张应裕，吕凤涛*，麦建开，王园园，王 彬

（1.广东省测绘工程有限公司，广东 广州 510663；2.华南师范大学 地理科学学院，广东 广州 510631）

近年来，对于城市生态风险评价的研究越来越广泛，重点关注自然要素和人为要素等对景观格局造成的影响[1-4]。改革开放以来，中山市经济快速发展，外来人口显著增加。粤港澳大湾区概念的提出，使不少学者投入到对大湾区的研究中[5-8]。研究发现大湾区区域发展不平衡、生态环境恶化等问题突出；而针对区域内各城市生态风险评价的研究较少。中山市作为大湾区建设的重要节点之一，随着城镇化进程的日益推进，将面临土地粗放利用所带来的空间布局和资源短缺等问题，环境承载压力处于较高水平。基于此，本文以中山市为研究区，从景观学角度系统分析了中山市1980－2020年的土地利用变化情况，尤其是城镇建设用地的时空演化过程，开展了中山市生态风险评价，为中山市制定适应粤港澳大湾区的可持续发展战略提供数据支持。

1 研究区与研究方法

1.1 研究区概况

中山市地理位置优越，东与深圳、香港隔海相望，东南与珠海接壤、毗邻澳门，西、西南与江门相邻，北、西北与广州相接；是我国最先实施改革开放的地区之一，也是最具代表性的珠三角产业城市之一[9]；下辖18个镇，6个街道，是我国5个不设直辖区的地级市之一，包含1个国家级火炬高技术产业开发区和翠亨新区。在粤港澳大湾区城市群中，中山市的城镇化水平较高。近年来，中山市经济快速发展，外来人口大量聚集，对城市空间的需要持续增加，从而导致 用地与生态矛盾的加剧。

1.2 数据来源

土地利用/覆被变化是导致全球环境变化的重要因素[10-11]。本文利用来自中国科学院资源环境科学数据中心的多时期土地利用/覆被遥感监测数据集将中山市的土地利用类型划分为耕地、林地、草地、水体、建设用地、其他用地6类；并在此基础上，开展土地利用进一步的研究分析。

1.3 研究方法

1.3.1 土地利用变化分析方法

土地利用变化数量模型能反映土地利用/覆被类型面积和程度的变化、地类流向变化和变化空间形式[12]。土地利用转移矩阵和土地利用动态度能定量研究城镇化影响下的城市空间格局，评估城镇化的生态和环境影响，从而提高城市的可持续性（表1）。

表1 土地利用变化研究方法

1.3.2 景观格局分析方法

通常利用景观格局来描述大小、形状、属性不一的斑块的空间分布与组合规律。对不同时段的景观指数进行计算，不仅能帮助理解和评价区域的景观现状，而且能把握该地区的土地利用演化趋势，分析产生变化的原因及其发展趋势，为区域规划提供参考[3-4]。基于多时期土地利用/覆被遥感监测数据集，本文选取景观复杂度、景观破碎度、景观稳定性等景观格局指数来综合分析研究区内各种土地利用类型的结构组成和空间配置，从而反映区域全局的景观特征，如表2所示。

表2 景观格局指数

1.3.3 景观生态风险指数分析方法

通过引入景观生态风险指数，从景观生态学的角度反映自然或人为因素影响下景观格局与生态过程相互作用的负面影响。目前，在区域景观尺度上的生态风险评价多通过生态风险指数实现[13-15]。

土地利用生态风险指数的表达式为：

式中，N为土地利用类型的总数量；A为土地总面积；Ai为第i种土地利用类型的面积；Ri为第i种土地利用类型所反映的损失指数，表示各土地利用类型遭遇干扰时所受到的生态损失差异，由干扰度指数Si和脆弱度指数Fi的乘积计算得到。

由于地理分布的广泛性，本文以格网的形式划分中山市的生态风险单元，可实现快速的分级分层显示，更好地体现生态风险的空间分布情况。自然间断法能使各类别之间的差异最大化，从而更清晰地展示各评价值在空间上演变特征的优势。本文根据自然间断法，将生态风险指数划分为低风险区、中低风险区、中风险区、中高风险区、高风险区5个等级，从而直观展示中山市不同等级生态风险的时空演化特征。

2 中山市生态空间时空演化分析

2.1 中山市土地利用变化分析

1980－1990年耕地为中山市的主要用地类型，分布在北部、西部等区域；林地和水体占比相当，林地集中分布在中山市的南部，水体主要分布在西北部；建设用地面积较少，分散分布在中山市的中部和西北部；草地占比较少，分布在中山市的南部。2000年耕地虽仍是优势地类，但面积占比已大量减少，且呈分散分布；林地和水体面积均有一定程度的增加；南部、中部、西北部的建设用地面积占比翻倍上升；草地面积锐减。2010－2020年耕地面积持续减少，建设用地取代耕地成为中山市的优势地类，林地和水体面积均减少，但二者占比差别不大。40 a间中山市土地利用变化较大，建设用地逐渐取代耕地成为优势地类，除建设用地外，其他用地类型均有不同程度的减少，如图1所示。

