基于景觀生態(tài)學(xué)的欠發(fā)達(dá)地區(qū)土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)與空間特征分析

宋具蘭 楊靖

[摘要]分析土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)及空間布局，對合理利用土地、優(yōu)化土地空間格局有著重要意義。結(jié)合GIS和景觀生態(tài)學(xué)方法，分析了欠發(fā)達(dá)地區(qū)貴州省三穗縣土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)特征。結(jié)果表明，在數(shù)量結(jié)構(gòu)上，經(jīng)濟發(fā)展越好的區(qū)域，土地利用類型越多樣化，集中化程度就越低，土地利用綜合程度就越高。在空間結(jié)構(gòu)上，受人類活動影響較強烈的地類，其分維數(shù)越小，形狀指數(shù)越大，斑塊形狀越簡單。土地利用結(jié)構(gòu)以林地+耕地為主，以林地為景觀基質(zhì)，土地利用綜合程度偏低。同時，土地利用結(jié)構(gòu)的區(qū)域差異受地理條件、經(jīng)濟因素和人口因素等的影響。以期為改善欠發(fā)達(dá)地區(qū)土地利用方式、優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)與布局、保護和改善生態(tài)環(huán)境、保障土地生態(tài)安全、推進城鄉(xiāng)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展提供參考。

[關(guān)鍵詞]景觀生態(tài)學(xué)；土地利用；數(shù)量結(jié)構(gòu)；空間結(jié)構(gòu)；特征分析

[中圖分類號]F301.2 [文獻標(biāo)識碼]A

土地利用是人類對土地自然屬性的一種利用方式，也是一種動態(tài)、復(fù)雜的變化過程。而土地利用結(jié)構(gòu)是人類活動對土地自然屬性特征改造和加工的結(jié)果，其內(nèi)容包括數(shù)量結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)兩部分。同時，土地利用結(jié)構(gòu)是反映一個區(qū)域土地資源的可利用和已利用程度，也反映一個區(qū)域的土地開發(fā)利用潛力。隨著西部大開發(fā)的不斷深入，欠發(fā)達(dá)地區(qū)開發(fā)速度加快，但由于受社會經(jīng)濟、交通因素、地理位置等的限制，欠發(fā)達(dá)地區(qū)對土地利用的方式較為粗放、效率低下、不盡合理，大量土地資源存在難以利用、質(zhì)量退化、生態(tài)環(huán)境惡化等問題。而黨的十八大以來，黨中央高度重視生態(tài)文明建設(shè)，樹立“創(chuàng)新、綠色、開放、共享”的發(fā)展理念。因此，從景觀生態(tài)學(xué)角度研究土地利用結(jié)構(gòu)有助于進行土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)控和構(gòu)建開發(fā)利用模式與機理，對科學(xué)布局生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間，促進人與自然和諧共生有著重要意義。

目前，學(xué)者們主要集中在土地利用結(jié)構(gòu)區(qū)域差異、時空變化、結(jié)構(gòu)優(yōu)化與驅(qū)動力分析等方面，且以數(shù)量結(jié)構(gòu)為主，從欠發(fā)達(dá)地區(qū)土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)與空間特征的研究較少。因此，本文以欠發(fā)達(dá)地區(qū)貴州省三穗縣為研究區(qū)域，基于土地內(nèi)涵，結(jié)合景觀生態(tài)學(xué)方法和GIS，探討土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)特征與空間結(jié)構(gòu)特征。對調(diào)整和合理規(guī)劃土地利用類型、構(gòu)建科學(xué)合理的城鎮(zhèn)化格局、農(nóng)業(yè)發(fā)展格局、生態(tài)安全格局、優(yōu)化土地利用布局具有一定的實踐和指導(dǎo)意義。以期為欠發(fā)達(dá)地區(qū)土地利用、開發(fā)、規(guī)劃、管理與發(fā)展等方面提供參考。

