蘇錫常城市群土地利用沖突空間測度及異質性分析

邱國強, 牛 潛, 吳振華, 郭珊珊, 秦 琳, 汪應宏

(1.中國礦業大學 公共管理學院, 江蘇 徐州 221116; 2.中國礦業大學 經濟管理學院,江蘇 徐州 221116; 3.中國礦業大學 江蘇省資源環境信息工程重點實驗室, 江蘇 徐州 221116)

土地利用沖突是指各利益相關者，由于具有不同利用目標對土地利用的方式、數量等方面的不一致、不和諧，以及各種土地利用方式與環境方面的矛盾狀態[1]。當前我國正處在工業化與城鎮化快速推進、鄉鎮村空間轉型發展迫切的多重背景下[2-3]，生態環境遭到不斷惡化，土地利用沖突愈發明顯。為了獲取巨大經濟利益，加快土地開墾、擴張城鎮建設用地等土地利用競爭性行為會導致土地空間壓力增加、景觀生態穩定性降低、空間擾動性增強等一系列現象。在經濟發展新常態和建設“美麗中國”的要求下，如何穩定區域土地利用空間結構，科學化解土地利用沖突矛盾，優化空間資源配置成為當前學者們的研究重點。

有關土地利用沖突概念雛形最早出現在20世紀80年代的英國鄉村協會上，將“土地管理、土地利用關系與沖突”作為城市邊緣區學術討論會的5個主題之一[4]，從此國外學者們展開了對土地利用沖突及相關內容的研究熱潮，涵蓋了沖突的來源[5]、類型[6]、識別[7]、演變[8]及管理[9]5個方面。我國學者們對于土地利用沖突相關問題從2001年中國林業科學院召開的“自然資源管理和利用中的沖突管理方法”專題研討會后開始了廣泛而深入的研究。研究尺度上，涵蓋了國家、省、城市群、市域及礦區、縣域等多個方面[10-11]。從土地利用沖突的表現形式上來看，主要有社會經濟轉型及城鎮化導致的資源與環境沖突[12-13]、針對同一地塊不同用地方式的競爭[14]、土地生態系統空間格局遭到破壞而引發的生態風險沖突[15]等。針對不同種類的土地利用沖突所采用的識別方法也存在差異，目前主要研究方法以定量分析為主包括多目標評價法[16-17]、非合作博弈法[18]、地圖因子疊加法[19]、景觀格局分析[20]等。由于景觀格局分析是基于景觀指數采用數學建模的方法，能夠準確識別沖突位置，揭示土地利用空間沖突特征，而受到了廣泛關注。學者們大多從快速城鎮化地區出發，研究尺度上有長株潭城市群[15]等宏觀尺度或福建省平潭島[21]等中小尺度，通過以景觀指數表征的“外部壓力+脆弱性—穩定性”來實現土地利用沖突的綜合測度。盡管關于土地利用沖突的研究愈加受到學界重視，當前有關區域沖突的空間關系判定仍以傳統的增減量和數理統計為主，缺乏對于空間分異的研究，因此切實加強對區域內部的異質性和復雜關系分析，以因地制宜制定土地利用管控政策，對協調區域空間結構有著重要意義。

近30年來，蘇錫常地區從我國傳統糧食主產區轉型為高度集聚的城鎮化地區，人口大量積聚、資源環境利用緊張、區域生態環境風險劇增、土地利用沖突現象顯著，隨著長三角區域一體化發展規劃逐步上升為我國的國家重大戰略，蘇錫常地區可視為中國典型的快速城鎮化地區代表。基于上述分析，本文以城鄉融合化迅速發展、生態建設快速推進、土地利用面臨嚴峻挑戰的江蘇省蘇錫常城市群為例。基于景觀格局指數構建土地利用沖突指數綜合測度模型，對該地區1990—2018年的土地利用空間沖突進行定量分析，采用空間自相關分析法，識別不同沖突高、低值單元對鄰近單元的集聚和離散效應。對不同時期不同土地利用類型沖突結果進行分級分析，為區域生態環境保護、土地資源利用與規劃提供決策參考。

