基于景觀生態(tài)評(píng)價(jià)與最小阻力模型的江南水鄉(xiāng)土地整治規(guī)劃

韓 博，金曉斌,2,3※，沈春竹，項(xiàng)曉敏，曹 帥，孫 瑞，周寅康,2,3

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基于景觀生態(tài)評(píng)價(jià)與最小阻力模型的江南水鄉(xiāng)土地整治規(guī)劃

韓 博1，金曉斌1,2,3※，沈春竹2,4，項(xiàng)曉敏1，曹 帥1，孫 瑞1，周寅康1,2,3

（1. 南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院，南京 210023；2. 國(guó)土資源部海岸帶開(kāi)發(fā)與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210023；3. 江蘇省土地開(kāi)發(fā)整理技術(shù)工程中心，南京 210023；4. 江蘇省土地勘測(cè)規(guī)劃院，南京 210017）

以統(tǒng)一工程建設(shè)形式和剛性工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為引導(dǎo)，以規(guī)整化和硬質(zhì)化為目標(biāo)，以高強(qiáng)度工程建設(shè)為手段的傳統(tǒng)土地整治，雖在穩(wěn)定耕地?cái)?shù)量、改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件過(guò)程中發(fā)揮了積極作用，但在當(dāng)前生態(tài)文明建設(shè)的要求下亟待轉(zhuǎn)型。江南水鄉(xiāng)作為現(xiàn)代化進(jìn)程與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)沖突最為劇烈的地區(qū)，通過(guò)生態(tài)型土地整治實(shí)現(xiàn)生態(tài)改善、景觀提升的需求更為迫切。該研究以景觀生態(tài)學(xué)理論為指導(dǎo)，按照“景觀格局評(píng)價(jià)-土地整治功能分區(qū)-廊道格局優(yōu)化-斑塊基質(zhì)優(yōu)化”的總體思路，基于空間聚類(lèi)算法及最小阻力模型等GIS方法，選取典型項(xiàng)目提出了生態(tài)型土地整治規(guī)劃方案。通過(guò)規(guī)劃實(shí)施可在保證農(nóng)業(yè)設(shè)施得到改善前提下新增人工濕地面積1.24 hm2，水系廊道連通度和環(huán)通度分別提升55.43%和454.95%，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目區(qū)景觀生態(tài)安全指數(shù)提升35.56%。該研究可為豐富土地整治規(guī)劃方法，探索土地整治生態(tài)轉(zhuǎn)型路徑提供參考與借鑒。

土地利用；規(guī)劃；生態(tài)；土地整治；生態(tài)景觀；江南水鄉(xiāng)；金壇

0 引 言

中國(guó)始于20世紀(jì)末的新時(shí)期土地（農(nóng)用地）整治，通過(guò)調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)、完善農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施等途徑，在增加有效耕地?cái)?shù)量、提高耕地質(zhì)量、提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力、穩(wěn)定糧食生產(chǎn)等方面取得了積極效果[1-3]。但隨著農(nóng)業(yè)發(fā)展階段的轉(zhuǎn)變、生態(tài)文明建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)，當(dāng)前土地整治中存在的問(wèn)題逐漸凸顯。傳統(tǒng)土地整治以穩(wěn)定耕地?cái)?shù)量、改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件為主要目標(biāo)，規(guī)劃層面過(guò)多強(qiáng)調(diào)“田成方，路成網(wǎng)，渠相通、樹(shù)成行”[4]，以地類(lèi)調(diào)整、機(jī)械化土地平整、硬質(zhì)化道路溝渠建設(shè)為主要手段，實(shí)施過(guò)程投入高強(qiáng)度機(jī)械作業(yè)，導(dǎo)致整治區(qū)短時(shí)期內(nèi)生態(tài)環(huán)境遭受劇烈擾動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)期生態(tài)格局及生態(tài)穩(wěn)定性遭破壞，生物多樣性下降，環(huán)境價(jià)值損失受忽視[5]。隨著土地整治目標(biāo)向改善自然生態(tài)環(huán)境、保護(hù)鄉(xiāng)村景觀、促進(jìn)鄉(xiāng)村和諧發(fā)展等多方面拓展，如何在滿(mǎn)足傳統(tǒng)土地整治目標(biāo)要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行生態(tài)轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)生態(tài)保護(hù)、生態(tài)修復(fù)乃至生態(tài)提升，成為相關(guān)學(xué)者研究的熱點(diǎn)[6]。

