陳玥 陸汝成 盧嘉慧 秦睿 劉蒙蒙

[摘要]耕地一直以來都是國內(nèi)外研究土地利用變化的熱點(diǎn)內(nèi)容之一，在一定時(shí)段內(nèi)的耕地變化能夠反映區(qū)域景觀格局變化的方向。通過對寧明縣耕地景觀格局時(shí)空變化進(jìn)行分析，從耕地?cái)?shù)量、空間分布以及景觀格局等視角，對寧明縣2005年、2010年和2015年的耕地景觀時(shí)空變化展開研究，研究表明：寧明縣在2005～2015年十年間耕地?cái)?shù)量呈上升趨勢，中低海拔耕地占比逐年下降，高海拔占比逐年上漲，坡度較小耕地占比逐漸下降，坡度較大耕地占比逐漸上漲;耕地景觀受人為因素影響越來越大，破碎度增大，耕地更為分散。通過對寧明縣耕地景觀格局的分析，對促進(jìn)寧明縣區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)、更好的發(fā)揮其生態(tài)功能以及對其耕地可持續(xù)利用和社會經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展都具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

[關(guān)鍵詞]景觀格局;耕地;邊境縣域;寧明縣

[中圖分類號]F301.2[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

引 言

耕地作為農(nóng)業(yè)活動的載體，一直以來都是國內(nèi)外研究土地利用變化的熱點(diǎn)內(nèi)容之一。作為農(nóng)業(yè)生態(tài)中的重要組成部分，耕地是人類活動改造自然景觀的重要體現(xiàn)，一定時(shí)段內(nèi)的耕地變化能夠反映區(qū)域景觀格局變化的方向。而邊境縣域的土地是我們保衛(wèi)國土安全的第一道同時(shí)也是最重要的防線，邊境縣域的耕地又是這道防線中最容易被忽視和最脆弱的部分，城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快、邊境貿(mào)易的快速發(fā)展致使經(jīng)濟(jì)建設(shè)占用了大量耕地、缺乏合理利用管制致使土壤嚴(yán)重污染以及近年來邊境縣域一些農(nóng)戶因得不到適當(dāng)?shù)幕蒉r(nóng)政策而棄耕等現(xiàn)象，表明耕地依然在持續(xù)減少，同時(shí)，這也會或大或小地對耕地的景觀格局產(chǎn)生影響。在耕地景觀格局研究方面，國外學(xué)者，如Hietala-Koivu R運(yùn)用平均斑塊面積、斑塊密度、平均形狀指數(shù)等，對芬蘭的Yiane，農(nóng)業(yè)景觀布局結(jié)構(gòu)的變化進(jìn)行研究分析，對制定土地利用規(guī)劃有著十分重要的意義，他還提到，農(nóng)業(yè)集約化會導(dǎo)致斑塊均勻度下降。國內(nèi)學(xué)者，如張佳佳、陳偉、王新闖等將“3S”技術(shù)與景觀研究技術(shù)相結(jié)合，充分考慮耕地現(xiàn)狀信息、變化特征、自然屬性以及土地管理部門對耕地管制的需要，從市、縣兩個(gè)研究角度出發(fā)，研究該區(qū)域耕地的數(shù)量、景觀要素特征等變化的規(guī)律。

綜上所述，國內(nèi)外學(xué)者大多著眼于較發(fā)達(dá)縣域的耕地景觀格局研究，綜合分析數(shù)量、空間分布對邊境地區(qū)的耕地景觀格局研究甚少，為此，在新形勢下，選擇以縣域?yàn)槌叨?，綜合運(yùn)用遙感、GIS及景觀指數(shù)分析法，了解和研究耕地的變化情況，揭示寧明縣耕地景觀格局時(shí)空變化規(guī)律，對促進(jìn)寧明縣區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)、更好的發(fā)揮其生態(tài)功能以及對其耕地可持續(xù)利用和社會經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展都具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)域概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 寧明縣自然經(jīng)濟(jì)概況

寧明縣，隸屬于廣西壯族自治區(qū)崇左市，是西南地界上的一個(gè)邊陲鄉(xiāng)鎮(zhèn)，西面邊界與憑祥、龍州接壤，東面邊界與防城港接壤，而南面則與越南共和國接界，北面邊界與崇左、扶綏接壤，寧明縣地勢東、南部高，北和西北部稍低，明江河谷平原低平，其東南部為土山區(qū)，多數(shù)山高在500m以上，坡度都大于30°。中部為土丘陵，坡度10°～25°;北部多為巖溶丘陵，坡度30°以上，而海拔均在200m～500m之間。北部靠中為明江河谷平原，面積約為1000km2，海拔在109.3m～200m之間。

