張岳,孫夢鑫,辛宇,楊存建,3*

1.四川師范大學(xué)西南土地資源評價與監(jiān)測教育部重點實驗室,四川 成都 610068；2.四川師范大學(xué)地理與資源科學(xué)學(xué)院,四川 成都 610068；3.四川省生態(tài)文明促進會專家委員會,四川 成都 610068

土地是人類賴以生存的基本載體[1]。隨著經(jīng)濟發(fā)展，大量的優(yōu)質(zhì)土地資源向城鎮(zhèn)化與工業(yè)化傾斜，生態(tài)林草地以及生產(chǎn)農(nóng)用地被大量侵占，土地利用沖突問題日益顯著[2]。在我國生態(tài)文明建設(shè)推進下，如何對土地利用沖突測度以及優(yōu)化土地資源配置緩解土地利用沖突成為學(xué)者們的熱點研究問題[3-5]。

近年來，諸多學(xué)者以不同的研究方法和尺度對土地利用沖突進行研究。研究方法上，主要有參與式調(diào)查法、博弈論、PSR 模型、多目標評價以及景觀生態(tài)風(fēng)險評價等方法[6-9]，其中景觀生態(tài)風(fēng)險評價通過景觀指數(shù)構(gòu)建模型，能夠準確識別出土地沖突在空間上的位置而受到眾多學(xué)者關(guān)注，廖李紅等從三生空間角度出發(fā)對平潭島土地利用沖突進行測度[10]，王娟娟等利用景觀指數(shù)構(gòu)建土地利用沖突測度模型對干旱區(qū)河谷土地利用沖突的空間分布特征進行研究[11]。在研究尺度上，眾多學(xué)者從流域、城市群、礦區(qū)以及縣域等多個尺度進行了研究，陳竹安等對南昌市土地利用沖突進行測度并提出了優(yōu)化方案[12]，李晨欣等以廈門、漳州和泉州城市群為例進行土地利用沖突測度，結(jié)果表明在城區(qū)邊緣地區(qū)土地利用沖突尤為強烈[13]。總之，目前大多數(shù)學(xué)者多采用景觀指數(shù)構(gòu)建土地利用沖突測度模型對經(jīng)濟發(fā)達的城市群、都市圈以及干旱區(qū)河谷城市等進行研究，缺乏對新生欠發(fā)達城市群土地利用沖突問題的關(guān)注[14]。

成渝城市群作為西部最大的城市群與重要經(jīng)濟增長極[15]，相較于其他城市群起步較晚，發(fā)展十分迅速[16]。隨著成渝城市群人口不斷聚集，對建設(shè)用地的需求不斷增加，導(dǎo)致了土地資源的不合理利用，耕地、草地等用地類型被大量侵占，區(qū)域生態(tài)環(huán)境受到巨大挑戰(zhàn)。此外，由于成渝城市群位于長江上游生態(tài)功能區(qū)，需加強對林地的保護涵養(yǎng)水源，但受制于自然條件影響，成渝城市群四周山地、耕地與林地間轉(zhuǎn)換頻繁，土地利用沖突異常激烈?；谏鲜霰尘跋?，本文借助PSR 模型的思維邏輯，采用景觀生態(tài)風(fēng)險評價方法對成渝城市群近10a 土地利用沖突進行研究，精準識別土地沖突發(fā)生區(qū)域和類型，以期為成渝城市群區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展提供理論支持。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域概況

成渝城市群地處中國西南部四川盆地，介于北緯27°39′至32°19′、東經(jīng)101°55′至109°14′之間，包括重慶市部分地區(qū)、四川省成都市、綿陽市（除北川縣）、眉山市、南充市、廣安市、雅安市部分地區(qū)等15 個市（見圖1）。地形復(fù)雜多樣，中部以平原、丘陵為主，四周環(huán)山，長江橫貫其中，總面積為18.51 km2。截至2020 年初，區(qū)域總?cè)丝跒? 854.46萬人，城鎮(zhèn)化率為64.48%。2018 年11 月國務(wù)院明確要求成渝經(jīng)濟圈以重慶、成都為中心，引領(lǐng)成渝城市群發(fā)展。同時，成渝城市群是國家推進新型城鎮(zhèn)化的重要示范區(qū)，也是一帶一路與長江經(jīng)濟帶的重要戰(zhàn)略支點。

