合肥市土地利用景观格局变化及驱动机制研究

刘锦洋 鲁成树

摘要 [目的]为进一步揭示合肥市土地利用景观格局的变化规律及驱动机制，以合肥市为研究对象，对合肥市的土地利用景观格局与驱动机制进行研究。[方法]基于合肥市2010、2015、2018年土地利用现状图，运用ArcGIS、Fragstats 3.3、SPSS等软件，采取景观格局指数法、主成分分析法，对合肥市土地景观格局及驱动机制进行研究。[结果]合肥市土地利用信息熵上升，土地利用的有序程度降低，主要是由耕地景观转向建设用地景观;土地利用景观格局呈现碎片化程度上升，并呈现出集聚—扩散—集聚、不稳定—稳定—不稳定、复杂—简单—复杂的变化特征;合肥市土地利用景观格局变化主要是经济驱动与人口驱动协同作用的结果。[结论]该研究为经济快速发展中城市土地利用的合理布局提供指导依据。

关键词 景观格局;土地利用;驱动机制;合肥市

中图分类号 F301.2  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2021）24-0088-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.24.020

Study on the Landscape Pattern Change and Driving Mechanism of Land Use in Hefei City

LIU Jin-yang，LU Cheng-shu （School of Geography and Tourism，Anhui Normal University，Wuhu，Anhui 241000）

Abstract [Objective] In order to further reveal the changing law and driving mechanism of land use landscape pattern in Hefei，taking Hefei City as the research object，the land use landscape pattern and driving mechanism of Hefei City were studied.[Method]Based on the land use status map of Hefei City in 2010，2015 and 2018，ArcGIS，Fragstats 3.3，SPSS and other software were used to study the land landscape pattern and driving mechanism of Hefei City by landscape pattern index method and principal component analysis method.[Result]The land use information entropy increased，and the land use order decreased，which was mainly from cultivated land landscape to construction land landscape.The degree of fragmentation of land use landscape pattern increased，and showed the characteristics of agglomeration-diffusion-agglomeration，instability-stability-instability，complex-simple-complex.The change of landscape pattern of land use in Hefei City was mainly the result of the synergistic effect of economy-driven and population-driven.[Conclusion]This study provides guidance for the rational layout of urban land use in the rapid economic development.

Key words Landscape pattern;Land use;Driving mechanism;Hefei City

作者簡介 刘锦洋（1998—），男，安徽蚌埠人，硕士研究生，研究方向：土地利用、土地规划。*通信作者，副教授，博士，硕士生导师，从事土地利用、土地规划研究。

收稿日期 2021-03-19

景观格局一般都与土地利用相关联，土地利用是导致景观格局转变的重要因素[1]。景观格局指数具有单个的描述性，具有相关性的景观格局指数耦合更具说服力，从而构成景观格局体系[2]。景观格局可从斑块层面、类型层面、景观层面进行分析[3]。同时将空间的变化尺度和时间的演绎尺度相结合，从而构成了景观格局的异质性[4]。当前，相关研究通过构建预测模型、研究驱动力等，将景观格局变化与生态脆弱性、生物多样性、耕地破碎性等领域相交互，并形成了相对完善的评价体系[5]。然而将景观格局变化与土地利用信息熵相结合的研究还相对薄弱。同时合肥市作为新一线城市，研究其景观格局变化对经济快速发展中城市土地利用的合理布局具有指导性意义。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

合肥市位于117°17′E、31°52′N，作为安徽省省会城市，是安徽省的政治、经济、文化中心，“一带一路”和长江经济带战略双节点城市，于2020年评为新一线城市，其土地利用景观格局（图1）在快速发展中的城市具有一定典型性。

1.2 方法与模型

1.2.1 景观格局指数法。

利用景观分析软件Fragstats 3.3从景观水平对土地利用景观格局进行分析，得出不同时期的土地利用景观格局和变化趋势[6]。选用11种具有代表性的景观指数，即拼块所占景观面积的比例（PLAND）、最大斑块所占景观面积的比例（LPI）、平均形状指数分布（SHAPE_MN）、平均分维数（FRAC_MN）、蔓延度指数（CONTAG）、边缘面积分维（PAFRAC）、分离度（SPLIT）、聚合度（AI）、景观面积（TA）、香农多样性指数（SHDI）、香农均度指数（SHEI）。

1.2.2 土地利用信息熵。

土地利用信息熵能反映研究区域在一定时期内不同土地类型的均衡程度，对区域土地结构合理规划和配置具有指导性意义[7]。其计算公式如下：

H=-∑ni=1PilgPi（1）

式中，H代表土地利用信息熵，Pi代表研究區域内不同土地利用类型占研究区总面积的比例，n代表土地类型的数量。

1.2.3 主成分分析法。

运用SPSS软件对驱动因子进行主成分分析，选取特征值大于1的主成分进行分析。以稳定性、科学性、可获得性、完备性为原则，选取了14个驱动因子，分别是总人口（X1）、市区人口（X2）、GDP（X3）、工业增加值（X4）、第一产业增加值（X5）、第二产业增加值（X6）、第三产业增加值（X7）、城镇居民人均收入（X8）、农民人均纯收入（X9）、粮食产量（X10）、农机总动力（X11）、农用拖拉机（X12）、化肥施用量（X13）、排灌动力机械（X14）。

