江淮生态经济区土地利用景观格局时空变化

马 帅, 程 浩, 林 晨, 王良杰

(1.南京林业大学 南方现代林业协同创新中心, 南京林业大学, 南京 210037; 2.江苏省水土保持与生态修复重点实验室,南京林业大学, 南京 210037; 3.中国科学院 南京地理与湖泊研究所, 南京 210008)

江淮生态经济区作为江苏省“1+3”重点功能区经济区，在新时期整个江苏发展的大布局中具有十分重要的地位。水资源是江淮生态经济区的灵魂，河湖是其最大的资源优势，然而2000年以来，江淮区域经济发展水平较低，以围垦/网养鱼、圩田养殖、采砂等牺牲生态资源的方式来提高经济发展，导致其湖泊面积持续减小，生态功能不断下降。目前，国内学者对江苏沿海地区和经济发展迅速地区的土地利用变化研究较多[13-16]，而有关江淮生态经济区近15 a来土地利用格局如何变化，各土地利用类型之间的转化关系以及景观格局演变是否具有梯度特征等问题尚值得探讨。

因此，本文以江淮生态经济区为研究对象，以2000年、2005年、2010年和2015年Landsat TM/OLI遥感影像为数据源，在对该区域进行土地利用解译的基础上，分析其土地利用变化和转化关系，采用缓冲区梯度分析并结合景观生态学进一步揭示江淮生态经济区景观格局的演变规律。这将有助于为江淮生态经济区土地的合理利用、可持续发展和生态环境保护提供重要的参考。

1 研究区概况

江淮生态经济区地处江苏省中部偏北区域，包括宿迁、淮安两个市以及宝应、高邮、建湖、兴化、阜宁等5个县市(图1)，面积约26 916.4 km2。研究区西南部地势较高，东部低，最高处海拔230 m，最低处海拔-22 m。平均温度在15℃左右，多年平均降雨量900～1 000 mm，年日照时数2 100～2 400 h。据统计，江淮生态经济区2000年有户籍总人口1 435.88万人，地区生产总值782.69亿元;2005年有户籍总人口1 513.67万人，地区生产总值1 530.13亿元;2010年有户籍总人口1 537.97万人，地区生产总值3 788.62亿元;2015年有户籍总人口1 590.82万人，地区生产总值7 273.81亿元。

图1 江淮生态经济区行政区

2 数据与方法

2.1 数据获取与处理

本研究以江淮生态经济区2000年、2005年、2010年和2015年Landsat TM/OLI为主要数据源(分辨率为30 m×30 m，地理空间数据云)，在人机交互解译的基础上，根据国土资源部修订的《土地利用现状分类》GB/T21010—2017以及江淮生态经济区自然状况，将研究区土地覆被划分林地、草地、建设用地、耕地、园地、水域和其他用地7类。并对解译结果进行精度评价，通过在区域内随机选取200个样点，记录其解译后的土地覆被类型，与野外调查结果并结合Google地图影像合进行分析，进行精度验证，发现精度均在90%以上，满足本研究的需要。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用/覆被变化分析 为研究江淮生态经济区土地利用时空演变过程，采用土地利用类型转移矩阵等来解析土地利用变化，具体计算公式见参考文献[17]。

2.2.2 建立缓冲区梯度带 江淮生态经济区水域面积大，河湖众多，因此本研究以江淮生态经济区洪泽湖中心、高邮湖中心和白马湖中心构成的三角形中心为中心向外依次建立距中心40 km，80 km，120 km和160 km的4个梯度带，并将各梯度带与土地利用类型叠加，得到各梯度带的土地利用类型图。

2.2.3 景观格局指数分析 景观指数可以客观反映景观要素在空间上的分布，根据研究区的特点及需要，在景观结构分析软件Fragstats 4.2的支持下，选取斑块数(NP)、斑块密度(PD)、平均斑块面积(MPS)、最大斑块指数(LPI)、周长—面积分形维数(PAFRAC)、香农多样性指数(SHDI)、斑块所占景观比例(PLAND)、蔓延度指数(CONTAG)和蔓延度指数(COHESION)共9个指标，计算整体景观指数以及各梯度带斑块类型和景观水平上的景观指数[18]。

准确的产品定位。各城市应该在充分了解自身所处的区位特点、资源禀赋、历史特色和文化风俗等情况下，找到自己独具特色的优势所在，以此确定节庆活动的主题和内容，也就是营销的“产品”。比如青岛的国际啤酒节是以啤酒为主题，融经贸、旅游、文化于一体的大型节庆活动，已经成为彰显青岛城市个性优势与魅力的盛大节日。通过国际啤酒节这个亚洲最大的啤酒盛会，青岛市与啤酒、啤酒节密切联系在一起并植根于人们的脑海中。

