成渝地區雙城經濟圈土地利用與景觀格局動態變化研究

孫貴艷，王傳勝 (1.重慶社會科學院生態與環境資源研究所，重慶 400020；2.重慶社會科學院生態安全與綠色發展研究中心，重慶 400020；.中國科學院地理科學與資源研究所，北京 100101)

土地利用變化是人類與自然相互作用的結果，是生態要素時空格局分析中的重要環節，是全球變化研究的熱點問題。隨著土地利用研究的深入，基于土地利用的景觀指數成為土地利用研究的重要方法，也逐漸由土地利用的數量、結構、時空變化延伸至景觀穩定性變化等方面，其中土地利用景觀格局變化及其影響因素成為研究的焦點。目前國內外學者主要利用土地利用動態度、轉移矩陣來分析土地利用的時空變化，運用斑塊類型水平、景觀水平的各項指數研究土地利用景觀格局變化。對于土地利用景觀格局變化，總結國內外研究發現，土地利用景觀格局變化驅動因素已成為研究的重點。土地利用景觀格局變化主要受氣候、地理位置等自然因素，以及人口、經濟、技術和政策等社會經濟因素的影響，且在較長時間尺度上是受自然因素和人為因素共同作用，在短時間尺度上主要受人為因素的影響。

成渝地區雙城經濟圈作為繼京津冀、長三角和粵港澳大灣區之后的第4個國家級經濟圈，地形條件復雜，生態環境脆弱，特別是西部大開發后經濟快速發展，城鎮化、工業化進程的不斷推進，以及退耕還林(草)等政策的實施，人類活動對自然環境的干擾不斷增強，必然導致該地區土地利用與景觀格局發生變化。鑒于此，該研究以成渝地區雙城經濟圈為研究對象，運用LUCC和景觀生態指數，以GIS技術手段為支撐，從土地利用變化速度、轉移方向、景觀格局指數和影響因素等研究成渝地區土地利用變化過程和景觀格局變化規律，以期為成渝兩地制定土地可持續發展、生態環境保護相關政策提供參考。

1 資料與方法

2020年1月中央財經委員會第六次會議提出，大力推動成渝地區雙城經濟圈建設。考慮到地區發展條件差異、地理差距等，在此確定成渝地區雙城經濟圈的范圍為四川省除阿壩藏族羌族自治州、馬爾康市甘孜藏族自治州、康定市涼山彝族自治州和攀枝花市以外各地市，以及重慶市全域，具體包括成都、自貢、瀘州、德陽、廣元、綿陽、遂寧、內江、樂山、南充、眉山、宜賓、廣安、達州、巴中、雅安、資陽共17個市，以及重慶市全部38個區(縣)，總面積26.37萬km。2019年，成渝地區雙城經濟圈常住人口達10 670.6人，占全國總人口的7.62%；地區生產總值達66 756.59億元，占國內生產總值的6.74%。成渝地區雙城經濟圈地處四川盆地、長江上游，地貌類型多樣，以丘陵為主，具有優越的地理位置、資源稟賦，經濟社會快速發展的良好條件，但也面臨城鄉建設用地的快速擴張、耕地的不斷流失，生態用地被大量擠占等問題。

成渝地區雙城經濟圈土地利用數據來源于中國科學院資源環境科學數據中心，是2000、2010、2018年的空間分辨率為30 m、綜合精度達95%以上的土地利用土地覆被遙感監測數據，其把土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用土地6類。成渝地區雙城經濟圈經濟社會發展相關數據主要來源于《重慶統計年鑒》(2011—2019年)、《四川統計年鑒》(2011—2019年)以及2020年重慶、四川各地級市的統計公報。

土地利用數量變化。運用ArcGIS 10.2對成渝地區雙城經濟圈2000、2010、2018年的土地利用數據，經空間分析和統計計算得到不同土地利用類型的面積和構成。利用單一土地利用動態度()來研究一定時間內某一類土地利用的面積變化快慢，表達式如下：

(1)

式中，為單一土地利用動態度；、分別為研究時段內初期、末期的某一類土地利用的面積；為研究時段。

利用綜合土地利用動態度(LC)來研究一定時間內整體景觀的變化情況，表達式如下：

(2)