1.2.4 Logistics模型。

为了探讨影响土地利用景观格局的驱动因素，利用 Logistics 模型对驱动因子进行线性回归分析。其公式如下：

Pi=exp（α+β1X1i+β2X2i+…+βnXni）1+exp（α+β1X1i+β2X2i+…+βnXni）（2）

ln（Pi1-Pi）=α+β1X1i+β2X2i+…+βnXni（3）

2 结果与分析

2.1 土地利用景观转移分析

从表1～2可以看出，2010—2015年耕地景观向其他地类（如林地景观、草地景观、水域景观、建设用地景观）转移的量都很大，其中向建设用地转移的数量极其大，达21 573.7 hm2，故变化比较明显。2015—2018年耕地向水域用地转移数量相对较少，向建设用地的转移继续扩大。林地景观主要还是向建设用地和耕地转移，但转移幅度都相对减少。草地景观虽然占比较少但是向耕地、林地、建设用地景观转移的数量都有所增加。水域用地向耕地和建设用地转移数量急剧增加，2010—2015年水域景观向耕地景观转移301.7 hm2，2015—2018年水域景观向耕地景观转移有明显增加（高达2 581.9 hm2）。随着政策的导向，建设用地向各地类转移的数量明显上涨，尤其是对耕地的转移达12 149.6 hm2。但从整体上看还是耕地向建设用地转移的过程。

2.2 结合土地利用信息熵的景观格局变化分析

通过对景观分离度、景观多样性和景观形状指数3个景观格局体系结合土地利用信息熵对合肥市的景观格局变化进行分析[8]。

景观分离度主要是研究分离度（SPLIT）、蔓延度指数（CONTAG）、聚合度（AI）3个方面。从表3可以看出，2010—2018年合肥市分离度呈上升趋势，由2010年的3.476 5上升至2018年的3.766 2。CONTAG和AI都表现出2010—2015年呈下降趋势、2015—2018年呈上升趋势，且2010—2018年整体呈上升趋势。SPLIT不断上升，同时2010—2018年合肥市土地利用信息熵逐年上升，土地利用结构的有序性降低，体现为合肥市景观碎片化程度不断上升。AI和CONTAG指数先减少后增加，表明2010—2018年合肥市景观格局处于相对不稳定的状态，从整体来看2010—2018年合肥市土地利用景观格局的碎片化程度不断上升，同时集散程度呈现集聚—扩散—集聚的变化特征。

景观多样性主要研究最大斑块所占景观面积的比例（LPI）、香农多样性指数（SHDI）、香农均度指数（SHEI）3个方面。合肥市的LPI从2010年的50.921 8%降低至2018年的48.458 7%，SHDI从2010年的1.102 5增加至2018年的1.503 4，SHEI从2010年的0.565 1增加至2018年的0.587 9。表明单一组分对景观的控制性减弱，优势景观类型优势减弱，景观异质性增加，各景观类型所占比例差异减小。合肥市土地利用信息熵从2010年的0.439 6增加至2018年的0.453 2，表明土地利用系统的结构性减弱，这种结构的不稳定引起景观的多样性下降。整体来看，2010—2018年合肥市的土地利用景观格局整体稳定性呈不稳定—稳定—不稳定的变化特征。

景观形状指数主要研究平均形状指数分布（SHAPE_MN）、平均分维数（FRAC_MN）、边缘面积分维（PAFRAC）3个方面。合肥市的FRAC_MN先增加后减少，并且2018年的FRAC_MN与2010年的保持一致，均为1.056 3，这表现为斑块形状复杂程度未发生变化。土地利用信息熵的上升带来景观斑块形状的改变、土地利用职能相对收缩、土地利用空间类型表现不均衡的态势[9]。合肥市的SHAPE_MN先增加后减少，2010—2018年整体呈上升趋势，表现为合肥市景观斑块的形状有所复杂。PAFRAC呈整体上升趋势，从PAFRAC可以看出人类对合肥市的影响减少。整体来看，2010—2018年合肥市土地利用景观格局形状呈复杂—简单—复杂的变化特征。