1.2 數(shù)據(jù)來源與數(shù)據(jù)處理

以廣西寧明縣2005年、2010年和2015年30m空間分辨率的TM遙感影像為原始數(shù)據(jù)源，運(yùn)用Erdas9.2和ArcGIS10.2等軟件，經(jīng)過多波段彩色合成、輻射校正和裁剪等預(yù)處理后，經(jīng)過對研究區(qū)土地利用現(xiàn)狀實(shí)地考察、遙感影像地物特征及廣西陸地衛(wèi)星TM假彩色數(shù)據(jù)土地資源信息提取標(biāo)志，采用監(jiān)督分類方法對遙感影像進(jìn)行目視判讀，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行精度檢驗(yàn)，解譯出3期影像的Kappa系數(shù)均大于0.7最低精度要求，滿足研究要求，由此得到廣西寧明縣3期土地利用現(xiàn)狀矢量數(shù)據(jù)。根據(jù)得到的3期土地利用現(xiàn)狀矢量圖，運(yùn)用ArcGIS10.2將耕地部分提取得到完整的年度耕地圖斑，在ArcGIS10.2中進(jìn)行高程及坡度的分析，并結(jié)合fragstats4.2等軟件進(jìn)行景觀格局分析。

2 研究方法

2.1 GIS空間分析法

借助GIS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理平臺，結(jié)合RS技術(shù)解譯整合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，提取研究區(qū)域耕地?cái)?shù)量、高程及坡度變化的相關(guān)信息，研究景觀空間分布的規(guī)律。

2.2 景觀格局研究方法

景觀格局分析指標(biāo)的選擇要能準(zhǔn)確明了的表現(xiàn)研究目的，其各層次之間的指數(shù)都有高度的相關(guān)性以及自己的側(cè)重點(diǎn)，選擇的時(shí)候切不可冗雜選取，數(shù)據(jù)并不以多取勝。根據(jù)研究區(qū)域的具體情況以及參考了國內(nèi)外學(xué)者的研究成果，選擇了斑塊密度、聚集度指數(shù)、分離度指數(shù)和形狀指標(biāo)進(jìn)行景觀格局的分析。

2.2.1 破碎度。耕地是一種會同時(shí)受到自然和人為影響的資源，我們可以從分析其斑塊密度來了解該耕地的割裂程度。

斑塊密度指的是：單位研究區(qū)域面積內(nèi)所具有的斑塊個(gè)數(shù)。它能夠反映出該區(qū)域景觀空間結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和人為因素對景觀格局的影響程度。一般而言，當(dāng)它的值越大，則單位面積耕地內(nèi)含有的斑塊個(gè)數(shù)就越多、斑塊平均面積就越小，可知破碎化程度就會越高，斑塊密度用PD表示：

PD=N/A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

其中N代表研究區(qū)域斑塊的總個(gè)數(shù)，A則為研究區(qū)域斑塊的總面積，PD越大，則該地類被割裂的程度就越高。

2.2.2 分離度。除破碎度能反映耕地景觀形狀特征外，分離度也能反映景觀空間集聚分散特征，主要選用聚集度指數(shù)AI （Aggregation Index）和景觀分離度SPLIT（Splitting Index）進(jìn)行分析。

聚集度指數(shù)是反映景觀格局中同一類型斑塊聚集程度或者是反映它的非隨機(jī)性，其值越趨向0，則表明該景觀越是分散，計(jì)算公式如下：

式中，AI為景觀中某一個(gè)類型的聚合度，為斑塊i其網(wǎng)格自相鄰的公共邊緣數(shù);max （）為斑塊i其網(wǎng)格間最大的可能公共邊數(shù)。

分離度公式如下：

為景觀類型i的距離指數(shù);為景觀類型i的面積指數(shù);n為該元素的數(shù)目;為該地類的總面積;A為研究區(qū)域的總面積。

2.2.3 景觀形狀指數(shù)。LSI（Landscape Shape Index）該指數(shù)是研究區(qū)域斑塊周長與其等面積的圓周長的比，它表示圓形與研究區(qū)域斑塊形狀差異程度，其值越大，形狀越不規(guī)則。

