文/庄澜



浅析土地利用景观特征研究
——以上海松江区为例

文/庄澜

我国在城市化过程中面临着人口增长、资源短缺、生态与环境恶化等与土地利用密切相关的可持续发展重要问题。由于城市土地利用把以自然为主的土地利用景观变成了以工业和住宅为主的人工土地利用景观，带来复杂的生态环境后果；在城市土地扩张与更新的过程中，土地利用在空间格局上的演变使其自身所承载的功能以及空间关系发生了变化，进而产生了环境污染、交通拥挤及居住环境恶化等一系列城市问题，影响区域的可持续发展。因此，研究土地利用景观格局的演变特征及其演变因素，对客观认识人地关系、更科学合理地进行城市规划与管理具有重要价值和战略意义。

土地利用空间景观格局的变化提供了一个非数值统计的角度，即从空间统计上揭示土地利用格局、人地关系与城市发展过程。本文基于上海市松江区2010年和2014年两期土地利用实例数据，利用图斑特征、图斑密度、形状指数、景观多样性、景观分离度等景观指数，来研究城市空间格局的动态演化过程，探讨城市化过程中土地利用变化的格局特征、变化过程、变化原因等，并为城市土地利用、城市建设和区域可持续发展提供有效决策支持。

一、土地利用景观特征

土地利用景观特征，是指在局部尺度下反映土地利用图斑的形状特征、面积大小、密度大小、地类数量及其占比、空间距离、相互关系、空间分布情况等的景观指数。同一个土地利用图斑随着时间变化，其形状特征与属性特征都会发生变化，通过这些景观指数可以定量描述土地利用在特定时间空间范围内的空间形态及格局演变过程。

（一）土地利用图斑特征

土地利用图斑特征，是指土地利用的图斑面积和图斑数量信息，反映了土地利用景观格局的基本特征。土地利用图斑面积的增加与减少直接反映了地类面积的变化情况，通过直观的数据统计即可获取土地利用地类流向情况；图斑数量的变化从图形的角度描述了土地利用的变化情况，同一地区斑块数量越多，则图斑越破碎，发展速度越快，发展程度越高。

（二）土地利用图斑密度

图斑密度，是指一定范围内土地利用图斑数量的密集程度，即区域内景观图斑数量除以区域面积。图斑密度是图斑特征的集成表达，它结合了图斑数量和图斑面积两种信息，可直接表征图斑空间格局。图斑密度值越小，表示该类型斑块较为完整，图形越自然原始，受人为因素影响越小，空间格局越离散稀疏；图斑密度值越大，表示该地类图斑呈现破碎化，受人为因素影响越大，空间格局聚集分布，发展程度越高。

（三）土地利用景观形状指数

景观形状指数是衡量图斑形状的复杂程度的指标，即斑块边长与斑块面积开方的比值。图斑景观形状指数包含图斑面积和图斑边长信息，可表征土地利用斑块的形状复杂程度。指数值越大，表示该地类图斑边长越长，形状越复杂，受规划与开发影响大，地类发展程度高；指数值越小，则表示图斑形状越自然，土地利用发展程度低。

（四）土地利用景观多样性

图斑多样性是衡量一定范围内景观信息量的指数，在土地利用方面可以表达两方面含义：一是描述土地利用类型的种类信息；另一方面可以反映景观在空间上的分布均匀程度。多样性指标考量的是信息量，对于土地利用而言，则是比较土地利用类型的数量和面积，即地类多样性与占比大小。景观多样性能反映景观异质性，特别对景观中土地利用地类分布不均的状态较为敏感。景观多样性指数越大，则表示景观种类越单一，分布集中不均匀；该值越小，则表示景观种类多样化且分布均匀。

（五）土地利用景观分离度

景观分离度是衡量同一景观图斑的分离程度的指标，即景观分离值与景观面积指数的比值。对不同土地利用类型进行景观分离度比较分析可以获得不同地类的空间分布情况信息。景观分离度指数越大，则表示同一种土地利用区域内图斑与图斑之间的空间距离越大，景观格局呈现离散化，空间分布边缘化，关联性减弱；指数越小，则表示同一土地利用区域内图斑之间的距离越小，景观空间格局呈现聚集化，具有较好的连通性。

