1、第3 0卷第5期2 0 2 3年1 0月水土保持研究R e s e a r c ho fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a t i o nV o l.3 0,N o.5O c t.,2 0 2 3 收稿日期:2 0 2 2-0 8-2 5 修回日期:2 0 2 2-0 9-1 3 资助项目:国家自然科学资助项目(4 1 9 7 1 3 3 6);国家重点研发计划(2 0 1 8 Y F D 1 1 0 0 8 0 1)第一作者:张亦清(1 9 9 8),女,河南洛阳人,硕士研究生,研究方向为土地利用时空建模、景观生态学与可持续发展。E-m a i l:s
2、 a m e e n z h a n gw h u.e d u.c n 通信作者:赵翔(1 9 8 5),男,湖南新邵人,博士,副教授,主要从事空间优化决策、土地利用时空建模研究。E-m a i l:z h a o x i a n g w h u.e d u.c nh t t p:s t b c y j.p a p e r o n c e.o r gD O I:1 0.1 3 8 6 9/j.c n k i.r s w c.2 0 2 3.0 5.0 0 1.张亦清,赵翔,潘雨飘,等.湖北省2 0 0 92 0 1 9年主要生态用地的时空演变特征及驱动因素J.水土保持研究,2 0 2 3,3
3、0(5):4 1 7-4 2 6.Z HAN GY i q i n g,Z HAOX i a n g,P ANY u p i a o,e t a l.S p a t i o t e m p o r a lE v o l u t i o na n dD r i v i n gF a c t o r so fM a j o rE c o l o g i c a lL a n d s i nH u b e iP r o v i n c ef r o m2 0 0 9t o2 0 1 9J.R e s e a r c ho fS o i l a n dW a t e rC o n s e r v a
4、t i o n,2 0 2 3,3 0(5):4 1 7-4 2 6.湖北省2 0 0 9-2 0 1 9年主要生态用地的时空演变特征及驱动因素张亦清1,赵 翔1,潘雨飘1,刘中秋2,尹 峰3(1.武汉大学 资源与环境科学学院,武汉4 3 0 0 7 2;2.武汉吉威空间信息技术研究院有限公司,武汉4 3 0 0 1 4;3.湖北省空间规划研究院,武汉4 3 0 0 7 0)摘 要:目的 研究生态用地的时空演变规律及驱动因素对优化湖北省生态安全格局、提升区域生态系统服务可持续供给能力和筑牢长江中游生态屏障具有非常重要的现实意义。方法 研究基于国土调查数据,利用景观格局指数和地理探测器模型,对湖
5、北省2 0 0 92 0 1 9年主要生态用地的规模与结构、景观格局、时空变化特征和驱动因素进行了分析。结果(1)湖北省生态用地的总量呈现上升趋势,但主要生态用地的连片度下降、人类活动对生态用地干扰和侵蚀风险增大。(2)城镇化和耕地开发等农业生产活动是生态用地流失的主要原因,退耕还林(湖)和土地整治工程是湖北省补充生态用地的主要途径。(3)斑块边缘密度、城镇化率和人均耕地面积等6个因子是湖北省生态用地变化的主要驱动因素。其中,城镇化率与第一产业产值之间的交互作用能解释8 6.6%的生态用地变化,表明城镇化和农业发展的综合作用是引发湖北省生态用地变化的主要原因。结论 湖北省生态用地总量趋好,但生
6、态用地的空间形态和人类生活及生产活动对生态用地造成的负面影响应重点关注,未来需优化生态空间保护格局、提高农用地及建设用地利用效率,筑牢长江中游生态屏障。关键词:生态用地;空间格局;用地转移;景观格局;地理探测器;驱动因素;湖北省中图分类号:F 3 0 1.2 4;Q 1 4 9 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 5-3 4 0 9(2 0 2 3)0 5-0 4 1 7-1 0S p a t i o t e m p o r a lE v o l u t i o na n dD r i v i n gF a c t o r so fM a j o rE c o l o g i c a lL
