昌江流域土地利用沖突時空演變及關鍵影響因子探析

陳理庭,蔡海生,2① (.江西農業大學江西省鄱陽湖流域農業資源與生態重點實驗室,江西 南昌 330045;2.江西農業大學富硒農業產業發展研究中心,江西 南昌 330045)

隨著社會經濟的轉型升級,土地資源的稀缺性和日益增長的多元化需求導致用地競爭加劇,引發了劇烈的土地利用沖突,國土空間發展面臨巨大的壓力與挑戰[1-2]。改革開放以來,中國社會經濟全面復蘇,城鎮化、工業化的步伐造成了土地利用空間格局失衡、耕地質量降低和生態用地流失等一系列矛盾[3-5],土地利用沖突問題日益嚴峻。目前,土地利用沖突已經成為社會經濟高質量發展不容忽視的絆腳石。實踐證明,土地利用沖突不僅會制約國土空間的協調發展,更是引起社會動蕩,威脅區域生態安全、糧食安全的重要原因[6]。因此,準確識別土地利用沖突發生位置,充分把握土地利用沖突時空分異規律,深入探析土地利用沖突驅動機理,對于國土空間協調發展與管理具有重要意義。

自1977年英國鄉村協會組織將“土地管理、土地利用關系與沖突”作為城市邊緣區學術討論主題之一[1]以來,土地利用沖突逐漸成為備受國內外學者關注的重要議題。相關研究主要集中于土地利用沖突識別、驅動因子和緩和治理等方面[7]。然而近年來,隨著社會、經濟和政策的不斷變化,土地利用沖突衍生出新內涵與新表征,包括土地生態系統空間格局失衡引發的生態風險[8]、用地主體追求自身利益最大化導致的土地資源利用的沖突[9]、資源開發與區域生態環境的不協調[10]等,這給識別土地利用沖突現象帶來了一定挑戰。針對土地利用沖突不同的內涵與外在表現,涌現出一系列沖突識別方法,其中,主要有博弈論[11-12]、壓力—狀態—響應模型[13]、多準則決策[14]以及景觀格局指數分析[15]等。景觀格局分析方法旨在揭示不合理土地利用結構給生態環境帶來的風險,從而準確識別土地利用沖突在空間結構上的特征,近年來受到了廣泛關注[8,16]。而在沖突成因與緩和治理方面,相關研究多以分析沖突影響因素為基礎,從而針對性地提出緩和策略,如土地整理、復墾等[17];另一些研究從權益競爭的角度揭示土地利用沖突形成過程,從而提出規劃管控、政府調節等措施[11,18]。然而,土地利用沖突驅動因子的選擇高度依賴于研究區特征,現有研究往往采用傳統的統計分析方法計算驅動因子與土地利用沖突的相關性來反映驅動因子的重要程度,尚未明確其中關鍵主導的影響因子,也未能揭示各要素是如何驅動區域土地利用沖突產生時空分異的內在機理。因此,土地利用沖突動態演變的驅動因子分析仍極具挑戰。此外,已有研究多選擇城市群[8,19]、縣區[20-22]等為研究區,聚焦流域單元的研究相對有限。流域作為生態系統的基本單元,水土資源優勢明顯,競爭也相對激烈[17],摸清流域的土地利用沖突分布規律有助于深入理解流域生態系統調節模式,能夠為流域空間緩和用地競爭、優化資源配置提供科學指導。

鑒于此,該研究選擇水土資源矛盾突出的昌江流域為研究區,旨在為流域土地利用沖突研究提供典型樣例。構建了以景觀格局指數為基礎的土地利用沖突量化模型,以表征2000—2020年土地利用沖突時空演變特征,通過重心-標準差橢圓方法把握其時空分異規律。運用隨機森林模型探析驅動土地利用沖突動態變化的關鍵影響因子,以偏依賴關系圖刻畫各因子對土地利用沖突強度的響應模式,提出昌江流域土地利用沖突和解對策,以期為研究區優化國土空間配置、緩解用地用水矛盾提供科學指導,對實現區域可持續發展具有重要意義。