國(guó)外有關(guān)生態(tài)型土地整治的研究開(kāi)展較早，研究領(lǐng)域逐漸從土地整治景觀影響分析[7]拓展到生態(tài)型土地整治開(kāi)展條件分析[8]，以及以德國(guó)、瑞士、荷蘭為代表的強(qiáng)調(diào)生態(tài)和景觀理論在土地整治規(guī)劃方案及工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[9-10]。國(guó)內(nèi)研究多集中在土地整治的生態(tài)效應(yīng)評(píng)價(jià)[11-13]及生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)[14]、項(xiàng)目區(qū)景觀格局分析[13,15-16]、農(nóng)業(yè)面源污染治理及土壤污染防治[17-18]等。也有學(xué)者從不同尺度、不同區(qū)域進(jìn)行了多種類(lèi)型的生態(tài)型土地整治實(shí)踐探索。王軍等針對(duì)喀斯特地貌地區(qū)，以貴州荔波縣某土地整治項(xiàng)目區(qū)為案例，進(jìn)行了農(nóng)田斑塊、灌排工程、道路工程及生物多樣性工程設(shè)計(jì)[19]；谷曉坤等以上海市郊區(qū)土地整治項(xiàng)目為案例，以項(xiàng)目區(qū)水系、村莊、點(diǎn)源污染、基本農(nóng)田為對(duì)象進(jìn)行了大都市郊區(qū)景觀生態(tài)型土地整治模式設(shè)計(jì)[20]；劉文平等基于野外實(shí)地調(diào)查和現(xiàn)有土地整治項(xiàng)目區(qū)防護(hù)林帶特征分析，進(jìn)行了生態(tài)景觀型農(nóng)田防護(hù)林設(shè)計(jì)[21]。當(dāng)前研究為生態(tài)和景觀學(xué)理念引入土地整治規(guī)劃方案提供了積極探索，但將生態(tài)方法具體應(yīng)用到“田、水、路、林、村”全要素土地整治規(guī)劃中的研究尚不多見(jiàn)。

從古至今“江南”一直是個(gè)不斷變化、富有伸縮性的地域概念。傳統(tǒng)江南水鄉(xiāng)一般特指長(zhǎng)江以南環(huán)太湖周邊地區(qū)，主要包括現(xiàn)代行政區(qū)“蘇錫常滬杭嘉湖”內(nèi)的區(qū)域[22]。該區(qū)域地勢(shì)平坦，水網(wǎng)密布，具有悠久的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)傳統(tǒng)，是全國(guó)種植業(yè)、手工業(yè)最為發(fā)達(dá)的地區(qū)，具有獨(dú)特的地域文化特征和景觀特征?，F(xiàn)代廣義的江南水鄉(xiāng)泛指長(zhǎng)三角地區(qū)，是中國(guó)城市化、工業(yè)化水平最高區(qū)域之一，城市的快速擴(kuò)張、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)展與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生了劇烈沖突。耕地保護(hù)和補(bǔ)充的壓力導(dǎo)致江南水鄉(xiāng)大量坑塘、水系被填埋，景觀類(lèi)型趨于單一化[23]；農(nóng)藥化肥過(guò)量使用造成的農(nóng)田面源污染和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)發(fā)展形成的點(diǎn)源污染導(dǎo)致水污染、土壤污染情況嚴(yán)重，土地利用矛盾亟待解決，江南水鄉(xiāng)日益成為土地整治生態(tài)轉(zhuǎn)型需求最迫切的地區(qū)。目前針對(duì)江南水鄉(xiāng)整治的研究多集中在水系分析與水網(wǎng)治理[24]、鄉(xiāng)村景觀提升[23]等，而根據(jù)其區(qū)域特征針對(duì)性提出生態(tài)型土地整治規(guī)劃設(shè)計(jì)方法的研究較少。本文選取常州市金壇區(qū)某土地整治項(xiàng)目為研究區(qū)，結(jié)合景觀生態(tài)學(xué)理論，基于GIS和RS技術(shù)，設(shè)計(jì)了江南水鄉(xiāng)生態(tài)型土地整治規(guī)劃思路，提出了研究區(qū)規(guī)劃方案。以期為豐富土地整治規(guī)劃方法，探索土地整治生態(tài)轉(zhuǎn)型路徑提供參考與借鑒。

1 研究區(qū)概況與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于江蘇省金壇區(qū)直溪鎮(zhèn)，地理位置為119°25￠55.7432-119°26￠40.7812E,31°51￠53.0682-31°52￠10.1532N，位置示意見(jiàn)圖1。研究區(qū)位于北亞熱帶向北溫南帶過(guò)渡的氣候區(qū)域，受季風(fēng)影響顯著，四季分明，雨熱同期，光照充足；雨量充沛，年均降水量1 063.5 mm，日照率46%，年平均氣溫15.3 ℃，無(wú)霜期228 d，年平均濕度78%；地勢(shì)平坦低洼，平均高程小于6 m，湖蕩眾多，河道縱橫。研究區(qū)涉及一個(gè)獨(dú)立行政村，共1 211戶(hù)，總計(jì)4 024人。