式中，LU為研究時段內初期第類土地利用的面積；ΔLU-為研究時期內第類土地利用轉為其他類型土地利用的面積。

土地利用轉化方向。土地利用轉移矩陣主要是用來研究不同時期不同土地利用類型之間相互轉化數量與方向，具體公式如下：

(3)

式中，為研究時段內第類土地利用向第類土地利用轉化的面積，為前一時期的土地利用類型，為后一時期的土地利用類型；為土地利用類型的數量。

景觀格局的量化。景觀指數高度集合了景觀格局信息，可有效描述景觀格局及其變化，分析土地利用格局與景觀過程之間的緊密聯系。為了實現對景觀格局較為全面的分析，在類型水平和景觀水平上共選取了9個指標，其中類型水平上包括斑塊數量(NP)、斑塊密度(PD)、邊緣密度(ED)、聚集度指數(COHESION)；景觀層級指數包括斑塊數量(NP)、景觀形狀指數(LSI)、蔓延度指數(CONTAG)、香農多樣性指數(SHDI)、香農均勻度指數(SHEI)、聚集度(AI)。利用Fragstats 4.2軟件對2000、2010、2018年成渝地區雙城經濟圈的土地利用數據進行景觀指數的計算。

2 結果與分析

土地利用結構變化。成渝地區雙城經濟圈2000、2010、2018年土地利用狀況如表1所示。總的來說，2000—2018年各土地利用面積占比從大到小依次為耕地>林地>草地>建設用地>水域>未利用土地，其中耕地、林地面積分別占52%以上、32%以上，是優勢地類。從土地利用變化來看，2000—2018年成渝地區雙城經濟圈土地利用類型中耕地、草地的面積在逐漸減少，減少量分別為4 034.22、4 960.01 km，面積占比分別從54.10%、11.06%下降至52.60%、9.22%。隨著城市不斷擴展，國土綠色工程、三峽工程等的實施，林地、水域、建設用地的面積在逐漸增加，增加量分別為達3 924.69、636.65、4 326.30 km，面積占比分別從32.34%、1.20%、1.20%增加至33.81%、1.44%、2.81%。

通過測算，2000—2010、2010—2018年的綜合土地利用動態度分別為0.28%、0.64%，其中2010—2018年變化速率較快。從單一土地利用動態度來看，建設用地在2000—2010、2010—2018年的增加速率較快，其動態度分別達到6.69%、5.09%。

土地利用轉化過程。從成渝地區雙城經濟圈2000—2010年土地利用類型轉移矩陣(表2)可以看出，2000—2010年耕地是成渝地區雙城經濟圈土地利用的主要轉出類型，其次是草地、林地。受退耕還林(草)工程、天然林保護工程、公益林建設和自然保護區建設等實施的影響，成渝地區雙城經濟圈耕地面積減少中的61.85%轉化為林地、草地。林地是成渝地區雙城經濟圈土地利用的主要轉入類型，其次是耕地、建設用地，其中林地增加面積的51.59%、47.45%是分別來源于草地、耕地；耕地增加面積的64.19%、31.64%是分別來源于林地、草地，且隨著土地整治項目的實施，114.70 km的建設用地轉化為耕地。此外，隨成渝地區雙城經濟圈城鎮化、工業化進程的不斷加快，建設用地明顯擴張且侵占耕地，導致由耕地轉化為建設用地的占建設用地增加總面積的89.64%。

表1 2000、2010、2018年土地利用類型組成、動態度Table 1 Composition and dynamic degree of land use types in 2000，2010 and 2018

表2 2000—2010年土地利用類型轉移矩陣Table 2 Land use type transition matrix from 2000 to 2010 km2

從表3可以看出，2010—2018年成渝地區雙城經濟圈土地利用變化情況與2000—2010年的類似。耕地仍然是成渝地區雙城經濟圈土地利用的主要轉出類型。隨著新一輪退耕還林(草)工程的實施，耕地面積減少中的73.26%轉為林地、草地。同時，這一時段耕地成為成渝地區雙城經濟圈土地利用的主要轉入類型，來源于林地、草地的比例分別達到66.23%、22.24%。耕地仍然是建設用地的主要來源，其占建設用地增加總面積的比例達88.72%。除此之外，其他土地利用方式在2個時間段內也有不同程度的轉化。