1 研究方法與數據來源

1.1 研究區概況

昌江是鄱陽湖流域中饒河的雙干河流之一,發源于安徽省祁門縣大洪嶺、分水嶺等諸多山脈之間,河長約為253 km。以昌江流域(江西省境內)為研究區域(圖1),該區域總面積約為4 496.60 km2,涉及浮梁縣、景德鎮市區及鄱陽縣等。參考《江西河湖大典》,結合《景德鎮市志》,劃分昌江流域(江西省境內)上、中、下游。中、上游以山地丘陵為主,地形陡峭,下游以丘陵、平原為主,水系發達,地勢平緩,是重要的水源涵養區。該流域日照充足,水土資源相對豐沃,為區域農業發展提供了重要基礎。依托資源稟賦,昌江流域逐步建設了多個蓄水、引水工程,有效保障了農業生產。但隨著農藥化肥施用的增加,流域面臨著水質污染、環境破壞等問題[23],且由于流域靠近江河的一側地勢低淺,極易受到洪水等自然災害的威脅。據江西省氣象站、景德鎮水文局資料,自2000年以來,昌江流域水位線多次超過警戒線,尤其是自2010年以后洪水頻發,嚴重威脅區域居民生產、生活,造成重大財產損失[23]。由此可見,區域水土資源矛盾明顯,亟需得到重視,同時,快速城鎮化導致部分耕地、水域等轉化為建設用地,人口擴張帶來激烈的人地矛盾,土地利用沖突日益顯著。

圖1 研究區區位Fig.1 Location map of the study area

1.2 數據來源及預處理

2000、2010和2020年土地利用數據來源于全球地理信息公共產品(GlobeLand30,http:∥www.globallandcover.com),分辨率為30 m,利用ArcGIS 10.5平臺將其重新分類為耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用地6大類,便于后續研究。DEM數據來源于地理空間數據云(http:∥www.gscloud.cn),分辨率為30 m,并據此提取坡度數據。夜間燈光數據來源于國家青藏高原科學數據中心(http:∥data.tpdc.ac.cn),用以表征社會經濟發展狀況,分辨率為1 km。年降水量數據來源于國家科技基礎條件平臺——國家地球系統科學數據中心(http:∥www.geodata.cn),分辨率為1 km。人口密度數據來源于Worldpop網站(https:∥www.worldpop.org),分辨率為100 m。植被指數(NDVI)數據來源于中國科學院資源環境科學與數據中心(https:∥www.resdc.cn),分辨率為1 km。

1.3 土地利用沖突量化模型

土地資源具有數量有限性、開發利用方式多樣性等特點,區域內土地資源數量總是一定的,利益相關者傾向選擇對自己有利的方式進行資源利用,從而對土地資源形成競爭[1,24]。同時,空間功能的外溢性使得不同空間單元的功能定位相互影響,從而加劇了不同發展目標下土地資源開發利用方式間的矛盾[24-25]。綜合來看,土地資源有限性、資源開發競爭性和空間功能外溢性共同驅動著土地利用沖突的形成。生態系統空間格局失衡是土地利用沖突嚴重導致的負面效應之一[16]。土地利用沖突通過土地資源開發利用過程改變區域空間格局,進而影響區域原有的生態過程,改變自然地理環境。當這種變化超出土地生態系統耐受極限時,會引發如生態系統結構破壞、功能減弱、多樣性減少、脆弱性加劇、恢復能力下降等一系列生態問題,威脅區域生態安全,影響土地資源可持續利用[8]。因此,基于土地利用沖突對區域生態過程的影響,以生態風險大小表示沖突水平,從生態風險源、風險受體和風險效應3個方面構建土地利用空間沖突綜合量化指數[8,16,26](圖2)。