1 研究區概況及數據來源

1.1 研究區概況

蘇錫常地區(30°46′—32°04′N，119°08′—121°15′E)地處長江下游沖擊平原，包含了蘇州、無錫和常州3個市共計22個區縣行政單元。作為長江三角洲核心區域，蘇錫常地區地勢平坦，地理位置優越，生態系統類型復雜多樣。截至2018年底，蘇錫常城市群土地總面積為1 765 692.58 hm2，其中農用地711 499.86 hm2，建設用地481 278.6 hm2，分別占土地總面積的40.30%和27.26%。該地區擁有眾多河流水系，大部分地方河道縱橫，尤其以東部太湖平原地區最為密集；作為典型的平原河網地區，同時也是中國傳統糧食高產地，擁有著大面積高產田耕地；森林則主要在西部茅山和南部的天目山余脈附近聚集。近些年來，蘇錫常地區經濟發展迅速，蘇錫常都市圈作為江蘇省三大城市群，以全省約17%的國土面積，實現了約40%的GDP和地方政府財政收入。截至2018年底，地區常住人口已超2 200萬人，平均人口密度約為全國人口密度的8倍。經濟發展和人口壓力下，區域土地利用結構和空間分布發生了巨大變化，地區城市化進程迅猛，1990—2018年建設用地比重從7.52%上漲到27.60%，部分地區土地開發利用程度過高，對全省生態文明建設和可持續發展構成了威脅。

1.2 數據來源

本文研究數據主要包括1990年、2000年、2010年及2018年遙感影像數據，國家基礎地理信息中心1∶25萬數據庫的行政邊界、基礎地理信息數據，以及蘇錫常地區統計年鑒、政府公報等數據。其中遙感影像數據來源于美國國家航空航天局地球科學數據中心(https:∥earthdata.nasa.gov/)，主要包含Landsat TM/ETM/OLI系列產品，行列號為118，119，120/28，空間分辨率為30 m，云量均<0.1%，經過圖像鑲嵌、裁剪、幾何矯正等處理后，通過人機交互目視解譯及實地驗證，采用《全國遙感監測土地利用/覆蓋分類體系》(LUCC)分類系統，將全部的土地利用類型分為建設用地、耕地、林地、草地、水域及未利用地6大類。影像分辨率為30 m，Kappa檢驗系數均在85%以上，符合文章的研究要求，以1990年、2018年蘇錫常地區土地利用類型為例，見圖1。文中所有的空間地理數據均采用Albers Conical Equal Area投影坐標系，GCS_WGS_1984地理坐標系統，基準面為D_WGS_1984。

圖1 蘇錫常地區1990-2018年土地利用

2 研究方法

2.1 土地利用空間沖突測度指數構建

由于土地利用空間沖突的實質就是以土地利用空間沖突為縮影的各種利益矛盾和多種土地利用類型或者功能的演變[22]。而土地利用系統同時也具有復雜性、脆弱性和動態性等特點[23]，因此土地利用空間沖突需要從系統復雜性、脆弱性及動態性3個方面進行測算。蘇錫常地區作為典型的快速城鎮化地區城市群，為避免研究區區域空間單元過于破碎化，考慮到研究范圍、空間分辨率、空間斑塊和數據類型等多種因素的影響，本文參考彭佳捷等[15]的空間單元選擇方法，選擇2 500 m×2 500 m的空間網格作為評估基本單元。通過計算各個空間單元內的相關景觀生態指數，定量評價各空間單元沖突指數。參考以往的研究，在城市化進程中的空間沖突綜合指數水平可表示為：

SCCI=CI+FI-SI

(1)

式中:SCCI為土地利用空間沖突綜合指數;CI,FI,SI分別為空間沖突復雜性指數、空間脆弱性指數以及空間穩定性指數。各項指數均借鑒生態風險評估概念模型及景觀生態指數的方法,從景觀生態學的角度對區域內的空間單元沖突水平進行定量測度。