二、上海松江区实例分析

（一） 数据情况

本文实例数据采用上海市松江区2010年和2014年两期土地利用数据，根据《全国土地分类（试行）》进行分类，每期数据都包含三大类所有三级类。为了便于计算与分析，本文将分类截至到二级类，即：一级类包含农用地、建设用地、未利用地；二级类包含耕地、园地、林地、牧草地、其他农用地、商服用地、工矿仓储用地、公共设施用地、公共建筑用地、住宅用地、交通用地、水利设施、特殊用地、未利用土地和其他土地。

（二）景观指数计算结果

图1表示上海市松江区2010年和2014年两期图斑数据中的图斑特征变化量，其中柱状部分为面积增加率，线状部分为数量增量。结果显示，图斑面积增加率较大的是商服用地、公用设施用地和水利设施，而面积减速较快的是未利用土地和其他农用地。在图斑数量方面，曲线整体在坐标轴上方，表示2010-2014年间松江区的图斑数量呈现增加的趋势。其中增量最大的是公用设施用地，其次是住宅用地和交通运输，数量减少最多的是林地。

图1 松江区2010年和2014年图斑面积增率和图斑数量增量图

对图斑面积和图斑数量的变化情况进行分析发现，其他农用地和未利用土地这两个二级类的面积减少较多而数量减少不明显，工矿仓储用地、住宅用地、公用设施、交通运输这些地类面积增加少，图斑数量增量明显。这表明其他农用地和未利用土地减少的都是大块图斑，经过土地利用演变转而破碎化成商业、工业、住宅、交通等小图斑。通过图斑特征的对比分析，显示松江区2010-2014年间区域图斑数量有明显增量，呈现破碎化，图斑面积出现农用地和未利用地向建设用地转移，还存在大块低效的农用地和未利用地图斑细化转移为具有功能性的建设用地小图斑的现象。

图2表示松江区两期基于图斑密度、形状指数、多样性、分离度四个景观指数的变化情况。图斑密度方面，如图2所示，公用设施用地存在一个较小的峰值，与图1图斑特征变化情况一致，表明该地类在四年间数量增量明显，空间呈现密集分布；形状指数方面，如图2中的红色线段，很明显可以发现在商服用地、公用设施用地和交通运输这三类存在三个波峰，其余地类变化量较小，说明上述地类受到人为规划和开发的影响，发展程度在过去四年中较高；景观多样性方面，两期数据的变化量如图2中的黄色线段所示，所有地类都处于坐标轴附近，表明在过去的四年里，松江区地类数量在土地利用变化过程中保持合理结构，没有出现多样性变化波动，地类信息空间分布均匀；景观分离度方面，未利用土地出现峰值，表明该地类在2010-2014年间空间距离增加，空间上往松江区边缘迁移，而在商服用地、水利设施和特殊用地上出现波谷，表明这三个地类空间距离变小，在空间上呈现聚集趋势。

图2 松江区2010年和2014年四个景观指数变化量图

（三）基于综合景观指数的空间可视化对比分析

这里针对景观指数统计结果，采用非参数估计——核密度估计模型——来空间可视化其景观格局。核密度估计可将数据对象的特征在任何尺度下进行空间可视化表达。根据五个景观指数的计算结果，将每期数据综合成一张核密度图进行空间可视化对比分析，核密度结果经过归一化处理，其值范围为0-1：0值为暗黑色，表示经综合后的景观指数较低，景观特征不明显；1值为白色高亮，表示综合后景观指数较高，具有明显的景观特征。具体如图3所示。

基于综合景观指数的可视化表达能直观地对比分析松江区2010-2014年间土地利用变化区域，便于找到变化较大的区域来研究土地利用演变的原因。

图3 松江区2010年和2014年综合景观指数空间可视化

如图3所示，松江区两期未变化区域主要集中于松江区中心的方松街道和中山街道，两期都呈现暗黑色，主要由于该区域都是成熟的住宅街区和工业仓储用地，发展模式固定，变化程度较小。松江区东北角区域变化也不明显，两期都是高亮显示，表明该区域景观特征明显，图斑密度大，地类信息多，空间聚集度较高，由于该区域工业化程度高且聚集，因此土地利用较为固定。

两期变化较大的区域出现在松江区石湖荡镇、小昆山镇以及佘山镇的北部区域，主要在2010-2014年间呈现由黑暗到高亮的变化，以下具体用土地利用图斑数据的对比来进一步分析土地利用演变的原因。