3 结果与分析

3.1 土地利用/覆被变化规律分析

3.1.1 土地利用/覆被变化趋势分析 从表1可以看出，耕地、建设用地和水域之和占比超过90%，因此江淮生态经济区的优势景观主要为耕地、建设用地和水域。耕地以占比50%以上的绝对优势占据江淮生态经济区的主体地位。2000—2015年耕地和水域分别减少8.79%，0.74%，建设用地与林地分别增加8.44%，0.99%。耕地面积减少最多，减少2 366.45 km2，其中2010—2015年耕地减少最为明显。建设用地面积占比逐年递增，2015年面积为2000年面积的1.6倍。水域则经历从收缩到扩张的过程，2000—2010年水域面积减少651.06 km2，而2010—2015年水域面积占比增加1.68%。

表1 2000-2015年研究区土地利用类型面积及其比例

2000—2015年研究区的景观水平指数见表2，斑块数量、斑块密度、最大斑块指数、周长面积分形维数和蔓延度指数降低，平均斑块面积和香农多样性指数增大，表明区域景观破碎化程度减小，在空间上的集中化程度明显，形状趋向简单化，复杂性降低，异质性程度提高，景观类型趋向多样化。

表2 2000-2015年研究区景观水平景观指数

3.1.2 土地利用类型转化 表3反映出不同时间段各土地利用类型转化关系，江淮生态经济区各土地利用类型间的转化以耕地、建设用地和水域之间的相互转化最为显著。2000—2005年主要表现为大量的耕地、建设用地与水域之间的相互转化，少量耕地与林地之间发生相互转化;2005—2010年土地利用类型转换与2000—2005年相似，水域转为耕地的幅度有所下降;2010—2015年土地利用类型转换最为剧烈，大量的耕地与建设用地发生相互转化，耕地向水域的转化幅度有所增加，部分建设用地与水域发生相互转换，少量建设用地转化为林地。

表3 2000-2015年江淮生态经济区土地利用类型转移矩阵

2000—2015年大量的耕地转变为建设用地，反映出江淮生态经济区近15 a来经济发展、人口增长较快，对耕地和建设用地的影响较大。随着城市化的进程不断深入，农民为了获得更高的收入，大量农村人口流入城市，直接导致耕地大规模闲置[19]，人们在耕地基础上开展了城镇建设工作，比如道路建设、公共设施建设等，以及城镇建设过程中进行了许多绿化措施建设，如公园广场和街头绿地等民生园林工程，进而导致建设用地面积的大量增加。15 a来耕地向林地的转化幅度不断增大，表明人们生态保护意识的加强，例如，河桥镇黄龙村大量植树造林导致耕地面积减少，林地面积增加[20]。

水域的转出总量逐渐减小，转入总量增加，由最初的净转出转变为净转入，其主要转入/转出源均为耕地与建设用地。随着人口的增长以及城镇化进程的加快，不少水域被围垦、圈圩和非法侵占开发。有研究指出2008年以来，违法建设侵占骆马湖面积近1.33 km2，而近年来，洪泽湖非法圈圩面积高达52.67 km2[21]。围湖造田、围湖垦殖使得洪泽湖周边区域水土流失严重，造成泥沙淤积，进而导致水域面积持续萎缩，生态功能下降。耕地与水域之间的转换由最初的水域向耕地的净转入转变为耕地向水域的净转入，从2006年开始，政府加大对洪泽湖水域的管理力度，积极开展“退圩还湖”工作，取得初步成效，清退非法圈圩，扩大了洪泽湖水域面积[22]。

3.2 景观格局变化分析

根据以上研究结果，研究区优势景观主要为耕地、建设用地和水域，因此重点讨论这3类土地利用类型的梯度变化。

3.2.1 耕地、水域和建设用地景观格局动态变化 2000—2015年最大斑块指数和连接度不断减小，表明耕地的最大斑块对整个景观的影响逐渐减小，耕地的空间连通性降低(图2)。从梯度带来看，40～80 km梯度带斑块数量、斑块密度、连接度指数不断升高，最大斑块指数和平均斑块面积均降低，表明近中心区域耕地受人为干扰较大，破碎化现象严重。80～160 km梯度带斑块数量、周长—面积分形维数呈降低趋势，最大斑块指数不断上升，连接度呈上升趋势，说明耕地破碎度减小，受人为活动干扰，空间上的连通性较好。整体表明，距水域越远，耕地破碎化程度越低，形状趋向简单。随着城市化进程推进，零散耕地经过整合、流转，集中连片，从而导致耕地形状趋向规整。

