基于景观生态指数的成都都市圈土地利用冲突时空演化分析

摘要：以成都都市圈为研究区域，基于景观生态指数，从空间复杂性、空间脆弱性、空间稳定性3个方面构建土地利用冲突测度模型，识别出稳定可控、基本可控、基本失控、严重失控4个等级，并定量分析其演变特征。结果表明，2000—2023年，成都都市圈土地利用类型面积整体呈“四升两减”的变化特征，耕地和水域面积整体表现为减少，建设用地、林地、草地、未利用地面积有不同程度的增加；土地利用冲突指数呈先上升后下降的变化趋势，土地利用协调相对稳定。土地利用冲突空间分布不均匀，呈西部低、中东部高的特征。土地利用冲突指数高值区分布于城市中心，低值区主要分布在西部山地。不同用地类型的冲突等级存在一定差异。林地和草地的冲突等级较低且变化幅度较小；建设用地的冲突水平较高，但有缓和趋势。土地利用冲突水平具有正相关性且集聚效应明显，LISA集聚态势整体呈中部高、西部低的分布格局。

关键词：土地利用冲突；景观生态指数；成都都市圈；时空演化

中图分类号：F293.2；X37" " " " "文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2024）12-0008-09

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.12.003 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Spatial-temporal evolution analysis of land use conflict in Chengdu metropolitan area based on landscape ecological index

LI Ming-xia1， LIU Ping-hui1，2

（1. School of Earth Sciences， East China University of Technology， Nanchangnbsp; 330013， China；

2. Jiangxi Provincial Key Laboratory of Digital Land， Nanchang" 330013， China）

Abstract： Taking the Chengdu metropolitan area as the research area， based on the landscape ecological index， the land use conflict measurement model was constructed from three aspects of spatial complexity， spatial vulnerability and spatial stability. Four grades were identified as stable and controllable， basically controllable， basically out of control and seriously out of control， and their evolution characteristics were quantitatively analyzed. The results showed that from 2000 to 2023， the area of land use types in Chengdu metropolitan area was characterized by “four types of land use rising and two types of land use decreasing”. The area of cultivated land and water area was reduced as a whole， and the area of construction land， forest land， grassland and unused land was increased to varying degrees. The land use conflict index increased first and then decreased， and the land use coordination was relatively stable. The spatial distribution of land use conflicts was uneven， which was characterized by low in the west and high in the middle and east. The high-value areas of the land use conflict index were distributed in the urban center， and the low-value areas were mainly distributed in the western mountainous areas. There were some differences in the conflict levels of different land use types. The conflict level of forest and grassland was low and the change range was small； the conflict level of construction land was high， but there was a tendency to ease. The level of land use conflict had a positive correlation and the aggregation effect was obvious. The overall distribution pattern of LISA agglomeration was high in the middle and low in the west.

Key words：land use conflict； landscape ecological index； Chengdu metropolitan area； spatial-temporal evolution

收稿日期：2024-10-21

基金项目：江西省高校人文社会科学研究项目（JC19101）

作者简介：李明霞（1998-），女，四川自贡人，在读硕士研究生，研究方向为人文地理学，（电话）15228612126（电子信箱）mingxial0914@163.com；通信作者，刘平辉（1969-），男，江西抚州人，教授，博士，主要从事土地资源管理研究，（电子信箱）phliu@ecut.edu.cn。