圖2 土地利用沖突測度原理與思路Fig.2 Principles and ideas of land use conflict measurement

風險源是空間單元面臨的外部壓力,空間單元的復雜性綜合體現了人為活動和鄰域其他空間單元的生態干擾影響程度,可用于表征土地生態系統所面臨的外部壓力[19]。風險受體指風險的承載體,受體對生態風險源的耐受性決定了生態風險發生的可能性,不同空間單元的脆弱度可以反映其在外界干擾作用下被破壞的難易程度[8]。風險效應指受體受到風險源干擾后的反應,資源開發利用對區域空間格局產生的最主要的影響之一就是空間破碎化,其是引起土地生態系統失穩的主要因素。破碎度越高,空間穩定性就越差,就越容易引起生態風險[8,27]。綜合上述分析,土地利用空間沖突水平可以被抽象概括為“復雜性+脆弱度-穩定性”,其計算公式為

ISCC=IC+IF-IS。

(1)

式(1)中,ISCC為土地利用空間沖突綜合指數;IC表示土地系統的復雜性;IF表示土地系統的脆弱度;IS表示土地系統的穩定性。

空間復雜性指數綜合考慮了空間單元受其周圍鄰域范圍內其他空間單元的影響程度,選用面積加權平均分維數(DAWMPF)測量景觀斑塊的空間復雜性,表征其面臨的外部壓力。該數值越高,預示著更高程度的土地利用沖突[8],復雜性(IC)計算公式為

(2)

式(2)中,Pij為斑塊周長,km;aij為斑塊面積,km2;A為景觀總面積,km2。

土地系統越脆弱,其抵抗外界干擾的能力就越弱。以景觀脆弱度指數衡量土地生態系統受到重大干擾后恢復的難易程度,脆弱度(IF)計算公式為

(3)

式(3)中,Fi為各類景觀脆弱度指數;ai為單元內各類景觀面積,km2;n為景觀類型數;S為移動窗口總面積,km2。根據研究區2000—2020年土地利用動態變化特征,結合相關參考資料[8,19,27],將建設用地、水域、林地、耕地、草地和未利用地6種土地利用類型的脆弱度指數分別設定為1、2、3、4、5和6。

一般來講,空間單元越破碎,其空間穩定性就越差[19]。選取景觀破碎度指數作為空間單元穩定性的負向衡量指標,穩定性(IS)計算公式為

DP=ni/A

IS=1-DP。

(4)

式(4)中,DP為景觀破碎度指數,km-2;ni為景觀單元內斑塊數量;A為各景觀單元面積,km2。

景觀格局指數對空間尺度具有明顯依賴性,考慮研究區范圍、數據分辨率等情況,參考相關研究[8,28],最終選擇1.5 km×1.5 km的移動窗口計算上述指標,對比不同景觀粒度下常用景觀指數變化情況(表1),基本上在粒度為90 m時出現明顯轉折或趨于穩定。為盡可能減少景觀信息損失,選取90 m為最佳分析粒度。上述指標經歸一化處理后其值處于0～1之間。

表1 常用景觀指數隨分析粒度的變化Table 1 Variation of common landscape indices with analysis particle size

1.4 重心-標準差橢圓分析

重心-標準差橢圓分析是一種探討地理要素空間分布的分析手段,其中,重心坐標表示要素的主要空間位置,旋轉角表示要素的移動趨勢,長、短軸標準差表示要素在長、短軸方向上的離散或聚集趨勢[29-30]。計算公式及其含義參見文獻[29]。

1.5 隨機森林模型

2001年BREIMAN[31]首次提出隨機森林模型。作為一種基于決策樹組合的集成學習算法,隨機森林模型具有精度良好、運行速度快和可解釋性強等優點,尤其在分類和回歸問題上,展現了較強的性能[32]。在進行回歸分析時,不需要考慮傳統模型面臨的多元共線性問題,對離群值不敏感,同時可比較多個變量之間的重要性程度,從而識別關鍵變量。模型表達式為