2.3 合肥市土地利用景观格局变化驱动机制研究

对于土地利用景观格局变化的驱动力可分为自然驱动力和社会经济驱动力两大类[10]。自然驱动力主要是土地所处的空间位置、海拔、土地坡度、气候条件等对土地景观格局变化的影响。社会经济驱动力主要是社会经济的发展、人口状况的增长、工业水平的进程、农机化发展的水平对土地景观格局变化的影响。一般自然驱动力的影响是自然演替的结果，对土地景观格局的变化影响较小;而社会经济驱动力是人为演替，对土地利用景观格局的影响较大。该研究主要对社会经济驱动力进行研究。通过合肥市各年度的统计年鉴以及合肥市国民经济和社会发展公报等，以稳定性、科学性、可获得性、完备性为原则，选取了14个驱动因子，具体如表4所示。

驱动因子的计算主要运用SPSS软件中的主成分分析法对14个驱动因子的重要程度、特征值、贡献值进行计算，该研究选取特征值大于1的成分进行分析，如表5主成分分析结果所示，第一主成分F1的特征值为12.022，符合特征值大于1的要求，贡献值为92.475%，第二主成分F2的特征值为1.978，贡献值为7.525%，F1和F2共同构成土地景观变化的主要驅动因素。由旋转成分矩阵（表6）可知，影响F1的主要成分是第三产业增加值（X7）、城镇居民人均收入（X8）、GDP（X3）、农民人均纯收入（X9）、工业增加值（X4）、第二产业增加值（X6）、排灌动力机械（X14）、农机总动力（X11）、市区人口（X2）、第一产业增加值（X5）、农用拖拉机（X12），根据上述因素把第一主成分概括为经济驱动力。影响F2的主要成分是化肥施用量（X13）、粮食产量（X10）、农用拖拉机（X12）、第一产业增加值（X5）、市区人口（X2）和农机总动力（X11），可以把第二主成分概括为人为耕种和人口增长，即人口增长是影响土地利用景观格局变化的次要驱动力。

根据成分得分系数（表7）可以获得F1和F2各自影响因素的相关系数的公式，构建Logistics线性回归模型，具体如下：

F1=0.077X1+0.077X2+0.075X3+0.076X4+0.076X5+0.077X6+0.070X7+0.074X8+0.076X9+0.072X10+0.077X11+0.075X12+0.056X13+0.770X14

F2=0.047X1+0.047X2-0.248X3-0.149X4+0.102X5-0.042X6-0.421X7-0.249X8-0.167X9+0.347X10+0.027X11+0.201X12+0.699X13-0.370X14

土地利用景观格局的驱动力主要是由自然因素的内在驱动力以及社会经济因素的外在驱动力构成，人为的外在驱动力对土地类型的演替起着决定性的作用。社会经济驱动力有2个影响成分，即经济驱动力和人口驱动力。社会经济的发展和人口集聚促进城市的扩张，第二产业、第三产业得到进一步的发展，城市的辐射范围进一步扩大。城市住房需求量增大，城市周边农村集体土地会通过征收变为国有土地，更加促进了城市土地二级市场的发育。景观格局变化形成反馈使人口集聚和经济发展再次起到协同作用。

3 结论与建议

3.1 结论

（1）合肥市土地利用信息熵上升，土地利用的有序程度降低，主要是由耕地景观转向了建设用地景观，主要原因是经济驱动力，同时人口驱动力起着协同作用。

（2）根据分离度（SPLIT）、蔓延度指数（CONTAG）、聚合度（AI）3个方面相关指数变化，合肥市土地利用景观格局的碎片化程度是不断上升的，同时集散程度呈现集聚—扩散—集聚的变化特征。

（3）根据最大斑块所占景观面积的比例（LPI）、香农多样性指数（SHDI）、香农均度指数（SHEI）3个方面相关指数的变化，合肥市土地利用景观格局的稳定性呈不稳定—稳定—不稳定的变化特征。

（4）根据平均形状指数分布（SPAPE_MN）、平均分维数（FRAC_MN）、边缘面积分维（PAFRAC）3个方面相关指数变化，合肥市土地利用景观格局形状呈复杂—简单—复杂的变化特征。

3.2 建议

（1）合肥市景观格局主要是由耕地景观转向了建设用地景观，政府要保证耕地景观格局的稳定，实现保质保量的占补平衡，提高土地利用结构的有序性，保障土地利用信息熵的均衡。

（2）从分离度（SPLIT）可以看出，由2010年的3.476 5上升至2018年的3.766 2，这体现着合肥市土地利用景观破碎化不断加剧，景观格局正在向着不利的方向演变，政府应该加大对土地集约、土地规模方向的发展。同时合肥市的最大斑块所占景观面积的比例（LPI）从2010年的50.921 8%降低至2018年的48.458 7%，土地景观的稳定性正在下降，政府保护产权的稳定，刺激单位和个人对土地的持续投入，保证土地利用的稳定性。并通过土地利用规划，结合国民经济计划，合理地规划土地利用的格局和结构。

（3）引起格局转变的驱动力主要是经济因素和人口因素，经济驱动力和人口驱动力主要是外部驱动力，在发展经济的过程中要注意这些外部的人为演替对景观格局的影响，从而保证土地利用景观格局向稳定健康的方向发展。

参考文献

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