圖1 研究區(qū)圖Fig.1 Sketch of the study area

1.2 數(shù)據(jù)來源

2010、2015、2020 年3 期Landsat TM/ETM 遙感影像數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所資源環(huán)境數(shù)據(jù)云平臺共享（http://www.resdc.cn/DOI），按照《土地利用現(xiàn)狀分類》標準將土地覆被劃分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地以及未利用地6 類。根據(jù)影像紋理、幾何形狀和光譜特征使用ENVI5.3 進行影像解譯，對解譯圖像與GlobeLand30 數(shù)據(jù)集進行精度驗證，后再使用ENVI 對分類結(jié)果進行輔助修改，最后得到3 期土地利用類型圖。DEM 數(shù)據(jù)來源于美國地質(zhì)調(diào)查局（http://glovis.usgs.gov/），分辨率為30 m。社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)來源于《四川省統(tǒng)計年鑒》、《重慶市統(tǒng)計年鑒》以及各市統(tǒng)計年鑒。氣象數(shù)據(jù)由四川省、重慶市共計179 個氣象站點數(shù)據(jù)，采用線性內(nèi)插法和相鄰年份的數(shù)據(jù)來對缺失數(shù)據(jù)進行插補，后使用克里金插值方法進行空間插值，其分辨率為1 km。

2 研究方法

2.1 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣法

土地利用轉(zhuǎn)移矩陣是馬爾科夫模型在土地利用變化上的方法，能夠定量的表示各土地利用類型間的轉(zhuǎn)換量[17，18]。通過ArcGIS 軟件對3 期土地利用數(shù)據(jù)疊加產(chǎn)生轉(zhuǎn)移矩陣，用“轉(zhuǎn)入”、“轉(zhuǎn)出”來表示各土地利用類型間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，得出2010-2020 年間成渝城市群各土地利用類型間的轉(zhuǎn)換面積。

2.2 土地利用沖突指數(shù)構(gòu)建

土地利用方式的更迭對區(qū)域景觀格局變化具有重要影響[9]。不同的土地利用方式對生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成影響不同，其結(jié)果反映在景觀格局上。因此，當土地系統(tǒng)受到人為或自然因素影響時，其結(jié)果必然會影響到生物多樣性與空間組成結(jié)構(gòu)，進而影響生態(tài)安全。土地利用系統(tǒng)作為復(fù)雜的綜合體，具有復(fù)雜性、動態(tài)性和脆弱性等特點[13]，從景觀生態(tài)學(xué)角度出發(fā)，選取空間復(fù)雜性指數(shù)、脆弱性指數(shù)、穩(wěn)定性指數(shù)構(gòu)建土地利用沖突指數(shù)定量分析研究區(qū)土地利用沖突空間分布和時間演變特征。為避免景觀斑塊過于破碎，結(jié)合研究區(qū)大小以及數(shù)據(jù)分辨率、研究尺度等，參考彭佳捷等格網(wǎng)選取方法[19]，選擇5 km×5 km 的格網(wǎng)作為基本評價單元，共8 213個評價單元，其中將未完全充滿整個格網(wǎng)的單元作為完整單元計算。其公式如下：

式中，SCCI為沖突水平綜合指數(shù)；CI、FI、SI分別為土地利用復(fù)雜性指數(shù)、脆弱性指數(shù)以及穩(wěn)定性指數(shù)。

（1）土地利用復(fù)雜性指數(shù)（CI）：面積加權(quán)的平均斑塊分緯數(shù)（AWMPFD）在景觀生態(tài)學(xué)上用來表征景觀復(fù)雜性，其值可以表示景觀單元受相鄰景觀單元的擾動程度，數(shù)值越大說明相鄰景觀單元對其景觀干擾程度高，土地利用結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。其公式如下：

式中，Pij表示斑塊周長；aij表示斑塊面積；A為格網(wǎng)面積；m表示土地利用類型；n表示格網(wǎng)總數(shù)。

（2）土地利用脆弱性指數(shù)（FI）：城市化過程中的土地利用沖突與景觀脆弱性之間有明顯的相關(guān)關(guān)系，景觀脆弱性越高，土地利用沖突越強。此外，不同的土地利用類型面對外界壓力所帶來的響應(yīng)有所不同，結(jié)合先前研究以及成渝城市群城鎮(zhèn)化特點和土地轉(zhuǎn)移特性將建設(shè)用地、林地、草地、耕地、水域、未利用地景觀脆弱性依次設(shè)置為1、2、3、4、5、6[20]。其公式如下：

