摘要：以长江江苏段滨岸陆域为例，基于2017―2021年土地利用数据与归一化植被指数，采用植被覆盖趋势分析、显著性检验和土地利用图谱等方法，从纵深缓冲带视角探究滨岸陆域土地利用、植被覆盖及其响应的时空分异特征。研究表明：(1)研究区非生态用地扩张，但植被覆盖改善显著，植被覆盖改善的区域占62.91%，土地利用转移中20.95%由非生态用地转化为生态用地；(2)植被覆盖与土地利用变化存在响应关系，植被覆盖的改善响应更为显著，非生态用地转生态用地导致植被改善的图谱比例为74.8%，而生态用地转非生态用地导致植被退化的图谱比例为59.5%；(3)土地利用和植被覆盖变化表现出明显的纵深空间差异性，不同纵深缓冲带离岸越近，非生态用地向生态用地转移面积越大，植被覆盖改善越明显，深刻反映出长江大保护政策的成效。

基金：国家自然科学基金项目（42571348） ；湖泊与流域水安全全国重点实验室项目（NKL2023-KP03）资助~~

关键词：土地利用；植被覆盖；滨岸陆域；长江江苏段

作者简介：陶正涛(1997―)，男，江苏扬州人，硕士研究生，主要从事资源利用与可持续发展研究。E-mail:neur-omancerlsh@163.com；*邹辉,E-mail:hzou@niglas.ac.cn；

收稿日期：2024-09-26

大河滨岸带是重要的生态敏感区域，也是城镇、产业密集分布的区域。长江沿岸作为典型的大河滨岸带，土地利用变化对生态的影响尤为显著，其中植被覆盖变化是反映生态变化的重要指标。随着长江大保护战略的实施，长江滨岸陆域生态环境与不合理的开发利用问题得到广泛关注，以植被覆盖为表征的陆域景观和生态状况改善成效成为各界关注的重点。滨岸陆域指由岸线延伸至陆域一定范围的陆域空间，是河流与陆域生态系统进行能量、物质和信息交换的场所[1]，拥有特殊的土壤、植被和生物结构[2-4]，在保护河流生态方面有重要意义[5]，同时也承载港口、交通和旅游等经济功能。相关研究对高度城市化区域植被覆盖动态变化分析发现，人类活动对植被覆盖有显著的负面影响[6-7]，而长江滨岸陆域是人类活动最为活跃、生态赤字程度最大的区域之一[8]。2017年以来的环境规制使得以土地利用转移为代表的人类活动对植被覆盖展现出积极影响[9]，长江滨岸陆域内不合理的开发利用活动得到有效遏制[10]。长江大保护战略实施以来，长江岸线整治与生态修复持续推进，使得沿岸土地利用与植被覆盖变化的响应发生区域性、结构性变化，然而这方面的研究存在空白。

人类活动影响下生态环境的响应是热点研究领域，相关研究主要从定量角度探讨人类活动对生态系统价值服务、植被覆盖、生态环境质量及景观格局等的影响[11-15]，少有用土地利用表征人类活动以探究其与生态状况响应关系的研究，缺少对土地利用转移下植被覆盖具体动向的关注。土地利用是人类开发自然资源、改变生态系统结构和社会环境等的直观体现[16-17]，而植被覆盖状况对于土地利用变化影响下的生态环境状况有指示作用[18]，是生态变化的重点研究领域[19]。有学者认为，土地利用变化对于植被覆盖的影响主要源于土地转移过程中短时限的人为干扰和转移完成后较长时限的用地功能变化[20-21]。研究土地利用与植被覆盖的变化状况及两者的响应关系，可具体表征人类活动与生态环境影响关系。从研究区域上看，已有研究多着眼青藏高原[22]等大尺度研究区，线型带状小尺度区域研究相对薄弱。滨岸陆域多实行分区分块管控[23]，区域内用地功能变化状况对植被覆盖的影响存在空间差异。已有对滨岸地区土地利用与植被覆盖空间差异的研究多从三生空间等分区或岸段视角出发[23-25]，少有从滨岸空间的纵深视角进行分析。人类活动的趋岸化与政策规划对人类活动的离岸化管控，使得滨岸陆域内土地利用与植被覆盖在离岸距离不同的区域呈现不同的动态变化特征[26]。以不同离岸距离缓冲带划分滨岸陆域，研究不同缓冲带内土地利用和植被覆盖的变化特征与响应关系的纵向空间差异，进一步分析植被覆盖对土地利用变化响应的特征和规律，对于长江岸线保护修复与科学管理具有重要意义。

