芜湖市土地利用时空演变与生态敏感性分析

摘要 基于2000—2020年芜湖市土地利用数据，利用ArcGIS 10.7等软件分析芜湖市20年间土地利用变化，选取高程、坡度、坡向等8个单因子结合AHP层次分析法确定各单因子的权重并对研究区域生态敏感性进行加权叠加分析。结果表明，2000—2010年芜湖市土地利用情况发生较大变化，林地与耕地是减少较多的用地类型，大多转化为建设用地；林地转化为耕地、耕地转化为建设用地面积较多。景观格局指数表明人为干扰程度逐渐强烈，斑块数量逐渐减少，生物多样性降低，斑块之间分离度增加，形状指数降低。综合生态敏感性分区以中敏感为主，占整个研究区面积的53.82％。

关键词 土地利用；时空演变；生态敏感性；生态安全；芜湖市

中图分类号 X 171.1 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2023）15-0078-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.15.018

Analysis of Spatial-temporal Evolution and Ecological Sensitivity of Land Use in Wuhu City

JIN Huan

（Anhui Agricultural University， Hefei， Anhui 230000）

Abstract Based on the land use data of Wuhu City from 2000 to 2020， ArcGIS 10.7 and other software were used to analyze the land use change of Wuhu City in 20 years.Selecting 8 single factors such as elevation， slope and aspect， and combine them with the Analytic Hierarchy Process （AHP） to determine the weights of each single factor， and perform weighted overlay analysis on the ecological sensitivity of the study area.The results showed that the land use in Wuhu City had changed greatly from 2000 to 2010. Forest land and cultivated land were the types of land that had been reduced more， and most of them had been converted into construction land.The conversion of forest land into arable land and arable land into construction land were relatively large.The landscape pattern index indicated that the degree of human interference gradually intensified， the number of patches gradually decreased， biodiversity decreased， the degree of separation between patches increased， and the shape index decreased.The comprehensive ecological sensitivity zoning was mainly medium sensitive， accounting for 53.82% of the entire research area.

Key words Land use;Spatial-temporal evolution;Ecological sensitivity;Ecological security;Wuhu City

长江流域土地资源随着城市化快速发展，在重重挤压中面临着面积缩减、生物多样性降低、景观破碎度增加等问题［1-2］。2020年《长江保护法》出台后流域生态环境保护与修复引起广泛关注并成为周边城市近年来发展的核心，流域生态问题的修复与治理不仅需要单个片区的努力，也需要将整个流域体系看作一个整体，相互促进协同合作［3］。

目前许多学者利用GIS技术、ENVI软件等通过遥感影像的数据处理与空间分析对流域进行研究。汤佳等［4］基于FLUS模型对汨罗江流域土地利用变化情况进行分析，提出基于水安全的流域土地利用优化策略，推动流域尺度的可持续发展研究。尹剑等［5］利用MCE-CA-Markov模型分析和预测了皖江流域土地利用变化与景观格局。高俊刚等［6］以金沙江下游地区为例，通过等级层次分析法确定各指标组合权重，结合GIS技术进行生态功能分区；凌焕然等［7］运用专家打分法和成对比较法确定因子权重，对马鞍山江心洲进行生态敏感性评价。该研究在2000、2010、2020年芜湖市土地利用基础信息上利用GIS技术、景观指数分析技术（Fragstats）、遥感影像处理技术（ENVI）等对20年间芜湖市土地利用、景观格局、生态敏感性进行系统分析，研究芜湖市土地利用景观格局变化方式及影响，生态敏感因子及敏感区域划分，提出相应的土地利用调整对策，以期为各项规划提供现实借鉴意义。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

芜湖市位于安徽省东南部长江下游，南倚皖南山系，北望江淮平原，地理位置为117°40′～118°44′E、30°19′～31°34′N，区域内包含镜湖区、弋江区、鸠江区、三山区、繁昌区、南陵县、无为市、芜湖县五区两县一地级市，总面积6 026 km2。本区在地貌上属长江中下游地区，以阶地和河漫滩构成的平原为主，地势南高北低，平原丘陵皆备，河湖水网密布。根据第七次人口普查数据显示，截至2020年11月常住人口为364万。

1.2 数据来源与处理

1.2.1 数据来源。

该研究以国家基础地理信息中心的2000、2010、2020年空间分辨率为30 m的全球地表覆盖数据（GlobeLand30）为原始数据；芜湖市30 m空间分辨率DEM数据以及2021年3月Landsat8遥感影像数据来源于地理空间数据云平台；道路、河流数据来源于全国地理信息资源目录服务系统；其他区数据及资料参考《安徽省统计年鉴》等资料。

