農業(yè)景觀格局變化及其生態(tài)效應研究進展

黃 霞，林 勇，葛大兵

（1.湖南農業(yè)大學資源環(huán)境學院，湖南 長沙 410128；2.湖南農業(yè)大學生態(tài)科學與工程研究所，湖南 長沙 410128；3.洞庭湖區(qū)農村生態(tài)系統(tǒng)健康湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410128；4.湖南農業(yè)大學園藝園林學院，湖南 長沙 410128）

農業(yè)景觀格局變化及其生態(tài)效應研究進展

黃 霞1,2,3，林 勇4，葛大兵1,2,3

（1.湖南農業(yè)大學資源環(huán)境學院，湖南 長沙 410128；2.湖南農業(yè)大學生態(tài)科學與工程研究所，湖南 長沙 410128；3.洞庭湖區(qū)農村生態(tài)系統(tǒng)健康湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410128；4.湖南農業(yè)大學園藝園林學院，湖南 長沙 410128）

農業(yè)景觀是人類為了生存和生活對土地進行長期性、周期性耕種的結果，既具有一般景觀的基本特征，又突出表現為人類和自然共同作用的結果。在發(fā)展現代農業(yè)的背景下，農業(yè)景觀格局發(fā)生了巨大的變化。從農業(yè)景觀格局的研究熱點、農業(yè)現代化對景觀格局的影響、農業(yè)景觀格局演變的生態(tài)效應3個方面進行了綜述，并對現有研究中存在的問題進行了剖析，對農業(yè)景觀格局發(fā)展趨勢進行了展望。

農業(yè)；景觀格局；生態(tài)效應；研究進展

我國是農業(yè)大國，農業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展直接影響著人民生活水平的提高、社會的安定和國家綜合實力的增強。隨著經濟社會的快速發(fā)展以及人口的不斷增長，類似自然資源過度消耗、建設用地不斷增加、土地資源緊張等問題現實地擺在人們面前。而這些都與農業(yè)發(fā)展息息相關。在這樣的背景下，現代農業(yè)景觀格局發(fā)生了重大變化，對農業(yè)景觀的生態(tài)效應產生了深遠影響。

1 農業(yè)景觀格局的研究熱點

國際上對景觀生態(tài)學在農業(yè)發(fā)展中的應用研究較多。如Abdullan等[1]對景觀格局變化特征進行分析，研究景觀格局變化對景觀功能和生態(tài)過程的影響。Haase等[2]分析景觀格局與生態(tài)環(huán)境等的相互關系及其對生態(tài)效應的響應。

在國內，城市景觀格局和生態(tài)環(huán)境是景觀生態(tài)學家目前關注的熱點，對于農業(yè)景觀格局的研究相對較少，一般采用景觀指數來定量分析景觀格局的動態(tài)變化。如孔凡亭等[3]通過RS和GIS技術，采用景觀指數對濕地景觀格局變化進行研究。曹瑞娜等[4]采用邊緣密度、多樣性指數、斑塊大小變異系數、核心區(qū)密度、面積加權平均分維數等5個景觀指數聚類分析，探討景觀格局空間差異。Sun等[5]對黑河下流當地景觀特點、動態(tài)及影響因子開展相關研究。吳菊[6]、陳文波等[7]對潘陽湖區(qū)土地利用狀況、景觀格局演變及驅動力進行了研究，結果表明景觀格局變化與周邊生態(tài)環(huán)境有著密切的關系。

2 農業(yè)現代化對景觀格局的影響

隨著農業(yè)現代化的發(fā)展，農業(yè)景觀格局發(fā)生了巨大變化。人類的開墾導致農用地減少，農業(yè)景觀格局多樣性也遭到一定程度的破環(huán)。如國內學者傅伯杰[8]在陜北米脂縣泉家溝流域，首次進行了農業(yè)景觀格局研究。陳頤等[9]研究發(fā)現莆田市的建設用地不斷增加，而農地、林地、水域和裸露地不斷減少，景觀格局破碎化程度日益嚴重。陽文銳等[10]對北京市近10 a土地覆蓋變化情況進行分析，發(fā)現耕地面積比10 a前下降了2.5%，城鎮(zhèn)用地比例逐漸增加。Bonfanti等[11]對土地利用導致的景觀格局變化進行了分析，發(fā)現景觀類型多樣性有所增加，而草地、林地景觀類型比例分別從10%和4.1%下降到1.6%和3.0%，影響了農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，導致農業(yè)生態(tài)環(huán)境及生物多樣性遭到破壞。