1 研究區(qū)概況

三穗縣位于貴州省東部，隸屬黔東南苗族侗族自治州，為貴州省東出口之一；位于北緯26°47′～27°04′、東經(jīng)108°32′～109°04′，總面積102962.44hm2。地形如龜，由西南向東北傾斜，平均海拔在600～800m之間。三穗縣屬北亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年平均溫度14.9℃，平均降雨量達(dá)1100mm左右，適宜農(nóng)作物生長?？h政府駐地為八弓鎮(zhèn)，全縣轄5鎮(zhèn)4鄉(xiāng)。2015年，全縣人口總數(shù)22.78萬，其中非農(nóng)業(yè)人口3.66萬，城鎮(zhèn)化率為16.07%。三穗縣以農(nóng)業(yè)發(fā)展為主，生產(chǎn)總值為353296萬元，農(nóng)民純收入6933元，交通落后，交通用地僅占國土面積的0.97%，屬于欠發(fā)達(dá)地區(qū)。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)來源于2015年三穗縣土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫。

2.2 研究方法

2.2.1 數(shù)量結(jié)構(gòu)分析方法。土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)分析是對區(qū)域內(nèi)各土地利用類型數(shù)量特征、組合關(guān)系的分析。采用景觀生態(tài)學(xué)方法，從4個方面進行分析。

多樣性分析。采用吉布斯-馬丁多樣化指數(shù)來反映多樣化程度，是對土地利用類型的完整度和多樣化情況進行的定量分析。

為多樣化指數(shù)，為第類土地利用類型的面積比例。

集中度分析。集中化用于分析土地利用的集中程度。

為第區(qū)域集中化指數(shù)；為第區(qū)域各種累計百分比之和；M為土地利用類型完全集中為一種類型時累計百分比之和；R為研究區(qū)各種累計百分比之和，即R=737.59。

組合類型分析。采用威弗-托馬斯組合系數(shù)法，利用土地假設(shè)分布（假設(shè)相對面積百分比）逐步逼近實際分布（實際相對面積百分比），得到最接近實際分布的土地利用組合類型。

土地利用綜合程度分析。本文采用劉紀(jì)遠(yuǎn)等提出的方法，將土地利用程度按土地在社會因素影響下的自然平衡狀態(tài)分為四級。

為土地利用程度綜合指數(shù)，反映土地利用的深度和廣度；為第i級分級指數(shù)；為第i級分級面積百分比；為分級數(shù)。

2.2.2 空間結(jié)構(gòu)分析方法。土地利用空間結(jié)構(gòu)反映土地利用類型在地域上的配置和對比關(guān)系，選取斑塊數(shù)量、周長、面積、分維數(shù)、形狀指數(shù)和分離度指數(shù)等6個指標(biāo)表征土地利用空間格局。

分維數(shù)。土地利用空間結(jié)構(gòu)具有分形結(jié)構(gòu)特征，即斑塊的形狀與面積大小之間的關(guān)系，反映土地利用斑塊邊緣的復(fù)雜程度，采用周長—面積法進行。

，

D為分維數(shù)，D=1.0代表形狀最簡單的正方形斑塊，D=2.0表示等面積下周邊最復(fù)雜的斑塊；P為斑塊周長；A為斑塊面積。

形狀指數(shù)。采用與斑塊面積相同的圓周長與實際斑塊周長的比值，即斑塊的緊湊程度。

S為形狀指數(shù)；A為斑塊面積；P為斑塊周長。當(dāng)斑塊為圓形時，S為最大值1，S值越接近于1，表示斑塊形狀越規(guī)則。

分離度指數(shù)。分離度用于度量不同斑塊個體分布的離散或聚集程度，通過計算斑塊的面積與數(shù)量間的關(guān)系來測量其空間分布特征。

，，

Fi為第i類斑塊分離度指數(shù)；Di為第i類斑塊距離指數(shù)；Si為第i類斑塊面積指數(shù)；A為土地總面積；Ai為第i類斑塊面積；n為第i類斑塊的個數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)分析

研究區(qū)土地利用率為92.92%，其中林地面積69611.84hm2，占土地總面積比例最大，為67.61%；其次為耕地，占17.79%；其余地類分別占有少量比重。

3.1.1 多樣化分析。由表2可知，研究區(qū)多樣化指數(shù)為0.5046，與理論最大值0.857相差0.3524，這說明研究區(qū)土地利用類型多樣化程度總體偏低，可提升空間較大；而各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用結(jié)構(gòu)的多樣化指數(shù)在0.3915～0.6249之間，其中最高的為八弓鎮(zhèn)，表明該地區(qū)土地利用呈多樣化形態(tài)，這與八弓鎮(zhèn)為縣政府駐地、人類活動劇烈、經(jīng)濟水平相對較高是一致的。而多樣化指數(shù)最低的為款場鄉(xiāng)，表明該地區(qū)土地利用方式單一，這與該地區(qū)地形地貌及較落后的經(jīng)濟狀況是相對吻合的，兩者相差0.2334，說明研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)的多樣化程度區(qū)域差異較為明顯。同時在ArcGIS中運用自然分界法將土地利用結(jié)構(gòu)的多樣化程度分為4個級別（見圖1），各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用多樣化水平的高低與其社會經(jīng)濟水平的發(fā)展相一致。