土地利用冲突是指由于土地利用方式不合理导致的区域内资源利用与配置不协调并造成生态环境破坏的现象［1］，其冲突强度对区域内“三生空间”有着重要影响。快速发展的工业化和城镇化使得国土空间合理布局和开发利用受到巨大冲击，资源约束趋紧，建设用地以侵占耕地和其他生态用地的方式不断外扩，区域内建设用地需求与区域土地资源存量不匹配，造成生态保护和经济发展协调失衡，使得生态系统退化，生态环境污染严重，从而产生粮食减产、环境恶化、生态脆弱等系列问题［2］，可持续发展面临巨大挑战［3］。21世纪以来，中国进入战略转型与社会发展的关键时期，用地矛盾日益激烈，引发了一系列冲突问题［1］。中共二十大报告再次明确“构建优势互补、高质量发展的区域经济布局和国土空间体系”的重大部署。习近平新时代生态文明思想中也指出要打造“生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀”，其为优化国土空间布局［4］、实现人与自然和谐发展［5］提供了重要的理论支撑。随着新型城镇化、粮食安全和生态文明建设等国家战略的深化实施，区域生产、生活、生态功能空间之间的冲突日益加剧，对国土空间结构的稳定与协调造成严重影响［6］。在城镇化和工业化快速扩张的背景下，识别与优化空间冲突问题成为了城市可持续发展和国土空间规划的重要内容，也是维护国土空间安全的研究重点［7］。近年来，土地利用冲突是地理学、管理学的研究热点，内容涵盖了从概念机制到模型方法和管控措施的各个方面。目前，国内外学者对土地利用相关理论研究集中在空间优化［8］、格局演变［9］、冲突识别［10］和权衡优化等方面［11］。土地利用冲突识别的研究方法包括PSR模型［12］、多目标评价法［13］、博弈论［14］等，研究尺度多集中在宏观层面，如省市［15，16］、城市群［17-19］，还有山地丘陵区［20］、矿粮复合区［21］、农牧交错带［22］等特色地域，且多集中于东部发达地区。相比之下，对快速城市化发展的西部都市圈的研究成果则相对偏少。如Zong等［23］运用多准则评价分析法、综合冲突指数、空间自相关模型诊断LUC类型并分析其空间演变特征；Chen等［24］基于“风险-效应”搭建评价框架，从范围、强度和时空格局3个方面对区域土地利用冲突进行分析。但是这些方法只能从行政尺度上分析冲突强度，无法精确识别到各冲突单元，而利用生态学景观指数从复杂性、脆弱性、稳定性3个角度综合分析，并结合格网可以较精准地识别出冲突所在区域，进而进行冲突诊断。

成都都市圈是继南京都市圈、福州都市圈后，国家层面批复的第三个都市圈规划，是四川全省经济核心区和带动西部经济社会发展的重要增长极，是西部地区重要经济中心，全国重要的商贸物流和金融中心。在高度密集的经济活动下，区域内土地开发强度大、用地格局演变快、建设用地需求不断增加、国土空间结构稳定性受到威胁。因此，立足于区域发展新形势，协调好经济发展与粮食安全的关系，实现高质量发展刻不容缓。本研究以成都都市圈为研究区域，基于景观生态指数构建冲突测度模型对该地区土地利用冲突进行定量分析，科学判断和划分冲突类型，探究2000—2023年成都都市圈土地利用冲突的时空演变规律，并采用空间自相关方法分析冲突强度聚集效应，保证区域生态环境的稳定发展，可为都市圈生态环境保护决策和城市可持续利用提供参考。

1 研究区概况与基础数据

1.1 研究区概况

成都都市圈（成德眉资地区）位于“一带一路”倡议和长江经济带战略的重要交汇点，属于成都平原经济区“内圈”，区域涵盖四川省省会成都市（辖12区3县5市）和德阳市（辖2区1县3市）、眉山市（辖2区4县）、资阳市（辖1区2县）3个地级市，总面积3.31万km2（图1）。至2023年，成都都市圈地区生产总值达27 845.35亿元，同比增长6.1%，占全省比重达46.3%。常住人口为3 006.4万人，常住人口城镇化率达71.7%。在经济发展和人口压力下，都市圈土地结构发生大的变化，面临着建设用地扩张、土地资源争夺激烈、土地利用效率低等问题。

1.2 数据来源

研究采用2000年、2005年、2010年、2015年、2020年、2023年6期土地利用数据，来源于武汉大学杨杰和黄昕团队基于Google Earth Engine平台结合随机森林分类器得到的分类结果，并以时空滤波和逻辑推理方法进行后处理，总体准确率达80%，精度为30 m；并根据成都都市圈实际情况，依据《土地利用现状分类标准》（GB/T 21010—2017）划分出耕地、林地、草地、水域、未利用地和建设用地6种类型。