研究區(qū)內(nèi)土地面積107.81 hm2，而水域面積占比達(dá)49.37%，具有典型江南水鄉(xiāng)的特征。耕地39.12 hm2（面積占比36.29%），坑塘水面42.56 hm2（占39.47%），河流水面10.67 hm2（占9.90%），農(nóng)村居民點(diǎn)4.96 hm2（占4.60%）、農(nóng)村道路8.44 hm2（占7.83%），田坎1.07 hm2（占0.99%），園地0.56 hm2（占0.52%）。全部土地均為集體所有，由本村村民承包經(jīng)營(yíng)。

研究區(qū)所在直溪鎮(zhèn)距市中心約20 km，處于蘇錫常都市圈內(nèi)，又位于滬寧城鎮(zhèn)聚合軸、寧常城鎮(zhèn)聚合軸交匯處，具有較好的區(qū)位優(yōu)勢(shì)?！督饓兄毕?zhèn)總體規(guī)劃（2008-2020）》確定直溪鎮(zhèn)以發(fā)展優(yōu)質(zhì)糧油生產(chǎn)、都市觀光農(nóng)業(yè)為主要定位。

實(shí)地踏勘發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)內(nèi)耕地地塊形狀相對(duì)規(guī)整，但受自發(fā)性經(jīng)營(yíng)養(yǎng)殖水面的分割導(dǎo)致地塊分嚴(yán)重割，邊界形態(tài)復(fù)雜；區(qū)內(nèi)溝渠道路設(shè)施尚不完善，難以滿(mǎn)足農(nóng)民生產(chǎn)生活需求，人工截流取水、填埋造塘現(xiàn)象較多，導(dǎo)致水面連通性差；坑塘水面以養(yǎng)殖水面為主，形狀單一、高低不整、封閉性強(qiáng)，缺乏生態(tài)防護(hù)設(shè)置，粗放性經(jīng)營(yíng)下水質(zhì)污染日趨嚴(yán)重；村內(nèi)建筑景觀缺乏層次，植被樹(shù)木缺乏，水鄉(xiāng)地域特征弱。區(qū)內(nèi)生活垃圾污染嚴(yán)重，環(huán)境較為臟亂；研究區(qū)西南角有一鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，生產(chǎn)較為粗放，具有一定的污染性。針對(duì)上述問(wèn)題，有必要進(jìn)行全要素生態(tài)型土地整治規(guī)劃。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

本研究所收集的數(shù)據(jù)包括：1）項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀資料。包括項(xiàng)目區(qū)實(shí)地測(cè)繪成果（2016年，1∶2 000）、土地利用現(xiàn)狀圖（2016年，1∶5 000）、高清遙感影像圖（IKONOS，2016年）等；2）遙感數(shù)據(jù)，Terra MODIS NDVI產(chǎn)品（MOD13Q1）（250 m，16d）(USGS，http://www.edc.usgs. gov/)；3）實(shí)地調(diào)查資料，包括無(wú)人機(jī)航拍、農(nóng)戶(hù)訪談等。以土地利用變更調(diào)查圖為底圖，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，結(jié)合遙感影像、無(wú)人機(jī)航片，在ArcGIS中對(duì)項(xiàng)目區(qū)全部地塊進(jìn)行數(shù)字化。

圖1 研究區(qū)區(qū)位圖

注：拍攝時(shí)間2015年10月9日。

Note：The shooting time is October 9, 2015.

圖2 項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀照片

Fig.2 Status photo of project area

2 技術(shù)路線

在項(xiàng)目區(qū)尺度，生態(tài)型土地整治是基于現(xiàn)有土地整治框架，在實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)整治目標(biāo)前提下，以生態(tài)理念為指導(dǎo)，將生態(tài)方法、生態(tài)技術(shù)融入現(xiàn)有規(guī)劃方法以實(shí)現(xiàn)生態(tài)保護(hù)、生態(tài)修復(fù)、生態(tài)提升等目標(biāo)的土地整治模式。本研究基于傳統(tǒng)土地整治項(xiàng)目規(guī)劃流程，結(jié)合研究區(qū)江南水鄉(xiāng)特征，形成以下技術(shù)路線（圖3）：

1）現(xiàn)狀分析。采用景觀格局分析方法，從景觀尺度和類(lèi)型尺度分析研究區(qū)斑塊、基質(zhì)、廊道總體格局，從圖斑尺度分析各類(lèi)型圖斑形狀、位置、聚集性等特征，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)踏勘、農(nóng)戶(hù)訪談，分析項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀限制因素，確定整治方向。