7、a n d s i nH u b e iP r o v i n c e f r o m2 0 0 9t o2 0 1 9Z HANGY i q i n g1,Z HAOX i a n g1,P ANY u p i a o1,L I UZ h o n g q i u2,Y I NF e n g3(1.S c h o o l o fR e s o u r c ea n dE n v i r o n m e n t a lS c i e n c e s,W u h a nU n i v e r s i t y,W u h a n4 3 0 0 7 2,C h i n a;2.W u h a nG e
8、 o w a yI n s t i t u t eo fS p a c eI n f o r m a t i o nT e c h n o l o g yC o.,L t d.,W u h a n4 3 0 0 1 4,C h i n a;3.S p a t i a lP l a n n i n gI n s t i t u t eo fH u b e iP r o v i n c e,W u h a n4 3 0 0 7 0,C h i n a)A b s t r a c t:O b j e c t i v eT h ea n a l y s i so ft h es p a t i a l
9、a n dt e m p o r a le v o l u t i o np a t t e r n sa n dd r i v e r so fe c o l o g i c a ll a n d s i so fg r e a t s i g n i f i c a n c e t oo p t i m i z e t h ee c o l o g i c a l s e c u r i t yp a t t e r na n de n h a n c e t h es u s t a i n a b l es u p p l yo fr e g i o n a l e c o s y s
10、 t e ms e r v i c e s i nH u b e iP r o v i n c e.M e t h o d sB a s e do nt h e l a n ds u r v e yd a t a,t h ea r e aa n ds t r u c t u r e,l a n d s c a p ep a t t e r n,s p a t i a la n dt e m p o r a lc h a n g e sa n dd r i v e r so fm a j o re c o l o g i c a ll a n d si n H u b e iP r o v i
11、n c ed u r i n g2 0 0 92 0 1 9w e r e a n a l y z e db yu s i n gt h el a n d s c a p ep a t t e r ni n d i e sa n dG e o d e t e c t o rm o d e l.R e s u l t s(1)T h et o t a la r e ao fe c o l o g i c a l l a n d si n H u b e iP r o v i n c es h o w e dar i s i n gt r e n d,w h i l et h ec o n t i
12、 g u i t yo fm a j o re c o l o g i c a ll a n d sd e c r e a s e dd u r i n g2 0 0 92 0 1 9,a n dt h er i s ko f i n t e r f e r e n c ea n de r o s i o no fe c o l o g i c a l l a n d sb yh u m a na c t i v i t i e sa l s o i n c r e a s e da t t h e s a m e t i m e.(2)U r b a n i z a t i o na n d