3 農業(yè)景觀格局演變的生態(tài)效應

3.1 農業(yè)景觀格局演變對土壤養(yǎng)分的影響

土壤養(yǎng)分含量指標包括氮、磷、鉀和土壤有機質等營養(yǎng)元素[12]，影響著植物生長、水資源利用及生態(tài)環(huán)境變化[13]。我國關于農業(yè)景觀格局變化對土壤養(yǎng)分影響研究較少。近年來多關注于異質景觀或不同景觀格局中土壤養(yǎng)分狀況等。研究認為，土壤空間格局受土壤質地、植被類型和地形等因素的影響較大[14]，農田耕作層厚度增加，土壤有機質和養(yǎng)分含量提高，土壤水分和土質有了明顯改善[15]。王云等[16]研究表明，農業(yè)景觀面積變化或破壞阻礙了土壤間的養(yǎng)分循環(huán)，其中以林地、園地生態(tài)系統(tǒng)對土壤養(yǎng)分的保持作用較明顯。國外學者對此也做了相關性研究，如Pope等[17]分析了美國斯波齊爾維尼亞地區(qū)城市化土壤流失的原因，發(fā)現裸露地的水和土壤流失量大于草地、植被覆蓋區(qū)。

3.2 農業(yè)景觀格局演變對熱環(huán)境的影響

熱環(huán)境效應是人類活動和景觀格局演變的直接結果，目前國內外學者認為景觀格局與地表溫度有著緊密的關聯(lián)。學者們以地表溫度為指標對城市的熱環(huán)境效應進行了一系列研究，以期找到對緩解與改善城市熱環(huán)境效應的辦法[18-19]。王敏等[20]在研究上海市土地利用空間格局與地表溫度的關系時得出，地表溫度與斑塊聚集度、斑塊數量、斑塊密度具有相關性，同時與多樣性指數和均勻性指數有密切聯(lián)系。近年來，我國建設用地增長過快，加上人類對林地的破壞，導致景觀類型轉變明顯，這也驗證了熱力景觀格局與植被覆蓋呈正相關關系的結論。林地景觀和水域景觀對緩解地表熱效應有重要作用。通過分析各農業(yè)景觀類型平均溫度，發(fā)現導致農業(yè)生態(tài)熱量分布變化的主要因素是地表植被情況、土壤性質、灌溉和耕作方式[21]。

3.3 農業(yè)景觀格局演變對水環(huán)境的影響

景觀格局與地表水水質之間的關系一直以來都是國內外研究的熱點[22]。自1970以來，國外學者從點位、河段、河岸帶及流域尺度等方面對景觀格局與地表水水質之間的關系進行了深入研究，形成了較為完善的研究理論和方法體系，還開發(fā)了非點源污染模型[23]。農業(yè)非點源污染是水污染的主要來源，其污染物包括泥沙、重金屬、有機物等。這些污染物進入水體引起水體富營養(yǎng)化，破壞水生物環(huán)境，導致水質變差[24]。2000年以后，土地利用景觀格局與水質間的關系也日益引起國內學者的高度關注[25]，研究集中在水質及景觀類型大小以及景觀格局對水環(huán)境的負效應上。由于各地方在周邊環(huán)境、水文特點、氣象條件等方面存在定差異，所以不同地方水環(huán)境效應的實施機制有所不同。國外學者Stuart[26]認為水環(huán)境惡化的標準是不透水面比例大于22%～30%，Leet等[27]認為不透水面面積低于12%時不受景觀格局變化的影響。

3.4 農業(yè)景觀格局演變對生態(tài)服務的影響

經濟的快速發(fā)展推動了農業(yè)結構的調整和轉變，目前我國農業(yè)正由傳統(tǒng)農業(yè)向現代農業(yè)轉變。在國內外景觀研究中，對土地利用、都市農業(yè)功能格局變化以及森林、草原、濕地等自然生態(tài)系統(tǒng)的研究較多[28]，但對農業(yè)生態(tài)服務效應的研究過少[16]。Sun等[29]研究表明，城鎮(zhèn)化所導致的農業(yè)景觀破碎化，使得生態(tài)系統(tǒng)服務降低；博柏杰等[30]研究表明土地利用變化可以改變生物多樣性、生物系統(tǒng)過程、生物生境，從而引起區(qū)域生態(tài)服務的變化；同時，解修平等[31]研究分析10 a來土地利用變化的數量和空間特征以及由此產生的了一系列的生態(tài)效應問題，得出大范圍的土地利用變化過程中，其空間特征將隨著農業(yè)景觀生態(tài)過程與景觀格局的變化而有所不同。