2）整治分區(qū)。根據(jù)圖斑尺度景觀格局分析結(jié)果，采用空間聚類(lèi)算法，選擇景觀類(lèi)型、形狀指數(shù)、周長(zhǎng)面積比、聚集度等景觀生態(tài)指標(biāo)對(duì)研究區(qū)圖斑進(jìn)行聚類(lèi)，劃分不同土地整治功能分區(qū)，確定各區(qū)重點(diǎn)整治方向和原則。

3）規(guī)劃布局。①廊道優(yōu)化。使用最小阻力模型進(jìn)行道路、溝渠、防護(hù)林等廊道布設(shè)[25]，根據(jù)廊道格局分析結(jié)果及各功能區(qū)整治原則進(jìn)行篩選、修正，形成廊道優(yōu)化布局；②斑塊基質(zhì)優(yōu)化。針對(duì)耕地基質(zhì)、坑塘基質(zhì)/斑塊進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)，確定土地平整等工程在不同功能區(qū)中布局；③生態(tài)組合凈化系統(tǒng)。針對(duì)項(xiàng)目區(qū)點(diǎn)源、面源污染，布設(shè)生態(tài)組合凈化系統(tǒng)。

圖3 技術(shù)路線圖

3 研究?jī)?nèi)容

3.1 景觀格局分析

根據(jù)項(xiàng)目區(qū)土地利用狀況和土地整治工程特點(diǎn)，將原土地利用類(lèi)型進(jìn)行適當(dāng)歸并，轉(zhuǎn)換成耕地、坑塘2類(lèi)基質(zhì)類(lèi)景觀，建設(shè)用地、林地2類(lèi)斑塊類(lèi)景觀以及道路、河流、溝渠3類(lèi)廊道類(lèi)景觀（見(jiàn)表1）。其中，原土地類(lèi)型中，路面寬1 m以上的硬質(zhì)化農(nóng)村道路定義為道路廊道，其他道路歸并至臨近其他景觀。將矢量土地利用類(lèi)型圖按表1轉(zhuǎn)為柵格格式景觀格局分布圖（圖4a）。

景觀尺度選擇景觀斑塊數(shù)、斑塊密度、平均斑塊面積、邊界密度、斑塊面積變異系數(shù)、分離度指數(shù)、景觀豐富度指數(shù)及香農(nóng)多樣性指數(shù)反映景觀特征[26]；類(lèi)型尺度選擇類(lèi)型面積、占項(xiàng)目區(qū)比例、斑塊數(shù)、斑塊密度、面積變異系數(shù)、形狀變異系數(shù)、分離度及聚集度對(duì)各類(lèi)型景觀的特征進(jìn)行評(píng)價(jià)；針對(duì)項(xiàng)目區(qū)廊道，選擇廊道長(zhǎng)度、廊道密度、廊道線點(diǎn)率、廊道連通度、廊道環(huán)通度評(píng)價(jià)其現(xiàn)狀（表2）；圖斑尺度選擇圖斑面積、形狀指數(shù)、周長(zhǎng)面積比進(jìn)行評(píng)價(jià)。使用Fragstates軟件進(jìn)行上述指標(biāo)計(jì)算。

項(xiàng)目區(qū)景觀分布情況及景觀指數(shù)計(jì)算結(jié)果分析如下：

表1 土地利用類(lèi)型與景觀類(lèi)型轉(zhuǎn)換表

1）景觀尺度上，項(xiàng)目區(qū)可分為7類(lèi)景觀。同臨近區(qū)域相比，景觀聚合度和蔓延度較高，分離度較低，香農(nóng)多樣性指數(shù)較低，說(shuō)明研究區(qū)各類(lèi)型景觀破碎化程度較低，景觀多樣性和異質(zhì)性較低，同類(lèi)型景觀有明顯的聚集性；

2）類(lèi)型尺度上，面積占比最大且斑塊數(shù)最多的類(lèi)型為坑塘景觀，且坑塘、河流景觀合計(jì)占總面積54.64%。耕地、坑塘面積變異系數(shù)最高，面積大小不均。耕地、坑塘分離度較低，大部分集中連片，而溝渠、道路、林地分離度遠(yuǎn)高于其他類(lèi)型，呈零散分布；

3）廊道格局方面，3類(lèi)廊道密度均較低，且連通性較差。河流廊道環(huán)通性相對(duì)較好，溝渠道路尚未形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。參考相關(guān)研究[27]，對(duì)道路、溝渠分別做兩側(cè)100 m緩沖區(qū)，計(jì)算其功能覆蓋范圍，分別占項(xiàng)目區(qū)總面積28.78%、13.23%，現(xiàn)狀道路、溝渠難以充分滿(mǎn)足生產(chǎn)生活需求；