(5)

式(5)中,mi為變量Xi對模型的貢獻度;n為回歸樹數量;SXi為回歸樹構造的隨機森林模型中被Xi分裂的節點集合;G(Xi,ν)為Xi在節點ν處的基尼信息增益。

1.5.1模型樣本選擇

將土地利用沖突識別結果以及可能的影響因子作為隨機森林模型的樣本輸入,綜合現有研究,考慮昌江流域特點,選用水資源條件、夜間燈光指數等指標。夜間燈光指數指區域夜間燈光平均指數,代表燈光像元的平均值,用以表征社會經濟發展水平。具體指標見表2。

表2 隨機森林模型變量選擇Table 2 Random forest model variable selection

1.5.2模型參數設定及訓練模擬

基于R語言的randomForest包進行回歸分析,經過多次學習曲線調試,考慮運行效率,設置參數ntree為100,mtry為3,其余參數保持默認,此時誤差率遠小于0.004,且趨于穩定(圖3)。選取樣本點為554 408個,隨機將其中70%作為訓練集,30%作為測試集,以均方根誤差(RMSE)和擬合優度(%Var explained)評價模型預測的準確性,以精度平均減少值(%IncMSE)衡量特征變量的重要性程度。

圖3 樹的數量與誤差趨勢Fig.3 Number of trees and error trend

2 結果與分析

2.1 昌江流域土地利用沖突時間演變特征

土地利用沖突指數分布和空間沖突呈現顯著倒“U”型演變規律[24],將土地利用沖突程度劃分為穩定可控、基本可控、基本失控和嚴重失控4個等級(表3)。2000、2010和2020年昌江流域土地利用沖突指數均值分別為0.502、0.486和0.488,呈現先緩和后小幅度增強的規律,但3個時期總體處于基本可控級別。在3個時期內,昌江流域基本失控和嚴重失控級別占比均呈現先下降后增加趨勢,而穩定可控級別占比正好相反。同時,基本可控級別占比持續增長,由60.87%上升至63.39%,上升2.52個百分點。這表明在研究時段內昌江流域土地利用沖突處于不斷波動中,且2000—2010年波動程度顯著高于2010—2020年。2000年以后,昌江流域社會經濟增長帶來了強烈的人為干擾,針對土地資源如何分配利用的問題各持己見,用地矛盾顯著。至2010年,土地利用方式基本定型,土地利用沖突有所緩和。自此,昌江流域步入平穩發展期,土地利用沖突小幅度波動。2020年,昌江流域處于基本失控和嚴重失控的區域占比有所增加,總占比為11.78%,針對這些區域仍需嚴格管控,防止土地利用沖突進一步蔓延。

表3 2000—2020年昌江流域各等級土地利用沖突統計Table 3 Land use conflict statistics by class in the Changjiang River Basin from 2000 to 2020

2.2 昌江流域土地利用沖突空間分異規律

2000—2020年昌江流域土地利用沖突分布見圖4。

圖4 2000—2020年昌江流域土地利用沖突分布Fig.4 Distribution of land use conflicts in the Changjiang River Basin from 2000 to 2020

由圖4可知,2000—2020年間,昌江流域土地利用沖突空間分異特征明顯:一方面,沖突高值區主要集中在流域中下游,該地區地勢平坦,人類活動頻繁,人為干擾因素強烈;另一方面,沖突高值區呈現圍繞城區分布的格局,表明城區連續擴張對其周邊區域造成了巨大壓力,兩者形成了強競爭關系,城鄉交錯帶沖突顯著,而城區本身不太可能發生較大變化,沖突并不劇烈。此外,昌江流域土地利用沖突沿水系兩側高值集聚,表明水資源作為維持生產、生活和生態穩定的重要基礎,在開發利用土地的過程中是必須考慮的要素,水資源獲取便利性是引起土地利用沖突的重要原因。