1 研究区域与数据来源及处理

1.1 研究区域

长江江苏段滨岸陆域涉及南京、扬州、镇江、常州、无锡、苏州、泰州、南通8市，共30个区县。江苏段滨岸陆域是长江流域人口最为集中、开发利用最为密集的区域，2020年长江江苏段优良岸线开发利用率达76.0%，远超长江干流岸线整体水平（61.1%)[27]。考虑滨岸陆域生态经济功能辐射[14]、人类活动影响[28]及岸线生态缓冲效应范围边界[1]较为模糊，相关研究对沿江滨岸带的界定大多集中在沿岸（2,5]km。因此，选取长江岸线作为滨岸陆域内边线，将岸线向陆域缓冲5 km作为滨岸陆域的外边线，以内边线和外边线合围的范围作为本文的研究范围（图1），其中长江岸线采用中国科学院科技服务网络计划（STS）重点项目“长江经济带岸线资源调查与评估”中确定的长江岸线线型。

1.2 数据来源与处理

本研究采用欧洲航天局提供的Sentinel-2数据①计算植被覆盖相关指数，影像时间范围为2017―2021年，空间分辨率为10 m。土地利用数据采用美国环境系统研究所公司②发布的空间分辨率10 m的土地利用数据集，选取2017年和2021年2期数据，数据重分类为7种类型（水域、林地、湿地、耕地、草地、建成区和裸地）。在对土地利用与植被覆盖的叠加分析中，为突出人类活动显著影响、提炼主要土地利用转变方向，结合前人生态用地分类研究[29]、研究区生态环境现状和研究目标，将土地利用类型分为生态用地和非生态用地。综合考虑生态用地的生态系统服务功能，本文所指的生态用地包括原生生态用地（水域、林地、湿地、草地）和半人工生态用地（耕地），非生态用地包括建成区与裸地。

2 研究方法与过程

2.1 植被覆盖动态分析

2.1.1 趋势分析

趋势性分析可以通过单个像元的时间变化趋势反映整体空间变化规律，对像元属性进行一元线性回归分析可模拟区域时空格局变化[30]。利用线性回归对NDVI进行时间序列的趋势分析，以回归方程斜率slope代表NDVI各栅格单元的变化趋势，当slope>0时，说明该栅格单元的NDVI值随时间变化而增大；当slope<0时，说明该栅格单元的NDVI值随时间变化而减小；当slope=0时，说明该栅格单元的NDVI值不变。

图1长江江苏段滨岸陆域区位

2.1.2 显著性检验

F值计算可反应NDVI变化趋势的显著性程度[31]，利用F检验对NDVI的变化趋势进行显著性检验，P≤0.05为显著变化，P>0.05为不显著变化。根据显著性检验结果将植被覆盖变化趋势分为4个等级：显著退化、不显著退化、不显著改善、显著改善。

2.2 土地利用和植被覆盖变化响应图谱

2.2.1 生态用地变化对植被覆盖变化响应图谱

图谱即是空间与过程研究的时空复合体[32-33]，将已有的土地利用图谱编码方式应用至土地利用和植被覆盖变化中。使用ArcGIS软件，对植被覆盖变化趋势与生态用地类型变化数据进行编码并叠加分析，获得2017―2021年研究区生态用地和植被覆盖变化响应图谱的4位数编码，其计算公式为：

式中，N为研究时段内生态用地和植被覆盖变化响应图谱；Na为开始年份生态用地类型的图谱单元栅格属性值；Nb为结束年份生态用地类型的图谱单元栅格属性值；F为植被覆盖变化的显著性水平图谱单元属性值；S为植被覆盖变化趋势图谱单元属性值。对2017和2021年两期图谱单元进行融合，得到长江江苏段滨岸陆域2017―2021年的生态用地和植被覆盖变化响应图谱及其特征。