其中，L為斑塊周長;S為斑塊面積。

3 寧明縣耕地變化分析

3.1 寧明縣耕地?cái)?shù)量變化分析

寧明縣全縣土地面積為370479.87hm?，耕地?cái)?shù)量從2005到2015年這十年間，總體呈上升趨勢，具體如表1所示。

從表1可知，2005年耕地的占比為15.88%，占全縣土地比例不高，2005年到2010年，寧明縣全縣耕地已上漲了30394.68hm?，耕地面積上漲的較大一部分原因，是在2009年的時(shí)候，國家完成了第二次全國土地調(diào)查，一些之前不歸耕地地類的土地重新劃歸為耕地，2010年到2015年耕地面積減少了92.16hm??？偟膩碚f，從2005年至2015年這十年間，耕地增加了30302.52hm?。

這十年以來，寧明縣為做好耕地保護(hù)工作，提升耕地質(zhì)量。僅在2013年，寧明縣就實(shí)施了3個(gè)土地整治項(xiàng)目，實(shí)施面積多達(dá)1704hm?，修建村級道路12km。經(jīng)過這些土地整治項(xiàng)目，基本農(nóng)田保護(hù)面積有近5萬hm?。

3.2 寧明縣耕地空間布局變化分析

3.2.1 高程點(diǎn)變化分析。耕地一般分布在海拔較低且靠近水源的地區(qū)，而寧明縣的北部地勢較為平坦，最為適合耕地開墾，所以預(yù)計(jì)寧明縣耕地會較多的分布在北部，在此預(yù)判上開始分析研究。通過將2005年、2010年以及2015年的DEM數(shù)據(jù)圖和這三個(gè)時(shí)期的利用現(xiàn)狀圖各自疊加分析處理，在前人研究基礎(chǔ)上以及充分考慮寧明縣當(dāng)?shù)馗叱谭植嫉膶?shí)際情況，將高程數(shù)據(jù)進(jìn)行重分類，得出以下結(jié)果圖（見圖1）。

從圖1可知，2005年、2010年以及2015年的耕地大多數(shù)聚集在高程為130.1m～254m的地方，呈北多南少、北低南高的形勢，原因是寧明縣東南部為土山區(qū)，建設(shè)施工難度較小，適合進(jìn)行鄉(xiāng)鎮(zhèn)的建設(shè)開發(fā)，發(fā)展其商業(yè)經(jīng)濟(jì);而北部多為巖溶丘陵，不適宜發(fā)展大規(guī)模經(jīng)濟(jì)建設(shè)區(qū)，而低海拔又為居民點(diǎn)，所以耕地大多在中低海拔。這三個(gè)時(shí)期的耕地最低海拔均為6m，但從圖1中所知，三年的最高海拔呈遞增趨勢，這也體現(xiàn)出寧明縣開墾技術(shù)有所提高。各個(gè)海拔的耕地?cái)?shù)量情況具體如表2所示。

從表2統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，海拔為130.1m～254m的耕地占比均能達(dá)到80%以上，但從整體趨勢來看，中低海拔的耕地占比逐年下降，高海拔的占比逐年上漲，究其原因，經(jīng)濟(jì)建設(shè)占用了城鎮(zhèn)周邊海拔較低的耕地，為了遵守占補(bǔ)平衡規(guī)定，就不得不越來越往海拔高處開墾耕地，以滿足耕地需求。

3.2.2 坡度變化分析。坡度分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與高程分析的數(shù)據(jù)處理相同，通過將2005年、2010年以及2015年的DEM數(shù)據(jù)圖和這三個(gè)時(shí)期的利用現(xiàn)狀圖各自疊加分析處理，根據(jù)國家頒布的《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》以及寧明縣耕地坡度分布實(shí)際情況，將高程數(shù)據(jù)進(jìn)行重分類，得出以下結(jié)果圖（見圖2）。

從以上三幅圖可看出，2005年、2010年以及2015年的耕地大多數(shù)聚集在坡度為0°～10°的地方，且最大坡度均為55.9°，各個(gè)坡度的耕地?cái)?shù)量情況具體如表3所示。

如表3顯示，三個(gè)時(shí)期的耕地均有85%以上是聚集在0°～10°坡度范圍的，這個(gè)現(xiàn)象符合耕地利用的適宜性和規(guī)律性。隨著時(shí)間推移，0°～5°坡度范圍耕地的占比逐漸下降，坡度較大的耕地占比逐漸上漲，這與耕地低海拔高程占比遞減、高海拔高程占比遞增的原因有相關(guān)性，地勢平坦的地方多用來開發(fā)建設(shè)之后，補(bǔ)充耕地欲往地勢較陡的地方開墾，對于這一現(xiàn)象，有關(guān)部門應(yīng)提高警惕，做好耕地質(zhì)量優(yōu)化和保護(hù)的工作。