從地帶分布來看,2000—2020年昌江流域上、中、下游土地利用沖突均值分別為0.427、0.606和0.481,整體呈現出中游>下游>上游的空間分布格局(表4)。

表4 2000—2020年昌江流域上、中、下游土地利用沖突Table 4 Intensity of land use conflicts in the upstream, midstream and downstream regions reaches of the Changjiang River Basin from 2000 to 2020

表4顯示,在研究期內上、中游沖突強度變化相對穩定,下游有所下降。這反映出中游地區作為主要城區聚集地,建設用地快速擴張加劇了城鄉過渡帶的土地利用沖突。反之,下游區域作為主要耕作區,由于永久基本農田保護紅線的限制以及近年來農村人口流失[23],沖突強度有所下降。然而,2010—2020年間上游地區沖突強度出現了小幅度上升,需要防止人為破壞上游區域良好的生態屏障。

重心-標準差橢圓分析結果(表5、圖5)表明,2000—2020年穩定可控級土地利用沖突重心均位于流域中游,存在先向西南方向后又回升的移動趨勢,2000—2010年移動4.86 km,2010—2020年移動2.37 km,表明該級別土地利用沖突并不穩定,有沖突加劇的風險。基本可控級土地利用沖突重心均位于流域下游區域,存在向中、上游偏移的趨勢,但移動距離不大,總體持續北移。基本失控級土地利用沖突變化較大,2000—2010年沖突重心先急劇向下游偏移,移動距離為5.09 km,2010—2020年轉向中上游,偏移5.02 km,最終2000、2020年沖突重心位置靠近,均位于流域中游。嚴重失控級土地利用沖突均集聚在流域下游,呈波動扭轉式下降的移動特點。

表5 昌江流域土地利用沖突分布格局重心和標準差橢圓參數Table 5 Center and standard deviation ellipse parameter of the distribution pattern of land use conflicts in the Changjiang River Basin

圖5 昌江流域土地利用沖突重心軌跡與標準差橢圓Fig.5 Land use conflicts center trajectory and standard deviation ellipse in the Changjiang River Basin

2000—2020年昌江流域土地利用沖突空間分布均以西南—東北方向為主導。穩定可控級標準差橢圓面積變化不大,其長、短軸標準差呈現先下降后上升的趨勢。基本可控級標準差橢圓長、短軸標準差在不斷增加,其面積不斷擴大,且轉角先波動下降,最終升至42.07°,整體呈逆時針轉動,表明該級別呈現出愈發顯著的西南—東北方向空間格局。基本失控級土地利用沖突與基本可控級保持一致,但其轉角先增加后減少至46.15°,整體標準差橢圓面積維持穩定。嚴重失控級土地利用沖突X軸標準差不斷下降,轉角呈現波動上升后降至40.05°的逆時針轉動特點,表明此級別土地利用沖突存在南北集聚趨勢。

2.3 昌江流域土地利用沖突強度關鍵因子分析

通過隨機森林模型識別昌江流域2000—2020年土地利用沖突動態演變的關鍵驅動因子,模型擬合優度(%Var explained)達到97.82%,同時預測誤差(RMSE)為0.059,表明模型在昌江流域適用性較高,能較為準確地反映區域土地利用沖突演變的關鍵因子。模型提供兩種方式評估影響因子的重要性程度,分別為精度平均減少值(%IncMSE)和節點不純度平均減少值(IncNodePurity)。前者用于度量各特征變量對模型預測精度的影響,后者基于訓練集計算殘差總和及平均值以反映每個特征變量在節點分裂時的不純度減少值,其通常建立在過擬合模型上[33],因此選擇前者(%IncMSE)對土地利用沖突驅動因子進行重要性排序(圖6)。