2.2.2 图谱特征分析

空间分离度可以描述图谱单元在空间分布上的分散程度，空间分离度越大，图谱单元在空间分布上的离散程度更大，空间分离度越小，图谱单元在空间分布上的集聚程度更大[34]。

2.3 滨岸陆域缓冲带构建

管控要求的纵深差异使得滨岸陆域内土地利用和植被覆盖在离岸距离上呈现空间差异。因此，结合前人对土地利用和植被覆盖动态变化特征的空间分异特征的研究[35-36]，基于缓冲带内部特征与离岸距离构建了（0,1]km缓冲带、（1,2]km缓冲带、（2,3]km缓冲带、（3,4]km缓冲带、（4,5]km缓冲带共5个缓冲带。

3 结果与分析

3.1 植被覆盖变化与土地利用变化特征分析

2017―2021年长江江苏段滨岸陆域植被覆盖总体呈改善趋势，呈改善趋势的区域占62.93%。从NDVI年际变化趋势看，研究区年际NDVI变化呈现先上升后波动的变化模式，总体以0.004 3/a的速率上升。从NDVI年际变化趋势的显著性来看，绝大部分区域变化趋势不显著，植被覆盖显著变化的区域占11.21%，其中植被覆盖显著改善占7.95%，集中在南京浦口段（图2a）、镇江京口段、苏州市张家港段（图2c）、南通市海门段等区域；植被覆盖显著退化占3.26%，集中分布于南京浦口段新增城镇用地、泰州泰兴段（图2b）、南通经开段（图2d）工业园区等区域。

图2 2017—2021年长江江苏段滨岸陆域典型区域植被覆盖变化状况

2017―2021年研究区非生态用地扩张明显，土地利用类型发生变化区域49.95%由生态用地转化为非生态用地，主要集中于南京浦口段、六合段、苏州张家港段及南通海门段；20.95%由非生态用地转化为生态用地。从表1可以看出，研究区转移较为活跃的土地利用类型为建成区和耕地，建成区是转入面积最多的土地利用类型，共转入345.85 km2，耕地是其转入的主要来源，占72.25%，草地是其转入的次要来源，占9.13%；耕地是转出面积最多的土地利用类型，共转出374.52 km2，其中72.21%转出为建成区，12.84%转出为草地；其他土地利用类型变化相对稳定。总体而言，研究区土地利用类型转变呈现耕地被占用转化成建成区，非生态用地扩张的显著特征。

表1 长江江苏段滨岸陆域土地利用转移/km2

3.2 土地利用和植被覆盖变化响应图谱

3.2.1 生态用地和植被覆盖变化响应图谱数量特征

如表2所示，存在8种图谱变化类型，主要变化类型为生态用地转化非生态用地且植被覆盖不显著退化（占比35.73%）。从变化比率和空间分离度看，各类图谱呈现图谱单元变化比率越高空间分离度越低的特征，生态用地转化非生态用地且植被覆盖不显著退化的图谱单元占比最高，在空间分布最集聚（0.08）。从响应程度看，植被覆盖对非生态用地转生态用地的改善响应强于生态用地转非生态用地退化响应，非生态用地转生态用地植被改善的图谱比例74.79%，高于生态用地转非生态用地植被退化的图谱比例59.51%。

表2 土地利用和植被覆盖变化响应图谱特征

3.2.2 生态用地和植被覆盖变化响应图谱空间特征

研究表明，植被覆盖对生态用地转非生态用地整体呈现不显著退化的响应趋势。植被覆盖退化的区域占生态转非生态用地的59.51%，其中植被覆盖显著退化的区域占比不高，仅占生态转非生态用地且植被退化区域的14.78%，集中分布于南京浦口段新增城镇用地（图3a）、扬州仪征及邗江段产业园、镇江京口段新增港口仓库及泰州泰兴段化工园区等区域，表明城镇用地扩张引起的生态用地转非生态用地使植被覆盖发生一定程度的退化。由生态用地转非生态用地的区域出现了植被覆盖改善的状况，这一类图谱单元分布较为分散，主要表现为城镇扩张中城镇绿化工程带来的植被覆盖改善（图3b）。研究区植被覆盖对非生态用地转生态用地整体呈现不显著退化的响应趋势，非生态用地转生态用地且植被覆盖不显著改善图谱占比17.00%。