1.3 土地利用冲突尺度划分

根据研究范围和数据类型，综合考虑斑块状况等因素认为选择3 500 m×3 500 m作为测度单元能够较好地表达冲突特征，为保证分析数据的准确性，确保每个网格单元都是完整和一致的，去除掉研究区内不完整的空间单元，共划分为2 460个评价单元。根据土地利用冲突测度模型，结合Fragstats 4.2 和ArcGIS10.2软件计算土地利用冲突综合指数，依据土地利用冲突指数的累计频率和倒“U”形理论，本研究将土地利用冲突划分为稳定可控（0～≤0.45）、基本可控（0.45～≤0.65）、基本失控（0.65～≤0.85）、严重失控（0.85～1.00）4个等级。

2 研究方法与模型

2.1 动态度

为研究土地利用变化速度，引入了动态度指标，用以表征土地变化情况，计算式如（1）所示。

[K=Ub-UaUa×1T×100%]" " （1）

式中，[K]为各空间类型的变化速率；[Ua]为研究初期土地类型面积；[Ub]为研究末期土地类型面积；[T]为研究时段。

2.2 土地利用冲突模型构建

参考文献［25，26］，基于景观生态学理论，利用景观生态指数从空间复杂性、空间脆弱性和空间稳定性3个方面构建土地利用冲突测度模型，计算土地利用冲突综合指数（LUCS）来分析区域内冲突情况。

LUCS[=C+V-S]" " " " " " " " " " " " " （2）

式中，C为空间复杂性指数，V为空间脆弱性指数，S为空间稳定性指数。

空间复杂性指数可以用面积加权平均斑块分维数（AWMPFD）度量，数值越大表明景观斑块边界越复杂，受邻域干扰的机会越大，可反映土地资源面临的风险源。其表达式如式（2）所示。

[C=AWMPFD=j=1mi=1n2ln0.25Pijlnaij×aijA] （3）

式中，[Pij]为单元景观周长，[aij]为单元景观面积，[A]为景观总面积，[m]为空间单元总数，[n]为空间类型。

空间脆弱性指数表示不同用地类型受外界干扰时，其生态功能丧失程度以及抵抗内部生态遭受破坏的能力，其值越高，生态风险越大。参考邱国强等［7］的研究，将建设用地、未利用地、耕地、草地、林地、水域的脆弱性指数分别赋值6、5、4、3、2、1。空间脆弱性指数的表达式如式（4）所示。

V[=i=1nFi×aiAn=6]" " " " "（4）

式中，[Fi]为景观[i]的脆弱性指数，[ai]为单元内景观的面积，[A]为景观总面积。

空间稳定性指数可以用景观破碎度（PD）的逆向指标表示，即斑块越破碎则空间冲突越强烈，表达式如式（5）、式（6）所示。

[S=1-PD] （5）

[PD=niA] " " " （6）

式中，PD表示斑块破碎度，[ni]为单元内景观[i]的斑块数目，[A]为景观总面积。

2.3 空间相关性模型

全局自相关分析能从整体反映出空间冲突是否具有集聚性，指数I范围在［-1，1］，当I=0时，表示空间不相关；Igt;0时，空间呈正相关，空间集聚；Ilt;0时，空间呈负相关，空间离散。

[I全局=ni=1n j=1n wij（xi-x）（xj-x）i=1， j=1n i=1n wiji=1n （xi-x）2]" " " （7）

式中，[n]为空间单元总数；[xi]和[xj]为[i]和[j]处的冲突分值；[x]为[xi]属性的平均值；[wij]表示空间权重矩阵。

但全局自相关只能整体反映是否在空间集聚，而局域自相关可以直观地描述土地利用冲突在区域内部集聚和离散的位置范围。本研究选用局部空间关联指标LISA指数表征局域 Moran’s I指数，局部自相关LISA图中高-高集聚和低-低集聚表示空间强关联集聚，高-低集聚和低-高集聚表示空间弱关联集聚，不显著则表示空间上的独立关系区。

