Vol. 45 No. 1Jan. 2021
第45卷第1期2021年1月
江西师范大学学报(自然科学版)
Journal of Jiangxi Normal University (Natural Science)
文章编号：1000-5862 （2021 ）01-0094-09
钟业喜，邵海雁，徐晨璐，朱治州
（江西师范大学地理与环境学院，江西南昌330022）
摘要：基于2001年、2006年、2011年、2016年、2018年5期鄱阳湖区土地利用数据，采用土地利用转移矩
阵、景观格局指数和移动窗口法，定量分析了鄱阳湖区的土地利用变化及景观格局演变.结果表明：（i ）鄱
阳湖区的土地利用类型呈环状分布，以鄱阳湖为核心向外围过渡为耕地、林地等主要地类；人类活动及生 态退化的双向递推导致城市空间面状扩张和林地流失严重；（ii ）在土地利用动态转移方面，这18年间鄱
阳湖区约17. 63%的土地发生了转移，林地转化为耕地、耕地转化为林地、林地转化为草地成为主要转化 类型;（iii ）从斑块类型水平看，林地和耕地是鄱阳湖区的优势景观类型,2者置换趋势明显；从景观水平
看，鄱阳湖区的景观破碎化程度加剧；（iv ）鄱阳湖区南部的景观分离度高于北部，水陆交错带的景观分离
度较高，形成了环鄱阳湖水域的景观分离圈.
关键词：土地利用变化；景观格局指数；移动窗口法；鄱阳湖区
中图分类号:F301.2；X24 文献标志码:A DOI : 10.16357/j. cnki. issnlOOO-5862.2021.01.14
o 引言
随着国家新型城镇化和工业化的快速推进，在
高强度的经济社会活动外部驱动和低承载的自然生 态环境内部侵蚀的双重作用下，区域土地利用结构
转型渐趋多变复杂，进而对区域景观生态格局产生 显著影响•土地作为各生态系统的空间载体，其 利用方式变化是生态环境与人类经济活动交互作用 的结果；而土地利用变化又作用于景观格局IE.在
国家加快生态文明体制改革以推动高质量绿发
展、统筹山水林田湖草生命共同体以实现人与自然 和谐发展的时代背景下出］，土地利用及景观格局 在时间序列及空间格局上的演变成为地理学和景观 生态学领域的前沿和研究热点妙。］.水陆交错带是
水生生态系统与陆地生态系统的交汇带，具有保护、 连接、缓冲等生态功能；同时水陆交错带的保护、开 发和利用是国土空间整治的有机组成部分⑴鄱
阳湖区作为鄱阳湖水陆相生态系统，对自然环境变
化和人为干扰响应较为敏感，土地利用变化和景观
格局演变较为活跃⑴］;2009年，鄱阳湖生态经济区
上升为国家战略，而鄱阳湖区是鄱阳湖生态经济区 的核心部分，在加快中部地区崛起、构建长江中游城
市发展新支点等方面具有重要意义•因此，本文以
鄱阳湖区为研究对象进行土地利用及景观格局演变 分析，有利于探索水陆交错带人地系统协调及国土
开发格局优化.
目前，诸多学者对土地利用变化及景观格局进 行探究，研究成果颇丰•现有土地利用研究侧重于3
个方面：（i ）用地效率「⑷、环境影响”〕、生态敏
感皿、生态风险M 的评价；（ii ）城市化下的土地利
用变化驱动力及影响机制分析［1849］;（iii ）基于景观 生态视角下的生态服务价值阪〕、生态安全格局归］、
生境质量炉］的研究.其研究方法趋于多样，从以层
次分析法、主成分分析为主扩展至运用CA-Markov 、
CLUE-S 模型、土地转移矩阵、地理探测器等方法进
行定性定量分析，但大多数以单一视角分析土地利 用效率与转移结构特征，缺乏多种方法综合集成研 究3知.在景观格局研究方面，主要有景观格局指
数、最小累积阻力模型、移动窗口等方法；研究也较
收稿日期：2020-11-07
基金项目：国家自然科学基金（41961043）资助项目.