水域的景观指数变化不大，其斑块数量和斑块密度均降低，平均斑块面积不断增大，表明2000—2015年水域破碎度减小，相近较小的斑块正不断融合成较大斑块，在空间上的集中化程度明显(图2)。40～120 km梯度带最大斑块指数、平均斑块面积和连接度指数均减小，说明水域破碎化，连通性降低，其中80～120 km最大斑块指数、平均斑块面积和连接度降幅最大，表明人为干扰严重，表现为向外扩张的趋势。120～160 km斑块数量和斑块密度减小，最大斑块指数、平均斑块面积和连接度指数增大，说明破碎度降低，空间上表现为集中化趋势。2005年、2010年水域周长面积分形维数随梯度带不断增大，表明其形状趋于复杂。整体来看，水域在空间集中分布，随梯度带形状复杂程度加剧。这主要是因为近中心区域的水域多为湖泊，湖泊的形状较为规整简单，中部区域多为兴化市、高邮市和宝应县河流、水库和坑塘，水系众多，破碎化程度高，边缘区域水域占比极低。

图2 梯度带景观类型水平指数变化

15 a来，建设用地斑块数量与斑块密度不断降低，平均斑块面积不断增大，表明建设用地破碎化程度降低，人为干扰严重，小班块融合成大斑块，在空间上集中分布，反映出城市化进程加快(图3)，尤其是宿城区和清江浦区建设用地聚集明显。从第一梯度带到边缘，周长—面积分形维数呈降低趋势，在120～160 km梯度带降幅明显，表明建设用地受到人为干扰，形状趋于规则简单。2010年建设用地从距中心40 km到160 km其连接度指数由99.63%下降到98.42%，其下降速率越来越快，表明建设用地呈现向外扩张的趋势。2000—2015年最大斑块指数在120～160 km梯度带均呈增加趋势，且增幅降低，说明边缘区域破碎度减小，人为干扰程度加大。由此可见，建设用地多分布在距水域较远区域，且受人为干扰较大，破碎度减小，形状趋向简单规整，集中分布。随着经济的快速发展，江淮地区的城镇建设也呈快速发展态势，2000—2005年宿迁中心城区延展范围小，2005—2010年，中心城区扩张显著，形态极不规整，2010—2015年中心城区全面发展，形态逐渐规整，集中形成敞开式片状结构[23]。淮安市在城镇扩张过程中不断优化城镇布局，合理调整产业结构，各类工业园区、工厂集聚效应明显，居住地相对集中，形状简单化[24]。

3.2.2 景观水平 在景观水平上，近中心80 km以内区域，斑块数量、斑块密度和香农多样性指数均升高，平均斑块面积均降低，说明近中心区域受人为干扰明显，破碎化程度升高，多样性增加(图3)。80～120 km梯度带香农多样性指数减小，蔓延度指数增加，由此可见，80～120 km梯度带的多样性降低，景观连通性提高。120～160 km梯度带多为耕地和建设用地，斑块数量、斑块密度、周长—面积分形维数和蔓延度指数减小，平均斑块面积和香农多样性指数增大，表明边缘区域变化较为剧烈，在空间上的集中化程度更为明显，形状趋向简单，景观之间连通性降低，多样性反而增加。总体表明，近中心区域以耕地和水域为主，景观异质性降低，团聚程度高;80～120 km梯度带多为耕地和城镇用地，受人为干扰严重，多样性降低，景观连通性较好，边缘区域趋于破碎化，形状简单化，多样性增加。

图3 梯度带景观水平指数变化

4 讨 论

土地利用的变化与城市化、社会经济的发展以及制度政策关系密切。耕地和建设用地的变化主要与人口的增加和经济发展有着密不可分的关系。据统计，江淮生态经济区城镇化率由2005年的36%增长至2015年的58%，城镇居民可支配收入2000年仅为5 364元/人，到2015年增长至25 169元/人，而农村居民可支配收入从2 962元/人增长至12 950元/人(表4)，表明城镇居民生活水平提高显著。随着人口总量的增加，人口结构发生改变，非农业人口不断增加，城镇化率不断提高，导致耕地面积持续减小，转变为建设用地。农村居民收入在一定程度上也影响着耕地面积的变化。2000—2015年耕地始终占据江淮生态经济区的主体地位，农民是区域人口的主体，农村居民的可支配收入呈上升趋势。根据调查，农村居民收入来源以外出打工为主，不再依靠农业生产为此，因此导致耕地面积的减少，而外出打工的农村居民进一步带动建设用地的扩张，使得部分耕地被占用。

