典型丘陵區(qū)土地整治景觀效應分析

朱宇峰，尚一珂，孟慶香，3*，黃文姬，趙賢妤

(1.河南省土地整理中心，河南鄭州 450000；2.河南農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，河南鄭州 450000；3.河南省高校農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境工程技術研究中心，河南鄭州 450000)

典型丘陵區(qū)土地整治景觀效應分析

朱宇峰1，尚一珂2，孟慶香2，3*，黃文姬2，趙賢妤2

(1.河南省土地整理中心，河南鄭州 450000；2.河南農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，河南鄭州 450000；3.河南省高校農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境工程技術研究中心，河南鄭州 450000)

為探討土地整治對景觀格局的影響，運用 GIS技術和景觀生態(tài)學理論方法，以河南省新縣滸灣鄉(xiāng)土地整理項目為例，從斑塊類型水平和景觀水平上選取9個景觀指標，對項目區(qū)內(nèi)土地整治前后的土地利用現(xiàn)狀和景觀格局變化情況進行研究。結(jié)果表明，土地利用的斑塊數(shù)量減少超過50%，平均斑塊面積增加超過50%，最大斑塊指數(shù)和面積加權的平均形狀因子分別降低12.06%和24.17%；景觀水平的平均形狀指數(shù)略有增加，蔓延度指數(shù)增加14.56%，Shannon多樣性指數(shù)和Shannon均勻度指數(shù)分別降低24.63%和18.13%。通過土地整治項目的實施，不僅有利于耕地的機械化操作和集約化經(jīng)營，而且有助于提高土地利用率，增加農(nóng)業(yè)效益。

土地整治；景觀格局；斑塊；丘陵區(qū)

土地整治活動是采取一系列措施提高土地質(zhì)量和利用效率，改善生產(chǎn)、生活條件和生態(tài)環(huán)境的活動，是一個重建生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的過程，它將在一定程度上對區(qū)域環(huán)境要素及其生態(tài)過程產(chǎn)生影響[1]。土地整治景觀效應研究是土地整治理論和實踐研究中不可缺少的一部分，如何借鑒已有的研究來科學、客觀地進行土地整治景觀生態(tài)分析，以推動土地整治的發(fā)展，是重要而又亟待解決的科學問題[2-4]。Sumrada等[5]在研究中發(fā)現(xiàn)，土地整治后平均斑塊數(shù)量減少了60%，平均斑塊面積從0.20 hm2增加到了0.46 hm2，斑塊的邊界總長度從2 218 km減少到1 182 km，景觀格局發(fā)生較大改變。田勁松等[6]對比分析土地整治前后的景觀格局變化發(fā)現(xiàn)，整治后斑塊數(shù)量和斑塊密度降低，斑塊形狀趨于規(guī)則和簡單。一系列研究表明，土地整治對景觀格局的影響不容忽視。國內(nèi)外學者從區(qū)域的角度探討了土地整治對景觀格局的影響，提出了需要利用景觀指數(shù)從項目區(qū)、區(qū)域等多種時空尺度上去研究才能得到全面、有價值的土地整治格局變化信息[7-11]。然而，目前河南省景觀效應分析大部分是從區(qū)域的角度進行探討。筆者以典型丘陵區(qū)土地整治項目為例，對土地整治前后的景觀格局變化情況進行分析，探討其變化規(guī)律，以期為土地整治的規(guī)劃設計和生態(tài)環(huán)境影響評價工作提供服務。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況 新縣滸灣鄉(xiāng)土地整理項目區(qū)位于新縣北部，屬于大別山南麓丘陵區(qū)，地理坐標為114°50′48″～114°56′24″ E，31°40′18″～31°47′12″ N，年降水量1 373.4 mm，地表水資源豐富。項目區(qū)屬亞熱帶北部大陸性季風氣候，四季分明，氣候多變。項目區(qū)綜合經(jīng)濟實力較弱，現(xiàn)有的交通、水利、林業(yè)設施缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃和布局，防范各種自然災害的能力較差，群眾對土地投入較少，耕作粗放，重用輕養(yǎng)，尤其是缺乏有機肥的投入，土地產(chǎn)出率低，經(jīng)營規(guī)模小。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理 所用數(shù)據(jù)包括河南省新縣滸灣鄉(xiāng)土地整理項目的土地利用現(xiàn)狀圖(1∶5 000)和土地利用規(guī)劃圖(1∶5 000)。首先利用GIS軟件將上述圖件數(shù)字化，然后依據(jù)全國第二次土地調(diào)查土地利用現(xiàn)狀分類表和項目區(qū)實際情況，將項目區(qū)土地利用分為耕地、園地、林地、交通用地、水域和未利用土地6類，將處理好的土地景觀類型矢量圖轉(zhuǎn)為柵格圖像，獲得土地利用景觀類型柵格圖，最后利用Fragstats 3.3軟件對上述做好的土地利用景觀類型柵格圖進行指數(shù)統(tǒng)計，進行土地整治項目實施前后的景觀格局分析，分析其景觀效應。