通信作者：钟业喜（1973-），男，江西赣州人，教授，博士，博士生导师，主要从事经济地理与空间规划研究.E-mail ：zhongyexi@
126. com
第1期钟业喜，等：2001-2018年鄱阳湖区土地利用及景观格局时空演变95
多聚焦于土地利用、生态用地、空间格局、景观结构等方面；城市、湿地、农业、森林景观是主要研
究对象•土地利用及景观格局时空演变注重空间尺度效应和空间异质性研究「旳，一方面，研究尺度呈现出从国家宏观尺度向省域、城市、流域及地理片区等中观尺度和以县域、乡镇为单元的微观尺度转变；另一方面，研究地域集中于干旱区、荒漠化地区、丘陵区、沼泽湿地、流域等生态脆弱地区，对于人地互动较为活跃的水陆交错带的关注不足.
上述研究工作的开展丰富了土地利用及景观格局方面的研究内容、研究方法和研究尺度等，但是研究的综合性及导向性不足当前，国家经济建设向中西部转移，国土空间开发保护新格局亟待形成，而鄱阳湖区作为中部承接东部经济的接力区及长江经济带“共抓大保护，不搞大开发”的蓄力区，如何实现鄱阳湖区水陆交错带的生态红利以催生社会经济发展成效显得尤为重要•因此，本文基于2001年、2006年、2011年、2016年、2018年5期土地利用数据，借助ArcGIS10.2、Frastats4.2、RStudio软件平台，综合运用土地利用转移矩阵、景观格局指数、移动窗口法，从短时间序列回溯鄱阳湖区的土地利用及景观格局的时空演变，从而为推动鄱阳湖区的高质量绿发展、生态经济协同发展提供有益探索.
1数据来源与研究方法
1.1研究区域与数据来源
鄱阳湖区位于江西省北部、长江中下游南岸(115°20z E~117°10,E,28°15,N~29°55Z N)，是由中国最
大的淡水湖鄱阳湖及其滨湖区域共同组成的水陆交错带，在行政区范围内包括九江市区、湖口县、德安县、庐山市、都昌县、永修县、鄱阳县、余干县、南昌市区、南昌县、进贤县共11个区域，是鄱阳湖生态经济区的核心组成部分0困，占地面积共20247.46km2, 2018年实现地区生产总值达7119.29亿元,2018年末统计的常住人口为987.94万人，这3项分别约占江西省的12.13%、32.38%、21.26%.鄱阳湖区气候类型属于亚热带湿润季风型气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥；地形以平原、丘陵为主，是江西省的主要粮食生产基地；修水、赣江、抚河、信江、饶河分别自西部、南部、东部汇入鄱阳湖，且鄱阳湖区北接长江，在统筹推进流域山水林田湖草一体化生态保护格局中具有重要区位优势.
MODIS数据以其回访周期短、覆盖范围广等优点被广泛应用于生态研究妙］.本研究使用的土地利用数据来自美国国家航空航天局(NASA)提供的搭载在Terra和Aqua卫星上的中分辨率成像光谱仪观测反演得到的MODIS土地覆盖类型产品(MCD12Qlv006)，数据时间跨度为2001—2018年，空间分辨率为500m.选取2001年、2006年、2011年、2016年、2018年5期土地利用数据作为原始数据，由于MCD12QlvOO6采用国际地圈生物圈(IG-BP)17类全球植被分类方案，根据鄱阳湖区的实际地理环境，利用ArcGIS重新分类为水体、林地、耕地、草地、草甸湿地、建设用地、未利用地7种用地类型(见图1)，并将数据转换成90mx90m分辨率的栅格数据.