4）圖斑尺度上，耕地圖斑普遍較小，形狀指數(shù)和周長(zhǎng)面積比相對(duì)于坑塘較高，聚集度較低，總體較為細(xì)碎。坑塘面積差異較大，但形狀較為均一。其它類(lèi)型圖斑分布較為分散，總體上從西南向東北呈破碎化趨勢(shì)（圖4b、圖4c、圖4d、圖4e）。

圖4 圖斑尺度景觀指數(shù)分布與聚類(lèi)圖

3.2 功能分區(qū)

根據(jù)景觀格局分析結(jié)果可知，研究區(qū)具有明顯的景觀特征空間差異。為在不同區(qū)域提出針對(duì)性整治方向，因地制宜布置工程類(lèi)型，選擇景觀類(lèi)型、圖斑面積、周長(zhǎng)面積比及聚集度作為聚類(lèi)條件，使用KNN（k-nearest- neighbor）空間聚類(lèi)算法將研究區(qū)劃分為景觀類(lèi)型相似、圖斑形狀接近、聚集程度較高的3個(gè)類(lèi)型區(qū)[28]?？紤]到分區(qū)的完整性，結(jié)合研究區(qū)功能定位，對(duì)空間聚類(lèi)分區(qū)結(jié)果進(jìn)行修正得到土地整治功能分區(qū)（圖4f），即農(nóng)田整治區(qū)、水面整治區(qū)及水鄉(xiāng)風(fēng)貌提升區(qū)，確定各分區(qū)整治目標(biāo)、原則和主導(dǎo)工程類(lèi)型：

1）農(nóng)田整治區(qū)，景觀類(lèi)型以耕地為主。以高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)為整治目標(biāo)，以生態(tài)維護(hù)為原則，在盡可能減少生態(tài)擾動(dòng)、生態(tài)破壞的前提下，通過(guò)地類(lèi)調(diào)整，實(shí)施土地平整、田間道路、灌溉排水等工程，宜結(jié)合生物田坎設(shè)計(jì)、田間道生態(tài)路面及生物通道設(shè)計(jì)、溝渠生態(tài)護(hù)坡設(shè)計(jì)及人工濕地等工程措施，以在保證生態(tài)連通性及生物多樣性的前提下實(shí)現(xiàn)耕地產(chǎn)能提升，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率提高，促進(jìn)規(guī)?；?jīng)營(yíng)；

2）水面整治區(qū)，景觀類(lèi)型以坑塘、河流為主。以生態(tài)源地建設(shè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖基地建設(shè)為整治目標(biāo)，以生態(tài)修復(fù)、生態(tài)提升為原則，通過(guò)人工濕地建設(shè)、修建河岸生態(tài)護(hù)坡、布設(shè)生態(tài)組合凈化系統(tǒng)等，優(yōu)化水系結(jié)構(gòu)、改善水體質(zhì)量，提高生產(chǎn)和生態(tài)功能；

表2 景觀特征指數(shù)計(jì)算結(jié)果

注：水系指將河流溝渠作為整體。廊道連通度的取值范圍為[0,1]，值越大連通性越好。廊道環(huán)通度取值范圍為[-1,1]，值越大環(huán)通性越好。

Note: Water system refers to rivers and ditches. The value of corridor connectivity is [0, 1] and the larger the value, the better the connectivity. The range of corridor circuitry is [1,1] and the larger the value, the better the circuitry.

3）水鄉(xiāng)風(fēng)貌提升區(qū)，景觀類(lèi)型多樣。以鄉(xiāng)村景觀建設(shè)為整治目標(biāo)，以生態(tài)維護(hù)為原則，在保持原始自然風(fēng)貌的基礎(chǔ)上，布局具有游憩功能的道路工程，盡可能提高游玩步道視域范圍內(nèi)的景觀豐富度。宜結(jié)合道路布局設(shè)置水鄉(xiāng)風(fēng)格的親水平臺(tái)、廊橋、涼亭等。實(shí)施鄉(xiāng)村景觀提升工程，形成“稻田-流水-人家”的江南特色景觀體驗(yàn)，培育觀光體驗(yàn)農(nóng)業(yè)、休閑農(nóng)業(yè)等新業(yè)態(tài)。

3.3 規(guī)劃布局

3.3.1 廊道格局優(yōu)化

研究區(qū)河流、道路、溝渠廊道連通度和環(huán)通度較低，功能覆蓋范圍小，亟需進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。通過(guò)新建道路、溝渠、農(nóng)田防護(hù)林，滿(mǎn)足交通、灌溉需要，改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，優(yōu)化水系結(jié)構(gòu)。本研究采用最小阻力模型生成新廊道，根據(jù)各整治分區(qū)的整治原則對(duì)廊道進(jìn)行修正篩選，得到廊道優(yōu)化結(jié)果。因溝渠、防護(hù)林隨田間道路進(jìn)行布設(shè)，因此按照“田間道-生產(chǎn)路-斗渠斗溝-農(nóng)渠農(nóng)溝-防護(hù)林”的順序進(jìn)行廊道布局。具體過(guò)程如下：

