邊境縣域耕地景觀格局時(shí)空變化分析

林瑩　陸汝成　梁倩婧　葉杰　王成成　陳玥　盧嘉慧

【摘 要】景觀格局變化可以客觀地反映自然變遷或人類活動(dòng)對(duì)地表環(huán)境的影響。廣西龍州縣地處中越邊界線，研究其耕地景觀時(shí)空變化對(duì)于加深認(rèn)識(shí)邊界土地利用變化、明晰邊境縣域耕地保護(hù)及可持續(xù)發(fā)展工作成果具有重要意義。文章通過(guò)綜合運(yùn)用“3S”技術(shù)和景觀格局指數(shù)法，對(duì)龍州縣2004年、2009年和2014年Landsat-TM遙感影像進(jìn)行分析，研究龍州縣耕地10年間景觀格局動(dòng)態(tài)變化。研究結(jié)果表明：2004—2014年，龍州縣增加耕地斑塊的高程、坡度較低，質(zhì)量較高；增加耕地規(guī)模較小、零碎，分布離散，景觀分離程度加重；耕地景觀被分割的程度減輕，破碎程度呈下降趨勢(shì)；耕地連片程度有所增長(zhǎng)，耕地景觀空間分布趨于集中，斑塊更為規(guī)則；邊境沿線上拋耕撂荒程度加劇。

【關(guān)鍵詞】耕地景觀；時(shí)空變化；“3S”技術(shù)；龍州

【中圖分類號(hào)】F301.2 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2017）03-0158-05

0 引言

景觀格局變化是反映人類與環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)能量交互作用的重要表現(xiàn)[1]，主要表現(xiàn)為土地利用/土地覆蓋的變化（簡(jiǎn)稱LUCC）[2]。認(rèn)識(shí)土地利用變化與景觀格局之間的相互作用機(jī)制已成為土地變化科學(xué)的核心問(wèn)題[3]。近年來(lái)，利用“3S”技術(shù)和景觀生態(tài)學(xué)方法進(jìn)行土地利用景觀的研究日益成為熱點(diǎn)[4]，遙感影像中土地利用的時(shí)空演化為研究提供最客觀的素材，彭月等人[5]、全占軍等人[6]、張培峰等人[7]、趙永華等人[8]、李均力等人[9]利用遙感技術(shù)分析植被、建筑、耕地景觀格局變化來(lái)獲取土地利用演變規(guī)律?，F(xiàn)有關(guān)耕地景觀格局時(shí)空變化的分析和研究已取得一定的成果，如陳學(xué)淵等人在耕地景觀時(shí)空分析中引入土地利用動(dòng)態(tài)度、擴(kuò)展指數(shù)，計(jì)算土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，較好地探明了區(qū)域耕地格局動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程和差異特征[10]；吳莉等人探索和提出Spatial-Markov模型適合景觀格局過(guò)程分析[11]。但已有的研究大多數(shù)關(guān)注熱點(diǎn)區(qū)域的流域[12-13]、耕地[14-15]、濕地[16-17]、森林[18]等景觀，邊境地區(qū)景觀格局研究集中在旅游[19-20]、生態(tài)[21]、城市[22]等，而極少涉及邊境地區(qū)耕地景觀。龍州縣地理位置特殊，是廣西與越南接壤的8個(gè)市縣之一。龍州縣境內(nèi)四面環(huán)山，且有2條河流與越南水域交匯，中越邊境地區(qū)（廣西段）土地利用類型的變化會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)啬酥羾?guó)家的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響[23]。鑒于此，本文以邊境縣域廣西龍州縣為例，運(yùn)用“3S”技術(shù)與Fragstats4.2景觀分析軟件，分析2004年、2009年、2014年龍州縣耕地景觀格局特征，探討10年間龍州縣耕地景觀格局的演變規(guī)律。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

