水域略有增加，表明研究區內景觀斑塊受人類活動的干擾程度較大。

圖2 2008—2018年運城市鹽湖區類型水平上景觀格局指數變化

3.1.4 景觀水平上景觀格局指數分析由表4可知，2008—2018年研究區蔓延度指數呈減少趨勢，表明運城市鹽湖區景觀格局由團聚的大斑塊狀態向多要素的密集格局轉變，占主導優勢的景觀斑塊類型耕地連通度與延展性降低。周長面積分維數總體變化不大，略有升高，達到1.300 0，景觀斑塊處于不穩定狀態，斑塊形狀復雜性增強，受人為活動影響較大。2008—2013年周長面積分維數增加0.007 9，2013—2018年降低0.003 3，表明2008—2013年人類活動對景觀格局的影響相對大于2013—2018年。香農多樣性指數持續增大，研究期內共增加了0.127 1，表明研究區內景觀多樣性提高，破碎化程度變高，景觀結構復雜趨于復雜，耕地與建設用地、林地、草地等景觀斑塊所占比例差異縮小，整體景觀有向均質化方向發展的趨勢。

表4 2008—2018年鹽湖區景觀水平上景觀格局指數變化

3.2 景觀格局演變驅動力分析

通過SPSS 24.0軟件對選取指標進行主成分分析，結果見表5，提取特征值大于1的前2個主成分，其累計貢獻率達到98.52%。第一主成分與人口、社會經濟相關性較強，第二主成分與糧食產量相關性強，概括為農業結構調整與地區政策因素。

表5 驅動力指標旋轉后因子載荷矩陣

經濟發展、人口增長是運城市鹽湖區景觀格局演變的重要驅動因子。2008—2018年間鹽湖區地區生產總值由891 698萬元增加至2 768 379萬元，年平均增長187 668.10萬元；人均地區生產總值由13 562元增加至39 091元，年平均增長2 552.90元；工業生產總值增加127.80%，2013—2018年建筑業生產總值增加47.82%。工業與建筑業迅猛發展，對建設用地的需求迅速增加，同期建設用地面積由15 138.90 hm2增加至22 917.98 hm2，年平均增長777.91 hm2。人口是城市發展的基礎，2018年鹽湖區總人口相比于2008年增加11.80%，非農業人口增加25.87%，人口增加特別是非農業人口的增加導致城市居住用地、交通用地、商業用地等建設用地的擴張，進而引起其他景觀格局的變化。

此外，農業結構調整與地區政策因素是影響景觀格局演變的另一驅動因子。2008—2018年糧食產量總體呈下降趨勢，其中2013—2018年糧食產量由260 350 t下降至154 240 t，同期耕地面積減少3 319.83 hm2，林地面積增加1 086.93 hm2。這是由于運城市鹽湖區實行農業結構調整，大力種植經濟作物，發展設施農業，著力構建三大高效農業經濟帶，即以北山峨眉嶺栽植的干果、雙季槐、無公害果品為主的高標準生態經濟帶，以涑水河設施蔬菜、高檔花卉、優質水果為主的核心示范帶，以南山種植的泉水蓮菜、干果經濟林為主的觀光農業帶［30］；大力實施道路、綠化、水電等農業基礎設施項目，使部分耕地開始轉化為工礦用地、林地。運城市鹽湖區實行退耕還林、荒山荒地造林、天然林資源保護、封山育林等工程政策促使草地、耕地等向林地轉化，是林地景觀格局特征發生變化的重要原因。

4 結論

2008—2018年運城市鹽湖區景觀格局變化的特征主要表現為建設用地的快速增長，以耕地、草地為主生態用地持續減少，林地不斷增加，景觀格局趨于復雜和多樣，整體景觀有向均質化方向發展的趨勢，表明在城市化和生態文明建設的背景下鹽湖區正處于不斷調整與優化之中。經濟發展、人口增長、農業結構調整與地區政策是影響運城市鹽湖區景觀格局演變的主要驅動因子，特別是非農業人口增加，引起建設用地需求量增加，促使耕地、農村居民點用地等向建設用地轉化，農業結構調整，重點發展經濟作物、設施農業，加之植樹造林、退耕還林等地區政策的實施共同作用下導致林地景觀格局的變化。運城市鹽湖區在今后應進一步保護和增加生態用地，推進農業供給側結構性改革，協調優化城市建設、產業結構與農業發展布局，構建土地動態管理與監測系統，實現鹽湖區用地和空間資源的合理配置，促進可持續發展。