1.2研究方法
1.2.1土地利用转移矩阵土地利用是一个时空变化的概念，其变化包括时序尺度上的数量变化和空间尺度上的位置变化2个方面.而土地利用转移矩阵是刻画区域内不同土地利用类型相互转化的数量和方向定量研究的主要方法，不仅包含研究期内初期和末期的用地类型面积信息，而且还可呈现区域土地利用变化的空间结构特征和演变方向，即土地利用转移矩阵能够清晰地反映研究区域内各土地利用类型的具体流向及转出面积、转入面积等，进而有利于深入分析土地利用的动态变化特征⑶］•其数学模型可表示为
其中％为研究期初与研究期末的土地利用面积,
分别为研究期初和期末的土地利用类型(i=1, 2,-,n,j=l,2,-n),n为土地利用类型数矩阵中每一行表示研究期初地类i向期末各地类转移的面积信息，每一列表示研究期末地类从期初各地类获得的面积信息.
1.2.2景观格局指数景观格局指数是能够高度浓缩景观格局信息和反映其结构组成和空间配置等方面特征的简单定量指标［3口.使用Fragstats4.2软件计算鄱阳湖区景观格局指数，在斑块类型水平指数中选取斑块数量(N”)、斑块密度(P D)、斑块所占景观面积比例(P ma®)、最大斑块指数(G/)、景观形状指数(厶宀、聚集度指数(人)6个指标；在景观水平指数中选取斑块数量(从)、斑块密度(P”)、
最大
96江西师范大学学报（自然科学版）2021年
斑块指数5、景观形状指数（厶以）、蔓延度指数（S加）、聚集度指数（仏）8个指标.各景观格局指数（："啦）、香农多样性指数3册）、香农均匀度指数计算公式及生态意义参见文献[32].
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(a)2001年(c)2011年
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图例
■水体
林地
耕地
草地
草甸湿地
建设用地
衣利用地
04080km
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(d)2016年（e）2018年
图1研究区土地利用类型
1.2.3移动窗口法移动窗口法是研究景观格局指数空间分布状况的有效手段3•借助Fragstats4.2软件平台，先考虑在景观水平下，选取与人为干扰密切相关的分离度指数（6V ISION），再米用移动窗口法计算研究区的景观分离度•参照已有研究成果a，窗口大小设置为1200m X1200m，对鄱阳湖区2001年、2006年、2011年、2016年、2018年5期土地利用类型数据（90mx90m分辨率）进行移动窗口分析•
2结果与分析
2.1土地利用变化分析
2.1.1土地利用结构变化特征在时空尺度下的土地利用结构变化可以反映在区域发展进程中各地类空间扩张或收缩方向，同时其数量的增减是探寻土地利用对人类活动响应机制的基础•在空间格局上，鄱阳湖各地类大致呈环状分布，以鄱阳湖为核心向外围依次是耕地、林地等地类；草甸湿地主要分布在赣江三角洲前缘地带，受时相影响，其水陆交替特征明显；建设用地主要集中于南昌市区、九江市区，其他建设用地在鄱阳湖平原中呈零星集聚分布特征.在时间尺度上，鄱阳湖区的土地利用结构始终以林地、耕地为主，草地、草甸湿地、建设用地、未利用地均有增加但增幅较小.2001—2018年各地类的变化程度从大到小依次为林地、耕地、建设用地、草地、草甸湿地、未利用地、水体.2001年林地面积为8306.32 kn?，占鄱阳湖区总面积的41.02%，随着林地开发强度的扩大与林地生境质量的退化,2018年其面积减少至7459.40km2，整体下降4.17%.建设用地近十几年呈现不断增长态势,2001—2011年期间增长速度不断加快，随着国家经济建设由速度型向质量型的转变,2011-2018年期间城市用地扩张速度放缓，南昌市区建设用地呈现出连片化发展趋势，以赣江为界，赣江以北受限于地形因素影响以纵向发展为主，赣江以南城市建设用地以纵向发展为主和以横向扩张为辅•土地利用空间分布及数量变化如图1和表1
所不.
