楊 楠，龔 祁，李敏玉，李 暉

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與風(fēng)景園林學(xué)院，廣州 510642）

生態(tài)用地作為自然空間的實(shí)體地域，直接關(guān)聯(lián)土地生態(tài)功能，為人類的生存及發(fā)展提供重要物質(zhì)基礎(chǔ)和空間載體［1］。改革開放以來，城市化和工業(yè)化不斷推進(jìn)，人類活動的加強(qiáng)使得原生生態(tài)用地被大量侵占，引發(fā)了不同區(qū)域內(nèi)各類生態(tài)環(huán)境問題的出現(xiàn)，嚴(yán)重影響中國國家生態(tài)安全與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。目前國際上尚未達(dá)成對生態(tài)用地的概念和分類的共識［2］，中國現(xiàn)行的《土地利用現(xiàn)狀分類（GB/T 21010—2017）》中也沒有明確生態(tài)用地的類別。本研究的生態(tài)用地［3］為以生態(tài)價值為主要利用價值，對區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量起到主要提升作用，維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展的土地利用范疇。近年來，生態(tài)用地的研究集中在分析土地覆蓋變化和景觀格局演變［4-6］、構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局［7］、生態(tài)安全評價［8］、生態(tài)服務(wù)價值影響［9］、驅(qū)動力分析［10］等方面。根據(jù)以上研究，學(xué)術(shù)界對生態(tài)用地空間進(jìn)行了多方面的探討，基于土地利用動態(tài)度、土地利用矩陣中轉(zhuǎn)移、景觀格局指數(shù)等定量測度方法研究生態(tài)用地景觀格局演變與土地利用變化仍是理解區(qū)域生態(tài)安全與土地演化的重要手段。

珠江三角洲（簡稱珠三角）西岸是粵港澳大灣區(qū)建設(shè)的核心區(qū)域之一，區(qū)域內(nèi)生態(tài)用地保護(hù)、生態(tài)安全與城市擴(kuò)張之間存在矛盾。目前關(guān)于珠三角用地時空變化和景觀格局的研究集中于城鎮(zhèn)的景觀格局演變［11］、單一用地類型的景觀結(jié)構(gòu)［12］，關(guān)于區(qū)域整體生態(tài)用地時空變化及景觀格局演變特征的研究范疇較為鮮見。珠三角西岸的生態(tài)用地景觀格局研究對珠三角及粵港澳大灣區(qū)可持續(xù)發(fā)展建設(shè)具有重要參考意義，因此，本研究采用土地利用動態(tài)度、土地利用轉(zhuǎn)移矩陣和景觀指數(shù)的分析方法，對1980—2018 年珠三角西岸地區(qū)生態(tài)用地的主要流向和景觀結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行研究，以此為據(jù)歸納出生態(tài)用地時空變化和景觀格局演變的特征。為優(yōu)化區(qū)域生態(tài)安全格局，合理規(guī)劃管理生態(tài)用地資源提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)域概況

珠 江 三 角 洲 西 岸（111°21′E—113°40′E、21°34′N—24°23′N）指珠三角洲以珠江口為界，廣州市為中心的西側(cè)區(qū)域，包含廣州、佛山、中山、珠海、江門、肇慶6 個行政區(qū)域。該區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，高溫多雨，年平均氣溫為22 ℃，年平均降水量在1 500 mm 以上；由外圍向珠江口，依次為山區(qū)、丘陵、剝蝕臺地、沖積平原四大地貌類型。根據(jù)《珠江三角洲環(huán)境保護(hù)規(guī)劃綱要（2004—2020 年）》，珠三角西岸包括了肇慶鼎湖山為中心的西北結(jié)構(gòu)性生態(tài)控制區(qū)、中山珠海之間以五桂山-鳳凰山為中心的城市綠核、西江流域水網(wǎng)等多個重要生態(tài)區(qū)域，具有豐富的生態(tài)用地資源。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究以粵港澳大灣區(qū)1980、1990、2000、2010、2018 年共5 期土地利用現(xiàn)狀遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)和珠江三角洲西岸行政區(qū)位圖為基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)均由中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心（http：//www.resdc.cn/）提供。其中，土地利用數(shù)據(jù)源自30 m 的Landsat 8 遙感影像。將土地利用分為耕地，林地，草地，水域，城鄉(xiāng)、工礦、居民建設(shè)用地和未利用土地，6 個一級類別以及23 個二級類別。根據(jù)研究區(qū)行政單位矢量邊界進(jìn)行裁剪，得到研究區(qū)5 個年份的土地利用類型圖?；谏鷳B(tài)用地研究成果［3，13］及研究區(qū)現(xiàn)狀，選取以生態(tài)服務(wù)為主體功能的土地利用類型作為生態(tài)用地，包括林地、草地、水域三大類（表1）。