[I局域=（xi-x）S2j=1n wij（xj-x）]" " " " " （8）

3 结果与分析

3.1 土地利用时空演变特征

成都都市圈内土地利用结构以耕地为主，占总面积的70%以上。2000—2023年，成都都市圈内各用地类型有不同程度的转移。大量耕地转为建设用地和林地，少部分林地转为耕地和草地。从面积来看，土地利用变化整体呈“四升两减”的趋势（图2）。其中，耕地和水域面积整体表现为减少，2000—2023年减少的面积分别为2 217.16、0.69 km2；建设用地、林地、草地、未利用地面积有不同程度的增长，2000—2023年增加的面积分别为1 504.41、695.42、17.41、0.61 km2。2000—2023年，建设用地的变化动态度最大，达9.13%/年。可见，在城镇化和工业化发展过程下，成都都市圈耕地面积减少明显，都市圈的扩张主要是通过侵占大量耕地来实现的。

从空间分布（图3）来看，成都都市圈的耕地呈现出连片、广泛分布的特点，集中在成都平原。林地和草地集中分布于西部的龙门山脉、邛崃山脉和中部龙泉山脉，自2016年四川省绿化委员会正式印发《大规模绿化全川筑牢长江上游生态屏障总体规划（2016—2020年）》以来，成都都市圈内的城市贯彻落实省委政策，开展大规模国土绿化行动，使得都市圈内林地面积明显增加，从而提升了都市圈内生态系统的功能与效益。水域分布主要是域内岷江、沱江、涪江等水系和白鹤滩国家湿地自然公园等。建设用地以成都市为中心，沿域内水系呈团块状向周边扩张，这主要是由于成都都市圈各市落实“十一五”“十二五”“十三五”规划以及积极开展“十四五”规划，在国家西部开发政策支持下迅速发展经济，区域内城镇建设和工业的发展使得建设用地需求增加。

3.2 土地利用冲突时空演变分析

从时间变化来看，成都都市圈2000年、2005年、2010年、2015年、2020年、2023年土地利用冲突指数平均值分别为0.580 8、0.611 3、0.686 5、0.696 9、0.640 5、0.611 1，呈先上升后下降的变化趋势，整体上属于基本可控等级。研究期间，可控等级空间单元个数占比先下降后增加，2000—2010年，由于各种用地类型之间转换较快，稳定可控和基本可控单元个数都有所减少；2010—2023年，稳定可控等级单元个数逐年增加，占比由2010年的9.31%增加到2023年的12.40%；基本可控等级空间单元占比由2010年的48.25%增加到2023年的54.59%。基本失控是土地利用冲突变化的初级阶段，其变化影响区域整体生态安全，其空间单元数量先增加后减少，占比从2000年的16.95%增长到2010年的39.02%，随后由于土地利用管理政策优化，占比降低至2023年的25.49%。严重失控等级变化趋势与基本失控等级相同，空间单元个数占比从2000年的1.87% 增长到 2015年的 8.62%再下降到2023年的7.52%，区域内冲突趋势逐渐向好，冲突状况有所改善（表1）。

为表达出各冲突等级在空间格局上的变化特征，利用 ArcGIS 10.2软件对其进行可视化分析，结果（图4）发现，2000—2023年，成都都市圈土地利用冲突不均匀，呈西部低、中东部高的特征，大部分区域处于基本可控等级。研究期间，稳定可控区域连片分布于西部邛崃山和龙门山周边，主要包括德阳市的绵竹市、什邡市，成都市的彭州市、都江堰市、崇州市、大邑县、邛崃市，眉山市的洪雅县，空间单元个数小幅度增加。这些地区林地分布广泛，植被覆盖率高，区域内部地类相对单一，稳定性高，不易发生冲突。基本可控区域呈片状分布于成都都市圈各区域，是占比最大的空间冲突等级。基本失控区域呈条带状沿龙门山脉和龙泉山脉分布以及呈面状以成都市中心向外扩散，分布在德阳市的中江县、广汉市，成都市的龙泉驿区、青白江区、金堂县，眉山市的仁寿县、彭山区，资阳市的安岳县、乐至县，集中于建设用地和耕地、林地的交叉地带，城市化进程中建设用地扩张与林草地之间的资源争夺造成土地利用冲突失控，同时受退耕还林还草政策影响，耕地转为林地草地频繁，使得斑块破碎，空间稳定性降低，冲突水平提高。严重失控区域在都市圈全域有明显增加，以成都市市中心为团块向周边扩散，受成都都市圈城镇化、产业化快速发展的影响，建设用地外扩侵占耕地，主要发生在德阳市中江县、旌阳区，成都市温江区、双流区，眉山市仁寿县、青神县，这些地区人口密度大，经济发展水平较好，人类活动对建设用地的需求增加。