遙感影像選用（云量<5%）成像時(shí)間分別為2004年12月30日、2009年10月30日的landsat-5衛(wèi)星數(shù)字影像及2014年12月30日的landsat-8衛(wèi)星數(shù)字影像；數(shù)字高程數(shù)據(jù)選用分辨率為30 m的2004年、2009年、2014年的GDEMV2影像；實(shí)地考察、收集龍州縣行政區(qū)柵格數(shù)據(jù)、2004—2014年的土地利用變更數(shù)據(jù)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)資料、政府工作報(bào)告、統(tǒng)計(jì)年鑒。

1.2 研究方法

1.2.1 “3S”技術(shù)分析

運(yùn)用GPS技術(shù)精確獲取樣本地物，結(jié)合RS技術(shù)整合解譯獲取的遙感數(shù)據(jù)，利用GIS技術(shù)將其制作成研究的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。

1.2.2 景觀格局分析

借助景觀格局指數(shù)分析法，定量反映研究區(qū)域要素空間分布和結(jié)構(gòu)排列方式，用景觀的分離程度、破碎程度、形狀指數(shù)來(lái)詳細(xì)分析和反映景觀格局特征。

2 耕地變化分析

2.1 耕地?cái)?shù)量變化分析

在ENVI環(huán)境支持下，通過(guò)監(jiān)督分類，獲取了龍州縣2004年、2009年和2014年的土地利用現(xiàn)狀圖，提取耕地、園林地、草地、水域、建設(shè)用地、未利用地6種地類變化（如圖1所示）。

從圖1上可以看出，從2004—2009年間有大片的未利用地、草地轉(zhuǎn)換為耕地，2009—2014年耕地總體變化不大，總的來(lái)說(shuō)，2004—2014年10年間耕地?cái)?shù)量呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)。實(shí)地考察中發(fā)現(xiàn)，在與越南接壤的板陋、板探、板棒村，存在耕地撂荒，部分耕地變草地的現(xiàn)象，從解譯結(jié)果查證，可以發(fā)現(xiàn)2014年上述3個(gè)村莊的耕地面積相較2004年有所減少。3個(gè)時(shí)段的耕地?cái)?shù)量均呈上升的趨勢(shì)，具體見(jiàn)表1。

從表1中可知，2004—2009年耕地占比增加了3.21%，2009—2014年耕地占比增加了0.41%，共增加8 375.22 hm2。2009年相較2004年耕地增加面積大，2009—2014年，永久基本農(nóng)田劃定和“占一補(bǔ)一”政策的落實(shí)及執(zhí)行在一定程度上促使耕地面積增加。

2.2 耕地空間布局變化

2.2.1 高程點(diǎn)分析

查閱《龍州縣土地志》《龍州縣統(tǒng)計(jì)年鑒》及相關(guān)文獻(xiàn)，結(jié)合解譯的土地現(xiàn)狀圖可以發(fā)現(xiàn)，龍州縣境內(nèi)地勢(shì)南北較高，耕地主要分布在中部河谷平原及北西-南東向的峰叢洼地、峰叢谷地、峰林谷地。通過(guò)將2004年、2009年、2014年的DEM數(shù)據(jù)與處理后3個(gè)時(shí)期的耕地利用現(xiàn)狀圖各自疊加進(jìn)行高程分析，在前人研究的基礎(chǔ)上及充分考慮龍州縣地質(zhì)地貌情況，將耕地高程分布進(jìn)行重分類，得出結(jié)果如圖2所示。

從圖2可知，3個(gè)時(shí)期耕地高程主要分布在120.1～400 m，集聚在河流旁邊的階地、左江溶蝕侵蝕谷地或盆地區(qū)及較高海拔的丘陵地區(qū)。高程為120.1～170 m的耕地大部分分布在水口河、麗江中段、平而河兩岸旁，2009年后縣域中心正南方增加了將近5 000 hm2的耕地；高程為170.1～400 m的耕地主要分布在麗江東南段的水田、山坡上的旱地及狹窄山谷間的水田；高程為400.1～600 m的耕地分別位于武德鄉(xiāng)武德村的岜各罕山、金龍鎮(zhèn)板蒙村的岜哈山與板梯村的叫剛山、逐卜鄉(xiāng)的岜柳黃山、龍州境內(nèi)的風(fēng)涼山；高程為600.1～835 m的耕地則位于龍州邊境上最高的界山下凍鎮(zhèn)的扣梅嶺。從空間格局上看，除縣域中心正南方增加的高程為170.1～400 m的耕地外，3個(gè)時(shí)期耕地高程變化不顯著。各個(gè)海拔的耕地?cái)?shù)量具體情況見(jiàn)表2。