13、a g r i c u l t u r a l p r o d u c t i o na c t i v i t i e s,s u c ha s t h ed e v e l o p m e n to f a r a b l e l a n da n do r c h a r d,w e r et h em a i nc a u s e so fe c o l o g i c a l l a n d s l o s s.O nt h eo t h e rh a n d,f o r e s t(l a k e)r e h a b i l i t a t i o na n d l a n dc
14、o n s o l i d a t i o np r o j e c tw e r e t h em a i nw a y s t or e p l e n i s he c o l o g i c a l l a n d s i nH u b e iP r o v i n c e.(3)T h em a j o rd r i v e r so fe c o l o g i c a l l a n dc h a n g e i nH u b e iP r o v i n c e i n c l u d e da v e r a g ea n n u a lp r e c i p i t a t
15、 i o n,u r b a n i z a t i o nr a t e,p e r c a p i t a a r a b l e l a n da r e a,g r o s sv a l u eo f p r i m a r y i n d u s t r y,a n de d g ed e n s i-t ya n d l a n d s c a p es h a p e i n d e xo f t h ee c o l o g i c a l l a n dp a t c h e s.Am o n gt h e m,t h e i n t e r a c t i o nb e t
16、 w e e nu r b a n i z a-t i o nr a t ea n dp r i m a r yi n d u s t r yo u t p u tc o u l de x p l a i n8 6.6%o fe c o l o g i c a l l a n dc h a n g e s,i n d i c a t i n gt h a tt h ec o m b i n e de f f e c t o f u r b a n i z a t i o na n da g r i c u l t u r a l d e v e l o p m e n tw a s t h e
17、m a i nc a u s eo f e c o l o g i c a l l a n dc h a n g e s i nH u b e iP r o v i n c e.C o n c l u s i o nT h e t o t a l a m o u n t o f e c o l o g i c a l l a n d i nH u b e i P r o v i n c ew a s i m p r o v i n g.H o w e v-e r,a t t e n t i o ns h o u l db e f o c u s e do nt h en e g a t i v
18、 e i m p a c t so fe c o l o g i c a l l a n ds p a t i a lp a t t e r n sa n dh u m a na c t i v i-t i e s,s u c ha sl i v i n ga n dp r o d u c t i o n,o nt h ee c o l o g i c a ll a n d.I nt h ef u t u r e,i ti sn e c e s s a r yt oo p t i m i z et h ee c o l o g i c a l s p a c ep r o t e c t i
19、o np a t t e r n,e n h a n c et h eu t i l i z a t i o ne f f i c i e n c yo fa g r i c u l t u r a la n db u i l t-u pl a n d,a n db u i l das o l i de c o l o g i c a lb a r r i e r i nt h em i d d l er e a c h e so f t h eY a n g t z eR i v e r.K e y w o r d s:e c o l o g i c a l l a n d;s p a t