式中，F(xiàn)i為各土地利用類型的景觀脆弱度；ai表示各類型在格網(wǎng)內(nèi)的面積；S為格網(wǎng)面積；其中m=4。

（3）土地利用穩(wěn)定性指數(shù)（SI）：選取景觀破碎度指數(shù)來衡量景觀的穩(wěn)定性，在景觀格局中，景觀越破碎，其穩(wěn)定性越差，土地利用沖突越激烈[13]。景觀破碎度用斑塊密度（PD）度量，其值越大，景觀越破碎，相應(yīng)的穩(wěn)定性越弱。其公式如下：

式中，PD為各格網(wǎng)斑塊密度；PDmin、PDmax分別為各格網(wǎng)斑塊密度的最小值與最大值。

為消除數(shù)據(jù)間的范圍差異，將式3—6 中的各計算結(jié)果采用最小-最大值法標準化到0—1 之間，以便土地利用沖突指數(shù)的計算。參考沖突指數(shù)頻率累計值以及周國華“倒U”模型理論并結(jié)合等間距劃分法，將土地利用沖突指數(shù)劃分為穩(wěn)定可控(0—0.35)、基本可控[0.35—0.7)、輕度失控[0.7—0.9)、重度失控[0.9—1.0) 四個評價等級[20]。

2.3 半變異函數(shù)方法

土地利用沖突作為一種區(qū)域化變量，其相鄰單元的土地利用沖突水平存在著某種聯(lián)系，因而適用于空間統(tǒng)計學(xué)分析。地統(tǒng)計學(xué)作為空間統(tǒng)計學(xué)的重要組成部分，其中的半變異函數(shù)作為一種地統(tǒng)計學(xué)方法被廣泛應(yīng)用于地理研究[21]。半變異函數(shù)可用于描述空間相關(guān)性特征，空間相關(guān)性越大，表明空間依賴關(guān)系越明顯，表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)性特征。若空間相關(guān)性小，則表現(xiàn)出隨機性特征，其值與相鄰單元關(guān)系較小，而塊基比值用于表示空間相關(guān)性的強弱。

3 結(jié)果及分析

3.1 土地利用空間格局分析

3.1.1 土地利用時空變化特征

由表1 和圖2 可知，2010-2020 年成渝城市群土地利用類型以耕地、林地為主，各類型面積呈“三增三減”的變化特征。在增長態(tài)勢中，建設(shè)用地面積增加最多，為2 849.42 km2，增幅達156.1%；其次為林地增長738.96 km2，且林地面積呈現(xiàn)出先減后增的趨勢，在2015 年以后增幅較為明顯；最后為水域，僅增長264.53 km2。此外，耕地、草地、未利用地均處于減少態(tài)勢，其中，耕地在近10 年間降幅最大，減少了2 482.1 km2，占比由61.59%降至60.29%；草地面積處于減少態(tài)勢，并在2015 年以后減少趨勢更加明顯；未利用地面積整體較為穩(wěn)定，僅下降了3.17 km2。

表1 土地利用占比變化表Tab.1 Changes in the proportion of land use types

圖2 研究區(qū)土地利用圖Fig.2 Land use map of the study area

在空間變化上（見圖2），主要中心城區(qū)呈現(xiàn)出明顯的向外圍擴張的趨勢，尤其是成都市與重慶市建設(shè)用地向外擴張顯著。受此影響，城區(qū)周圍的大片耕地遭到侵占，耕地面積逐年減少，但受耕地保護措施的影響其下降速度有所放緩。此外，在研究區(qū)四周山地區(qū)域林地面積有所增長，這與2011 年頒發(fā)的《成渝經(jīng)濟區(qū)區(qū)域規(guī)劃》中加強盆周生態(tài)圈生態(tài)功能區(qū)建設(shè)以及“退耕還林”等生態(tài)保護措施有關(guān)。

3.1.2 土地利用類型轉(zhuǎn)移特征

由表2 可以看出，2010—2015 年共有6 452.27 km2土地利用方式發(fā)生了改變，占總面積的3.35%，其中，土地轉(zhuǎn)移主要發(fā)生在耕地、林地、建設(shè)用地之間，面積為5 954.22 km2；主要土地轉(zhuǎn)移類型為耕地轉(zhuǎn)為林地、林地轉(zhuǎn)為耕地、耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地。到2015—2020 年，成渝城市群土地利用發(fā)生改變的區(qū)域上漲至5.05%，面積為9 749.89 km2；除原有的耕地、林地、建設(shè)用地間的轉(zhuǎn)移面積增加外，草地向林地轉(zhuǎn)移大幅增加。整體上看，成渝城市群2010—2020 年土地利用方式變化顯著，主要集中在耕地、林地、建設(shè)用地之間。