表1 生態(tài)用地類型分類

2 研究方法

2.1 生態(tài)用地變化研究方法

2.1.1 生態(tài)用地時間變化特征 本研究選取土地利用動態(tài)度來定量描述土地利用的動態(tài)特征。土地利用動態(tài)度是分析土地利用變化率的主要模型之一［14］，代表了一定時間內(nèi)土地利用變化速度和強(qiáng)度，對比較區(qū)域土地利用變化的差異和預(yù)測未來土地利用變化趨勢具有較大意義［15］。計算公式如下。

式中，K為研究期內(nèi)土地利用類型動態(tài)變化度；Ua和Ub分別為研究期初和研究期末的土地面積；T為研究時間。

2.1.2 生態(tài)用地空間轉(zhuǎn)換特征 通過轉(zhuǎn)移矩陣對生態(tài)用地的轉(zhuǎn)移方向及轉(zhuǎn)移數(shù)量進(jìn)行分析。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣是馬爾科夫模型在土地利用變化中的應(yīng)用，一方面可以定量描述不同土地利用類型之間的轉(zhuǎn)換，另一方面可揭示用地類型的轉(zhuǎn)移速率［16］。土地利用轉(zhuǎn)移矩陣通用形式如下。

式中，Sij表示轉(zhuǎn)移前的i類土地利用轉(zhuǎn)移成j類土地利用的面積；n代表土地利用類型，每列數(shù)值總和表示研究末期該土地類型的總面積。

2.2 景觀格局研究方法

景觀格局指數(shù)能夠集中反映景觀格局信息，對景觀格局空間結(jié)構(gòu)及組成特征進(jìn)行定量化分析［17，18］?；谀軌蚍从成鷳B(tài)用地景觀特征的研究需求，從斑塊類型水平和景觀水平上選取不同的景觀指數(shù)進(jìn)行分析。斑塊類型水平上，選取斑塊數(shù)（NP）、平均斑塊面積（AREA-MN）、邊界密度（ED）和景觀形狀指數(shù)（LSI）；景觀水平上，選取蔓延度（CONTAG）、分 離 度（DIVISION）、香 農(nóng) 多 樣 性（SHDI）、香農(nóng)均勻度（SHEI）和聚集度（AI），共選取9個景觀指數(shù)，其生態(tài)意義如表2 所示［19］。采用FRAGSTATS 4.2 軟件對景觀格局指數(shù)進(jìn)行計算。

表2 景觀格局指數(shù)選取

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)用地時空變化分析

3.1.1 生態(tài)用地利用變化總體情況 為了明確生態(tài)用地內(nèi)部之間及生態(tài)用地與其他土地類型之間的土地利用動態(tài)變化特征和土地利用轉(zhuǎn)換關(guān)系，對6 種土地利用類型進(jìn)行了地類轉(zhuǎn)換特征分析。根據(jù)不同時間間隔內(nèi)的土地利用數(shù)據(jù)計算土地利用動態(tài)度，以明確每種土地利用類別的變化率（圖1、表3）。