20、i a lp a t t e r n;l a n dt r a n s f e r;l a n d s c a p ep a t t e r n;G e o d e t e c t o r;d r i v i n gf a c t o r s;H u b e iP r o v i n c e 湖北省是长江干流岸线最长的省份,也是南水北调中线工程的核心水源区。中部江汉平原上星罗棋布的湖泊、湿地和鄂西、鄂东山区连片的天然林草地提供了良好的水源涵养、生物多样性维护等生态功能,构成了长江中游重要的生态屏障1-2。生态用地承载了生态系统的各种服务和功能,是区域生态安全的重要保障3-5。然而,城镇化、工业
21、化进程的快速推进和农业开发6加剧了生态用地被侵占和蚕食的风险7,威胁区域生态安全格局8。作为中部崛起的重要战略支点和长江经济带的核心省份,湖北省近年来城镇化和经济发展不断提速,给生态空间保护带来巨大压力9。在落实长江大保护战略和长江经济带绿色发展的背景下,研究林地、草地、水域和湿地等主要生态用地的时空演变规律及驱动因素,对优化湖北省国土空间开发与保护格局、提升区域生态系统服务可持续供给能力、筑牢长江中游生态屏障,具有非常重要的现实意义。生态用地通常被认为是具有生态要素的空间定位1 0。由于研究目的不同,生态用地至今缺乏公认、统一的分类体系1 1。现有研究主要从生态服务功能和国土空间用地管控两个
22、视角界定生态用地的内涵。前者主要依据“泛生态功能论”,从生态服务功能的视角出发,将区域国土空间划分成包括耕地、林地、荒漠等在内的生态用地1 2-1 5,进而研究区域生态系统服务功能的时空动态演变规律及可持续供给能力1 6-1 7;后者则主要以用地管控和强调生态保护的视角,将兼具生产和生活功能的耕地和建设用地等排除在生态用地范畴以外1 8-1 9,根据国土空间各要素相互作用以及地域空间功能2 0,从三生空间的角度出发分析区域主要生态用地在人类生活与生产活动下的时空动态响应和地区生态空间保护成效7,2 1。总体上看,现有研究大多从宏观视角出发,侧重于研究区域生态系统服务功能供需分析、价值评估、安全
23、格局和生境质量,而从用地管控视角出发分析重要生态用地的时空格局、演变规律和驱动因素的研究相对较少;且现有研究主要关注典型流域、重点城市群和生态功能区7,1 6-1 7,研究结论难以为省域尺度生态空间优化管控和治理的政府决策需求提供全面且具有针对性的决策依据。目前对于湖北省生态用地的研究主要聚焦于“生活生产生态”三生空间的时空变化和预测模拟2 2,缺乏生态空间内不同生态用地的时空演变特征和驱动因素的分析与探讨。此外,现有关于生态用地时空演变的研究,特别是针对较大尺度的研究大多依赖于遥感数据进行分析2 3-2 4。遥感数据“所见即所得”的技术特性无法将具有生产功能的园地等农业生产用地与林地区分,导
24、致分析结果精度难以支持生态空间优化与管控的现实需要。针对湖北省在长江中游及全国生态安全格局中的重要地位,面向湖北省生态空间优化管控和治理的政府决 策 需 求,研 究 将 基 于 权 威、准 确 的 国 土 调 查 数据1 9,2 5-2 7,重点分析湖北省近1 0年来在快速城镇化背景下主要生态用地的规模结构、景观格局、时空演变特征和驱动因素;为长江大保护战略的实施和湖北省的生态空间优化与保护提供可靠的决策依据和建议。1 研究区概况与数据1.1 研究区概况湖北省国土总面积约1.8 5 91 05k m2,西、北、东以山地为主,分别被武陵山、大巴山、巫山、大洪山、大814 水 土 保 持 研 究
25、第3 0卷别山环绕,中部为江汉平原,地势平坦。2 0 0 9年以来,全省城镇化和经济发展取得了重大成就:2 0 1 9年湖北省城镇化水平约6 1%,较2 0 0 9年提高了1 5%;同期完成G D P总产值4.5 8万亿元,较2 0 0 9年增长了2.4 7倍。湖北省是长江中游极其重要的生态屏障。根据 全国生态功能区划 和 湖北省生态功能区划,全省总体上包括7个重要的生态功能分区(图1)。其中,鄂西的秦巴山区、武陵山区是我国极重要的水源涵养、生物多样性和水土保持生态功能区;中部地区的江汉平原湿地则是我国极重要的洪水调蓄生态功能区;此外,鄂东的大别山区和鄂中北的大洪山区也是长江中游非常重要的水源
