農(nóng)用地整理對(duì)區(qū)域景觀動(dòng)態(tài)與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)影響研究
——以福建省建溪流域?yàn)槔?/h1>
2019-03-14 13:16:34鐘莉娜白中科陳艷華董占杰
中國(guó)土地科學(xué) 2019年1期
鐘莉娜，王 軍，白中科，陳艷華，董占杰
（1.天津財(cái)經(jīng)大學(xué)商學(xué)院，天津 300222；2.國(guó)土資源部土地整治中心土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100035； 3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100083；4. 福建省土地開(kāi)發(fā)整理中心，福建福州 350001）
1 引言
土地整治是世界上許多國(guó)家解決經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過(guò)程中土地利用問(wèn)題、調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)、布局及人地關(guān)系的重要手段和措施[1-4]。2000—2015年，中國(guó)通過(guò)土地整治補(bǔ)充耕地7000多萬(wàn)畝，按平均5%的新增耕地率計(jì)算，全國(guó)累計(jì)有將近10%的國(guó)土面積被整治[5]。作為土地整治的重要內(nèi)容之一，農(nóng)用地整理是指在以耕地為主的區(qū)域，通過(guò)實(shí)施土地平整、田間道路、農(nóng)田防護(hù)與生態(tài)保持、灌溉排水等一系列農(nóng)用地整理工程，對(duì)田水路林村進(jìn)行綜合治理，增加有效耕地面積、提高耕地質(zhì)量、改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和生態(tài)環(huán)境的活動(dòng)[6]。農(nóng)用地整理在帶來(lái)糧食增產(chǎn)和農(nóng)民增收積極效益的同時(shí)也會(huì)顯著改變土地利用和景觀格局，進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)及其風(fēng)險(xiǎn)程度。
農(nóng)用地整理對(duì)景觀動(dòng)態(tài)的影響一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)[7-10]，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探究農(nóng)用地整理對(duì)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究日益成為政府部門(mén)、科研學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)。已有研究表明，農(nóng)用地整理對(duì)整理區(qū)的景觀格局影響顯著[11-12]，農(nóng)用地整理形成了景觀大斑塊，降低了項(xiàng)目區(qū)的景觀多樣性[13]。農(nóng)用地整理引起的景觀斑塊、格局等景觀動(dòng)態(tài)變化會(huì)進(jìn)一步影響區(qū)域的物質(zhì)循環(huán)和能量、信息流動(dòng)等生態(tài)過(guò)程，從而可能導(dǎo)致諸多生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。農(nóng)用地整理的風(fēng)險(xiǎn)包括經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、技術(shù)、管理和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是其他風(fēng)險(xiǎn)的集中體現(xiàn)也是潛在長(zhǎng)期的風(fēng)險(xiǎn)[14]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)領(lǐng)域取得了諸多成果[15-19]，為開(kāi)展農(nóng)用地整理與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究打下了良好基礎(chǔ)。實(shí)際上，土地平整工程、田間道路工程、農(nóng)田水利工程和水土保持及防護(hù)林工程等每一種農(nóng)用地整理工程類型的實(shí)施都是一種風(fēng)險(xiǎn)源，釋放不同的生態(tài)壓力，引起土壤資源、水資源、生物多樣性等多方面的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)。另外，由于無(wú)法剔除城市化等其他因素對(duì)景觀動(dòng)態(tài)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響，農(nóng)用地整理對(duì)景觀格局和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)影響的研究大多集中在項(xiàng)目區(qū)等小尺度[20-24]，本文采用單一變量法，實(shí)現(xiàn)了大中尺度上農(nóng)用地整理對(duì)景觀格局和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)影響的研究，對(duì)促進(jìn)區(qū)域農(nóng)用地整理工程的實(shí)施和土地可持續(xù)利用具有重要的科學(xué)意義。
本文以福建省建溪流域?yàn)檠芯繉?duì)象，采用單一變量法、景觀格局指數(shù)、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等方法分析了流域內(nèi)約1 000個(gè)農(nóng)用地整理工程項(xiàng)目區(qū)對(duì)區(qū)域景觀格局的影響及其產(chǎn)生的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)進(jìn)一步深入研究農(nóng)用地整理的生態(tài)效應(yīng)具有推動(dòng)作用。
2 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來(lái)源
建溪流域面積1.65×106hm2，位于閩江流域上游、福建省南平市轄區(qū)內(nèi)，包括南平市的武夷山、浦城、松溪、建陽(yáng)、政和和建甌等縣市，北緯26°38′～28°20′，東經(jīng)117°30′～119°18′之間（圖1），占南平市面積的63.12%。該區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，氣候溫和，雨量充沛，境內(nèi)常年平均氣溫17℃～19℃，日照1 700～2 000小時(shí)，無(wú)霜期250～300天，年平均降水量1 684～1 780 mm。境內(nèi)水資源和礦產(chǎn)資源都極其豐富，森林覆蓋率74.7%，是福建省重點(diǎn)林區(qū)。
圖1 建溪流域位置及農(nóng)用地整理項(xiàng)目區(qū)分布Fig.1 The location of Jianxi River Basin and the distribution of agricultural land consolidation project
2010—2016年間，建溪流域內(nèi)實(shí)施并竣工的農(nóng)用地整理項(xiàng)目約有1000個(gè)（圖1），總面積23 323.44 hm2，農(nóng)用地整理項(xiàng)目在各行政區(qū)的分布情況詳見(jiàn)表1。2010—2016年1∶1萬(wàn)建溪流域景觀類型圖、農(nóng)用地整理工程矢量數(shù)據(jù)等來(lái)源于福建省土地整理中心。
表1 農(nóng)用地整理面積及其比例Tab.1 Agricultural land consolidation area and its proportion
3 研究方法
3.1 單一變量法
農(nóng)用地整理既包括新增耕地，也有原有耕地的質(zhì)量提升。根據(jù)實(shí)地調(diào)研和走訪農(nóng)戶，建溪流域的新增耕地主要來(lái)源于政府組織的農(nóng)用地整理項(xiàng)目，也有極少部分新增耕地來(lái)源于農(nóng)民自主開(kāi)荒種田。但由于《森林法》《土地管理法》《水土保持法》等法律明確提出禁止毀林、毀草開(kāi)荒，農(nóng)民自主開(kāi)荒種田所增加的耕地?cái)?shù)量十分有限。因此，本文認(rèn)為增加的耕地均來(lái)源于農(nóng)用地整理項(xiàng)目，以耕地的變化來(lái)量化農(nóng)用地整理對(duì)景觀格局和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響。
為消除除耕地之外的其他景觀類型的變化對(duì)建溪流域景觀的影響，單純分析由農(nóng)用地整理引起的景觀變化，將2010年景觀類型圖作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，用2011—2016年景觀類型圖中的耕地?cái)?shù)據(jù)替換2010年景觀類型圖中相應(yīng)位置的數(shù)據(jù)，拼接后的數(shù)據(jù)作為整理后相應(yīng)年份的景觀類型圖。農(nóng)用地整理前的景觀類型圖采用2010年的數(shù)據(jù)（圖2）。