圖1 研究時段各地類用地面積

表3 1980—2018 年珠三角西岸土地利用數(shù)量變化

由圖1、表3 可知，珠三角西岸土地利用類型中，林地占地面積最大，是該區(qū)域內(nèi)生態(tài)用地的主要類型，其土地利用動態(tài)度從1990—2000 年開始轉(zhuǎn)為負(fù)值，林地面積開始減少，由于林地面積占地較大，林地總體動態(tài)變化幅度相對較??；水域作為生態(tài)用地中第二大土地利用類型，在39 年間面積先增加后減少，在2000 年左右水域占地面積達(dá)到峰值，2000—2018 年水域減少且變化速率增加，動態(tài)度達(dá)-12.48%/10 年。草地在1980—2010 年整體呈減少趨勢，在2010—2018 年大幅度增加，動態(tài)度達(dá)18.05%/10 年?？傮w而言，1980—2018 年土地利用變化特征表現(xiàn)為生態(tài)用地整體呈以2000 年為節(jié)點(diǎn)先增加后減少的趨勢，且在2010—2018 年減少速率有所減緩。

3.1.2 生態(tài)用地轉(zhuǎn)移分析 根據(jù)不同土地利用類型，將珠三角西岸1980—2018 年土地利用變化劃分為 1980—1990 年、1990—2000 年、2000—2010 年和2010—2018 年 4 個階段，借助 ArcGIS 平臺對 4 個階段土地利用類型進(jìn)行轉(zhuǎn)移矩陣分析，結(jié)果如表4 所示。

表4 1980—2018 年珠三角西岸生態(tài)用地與各土地利用類型間的轉(zhuǎn)移矩陣 （單位：hm2）

在1980—1990 年，珠三角西岸生態(tài)用地變化顯著。林地凈增加了9 355 hm2，多為耕地及草地轉(zhuǎn)化而來，其中有17.25%的草地轉(zhuǎn)化為林地，有3.39%的耕地轉(zhuǎn)化為林地；水域凈增加了18 282 hm2，其中多為耕地轉(zhuǎn)化而來，有2.75%的耕地轉(zhuǎn)化為水域；草地凈減少了7 623 hm2，其中占比最高為草地轉(zhuǎn)林地。

在1990—2000 年，珠三角西岸生態(tài)用地變化趨勢為草地和林地開始減少，水域持續(xù)增加，且變化速度明顯上升。草地凈減少1 580 hm2，有3.62%的草地轉(zhuǎn)化為其他用地，其中變化量最大為草地轉(zhuǎn)化為林地，占比為2.54%；林地凈減少2 854 hm2，有0.60%林地轉(zhuǎn)化為其他用地，其中變化量最大為林地轉(zhuǎn)建設(shè)用地，占比為0.36%；水域凈增加40 981 hm2，有5.74%的耕地轉(zhuǎn)化為水域，通過對水域下一級分類分析，占比最大的為耕地轉(zhuǎn)換為水庫坑塘。

在2000—2010 年，珠三角生態(tài)西岸生態(tài)用地變化趨勢為草地和林地持續(xù)減少，且變化速度明顯上升，水域也出現(xiàn)大幅度減少。草地凈減少4 473 hm2，有7.62%的草地轉(zhuǎn)化為其他用地，其中變化量最大為草地轉(zhuǎn)化為林地，占比為5.12%；林地凈減少16 102 hm2，有1.52%林地轉(zhuǎn)換為其他用地，其中占比最大為林地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，為1.41%；水域凈減少14 323 hm2，有10.02%的水域轉(zhuǎn)化為其他用地，其中占比最大為水域轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，為9.43%；2000—2010 年生態(tài)用地均大幅度減少，多轉(zhuǎn)換為城市建設(shè)用地。

在2010—2018 年，珠三角生態(tài)西岸生態(tài)用地變化趨勢為林地和水域持續(xù)減少，但減少速度有所緩和，草地逐漸增加。草地凈增加10 203 hm2，其中占比最大為林地轉(zhuǎn)化為草地，有1.23%林地轉(zhuǎn)化為草地。林地凈減少30 403 hm2，有9.28%林地轉(zhuǎn)化為其他用地，其中占比最大為林地轉(zhuǎn)化為耕地，為5.00%；水域凈減少42 161 hm2，有40.74%的水域轉(zhuǎn)化為其他用地，其中占比最大為水域轉(zhuǎn)化為耕地，為24.14%；2010—2018 年，草地有所增加，通過對下一級分類分析，發(fā)現(xiàn)多為由于林地疏于管理而退化轉(zhuǎn)化為草地。