2.1.1 空間復雜性指數(CI) 城鎮化的快速推進使得土地利用變得更加復雜和破碎，導致了土地利用效率的低下和空間沖突的加劇。借用景觀生態指數中的面積加權平均拼快分形指數(AWMPFD)，用來反映景觀斑塊的空間復雜性，即鄰域景觀對當前空間景觀單元的干擾影響程度。一般來說，分維指數越大則表明景觀斑塊邊界越復雜，受人類活動干擾較小，而受人類活動影響大的地區分值較低。

(2)

式中:Pij為斑塊周長;aij為斑塊的面積;A為景觀中的空間單元總面積;m為研究區內評價單元總數目;n為土地利用類型的數目;1≤AWMPFD≤2。

2.1.2 空間脆弱性指數(FI) 脆弱性指數反映了土地評價單元的暴露狀況。由于作為風險受體的各個斑塊土地利用類型不同，其對于外部壓力的響應程度也存在差異。在不同階段土地利用類型對于外界干擾的抵抗能力如維持生態系統穩定、保護生物多樣性以及完善生態系統整體結構等方面也有著很大差別。為了反映土地利用空間單元對來自外部壓力和土地利用過程的響應差異，可用土地利用系統脆弱度—空間脆弱度指數(FI)來表示。

(3)

式中:Fi為各類景觀脆弱性指數;ai為單元內各類景觀的面積;S為景觀中的空間單元總面積;n為空間土地利用類型總數。Fi的具體計算方法見參考文獻[15],景觀脆弱度由強到弱依次為建設用地=5;水域=4;耕地=3;林草地=2;未利用地=1。

2.1.3 空間穩定性指數(SI) 土地利用空間沖突對于區域景觀格局的最主要影響就是使得景觀斑塊破碎化，點狀空間的集聚與密度增加、線狀空間的擴散與網絡化，進而導致面狀空間被分割。由于斑塊密度能夠顯示出在一定區域內部景觀的破碎程度，斑塊密度越大，表明區域內部的景觀破碎程度越大，區域生物多樣性和生態系統穩定性越低。因此，可以借鑒景觀指數中的斑塊密度，從負面反映區域景觀的穩定性。

(4)

式中：PD為斑塊密度;ni為各個空間單元內第i類空間類型的斑塊數目;A為各空間單元的面積。

為了計算方便，將(1)—(4)中的各個數值線性標準化到(0，1)范圍內，以便后續空間沖突指數測算。參考周國華等[24]的倒“U”型空間沖突軌跡模型，根據研究區空間沖突指數的累積頻率曲線分布特征結合等間距法，將土地利用空間沖突指數分為穩定可控(0.0，0.35)、基本可控[0.35，0.7)、基本失控[0.7，0.9)和嚴重失控[0.9，1)共4個空間沖突評價區間。

2.2 空間自相關分析

土地利用沖突作為典型的具有空間分異差異的變量，這種關系可以采用全局和局部空間自相關分析逐一確定。本文通過計算Moran′sI確定各個要素屬性與空間關系的乘積，用以判斷空間上的相關性，公式如下：

(5)

(6)

3 結果與分析

3.1 土地利用沖突動態特征分析

以2018年為例，根據公式(1)—(4) 計算得到蘇錫常地區2018年各景觀生態指數及土地利用沖突指數。空間復雜性指數反映了相鄰空間單元對當前空間單元的影響程度，由圖2可知，2018年研究區空間復雜性平均值為0.385，其中低值區域主要在城鎮建成區及連片水域范圍內集聚；高值區域則主要分布在城鎮化影響較小的耕地空間。空間脆弱性指數主要根據土地利用類型進行確定，由高到低依次為建設用地、水域、耕地、林草地和未利用地。研究區空間穩定性指數分布情況和空間復雜性相反，高值在城鎮空間和湖泊水域空間集聚，說明在土地開發利用類型難以發生轉變的地區其空間穩定性越高。綜合三項景觀生態指數結果，得到蘇錫常地區2018年空間沖突指數圖發現，城鎮化水平對空間沖突的影響顯著，在城鎮建設用地范圍內沖突指數較高，且隨著建設用地的擴張在城市邊緣地帶容易產生峰值。