3.2 景觀格局指數(shù)
景觀格局是指構(gòu)成景觀的生態(tài)系統(tǒng)或土地利用/土地覆被類型的形狀、比例和空間配置[25]。農(nóng)用地整理通過(guò)改變土地利用/土地覆被類型的形狀、比例和空間配置實(shí)現(xiàn)土地資源及其利用方式的再組織和再優(yōu)化[26]，從而引起整理區(qū)景觀斑塊、基質(zhì)、廊道的顯著變化。景觀格局指數(shù)是定量描述景觀格局變化的一種重要研究方法，在農(nóng)用地整理對(duì)景觀格局影響的研究中也有較廣泛的應(yīng)用[27]。從基本特征指數(shù)、形狀特征指數(shù)、空間構(gòu)型特征指數(shù)和多樣性指數(shù)4個(gè)方面選取21個(gè)景觀格局指數(shù)分析農(nóng)用地整理對(duì)景觀格局的影響（表2）。所有景觀格局指數(shù)是基于ArcGIS 10.0和Fragstats 4.2軟件進(jìn)行計(jì)算。
圖2 景觀類型單變量處理示意圖（以2016年為例）Fig.2 Single variable processing of landscape type (take 2016 as an example)
3.3 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)
生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)基于研究區(qū)內(nèi)各景觀類型的面積比例和景觀損失度指數(shù)計(jì)算得到，而景觀損失度指數(shù)則通過(guò)景觀干擾度指數(shù)和景觀脆弱度指數(shù)計(jì)算。
（1）景觀干擾度指數(shù)。景觀干擾度指數(shù)（Si）主要通過(guò)不同權(quán)重景觀破碎度指數(shù)、景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和景觀分離度指數(shù)的疊加來(lái)計(jì)算，用來(lái)反映生態(tài)系統(tǒng)受到外部干擾的程度[28-29]，值大小與景觀受外部干擾的程度成正比，表達(dá)式為[30]：
式（1）中：Ci是景觀破碎度指數(shù)（LF）；Ni是景觀分離度指數(shù)（DIVISION）；Di是景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)（LD）；a、b、c分別為Ci、Ni、Di的權(quán)重，且a+b+c=1。建溪流域景觀本身破碎度較高，農(nóng)用地整理對(duì)破碎度的影響較大，所以破碎度更能代表其受干擾的程度。根據(jù)已有研究成果[31-32]，a、b、c分別賦以0.5、0.3、0.2的權(quán)重值。
（2）景觀脆弱度指數(shù)。景觀脆弱度指數(shù)（Fi）反映了不同景觀類型生態(tài)系統(tǒng)在受到外部干擾時(shí)的易損程度。本文用到的主要方法是專家打分法，通過(guò)綜合整理地理學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)、農(nóng)用地整理等領(lǐng)域10余位專家的意見(jiàn)，對(duì)建溪流域不同景觀類型脆弱性進(jìn)行打分，從高到低依次為：耕地、園地、草地、林地、其他土地、水域及水利設(shè)施用地、工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地、住宅用地、交通運(yùn)輸用地?；跉w一化方法處理各景觀類型的脆弱度指數(shù)，分別為0.23、0.18、0.14、0.13、0.10、0.09、0.07、0.04、0.02，各景觀類型脆弱度之和為1。
表2 景觀格局指數(shù)Tab.2 Landscape pattern index
（3）景觀損失度指數(shù)。景觀損失度指數(shù)用于反映不同景觀類型所代表的生態(tài)系統(tǒng)在受到自然和人為干擾時(shí)其自然屬性的損失程度[33]。景觀損失度指數(shù)值越大，說(shuō)明景觀受到自然和人為干擾所造成的自然屬性損失程度越高。每一種景觀類型的景觀損失度指數(shù)（Ri）可通過(guò)景觀干擾度指數(shù)和景觀脆弱度指數(shù)來(lái)計(jì)算，具體公式如下[30]：
式（2）中：Si為景觀干擾度指數(shù)；Fi為景觀脆弱度指數(shù)。
（4）生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是指生態(tài)系統(tǒng)及其組分所承受的風(fēng)險(xiǎn)，指在一定區(qū)域內(nèi)，具有不確定性的事故或?yàn)?zāi)害對(duì)生態(tài)系統(tǒng)及其組分可能產(chǎn)生的作用，這些作用的結(jié)果可能導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的損傷，從而危及生態(tài)系統(tǒng)的安全和健康[34]，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是實(shí)現(xiàn)宏觀生態(tài)管理的重要途徑。
景觀格局和區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)之間存在必然聯(lián)系，本文采用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)衡量農(nóng)用地整理可能對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生的損傷，公式如下[33]：
式（3）中：ERIi為景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；n為區(qū)域內(nèi)的景觀類型數(shù)量；Ai為i類景觀類型的面積；A為區(qū)域總面積；Ri為景觀損失度指數(shù)。
4 結(jié)果與分析
4.1 農(nóng)用地整理前后建溪流域景觀動(dòng)態(tài)變化
4.1.1 景觀面積變化
2010—2016年建溪流域的景觀類型面積相對(duì)變化不大。林地是主要的景觀類型，2010年林地面積為1 253 893 hm2，占建溪流域總面積的75.77%；2016年，林地面積與2010年相比下降了2 459 hm2，林地面積占建溪流域面積比例為75.62%。草地面積由2010年的20 102 hm2下降到了2016年的18 900 hm2，下降了1 202 hm2。林地和草地面積在2010—2016年間下降幅度逐漸減小。隨著國(guó)家和福建省政府對(duì)生態(tài)保護(hù)的重視和農(nóng)民環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，福建集體林權(quán)制度改革的推進(jìn)取得了明顯進(jìn)展，保持了近些年建溪流域林地面積基本穩(wěn)定。2010年，耕地和園地面積分別為159 652 hm2和113 017 hm2，占建溪流域總面積的9.65%和6.82%。2010年以來(lái)，耕地面積逐年增加，而園地面積均有小幅度下降，至2016年，耕地面積增加了1 602 hm2，而園地面積減少了1 244 hm2，分別為161 254 hm2和111 773 hm2，占建溪流域總面積的9.74%和6.75%。福建省素有“八山一水一分田”之稱，人口、糧食、耕地三者之間的矛盾突出。農(nóng)用地整理的大規(guī)模實(shí)施是保障建溪流域耕地面積穩(wěn)中有升的重要措施。2010—2016年間建溪流域的城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通運(yùn)輸用地面積大幅度上升，城鎮(zhèn)村及工礦用地面積增加了3 446 hm2，交通運(yùn)輸用地面積增加了1 166 hm2。城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通運(yùn)輸用地面積增加的主要原因是經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增加。
4.1.2 景觀格局變化
耕地、林地、園地是建溪流域的主要景觀類型（圖3）。林地多分布在海拔較高的山地；耕地多沿河谷分布，距離水域及水利設(shè)施用地較近；園地與耕地交叉分布，東南方向園地分布較為廣泛；草地和城鎮(zhèn)村及工礦用地分布零散，地塊面積較??；河流交匯處多形成城鎮(zhèn)，此處人口聚集，占地面積相對(duì)較大。
基于ArcGIS 10.0平臺(tái)繪制建溪流域2010年和2016年的景觀格局分布圖，并提取其耕地空間分布（圖4）。結(jié)合建溪流域的數(shù)字高程模型圖和耕地空間分布圖可以看出，建溪流域耕地主要分布在海拔較低的河谷區(qū)域。將建溪流域高程分為5級(jí)，統(tǒng)計(jì)每一高程等級(jí)上的耕地面積以進(jìn)一步量化耕地在不同海拔上的分布特征得到表3。從表中可以看出，建溪流域超過(guò)一半的耕地分布在海拔低于300 m的區(qū)域，超過(guò)80%的耕地分布在海拔低于600 m的區(qū)域，有0.11%的耕地分布在海拔高于1 200 m的地方。河谷區(qū)域水源豐富，灌溉用水充足，河流從上游帶來(lái)的泥沙在此處沉積形成肥沃的土壤，耕作條件良好，因此大多耕地分布在河谷區(qū)域。2010—2016年，分布在海拔低于300 m區(qū)域的耕地面積所占比例逐漸減小，海拔高于300 m的區(qū)域耕地面積增加。這說(shuō)明2010—2016年間農(nóng)用地整理工程增加的耕地主要在海拔高于300 m的區(qū)域。研究發(fā)現(xiàn)占地面積較大的城鎮(zhèn)多位于河流交匯處，此處通常地勢(shì)較低、土壤肥沃、灌溉用水充足、耕地分布廣泛。人口的增加和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使城鎮(zhèn)規(guī)模不斷擴(kuò)張占用耕地，根據(jù)耕地占補(bǔ)平衡制度，必須補(bǔ)充相應(yīng)面積的耕地，以保證耕地不減少，但研究區(qū)海拔低于300 m的區(qū)域多為河谷，耕地接近飽和，因此新增加的耕地主要在海拔高于300 m的區(qū)域。