表3 2010—2018年土地利用類型轉移矩陣 Table 3 Land use type transition matrix from 2010 to 2018 km2

斑塊類型水平上的分析。2000—2018年耕地、林地的斑塊數量(NP)、斑塊密度(PD)的數值較高，表明耕地、林地受人為干擾較為嚴重，破碎化程度相對較高。其中耕地的NP、PD起伏較大，呈現先下降后上升的變化趨勢，表明耕地的破碎化程度呈現先降低后增加。林地、草地、水域、建設用地的NP、PD總體均呈現上升的變化趨勢，表明人類活動干擾程度增強，林地、草地、水域、建設用地的破碎化程度在加劇。

從聚集度指數(COHESION)來看，成渝地區雙城經濟圈各類土地利用類型的COHESION均較高，景觀連通度較好。其中耕地、林地、建設用地的COHESION呈穩步增加態勢，水域COHESION呈先上升后下降的變化趨勢，斑塊間整體上更加連通；而草地的COHESION呈穩步降低態勢，未利用土地的COHESION呈先下降后上升的變化趨勢，斑塊間的連通度整體上有所降低。從邊緣密度(ED)來看，耕地、林地的形狀較為復雜，而水域、建設用地、未利用土地的形狀較為簡單。其中耕地的ED呈先下降后上升的趨勢，大體來說耕地的斑塊形狀趨于復雜；林地、水域、建設用地、未利用土地的ED均在逐漸上升，說明它們的斑塊形狀變得更為復雜；草地的ED在逐漸下降，斑塊形狀變得更為簡單。

表4 2000—2018年不同土地利用類型的景觀指數Table 4 Landscape indices of different land use types from 2000 to 2018

景觀水平上的分析。從表5可以看出，2000—2018年成渝地區雙城經濟圈的斑塊數量(NP)呈先下降后上升的態勢，前后相差不大，表明景觀破碎度總體上呈加劇態勢，但變化不明顯；景觀形狀指數(LSI)呈逐漸上升態勢，景觀形狀日趨復雜；蔓延度指數(CONTAG)和聚集度(AI)呈下降趨勢，同類土地利用的空間聚集程度越來越低，空間分布更加分散，而不同土地利用類型之間相互融合的越來越多；香農多樣性指數(SHDI)、香農均勻度指數(SHEI)呈逐漸上升趨勢，景觀的異質性在逐漸提高，景觀類型不斷向均衡和多樣化的方向發展，這有利于成渝地區生態系統的穩定性。

表5 2000、2010、2018年的景觀格局狀況Table 5 Landscape pattern in 2000，2010 and 2018

政策影響。國家、地方等不同層級的經濟、土地、環保、農業、水利等政策會影響區域土地利用景觀格局的狀態，對區域土地利用景觀格局變化起強制性作用。如按照國家的政策要求，成渝地區雙城經濟圈各市(區)縣陸續實施了國土綠化提升行動，開展了天然林保護、退耕還林(草)、國家儲備林、長江中上游防護林、長江上游消落帶生態修復治理、濕地保護與恢復、土地整治等一系列工程，逐步促進耕地、林地、草地、水域等各類土地利用類型的相互轉化，成為整個景觀生態格局的重要影響因素。如重慶市、成都市相繼被納入全國統籌城鄉綜合配套改革試驗區，加速推進成渝地區城鎮化進程，導致建設用地面積不斷擴大等；三峽工程修建完成及水庫蓄水以后，庫區部分城鎮建設用地因淹水轉變為水域，而庫區移民遷移引起新的農田開墾與建設用地需求，導致水域面積增加，耕地、林地與草地相互間的轉化及向建設用地轉化。

規劃影響。成渝地區雙城經濟圈各地區制定了不同級別不同類型的規劃，如五年規劃/計劃、城市規劃、土地利用總體規劃、《成渝城市群發展規劃》以及省、市、縣、鄉鎮規劃等，可能會引起不同地區的發展重點、發展方向存在差異，從而影響土地利用結構和布局，進而導致整體景觀發生改變。如城市規劃會對城市建設、城市擴張起到較好的引導和促進作用。再比如土地利用總體規劃是統籌城鄉用地布局、實施土地用途管制制度和最嚴格耕地保護制度的綱領性文件，通過對具體地塊數量、空間布局、時序安排等的管控，可以有效管控城市土地擴張強度。