图3 2017—2021年长江江苏段滨岸土地利用和植被覆盖变化响应图谱

植被覆盖改善的区域占非生态转生态用地的74.80%，其中植被覆盖显著改善的区域仅占非生态转生态且植被改善区域的23.10%，集中分布于长江江苏段沿线，特别是南京浦口、雨花台及八卦洲段已被清退码头（图3c）、扬州仪征段已被整治港口、苏州张家港段围滩等区域，表明港口码头的清退整治工作导致非生态用地向生态用地转化使植被覆盖状况得到一定的改善。植被覆盖不显著改善的区域与显著改善的区域分布较为一致，上述被清退整治的港口码头区域多呈现局部显著改善、整体不显著改善的植被动态趋势，经遥感比对后发现，港口码头被清退后留存的硬质化地面导致植被覆盖状况难以显著改善。非生态用地转生态用地的区域同样出现较为分散的植被退化状况，相对集中分布于常州段新北区码头清退区域（图3d）和新孟河延伸拓浚工程区域，这反映了由非生态用地向生态用地转变中的人为干扰往往会引起植被覆盖阶段性下降的现象。

3.3 缓冲带空间差异

3.3.1 土地利用和植被覆盖变化的缓冲带空间差异

从岸线纵深视角看，土地利用和植被覆盖变化状况随所处缓冲带离岸距离的不同呈现空间差异。从各土地利用类型变化幅度来看，（0,1]km缓冲带非生态用地扩张趋势较其他缓冲带更弱，而（1,5]km缓冲带内部土地利用变化幅度并未呈现明显的缓冲带空间差异。从土地利用转移矩阵看，（1,5]km缓冲带内土地利用净变化面积随离岸距离减少而增加，（1,2]km缓冲带土地利用净变化面积最大。表3所示，（0,1]km缓冲带植被覆盖改善状况最为良好，植被覆盖改善趋势占比（64.77%）与显著改善占比（13.81%）最高，植被覆盖退化趋势占比（35.23%）与显著退化占比最低（7.28%)；(1,5]km缓冲带呈现离岸越近，植被退化趋势越明显，改善趋势越不明显的特征，其中（1,2]km缓冲带植被覆盖改善占比（61.97%）与显著改善占比（12.42%）最低，植被退化占比（38.03%）与显著退化占比（9.60%）最高，植被覆盖的改善状况最差。

表3不同缓冲带植被覆盖变化面积和显著趋势占比/%

3.3.2 生态用地和植被覆盖变化响应的缓冲带空间分异

从生态转非生态用地和非生态转生态用地两个方向对土地利用和植被覆盖响应图谱的缓冲带差异进行分析。如图4a所示，生态用地转非生态用地的区域，（1,5]km缓冲带离岸越近，生态转非生态用地且植被退化图谱单元个数与占比越高，（1,2]km缓冲带生态转非生态用地且植被退化图谱占比最高（61.62%），由城镇、工业用地扩张引起的植被覆盖退化响应在（1,2]km缓冲带表现最为明显。至（0,1]km缓冲带内植被退化图谱占比有明显回落（56.11%），植被退化趋势较（1,2]km缓冲带弱。生态转非生态用地区域也出现一定的植被改善的现象，所处缓冲带离岸越近植被覆盖改善的图谱占比越高，（0,1]km缓冲带内植被改善的图谱占比最高（43.89%），植被改善现象最显著。如图4b所示，非生态用地转生态用地所在缓冲带离岸越近，植被覆盖改善的响应越明显，植被覆盖改善图谱单元个数随缓冲带离岸距离减少而增加。（0,1]km缓冲带植被覆盖改善的图谱占比其他缓冲带更多（32.43%），植被覆盖改善现象最显著，植被退化对非生态转生态用地的响应更明显。

图4用地类型转化的植被覆盖缓冲带差异

4 讨论与结论

4.1 讨论

前人对人类活动和生态环境的研究多从提取人类活动影响与生态系统价值服务等定量角度出发[11-15]，缺乏对人类活动和生态环境变化状况的具体表征与分析。本研究发现植被覆盖显著改善的区域多为沿岸港口工业密集区，相比降水、气候等自然因素，这一区域人类活动对植被覆盖影响更为显著。土地利用转移依赖于国土空间开发进程，长江江苏段滨岸陆域的城市化进程与经济发展水平居于长江流域前列，主城区开发空间饱和，其开发选址偏向于城郊未利用地，因此研究区呈现以建成区扩张为代表的城市化与以耕地为代表的生态用地缩减并存的特征。