第1期钟业喜，等：2001-2018年鄱阳湖区土地利用及景观格局时空演变
97
表1 2001-2018年5个时期鄱阳湖区各地类面积及占比数量分布
2001 年 2006 年 2011 年 2016 年 2018 年
用地类型 面积/kn?百分比/% 面积/kn?百分比/% 面积/kn?百分比/% 面积/kn?百分比/% 面积/kn?百分比/%林地8 306.3241.027 611.5337.597 783.1138.447 542. 9037.257 459.4036.84草地
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600.16 2.96
644.97 3.19
605.37 2.99663.54 3.28636.74
3.15草甸湿地
581.13
2.87457.96 2.26500.52 2.47659.40
3.26617.31
3.05耕地
6 833.1333.75
7 558.8437.337 322.25
36.167 289.3036.007 406.72
36.58
建设用地562.29 2.78606.79
3.00
669.28 3.31
718.38
3.55
753.92 3.72未利用地
10.35
0.0512.290.0610.14
0.0514.110.0715.48
0.08水体3 354.0916.57
3 355.0816.573 356.7916.583 359.83
16.59
3 357.89
16.58合计
20 247.46
100.0020 247.46100.0020 247.46100.0020 247.46100.0020 247.46
100.00
2.1.2 土地利用动态转移特征 为进一步研究鄱 阳湖区各地类之间的转移流向，利用ArcGIS 计算
2001—2018年的土地利用转移矩阵，并借助RStudio
进行可视化，得到2001—2006年,2006—2011年、
2011—2016 年,2016—2018 年,2001—2018 年 5 个
时间段的鄱阳湖区土地利用转移和弦图（见图2）.
在图2的各个子图中上半部分表示7种地类的转入 情况，下半部分表示7种地类的转出情况；具体的转
入、转出面积可以通过最外围标尺识别，转入、转出
占比通过流向粗细进行研判.
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(a)2001—2006 年
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(b)2006—2011 年
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(c)2011—2016 年
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（e ）2001—2018 年
注:AI 、BI 、CI 、DI 、EI 、FI 、GI 分别表示林地（转入）、草地（转入）、草甸湿地（转入）、耕地（转入）、建设用地（转入）、未利用地（转
入）、水体（转入）；AE 、BE 、CE 、DE 、EE 、FE 、GE 分别表示林地（转出）、草地（转出）、草甸湿地（转出）、耕地（转出）、建设用地
（转出）、未利用地（转出）、水体（转出）.
A]
；1
G
00
)0神农溪纤夫文化景区
AE
CE
(<1)2016—2018 年图2鄱阳湖区土地利用转移和弦图
从各时期来看,2001—2006年,2006—2011年、
2011—2016年,2016—2018年鄱阳湖区发生土地变
化的面积分别为 1 526. 66,1 544. 25、1 333. 56、
1 567.68 kn?，分别约占土地总面积的7. 54%、
7.63%、6. 59%、7. 74% . 2001—2006 年，林地转出
面积为983.37 kn?，占土地变化面积的64.41%，其
主要转变为耕地、草地、草甸湿地、建设用地；耕地转
出面积（207. 11 kn?）仅次于林地，主要贡献于林
98江西师范大学学报（自然科学版）2021年
地、草地面积的增加；草地的转出面积占土地变化面积的11.89%，其主要转化为耕地、林地、建设用
地；建设用地和水体无转出.2006—2011年，以耕地、林地转出为主，耕地转出类型由大到小依次为林地、草地、建设用地、草甸湿地；林地主要转出为耕地、草地、草甸湿地和建设用地.2011—2016年，鄱阳湖区土地利用动态变化趋向多元化、完整性，各地类均有转入转出，土地变化活跃度高于2006—2011年，林地主要转出为耕地和草地，同时林地转入主要来源于耕地；这一时期的草甸湿地转入达到5个时期的最大值，陆相居于主导，部分草地、林地、耕地、未利用地和水体转出为草甸湿地.2016—2018年，建设用地处于较快速增长时期，其面积的扩张主要依靠林地、草地、耕地的转入；在生态文明建设及山水林田湖草生命共同体统筹背景下，部分建设用地转变为林地、水体、耕地，以促进鄱阳湖区的人地系统协调与生态文明发展•鄱阳湖区土地利用转入、转出方式存在“林地主导转入型”“林地主导转出型”“耕地主导转入型”和“耕地主导转出型”；2001—2006年、2011—2016年、2016—2018年这3个时期以耕地转入、林地转出为主要类型；2006—2011年以林地转入、耕地转出为主要类型.