图1 1980－2020年中山市土地利用变化

1980－2020年中山市的土地利用变化呈由各种土地利用类型向建设用地转移的趋势，如表3～6所示。1980－1990年耕地分别向林地、水体和建设用地转移了大量的面积；草地将近向林地转移了其80%的面积，少量流入建设用地，面积减少幅度大，但因其面积占比小，对中山市土地利用变化的影响不大。1980－1990年中山市处于改革开放初期，城镇化发展较慢，其他土地利用类型的转移趋势并不特别明显。1990－2000年第二产业比重上升，对土地需求量增大，使得耕地、林地、水体均向建设用地转移了大量面积；由于中山市发展的特色农业，耕地和水体存在相互交换，耕地向水体转移的面积最多，但水体也有相当比例的面积转移为耕地。2000－2010年中山市土地利用变化较为剧烈，耕地、林地、水体向建设用地的转移尤为明显，建设用地面积增长超过一倍以上，反映了中山市第二产业的发展迅速。2010－2020年土地利用变化趋势放缓，水体向耕地转移面积大于耕地向水体的转移面积，转移趋势发生变化，说明中山市产业发展趋于稳定，农业内部投入侧重出现转变。

表3 中山市1980-1990年土地利用转移矩阵/km2

土地利用动态度变化最大的是建设用地，在前 3个时期均保持高速增长，2000－2010年达到最高值，随后变化速度减缓；耕地的土地利用动态度则保持逐年减少的趋势，且1980－2010年减少速率逐渐加快，在2000－2010年达到最大值，变化趋势明显，表明中山市农用地不断减少；林地除1980－1990年得到一定的补充外，后续3个时期均有所减少；草地在1980－1990年的土地利用动态度最大，但由于面积占比较少，其动态度无法过多影响各土地利用类型的空间格局；水体在前两个时期的动态度超过1%，但在后两个时期有明显减少，并没有保持一定的增长趋势，如图2所示。

图2 中山市土地利用动态度变化图

表4 中山市1990-2000年土地利用转移矩阵/km2

表5 中山市2000-2010年土地利用转移矩阵/km2

表6 中山市2010-2020年土地利用转移矩阵/km2

2.2 中山市景观格局形态演化分析

由图3可知，1980－2010年中山市景观复杂度始终处于增长状态，说明斑块的形状逐渐复杂，受干扰程度有所减小；而2010－2020年景观复杂度又有所下降，最终与1980年基本相同。研究期间，由于耕地、水体等地类被建设用地分割得更为破碎，中山市的 景观破碎度持续上升，从空间上说明景观结构在人为因素的干扰下变得更复杂和不连续。随着时间的推移，中山市各土地利用类型的占比差异总体上有所减小，景观多样性逐步增长。随着不同土地利用类型之间的面积差距变化，景观稳定性呈先降后升的趋势；1980－2020年中山市主要土地利用类型由耕地变为建设用地，景观中优势类型不明显，各斑块类型在景观中分布较均匀，景观均匀度提高；1980年，由于耕地面积占比最大，中山市的景观优势度较高，当耕地面积缩减，景观优势度随之降低，关键土地利用类型的主导性变小，建设用地面积在2020年反超耕地，中山市的景观优势度又有了小幅提升。

图3 中山市部分景观格局指数变化图

2.3 中山市生态风险时空演化分析

1980－2020年中山市整体生态风险保持下降趋势（表7），这主要与建设用地的飞速扩张有关，建设用地的面积占比在各土地利用类型中最大，优势度上升，加上脆弱度较低，使得整体的生态风险指数下降。同时，耕地、林地等脆弱度较高的土地利用类型的面积减少，也在一定程度上降低了整体的生态风险。因此，2000－2010年生态风险下降最快，说明这是中山市建设用地扩张最迅速的时期。

表7 中山市各年生态风险评价结果

在研究期中，耕地面积逐渐下降，但斑块数量却有所上升，景观破碎度和分离度呈上升趋势，说明耕地的斑块随时间推移变得更分散；林地面积变化不大，但斑块数量却发生了不小变化，呈先降后升的趋势，分离度也在最后时期达到了最高，呈现破碎的趋势；水体在1990－2000年的斑块数量急剧增加，随后呈现一个较为稳定的状态，这与坑塘水面的分布特征有关；建设用地在面积迅速增长的情况下，其斑块数量却有所下降，说明建设用地的分布逐渐呈聚集趋势，众多分散的斑块逐渐连接成整块斑块，且大斑块的面积也逐渐增长。