本研究发现生态用地转非生态用地区域植被整体不显著退化，非生态用地转生态用地区域植被整体不显著改善，这可能有两方面原因：一方面，滨岸陆域内部经济社会及城市化发展的需要使得区域内城镇与产业用地占用生态用地进行扩张，区域内植被覆盖发生退化；另一方面，环境规制下的滨岸带整治修复主要表现为滨岸港口码头整治，引起的非生态用地向生态用地转化也会导致植被覆盖发生改善，这与相关研究结论[37-38]相一致。植被覆盖变化受土地转移过程中短时限人为干扰与长时限用地功能变化影响，使得生态用地类型变化对植被覆盖的具体影响存在差异，但这种差异呈现显著的局部性特征，非生态转生态用地局部区域强烈的人为干扰对植被覆盖有负面影响，造成植被覆盖阶段性的退化；生态转非生态用地人为干扰对植被的负面影响在环境规制约束下相对减少，新增非生态用地经生态修复工程后，植被覆盖存在局部改善的状况。

土地利用与植被覆盖变化在省域、全国等较大尺度上表现出明显的时空分异特征[39]，在滨岸陆域这类较小尺度的空间分异更复杂。人类活动有趋岸性，而政策约束下开发利用活动离岸化，两者综合作用下滨岸陆域内部土地利用和植被覆盖因离岸距离的不同呈空间差异。（0,1]km缓冲带与（1,5]km缓冲带差异明显，（0,1]km缓冲带即岸线范围内，实行严格管控要求与生态修复措施，其内部以耕地与建成区为代表的生态与非生态用地转移面积较其他缓冲区有明显回落，植被覆盖改善面积与改善显著性明显上升。人类活动的趋岸性势必引起离岸越近人类开发利用活动越活跃现象，如新增城镇建设选址多考虑临江地段，环境规制下（0,1]km缓冲带内严格限制新增非生态用地，使人类开发利用活动在（1,5]km缓冲带范围内趋岸集聚，最终在（1,2]km缓冲带达到最集聚状态。

本研究也存在不足之处，受滨岸陆域形状及范围影响，相关经济社会与生态环境数据难以下降至较高分辨率、采用空间模型进行分析。（0,1]km缓冲带内部生态环境状况复杂，开发活动选址与管控要求的矛盾更尖锐，其内部存在的空间差异有待进一步提取分析。此外，土地利用和植被覆盖仅从定性角度对人类活动和生态环境状况进行反映，而残差分析[38]与相关性分析[13]等方法能从定量角度表征人类活动和生态环境状况，这也是未来进一步研究的方向。

4.2 主要结论

1）研究区植被覆盖总体改善，但非生态用地扩张明显。植被覆盖改善区域占62.91%。非生态用地转化为生态用地（49.95%）远大于由生态用地的转出（20.95%），以耕地被占用转化成建成区为主要趋势，这源于城市空间饱和后新增建成区向城郊未利用地的发展。

2）研究区植被覆盖对土地利用变化存在响应。生态用地转非生态用地导致植被退化，反之则改善。生态转非生态用地的区域中，植被不显著退化的占比最高（35.77%），且空间集聚性最强。植被对非生态用地转生态用地的改善响应（74.79%）强于生态用地转非生态用地的退化响应（59.51%），这表明人为干扰的负面影响在环境规制下被削弱。

3）研究区缓冲带尺度上，土地利用与植被覆盖的响应关系随离岸距离变化。（0,1]km缓冲带生态敏感性最高，生态用地转入带来的植被改善响应最强（78.43%），而转出导致的退化响应最弱（56.11%),(1,5]km缓冲带土地利用净转移更活跃，但植被覆盖响应强度随离岸距离增加而减弱。

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注释

(1)https://earth.esa.int/[2023-08-10]

(2)https://livingatlas.arcgis.com/[2023-08-10]