3.1.3 珠三角西岸生態(tài)用地變化及空間差異 對珠三 角 西 岸 1980—1990、1990—2000、2000—2010、2010—2018 年4 個時段的土地利用空間數(shù)據(jù)疊加分析（圖2）可知，4 個時段珠江三角洲多種生態(tài)用地均存在轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出情況，且變化面積和類型逐年增大，變化區(qū)域空間分布廣且零散。生態(tài)用地39 年間變化范圍和變化類型逐年增加且大多變化范圍沿水網(wǎng)分布。生態(tài)用地轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出情況總體上呈東南部和中部轉(zhuǎn)出多轉(zhuǎn)入少，西北部和南部轉(zhuǎn)出少轉(zhuǎn)入多的格局。其中生態(tài)用地減少的面積圍繞中心城市佛山市及東南沿海向外呈多-少、集中-破碎的分散形態(tài)，佛山市、珠海市和中山市主要是水域轉(zhuǎn)出區(qū)。生態(tài)用地增加以肇慶市和佛山市交界處和東南沿江海的水域?yàn)橹鳌?/p>

圖2 1980—2018 年生態(tài)用地轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出情況

3.2 生態(tài)用地景觀格局分析

3.2.1 類型水平分析 由表5 可知，研究區(qū)生態(tài)用地中林地平均斑塊面積遠(yuǎn)高于其他用地類型，而其斑塊數(shù)量并非最多，說明林地是景觀格局中的優(yōu)勢景觀類型，內(nèi)部豐度較高，研究區(qū)存在較多的大面積林地，集中在東北部山地丘陵區(qū)域。1980—2000年，林地斑塊數(shù)減少，平均斑塊面積增長18.3%，趨向集中連片發(fā)展，得益于該期間對生態(tài)公益林的建設(shè)，森林資源得到培育和發(fā)展；2000—2010 年林地斑塊數(shù)增多，而平均斑塊面積減少18.4%，表明破碎化程度加深；2010—2018 年破碎化趨勢有所緩和，林地邊界密度和景觀形狀指數(shù)呈先減后增的趨勢，其幾何形狀由簡單趨向復(fù)雜。

草地以零散分布為主。1980—2010 年草地斑塊數(shù)增加，平均斑塊面積減少，破碎化程度加劇，其中，2000—2010 年破碎化程度最明顯。2010—2018年草地，因林地和未利用土地轉(zhuǎn)入草地使其斑塊數(shù)上升，平均斑塊面積上升，草地分布趨向集中；邊界密度增加，邊界復(fù)雜程度增強(qiáng)，異質(zhì)性提高；景觀形狀指數(shù)上升，斑塊形狀趨向不規(guī)則化（表5）。該期間因部分地區(qū)生態(tài)保護(hù)工作未落到實(shí)處，林地經(jīng)營管理不善，被侵蝕退轉(zhuǎn)為草地，草地斑塊數(shù)增加，斑塊形狀復(fù)雜化。

水域的變化情況比較復(fù)雜，二級分類中，河渠、湖泊變化較小，變化主要集中于水庫坑塘。1980—2000 年水域平均斑塊面積漲幅加大，斑塊數(shù)減少，說明水域聚集程度提高，連通性增強(qiáng)，景觀形狀指數(shù)減小，其幾何形狀趨向簡單。20 世紀(jì)80 年代末，受到市場經(jīng)濟(jì)導(dǎo)向影響，農(nóng)戶“廢田變塘”，順德區(qū)、中山市的較多耕地開發(fā)為水庫坑塘，促使水域用地面積大量增加；人工對其的開發(fā)促使水域形狀規(guī)則化。2000—2018 年水域斑塊數(shù)增加，平均斑塊面積減少，水域趨向破碎化；邊界密度和景觀形狀指數(shù)均先升后降，斑塊形狀由復(fù)雜趨向簡單（表5）。由于地類產(chǎn)出價值相差顯著和城市化建設(shè)，農(nóng)村勞動力大量遷移到城市，基塘農(nóng)業(yè)逐漸萎縮，加速了基塘向經(jīng)濟(jì)效益更高的建設(shè)用地轉(zhuǎn)化的趨勢。