不過(guò)，這只是一個(gè)傳說(shuō)而已。實(shí)際情況是，飛魚(yú)有趨光的習(xí)性，漁民在捕捉飛魚(yú)時(shí)，會(huì)在太陽(yáng)出來(lái)之前，在漁船上點(diǎn)亮燈光，等待飛魚(yú)覓光而來(lái)，自投羅網(wǎng)。如果你在海邊等待日出時(shí)，看到船頭亮著一盞明燈的小船，那多半是在等待飛魚(yú)“上鉤”的漁船。

1）確定成本阻力系數(shù)。新修道路等廊道的成本包括工程建設(shè)成本、與農(nóng)民協(xié)調(diào)產(chǎn)生的農(nóng)民意愿成本及生態(tài)干擾、破壞產(chǎn)生的生態(tài)成本。影響工程成本的因素選擇景觀類(lèi)型和坡度兩項(xiàng)指標(biāo)；影響農(nóng)民意愿成本的因素包括與原有廊道距離、耕地質(zhì)量（采用NPP（凈初級(jí)生產(chǎn)力）表征，利用自然斷點(diǎn)法分級(jí)打分）和景觀類(lèi)型等3項(xiàng)指標(biāo)；影響生態(tài)成本的因素包括生態(tài)擾動(dòng)范圍（以林地作為生態(tài)源地做緩沖區(qū)，距離生態(tài)源地越近工程擾動(dòng)影響越大）、生物擾動(dòng)范圍（對(duì)村莊、道路景觀做緩沖區(qū)，距離村莊道路越近，生物量越小，生物擾動(dòng)越?。┖途坝^類(lèi)型等3項(xiàng)指標(biāo)。采用層次分析法得到綜合成本阻力系數(shù)（表3），其中，阻力系數(shù)權(quán)重采用層次分析法得到（=0.008 8<0.1，滿(mǎn)足一致性檢驗(yàn)）。將各阻力系數(shù)圖層按權(quán)重進(jìn)行疊加，得到阻力系數(shù)分布圖（圖5a）。

2）生成最小阻力路徑。首先結(jié)合項(xiàng)目區(qū)實(shí)際情況，根據(jù)《高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》（NY/T 2148-2012）田間道路建設(shè)要求確定適宜間距的廊道起點(diǎn)與終點(diǎn)，使用Arcgis中Cost Distance生成每對(duì)道路起點(diǎn)到終點(diǎn)的成本阻力面，然后使用Cost Path工具生成最小阻力路徑（圖5b）。

表3 阻力系數(shù)表

3）廊道篩選和修正

不同整治功能區(qū)設(shè)置不同的篩選條件和修正規(guī)則：①農(nóng)田整治區(qū)廊道優(yōu)化以服務(wù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、提高生產(chǎn)生活便利為目標(biāo)，在保持最小阻力路徑基本方向不變的前提下截彎取直，減小耕地占用，在保證廊道服務(wù)范圍覆蓋全部農(nóng)用地的前提下進(jìn)行篩選；②水面整治區(qū)廊道優(yōu)化以將田間道與村外主干道相連通為目標(biāo)，盡可能減少廊道對(duì)養(yǎng)殖水面的占用，廊道走向沿水面斑塊邊界，同時(shí)要保證廊道服務(wù)范圍基本覆蓋區(qū)內(nèi)農(nóng)用地和建設(shè)用地；③水鄉(xiāng)風(fēng)貌提升區(qū)廊道優(yōu)化以維持自然風(fēng)貌、提升近水游憩功能為目標(biāo)，盡可能使廊道覆蓋范圍內(nèi)景觀豐富度最大。區(qū)域內(nèi)可設(shè)計(jì)較窄路面，形成相互連通、體驗(yàn)性強(qiáng)的游玩步道。結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖5 最小阻力模型結(jié)果圖

圖6 生態(tài)型土地整治規(guī)劃圖

3.3.2 斑塊基質(zhì)優(yōu)化

在各整治分區(qū)，分別確定適宜的斑塊基質(zhì)優(yōu)化途徑：

1）農(nóng)田整治區(qū)