表2 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣表/km2Tab.2 Land use transfer matrix/km2

3.2 土地利用沖突測算

3.2.1 土地利用沖突時空變化特征

成渝城市群2010—2020 年土地利用沖突變化顯著（見表3 和圖3）。2010 年成渝城市群土地利用沖突以可控級別為主，面積為157 610.03 km2，占比達81.67%，主要分布在研究區(qū)中部耕地連片區(qū)域以及研究區(qū)西部山地草地與林地連續(xù)分布區(qū)。至2015 年，可控級別比例下降3.6%，面積減少6 942.53 km2，主要發(fā)生在城區(qū)周圍以及盆周山地地區(qū)，到2020 年可控級別降幅有所放緩，降幅為1.77%。與此相對應(yīng)，輕度失控和重度失控單元分別增長了1.96%和3.41%?？傮w情況上，2010—2020 年成渝城市群土地利用沖突有所加劇，但增速有所放緩。

表3 土地利用沖突占比表Tab.3 Proportion of land use spatial conflicts

圖3 研究區(qū)土地利用沖突指數(shù)格局Fig.3 Spatial pattern of spatial conflict index in the study area

在空間變化上，近10 年成渝城市群土地利用沖突空間變化顯著（見圖3）。2010 年失控級別主要分布在成都市城區(qū)和重慶市涪陵區(qū)等地的城區(qū)周圍以及達州市北部、城口縣等地的山地、丘陵地區(qū)，主要土地類型為建設(shè)用地、耕地和林地。隨著時間的推移，上述城區(qū)周圍由于建設(shè)用地的擴張導(dǎo)致可控級別單元逐漸減少，至2015 年，成都市西部的溫江區(qū)和崇州市失控單元明顯增加。到2020 年，成都市由于向東發(fā)展的政策導(dǎo)致龍泉驛區(qū)、青白江區(qū)土地沖突得到激化。此外，研究區(qū)四周山地、丘陵地區(qū)由于受地形因素影響，耕地與林地的頻繁轉(zhuǎn)換導(dǎo)致景觀斑塊破碎，增加了各土地類型間接觸的概率，激化了土地利用沖突，尤其在大巴山區(qū)表現(xiàn)明顯。

3.2.2 土地利用沖突空間分異和類型分異特征

為進一步了解土地利用沖突的空間分異特征，采取全局Moran’s I 指數(shù)對近10 年土地利用沖突格局進行全局空間自相關(guān)檢驗，2010 年、2015 年、2020 年Moran’s I 指數(shù)分別為0.721、0.720、0.712，Z 得分均遠大于0.001 置信水平下的3.29 臨界值（見表4）。說明土地利用沖突評價單元的值與鄰近評價單元值具有較強的正相關(guān)性，土地利用沖突在空間上趨于聚集，這表現(xiàn)在成都市、重慶市以及研究區(qū)東北部的高值聚集和研究區(qū)中部資陽、內(nèi)江等地的低值聚集。研究期內(nèi)，2010—2015 年Moran’s I 值變化并不顯著，僅下降0.01，而2015—2020 年Moran’s I指數(shù)由0.72 下降至0.712，土地利用沖突發(fā)生的空間聚集性降低，空間分布更加分散。

表4 研究區(qū)各階段土地利用沖突Moran's I 值Tab.4 Moran's I value of land use conflict at each stage in the study area

在土地利用類型上，各土地利用類型發(fā)生沖突的概率具有差異性。由圖4 可知：①2010—2020 年成渝城市群耕地和林地整體以可控級別為主，其中穩(wěn)定可控、基本可控級別逐年下降，重度失控、輕度失控級別逐年上升，其原因是耕地受人類活動影響較大，加之耕地與林地間土地頻繁轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致耕地、林地斑塊破碎，進而引發(fā)土地沖突。②10 年間建設(shè)用地穩(wěn)定可控和基本可控級別分別下降3.47%、3.31%，輕度失控在2010—2015 年稍有上升，2015—2020 年明顯上升，這是由于2016 年《成渝城市群發(fā)展規(guī)劃》印發(fā)后，區(qū)域內(nèi)建設(shè)用地及工礦用地需求激增，激化了土地利用沖突，建設(shè)用地重度失控由3.42%上升至7.43%。③草地與水域沖突級別變化較小，以可控級別為主。2010—2020 年草地輕度失控和重度失控均為波動上升的趨勢，整體變化較小，水域重度失控級別無明顯變化，輕度失控單元有所上升。④未利用地可控級別逐年下降，重度失控單元占比最高，其原因是未利用地的經(jīng)濟效益較低，極容易被其他用地類型所侵占，但由于研究區(qū)未利用地面積占比較小，其土地利用沖突對研究區(qū)整體影響較小。整體上，2010—2020 年成渝城市群土地利用沖突主主要發(fā)生在建設(shè)用地、耕地和林地類型上。