从整体而言，在2001—2018年间，鄱阳湖区发生变化的土地面积达3570.42kn?，占土地总面积的17.63%；林地流失最为严重，主要流向耕地、草地、草甸湿地和建设用地，这表明作为江西省主要粮食生产基地的鄱阳湖区注重耕地建设、农业增收等因素导致部分林地被开拓成耕地，使得农业用地面积在波动中增加；草地、草甸湿地、耕地、未利用地、水体也在不同程度上转化为其他地类，转化面积较大的有草地转出为耕地、草甸湿地转出为草地、耕地转出为林地、建设用地转出为林地、未利用地转出为建设用地、水体转出为草甸湿地等.
2.2景观格局变化特征
2.2.1景观格局指数数量变化定量分析景观格局变化可以为区域土地利用结构调整改进及土地资源优化配置提供参考•利用Fragstats4.2软件，计算得到5个时期各地类的景观格局指数（见表2）及各时期景观水平指数（见表3）.斑块数量和斑块密度指数在一定程度上可以反映区域景观的破碎化程度.2001-2018年，林地的斑块数量先增后减再增，斑块密度在增加后保持不变，这表明随着城镇化进程的不断推进，林地的破碎化程度总体呈增长态势；草地的斑块数量先增后减，在一定程度上反映了区域绿地建设向面状发展；草甸湿地的斑块数量变化较为复杂，经历了减少一增加一增加一减少的过程，这是由于草甸湿地位于水陆交错带，季相变化使其斑块数量往复增减；耕地的斑块数量整体减少，这说明鄱阳湖区的耕地破碎化程度降低，耕地的连续性较好；建设用地的斑块数量增幅不大且斑块密度稳定，鄱阳湖区的建设用地呈团聚状分布，主要集中分布于南昌市区和九江市区，其他建设用地分散于鄱阳湖平原，连片化特征显著；未利用地的斑块数量最少，且密度趋于0；水体以鄱阳湖为核心并包含外围的湖泊河流，其斑块数量及斑块密度基本不变，它反映了鄱阳湖水生生态系统的稳定性，其受人类干扰小•指数即斑块所占景观面积的比例，用于度量景观的组分及确定景观中优势景观元素，林地和耕地是鄱阳湖区的优势景观类型，但林地的占比波动减少，耕地的占比总体上升,2种优势景观的置换趋势明显.林地、草地、未利用地的最大斑块指数呈下降趋势，草甸湿地、耕地、建设用地、水体的最大斑块指数呈上升趋势，这说明林地、草地、未利用地向小型化发展，建设用地、耕地等连片集中
发展•景观形状指数反映景观斑块形状的规则程度，在这18年间，林地、耕地、未利用地等景观的形状指数有所下降，这表明人们对于林地利用、农业布局更为合理有序；而草地、草甸湿地、建设用地、水体景观形状指数的增加说明在自然及人类活动双向递推作用下的景观演化更为复杂.
从景观水平分析,2001—2018年鄱阳湖区的斑块数量增加466个，斑块密度增加0.12个•km'2，这说明在整体上景观破碎化程度有所增加•最大斑块指数增加3.69，景观形状指数减少0.48，这表明鄱阳湖区的景观类型朝着连片化、大型化、简单化方向转变•蔓延度指数可以反映景观中斑块的团聚程度及延展趋势，由表3可知鄱阳湖区景观蔓延指数经历了先增后减再增的过程,2001—2006年由于人类活动强度较小，景观斑块连接良好，近几年城市化进程的快速推进，多种景观要素呈分散格局，景观连接性降低，与景观破碎化程度具有同步性•香农多样性指数、香农均匀度指数逐渐增加，这说明2001-2018年间鄱阳湖区景观类型分布更加均匀的同时，景观多样性也得到了一定提升•景观聚集度指数先增后减，这表明21世纪初的鄱阳湖区景观格局受人类活动干扰较大，景观斑块间的连通性降低，景观愈趋离散.