2.3.1 景观生态风险等级分析

中山市生态风险分等级数量统计图如图4所示，可以看出，中山市生态风险的主要等级发生了较大变化，1980－1990年因中山市第一产业的比重较大，脆弱度高的耕地、水体面积占比较大，高风险单元数量最多，林地集中分布区域的中风险和中低风险单元数量也都维持在较低水平，由于建设用地开发尚缓，且脆弱度较低，因此低风险单元数量较少；从1990年开始，随着产业结构的不断调整，中山市建设用地面积快速增加，低风险单元数量迅速增加，到2010年城镇化水平的快速提高使得低风险单元数量迅速增加，与此同时，高风险单元数量迅速减少，这与耕地面积的大量缩减有关，中高风险单元数量变化在1990－2010年呈先升后降的趋势，水体面积的变化是影响其变化的重要因素；2010－2020年中低风险、中风险和中高风险单元数量均没有太大变化，说明林地的保护较好，而高风险单元数量有所减少，低风险单元数量进一步增加，这与相当数量的水体转移为建设用地密切相关。对于整体的变化趋势而言，建设用地面积的增加和聚集是生态风险降低的主要原因，其有效提升了低风险单元的数量；此外，虽然耕地、水体呈现较明显的破碎化趋势，但相对于建设用地的影响有限，并没有影响生态风险总体的下降趋势。

图4 中山市生态风险分等级数量统计图

2.3.2 景观生态风险时空分析

中山市生态风险单元分布如图5所示，可以看出，在1980年和1990年，由于中山市北部和最南端区域以发展农业为主，耕地、水体大量分布，因此该区域处于高风险单元，在以林地为主的中南部区域主要分布中风险、中低风险单元；到2000年，随着中山市工业化的起步，中部的建设用地通过占用耕地、水体逐渐开始扩张，导致中部的一些生态风险单元转化为低风险或中低风险，同时北部一些高风险单元的生态风险也有所下降，从而转变为中高风险或中风险，西北部建设用地的扩张也使该区域附近的生态风险整体有所下降；2000－2010年是土地利用变化最剧烈的时期，反映了中山市经济的高速发展，中部的建设用地扩张后，连片的众多单元都转变为低风险单元，西北部建设用地的扩张也使大量生态风险单元的ERI降低，尤其是中高风险和高风险单元，南部建设用地也呈扩张趋势，因此南部部分区域的生态风险也发生了变化；2020年的生态风险空间分布格局与2010年相似，随着经济发展速度由高速转向中高速，城市继续扩张，高风险、中高风险单元仅在东北部，且高风险单元数量进一步减少，整个中山市的生态风险达到一个较低的水平。

图5 中山市生态风险单元分布

3 结 语

本文通过构建生态风险评价体系，将景观结构与土地利用联系起来，客观反映了研究区域的生态环境状况，得出的主要结论为：

1）198 0－2020年中山市城市建设成效明显，但土地利用呈现较为粗放的特点。从土地利用类型来看，中山市产业结构的颠覆性变化让中山市建设用地急剧扩张，耕地面积迅速衰减；在人类活动的干扰下，建设用地的动态度一直维持在较高水平，而少有向其他土地利用类型转出。2000－2010年明显有水体转移为建设用地的趋势，表明传统农业占比愈发减少，特色的坑塘农业使耕地与水体之间保持较为频繁的相互转移，且后期二者间的转移趋势也发生了转变，说明在农业用地上的类型转移较多且转移趋势逐渐改变。林地的面积变化较小，说明中山市对林地做了有效的保护。

2）在城市空间连续扩张的背景下，中山市的整体生态风险呈下降趋势，且在2000－2010年下降速度最快。由于建设用地的迅速扩张，吸纳了其他脆弱度更高的土地利用类型，从而降低了整体的生态风险；同时也逐步分割了耕地和水体斑块，使其呈现破碎化趋势，而建设用地斑块逐渐连绵成片，景观破碎度随之下降，呈现出城市化的主要特征。

3）不同时期的生态风险表现出不同的变化特征，1980－1990年中山市的经济发展主要以农业为主，发展缓慢，生态风险单元以高风险为主，主要聚集在北部，这是由于该区域以水体、耕地为主，脆弱度较高，南部区域林地集中分布，生态风险较低；1990－2020年 随着中山市的产业结构从农业向工业和服务业演变，建设用地在中部、西北部和东南部开始扩张，位于这些区域的生态单元的生态风险值逐步降低。由于耕地仍是东北部的主要土地利用类型，该区域生态风险值 较高。

随着社会经济发展，城市化进程不断加快，人类活动对于生态空间的干扰越来越大。中山市土地利用变化受产业结构、区位条件、土地资源以及土地政策的影响，城市建设规模的壮大使中山市景观格局发生了相应改变，生态风险等级转变速率加快，从而导致研究区生态风险在空间分布上表现出明显的区域性和层次性。建设用地的快速扩张为经济发展提供了支撑，同时带来了相应的社会经济、生态环境问题，景观生态风险的下降意味着生态空间的缩小，不同土地利用类型的开发程度对景观格局影响深刻。随着政府制定的一系列限制城镇扩张政策的实施，城镇扩张速度放缓，但经济发展不可逆转，未来中山市城镇扩张仍会继续。在发展经济过程中，中山市需加强对耕地的保护，同时注意水体与耕地的转换，提高对相对脆弱的水体的重视。在保障建设用地需求的基础上，城市建设应顺应经济、人口流动的趋势，科学划定城市增长边界，同时优化城市建设用地结构和功能，通过内部的城市更新，实现城市紧凑集约增长，才能以有效、高效的城市建设用地调控和管理目标以及相关调控政策措施应对城市发展空间不足的挑战，更好地融入粤港澳大湾区建设，实现区域和可持续发展。