26、涵养功能区;三峡库区则是长江流域极重要的土壤保持生态功能区。图1 研究区地图1.2 数据来源及处理研究数据主要包括土地利用数据、基础地理信息数据、社会经济统计数据和气象数据4类。其中,土地利用数据来源于湖北省自然资源管理部门提供的第二次土地调查(基准时点为2 0 0 9年末,以下简称“二调”)和第三次国土调查(基准时点为2 0 1 9年末,以下简称“三调”)矢量数据库。通过叠加“二调”和“三调”的矢量地类图斑获取生态用地的时空变化信息,并将土地利用矢量图斑转换为1 0m 1 0m的栅格数据以满足景观格局分析的需要。D E M、道路网络等基础地理信息数据均来自于地理国情普查监测矢量成果数据库。社
27、会经济类数据来源于湖北省及其下辖各市县的统计年鉴、国民经济和社会发展统计公报。此外,通过湖北省主要气象站点插值获取全省年平均气温和降水等数据以满足生态用地时空变化驱动因素分析的需要。2 研究方法2.1 生态用地的界定考虑到生态空间优化管控和治理的决策支持需求,参考王静1 5、陈瑜琦等2 8的研究,并结合湖北省的实际情况,将对水源涵养、水土保持、洪水调蓄、气候调节、净化环境和维持生物多样性等生态功能具有重要、积极作用的林地、草地、水域和湿地作为本研究的主要对象,分析人类活动对其时空演变的影响。此外,考虑到“二调”和“三调”的用地分类体系差异,定义衔接“二调”和“三调”用地分类的生态用地分类体系见
28、表1。表1 生态用地分类及其与“二调”“三调”用地分类的对照主要生态用地类型“二调”地类名称“三调”地类名称 林地有林地有林地乔木林地、竹林地灌木林地灌木林地灌木林地其他林地其他林地其他林地草地天然牧草地天然牧草地天然牧草地人工牧草地人工牧草地人工牧草地其他草地其他草地其他草地水域河流水面河流水面河流水面湖泊水面湖泊水面湖泊水面水库水面水库水面水库水面坑塘水面坑塘水面坑塘水面湿地沼泽地沼泽地森林沼泽、灌木沼泽、沼泽草地、沼泽地内陆滩涂内陆滩涂内陆滩涂2.2 景观格局分析景观格局指数是体现土地利用类型在空间分布差异和组合的量化指标2 9。研究选取平均斑块面积(M e a nP a t c hS
29、i z e,MP S)、边缘密度(E d g eD e n s i t y,E D)对主要生态用地的斑块连片程度和形状复杂程度等方面进行评估。其中,MP S用于度量生态用地景观的连片程度,斑块面积越大、连片度越高则越有利于生态用地保护。此外,斑块边缘区域极易受到邻域人类活动干扰而 不稳定,导 致 斑 块 类 型 发 生 转变3 0。因此,使用E D度量人类生活与生产活动对生态用地的潜在干扰和侵蚀风险:E D值越大,表明周边人类活动对生态用地的干扰越大。利用F r a g-914第5期 张亦清等:湖北省2 0 0 92 0 1 9年主要生态用地的时空演变特征及驱动因素s t a t s4.2软件
30、完成景观格局指数计算,各指数的计算公式和内涵可参考文献3 1-3 2。2.3 地理探测器利用地理探测器模型分析湖北省生态用地的时空变化驱动因素及其相互作用。地理探测器模型是探究地理现象背后驱动因子的一种无线性假设统计学方法3 3,并已在土地利用变化驱动因素分析等方面得到了成功应用2 4,3 4。地理探测器模型利用q值度量各自变量对因变量Y的解释力,计算公式为:q=1-1N 2Lh=1Nh2h=1-S SWS S T式中:h=1,L为变量Y或因子X的分层(分类或分区);Nh和N分别为层h和全区的单元数;2h和2分别是层h和全区的Y值的方差。S SW和S S T分别为层内方差之和及全区总方差。q的
31、值域为0,1,其值越大表明该因子对Y的解释力越大。此外,地理探测器模型通过交互探测识别不同因子之间的相互作用,即双因子之间的交互作用是否会影响Y的解释力。双因子之间不同的交互探测判断条件及结果如表2所示。3 结果与分析3.1 湖北省主要生态用地的分布、规模与结构2 0 1 9年末,全省林地、草地、水域和湿地4类主要生态用地的总面积约为1.1 2 9 1 05k m2,占全省国土总面积的6 0.7 5%,较2 0 0 9年增加了48 9 3.8 3k m2,累计增长了4.5 3%。从生态用地的空间分布上看:(1)湖北省的林地主要集中分布在鄂西山区、鄂北和东南部丘陵地区;(2)草地主要分布在汉江沿