A～K依次為距主要道路距離、年均降水量、人口密度、距主要水系距離、歸一化植被指數、夜間燈光指數、距農村居民點距離、距城鎮距離、高程、距工礦用地距離和坡度。圖6 2000—2020年昌江流域土地利用沖突關鍵因子重要性排序Fig.6 Ranking of the importance of key land use conflict factors in the Changjiang River Basin from 2000 to 2020

結果(圖6)表明,距主要道路距離、人口密度等社會人為干擾和年均降水量、距主要水系距離等水資源條件是引起土地利用沖突動態變化的關鍵因素,其中,距主要道路距離占據主導;其后依次是歸一化植被指數(NDVI)、夜間燈光指數和距農村居民點距離,3者重要性程度相差不大;最后是距城鎮距離、高程、距工礦用地距離和坡度。

究其原因,人類社會進行一系列生產生活活動高度依賴道路的通達度,道路是進行物質運輸、交換的重要紐帶,然而其建設往往會帶來高強度的人為干擾,可能會影響周邊生態系統格局[16]。此外,自然災害,如山洪也是引起土地利用沖突的重要因素之一[15]。昌江流域多為山地丘陵,水系廣布,高降水量容易誘發山洪、滑坡等自然災害,同時,流域內大量農用地、建設用地和生態用地沿水系分布,對水資源均有較強依賴,用水矛盾顯著,這是水資源條件影響位居前列的重要原因。

為進一步闡明各因子影響土地利用沖突的程度,利用偏依賴關系圖刻畫各因子對模型輸出值的邊際響應(圖7)。具體分析結果如下。

圖7 2000—2020年各影響因子對昌江流域土地利用沖突強度的影響程度Fig.7 Degree of influence of each influencing factor on the intensity of land use conflicts in the Changjiang River Basin from 2000 to 2020

(1)區位條件。距主要道路距離對土地利用沖突強度的影響呈現急劇波動至平穩的趨勢。道路距離代表著交通通達度與用地便利性,一般而言,距道路距離越近,人為活動便利性、強度也越高[16],這是其影響程度初始就很高的原因之一。然而,城鎮路網使人類活動強度被分擔,這時土地利用沖突強度急劇下降,隨著距離增加,路網密度降低,且靠近城區邊緣,道路分流能力下降,沖突水平急劇上升,而當距離進一步增加后人為活動強度減弱,沖突水平又逐步下降。距城鎮距離對土地利用沖突強度的影響呈現波動上升至高水平穩定的特點,距離城鎮越近,區域用地類型保持穩定,沖突水平并不高,而隨著距離的進一步增加,越發靠近城鎮邊界,建設用地與其他用地矛盾越發激烈。距農村居民點距離及距工礦用地距離對土地利用沖突強度的影響均呈現先下降后趨于穩定的特點。距離兩者越近,人為干擾就越影響周邊景觀格局的穩定性,此時沖突水平較高,而隨著距離增加,人類活動減少,沖突水平顯著下降。

(2)水資源條件。年均降水量的增長對土地利用沖突強度的影響呈波動下降后趨于穩定的特征,基本高于2 000 mm時維持穩定。這說明年均降水量的增加會對土地利用沖突強度產生抑制作用。然而,在波動下降過程中,沖突強度出現了小幅度回彈。究其原因,一方面,降水量的持續增長可以有效緩解生產、生活和生態行為對水資源的競爭,從而降低土地利用沖突強度;另一方面,降水量的增加會對水位造成壓力,從而引發洪澇等災害,促使土地利用沖突強度小幅反彈。因此,昌江流域需要時刻監測降水量變化,在利用其滿足生產生活需要的同時,防范潛在的安全隱患。就距主要水系距離而言,隨著距離增加,土地利用沖突強度呈現先波動下降后波動上升的特征,在25～30 km范圍內轉折。水資源利用的便利程度制約著社會經濟發展和人類生活水平,水系在空間上的輻射距離影響著土地利用沖突的強弱變化。一般而言,距離越近,對水資源競爭就越強烈,因此,土地利用沖突強度會隨著距離的增長而減弱,而當到達轉折點后,可能靠近另一條河流水系,導致其沖突水平又逐步回升。