通过分区统计工具计算出成都都市圈内各区县的土地利用冲突指数（图5），可以看出，各区县土地利用冲突指数差异较大。2000—2023年，各区县中只有眉山市洪雅县土地利用冲突指数小于0.45，属于稳定可控等级，德阳市绵竹市、什邡市，成都市彭州市、大邑县的土地利用冲突指数明显小于其他区县，成都市锦江区、青羊区、武侯区、成华区、金牛区处于基本失控等级，其余各区县均处于基本可控等级。但随着城市化进程的加快，成都市市中心内部区域集约发展，破碎度低，致使成都市锦江区、青羊区、武侯区、成华区、金牛区冲突指数正在不断缩小，该部分区域将是土地利用冲突优化的关键所在。

3.3 土地利用冲突空间分异特征

将各用地类型与冲突识别结果进行叠加，获取各用地类型的冲突等级，并进行统计分析，可以看出各用地类型的冲突程度差异明显（图6）。

耕地的冲突等级以基本可控等级为主，基本失控和严重失控等级占比有不同程度的增长。2000—2020年，基本可控等级占比减少了近15个百分点，转向基本失控等级，表明耕地受成都都市圈快速城镇化影响严重，建设项目对土地需求量大，交通运输的提升、产业建设的发展占用了大量耕地，导致景观破碎程度增加，空间稳定性下降，耕地保护与利用矛盾突出，使得耕地冲突水平较高。2020—2023年，成都都市圈各市相继出台耕地保护条例，保证都市圈内耕地稳定，基本可控等级占比回增4.5个百分点。

林地和草地冲突等级均以稳定可控等级为主，且可控等级占比均在85%以上，冲突等级变化幅度小，受到人类活动干扰强度较小，空间稳定性上升，生态优势持续扩大。这与成都都市圈致力于推动绿色发展，提升生态环境质量的目标相吻合，尤其是党的十八大以来，坚定不移地走生态优先、绿色崛起的发展道路。

水域的冲突等级以基本可控等级为主。2000—2015年，受人类活动影响，水域与耕地的转换导致可控等级占比有所减少；2015年以后，通过在发展中保护，在保护中发展，设立成都都市圈流域水生态公益保护示范基地，推行“一河一策”治水新模式，可控等级占比有所上升。

建设用地的主要冲突等级逐渐由基本可控等级转变为基本失控等级和严重失控等级。具体来看，研究期间，基本可控等级呈先下降再逐渐回升但整体呈下降趋势，由2000年的48.19%下降至2020年的21.13%，再上升至2023年的24.21%；严重失控等级占比从2000年的23.45%上升至2020年的46.15%，再下降至2023年的24.70%，可以看出2000—2023年研究区冲突等级开始由严重失控向基本失控和基本可控转变。其原因主要是自2000年西部大开发国家政策支持下，成都都市圈土地利用结构剧烈变化、脆弱性指数降低，城市的无序扩张使得区域内失控等级空间单元增加，土地利用冲突进一步激化。但2020年后，城市集约化程度的提高以及用地布局的优化使得空间破碎度降低，冲突水平缓解。

3.4 空间相关性分析

利用研究区2 460个格网对2000—2023年成都都市圈土地利用冲突结果进行空间自相关验证，得出2000年、2005年、2010年、2015年、2020年、2023年土地利用冲突Moran’s I指数分别为0.826 49、0.848 06、0.853 49、0.857 04、0.869 57、0.865 39，均为正值且呈上升趋势；Z分别为56.846 49、58.303 64、58.686 57、58.922 22、59.788 67、59.501 14；P均为0.001，表明研究时段内成都都市圈各邻近空间单元间冲突水平相似性较大，空间集聚性较强。