圖3 景觀類型圖Fig.3 Landscape pattern map
圖4 耕地面積高程分級(jí)Fig.4 Cultivated land elevation classi fi cation
4.2 農(nóng)用地整理對(duì)建溪流域景觀動(dòng)態(tài)的影響
4.2.1 農(nóng)用地整理對(duì)景觀面積的影響
基于單一變量法處理2010—2016年的景觀類型圖，并統(tǒng)計(jì)各景觀類型面積得到表4。建溪流域總面積165.49萬(wàn)hm2，耕地、林地和園地是主要景觀類型。2010年耕地面積為159 652 hm2，占建溪流域面積的9.65%。2010—2016年，耕地面積增加了2 411 hm2，2016年耕地面積為162 063 hm2。2010年林地面積占建溪流域總面積的75.77%。2010—2016年間，林地面積小幅減少，林地面積由2010年的1 253 893 hm2降至2016年的1 253 497 hm2，面積減少了396 hm2。園地和草地的面積下降幅度較大，園地由2010年的113 017 hm2降至2016年的112 413 hm2，面積減少了604 hm2，草地由2010年的20 102 hm2降至2016年的19 475 hm2，面積減少了627 hm2。分析2010—2016年間景觀類型數(shù)量的變化可以得出如下結(jié)論： 2010—2016年間耕地面積穩(wěn)中有升，而其他景觀類型的面積減少。農(nóng)用地整理工程中的新增耕地主要來(lái)源于草地、園地和林地，也有部分城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通用地等由于村莊合并或礦區(qū)土地復(fù)墾等原因被整理為耕地。
表3 2010—2016年耕地面積高程分級(jí)統(tǒng)計(jì)Tab.3 Cultivated land elevation classi fi cation from 2010 to 2016 (%)
表4 景觀面積動(dòng)態(tài)變化（單變量條件）Tab.4 Dynamic change of landscape area (single variable) (hm2)
農(nóng)用地整理雖然大規(guī)模開(kāi)展，但耕地面積增加較少，這說(shuō)明整理的主要目標(biāo)并不是單純?cè)黾痈孛娣e，而是在保證耕地面積的基礎(chǔ)上提高耕地質(zhì)量。研究期間，建溪流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，人口的增長(zhǎng)和城市的迅速擴(kuò)張對(duì)耕地保護(hù)工作造成了巨大的壓力，耕地面積增長(zhǎng)有限，在原有耕地的基礎(chǔ)上完善農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、提升耕地質(zhì)量等級(jí)、建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田成為建溪流域農(nóng)用地整理工作的重要方面。
4.2.2 農(nóng)用地整理對(duì)景觀格局的影響
在單變量條件下，基于景觀格局指數(shù)分析2010—2016年農(nóng)用地整理對(duì)景觀格局的影響。將景觀格局圖層轉(zhuǎn)化為柵格圖層，柵格大小為30 m×30 m，利用Fragstats 軟件進(jìn)行景觀格局指數(shù)分析，結(jié)果見(jiàn)表5。從表中可以看出，2010—2016年間景觀格局指數(shù)變化具有較為明顯的特征。21個(gè)景觀格局指數(shù)中，有9個(gè)格局指數(shù)在2010—2016年間呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，分別是斑塊密度（PD）、斑塊數(shù)量（NP）、總邊緣長(zhǎng)度（TE）、景觀形狀指數(shù)（LSI）、散布和并列指數(shù)（IJI）、斑塊豐富度（PR）、斑塊豐富度密度（PRD）、Shannon’s均勻度指數(shù)（SHEI）、Shannon’s多樣性指數(shù)（SHDI）。有12個(gè)景觀格局指數(shù)在2010—2016年間呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，分別是斑塊面積平均值（AREA_MN）、最大斑塊指數(shù)（LPI）、平均形狀指數(shù)（SHAPE_MN）、平均分維數(shù)（FRAC_MN）、聚合度指數(shù)（AI）、景觀破碎度指數(shù)（LF）、內(nèi)聚力指數(shù)（COHESION）、景觀分離度指數(shù)（DIVISION）、相似鄰接比例（PLADJ）、蔓延度指數(shù)（CONTAG）、景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)（LD）、分散指數(shù)（SPLIT）。建溪流域耕地圖斑破碎嚴(yán)重，集中連片耕地較少，生產(chǎn)規(guī)模較小，機(jī)械化程度較低，建溪流域農(nóng)用地整理將耕地的小斑塊合并成較大斑塊，降低了區(qū)域內(nèi)耕地的破碎程度，在一定程度上擴(kuò)大了生產(chǎn)規(guī)模。同時(shí)，經(jīng)過(guò)農(nóng)用地整理其他景觀類型的零碎斑塊轉(zhuǎn)變?yōu)楦?，使得其他景觀類型也趨向于向大斑塊聚集。因此，整體來(lái)看農(nóng)用地整理使流域內(nèi)的景觀類型斑塊變得較為規(guī)則、景觀多樣性降低。
表5 2010—2016年景觀格局指數(shù)Tab.5 Landscape pattern index from 2010 to 2016
4.3 建溪流域農(nóng)用地整理前后的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)
4.3.1 農(nóng)用地整理的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析
在區(qū)域尺度分析農(nóng)用地整理的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，通常分析農(nóng)用地整理引起的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。從景觀生態(tài)學(xué)的角度來(lái)看，農(nóng)用地整理工程實(shí)施的基底為耕地，田間道路、灌溉溝渠、防護(hù)林和護(hù)坡護(hù)岸等為廊道，合并后的農(nóng)村居民點(diǎn)稱為嵌塊。典型農(nóng)用地整理工程通常包括土地平整工程、田間道路工程、農(nóng)田水利工程、水土保持及防護(hù)林工程和農(nóng)村居民點(diǎn)合并等一系列工程類型，每一種工程類型都是一種風(fēng)險(xiǎn)源，其釋放的風(fēng)險(xiǎn)壓力主要有景觀單一化和景觀破碎化兩種（圖5）。田間道路工程、農(nóng)田水利工程、水土保持及防護(hù)林工程措施的實(shí)施增加了區(qū)域內(nèi)的廊道，對(duì)原有基底進(jìn)行了切割，造成景觀格局的破碎化；土地平整工程將小塊耕地合并成大塊，并進(jìn)行土方平整和表土剝離及回填，農(nóng)村居民點(diǎn)的合并主要通過(guò)搬遷、調(diào)整和集聚等措施實(shí)現(xiàn)，土地平整和農(nóng)村居民點(diǎn)的合并可能會(huì)降低區(qū)域內(nèi)景觀多樣性，造成景觀格局的單一化。農(nóng)用地整理工程通過(guò)影響景觀格局對(duì)水資源系統(tǒng)、土壤資源系統(tǒng)和生物資源系統(tǒng)產(chǎn)生影響，進(jìn)一步產(chǎn)生生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)是進(jìn)行景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重要方法。
4.3.2 基于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的農(nóng)用地整理生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)