(3)社會經濟發展。人口密度對土地利用沖突強度的影響表現為直線增長,然后小幅度下降至趨于穩定,且維持較高水平的沖突強度。人口的集聚效應使得各類用地需求突然變化,導致地類競爭加劇,引起土地利用沖突。同時,人類對土地該如何利用、怎么利用意見不一,利益相關者會傾向于對自己有利的資源利用方式[9]。因此,當初期人口密度逐漸增加時,土地利用沖突水平出現了顯著增長,而隨著人口密度的進一步增長,土地資源利用方式逐漸統一,這時土地利用沖突強度出現小幅度下降,但仍然面臨著滿足社會需求、提高利用效率的要求,土地利用沖突趨于高水平穩定。夜間燈光指數表征著社會經濟活力,其對土地利用沖突強度的影響呈現波動式下降的特點。這表明社會經濟的發展對土地利用沖突水平具有明顯的抑制作用。當社會經濟水平較高時,區域城鎮化率較高,建設用地面積比例較大,土地利用方式保持穩定,沖突水平低,隨著社會經濟的進一步發展,低土地利用沖突水平占據主導。但在建設用地發展的過程中,用地矛盾時有發生,因此出現波動回彈現象。

(4)自然因素。NDVI、高程和坡度對于土地利用沖突強度的影響均呈現先上升后急速下降至趨于穩定的特點。城鎮在建設初期會對低植被覆蓋度區域產生巨大壓力,造成土地利用沖突水平的突然提升,而隨著NDVI的增長,高植被覆蓋度的生態用地大多分布于山地上,人為干擾程度小,土地利用沖突水平較低。高程和坡度在較小范圍內適宜人類活動,而隨著其增長,均變化為不適宜人類生產生活,格局失衡風險低。在這個階段,土地利用沖突急劇下降,而隨著高程、坡度的進一步變大,基本不受任何干擾,保持其原有狀態,沖突處于低水平穩定狀態。

3 討論

借鑒生態風險評價模型,構建以景觀格局分析為基礎的昌江流域土地利用沖突量化模型,結果反映了研究區土地利用面臨的矛盾,為區域土地利用管控提供了有效信息。在城鎮化持續推進的過程中,城區周邊地區會進行頻繁的人類活動,利益相關者在此區域進行權益競爭的局面更加緊張,一系列矛盾使得土地利用沖突水平急劇提升[34]。這表明中下游區域、城鎮邊緣區和城鄉交錯帶是土地利用沖突發生的熱點區域。與此同時,2000—2020年昌江流域水系周邊土地利用沖突水平高居不下。一方面,昌江流域社會經濟的發展、工業化的推進仍然高度依賴于水資源的供應,另一方面,農村生活、農業發展均離不開水資源的利用。因此,平衡兩者對水資源的高度需求是緩解昌江流域土地利用沖突的必要途徑。

隨機森林模型很好地反映了影響昌江流域土地利用沖突的關鍵因子,同時偏依賴關系圖刻畫了各影響因素對沖突變化的響應模式,研究結果可為區域制定沖突緩和策略提供科學參考。在影響因素中,距主要道路距離、人口密度等社會人為干擾以及年均降水量、距主要水系距離等水資源條件是驅動土地利用沖突動態變化的關鍵因子。然而,各影響因子對土地利用沖突的響應程度并不一致,但均呈現非線性響應關系,可以根據關鍵因子的響應階段提出相應的沖突緩和方案。