從表2統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，海拔為120.1～400 m的耕地?cái)?shù)量均有較大幅度的增加，3期占比均高達(dá)94%，龍州縣的耕地海拔絕大多數(shù)位于400 m以下。2009年以來(lái)，龍州縣增加耕地的海拔大部分為170.1～400 m。

2.2.2 坡度變化

坡度分析原理與高程分析相似，按照《土地利用現(xiàn)狀調(diào)查技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定的指標(biāo)體系坡度分類，將2004年、2009年及2014年的DEM數(shù)據(jù)圖和處理后3個(gè)時(shí)期的耕地利用現(xiàn)狀圖各自疊加分析處理，分別統(tǒng)計(jì)0°～2°、2°～6°、6°～15°、15°～25°及大于25°的耕地分布，結(jié)果如圖3所示。

從圖3可以看出，2004年、2009年及2014年的耕地坡度大多為2°～15°，分布在河谷平原、左江溶蝕侵蝕谷地；0°～2°耕地大致分布在龍州縣西部即中越邊境線水口河入口；大于15°的耕地主要分布在龍州縣東部風(fēng)涼山，且最大坡度均為78.5°，各個(gè)坡度的耕地?cái)?shù)量情況具體見(jiàn)表3。

從表3得知，2004—2009年除坡度大于25°的耕地有所減少，其他坡度耕地均有不同幅度的增長(zhǎng)，0°～2°的耕地增加1 633.59 hm2，2.1°～6°的耕地增加2 732.55 hm2，6.1°～15°的耕地增加2 143.66 hm2，增加耕地的坡度低，說(shuō)明這5年期間增加耕地的質(zhì)量較高；2009—2014年除坡度小于等于6°的耕地有所減少外，大于6°的耕地均有所增加，其中0°～6°的耕地減少745.47 hm2，6.1°～15°的耕地增加904.3 hm2，大于15°的耕地增加786.53 hm2，增加耕地的坡度偏高，說(shuō)明這5年期間龍州縣耕地雖有所增加但普遍質(zhì)量不高，或?yàn)橥瓿筛乇Ｓ辛慷M(jìn)行陡坡開(kāi)墾、林轉(zhuǎn)耕。

2.3 龍州縣耕地景觀格局時(shí)空變化結(jié)果

運(yùn)用ArcGIS處理耕地?cái)?shù)據(jù)后導(dǎo)入Fragstats4.2景觀分析軟件，根據(jù)景觀模型結(jié)合研究要求分別統(tǒng)計(jì)龍州縣3個(gè)時(shí)期年耕地景觀變化的相關(guān)指數(shù)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4。

2.3.1 景觀分離程度

從表4中數(shù)據(jù)分析，耕地景觀聚合度、凝聚度與分離度總體呈波動(dòng)上升的趨勢(shì)，聚合度指數(shù)由2004年的88.260 7上升為88.404 7又緩慢下降為88.398 7，龍州縣10年期間耕地聚合度有所上升；凝聚度指數(shù)則從99.625 1緩慢降地為99.622 9上升為99.631 1，耕地景觀的空間連通性增強(qiáng)，表現(xiàn)為集中連片趨勢(shì)；分離度指數(shù)由2004年7.549 8上升為8.242 5又緩慢降低至2014年8.081 6，耕地景觀的聚合度、凝聚度與分離度呈反比關(guān)系，分離度整體呈波動(dòng)上升的趨勢(shì)。出現(xiàn)上述相駁結(jié)論的原因如下：龍州縣屬于典型的喀斯特山區(qū)，耕地小而碎，龍州縣實(shí)施農(nóng)村土地“小塊并大塊”工作使得耕地景觀連片程度增強(qiáng)，聚合度、凝聚度變大；2004—2014年期間，龍州縣“占一補(bǔ)一”、土地整治工作增加耕地面積、斑塊數(shù)量，但斑塊過(guò)于冗雜、分散，迫使耕地聚合度、凝聚度增加的同時(shí)，耕地景觀分離度亦無(wú)法降低。