表5 珠江三角洲西岸1980—2018 年景觀類型水平指數(shù)

以林地、草地和水域?yàn)橹鞯纳鷳B(tài)用地類型在1980—2010 年趨向破碎化，形狀趨于規(guī)則，2000—2010 年破碎化程度最為明顯，而這期間建設(shè)用地平均斑塊面積大幅上漲，斑塊數(shù)量減少，建設(shè)用地集中式發(fā)展，表明生態(tài)用地受城鎮(zhèn)化發(fā)展影響較大。2010—2018 年生態(tài)用地類型的破碎化程度有所緩解，形狀不規(guī)則性增強(qiáng)，進(jìn)而增加了景觀多樣性。

3.2.2 景觀水平分析 由表6 可知，1980—2018 年珠三角西岸景觀的蔓延度指數(shù)呈下降趨勢，說明在研究時段內(nèi)區(qū)域景觀內(nèi)部空間的連接性下降，各類景觀的空間分布結(jié)構(gòu)趨于不穩(wěn)定，景觀由聚集狀向分散狀轉(zhuǎn)移，破碎度增加，在2010—2018 年景觀蔓延度指數(shù)下降速率減緩，景觀破碎化速度有所下降。在研究時段內(nèi)分離度呈先上升后下降的趨勢，在2010 年達(dá)到最大值，說明在1980—2010 年珠三角西岸景觀的空間聚集性減弱、離散性增強(qiáng)，2010—2018年生態(tài)用地景觀的空間聚集性增強(qiáng)。香農(nóng)多樣性指數(shù)和香農(nóng)均勻度指數(shù)均呈上升趨勢，在2018 年達(dá)到最大值，說明在1980—2018 年珠三角西岸地區(qū)生態(tài)用地景觀類型分布更加均勻，斑塊類型趨于多樣化，優(yōu)勢斑塊的主導(dǎo)作用逐漸降低，景觀的破碎化程度加強(qiáng)，景觀異質(zhì)性增強(qiáng)。本研究區(qū)域香農(nóng)多樣性指數(shù)基數(shù)較小，區(qū)域內(nèi)林地斑塊占主導(dǎo)地位，總體景觀多樣性較低，香農(nóng)多樣性指數(shù)有所提升，說明研究區(qū)域增加的景觀斑塊主要為原斑塊占比較少的草地或水域；1990—2018 年香農(nóng)多樣性指數(shù)和香農(nóng)均勻度指數(shù)的上升速率呈先上升后下降的趨勢，其中在2010 年后指數(shù)上升速率開始下降，說明區(qū)域在1980—2010 年景觀破碎化速度不斷加快，在2010—2018年景觀破碎化的速度減緩。

表6 1980—2018 年珠三角西岸生態(tài)用地景觀尺度上的景觀指數(shù)變化

以上分析表明，39 年來珠三角西岸生態(tài)用地景觀格局在人工干擾下發(fā)生較大變化，生態(tài)用地呈現(xiàn)景觀破碎度加大和景觀多樣性增加的趨勢，景觀內(nèi)部空間的連通度下降；在1980—2010 年生態(tài)景觀格局破碎化的速度呈上升的趨勢，2010—2018 年景觀破碎化速度減緩。

4 小結(jié)與討論

研究生態(tài)用地等土地利用的動態(tài)變化及景觀格局動態(tài)特征，對國家自然保護(hù)區(qū)建設(shè)及生態(tài)資源的可持續(xù)利用具有極其重要的生態(tài)和社會經(jīng)濟(jì)意義［20］。本研究以珠江三角洲西岸在1980—2018 年的生態(tài)用地為例，分析在城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，生態(tài)用地的時空變化規(guī)律和景觀格局特征，為后續(xù)合理開發(fā)利用土地和生態(tài)保護(hù)政策提供科學(xué)依據(jù)。