針對(duì)區(qū)域內(nèi)坑塘，為解決農(nóng)田漬水氮磷含量較高導(dǎo)致的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題，將與溝渠鄰接的原有坑塘改造為人工濕地，種植具有吸收水中的氨氮和磷作為自身營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、耐污能力強(qiáng)、去污效果好的水生植物（如石菖蒲、蘆葦、千屈菜等），形成人工濕地—稻田生態(tài)系統(tǒng)[17]。區(qū)內(nèi)除2處較大坑塘保留作為養(yǎng)殖水面外，其余坑塘通過(guò)土地平整工程進(jìn)行填埋，用于補(bǔ)充由于修建道路、溝渠、防護(hù)林等占用的耕地。

2）水面整治區(qū)

該區(qū)域基質(zhì)景觀為坑塘，且多為權(quán)屬明晰的養(yǎng)殖水面。區(qū)域西南角為工業(yè)企業(yè)斑塊，為環(huán)境污染重點(diǎn)防治對(duì)象。區(qū)域內(nèi)養(yǎng)殖水面根據(jù)實(shí)際情況，可將部分適宜坑塘調(diào)整池底深至3 m，水深控制在2.5 m以?xún)?nèi)，池底設(shè)置生物通道，池邊留有鄉(xiāng)土灌草緩沖帶，在保證養(yǎng)殖效率的同時(shí)，可確保水生動(dòng)植物的棲息，提升魚(yú)塘水質(zhì)和生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境[29]。

為防治點(diǎn)源污染，同時(shí)一定程度消解農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)的面源污染，基于項(xiàng)目區(qū)水系流向勘測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)農(nóng)業(yè)淺層排水系統(tǒng)的氮磷污染物遷移原理，采用“河岸植被緩沖帶—生物池接觸氧化單元—濕地?cái)r截系統(tǒng)—入河口生態(tài)攔截—植物凈化集成技術(shù)”五級(jí)負(fù)荷消減治理模式，形成串聯(lián)的生態(tài)組合凈化系統(tǒng)。如圖6所示，西段以鄰河圩堤為基礎(chǔ)，通過(guò)“喬灌草”結(jié)合的植被緩沖帶建設(shè)（緩沖帶類(lèi)型：?jiǎn)棠緦娱g隔種植柳樹(shù)和香樟，灌木層種植紅花繼木，地被層種植沿階草），隔離工業(yè)高污染風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和水系景觀，同時(shí)一定程度上吸附污染氣體；中部通過(guò)接觸氧化單元和生物凈化池單元對(duì)農(nóng)田漬水進(jìn)行逐級(jí)凈化，利用生物措施（水生植物、生物填料等）、微生物代謝進(jìn)行表流和潛流凈化，吸納生產(chǎn)帶來(lái)的面源污染；東段利用浮水植物單元，經(jīng)過(guò)水生植物的吸收、分解作用，凈化匯集水面，維護(hù)水系生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，提升區(qū)域生態(tài)服務(wù)功能。

3）水鄉(xiāng)風(fēng)貌提升區(qū)

該區(qū)域景觀類(lèi)型豐富，四面環(huán)水，村、田、林等景觀相互交錯(cuò)。但由于村莊斑塊分布散亂且生活垃圾污染嚴(yán)重，導(dǎo)致整體風(fēng)貌較差，亟待整治。根據(jù)該區(qū)域提升江南水鄉(xiāng)風(fēng)貌、維護(hù)生態(tài)環(huán)境、引導(dǎo)鄉(xiāng)村休閑旅游的整治目標(biāo)，重點(diǎn)圍繞設(shè)施完善、村莊綠化和村容美化，實(shí)施鄉(xiāng)村景觀提升工程。鄉(xiāng)村綠化方面，采用樹(shù)池、竹籬笆或水泥砌筑等不同方式，進(jìn)行道路綠化，增加宅間、庭院、墻角綠化，對(duì)居民點(diǎn)水池、現(xiàn)狀空地等節(jié)點(diǎn)進(jìn)行綠化，改善村莊生態(tài)環(huán)境。設(shè)施完善方面，增加垃圾收集點(diǎn)，考慮現(xiàn)狀村莊人口及未來(lái)游憩人口數(shù)量設(shè)置村內(nèi)垃圾箱和公共衛(wèi)生設(shè)施。村容美化方面，引導(dǎo)居民改造江南水鄉(xiāng)特色的住宅和菜園，從色彩、形態(tài)結(jié)構(gòu)、綠化等方面還原江南水鄉(xiāng)的視覺(jué)風(fēng)格；此外，適當(dāng)增加休閑觀光設(shè)施，結(jié)合規(guī)劃游玩步道修建水橋、石拱橋、木質(zhì)八角涼亭以及親水平臺(tái)等，既為居民提供納涼、休憩之地，構(gòu)建環(huán)境優(yōu)美的生活空間的同時(shí)，突出江南水鄉(xiāng)的獨(dú)有韻味，促進(jìn)鄉(xiāng)村旅游的發(fā)展[30]。針對(duì)區(qū)域內(nèi)耕地、林地斑塊，應(yīng)保留原始景觀格局，與村莊景觀協(xié)調(diào)形成多層次的鄉(xiāng)村景觀體驗(yàn)。以土地整治基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)引導(dǎo)發(fā)展體驗(yàn)農(nóng)業(yè)、采摘農(nóng)業(yè)等新業(yè)態(tài)，為拓展鄉(xiāng)村旅游和農(nóng)事體驗(yàn)創(chuàng)造條件。