在單變量條件下，基于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)公式分別計(jì)算2010—2016年不同景觀類型的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（表6），2010—2016年建溪流域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值介于2 386.11～2 394.76之間，最小值出現(xiàn)在整理后2016年，而最大值出現(xiàn)在2010年，2010年后生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)逐年降低。林地和耕地由于面積較大成為建溪流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的主要來(lái)源，建溪流域林地和耕地生態(tài)系統(tǒng)及其組分所承受的風(fēng)險(xiǎn)較高。2010—2016年，耕地的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)降低了5.94，林地的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)降低了0.57，耕地和林地的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)都呈現(xiàn)小幅下降的趨勢(shì)。耕地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)下降的原因主要是農(nóng)用地整理將耕地小地塊合并為大地塊，雖然耕地面積增加但其景觀破碎度和分離度降低，降低了耕地的景觀干擾度指數(shù)和損失度指數(shù)，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。而林地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)下降的原因有兩點(diǎn)：第一是林地面積減少，2010—2016年間林地面積減少了396 hm2；第二是原有林地多分布在海拔較高的區(qū)域，分布相對(duì)比較集中，農(nóng)用地整理將林地的部分零碎斑塊轉(zhuǎn)變?yōu)楦?，使其景觀類型分布更為集中，引起景觀干擾度指數(shù)和損失度指數(shù)的降低，從而使林地的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)下降。農(nóng)用地整理工程的實(shí)施降低了建溪流域林地和耕地生態(tài)系統(tǒng)及其組分所承受的風(fēng)險(xiǎn)。但2010—2016年草地、城鎮(zhèn)村及工礦用地和水域及水利設(shè)施用地的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)增加，但增量極低，幾乎可以忽略不計(jì)。其原因主要是農(nóng)用地整理中的新增耕地打亂了原有草地、城鎮(zhèn)村及工礦用地和水域及水利設(shè)施用地斑塊，使景觀破碎度和分離度增加所致。
圖5 典型農(nóng)用地整理工程的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析Fig.5 Ecological risk analysis of typical agricultural land consolidation projects
表6 2010—2016年生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（單變量條件）Tab.6 Ecological risk index from 2010 to 2016 (single variable)
5 結(jié)論與討論
5.1 結(jié)論
（1）耕地、園地、林地是建溪流域主要的景觀類型。2010—2016年耕地、城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通運(yùn)輸用地面積增加，其他景觀類型呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)。林地多分布在海拔較高的山地；耕地多沿河谷分布，距離水域及水利設(shè)施用地較近，園地與耕地交錯(cuò)分布；草地和城鎮(zhèn)村及工礦用地分布零散，地塊面積較小。建溪流域超過(guò)一半的耕地分布在海拔低于300 m的區(qū)域。2010—2016年，分布在海拔高于300 m的區(qū)域耕地面積增加，期間通過(guò)農(nóng)用地整理工程增加的耕地主要在海拔高于300 m的區(qū)域。
（2）2010—2016年間耕地面積穩(wěn)中有升，而其他景觀類型的面積減少。農(nóng)用地整理工程中的新增耕地主要來(lái)源于草地、園地和林地，也有部分城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通用地等由于村莊合并或礦區(qū)土地復(fù)墾等原因被整理為耕地。
（3）每一種農(nóng)用地整理工程類型都是一種風(fēng)險(xiǎn)源，其釋放的風(fēng)險(xiǎn)壓力主要有景觀單一化和景觀破碎化兩種。田間道路工程、農(nóng)田水利工程、水土保持及防護(hù)林工程措施的實(shí)施造成景觀格局的破碎化；土地平整工程和農(nóng)村居民點(diǎn)的合并將會(huì)降低區(qū)域內(nèi)景觀多樣性，造成景觀格局的單一化。
（4）建溪流域農(nóng)用地整理將耕地的小斑塊合并成大斑塊，且同一種景觀類型趨向于向大斑塊聚集，整理后流域內(nèi)的景觀類型斑塊變得較為規(guī)則、景觀多樣性降低。2010—2016年建溪流域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值介于2 386.11～2 394.76，最小值出現(xiàn)在整理后2016年，而最大值出現(xiàn)在2010年，2010年后生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)逐年降低。
5.2 討論
農(nóng)用地整理通過(guò)增加耕地面積，小地塊合并為大地塊，改變景觀格局來(lái)影響生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。本文采用單一變量法分析了農(nóng)用地整理對(duì)景觀動(dòng)態(tài)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響，剔除了城市擴(kuò)張等因素引起的景觀格局和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化，對(duì)大尺度上農(nóng)用地整理對(duì)景觀生態(tài)的研究有借鑒意義，可以為區(qū)域尺度的土地利用優(yōu)化設(shè)計(jì)和農(nóng)用地整理設(shè)計(jì)規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中可參考本文的方法，在農(nóng)用地整理設(shè)計(jì)規(guī)劃初步方案的基礎(chǔ)上，采用情景模擬法分析大中尺度上農(nóng)用地整理對(duì)景觀格局和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響，根據(jù)研究結(jié)果對(duì)農(nóng)用地整理設(shè)計(jì)規(guī)劃方案進(jìn)行調(diào)整，以保證農(nóng)用地整理規(guī)劃設(shè)計(jì)方案符合生態(tài)要求。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的計(jì)算主要基于景觀格局的變化，尚未考慮農(nóng)用地整理措施對(duì)地表植被覆蓋和生態(tài)系統(tǒng)的擾動(dòng)。在綜合考慮景觀類型和格局變化的基礎(chǔ)上，發(fā)展融合農(nóng)用地整理措施對(duì)地表植被覆蓋和生態(tài)系統(tǒng)擾動(dòng)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)構(gòu)建和評(píng)價(jià)是下一步研究的重點(diǎn)。
猜你喜歡
自然資源部：加強(qiáng)黑土耕地保護(hù)中國(guó)化肥信息(2022年8期)2022-12-05 20:01:27 我國(guó)將加快制定耕地保護(hù)法今日農(nóng)業(yè)(2022年13期)2022-11-10 01:05:49 保護(hù)耕地北京測(cè)繪(2021年12期)2022-01-22 03:33:36 景觀別墅現(xiàn)代裝飾(2021年6期)2021-12-31 05:27:54 新增200億元列入耕地地力保護(hù)補(bǔ)貼支出今日農(nóng)業(yè)(2021年14期)2021-11-25 23:57:29 “生態(tài)養(yǎng)生”娛晚年保健醫(yī)苑(2021年7期)2021-08-13 08:48:02 火山塑造景觀小學(xué)科學(xué)(學(xué)生版)(2020年12期)2021-01-08 09:28:10 包羅萬(wàn)象的室內(nèi)景觀少年漫畫(huà)(藝術(shù)創(chuàng)想)(2020年12期)2020-06-09 05:50:08 住進(jìn)呆萌生態(tài)房學(xué)生天地(2020年36期)2020-06-09 03:12:30 生態(tài)之旅小學(xué)科學(xué)(學(xué)生版)(2020年5期)2020-05-25 07:11:32
- 中國(guó)土地科學(xué)的其它文章
- 2018年土地科學(xué)研究重點(diǎn)進(jìn)展評(píng)述及2019年展望
——土地資源、利用與規(guī)劃分報(bào)告 - 2018年土地科學(xué)研究重點(diǎn)進(jìn)展評(píng)述及2019年展望
——土地管理領(lǐng)域分報(bào)告 - 浙江省城市土地利用集約化與生態(tài)化協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)