1.3 景觀格局指標的選取 景觀指標是指能夠全面反映景觀格局信息，并充分反映其結(jié)構組成和空間配置等方面特征的定量指標[12]。景觀生態(tài)學的格局分析包括斑塊水平、斑塊類型水平和景觀水平3個層次。結(jié)合土地整理的特點和已有的研究[13-15]，重點從斑塊類型水平上選取景觀百分比、斑塊個數(shù)、平均斑塊面積、最大斑塊指數(shù)和面積加權的平均形狀因子5個指標，從景觀水平上選取平均形狀指數(shù)、蔓延度指數(shù)、Shannon多樣性指數(shù)和Shannon均勻度指數(shù)4個指標進行分析，各個指標的計算方法及其含義見表1[16]。

表1 景觀格局指標及其含義

2 結(jié)果與分析

2.1 土地整治對土地利用結(jié)構的影響 土地整治項目實施前，項目區(qū)內(nèi)沒有草地，其他土地利用類型按面積排序分別為耕地、未利用地、水域、林地、交通用地和園地；土地整治項目實施后，牧草地和未利用地都不存在，耕地面積最大，占項目區(qū)總面積的56.21%，其后依次為林地、園地、水域和交通用地(表2)。

土地整治項目實施后，耕地增加58.27 hm2，新增耕地率達到17.89%，主要來自于廢棄坑塘、廢棄溝渠和灘涂及荒草地。園地和林地分別增加49.97、41.02 hm2，交通用地略有增加，水域用地由土地整治前的73.14 hm2降至11.63 hm2，降幅超過80.00%，未利用地則全部變?yōu)檗r(nóng)業(yè)用地。土地整治前后景觀類型見圖1。由圖1可見，土地整治項目實施后項目區(qū)土地利用斑塊形狀變得簡單規(guī)則、空間分布較為集中。

表2 土地整治前后土地利用結(jié)構變化情況

Table 2 The changes of Iand use structures before and after land consolidation

地類Landcategory整治前Beforeconsolidation面積Areahm2比例Proportion%整治后Afterconsolidation面積Areahm2比例Proportion%耕地Cultivatedland124．8038．32183．0756．21園地Gardenplot1．720．5351．6915．87林地Forestland31．959．8172．9722．40交通用地Transporta?tionland1．780．556．341．95水域Waterarea73．1422．4611．633．57未利用地Unutilizedland92．3128．3400合計Total325．70100325．70100

圖1 土地整治前后景觀類型Fig.1 Landscape type before and after land consolidation

2.2 土地整治對土地利用斑塊格局的影響 土地整治項目實施后，平均斑塊面積增加0.543 hm2，較土地整治項目實施前增加52.92%，斑塊數(shù)量減少了35個，較土地整治項目實施前降低了49.29%。最大斑塊指數(shù)和面積加權的平均形狀因子分別降低了4.151和5.105，與土地整治項目實施前相比分別降低12.06%和24.17%，說明土地利用斑塊形狀變得簡單規(guī)則、空間分布集中，有利于機械化作業(yè)和田間管理。

整治后，項目區(qū)未利用土地全部轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌恋乩妙愋停匕邏K數(shù)量明顯下降，但其總面積、景觀百分比和平均斑塊面積最大。斑塊破碎度明顯下降主要是由于項目區(qū)整治前田塊分布散亂，通過土地整治，將所有田塊統(tǒng)一規(guī)劃，歸并閑散地塊，斑塊數(shù)量也隨之減少，使得田塊集中成一定的規(guī)模。土地整治后，通過填埋廢棄坑塘、整理田坎等，景觀類型斑塊的大小、個數(shù)等均發(fā)生了一定程度的變化，使斑塊的數(shù)量減少、平均面積變大，更利于機械化操作。但是生態(tài)系統(tǒng)也因此變得更加脆弱，使之更加依賴于人類活動。土地整治實施前后各土地利用方式的斑塊變化特征見表3。

表3 土地整治實施前后土地利用類型的斑塊特征比較

2.3 土地整治對景觀格局的影響 根據(jù)景觀生態(tài)學原理，景觀水平指標主要選取景觀平均形狀指數(shù)、蔓延度指數(shù)、Shannon多樣性指數(shù)、Shannon均勻度指數(shù)4個指標，計算結(jié)果見表4。