1）珠三角西岸生態(tài)用地數(shù)量變化情況。1980—2018 年珠三角西岸生態(tài)用地呈減少趨勢，總體減少40 695 hm2。在生態(tài)用地中，林地是生態(tài)用地第一大優(yōu)勢景觀類型，但隨著林地面積的不斷減少，林地景觀優(yōu)勢度降低，而草地的比重稍有上升。1980—2000 年城鎮(zhèn)化進(jìn)程較緩，并得益于廣東開展”十年綠化廣東”革命和政府對于基塘農(nóng)業(yè)支持，生態(tài)用地年平均增加2 828.2 hm2；在2000 年后，出于工業(yè)規(guī)模發(fā)展的吸引，城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快［21］，大量建設(shè)用地占據(jù)周邊草地、林地和水域，生態(tài)用地面積減少速率加快。2010—2018 年生態(tài)用地雖然持續(xù)減少但其受損的趨勢逐步減緩。

2）珠三角西岸生態(tài)用地轉(zhuǎn)移特征。生態(tài)用地轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出類型持續(xù)增加，變化面積持續(xù)增大，變化范圍也在持續(xù)擴(kuò)張，總體上呈東南部和中部轉(zhuǎn)出多轉(zhuǎn)入少、西北部和南部轉(zhuǎn)出少轉(zhuǎn)入多的格局。生態(tài)用地之間轉(zhuǎn)換相對較弱，林地和水域大面積轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，同時，受城市化和工業(yè)化用地侵占的影響，粵西北地區(qū)推動城市擴(kuò)容提質(zhì)，但生態(tài)保護(hù)工作未落到實(shí)處，林地管理經(jīng)營存在過伐亂伐現(xiàn)象，導(dǎo)致了林地被侵蝕退轉(zhuǎn)為草地［22］。

3）珠三角西岸生態(tài)用地景觀格局特征。生態(tài)用地整體景觀格局破碎化程度不斷上升，斑塊類型趨于多樣化，景觀異質(zhì)性增強(qiáng)，優(yōu)勢斑塊的主導(dǎo)作用逐漸降低，景觀內(nèi)部空間的連接性下降。在1980—2010 年隨著城市化工業(yè)化的發(fā)展推進(jìn)，生態(tài)用地的景觀破碎化進(jìn)程也在不斷加快，2010—2018 年生態(tài)用地的規(guī)劃發(fā)展得到重視，在此期間生態(tài)用地的整體景觀破碎化速度有所減緩。

隨著十八大提出建設(shè)生態(tài)文明政策和重大戰(zhàn)略部署，廣東省政府逐步出臺對生態(tài)用地的保護(hù)措施，這對珠三角西岸生態(tài)用地結(jié)構(gòu)優(yōu)化、生態(tài)用地景觀破碎化程度下降起到重要的推動作用。但生態(tài)用地的減少和破碎化趨勢仍受到建設(shè)用地擴(kuò)張和耕地復(fù)墾的較大影響，需要對有限的土地資源實(shí)現(xiàn)合理的生態(tài)用地規(guī)劃，才能更好發(fā)揮其生態(tài)價值和功能作用。本研究將以生態(tài)服務(wù)為主體功能的土地利用類型作為珠三角西岸生態(tài)用地的研究對象，采用定量測度方法對其時空變化和景觀格局進(jìn)行分析。今后對珠三角洲生態(tài)用地的研究可根據(jù)區(qū)域特征進(jìn)行分類的進(jìn)一步劃分，加強(qiáng)生態(tài)用地的區(qū)域性和特殊性［23］。例如，深化研究該區(qū)域基塘農(nóng)業(yè)景觀及沿海濕地的生態(tài)用地價值和特征演變。并且基于生態(tài)用地的演變規(guī)律，對區(qū)域生態(tài)風(fēng)險進(jìn)行評價和預(yù)測，推進(jìn)珠三角區(qū)域生態(tài)安全體系一體化建設(shè)。