圖4 2010-2020 年各土地類型沖突等級占比變化圖Fig.4 Proportion of conflict levels of different land types

3.3 土地利用沖突空間分異因素分析

在土地利用沖突中，隨機性主要表現(xiàn)在人為因素包括突發(fā)自然災(zāi)害、人類活動等外因，結(jié)構(gòu)性主要包括氣候、土壤、光熱條件等內(nèi)在因素[22-23]。因此，選取氣溫、降水、海拔等隨機性因素以及GDP、人口、城鎮(zhèn)化率等結(jié)構(gòu)性因素（見表5 和圖5），采用半變異函數(shù)方法，使用GS+軟件區(qū)分土地利用沖突空間分異的主導(dǎo)因素，其結(jié)果如表6 所示。

表5 社會經(jīng)濟因素Tab.5 Socio-economic factors

表6 成渝城市群半變異函數(shù)模擬結(jié)果Tab.6 Simulation results of semi-variogram of Chengdu-Chongqing urban agglomeration

圖5 氣候因素Fig.5 Climatic factors

結(jié)果表明：模型結(jié)果 R2均大于0.75，說明模型結(jié)果較好。2010—2020 年成渝城市群基臺值均小于0.5，說明氣候、海拔等自然因素是影響土地利用沖突空間分異的主要因素。氣候因素影響區(qū)域自然本底，進而影響土地利用方式。成渝城市群位于盆地地區(qū)，四周環(huán)山，地形復(fù)雜造成了多樣的氣候條件，不同的水汽組合和復(fù)雜地形形成了錯綜復(fù)雜的景觀斑塊，直接影響到土地利用沖突的強弱。近年來，隨著人類活動頻繁，塊基比由0.197 上升至0.487，轉(zhuǎn)為中等程度空間相關(guān)，由結(jié)構(gòu)性因素主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)性與隨機性因素共同影響?？傮w來說，成渝城市群在快速城鎮(zhèn)化以及工業(yè)發(fā)展發(fā)展過程中人類活動因素對土地利用沖突的影響越來越重要，自然因素對土地利用沖突影響得到削弱。

4 討論

近年來成渝城市群在國家政策的引導(dǎo)下發(fā)展迅速，各土地利用方式間轉(zhuǎn)換頻繁，主要集中在耕地、林地、建設(shè)用地類型之間，這與已有研究結(jié)果相一致[24]。從本文研究結(jié)果來看，成渝城市群土地利用沖突主要土地類型包括建設(shè)用地、耕地和林地，這與土地轉(zhuǎn)移頻繁的類型相一致。已有眾多研究表明，城鎮(zhèn)化會導(dǎo)致建設(shè)用地擴張，加劇城區(qū)周圍土地利用沖突[10,12]，成渝城市群在2016 年發(fā)展規(guī)劃頒發(fā)后，建設(shè)用地的土地利用沖突增長明顯。此外，耕地和林地間的相互轉(zhuǎn)換也導(dǎo)致了土地利用沖突的發(fā)生，在研究區(qū)四周山地地區(qū)因光照、降水、土壤侵蝕等自然因素影響，景觀斑塊破碎，生態(tài)環(huán)境較脆弱。加之該區(qū)域居民主要依靠種植業(yè)獲取收入，對耕地需求量較大，林地和耕地轉(zhuǎn)換頻繁，導(dǎo)致土地利用沖突的發(fā)生，這與Bao 等人對京津冀城市群研究結(jié)果相一致[25]。因此，在未來成渝城市群發(fā)展中，需要對建設(shè)用地進行合理規(guī)劃，同時加強對盆周山地地區(qū)生態(tài)保護，堅持“退耕還林”政策，協(xié)調(diào)耕地、林地間的沖突，促進成渝城市群綠色可持續(xù)發(fā)展。

此外，本研究也存在部分局限性，由于土地利用沖突除空間沖突外還具有生態(tài)沖突、經(jīng)濟沖突等，在未來研究中需從多視角研究土地利用沖突。在對土地利用空間沖突主導(dǎo)因素分析時，缺乏定量分析，無法解釋主導(dǎo)因素對具體生態(tài)過程的影響，在未來研究中應(yīng)深入分析土地利用沖突發(fā)生的體系機制。