运城市盐湖区景观格局演变及其驱动因素研究

王俊俊，王玲丽

（运城学院，山西 运城 044000）

土地利用与景观格局变化对城市发展具有重要意义，是理解人类活动对城市生态系统功能、格局与变化机制的关键［1，2］。城市作为社会-经济-自然复合生态系统，人口集中，社会、经济、文化活动异常频繁，已成为景观格局变化剧烈的生态系统类型之一，因此，城市景观格局的研究倍受关注［3，4］。通过对城市景观格局的研究能够探究景观格局演变的内在规律和和驱动因子，为未来城市发展与规划、可持续发展提供依据［5］。陈喜东等［6］对河谷型盆地城市兰州市1995—2015年间景观格局进行研究，结果表明，兰州市建设用地扩张剧烈，生态用地退化明显，景观结构趋于单一。韩彤彤等［7］研究发现，自然因素、经济因素与社会政策因素共同作用引起1997—2017年太原市城区景观格局的变化。以往关于城市景观格局的研究较多关注的是深圳［8，9］、上海［10，11］、北京［12，13］等大城市，对中小城市特别是内陆中小城市的研究较少。在新型城镇化战略背景下，亟需加强相关方面的研究。2014年4月，国务院批复《晋陕豫黄河金三角区域合作规划》，要求努力把晋陕豫黄河金三角区域建设成为中西部地区新的经济增长极和欠发达地区一体化发展、跨越式发展的示范区。山西省运城市盐湖区作为黄河金三角区域的中心城市，是连接西部、挺进中原的“桥头堡”，在中部崛起、西部大开发中具有突出的战略地位［14］。近年来，运城市盐湖区城镇化发展迅速，城市景观格局正处于快速演变与重构之中。因此，本研究以运城市盐湖区为研究对象，定量分析运城市盐湖区2008—2018年景观格局演变特征及其驱动因子，以期为运城市盐湖区土地资源优化配置、城市总体规划与可持续发展提供依据。

1 研究区概况

盐湖区位于34°48′—35°30′N，110°12′—111°41′E，地处运城盆地中部，为运城市市辖区，是运城市政治、经济、文化中心，是晋陕豫黄河金三角区域的核心区域之一，下辖7个镇、6个乡、8个街道办、305个行政村，截至2018年，总人口71.03万人。盐湖区东西宽41 km，南北长62 km，呈“L”型，地貌以东西走向的条带高地与平原为主，海拔600～1 000 m。盐湖区属于温带大陆性气候，光热资源丰富，雨热同季集中，年平均降雨量达560 mm，年平均气温13.6℃，主导风向为东南风。

盐湖区土地肥沃，灌溉便利，是商品粮棉生产基地，豆类、油料、蔬菜、药材等多种经济作物的种植广泛，生产效益高。截至2018年，全年粮食总产量154 240 t。盐湖区工业基础雄厚，形成了以化工、轻纺、食品、机械、冶金等为支柱的工业体系。2018年实现国内生产总值276.80亿元，比上年增加12.5%，第一产业产值17.44亿元，第二产业产值78.48亿元，第三产业产值180.93亿元，固定投资完成53.65亿元，比2017年增长12.30%。

2 研究方法

2.1 数据获取与处理

遥感数据来源于地理空间数据云Geospatial Data Cloud（http://www.gscloud.cn），本研究所使用数据是2008年6月4日Landsat TM遥感影像，2013年6月2日、2018年5月15日Landsat OLI遥感影像，其季相较为一致，研究区域无云层影响；运城市盐湖区行政边界矢量图来源于全国地理信息资源目录服务系统（http://www.webmap.cn）；盐湖区社会经济统计数据等。对Landsat遥感影像进行预处理，包括辐射定标、大气校正、几何校正、图像镶嵌与影像裁剪等。

2.2 景观分类与遥感解译

参照《土地利用分类（GB/T 21010—2017）》和《全国遥感监测土地利用覆盖分类体系》，结合遥感图像分辨率和研究区实际情况，按照便于区分识别和方便操作的原则，将研究区域的景观类型划分为耕地、林地、草地、水域、城镇用地、农村居民点用地、其他建设用地7种。在此基础上，采用最大似然分类与人工目视解译相结合，生成2008年、2013年、2018年景观类型分布图（图1），各景观类型分类结果精度均在75%以上，精度结果能够满足本研究要求。

图1 盐湖区2008年、2013年、2018年景观类型分布

2.3 景观格局分析

景观格局指数法是景观格局分析的常用方法。景观格局指数种类多且某些指数之间不满足相互独立的统计学性质、代表的生态学意义重复，所以选取景观格局指数须相互独立，又能反映不同的景观格局内容［15］。通常对于景观格局的分析至少应该包含3个方面：景观个体单元的特征、景观组分空间构型特征和景观整体多样性特征［16］。基于前人［17-19］的研究，选取斑块密度（PD）、最大斑块指数（LPI）、蔓延度指数（CONTAG）、香农多样性指数（SHDI）、周长面积分维数（PAFRAC）5个景观指数。其中，PD反映景观破碎化程度，LPI判断景观的优势类型或景观基质，CONTAG反映研究区景观中不同组分的团聚程度或延展趋势，SHDI反映景观的异质性与整体破碎化程度，PAFRAC反映景观斑块形状的复杂程度与人为干扰程度［20，21］。运用Fragstats 4.0软件进行景观格局指数的计算，其计算方法参考相关文献［20，22］。