- 建設(shè)用地?cái)U(kuò)張與碳排放增長(zhǎng)的EKC驗(yàn)證及特征分解研究
——以武漢市為例 - 家庭農(nóng)場(chǎng)退出誘發(fā)的利益沖突與化解策略研究
- 中國(guó)住宅地價(jià)房?jī)r(jià)比的空間格局、演變特征及影響因素
——基于35個(gè)大中城市的空間計(jì)量分析
鐘莉娜，王 軍，白中科，陳艷華，董占杰
（1.天津財(cái)經(jīng)大學(xué)商學(xué)院，天津 300222；2.國(guó)土資源部土地整治中心土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100035； 3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100083；4. 福建省土地開(kāi)發(fā)整理中心，福建福州 350001）
1 引言
土地整治是世界上許多國(guó)家解決經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過(guò)程中土地利用問(wèn)題、調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)、布局及人地關(guān)系的重要手段和措施[1-4]。2000—2015年，中國(guó)通過(guò)土地整治補(bǔ)充耕地7000多萬(wàn)畝，按平均5%的新增耕地率計(jì)算，全國(guó)累計(jì)有將近10%的國(guó)土面積被整治[5]。作為土地整治的重要內(nèi)容之一，農(nóng)用地整理是指在以耕地為主的區(qū)域，通過(guò)實(shí)施土地平整、田間道路、農(nóng)田防護(hù)與生態(tài)保持、灌溉排水等一系列農(nóng)用地整理工程，對(duì)田水路林村進(jìn)行綜合治理，增加有效耕地面積、提高耕地質(zhì)量、改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和生態(tài)環(huán)境的活動(dòng)[6]。農(nóng)用地整理在帶來(lái)糧食增產(chǎn)和農(nóng)民增收積極效益的同時(shí)也會(huì)顯著改變土地利用和景觀格局，進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)及其風(fēng)險(xiǎn)程度。
農(nóng)用地整理對(duì)景觀動(dòng)態(tài)的影響一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)[7-10]，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探究農(nóng)用地整理對(duì)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究日益成為政府部門(mén)、科研學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)。已有研究表明，農(nóng)用地整理對(duì)整理區(qū)的景觀格局影響顯著[11-12]，農(nóng)用地整理形成了景觀大斑塊，降低了項(xiàng)目區(qū)的景觀多樣性[13]。農(nóng)用地整理引起的景觀斑塊、格局等景觀動(dòng)態(tài)變化會(huì)進(jìn)一步影響區(qū)域的物質(zhì)循環(huán)和能量、信息流動(dòng)等生態(tài)過(guò)程，從而可能導(dǎo)致諸多生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。農(nóng)用地整理的風(fēng)險(xiǎn)包括經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、技術(shù)、管理和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是其他風(fēng)險(xiǎn)的集中體現(xiàn)也是潛在長(zhǎng)期的風(fēng)險(xiǎn)[14]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)領(lǐng)域取得了諸多成果[15-19]，為開(kāi)展農(nóng)用地整理與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)研究打下了良好基礎(chǔ)。實(shí)際上，土地平整工程、田間道路工程、農(nóng)田水利工程和水土保持及防護(hù)林工程等每一種農(nóng)用地整理工程類型的實(shí)施都是一種風(fēng)險(xiǎn)源，釋放不同的生態(tài)壓力，引起土壤資源、水資源、生物多樣性等多方面的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)。另外，由于無(wú)法剔除城市化等其他因素對(duì)景觀動(dòng)態(tài)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響，農(nóng)用地整理對(duì)景觀格局和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)影響的研究大多集中在項(xiàng)目區(qū)等小尺度[20-24]，本文采用單一變量法，實(shí)現(xiàn)了大中尺度上農(nóng)用地整理對(duì)景觀格局和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)影響的研究，對(duì)促進(jìn)區(qū)域農(nóng)用地整理工程的實(shí)施和土地可持續(xù)利用具有重要的科學(xué)意義。
本文以福建省建溪流域?yàn)檠芯繉?duì)象，采用單一變量法、景觀格局指數(shù)、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等方法分析了流域內(nèi)約1 000個(gè)農(nóng)用地整理工程項(xiàng)目區(qū)對(duì)區(qū)域景觀格局的影響及其產(chǎn)生的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)進(jìn)一步深入研究農(nóng)用地整理的生態(tài)效應(yīng)具有推動(dòng)作用。
2 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來(lái)源
建溪流域面積1.65×106hm2，位于閩江流域上游、福建省南平市轄區(qū)內(nèi)，包括南平市的武夷山、浦城、松溪、建陽(yáng)、政和和建甌等縣市，北緯26°38′～28°20′，東經(jīng)117°30′～119°18′之間（圖1），占南平市面積的63.12%。該區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，氣候溫和，雨量充沛，境內(nèi)常年平均氣溫17℃～19℃，日照1 700～2 000小時(shí)，無(wú)霜期250～300天，年平均降水量1 684～1 780 mm。境內(nèi)水資源和礦產(chǎn)資源都極其豐富，森林覆蓋率74.7%，是福建省重點(diǎn)林區(qū)。
圖1 建溪流域位置及農(nóng)用地整理項(xiàng)目區(qū)分布Fig.1 The location of Jianxi River Basin and the distribution of agricultural land consolidation project
2010—2016年間，建溪流域內(nèi)實(shí)施并竣工的農(nóng)用地整理項(xiàng)目約有1000個(gè)（圖1），總面積23 323.44 hm2，農(nóng)用地整理項(xiàng)目在各行政區(qū)的分布情況詳見(jiàn)表1。2010—2016年1∶1萬(wàn)建溪流域景觀類型圖、農(nóng)用地整理工程矢量數(shù)據(jù)等來(lái)源于福建省土地整理中心。
表1 農(nóng)用地整理面積及其比例Tab.1 Agricultural land consolidation area and its proportion
3 研究方法
3.1 單一變量法
農(nóng)用地整理既包括新增耕地，也有原有耕地的質(zhì)量提升。根據(jù)實(shí)地調(diào)研和走訪農(nóng)戶，建溪流域的新增耕地主要來(lái)源于政府組織的農(nóng)用地整理項(xiàng)目，也有極少部分新增耕地來(lái)源于農(nóng)民自主開(kāi)荒種田。但由于《森林法》《土地管理法》《水土保持法》等法律明確提出禁止毀林、毀草開(kāi)荒，農(nóng)民自主開(kāi)荒種田所增加的耕地?cái)?shù)量十分有限。因此，本文認(rèn)為增加的耕地均來(lái)源于農(nóng)用地整理項(xiàng)目，以耕地的變化來(lái)量化農(nóng)用地整理對(duì)景觀格局和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響。
為消除除耕地之外的其他景觀類型的變化對(duì)建溪流域景觀的影響，單純分析由農(nóng)用地整理引起的景觀變化，將2010年景觀類型圖作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，用2011—2016年景觀類型圖中的耕地?cái)?shù)據(jù)替換2010年景觀類型圖中相應(yīng)位置的數(shù)據(jù)，拼接后的數(shù)據(jù)作為整理后相應(yīng)年份的景觀類型圖。農(nóng)用地整理前的景觀類型圖采用2010年的數(shù)據(jù)（圖2）。