圖2 蘇錫常地區2018年空間沖突指數類型

按照上述計算方法對蘇錫常地區1990—2018年不同時期空間沖突指數進行測算(表1)，結果表明：作為典型的經濟發展迅速、城鎮化進程快速推進的長三角城市群，蘇錫常地區空間沖突作用強度總體上呈現出上升趨勢，但仍然屬于基本可控范圍內。1990年、2000年、2010年、2018年研究區土地利用沖突的平均值為0.269，0.318，0.407，0.418。研究期間，穩定可控的比重呈現出逐年下降的趨勢，但仍維持在56.37%～81.24%，為整個研究區所有評價空間單元總量一半以上，在一定程度上反映出蘇錫常地區總體土地利用協調發展保持在相對穩定的環境中。基本可控類型的評價單元占比在研究期間有所上升，但是上升程度遠不及穩定可控下降的比重，同時失控類型(基本失控和嚴重失控)的空間單元占比呈現出明顯的上升趨勢，其中嚴重失控單元從1990年23個上漲至2018年68個，表明蘇錫常地區隨著生產生活空間的增加，土地利用矛盾開始加劇，并有著逐步擴大的趨勢。這些區域應是日后研究區域空間沖突調控的重點關注對象。

為進一步探究蘇錫常地區土地利用沖突的內部空間差異，采用ArcGIS 10.2對研究區沖突水平進行可視化刻畫(圖3)發現：1990—2018年城鎮邊緣區域空間沖突指數均較高，且沖突水平由基本可控逐漸上升到嚴重失控，明顯呈現出城鎮中心沖突水平基本可控，而城鎮周圍地帶基本失控單元數目增加，嚴重失控單元逐步擴散的趨勢。造成失控地區逐漸向周邊擴散的原因主要是由于這些邊緣地帶為城鎮用地與其他用地類型的交界處，對土地資源的競爭關系導致了空間沖突逐漸失控。自2003年，江蘇省正式確定蘇錫常都市圈的重大戰略后，研究區工業產業園地大規模建設，人類活動對生態系統干擾持續增強，導致空間沖突加劇。至2010年，大量處于可控區間的空間單元演變成了基本失控的空間單元，主要集中在蘇錫常都市圈核心區域的周邊地區。同時，受城鎮化迅速擴張和上海地區的影響，東部的昆山、太倉、常熟和張家港地區，基本失控的空間單元快速擴散，在空間分布上有著向蘇錫常城市中心匯合之勢。截至2018年可控級別范圍內的空間單元分布進一步萎縮，嚴重失控空間單元逐步擴散，表明蘇錫常地區在近18年內的沖突程度不斷加劇，且失控面積在不斷蔓延，由2000年的7.36%增加到2018年的17.01%。

表1 1990-2018年蘇錫常地區的空間沖突指數測度結果統計

圖3 蘇錫常地區1990-2018年空間沖突指數變化

3.2 土地利用沖突空間分異特征分析

對研究區1990—2018年5種不同土地利用類型分別進行空間沖突水平測度，統計結果發現(圖4)，不同土地利用類型沖突水平在空間構成上存在一定的差異。

耕地類型的空間沖突以可控級別為主，其中穩定可控和基本可控兩個等級比重均達到80%以上。研究期間，穩定可控級別由1990年的83.98%逐年下降到2018年的54.59%，其余3種級別均實現了不同程度的增加，其中基本可控級別上升了13.06%，基本失控級別上升了14.5%，嚴重失控比重在1990—2010年稍有上升，2010—2018年則維持在同一水平。結果表明耕地空間受城鎮化進程影響嚴重，隨著人類活動影響的不斷增強，尤其是建設用地的擴張，導致景觀破碎程度增加，空間格局穩定性不斷下降，空間沖突水平開始提高。