1.2.2 数据处理。

利用ArcGIS 10.7软件将土地利用数据按掩膜提取，制作土地利用变化转移矩阵，分析整理不同年份芜湖市土地利用转移情况；将土地利用数据导入Fragstats 4.2软件计算芜湖市景观格局指数，通过区域内景观格局指数变化情况了解各斑块变化趋势。利用ENVI软件制作归一化植被指数图像，在GIS中将研究区所需图像进行矢量化处理、编辑属性表、建立数据库、重分类等操作，分别制作高程等单因子生态敏感性分析图，最后通过加权叠加分析获得芜湖市生态敏感性图像［8］。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用转移矩阵。

土地利用转移矩阵是马尔科夫模型在土地变化情况上的具体应用，它不仅可以定量表现土地利用类型间的转化也可揭示土地利用类型间的转换速率［9］。从面积变化入手反映特定区域土地利用变化情况，通过分析土地利用类型变化总量，了解土地利用总体变化趋势和结构变化情况，其公式如下：

式中：p为土地利用转移概率矩阵；n为土地类型；i、j代表研究期初和期末的土地类型。

1.3.2 景观格局指数。

景观反映了一定区域土地及土地上的空间物质所构成的综合体，是复杂自然过程与人类活动的烙印［10］。景观格局即大小形状各异的景观要素在空间上的排列组合，通过景观格局变化的研究，可以准确掌握研究区土地利用演变规律。

利用Fragstats软件在景观级别上选取最大斑块指数（LPI）、斑块数量（NP）、斑块密度（PD）、香农多样性指数（SHDI）、香农均匀度指数（SHEI）、蔓延度指数（CONTAG）、景观形状指数（LSI）、分离度（SPLIT），分析2000—2020年芜湖市景观格局变化情况。

1.3.3 生态敏感性分析。

该研究采用ＡＨＰ层次分析法进行计算，该方法是定性与定量相结合解决多种复杂问题的决策分析方法，根据问题的性质和要达到的总目标，将问题分为不同的组成因素，并按照因素间的相互关联程度及隶属关系将因素按不同层次聚集组合，形成一个多层次分析结构模型［11-14］。

确定各单因子权重后在ArcGIS中进行加权叠加分析，其公式如下：

式中：S为生态敏感性指数；i为各评价因子编号；n为评价因子总数；ωi表示第i个评价因子的权重；Ai为第i个评价因子的敏感性评价值。

利用AHP层次分析法进行权重计算时，需要进行一致性检验分析，即计算一致性指标CR值（CR=CI/RI）。通常情况下CR值越小，则说明判断矩阵一致性越好，CR值小于0.1，则判断矩阵满足一致性检验；如果CR值大于0.1，则说明不具有一致性。

此次针对8阶判断矩阵计算得到CI值为0.109，针对RI值查表为1.410，因此计算得到CR值为0.077<0.1，意味着此次研究判断矩阵满足一致性检验，计算所得权重具有一致性。

2 结果与分析

2.1 土地利用变化及转移矩阵分析

2000—2020年芜湖市土地利用类型变化差异较大，面积从大到小依次是耕地＞林地＞建设用地＞水体＞草地。总体结构以耕地为主，近20年来占据比例近70.00%。2000—2010年耕地面积逐渐减少，减少了2.25%；林地、草地面积均略有增加，变化幅度不大，属于正常土地变动；水体增加了0.81%，变化幅度较小，可能与水体季节性变化相关；建设用地面积增加46.21 km2，增长0.77%；可见这10年芜湖市土地利用变化幅度不大，除耕地急剧减少外，其他用地类型变化幅度在1%左右。2010—2020年，除建设用地大幅度增加，快速增长了3.25%外，其他用地类型面积也在快速下降，其中林地下降速率最大，下降了1.75%。从图1可以看出，芜湖市2000—2010年发展速率较为平缓，快速发展及建设时间集中在2010—2020年，总体来说林地与耕地是减少较多的用地类型，大多转化为了建设用地。在快速经济发展阶段生态安全与生态修复应成为后期发展重点［15］。

通过土地利用转移矩阵分析（表1）可知，近20年来转移面积最大的是耕地，净增长最大的为建设用地，草地转化幅度小几乎保持不变；耕地转化幅度最大，其中转化给建设用地面积最多，转化了360.96 km2；建设用地转化为其他用地类型面积较小，转化为耕地面积144.07 km2，总体来说耕地与建设用地相互转换，在20年间有216.89 km2耕地被建设用地替代；林地转化为耕地最多，转化面积达153.48 km2，说明大量林地被砍伐用于耕种，在未来土地政策调整中退耕还林政策急需施行；水体由于季节性干涸与泛滥维持在较为平衡水平；草地变化幅度不大，转换为林地较多，转换了8.13 km2。总体来说，芜湖市土地利用转变幅度不大，主要集中在耕地大量流失转化为建设用地；林地被耕地替代，其中林地、耕地面积大幅减少，在未来土地转变政策中需要对用地面积进行调整。