2.3.2 景觀破碎程度

從表4可以看出，2004—2014年龍州縣耕地斑塊數(shù)量由2004年2 938個(gè)增長(zhǎng)到2014年3 060個(gè)，斑塊密度則從2004年4.500 1下降到2014年4.299 5，整體破碎度呈下降的趨勢(shì)。破碎度指數(shù)與斑塊數(shù)量/耕地面積呈正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明2004—2014年的10年期間，龍州縣土地“小塊并大塊”工作確有起效，耕地斑塊集聚程度變強(qiáng)，增加的耕地平均斑塊面積大于龍州縣耕地平均斑塊面積，破碎度指數(shù)減少。

2.3.3 景觀形狀指數(shù)

從表4可以看出，龍州縣耕地景觀的形狀指數(shù)從2004年的104.023 6下降到2014年的100.833 9，景觀形狀指數(shù)的減少，說(shuō)明龍州縣耕地景觀形狀復(fù)雜、離散程度降低，景觀形狀更為規(guī)則，表明龍州縣耕地景觀受人為因素影響越來(lái)越大：1996年實(shí)施退耕還林還草以來(lái)，位于山坡上、草地上零碎的耕地轉(zhuǎn)為林地、草地，耕地景觀空間分布更為集中；田埂、水渠的大力修建，增加了零碎耕地周邊荒地的利用；“小塊并大塊”項(xiàng)目實(shí)施在很大程度上改變了耕地的景觀格局。

3 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)2004—2014年龍州縣耕地景觀格局變化進(jìn)行分析，得出龍州縣耕地景觀格局特征和演變規(guī)律。

（1）2004—2014年，龍州縣耕地斑塊面積增加將近1萬(wàn)hm2，但增加斑塊的耕地空間布局參差不齊。水口河、平而河交匯的河谷平原中增加斑塊的高程、坡度較低，質(zhì)量較高；響水鎮(zhèn)、武德鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)增加的斑塊多為坡地，高程、坡度較高，質(zhì)量偏低，總體上，增加斑塊的耕地空間布局更為優(yōu)化。立足于全縣判斷，耕地空間布局更為合理。

（2）2004—2014年，龍州縣耕地景觀時(shí)空變化不顯著。10年期間耕地斑塊聚合度、凝聚度總體呈波動(dòng)上升的趨勢(shì)，集聚程度有所增強(qiáng)，耕地表現(xiàn)為集中連片趨勢(shì)，但斑塊過(guò)于冗雜、分散，耕地景觀分離程度總體增長(zhǎng)；斑塊個(gè)數(shù)增加，密度減少，增加耕地平均斑塊面積大于全縣平均斑塊面積，耕地景觀破碎程度減弱；耕地景觀形狀指數(shù)減小，景觀空間分布更為集中、形狀更為規(guī)則。

（3）龍州縣10年間耕地景觀受人為因素影響較大。退耕還林還草的實(shí)施，位于山坡、草地上零碎的耕地轉(zhuǎn)為林地、草地，田埂、水渠的大力修建，增加了零碎耕地周邊荒地的利用，耕地景觀空間分布上離散程度降低；“小塊并大塊”整治項(xiàng)目，提高耕地景觀連片程度；撂荒現(xiàn)象與“占一補(bǔ)一、占優(yōu)補(bǔ)優(yōu)”政策改變斑塊數(shù)量、質(zhì)量、位置，影響耕地景觀破碎程度和分離程度。

（4）特殊的地理區(qū)位在優(yōu)化耕地空間分布、改善耕地景觀格局上無(wú)突出成效，相反，由于邊境經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式、邊民特有的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼，使得邊境地區(qū)耕地撂荒較為嚴(yán)重。

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[責(zé)任編輯：陳澤琦]