建設用地空間沖突水平和耕地空間相似，可控級別仍占主導地位。1990—2010年穩定可控級別下降25.19%，2010—2018年則基本保持不變；28年來蘇錫常地區建設用地空間中有較大部分比例的穩定可控空間單元向基本可控和基本失控單元進行轉變；嚴重失控級別在1990—2010年提升了2.63%，2010—2018年則下降了0.87%。總體來看，研究區失控空間單元從1990年的3.99%上升至2018年的18.29%。其原因主要是蘇錫常地區隨著長三角地區區域一體化的政策推進，土地利用結構劇烈變化，空間脆弱性指數相對較低，同時建設用地的集聚化導致了景觀破碎程度的降低，使得區域失控型空間單元有著進一步發展和激化的趨勢。因此，針對建設用地擴張的管控是緩解空間沖突的重點所在。

林草地的空間沖突級別變化幅度較小，以穩定可控類型為主。研究期間，可控空間單元比重均在85%以上，在研究區5種土地利用類型中較為穩定。1990—2010年，穩定可控級別減少了17.29%，基本失控級別增加了11.21%，而到了2018年，林草地空間景觀中出現了基本失控單元向可控單元轉變的現象，相比于2010年，基本失控單元下降了2.23%。說明2010年以來蘇錫常地區的開發建設占用林草地空間較少，生態保護得到了一定程度的重視，使得失控級別得到了控制。

水域空間的可控級別在5種土地利用類型中占比最高，均達到90%上下，其中穩定可控和基本可控處于一種“此消彼長”的狀態，而基本失控單元在2010年達到峰值11.31%后，在2018年又下降至8.16%。其原因主要有在太湖上游地區實施了嚴格的環境管制政策，包括“兩減、六治、三提升”專項行動方案和“江蘇省太湖水污染防治條例”等政府管控，因此蘇錫常地區快速城鎮化對該類景觀空間產生的干擾正逐漸變小。

整體來看，5種景觀類型沖突程度均集中在穩定可控和基本可控兩種等級上，建設用地沖突水平最高，其次是耕地，林草地和水域的沖突水平相當。不同土地利用類型的景觀指數存在很大差別，抗干擾能力也不同，參考景觀生態學的相關研究成果，這主要與土地利用類型所具有的綜合生態效益有關。由于建設用地的人為干擾程度較大，對周邊景觀破壞程度強，其空間格局變化引發的生態環境影響就相應較高，而在城市群內部核心地段和大面積水域中心區域，由于建設用地抗外界干擾的能力較強加上景觀單元的連片分布，其空間沖突水平較四周變低，這在一定程度上證明了研究成果的準確性。

圖4 蘇錫常地區1990-2018年不同用地空間類型的沖突等級變化

3.3 土地利用沖突空間自相關分析

由于景觀格局指數的分布容易受到不同地理因素的制約，土地利用沖突在不同地區、不同地類之間也存在著一定的空間差異性，這種空間關系可以通過全局空間自相關和局部空間自相關分析來逐一確定。對1990—2018年空間沖突結果進行空間自相關假設檢驗(表2)，4個時期的p值均小于0.01，Z值得分大于2.58，表明空間自相關置信檢驗的結果可靠性強，在置信度水平99%時，拒絕零假設，即不同單元的空間沖突水平并非呈現隨機分布的特點，1990—2018年蘇錫常地區土地利用空間沖突存在空間相互關系。全局Moran′sI結果顯示，不同時期空間沖突相關指數均為正值，且隨著時間的推移Moran′sI有著上升的趨勢，Z值得分也更大，表明空間單元在高值區域有著一定程度的聚類效應，屬性值大的區域會形成抱團趨勢。