32、岸和咸宁市南部丘陵地区;(3)水域主要以长江、汉江水系和江汉平原上的湖泊、水库和坑塘为主;(4)湿地以内陆滩涂为主,集中分布在江汉平原地区(图2)。表2 交互探测结果判断判断条件交互作用q(X1X2)M i n(q(X1),q(X2)非线性减弱M i n(q(X1),q(X2)q(X1X2)M a x(q(X1),q(X2)双因子增强q(X1X2)=q(X1)+q(X2)独立q(X1X2)q(X1)+q(X2)非线性增强图2 湖北省主要生态用地的空间分布 从生态用地的构成来看(表3),湖北省的生态用地以林地为主,其次为水域,两者在2 0 0 92 0 1 9年分别增长了7.3%和7.7%。其中
33、:有林地累计增长了60 3 1.4k m2,对湖北省生态空间的扩张贡献最为显著,表明全省林地保护工作成效明显。另一方面,草地和内陆滩涂则出现了明显收缩态势,分别减少了20 3 0.6 4k m2和7 4 1.8k m2,较2 0 0 9年分别累计减少了6 8.3%和5 4.8%,表明全省生态环境保护依然面临重大挑战。图3展示了湖北省7个生态功能区的用地构成差异:(1)秦巴山区()、武陵山区()和三峡库区()3个生态功能区的林地占比均超过9 5%。表明林地在上述生态功能区中发挥着重要的生态系统服务调节和支撑功能,构成了鄂西和长江中游重要的天然生态屏障。(2)鄂东南()、鄂东北()和鄂中北()3个
34、丘陵岗地生态功能分区中,林地占比超过7 5%,同时水域占比提高到了2 0%左右。(3)中部平原湿地生态区()以水域为主,其占比超过了5 5%以上;表明该区域水资源丰富,是长江中游重要的水文调节和水源涵养区。2 0 0 92 0 1 9年,林地在各生态功能区的占比均有不同程度的增长,湿地的占比则相对有所降低。不同生态用地所承载的生态功能往往存在较大差异。县域单元内不同生态用地的比例结构通常也意味着其在区域生态系统和生态格局中的地位和角色不同。为反映省内不同县域单元主导生态用地类型的差异,将生态用地中数量占比最高的类型作为该县域单元的优势生态用地,并绘制其分布图见图4。从县级尺度来看,024 水
35、土 保 持 研 究 第3 0卷湖北省1 0 3个县区单元的优势生态用地类型主要为林地和水域。图4中,绿色系的优势生态用地为林地,蓝色系的优势生态用地为水域。2 0 0 92 0 1 9年,全省大部分县级单元的优势生态用地类型总体保持了稳定。其中:(1)鄂中北生态区()中的宜城、钟祥和京山的林地占比有了较为明显的提高。(2)长江中游平原湿地生态区()内长江沿岸的仙桃市、汉川市等地区水域占比呈现出上升的态势,武汉市和鄂州市等区域的水域占比则呈现了下降趋势。3.2 主要生态用地的景观格局指数2 0 0 92 0 1 9年全省各类生态用地景观格局总体趋向于破碎化。由图5可知,湖北省林地的平均斑块面积大
36、幅下降,边缘密度有所上升,表明林地连片度下降,破碎化趋势明显;反映了基础设施建设和农业开发等人类活动对林地的潜在干扰增强,加剧了林地在未来流失和被其他用地侵蚀的风险。水域和湿地的景观格局指数变动相对较小,总体上呈现出与林地一致的趋势,水域和湿地形态趋向破碎化,且边缘复杂化程度加剧,主要源于城乡发展和农业开发对于上述用地的潜在干扰增加。由于耕地后备资源开发等活动的开展,全省草地总面积减少较多,因此全省草地的平均斑块面积下降,边缘密度也呈现下降趋势。表3 2 0 0 9-2 0 1 9年生态用地数量变化生态用地2 0 0 9年面积/k m2比例/%2 0 1 9年面积/k m2比例/%变化率/%林
37、地8 7 4 4 8.8 18 0.99 3 8 6 0.5 88 3.17.3 其中:有林地7 0 8 0 6.2 36 5.57 6 8 3 7.6 36 8.08.5草地2 9 7 3.6 22.89 4 2.9 80.8-6 8.3 其中:其他草地2 9 5 3.3 72.79 3 9.0 10.8-6 8.2水域1 6 2 6 5.4 81 5.01 7 5 1 8.9 91 5.57.7 其中:河流水面3 6 9 3.2 33.43 6 4 7.1 73.2-1.3 湖泊水面2 5 7 2.8 32.42 6 9 3.5 82.44.7 坑塘水面8 0 5 2.2 47.58 7