圖1 多樣化指數(shù)空間分布圖 圖2 集中化指數(shù)空間分布圖

3.1.2 集中度分析。由表2可知，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土地利用集中化指數(shù)相差不大，介于-0.4828～0.2769之間，表明研究區(qū)土地利用集中化程度較高。再將集中化指數(shù)進行自然分界，得到土地利用類型集中化指數(shù)空間分布圖（見圖2），八弓鎮(zhèn)為研究區(qū)重點發(fā)展鄉(xiāng)鎮(zhèn)，經(jīng)濟水平相對較高，需求越多樣，則土地利用類型就越豐富，因此，集中化指數(shù)最低。最高的為良上鄉(xiāng)和款場鄉(xiāng)，集中化程度也最高；這是因為良上鄉(xiāng)、款場鄉(xiāng)遠(yuǎn)離縣城中心，林地面積比重大，交通落后，經(jīng)濟水平較低，人口稀疏，需求較少，多樣化最低，土地利用類型最少。多樣化指數(shù)與集中化指數(shù)呈負(fù)相關(guān)，分析結(jié)果互相驗證與補充，土地利用多樣化程度高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，集中化程度就低。比如八弓鎮(zhèn)多樣化指數(shù)為研究區(qū)最大，相應(yīng)地集中化指數(shù)為研究區(qū)最??；而良上鄉(xiāng)和款場鄉(xiāng)多樣化指數(shù)較小，集中化指數(shù)則較大。

3.1.3 組合類型分析。由表2和圖3可知，研究區(qū)土地利用組合類型為兩種，即以林地+耕地為組合類型，反映研究區(qū)土地利用整體功能偏低，土地利用方式較為單一；除八弓鎮(zhèn)、雪洞鎮(zhèn)及長吉鄉(xiāng)組合類型為林地+耕地外；其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)的組合類型數(shù)為1，組合類型為林地。

3.1.4 土地利用程度綜合分析。研究區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用程度綜合指數(shù)在209.10～228.16（表2），平均值為217.23，其中八弓鎮(zhèn)、長吉鄉(xiāng)、雪洞鎮(zhèn)和瓦寨鎮(zhèn)的土地利用程度綜合指數(shù)高于平均水平。八弓鎮(zhèn)土地利用程度綜合指數(shù)為最高，屬高利用程度級（圖4），即土地利用綜合程度最高。八弓鎮(zhèn)城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運輸用地所占比例最大，人類對建設(shè)用地干擾較為劇烈；低利用程度的為款場鄉(xiāng)和良上鄉(xiāng)。土地利用程度綜合不僅反映了土地利用中土地本身的自然屬性，而且反映了人類活動與自然環(huán)境因素的相互影響與綜合效應(yīng)。土地自然屬性的可利用程度越低，其土地利用程度就越高，受人類的干擾程度就越大。今后應(yīng)不斷地提高土地集約化程度和綜合利用效益，同時在土地整治中要注意保護生態(tài)環(huán)境和土地利用的可持續(xù)發(fā)展。

3.2 土地利用空間結(jié)構(gòu)分析

3.2.1 總體特征。研究區(qū)林地面積占總面積比例最大，高達(dá)67.61%，其斑塊平均面積、最大面積、平均周長和最大周長4個指標(biāo)在各地類中都居首位（見表3），分值較大，優(yōu)勢明顯，可確定研究區(qū)的景觀基質(zhì)為林地。其他土地斑塊平均周長比城鎮(zhèn)村及工礦用地要稍大外，其他指標(biāo)都比另外6種地類要小。而園地，除了斑塊平均面積與平均周長比耕地和城鎮(zhèn)村及工礦用地稍大，其余兩個指標(biāo)都最小。此外，耕地斑塊數(shù)最多，占總斑塊數(shù)的67.1%，小斑塊較多，分布零散且破碎；其他土地斑塊數(shù)最少，斑塊平均面積也最小?？傊?，研究區(qū)土地用空間格局總體特征是以林地為景觀基質(zhì)，以耕地+林地為總體格局，以其余土地為鑲嵌體，共同構(gòu)成土地利用的空間總體格局（圖5）。