4 展 望

現階段，對農業(yè)景觀格局變化及其生態(tài)效應的研究還存在很多不足：（1）研究主要是對景觀格局演變進行分析，常通過不同時期或季節(jié)的遙感影像解譯結果，再通過景觀指數來反映結果，但景觀指數相關性高且大多用數字表示，不能直接反映生態(tài)過程與景觀格局的相互關系，導致研究結果有偏差，很難深入了解景觀格局變化對生態(tài)環(huán)境的影響；（2）目前景觀類型劃分模糊，依據過于簡單，未能準確反應景觀格局特征。

為了完善當前農業(yè)景觀格局研究，可進一步開展相關工作：（1）采用多種手段和方法開展時空尺度的深入研究，進一步探討農業(yè)景觀格局與生態(tài)過程的影響因子；（2）加強景觀格局中景觀類型的劃分，特別是景觀分類指標和景觀分類技術的綜合研究；（3）目前常用的研究方法是遙感技術，在監(jiān)督分類時需要人工解譯來完成，受主觀因素干擾較多，導致研究結果不客觀，需要探討更多的研究方法；（4）強化農業(yè)農田景觀格局生態(tài)規(guī)劃的設計與應用，構建農業(yè)農田景觀格局的評價體系，進行系統(tǒng)的分析研究。

[1] Abdullah S A，Nakagoshi N. Changes in landscape spatial pattern in the highly developing state of Selangor，peninsular Malaysia[J]. Landscape & Urban Planning，2006，77（3）：263-275.

[2] Haase D，Walz U，Neubert M，et al. Changes to Central European landscapes—Analysing historical maps to approach current environmental issues，examples from Saxony，Central Germany[J]. Land Use Policy，2007，24（1）：248-263.

[3] 孔凡亭，郗 敏，李 悅，等. 基于RS和GIS技術的濕地景觀格局變化研究進展[J]. 應用生態(tài)學報，2013，24（4）：941-946.

[4] 曹瑞娜，齊 偉，李 樂，等. 基于流域的山區(qū)景觀格局分析和分區(qū)研究[J]. 中國生態(tài)農業(yè)學報，2014，22（7）：859-865.

[5] Sun Z Y，Xu H L. Landscape Pattern Evolution and Its Ecological Mechanism in Ejina Basin from 1977 to 2005[J]. Journal of Arid Land Resources & Environment，2008，（10）：49-54.

[6] 吳 菊. 鄱陽湖區(qū)土地利用景觀格局變化與驅動力研究[D]. 南昌：江西師范大學，2008.

[7] 陳文波，鄭 蕉，鄢幫有. 鄱陽湖區(qū)土地利用景觀格局特征研究[J].農業(yè)工程學報，2007，23（4）：79-83.

[8] 傅伯杰. 黃土區(qū)農業(yè)景觀空間格局分析[J]. 生態(tài)學報，1995，15（2）：113-120.

[9] 陳 頤，林毅偉，朱志鵬，等. 基于RS和GIS的莆田市土地利用景觀格局變化分析[J]. 西北林學院學報，2017，（1）：279-286.

[10] 陽文銳. 北京城市景觀格局時空變化及驅動力[J]. 生態(tài)學報，2015，35（13）：4357-4366.

[11] Bonfanti P，Fregonese A，Sigura M. Landscape analysis in areas affected by land consolidation[J]. Landscape & Urban Planning，1997，37（1-2）：91-98.

[12] 陽利永，渠甲源，吳獻花. 不同土地利用方式對土壤養(yǎng)分的影響[J].安徽農業(yè)科學，2012，（18）：9693-9696.

[13] 楊文治，邵明安. 黃土高原土壤水分研究[M]. 北京：科學出版社，2000.

[14] 黃 輝，陳光水，謝錦升，等. 土壤微生物生物量碳及其影響因子研究進展[J]. 湖北林業(yè)科技，2008，（4）：34-41.

[15] 李 巖，歐名豪，趙庚星. 土地整理的區(qū)域生態(tài)環(huán)境影響評價研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學報，2010，19（2）：398-403.