38、3 5.0 47.78.5湿地1 3 5 2.5 21.36 1 0.7 20.5-5 4.8 其中:内陆滩涂1 3 0 6.8 91.25 7 9.2 10.5-5 5.7合计1 0 8 0 3 9.4 4 1 0 0.01 1 2 9 3 3.2 7 1 0 0.04.5图3 生态功能区内各类生态用地占比变化图4 湖北省2 0 0 9-2 0 1 9年各县级行政区的优势生态用地124第5期 张亦清等:湖北省2 0 0 92 0 1 9年主要生态用地的时空演变特征及驱动因素 从生态用地景观格局指数的空间分布(图6)来看:成片分布的林地主要集中在秦巴山区,特别是神农架林区。但与2 0 0 9年
39、相比,该地区林地平均斑块面积大幅下降、边缘密度上升,表明近十年来人类活动对该区域林地的干扰加剧。鄂中北地区的草地由于农业空间的扩张导致其景观破碎化加剧,而鄂东南地区的草地破碎化则是因为向林地的转换造成的。水域在武汉市附近边缘密度明显降低,平均斑块面积增大,表明在退耕还湖等政策的作用下,该区域水生态保护条件有所改善。在城市扩张、耕地开发和水产(小龙虾等)养殖的综合影响下,江汉平原的湿地平均斑块面积急剧下降、湿地景观格局破碎化趋势明显,湿地保护形势严峻。图5 平均景观格局指数变化图6 湖北省2 0 0 9-2 0 1 9年主要生态用地的景观格局指数变化3.3 生态用地时空动态分析湖北省2 0 0
40、92 0 1 9年的土地利用转移矩阵见表4。从生态用地的流失去向来看,湖北省生态用地主要流向耕地和建设用地,流失类型主要为林地。转出为耕地和建设用地的林地面积分别为26 1 6.2 6k m2,1 7 2 8.9 2k m2。此外,分别有9 5 4.2 6k m2,7 8 2.3 9k m2水域转为耕地和建设用地。因此,城镇化和耕地开发确实在一定程度上对湖北省生态空间形成了较大的挤占压力。在生态用地的流入方面,生态用地的主要来源也主要是耕地(5 3.5 1%)和建设用地(3 3.4 7%)。其中:耕地和建设用地分别占新增林地来源的5 4.6 4%,1 3.1 4%。水域的主要来源为耕地,转入面
41、积为21 2 7.0 8k m2。由此可见,2 0 0 92 0 1 9年,湖北省的退耕还林(湖)和农村土地整治工作对生态用地保护的作用较为明显。从生态用地转移的空间分布来看(图7),湖北省生态用地流出的热点区域主要分布在鄂中北丘陵岗地区的枣阳市、宜城市和钟祥市,主要为草地转出为耕地和园地,表明该区域农业生产活动对生态空间形成了挤压。生态用地转入的热点区域则主要分布在武汉市江夏区、蔡甸区、汉川市和嘉鱼县等武汉城市群地区。其中,江夏区和嘉鱼县主要为耕地转变为水域,蔡甸区和汉川市则主要为耕地转为林地,表明该区域退耕还林政策成效明显。3.4 生态用地变化驱动因子探测参考现有研究3 5-4 0并结合湖
42、北省的实际情况,从自然、区位、景观格局和社会经济4个方面选取了2 2个潜224 水 土 保 持 研 究 第3 0卷在驱动因子,对湖北省生态用地的变化机制进行探测。其中,自然条件主要包括地形、气温和降水情况;区位条件用于度量人类活动对生态用地的干扰风险;景观格局指数则用于度量生态用地本身的景观特征对于生态用地保护的影响;社会经济条件主要用于反映城镇化等社会经济发展宏观因素对生态用地的影响。表4 湖北省2 0 0 9-2 0 1 9年土地利用转移矩阵k m2土地利用类型(2 0 0 9年)其他用地(2 0 1 9年)耕地园地建设用地未利用地生态用地(2 0 1 9年)耕地园地建设用地未利用地2 0
43、 0 92 0 1 9年减少其他用地耕地-1 2 5 2.8 44 5 3 6.6 11 6 7.0 26 7 1 3.8 31 3.8 22 1 2 7.0 81 3.2 01 4 8 2 4.3 8园地7 7 9.6 2-4 0 2.8 11 7.4 41 1 9 1.7 54 1.8 06 7.6 60.8 12 5 0 1.9 1建设用地1 6 1 1.4 81 3 9.0 2-3 2.2 61 6 1 4.6 71 1 2.6 35 0 3.5 11 3.4 54 0 2 7.0 4未利用地1 4 5.2 01 4.0 09 5.8 6-5 4 2.8 44 9.6 01 4.8 2
44、0.3 38 6 2.6 5生态用地林地2 6 1 6.2 68 0 8.5 11 7 2 8.9 27 1.7 3-1 4 7.6 84 8 9.5 81 3.7 05 8 7 6.3 7草地4 8 4.4 69 8.3 31 4 2.9 81 1.4 41 6 6 4.2 2-5 9.4 62.9 72 4 6 3.8 7水域9 5 4.2 64 4.2 37 8 2.3 91 8.5 43 6 7.3 55 7.6 7-1 2 8.9 12 3 5 3.3 4湿地2 9 4.5 44.1 86 6.0 41.1 81 9 3.4 81 0.0 43 4 4.7 4-9 1 4.1 8 2