3.2.2 斑塊形態(tài)特征。從分維數(shù)來看（表3），各地類斑塊分維數(shù)介于1.406～1.582之間，差異較大，說明所有地類斑塊形狀總體上相對較為復(fù)雜，這與研究區(qū)所在的地理位置、地形地貌與自然環(huán)境有較大的關(guān)系。再從形狀指數(shù)和分維數(shù)兩方面來看，城鎮(zhèn)村及工礦用地、園地、交通運輸用地形狀指數(shù)相對較大，相應(yīng)的分維數(shù)相對較小，表明這3種地類斑塊形狀較為簡單、規(guī)則，受人類社會經(jīng)濟活動的影響，且影響程度相對較大；而耕地、林地和其他土地的形狀指數(shù)相對較小，相應(yīng)的分維數(shù)較大。表明這3種地類斑塊形狀，受地形地貌條件的制約，因而較不規(guī)則。

從斑塊分離度指數(shù)來看，林地斑塊分離度最小，說明研究區(qū)林地空間連片、集中分布，在整個區(qū)域內(nèi)占主導(dǎo)地位，與林地是該區(qū)域的景觀基質(zhì)相一致。耕地是受地形制約與人類活動干擾的土地利用類型之一，其分離度指數(shù)最接近林地。此外，其他土地和園地分離度指數(shù)最大，說明其分布最為離散，同時從斑塊數(shù)和圖5可以看出，這兩種地類空間布局都較少?？傊魍恋乩妙愋托螤羁傮w上相對較為復(fù)雜，斑塊散亂且較多，這與所處的地理位置和地形地貌有較大的聯(lián)系。

4 對策建議

土地利用結(jié)構(gòu)是自然與人類活動共同作用的結(jié)果，其區(qū)域差異受地理位置、地形地貌、經(jīng)濟因素、人口因素等的影響。自然條件的差異與地理位置息息相關(guān)，形成不同的社會經(jīng)濟條件，進而共同決定土地利用的區(qū)域差異。研究區(qū)屬于典型的欠發(fā)達(dá)地區(qū)，地形地貌獨特，山多地少，社會經(jīng)濟發(fā)展水平低下，交通欠發(fā)達(dá)，人口分布極不均衡，形成了不同區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)和區(qū)位優(yōu)勢的差異性。與發(fā)達(dá)地區(qū)相比，欠發(fā)達(dá)地區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)的區(qū)域差異與不合理利用問題更為突出明顯。因此，應(yīng)加強欠發(fā)達(dá)地區(qū)土地的合理利用，提出相應(yīng)措施，制定適合該區(qū)域發(fā)展的土地利用規(guī)劃與目標(biāo)。

4.1 推進土地節(jié)約集約利用，深化存量土地挖潛

欠發(fā)達(dá)地區(qū)農(nóng)村居民點散亂，農(nóng)民外出務(wù)工，大量耕地荒廢閑置，空心村屢見不鮮。為推進土地的節(jié)約集約利用，可通過以下兩方面進行整頓。一是積極開展舊城與舊村改造，挖潛存量建設(shè)用地。充分利用閑置工礦用地、空心村、空關(guān)戶和磚瓦窯等閑置用房，依法處置閑置、空閑土地，節(jié)地挖潛，盤活存量土地，制定存量土地利用年度計劃與開發(fā)利用配套政策，以行政、經(jīng)濟手段來實現(xiàn)存量土地盤活。二是堅持“生態(tài)型”土地保護理念，節(jié)約集約利用土地。堅守耕地保護紅線，統(tǒng)籌安排城鄉(xiāng)用地，以城帶鄉(xiāng)、以工促農(nóng)，形成城鄉(xiāng)互動、共同發(fā)展格局。

4.2 強化土地資源綜合整治

與發(fā)達(dá)地區(qū)相比，欠發(fā)達(dá)地區(qū)經(jīng)濟落后，交通欠發(fā)達(dá)，可通過土地整治帶動區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展。以統(tǒng)籌發(fā)展為理念，以水、田、路、林、村規(guī)范化為目標(biāo)，以“農(nóng)田增產(chǎn)、農(nóng)民增收”為重點，進行綜合的、高效的土地整治規(guī)劃。將新農(nóng)村建設(shè)與土地整治項目相結(jié)合，通過退宅還耕、增減掛鉤項目，合理安排城鄉(xiāng)用地，實現(xiàn)耕地占補平衡，緩解土地供需矛盾。