表2 土地利用沖突全局Moran′s I

根據空間自相關分析的結果，區域某一屬性的空間演變往往會沿著：均衡、打破均衡、出現空間自相關、形成空間分形自組織的規律。為進一步探究不同等級沖突水平的空間單元與相鄰區域的集聚和離散效應，局部空間自相關的LISA圖見圖5。2000年之前，蘇錫常地區高值區集聚主要分布在蘇州市姑蘇區、無錫市梁溪區和常州市天寧區。在2000年后，在江陰、張家港、常熟及昆山市均出現了明顯的集聚現象，說明《長江三角洲城市群發展規劃》和江蘇省蘇錫常城市群發展定位所構建的空間布局對土地利用影響顯著。在兩個城市的邊緣地帶同樣容易出現空間沖突的高值聚集，如江陰市和張家港市城市中心為不顯著或者低—高值區域，而兩個地區接壤地帶卻表現出高—高集聚，這也與圖3的分析結果相吻合。對比4個年份的沖突高值集聚區域發現，沖突水平有著明顯的集聚和上升趨勢，高—高類型空間單元數目顯著增加。低值集聚區主要分布于蘇錫常地區西部溧陽市部分山地及水域周邊，由于這些地區土地通達條件對于城市擴張起到了一定的限制作用，同時遠離了上海核心都市圈的輻射，說明土地利用的結構性因素和城鎮化水平對于低值集聚區的影響較為明顯。總得來看，隨著城鎮化水平的提升，蘇錫常地區城鄉統籌化、城市群密集化發展趨勢明顯，沖突水平趨于高值的均衡狀態。

圖5 蘇錫常地區1990-2018年土地利用空間沖突局部自相關圖

4 結論和討論

4.1 結 論

本文從“外部壓力+脆弱性-穩定性”的角度出發，通過構建基于景觀指數的快速城鎮化地區土地利用沖突空間測度模型，對蘇錫常都市圈1990—2018年的空間沖突水平進行了定量分析，主要結論如下：

(1) 1990—2018年快速城鎮化進程中，蘇錫常地區空間沖突作用強度呈現出上升的趨勢，但總體上仍以可控范圍為主，4個時期比重均在80%以上。在2010年后，基本失控和嚴重失控級別的空間沖突區域面積開始呈擴散趨勢，失控區域開始出現由東北部的昆山、太倉、常熟及張家港地區向西南方向蘇錫常核心都市圈合并的現象，空間沖突形勢嚴峻，是政策調控的重點區域。

(2) 不同用地類型的空間沖突存在一定的差異，主要是由于不同開發類型的生態效益差異所導致。5種土地利用類型沖突程度均集中在穩定可控和基本可控兩個等級上，但在基本失控和嚴重失控水平上差異較大。其中，林草地和水域的空間沖突水平較低，以穩定可控類型為主，且在快速城鎮化進程中波動幅度較小，主要表現出穩定可控和基本可控類型空間單元“此消彼長”的空間關系，建設用地的沖突水平整體較高，且隨著時間的推移失控類型空間沖突單元有著進一步擴散和匯合集聚的趨勢。

(3) 蘇錫常地區土地利用沖突存在空間相互關系，高—高值地區主要分布在城市中心和兩個市區行政單元的接邊地帶，低值集聚區主要分布于部分山地及水域周邊。總的來看，蘇錫常地區作為多核城市群，城市群內部行政單元將會打破，開始向單核心發展。

4.2 討 論

本文將景觀風險評價方法運用于土地利用沖突研究，應用該模型進行沖突測算具有一定的準確性，但仍達不到精確定量化的程度，進一步分析發現，造成模型估算誤差的原因主要有兩個方面：(1) 蘇錫常城市群用地競爭關系激烈，其空間沖突不僅包括土地利用關系沖突，還涵蓋了社會、生態和經濟等多種復合沖突。(2) 僅從景觀生態角度進行空間測度，缺乏對經濟、社會等要素的考慮，相關指數的構建有待進一步完善。

本研究下一步將通過結合指標評價法等不同建模方法將多種影響因素納入評價系統，并建立調控方案，使得沖突結果更加可靠和全面。同時要深入加強對土地利用沖突作用機理的研究，由于土地利用沖突是復雜的“人—地”關系的結果，要揭示沖突強度的空間關系，需要對土地利用沖突的驅動因素進行定量分析，如探究沖突強度和城鎮擴張水平之間的強度關系，及這種數量變化的非線性測度等，進一步提高測算精度。