3.2 景觀格局指數(shù)
景觀格局是指構(gòu)成景觀的生態(tài)系統(tǒng)或土地利用/土地覆被類型的形狀、比例和空間配置[25]。農(nóng)用地整理通過(guò)改變土地利用/土地覆被類型的形狀、比例和空間配置實(shí)現(xiàn)土地資源及其利用方式的再組織和再優(yōu)化[26]，從而引起整理區(qū)景觀斑塊、基質(zhì)、廊道的顯著變化。景觀格局指數(shù)是定量描述景觀格局變化的一種重要研究方法，在農(nóng)用地整理對(duì)景觀格局影響的研究中也有較廣泛的應(yīng)用[27]。從基本特征指數(shù)、形狀特征指數(shù)、空間構(gòu)型特征指數(shù)和多樣性指數(shù)4個(gè)方面選取21個(gè)景觀格局指數(shù)分析農(nóng)用地整理對(duì)景觀格局的影響（表2）。所有景觀格局指數(shù)是基于ArcGIS 10.0和Fragstats 4.2軟件進(jìn)行計(jì)算。
圖2 景觀類型單變量處理示意圖（以2016年為例）Fig.2 Single variable processing of landscape type (take 2016 as an example)
3.3 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)
生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)基于研究區(qū)內(nèi)各景觀類型的面積比例和景觀損失度指數(shù)計(jì)算得到，而景觀損失度指數(shù)則通過(guò)景觀干擾度指數(shù)和景觀脆弱度指數(shù)計(jì)算。
（1）景觀干擾度指數(shù)。景觀干擾度指數(shù)（Si）主要通過(guò)不同權(quán)重景觀破碎度指數(shù)、景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)和景觀分離度指數(shù)的疊加來(lái)計(jì)算，用來(lái)反映生態(tài)系統(tǒng)受到外部干擾的程度[28-29]，值大小與景觀受外部干擾的程度成正比，表達(dá)式為[30]：
式（1）中：Ci是景觀破碎度指數(shù)（LF）；Ni是景觀分離度指數(shù)（DIVISION）；Di是景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)（LD）；a、b、c分別為Ci、Ni、Di的權(quán)重，且a+b+c=1。建溪流域景觀本身破碎度較高，農(nóng)用地整理對(duì)破碎度的影響較大，所以破碎度更能代表其受干擾的程度。根據(jù)已有研究成果[31-32]，a、b、c分別賦以0.5、0.3、0.2的權(quán)重值。
（2）景觀脆弱度指數(shù)。景觀脆弱度指數(shù)（Fi）反映了不同景觀類型生態(tài)系統(tǒng)在受到外部干擾時(shí)的易損程度。本文用到的主要方法是專家打分法，通過(guò)綜合整理地理學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)、農(nóng)用地整理等領(lǐng)域10余位專家的意見(jiàn)，對(duì)建溪流域不同景觀類型脆弱性進(jìn)行打分，從高到低依次為：耕地、園地、草地、林地、其他土地、水域及水利設(shè)施用地、工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地、住宅用地、交通運(yùn)輸用地?；跉w一化方法處理各景觀類型的脆弱度指數(shù)，分別為0.23、0.18、0.14、0.13、0.10、0.09、0.07、0.04、0.02，各景觀類型脆弱度之和為1。
表2 景觀格局指數(shù)Tab.2 Landscape pattern index
（3）景觀損失度指數(shù)。景觀損失度指數(shù)用于反映不同景觀類型所代表的生態(tài)系統(tǒng)在受到自然和人為干擾時(shí)其自然屬性的損失程度[33]。景觀損失度指數(shù)值越大，說(shuō)明景觀受到自然和人為干擾所造成的自然屬性損失程度越高。每一種景觀類型的景觀損失度指數(shù)（Ri）可通過(guò)景觀干擾度指數(shù)和景觀脆弱度指數(shù)來(lái)計(jì)算，具體公式如下[30]：
式（2）中：Si為景觀干擾度指數(shù)；Fi為景觀脆弱度指數(shù)。
（4）生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是指生態(tài)系統(tǒng)及其組分所承受的風(fēng)險(xiǎn)，指在一定區(qū)域內(nèi)，具有不確定性的事故或?yàn)?zāi)害對(duì)生態(tài)系統(tǒng)及其組分可能產(chǎn)生的作用，這些作用的結(jié)果可能導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的損傷，從而危及生態(tài)系統(tǒng)的安全和健康[34]，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是實(shí)現(xiàn)宏觀生態(tài)管理的重要途徑。
景觀格局和區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)之間存在必然聯(lián)系，本文采用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)衡量農(nóng)用地整理可能對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生的損傷，公式如下[33]：
式（3）中：ERIi為景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；n為區(qū)域內(nèi)的景觀類型數(shù)量；Ai為i類景觀類型的面積；A為區(qū)域總面積；Ri為景觀損失度指數(shù)。
4 結(jié)果與分析
4.1 農(nóng)用地整理前后建溪流域景觀動(dòng)態(tài)變化
4.1.1 景觀面積變化
2010—2016年建溪流域的景觀類型面積相對(duì)變化不大。林地是主要的景觀類型，2010年林地面積為1 253 893 hm2，占建溪流域總面積的75.77%；2016年，林地面積與2010年相比下降了2 459 hm2，林地面積占建溪流域面積比例為75.62%。草地面積由2010年的20 102 hm2下降到了2016年的18 900 hm2，下降了1 202 hm2。林地和草地面積在2010—2016年間下降幅度逐漸減小。隨著國(guó)家和福建省政府對(duì)生態(tài)保護(hù)的重視和農(nóng)民環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，福建集體林權(quán)制度改革的推進(jìn)取得了明顯進(jìn)展，保持了近些年建溪流域林地面積基本穩(wěn)定。2010年，耕地和園地面積分別為159 652 hm2和113 017 hm2，占建溪流域總面積的9.65%和6.82%。2010年以來(lái)，耕地面積逐年增加，而園地面積均有小幅度下降，至2016年，耕地面積增加了1 602 hm2，而園地面積減少了1 244 hm2，分別為161 254 hm2和111 773 hm2，占建溪流域總面積的9.74%和6.75%。福建省素有“八山一水一分田”之稱，人口、糧食、耕地三者之間的矛盾突出。農(nóng)用地整理的大規(guī)模實(shí)施是保障建溪流域耕地面積穩(wěn)中有升的重要措施。2010—2016年間建溪流域的城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通運(yùn)輸用地面積大幅度上升，城鎮(zhèn)村及工礦用地面積增加了3 446 hm2，交通運(yùn)輸用地面積增加了1 166 hm2。城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通運(yùn)輸用地面積增加的主要原因是經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增加。
4.1.2 景觀格局變化
耕地、林地、園地是建溪流域的主要景觀類型（圖3）。林地多分布在海拔較高的山地；耕地多沿河谷分布，距離水域及水利設(shè)施用地較近；園地與耕地交叉分布，東南方向園地分布較為廣泛；草地和城鎮(zhèn)村及工礦用地分布零散，地塊面積較??；河流交匯處多形成城鎮(zhèn)，此處人口聚集，占地面積相對(duì)較大。
基于ArcGIS 10.0平臺(tái)繪制建溪流域2010年和2016年的景觀格局分布圖，并提取其耕地空間分布（圖4）。結(jié)合建溪流域的數(shù)字高程模型圖和耕地空間分布圖可以看出，建溪流域耕地主要分布在海拔較低的河谷區(qū)域。將建溪流域高程分為5級(jí)，統(tǒng)計(jì)每一高程等級(jí)上的耕地面積以進(jìn)一步量化耕地在不同海拔上的分布特征得到表3。從表中可以看出，建溪流域超過(guò)一半的耕地分布在海拔低于300 m的區(qū)域，超過(guò)80%的耕地分布在海拔低于600 m的區(qū)域，有0.11%的耕地分布在海拔高于1 200 m的地方。河谷區(qū)域水源豐富，灌溉用水充足，河流從上游帶來(lái)的泥沙在此處沉積形成肥沃的土壤，耕作條件良好，因此大多耕地分布在河谷區(qū)域。2010—2016年，分布在海拔低于300 m區(qū)域的耕地面積所占比例逐漸減小，海拔高于300 m的區(qū)域耕地面積增加。這說(shuō)明2010—2016年間農(nóng)用地整理工程增加的耕地主要在海拔高于300 m的區(qū)域。研究發(fā)現(xiàn)占地面積較大的城鎮(zhèn)多位于河流交匯處，此處通常地勢(shì)較低、土壤肥沃、灌溉用水充足、耕地分布廣泛。人口的增加和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使城鎮(zhèn)規(guī)模不斷擴(kuò)張占用耕地，根據(jù)耕地占補(bǔ)平衡制度，必須補(bǔ)充相應(yīng)面積的耕地，以保證耕地不減少，但研究區(qū)海拔低于300 m的區(qū)域多為河谷，耕地接近飽和，因此新增加的耕地主要在海拔高于300 m的區(qū)域。