4.3 優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)與布局調(diào)整

隨著近幾年西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)經(jīng)濟的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)建設(shè)呈現(xiàn)新面孔。人口快速增長，城鎮(zhèn)建成區(qū)面積不斷擴張，城鎮(zhèn)框架向外輻射拉大，建設(shè)用地供過于求，導(dǎo)致土地利用不盡合理，出現(xiàn)亂設(shè)亂建、違法用地、建設(shè)用地總規(guī)模大幅增長等現(xiàn)象?？赏ㄟ^“三個轉(zhuǎn)移”（村莊向集鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移、散居向規(guī)劃區(qū)轉(zhuǎn)移、農(nóng)民居住由高山向平地轉(zhuǎn)移）和“四個集中”（農(nóng)民向城鎮(zhèn)集中、土地經(jīng)營向適度規(guī)模集中、工業(yè)向園區(qū)集中、產(chǎn)業(yè)發(fā)展向適宜區(qū)集中）的策略，創(chuàng)新土地利用方式，調(diào)整優(yōu)化布局，節(jié)約依法利用土地。

4.4 保護和改善土地生態(tài)環(huán)境

欠發(fā)達(dá)地區(qū)生態(tài)環(huán)境極其脆弱，破壞容易修復(fù)難。因此，要保護好土地生態(tài)環(huán)境。一是保護好森林資源，正確處理使用、防護、治理的關(guān)系，嚴(yán)格控制對生態(tài)林的開發(fā)利用，保護生物多樣性，因地制宜開展退耕還林、植被恢復(fù)等項目。二是保護和提高水資源環(huán)境，開展城鎮(zhèn)、農(nóng)業(yè)污染、工業(yè)污染治理工程。三是加強采礦用地的生態(tài)環(huán)境修復(fù)與治理，采用土地復(fù)墾、邊坡治理、生物技術(shù)等方法，建設(shè)喬、灌、木、草多層次立體植被體系，完成生態(tài)環(huán)境修復(fù)。四是統(tǒng)籌治理城鎮(zhèn)與工業(yè)園區(qū)環(huán)境污染，嚴(yán)格控制污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，加強城鎮(zhèn)綠化建設(shè)，完善土地生態(tài)建設(shè)，為城鎮(zhèn)發(fā)展提供良好的環(huán)境。

4.5 深化土地資源管理制度改革

我國雖然出臺了很多相關(guān)的土地管理制度，但缺乏細(xì)致的、符合實際的土地管理制度。因此，結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H，因地制宜，從完善土地資源市場體系建設(shè)、強化土地征收和農(nóng)轉(zhuǎn)非審批制度、完善戶籍制度改革、加快土地資源信息化建設(shè)等方面進行體制改革。通過市場機制優(yōu)化配置土地資源，利用3S、可視化等現(xiàn)代技術(shù)，構(gòu)成點、線、面三要素空間圖層，更直觀、準(zhǔn)確、實時地形成“一張圖”信息，為社會服務(wù)、監(jiān)督管理提供數(shù)據(jù)支撐。

5 結(jié)論與討論

本文以貴州省三穗縣為例，基于景觀生態(tài)學(xué)和GIS，分析了欠發(fā)達(dá)地區(qū)土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)的特征。研究表明，在土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)上，經(jīng)濟社會條件發(fā)展越好的區(qū)域，土地利用類型越多樣化，集中化程度就越低，土地利用綜合程度就越高。在土地利用空間結(jié)構(gòu)上，受人類活動影響較為強烈的地類，城鎮(zhèn)村及工礦用地、園地與交通運輸用地，其分維數(shù)越小，形狀指數(shù)越大，斑塊形狀越簡單?？傮w來看，研究區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)以林地+耕地為主，以林地為景觀基質(zhì)，土地利用綜合程度偏低。因此，在守住生態(tài)紅線的前提下，要注重保護好土地資源的數(shù)量與質(zhì)量，合理開發(fā)利用土地資源，優(yōu)化配置，節(jié)約集約利用土地，提高土地利用率，促進社會、經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)健康發(fā)展。

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