1.小昆山镇在2010-2014年间土地利用有由边缘聚集向整个区域扩散的趋势，2010年的景观指数高亮点集中于小昆山镇的西北角，而到2014年，东南角也有高亮的区域，整体呈现地类均衡的分布格局。

根据可视化结果可以找到具体的图斑变化情况，小昆山镇东南角的土地利用变化如图4所示。根据图4可以发现2010年的大块图斑如褐色的工矿仓储用地和绿色的农用地到了2014年部分细化成多个小面积的工业用地或者蓝色的公用设施、工业用地及黄色的住宅用地混合分布，因此，该区域在2010-2014年间呈现白色高亮的状态，主要原因为大块低效图斑细化破碎为具有功能性的建设用地小图斑，新增的耕地图斑面积小且分布聚集，土地利用类型增多。

图4 2010年（ ）和2014年（右）小昆山镇土地利用情况

2.石湖荡镇在2010-2014年间整个区域呈现明显的高亮（土地利用图斑可见图5）。2010年石湖荡镇主要以农用地为主，零散分布工业用地，而到2014年，新增了公用建设用地（图5蓝色图斑）、交通运输用地（黑色图斑）以及特殊用地（粉色图斑）。从土地利用的景观特征角度分析，道路、公路、铁路等长条形的新增交通运输图斑在空间上具有一定的分割功能，它将沿线的整块农用地大图斑分割成细小图斑，因其地类的功能，在将农用地破碎化的同时，带动沿线部分农用地流向公用建筑用地如教育科研用地、商服用地、车站道路等基础设施，造成区域图斑密度增加，形成了区域产业结构的调整。

图5 2010年（ ）和2014年（右）石湖荡镇土地利用情况

3.佘山镇北部在2010-2014年间呈现明显的高亮（土地利用变化可见图6）。两期对比分析发现松江区北部区域在2010年图斑分布较稀疏、零散、不规则，主要以绿色农用地图斑和黄色住宅用地图斑为主，而2014年住宅用地新增明显，且景观布局经过合理规划，新增多条道路网络，使得该区域的图斑形状指数、图斑密度变大，交通用地的增加尤其是公路的新增带动周边储备用地向商业用地转型，公用配套设施也得到完善，逐步形成了具有商业、住宿、公共服务功能的核心区，该区域在2010-2014年间得到了较快的发展。

图6 2010年（ ）和2014年（右）松江区北部土地利用情况

对比两期土地利用图斑发现，除了变化活跃的二级类建设用地外，水利设施和特殊用地的图斑景观特征也比较特殊。上述地类虽然景观分离度指数呈现下降的趋势，但分离度绝对值处于较高水平且在松江区的景观格局变化不大，具体类型主要有水工建筑、军事用地、墓葬地等水利设施和特殊用地。从地类特点分析，这些分离度值高的土地利用类型具有较强的空间局限性。如：水利设施主要由分布于河道、水库周围的水工建筑组成，受限于该地类的地理因素；而特殊用地主要受限于区域规划、地类性质的影响，空间位置固化于区域边缘而不易变化。

三、 结束语

本文通过一系列景观指数以及核密度估计空间可视化的数据处理，结合数值统计与空间统计的方法，研究分析了城市土地利用时空演变过程与影响演变的因素，得到以下结论。

一是基于土地利用景观指数统计结果：上海市松江区在2010年-2014年间土地利用图斑面积呈现农用地和未利用地向建设用地二级类转移；图斑数量有明显的增量，区域图斑特征呈现整体破碎化；结合图斑密度分析结果发现，面积较大的低效图斑细化成面积较小的功能性图斑，具体表现在大块农用地细化为商服、工业、住宅、交通等小图斑，体现了区域产业结构的调整；结合景观多样性指数分析，上海市松江区2010-2014年间土地利用景观格局变化合理，没有出现因单一地类变化而影响整个区域地类信息分布失衡的情况。

二是基于土地利用景观指数分析结果，发现交通用地对于区域发展驱动作用明显。交通用地由于其形状特点对于其他完整的图斑具有分割作用，同时由于其功能特点可带动沿线周围地类转移或再分割，使细碎的小图斑向公用设施、商业、工业、住宅等建设用地转移，区域得到较快的发展。

三是结合景观分离度指数和景观空间格局分析，发现水利设施和特殊用地这些分离度高值地类在土地利用时空演变过程中具有较强的空间局限性和固化性，主要受限于地理因素、区域规划和地类属性。

（作者单位：上海市不动产登记事务中心）