首先,年均降水量的提升對土地利用沖突具有明顯的抑制作用,然而過高的降水也會產生較大的安全隱患。研究區需要時刻監測降水量變化,謹防其超出水位警戒線,帶來嚴重自然災害。其次,研究區需要重點關注主要水系對土地利用沖突的溢出效應,通過興建引水、蓄水工程,合理建設灌溉、排水項目,減少工業、農業等人類活動對河流水系的過度競爭,優化水資源配置,提高利用效率。最后,人口的集聚效應使得區域土地利用沖突始終維持在較高水平,需要制定合理的人口管理政策,加大農業補貼力度,落實鄉村發展戰略,適當引導人口疏散至農村,防止人口過度集中到城區,導致城市建設用地擴張。雖然城建區的擴張對土地利用沖突水平有抑制作用,但無休止的擴張行為會使區域面臨生態安全風險,人類生活受到威脅。同時,可以適當提高道路路網建設,充分發揮其分流能力,減少活動密度。值得注意的是,NDVI、高程和坡度等自然因素對土地利用沖突的響應模式呈現先升后降直至趨于穩定的特征。這是因為植被覆蓋率低、高程低、坡度小的位置主要分布于昌江流域中、下游區域,高度適配社會發展、人類生產生活等需要,而隨著其數值的增高,主要位于流域上游,不適宜進行土地開發利用。對此,研究區應當充分發揮上游優勢,打造生態安全屏障,同時提高中、下游土地利用效率,實施高度集約化、節約化生產生活行為。

綜上所述,該研究準確反映了昌江流域土地利用沖突時空分異規律,有效識別了研究區驅動土地利用沖突演變的關鍵因子,并提出了相應的沖突緩和建議。研究結果可為昌江流域國土空間優化配置,實現區域資源協同治理、高效利用提供科學指引。該研究彌補了土地利用沖突驅動因子分析的不足,利用隨機森林模型和偏依賴關系圖明確了關鍵因子并探討其與沖突演變之間的非線性響應關系。隨著大數據時代的來臨,運用數據采集等技術收集多源數據,構建多方面影響因素體系,進一步探索流域單元土地利用沖突成因、機理將是后續研究的重要內容。

4 結論

準確定位土地利用沖突的空間分布,識別土地利用沖突強度,探析關鍵驅動因子,理解其對土地利用沖突強度變化的響應模式已經成為優化國土空間配置、實現土地資源可持續發展的重要基礎。該文以昌江流域為研究區,借助景觀格局指數反映2000—2020年土地利用沖突強度及其動態演變規律,借助隨機森林模型評判其驅動因子的重要性,針對關鍵因子進行深入探析,得出以下結論:

(1)2000—2020年昌江流域土地利用沖突強度呈現先下降后小幅度回彈的特點,但整體處于基本可控級別。此外,與2010年相比,2020年土地利用沖突基本失控和嚴重失控占比有所增加,有進一步擴張的趨勢。

(2)2000—2020年昌江流域土地利用沖突高值區環繞城鎮區分布,此外,河流水系兩側也是土地利用沖突高值集聚的區域。城鄉交錯帶成為流域土地利用沖突的主要空間單元,流域內水資源的利用矛盾顯著。對此,研究區未來規劃應重點考慮水資源供需平衡,協調生產、生活、生態用水,優化水資源配置,同時落實三區三線制度,嚴格控制建設用地增長速度,防控城鄉用地矛盾。

(3)昌江流域土地利用沖突空間分異明顯,沖突重心集中在中、下游區域,沖突水平由高到低依次為中游、下游和上游,整體沖突的標準差橢圓以西南—東北方向為主導,嚴重失控級別土地利用沖突呈現南北集聚趨勢。

(4)隨機森林模型在研究區適用性良好,模型結果表明距主要道路距離、年均降水量、人口密度和距主要水系距離是導致昌江流域土地利用沖突強度變化的關鍵因子,且各影響因子均與其呈現非線性響應關系。對此,研究區可以適當進行路網建設,降低人為活動密度;重點監測降水量,新建蓄水、排水工程設施,提高水資源利用效率;堅持鄉村振興戰略,吸引農業人才,平衡城鄉人口;保護上游生態屏障,切實緩和土地利用沖突。