研究期间，成都都市圈土地利用冲突局部空间集聚效应较明显，主要是高-高集聚和低-低集聚（图7）。高-高集聚主要分布在中部成都市市中心地区，且呈明显向外扩散趋势。此区域人类活动强度大、经济建设程度高、土地利用复杂程度高，导致土地利用冲突在这些区域集中连片呈现高-高集聚。低-低集聚分布于西部山地，受地形限制，景观单一，空间结构并未发生较大变化，连片程度高，一定程度反映出此区域生态水平持续向好。

4 小结与建议

4.1 小结

本研究利用景观生态指数构建了土地利用冲突测度模型，并通过空间自相关分析对处于快速城市化进程中的成都都市圈的土地利用冲突指数的时空格局演化进行了分析，结果如下。

1）成都都市圈土地利用结构以耕地为主，各土地利用类型面积整体呈“四升两减”的变化特征，其中耕地和水域面积整体表现为减少；建设用地、林地、草地、未利用地面积有不同程度的增加；大量耕地转为建设用地和林地，少部分林地转为耕地和草地。在空间分布上，成都都市圈耕地连片、分布广泛，林地和草地集中分布于西部山地，建设用地随着人口的增长和经济的快速发展逐年扩张，面积不断增加，且动态度最高。

2）2020—2023年成都都市圈土地利用冲突指数呈先上升后下降的变化趋势，其主要在于2015年后，各用地类型变化量逐渐减小，各地类间的转换减弱，土地利用相对协调稳定。成都都市圈土地利用冲突空间分布不均匀，呈西部低、中东部高的特征，大部分区域处于基本可控等级。土地利用冲突指数高值区分布于城市中心，以成都市锦江区、青羊区、武侯区、成华区、金牛区表现突出；土地利用冲突指数低值区主要分布在西部山地，林地资源丰富，植被覆盖率高，人类活动强度较低。

3）不同土地利用类型的冲突等级存在一定差异。林地和草地的冲突等级较低且变化幅度小，以稳定可控等级为主。耕地的冲突等级以基本可控等级为主，基本失控和严重失控等级占比有不同程度的增长。建设用地冲突水平较高，严重失控等级占比从2000年的23.45%上升至2020年的46.15%，再下降至2023年的24.70%，有缓和趋势。

4）成都都市圈土地利用冲突水平具有正相关性且聚集效应明显。不同时期LISA集聚态势整体呈中部高、西部低的分布格局。

4.2 建议

土地利用冲突演变受多种因素影响，在一定程度上反映出区域内经济和生产生活的发展需求。为此，本研究提出一些意见与建议，以期为后续成都都市圈土地利用冲突调控提供参考借鉴，促进区域内土地利用的协调性和稳定性。

1）加强对土地利用冲突的分区管控，协调生态保护、农田保护与城镇化建设。针对位于西部山地的稳定可控等级区域，可以继续保持原有管护方式，通过生态保护政策，控制人类活动程度，避免土地类型之间的频繁转换；针对位于平原地区且分布广泛的基本可控区域，其主要土地利用类型为耕地，要严格控制耕地流出量，落实耕地占补平衡，避免过度农作与用地转换；针对基本失控等级区域，既要通过调控和优化用地布局规避其转换为严重失控等级的风险，也要合理引导其转化为可控等级，可结合《成都市耕地保护激励资金使用管理实施办法》，实现对耕地的全方位、全覆盖、无缝隙管理；针对位于城市中心地区的严重失控等级区域，可以通过优化产业结构，以产业发展带动建设用地集聚，优化建设用地布局，尤其是要注重城市边缘严重失控区域的空间优化布局。

2）节约集约用地，优化城乡用地布局，严控城市增量。特别是针对土地利用冲突指数高值区所在的成都市锦江区、青羊区、武侯区、成华区、金牛区，要整合用地布局，严控增量，可通过旧城改造，盘活建设用地存量，提高建设用地利用效率。坚持“两山”发展理念，加强西部山地生态环境保护，从生态红线的划定成果以及生态风险评价等不同角度出发，协调好都市圈城市发展与生态空间保护，抓好重要生态空间管控，建立县域尺度的空间冲突评价与预警机制。

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