[16] 王 云，周忠學，郭鐘哲. 都市農業(yè)景觀破碎化過程對生態(tài)系統(tǒng)服務價值的影響——以西安市為例[J]. 地理研究，2014，33（6）：1097-1105.

[17] Pope I C，Odhiambo B K. Soil erosion and sediment fl uxes analysis：a watershed study of the Ni Reservoir，Spotsylvania County，VA，USA[J]. Environmental Monitoring & Assessment，2014，186（3）：1719-1733.

[18] 岳文澤. 基于遙感影像的城市景觀格局及其熱環(huán)境效應研究[D].上海：華東師范大學，2005.

[19] 徐麗華，岳文澤. 城市公園景觀的熱環(huán)境效應[J]. 生態(tài)學報，2008，28（4）：1702-1710.

[20] 王 敏，孟 浩，白 楊，等. 上海市土地利用空間格局與地表溫度關系研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學報，2013，（2）：343-350.

[21] 王 帥. 黃河中下游典型地區(qū)農業(yè)景觀格局的熱環(huán)境效應研究[D].開封：河南大學，2012.

[22] 趙 軍，楊 凱，邰 俊，等. 區(qū)域景觀格局與地表水環(huán)境質量關系研究進展[J]. 生態(tài)學報，2011，31（11）：3180-3189.

[23] Li C L，Hu Y M，Liu M，et al. Urban non-point source pollution：Research progress [J]. Chinese Journal of Ecology，2013，32（2）：492-500.

[24] 陳利頂，傅伯杰，張淑榮，等. 異質景觀中非點源污染動態(tài)變化比較研究[J]. 生態(tài)學報，2002，22（6）：808-816.

[25] 黃金良，李青生，洪華生，等. 九龍江流域土地利用/景觀格局-水質的初步關聯(lián)分析[J]. 環(huán)境科學，2011，32（1）：64-72.

[26] Stuart E. Water quality，catchment imperviousness and Water Sensitive Urban Design in a small urban stream in Helsinki，Finland [D]. Helsinki：University of Helsinki，2012.

[27] Lee B Y，Park S J，Paule M C，et al. Effects of impervious cover on the surface water quality and aquatic ecosystem of the Kyeongan stream in South Korea [J]. Water Environment Research A Research Publication of the Water Environment Federation，2012，84（8）：635.

[28] 王 云. 西安都市農業(yè)景觀演變對生態(tài)系統(tǒng)服務的影響研究[D].西安：陜西師范大學，2015.

[29] Sun C，Wu Z F，Lv Z Q，et al. Quantifying different types of urban growth and the change dynamic in Guangzhou using multitemporal remote sensing data[J]. International Journal of Applied Earth Observation & Geoinformation，2013，21（1）：40-417.

[30] 傅伯杰，馬克明，周華峰，等. 黃土丘陵區(qū)土地利用結構對土壤養(yǎng)分分布的影響[J]. 科學通報，1998，（22）：2444-2448.

[31] 解修平，周 杰，張海龍，等. 關中-天水經濟區(qū)土地利用變化模擬預測及景觀格局動態(tài)變化[J]. 干旱區(qū)地理（漢文版），2013，36（3）：482-490.

（責任編輯：成 平）

Research Progress on the Evolution of Agricultural Landscape Pattern and Ecological Effect

HUANG Xia1,2,3，LIN Yong4，GE Da-bing1,2,3
（1. College of Resources and Environment, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC; 2. Institute of Ecological Science and Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC; 3. Rural Ecosystem Health Laboratory of Hunan Dongting Lake Area, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC; 4. College of Horticulture and Hardening, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC）

Agricultural landscape is the results of a long-term and cyclical farming on the land of human beings for their survival through better biological and technical activities. It not only has the basic characteristics of the general landscape, but also highlights the results of the interaction of human and nature. In the context of developing modern agriculture, the landscape pattern of agriculture has changed greatly. This paper reviewed on the three aspects: the current situation of agricultural landscape pattern, in fl uence of agricultural modernization on the evolution of landscape pattern and ecological effects of agriculture landscape pattern change. Then, the existing problems in the current researches are analyzed, and the development trend of agricultural landscape pattern is prospected for the later research.

agriculture; landscape pattern; ecological effect; research progress

S181

：A

：1006-060X（2017）07-0120-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.007.033

2017-03-31

湖南省環(huán)境保護廳資助項目（LSHB2015K36）

黃 霞（1986-），女，湖南長沙市人，碩士研究生，主要從事生態(tài)規(guī)劃研究。

葛大兵