社會經濟影響。人口增長、經濟發展、產業結構變化等社會經濟因素是影響土地利用景觀格局變化的另一主要因素。考慮到數據的統一性和可操作性，對2010—2018年成渝地區雙城經濟圈的常住人口統計發現，已由2010年的10 152.62萬人穩步增加至2019年的10 670.62萬人，年均增長率為0.57%；城鎮化率也由2010年的45.08%逐漸上升至2019年的58.57%(圖1)。人口的不斷增長勢必需要新的承載空間，增加糧食和資源需求，尤其是城鎮化水平的提高，勢必增大對建設用地的需求，推動建成區的擴張，不可避免地導致草地、林地逐漸被建設用地所侵占或被開墾為農田。同時，成渝地區雙城經濟圈的地區生產總值(GDP)不斷持續增長，由2010年的23 747.80億元增至2019年的66 756.59億元，人均地區生產總值也由23 390.81元上升至62 561.12元(圖2)，三次產業的比重也由12.00∶48.51∶39.49變為8.64∶38.29∶53.07。經濟的快速發展、居民收入的不斷提高以及產業內部結構的調整，居民對居住環境、生活品質的要求更高，必然帶來土地利用結構的轉化以及建設用地的擴展，進一步提升耕地的轉化速度。

圖1 2010—2019年成渝地區雙城經濟圈的常住人口與城鎮化率Fig.1 The permanent population and urbanization rate of the Chengdu-Chongqing Economic Circle from 2010 to 2019

圖2 2010—2019年成渝地區雙城經濟圈的GDP和人均GDPFig.2 The GDP and per capita GDP of the Chengdu-Chongqing economic circle from 2010 to 2019

自然條件影響。氣候是自然因素中影響區域土地發生變化的主要因素，對土地利用格局變化也具有較強的制約作用，而氣溫、降水又是氣候因素中的主要影響因子，通過限制植物種類及空間分布、農業生產數量與質量的重要因子，進而影響到土地利用的方式。成渝地區雙城經濟圈地處中亞熱帶季風氣候區，受到環繞山地地形影響，內部熱量不易擴散，其溫度、降雨量高于常規同緯度同氣候帶地區，特別是在全球氣候變化背景下，成渝地區雙城經濟圈暖冬、伏旱現象變得更為突出，暖濕的氣候促使轄區內不同類型植被的生長，使林地和草地面積增加，加之人類活動影響，林地、草地與其他土地利用類型之間的快速轉換，景觀生態特征也隨之改變。

3 結論

(1)從土地利用類型及其變化來看，成渝地區雙城經濟圈的優勢土地利用類型是耕地、林地。2000—2018年耕地、草地逐漸在減少，林地、水域、建設用地則在逐漸增加；耕地、林地、草地之間的轉移趨勢較為顯著；耕地一直是土地利用的主要轉出類型，林地則是土地利用的主要轉入類型，其中耕地是建設用地面積增加的主要來源；建設用地的增加速率較快，且2010—2018年土地利用變化較為明顯。

(2)從斑塊類型水平上分析，耕地、林地的破碎化程度較高，且除耕地的破碎化程度是先下降后增加外，林地、草地、水域、建設用地的破碎化程度均在加劇。所有土地利用類型的景觀連通度較好，且耕地、林地、建設用地、水域的景觀連通度有所提高，草地、未利用土地的連通度有所降低。耕地、林地的形狀復雜程度較高，除草地、未利用土地以外，耕地、林地、水域、建設用地的形狀則變得更為復雜。從景觀水平上分析，成渝地區雙城經濟圈景觀向更破碎化方向發展，但變化幅度較小，景觀形狀變得更復雜，同類土地利用的空間分布趨于分散，不同類型的土地利用融合程度更高，景觀類型分布趨勢呈均衡化，土地利用的豐富度也在增強。

(3)從土地利用景觀格局變化的驅動因素來看，政策的實施、各級各項規劃的引導、社會經濟發展以及自然條件的改變都是成渝地區雙城經濟圈土地利用景觀格局變化的主要影響因素。