圖3 景觀類型圖Fig.3 Landscape pattern map
圖4 耕地面積高程分級(jí)Fig.4 Cultivated land elevation classi fi cation
4.2 農(nóng)用地整理對(duì)建溪流域景觀動(dòng)態(tài)的影響
4.2.1 農(nóng)用地整理對(duì)景觀面積的影響
基于單一變量法處理2010—2016年的景觀類型圖，并統(tǒng)計(jì)各景觀類型面積得到表4。建溪流域總面積165.49萬(wàn)hm2，耕地、林地和園地是主要景觀類型。2010年耕地面積為159 652 hm2，占建溪流域面積的9.65%。2010—2016年，耕地面積增加了2 411 hm2，2016年耕地面積為162 063 hm2。2010年林地面積占建溪流域總面積的75.77%。2010—2016年間，林地面積小幅減少，林地面積由2010年的1 253 893 hm2降至2016年的1 253 497 hm2，面積減少了396 hm2。園地和草地的面積下降幅度較大，園地由2010年的113 017 hm2降至2016年的112 413 hm2，面積減少了604 hm2，草地由2010年的20 102 hm2降至2016年的19 475 hm2，面積減少了627 hm2。分析2010—2016年間景觀類型數(shù)量的變化可以得出如下結(jié)論： 2010—2016年間耕地面積穩(wěn)中有升，而其他景觀類型的面積減少。農(nóng)用地整理工程中的新增耕地主要來(lái)源于草地、園地和林地，也有部分城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通用地等由于村莊合并或礦區(qū)土地復(fù)墾等原因被整理為耕地。
表3 2010—2016年耕地面積高程分級(jí)統(tǒng)計(jì)Tab.3 Cultivated land elevation classi fi cation from 2010 to 2016 (%)
表4 景觀面積動(dòng)態(tài)變化（單變量條件）Tab.4 Dynamic change of landscape area (single variable) (hm2)
農(nóng)用地整理雖然大規(guī)模開(kāi)展，但耕地面積增加較少，這說(shuō)明整理的主要目標(biāo)并不是單純?cè)黾痈孛娣e，而是在保證耕地面積的基礎(chǔ)上提高耕地質(zhì)量。研究期間，建溪流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，人口的增長(zhǎng)和城市的迅速擴(kuò)張對(duì)耕地保護(hù)工作造成了巨大的壓力，耕地面積增長(zhǎng)有限，在原有耕地的基礎(chǔ)上完善農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、提升耕地質(zhì)量等級(jí)、建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田成為建溪流域農(nóng)用地整理工作的重要方面。
4.2.2 農(nóng)用地整理對(duì)景觀格局的影響
在單變量條件下，基于景觀格局指數(shù)分析2010—2016年農(nóng)用地整理對(duì)景觀格局的影響。將景觀格局圖層轉(zhuǎn)化為柵格圖層，柵格大小為30 m×30 m，利用Fragstats 軟件進(jìn)行景觀格局指數(shù)分析，結(jié)果見(jiàn)表5。從表中可以看出，2010—2016年間景觀格局指數(shù)變化具有較為明顯的特征。21個(gè)景觀格局指數(shù)中，有9個(gè)格局指數(shù)在2010—2016年間呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，分別是斑塊密度（PD）、斑塊數(shù)量（NP）、總邊緣長(zhǎng)度（TE）、景觀形狀指數(shù)（LSI）、散布和并列指數(shù)（IJI）、斑塊豐富度（PR）、斑塊豐富度密度（PRD）、Shannon’s均勻度指數(shù)（SHEI）、Shannon’s多樣性指數(shù)（SHDI）。有12個(gè)景觀格局指數(shù)在2010—2016年間呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，分別是斑塊面積平均值（AREA_MN）、最大斑塊指數(shù)（LPI）、平均形狀指數(shù)（SHAPE_MN）、平均分維數(shù)（FRAC_MN）、聚合度指數(shù)（AI）、景觀破碎度指數(shù)（LF）、內(nèi)聚力指數(shù)（COHESION）、景觀分離度指數(shù)（DIVISION）、相似鄰接比例（PLADJ）、蔓延度指數(shù)（CONTAG）、景觀優(yōu)勢(shì)度指數(shù)（LD）、分散指數(shù)（SPLIT）。建溪流域耕地圖斑破碎嚴(yán)重，集中連片耕地較少，生產(chǎn)規(guī)模較小，機(jī)械化程度較低，建溪流域農(nóng)用地整理將耕地的小斑塊合并成較大斑塊，降低了區(qū)域內(nèi)耕地的破碎程度，在一定程度上擴(kuò)大了生產(chǎn)規(guī)模。同時(shí)，經(jīng)過(guò)農(nóng)用地整理其他景觀類型的零碎斑塊轉(zhuǎn)變?yōu)楦?，使得其他景觀類型也趨向于向大斑塊聚集。因此，整體來(lái)看農(nóng)用地整理使流域內(nèi)的景觀類型斑塊變得較為規(guī)則、景觀多樣性降低。
表5 2010—2016年景觀格局指數(shù)Tab.5 Landscape pattern index from 2010 to 2016
4.3 建溪流域農(nóng)用地整理前后的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)
4.3.1 農(nóng)用地整理的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析
在區(qū)域尺度分析農(nóng)用地整理的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，通常分析農(nóng)用地整理引起的景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。從景觀生態(tài)學(xué)的角度來(lái)看，農(nóng)用地整理工程實(shí)施的基底為耕地，田間道路、灌溉溝渠、防護(hù)林和護(hù)坡護(hù)岸等為廊道，合并后的農(nóng)村居民點(diǎn)稱為嵌塊。典型農(nóng)用地整理工程通常包括土地平整工程、田間道路工程、農(nóng)田水利工程、水土保持及防護(hù)林工程和農(nóng)村居民點(diǎn)合并等一系列工程類型，每一種工程類型都是一種風(fēng)險(xiǎn)源，其釋放的風(fēng)險(xiǎn)壓力主要有景觀單一化和景觀破碎化兩種（圖5）。田間道路工程、農(nóng)田水利工程、水土保持及防護(hù)林工程措施的實(shí)施增加了區(qū)域內(nèi)的廊道，對(duì)原有基底進(jìn)行了切割，造成景觀格局的破碎化；土地平整工程將小塊耕地合并成大塊，并進(jìn)行土方平整和表土剝離及回填，農(nóng)村居民點(diǎn)的合并主要通過(guò)搬遷、調(diào)整和集聚等措施實(shí)現(xiàn)，土地平整和農(nóng)村居民點(diǎn)的合并可能會(huì)降低區(qū)域內(nèi)景觀多樣性，造成景觀格局的單一化。農(nóng)用地整理工程通過(guò)影響景觀格局對(duì)水資源系統(tǒng)、土壤資源系統(tǒng)和生物資源系統(tǒng)產(chǎn)生影響，進(jìn)一步產(chǎn)生生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)是進(jìn)行景觀生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重要方法。
4.3.2 基于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的農(nóng)用地整理生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)