表4 土地整治對景觀整體空間格局的影響

Table 4 The changes of spatial pattern of the whole landscape after land consondation

景觀格局Landscapepattern整治前Beforeconsolidation整治后Afterconsolidation增減量Amountofincreaseordecrease平均形狀指數(shù)Meanshapeindex1．72561．87150．1459蔓延度指數(shù)Contagionindex57．409365．85018．4408Shannon多樣性指數(shù)Shannon’sdiversityindex1．45601．0974-0．3586Shannon均勻度指數(shù)Shannon’sevennessindex0．74820．6125-0．1357

由表4可知，土地整治后平均形狀指數(shù)有所增加，說明景觀形狀接近于規(guī)則；蔓延度指數(shù)增大，說明較土地整治后景觀團聚度增強，土地利用集約度提高，便于機械化操作和集約化經(jīng)營。景觀多樣性一般由多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)來描述。土地整治實施后，原有的未利用土地全部轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌恋乩妙愋?，斑塊類型由原來的6類轉(zhuǎn)變?yōu)?類，土地利用斑塊數(shù)目也減少。多樣性和均勻度指數(shù)的大小取決于斑塊類型的多樣性和均勻度，其值越大，說明景觀結(jié)構組成越復雜。Shannon多樣性指數(shù)由土地整治前的1.456 0變?yōu)?.097 4，下降24.63%，說明景觀整體類型數(shù)目減少，景觀異質(zhì)性較高，但各景觀類型所占比例差別較大。Shannon均勻度指數(shù)由土地整治前的0.748 2變?yōu)?.612 5，下降18.13%，說明景觀分布均勻程度有所增大，但仍有景觀類型面積分布不均勻、 少數(shù)景觀類型占據(jù)主導地位。導致這種變化一方面由于未利用土地全部轉(zhuǎn)換為其他土地利用類型，斑塊數(shù)量、類型減少；另一方面土地整治使原來破碎的小斑塊合并為較大的斑塊，斑塊類型將在空間分布上趨向于集中。

3 結(jié)論

(1)基于 GIS技術和景觀生態(tài)學，以典型丘陵區(qū)土地整治項目為例，對土地整治實施前后景觀格局的變化進行定量分析，豐富了土地整治的理論和方法，為土地整治規(guī)劃與景觀效益評價提供了服務。

(2)此次土地整治通過田塊重劃、土地平整、農(nóng)田水利和田間道工程等工作，使得破碎化的景觀趨于完整，增強了抵御旱澇災害的能力。這不僅有利于耕地的機械化操作和集約化經(jīng)營，而且有助于提高土地利用率，增加農(nóng)業(yè)效益。

(3)土地整治在減輕景觀破碎化的同時也降低了景觀的多樣性。今后的土地整治規(guī)劃設計應融入景觀生態(tài)學的思想，盡可能改善生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構簡單、生態(tài)系統(tǒng)脆弱的狀況，例如通過田間道路和溝渠設計注重增加綠地和生物棲息場，注意景觀多樣性的設計，改善景觀系統(tǒng)的多樣性和穩(wěn)定性。參考文獻

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Landscape Effect Analysis of Land Consolidation Based on Typical Hilly Region

ZHU Yu-feng1, SHANG Yi-ke2, MENG Qing-xiang2,3*et al

(1. Henan Land Consolidation and Rehabilitation, Zhengzhou，Henan 450000; 2. College of Resources and Environment，Henan Agricultural University，Zhengzhou，Henan 450000，3. Engineering Research Center of Agricultural Resources and Environment of Henan Provincial Universities，Zhengzhou，Henan 450000)

In order to clarify the effects of land consolidation on landscape pattern, using GIS technology as well as theory and methods of landscape ecology, we studied landscape pattern of land consolidation. Exemplified by the land consolidation project for Xin County, we selected nine indexs and probed into the land use situation and landscape pattern before and after land consolidation. The results showed that the number of land use patches decreased by over 50%, the area of average patch increased by over 50%, the largest patch index and the area-weighted mean shape index decreased by 12.06% and 24.17%. The mean shape index slightly increased, and contagion index increased by 14.56%. At the same time, the Shannon’s diversity index and evenness index reduce 24.63% and 18.13%. Land management is not only beneficial to the cultivated land of mechanized operation and intensive management, but also help to improve the utilization rate of land and increase agricultural efficiency.

Land consolidation；Landscape pattern；Patche；Hilly region

中國地質(zhì)調(diào)查局資助項目(12120113007300)。

朱宇峰(1971- )，男，河南內(nèi)黃人，工程師，從事土地整理研究。*通訊作者，副教授，碩士，從事土地調(diào)查與評價研究。

2016-10-26

S 29；F 301.24

A

0517-6611(2016)35-0198-04