4 寧明縣耕地景觀格局時(shí)空變化分析

4.1 耕地景觀斑塊形狀的變化分析

利用景觀形狀指數(shù)來描述研究區(qū)域斑塊形狀以及受自然或人為的影響的程度，運(yùn)用fragstat4.2景觀分析工具，我們得到以下結(jié)果（見表4）。

從表4看出，寧明縣耕地景觀的形狀指數(shù)從2005年的12.31上升到2015年的22，表明寧明縣耕地景觀受人為因素影響越來越大，究其原因，與這幾年該縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，而不斷占用耕地有關(guān)，為了遵守國家“占一補(bǔ)一，占優(yōu)補(bǔ)優(yōu)”的土地政策，補(bǔ)回因經(jīng)濟(jì)建設(shè)缺失的耕地而進(jìn)行耕地開墾，而開墾的耕地多為多邊形;另一部分原因是農(nóng)民自發(fā)開墾耕地的情況越來越多，結(jié)合這三個(gè)時(shí)期的耕地海拔以及坡度圖也可以看出耕地景觀形狀多為不規(guī)則。

4.2耕地景觀空間格局的動態(tài)變化分析

4.2.1 景觀破碎程度。從表4可以看出，寧明縣的耕地斑塊密度從2005年的25.5，降低到2010年的23.58，然后又在2015年上升到24.39，而斑塊數(shù)逐年遞增，從2005年的409個(gè)上漲到2015年的878個(gè)。2015年景觀破碎度變大，究其原因，隨著中越雙方合作加強(qiáng)、“一帶一路”和“兩廊一圈”建設(shè)等，廣西邊境城市將掀起新一輪發(fā)展高峰，寧明縣邊境貿(mào)易迅速發(fā)展的同時(shí)，城市建設(shè)的步伐也在不斷加快，為了補(bǔ)回建設(shè)占用的耕地，就必須開墾新的耕地，但寧明縣的南部地區(qū)又為經(jīng)濟(jì)建設(shè)區(qū)，無法做到大規(guī)模開墾耕地，所以就會出現(xiàn)越來越多的孤立斑塊，使得耕地景觀格局受到比較嚴(yán)重的分割。

4.2.2 景觀分離程度。從表4看出，耕地景觀的分離度和聚合度是反比的關(guān)系，2005年的分離度為1.31，聚合度為91.57，2010年的分離度為1.30，聚合度為92.12，2015年的分離度為1.33，聚合度為89.52。結(jié)合這兩個(gè)指標(biāo)分析寧明縣的耕地景觀分離度，我們不難看出，該區(qū)域耕地在2015年變得更加離散，究其原因，一是近些年，越來越多的農(nóng)戶自發(fā)開墾小片土地作為耕地使用;二是為補(bǔ)償建設(shè)占用的耕地，使得一些原本無法利用的較為分散和偏僻的土地，變成了耕地來使用，由于寧明縣的經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)集中在南部，大部分是建設(shè)區(qū)，則南部的耕地就會數(shù)量少且分散，這在一定程度影響了耕地景觀的分離度和聚合度。

5 結(jié)論

本文分別從寧明縣的耕地?cái)?shù)量、空間布局以及景觀格局三個(gè)方面，分析研究該縣域耕地景觀格局時(shí)空變化的特征，結(jié)論如下：

（1）寧明縣2005年至2015年這十年間耕地?cái)?shù)量有波動變化，整體呈上升趨勢，截止到2015年全縣耕地面積增加了30302.52hm?。

（2）寧明縣2005年至2015年這十年間，耕地大多數(shù)聚集在高程為130.1m～254m的地方，呈北多南少、北低南高的形勢，從整體趨勢來看，中低海拔的耕地占比逐年下降，高海拔的占比逐年上漲;在坡度方面，大多數(shù)聚集在坡度為0°～10°的地方，隨著時(shí)間推移，0°～5°坡度范圍耕地的占比逐漸下降，坡度較大的耕地占比逐漸上漲。

（3）寧明縣耕地景觀形狀指數(shù)逐漸變大，表明寧明縣耕地景觀受人為影響因素越來越大;而寧明縣耕地斑塊密度先減后增的情況，再結(jié)合斑塊數(shù)逐漸變大的趨勢表明，耕地景觀格局破碎度波動上升;寧明縣耕地分離度逐漸上升，再結(jié)合聚合度逐漸下降的趨勢表明，耕地呈現(xiàn)更為離散的趨勢。

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