在單變量條件下，基于生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)公式分別計(jì)算2010—2016年不同景觀類型的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（表6），2010—2016年建溪流域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值介于2 386.11～2 394.76之間，最小值出現(xiàn)在整理后2016年，而最大值出現(xiàn)在2010年，2010年后生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)逐年降低。林地和耕地由于面積較大成為建溪流域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的主要來(lái)源，建溪流域林地和耕地生態(tài)系統(tǒng)及其組分所承受的風(fēng)險(xiǎn)較高。2010—2016年，耕地的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)降低了5.94，林地的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)降低了0.57，耕地和林地的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)都呈現(xiàn)小幅下降的趨勢(shì)。耕地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)下降的原因主要是農(nóng)用地整理將耕地小地塊合并為大地塊，雖然耕地面積增加但其景觀破碎度和分離度降低，降低了耕地的景觀干擾度指數(shù)和損失度指數(shù)，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。而林地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)下降的原因有兩點(diǎn)：第一是林地面積減少，2010—2016年間林地面積減少了396 hm2；第二是原有林地多分布在海拔較高的區(qū)域，分布相對(duì)比較集中，農(nóng)用地整理將林地的部分零碎斑塊轉(zhuǎn)變?yōu)楦?，使其景觀類型分布更為集中，引起景觀干擾度指數(shù)和損失度指數(shù)的降低，從而使林地的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)下降。農(nóng)用地整理工程的實(shí)施降低了建溪流域林地和耕地生態(tài)系統(tǒng)及其組分所承受的風(fēng)險(xiǎn)。但2010—2016年草地、城鎮(zhèn)村及工礦用地和水域及水利設(shè)施用地的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)增加，但增量極低，幾乎可以忽略不計(jì)。其原因主要是農(nóng)用地整理中的新增耕地打亂了原有草地、城鎮(zhèn)村及工礦用地和水域及水利設(shè)施用地斑塊，使景觀破碎度和分離度增加所致。
圖5 典型農(nóng)用地整理工程的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析Fig.5 Ecological risk analysis of typical agricultural land consolidation projects
表6 2010—2016年生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（單變量條件）Tab.6 Ecological risk index from 2010 to 2016 (single variable)
5 結(jié)論與討論
5.1 結(jié)論
（1）耕地、園地、林地是建溪流域主要的景觀類型。2010—2016年耕地、城鎮(zhèn)村及工礦用地和交通運(yùn)輸用地面積增加，其他景觀類型呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)。林地多分布在海拔較高的山地；耕地多沿河谷分布，距離水域及水利設(shè)施用地較近，園地與耕地交錯(cuò)分布；草地和城鎮(zhèn)村及工礦用地分布零散，地塊面積較小。建溪流域超過(guò)一半的耕地分布在海拔低于300 m的區(qū)域。2010—2016年，分布在海拔高于300 m的區(qū)域耕地面積增加，期間通過(guò)農(nóng)用地整理工程增加的耕地主要在海拔高于300 m的區(qū)域。
（2）2010—2016年間耕地面積穩(wěn)中有升，而其他景觀類型的面積減少。農(nóng)用地整理工程中的新增耕地主要來(lái)源于草地、園地和林地，也有部分城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通用地等由于村莊合并或礦區(qū)土地復(fù)墾等原因被整理為耕地。
（3）每一種農(nóng)用地整理工程類型都是一種風(fēng)險(xiǎn)源，其釋放的風(fēng)險(xiǎn)壓力主要有景觀單一化和景觀破碎化兩種。田間道路工程、農(nóng)田水利工程、水土保持及防護(hù)林工程措施的實(shí)施造成景觀格局的破碎化；土地平整工程和農(nóng)村居民點(diǎn)的合并將會(huì)降低區(qū)域內(nèi)景觀多樣性，造成景觀格局的單一化。
（4）建溪流域農(nóng)用地整理將耕地的小斑塊合并成大斑塊，且同一種景觀類型趨向于向大斑塊聚集，整理后流域內(nèi)的景觀類型斑塊變得較為規(guī)則、景觀多樣性降低。2010—2016年建溪流域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值介于2 386.11～2 394.76，最小值出現(xiàn)在整理后2016年，而最大值出現(xiàn)在2010年，2010年后生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)逐年降低。
5.2 討論
農(nóng)用地整理通過(guò)增加耕地面積，小地塊合并為大地塊，改變景觀格局來(lái)影響生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。本文采用單一變量法分析了農(nóng)用地整理對(duì)景觀動(dòng)態(tài)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響，剔除了城市擴(kuò)張等因素引起的景觀格局和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)變化，對(duì)大尺度上農(nóng)用地整理對(duì)景觀生態(tài)的研究有借鑒意義，可以為區(qū)域尺度的土地利用優(yōu)化設(shè)計(jì)和農(nóng)用地整理設(shè)計(jì)規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中可參考本文的方法，在農(nóng)用地整理設(shè)計(jì)規(guī)劃初步方案的基礎(chǔ)上，采用情景模擬法分析大中尺度上農(nóng)用地整理對(duì)景觀格局和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的影響，根據(jù)研究結(jié)果對(duì)農(nóng)用地整理設(shè)計(jì)規(guī)劃方案進(jìn)行調(diào)整，以保證農(nóng)用地整理規(guī)劃設(shè)計(jì)方案符合生態(tài)要求。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的計(jì)算主要基于景觀格局的變化，尚未考慮農(nóng)用地整理措施對(duì)地表植被覆蓋和生態(tài)系統(tǒng)的擾動(dòng)。在綜合考慮景觀類型和格局變化的基礎(chǔ)上，發(fā)展融合農(nóng)用地整理措施對(duì)地表植被覆蓋和生態(tài)系統(tǒng)擾動(dòng)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)構(gòu)建和評(píng)價(jià)是下一步研究的重點(diǎn)。
猜你喜歡
中國(guó)化肥信息(2022年8期)2022-12-05 20:01:27
今日農(nóng)業(yè)(2022年13期)2022-11-10 01:05:49
北京測(cè)繪(2021年12期)2022-01-22 03:33:36
現(xiàn)代裝飾(2021年6期)2021-12-31 05:27:54
今日農(nóng)業(yè)(2021年14期)2021-11-25 23:57:29
保健醫(yī)苑(2021年7期)2021-08-13 08:48:02
小學(xué)科學(xué)(學(xué)生版)(2020年12期)2021-01-08 09:28:10
少年漫畫(huà)(藝術(shù)創(chuàng)想)(2020年12期)2020-06-09 05:50:08
學(xué)生天地(2020年36期)2020-06-09 03:12:30
小學(xué)科學(xué)(學(xué)生版)(2020年5期)2020-05-25 07:11:32
- 中國(guó)土地科學(xué)的其它文章
- 2018年土地科學(xué)研究重點(diǎn)進(jìn)展評(píng)述及2019年展望
——土地資源、利用與規(guī)劃分報(bào)告 - 2018年土地科學(xué)研究重點(diǎn)進(jìn)展評(píng)述及2019年展望
——土地管理領(lǐng)域分報(bào)告 - 浙江省城市土地利用集約化與生態(tài)化協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)
- 建設(shè)用地?cái)U(kuò)張與碳排放增長(zhǎng)的EKC驗(yàn)證及特征分解研究
——以武漢市為例 - 家庭農(nóng)場(chǎng)退出誘發(fā)的利益沖突與化解策略研究
- 中國(guó)住宅地價(jià)房?jī)r(jià)比的空間格局、演變特征及影響因素
——基于35個(gè)大中城市的空間計(jì)量分析