从表4可以看出，江淮生态经济区产业布局以第二产业为主，随着时间的不断推进，二、三产业迅速发展，第一产业占比呈下降趋势。2000—2015年江淮生态经济区地区生产总值迅速增长，经济增长的态势带来了区域建设性投资，进而为城镇扩张提供条件。城镇居民生活水平的显著提高以及二、三产业的迅速发展均增加了对建设用地的需求，进而加速了城镇化的进程。而二、三产业的快速发展吸引更多的人来该地区工作，需要更多的建设用地来支撑，由此进一步推动建设用地的增加。耕地是江淮生态经济区的优势土地利用类型，其面积持续减少，但仍占据较高的比例，破碎化程度不断降低，形状趋向简单，城镇用地在空间上集中分布，呈扩张趋势，因此要做好保护基本农田和控制城镇扩张规模，加强维护自然生态系统的连接性。

表4 2000-2015年江淮生态经济区经济指标

水是江淮生态经济区的灵魂，区域内拥有洪泽湖、高邮湖、骆马湖和白马湖等大型湖泊，水网密布、水资源丰富。2000年以来，随着经济快速发展，人口不断增加，人们对耕地的需求日益增加，从而对湖泊进行围垦、圈圩。过渡的围垦、大面积的圈圩以及非法采砂活动导致湖泊大幅萎缩，泥沙淤积，水体富营养化，水质退化和生物多样性降低等生态环境问题。自2006年以来，随着政府退圩还湖和打击非法采砂等政策的逐步实施，洪泽湖、白马湖、骆马湖和高邮湖的围网围垦养殖得到有序管理，非法采砂得到有效遏制，水域面积增加显著，水质得到提高，生态环境有了极大的改善，地区生态环境安全得到保障。近15 a来，水域的破碎化程度加大，形状复杂程度不断增加，将对其生态系统服务功能造成严重的影响。

研究江淮生态经济区的土地利用格局变化，吸取其经验和教训，以促进区域社会经济和环境可持续发展。尽管退圩还湖等政策取得显著成效，但江淮生态经济区湿地萎缩、水域资源被过度占用、生态服务功能退化等问题仍然存在，将制约着区域生态、经济的可持续发展。因此，加强水资源的保障和恢复显得尤为重要。为保护区域水资源，统筹水资源、水环境和水生态系统治理，需采取以下生态发展对策:

第一、以洪泽湖、高邮湖、骆马湖等“三湖”为核心，以京杭运河、通榆河、苏北灌溉总渠、废黄河“四河”为重点，构建水系主骨架。既加强湖泊湿地的岸线维护和植被恢复，也在南水北调东线工程的水质保障下，严格保护清水通道维护区，推进生态廊道建设，带动生态空间整体修复。

第二、以南水北调东线输水通道为骨架，以区域性骨干河道为基础，以城乡内河为补充，构架格局合理、互联互通、功能完备、标准较高的疏水活水网络。有效沟通水系，保障生态基流，保留和提升河道自然美，改善区域行洪、治涝、供水、活水条件。

第三、从湖泊面积、水环境安全、生态服务功能、人类活动影响等方面出发，多角度、长时序、多维度地开展“三湖”水资源水环境综合评估，明确“三湖”的健康水平变化规律，也对围网养殖、采砂、围垦等关键人类活动对水域的影响进行定量化评估。以评估结果为依据，按照“一湖一策”原则，从水源涵养、生态清淤、湖滨带景观、人类活动限制区域划定等方面制定水域保护方案，保护水生态系统完整性，确保良好的水质和生态服务功能。

5 结 论

(1) 耕地面积减少，建设用地面积持续增加，水域呈现先减少后增加的趋势。土地利用类型转换上，耕地、建设用地与水域三者相互转化，流动性明显。

(2) 耕地、建设用地和水域在空间上呈集中分布，随梯度带破碎度先升高后降低。耕地和建设用地随梯度带形状趋于简单，水域则趋于复杂。整体上景观破碎度减小，形状复杂性降低，景观异质性程度提高，类型趋向多样化。

(3) 城市化、经济的快速发展和退圩还湖政策的实施是土地利用变化的主要因素，江淮生态经济区呈现中心区域集聚明显，边缘区破碎化程度高的格局。

(4) 水资源的保护和恢复是区域未来可持续发展的主要任务。以水域为基础，推进生态廊道建设，带动生态空间整体修复。构架疏水活水网络，制定水域保护方案，保护生态系统完整性，改善水质和提高生态服务功能。