2.4 景观格局演变驱动力分析

景观格局演变的驱动因子可以分为自然因子与人为因子2类，自然因子一般包括地形地貌、气候、水文、土壤等；人为因子包括人口、经济、政策、体制变革、技术进步等［23］。在较小的时空尺度下，自然因子相对稳定，对景观格局演变影响较小，人为因子影响显著［24，25］。限于研究区域和研究期限尺度相对较小，本研究仅将人为因子作为主要驱动力因子进行探讨分析。

主成分分析法是基于降维的思想，在很少信息损失的前提下，把多个指标转化为几个综合指标的多元统计分析方法［26］。各主成分之间互不相关，揭示变量之间的内在关系，使复杂问题简化［27］。根据研究区实际情况和现有资料，基于2008—2018年运城市统计年鉴，选取10个与人为因子相关的指标，分别为总人口数、非农业人口数、人均地区生产总值、第一产业产值、第二产业产值、第三产业产值、粮食产量、城镇居民人均可支配收入、农村居民人均可支配收入、社会消费品零售总额，利用SPSS 24.0软件进行主成分分分析，提取特征值大于1的主成分，探究运城市盐湖区景观格局演变的驱动因素。

3 结果与分析

3.1 景观格局特征分析

3.1.1 总体构成变化分析2008—2018年运城市盐湖区景观总体构成变化见表1。由表1和图1可知，2008—2018年盐湖区各景观斑块发生了较大变化。耕地面积表现为持续减少，但仍是研究区的主导景观斑块类型，10年间减少了6 092.01 hm2，占研究区总面积的比例从2008年的60.80%降低至2018年的55.80%。面积同样呈减少趋势的还有草地，减少了4 785.21 hm2。建设用地由城镇用地、农村居民点用地和其他建设用地3部分构成，是研究区主要的景观斑块类型，其面积由2008年的15 138.90 hm2增加至2018年的22 917.98 hm2，占研究区总面积的比例增加了6.40个百分点，增长速率最快；建设用地中城镇用地与其他建设用地面积均呈增加趋势，农村居民点用地面积先增加后减少，总体呈现增加的趋势。林地面积持续增加，水域面积总体变化较小，有进一步减少的趋势。

表1 2008—2018年运城市盐湖区景观总体构成的变化

以上结果表明，2008—2018年运城市盐湖区建设用地不断向城北与城东扩张，实行“北进，东拓”城市发展政策，城镇化速度加快。农村居民点用地前期出现一定程度的扩张，后期由于农村居民点整治工作，农村土地流转、旧村改造等政策实施而出现下降。运城市实行退耕还林和荒山荒地造林政策，社会经济发展与生态环境建设并重，全市森林覆盖率由2013年的28.16%增长至2018年的29.40%［28，29］。

3.1.2 景观斑块类型面积流向分析2008—2013年、2013—2018年运城市盐湖区景观类型转移矩阵见表2和表3。2008—2013年耕地面积净减少2 772.18 hm2，主要流出为城镇用地2 143.17 hm2、农村居民点用地1 697.13 hm2、草地1 144.98 hm2、其他建设用地1 077.75 hm2；草地面积减少，主要流出为林地和耕地；城镇用地、农村居民点用地、其他建设用地面积增加，主要流入为耕地。2013—2018年耕地面积持续减少，净减少3 319.83 hm2，减少速度变快，主要流出为建设用地、草地和林地；草地面积进一步减少，主要流向耕地和林地；建设用地面积净增加4 058.34 hm2，其中城镇用地、其他建设用地面积增加，主要流入类型为耕地，农村居民点用地面积减少，主要流出为耕地和城镇用地。2008—2018年运城市盐湖区景观类型面积流向的总体变化是在耕地、建设用地、林地、草地之间相互流转；耕地主要流向建设用地，是城市建设用地扩张的主要景观类型；草地主要流向林地和耕地，林地面积不断增加。研究区景观格局变化后一阶段较前一阶段更为复杂和多样，表明运城市盐湖区景观格局正处于不断调整与优化的过程中。