45、 0 0 92 0 1 9年新增6 8 8 5.8 32 3 6 1.1 07 7 5 5.6 03 1 9.6 11 2 2 8 8.1 54 3 3.2 43 6 0 6.8 51 7 3.3 8-图7 2 0 0 9-2 0 1 9年生态用地转入、转出热点分析图8 湖北省2 0 0 9-2 0 1 9年生态用地变化分布以湖北省1 0 3个县级行政区作为基本分析单元,通过统计年鉴 获取各单元 的社 会 经 济 指 标,并 利用G I S和F r a g s t a t s软件统计各单元的平均高程、气温、各类生态用地图斑与道路、居民点的平均距离和景观指数。其中,生态用地的景观格局指数按照林地
46、、草地、水域和湿地4个一级类进行计算,并汇算其平均值。通过上述方法获得1 0 3个县级单元在2 2个维度上的潜在驱动因子数据,并以单元的生态用地总面积变化作为因变量(图8),利用地理探测器模型探测湖北省2 0 0 92 0 1 9年生态用地变化驱动因素,结果见表5。表5 因子探测结果影响因素特征指标变量编号变量名称q值显著性自然条件A1高程0.2 2 90.2 7 0A2坡度0.1 4 00.4 4 6A3年平均气温0.1 2 40.4 9 6A4年平均降水量0.2 2 90.0 4 8*B5一级道路密度0.1 6 00.1 5 7B6二级道路密度0.0 5 20.8 9 5区位条件B7到一级
47、道路的距离0.2 0 00.4 3 7B8到二级道路的距离0.0 2 00.9 3 2B9到农村居民点的距离0.1 0 00.5 0 5C1 0平均斑块密度0.1 6 50.2 3 3C1 1景观形状指数0.3 8 00.0 0 0*生态用地C1 2边缘密度0.3 9 30.0 0 0*景观特征C1 3蔓延度指数0.1 7 40.1 8 7C1 4香农多样性指数0.1 4 60.2 5 5C1 5香农均匀度指数0.1 4 90.2 5 2D1 6常住人口变化量0.0 9 00.8 1 5D1 7城镇化率0.2 9 60.0 0 7*D1 8地方生产总值0.1 2 40.4 3 1社会经济条件D
48、1 9第一产业产值0.2 0 40.0 7 5*D2 0第二产业产值0.1 8 90.1 0 1D2 1第三产业产值0.1 4 00.2 9 9D2 2人均耕地面积0.2 6 60.0 4 5*注:*表示p0.1;*表示p0.0 5;*表示p景观形状指数(0.3 8 0)城镇化率(0.2 9 6)人均耕地面积(0.2 6 6)降水(0.2 2 9)第一产业总值(0.2 0 4)。由图9可知,边缘密度、景观形状指数、人均耕地面积三者与生态用地变化的分布具有较为相似的空间布局。鄂西山区及丘陵地区生态用地得到有效保护,总量持续上升,但因其与农用地交错分布,导致生态用地景观边缘较为破碎,斑块之间干扰程
49、度较大,易造成生态用地的流失。因此在土地整治过程中尽可能提高生态用地的连片度,有利于维护生物多样性和生态用地功能的完整性。另一方面,城镇化率、第一产业产值与生态用地变化呈现一定的负相关空间分布特征。例如,襄阳地区城镇化速度较快,其东部区域的生态用地减少趋势明显;此外,在农业产值较高的鄂中地区,农业种植和水产养殖业的发展给生态空间保护带来明显的压力。对通过显著性检验的6个因子进行交互探测,结果见表6。除了边缘密度和景观形状指数之间呈现出双因子增强作用,其余因子之间均表现为非线性增强作用,表明两个因子的叠加效用极大地增强了单因子对生态用地变化的影响。边缘密度和景观形状指数之间的双因子增强作用,进一
50、步表明生态用地的景观格局对其变化的重要性。非线性增强结果的高值主要出现在第一产业与景观形状指数、边缘密度和城镇化率之间,表明产业结构、生态用地景观格局和地区城镇化发展水平相互作用,共同影响着湖北省生态用地的空间分异关系。根据单因子探测和因子交互探测结果,结合湖北省生态保护相关政策,湖北省生态用地时空演变的驱动机理可解释为:(1)降水量是自然环境演化的先天条件之一,对生态用地变化起着不可替代的重要作用;(2)生态用地自身的景观格局特征是影响生态用地时空变化非常重要的因素,边缘越复杂其受人类活动干扰侵蚀的风险也越大;(3)城镇化、农业生产效率和耕地保护压力是影响生态用地变化的主要宏观社会经济因素,