表2 2008—2013年运城市盐湖区景观类型转移矩阵 （单位：hm2）

表3 2013—2018年运城市盐湖区景观类型转移矩阵 （单位：hm2）

3.1.3 类型水平上景观格局指数分析由图2可知，从斑块密度来看，2008—2018年运城市盐湖区耕地、草地、其他建设用地斑块密度呈持续增加的趋势，林地斑块密度先降低后增加，总体呈增加趋势，表明运城市盐湖区耕地、草地、其他建设用地、林地分布趋于分散，破碎度增加。在经济快速发展、城镇化进程加快的背景下，道路与工厂矿区建设不断展开且分布较散，导致其他建设用地破碎度增加，耕地主要被建设用地占用、分割，导致破碎度增加。城镇用地斑块密度持续降低，农村居民点用地斑块密度先增加后降低，总体呈降低趋势，表明分布趋于集中，破碎化程度减弱，这是由于盐湖区城市建设发展以向北向东发展为主，构建北部新城与东部生态新城，总体建设较为集中；同时，乡村振兴、新农村建设、行政村合并等农村政策的实施改变了农村居民点用地无序扩张的状态并且不断优化。从最大斑块指数来看，耕地、草地最大斑块指数呈下降趋势，其中耕地下降更为明显，表明耕地受人类活动的影响增强，优势度下降，异质性增强。城镇用地、林地最大斑块指数呈增加趋势，优势度上升、异质性降低；农村居民点用地最大斑块指数先增加后减少，其他建设用地先减少后增加，水域略有增加，表明研究区内景观斑块受人类活动的干扰程度较大。

图2 2008—2018年运城市盐湖区类型水平上景观格局指数变化

3.1.4 景观水平上景观格局指数分析由表4可知，2008—2018年研究区蔓延度指数呈减少趋势，表明运城市盐湖区景观格局由团聚的大斑块状态向多要素的密集格局转变，占主导优势的景观斑块类型耕地连通度与延展性降低。周长面积分维数总体变化不大，略有升高，达到1.300 0，景观斑块处于不稳定状态，斑块形状复杂性增强，受人为活动影响较大。2008—2013年周长面积分维数增加0.007 9，2013—2018年降低0.003 3，表明2008—2013年人类活动对景观格局的影响相对大于2013—2018年。香农多样性指数持续增大，研究期内共增加了0.127 1，表明研究区内景观多样性提高，破碎化程度变高，景观结构复杂趋于复杂，耕地与建设用地、林地、草地等景观斑块所占比例差异缩小，整体景观有向均质化方向发展的趋势。

表4 2008—2018年盐湖区景观水平上景观格局指数变化

3.2 景观格局演变驱动力分析

通过SPSS 24.0软件对选取指标进行主成分分析，结果见表5，提取特征值大于1的前2个主成分，其累计贡献率达到98.52%。第一主成分与人口、社会经济相关性较强，第二主成分与粮食产量相关性强，概括为农业结构调整与地区政策因素。

表5 驱动力指标旋转后因子载荷矩阵

经济发展、人口增长是运城市盐湖区景观格局演变的重要驱动因子。2008—2018年间盐湖区地区生产总值由891 698万元增加至2 768 379万元，年平均增长187 668.10万元；人均地区生产总值由13 562元增加至39 091元，年平均增长2 552.90元；工业生产总值增加127.80%，2013—2018年建筑业生产总值增加47.82%。工业与建筑业迅猛发展，对建设用地的需求迅速增加，同期建设用地面积由15 138.90 hm2增加至22 917.98 hm2，年平均增长777.91 hm2。人口是城市发展的基础，2018年盐湖区总人口相比于2008年增加11.80%，非农业人口增加25.87%，人口增加特别是非农业人口的增加导致城市居住用地、交通用地、商业用地等建设用地的扩张，进而引起其他景观格局的变化。

此外，农业结构调整与地区政策因素是影响景观格局演变的另一驱动因子。2008—2018年粮食产量总体呈下降趋势，其中2013—2018年粮食产量由260 350 t下降至154 240 t，同期耕地面积减少3 319.83 hm2，林地面积增加1 086.93 hm2。这是由于运城市盐湖区实行农业结构调整，大力种植经济作物，发展设施农业，着力构建三大高效农业经济带，即以北山峨眉岭栽植的干果、双季槐、无公害果品为主的高标准生态经济带，以涑水河设施蔬菜、高档花卉、优质水果为主的核心示范带，以南山种植的泉水莲菜、干果经济林为主的观光农业带［30］；大力实施道路、绿化、水电等农业基础设施项目，使部分耕地开始转化为工矿用地、林地。运城市盐湖区实行退耕还林、荒山荒地造林、天然林资源保护、封山育林等工程政策促使草地、耕地等向林地转化，是林地景观格局特征发生变化的重要原因。

4 结论

2008—2018年运城市盐湖区景观格局变化的特征主要表现为建设用地的快速增长，以耕地、草地为主生态用地持续减少，林地不断增加，景观格局趋于复杂和多样，整体景观有向均质化方向发展的趋势，表明在城市化和生态文明建设的背景下盐湖区正处于不断调整与优化之中。经济发展、人口增长、农业结构调整与地区政策是影响运城市盐湖区景观格局演变的主要驱动因子，特别是非农业人口增加，引起建设用地需求量增加，促使耕地、农村居民点用地等向建设用地转化，农业结构调整，重点发展经济作物、设施农业，加之植树造林、退耕还林等地区政策的实施共同作用下导致林地景观格局的变化。运城市盐湖区在今后应进一步保护和增加生态用地，推进农业供给侧结构性改革，协调优化城市建设、产业结构与农业发展布局，构建土地动态管理与监测系统，实现盐湖区用地和空间资源的合理配置，促进可持续发展。