通過(guò)廊道格局優(yōu)化及斑塊基質(zhì)優(yōu)化，形成項(xiàng)目區(qū)生態(tài)型土地整治規(guī)劃方案（圖6）。

3.4 方案評(píng)價(jià)

為驗(yàn)證方案可行性和實(shí)施效果，從工程建設(shè)、景觀生態(tài)安全2方面對(duì)生態(tài)型土地整治規(guī)劃方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1）工程建設(shè)

通過(guò)項(xiàng)目規(guī)劃，新建田間道4條，總長(zhǎng)3 102 m；新建生產(chǎn)路13條，總長(zhǎng)3 403 m；新建游玩步道8條，總長(zhǎng)2 693 m；新建斗溝2條，總長(zhǎng)717 m；新建斗渠3條，總長(zhǎng)1 479 m；新建農(nóng)溝5條，總長(zhǎng)1 116 m；新建農(nóng)渠8條，總長(zhǎng)1 398 m；新建防護(hù)林3 743 m；實(shí)施土地平整4個(gè)區(qū)域，總面積25.26 hm2，占耕地總面積的64.57%；新建人工濕地1.24 hm2，占坑塘總面積的2.91%。整治后項(xiàng)目區(qū)溝渠功能覆蓋面積占項(xiàng)目區(qū)總面積54.02%，相比整治前提高了40.79%；道路功能覆蓋面積占比88.84%，提高了60.06%，項(xiàng)目區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施得到完善。

通過(guò)項(xiàng)目規(guī)劃，項(xiàng)目區(qū)廊道網(wǎng)路格局有較大變化。計(jì)算結(jié)果顯示，由于規(guī)劃方案未涉及河道變化，因此河流廊道結(jié)構(gòu)保持不變。但通過(guò)生態(tài)溝渠的建設(shè)，溝渠廊道密度較整治前提高447.31%，溝渠廊道環(huán)通度提高114.91%，溝渠廊道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)明顯改善。通過(guò)溝渠修建，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目區(qū)水系貫通，水系廊道連通度提高55.43%，水系環(huán)通度提高454.95%，項(xiàng)目區(qū)水系結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化。此外項(xiàng)目區(qū)道路廊道格局也有明顯改善（表4）。

表4 整治后項(xiàng)目區(qū)廊道網(wǎng)絡(luò)景觀指數(shù)計(jì)算結(jié)果

以《江蘇省土地綜合整治項(xiàng)目預(yù)算定額》、《美麗鄉(xiāng)村建設(shè)指南》（GB/T 32000-2015）、《江蘇省房屋修繕工程預(yù)算定額》、《江蘇省仿古建筑及園林工程預(yù)算定額》等為依據(jù)，參考其他土地整治工程投資情況，估算該項(xiàng)目施工費(fèi)投資為1 067.61萬(wàn)元。其中土地平整工程59.47萬(wàn)元，灌溉與排水工程79.63萬(wàn)元，田間道路工程164.81萬(wàn)元，農(nóng)田防護(hù)林工程10.11萬(wàn)元，鄉(xiāng)村景觀提升工程576.58萬(wàn)元，生態(tài)組合凈化系統(tǒng)工程177.01萬(wàn)元。單位投資強(qiáng)度為9.89萬(wàn)元/hm2。作為比較，項(xiàng)目區(qū)臨近的省投土地整治項(xiàng)目單位投資強(qiáng)度為6.16萬(wàn)元/hm2，生態(tài)型土地整治較該項(xiàng)目投資強(qiáng)度高60.55%，在國(guó)土綜合整治即將廣泛開(kāi)展的背景下，方案實(shí)施具有可行性。

2）景觀生態(tài)安全

構(gòu)建生態(tài)安全格局、維護(hù)生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定性是生態(tài)型土地整治規(guī)劃的重要目標(biāo)，結(jié)合景觀生態(tài)學(xué)原理，以項(xiàng)目區(qū)各類(lèi)景觀為評(píng)價(jià)單元，選擇景觀生態(tài)安全指數(shù)對(duì)項(xiàng)目區(qū)整治前后進(jìn)行生態(tài)安全評(píng)價(jià)。計(jì)算方法如下：

表5 景觀生態(tài)安全指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)論與討論

本研究針對(duì)江南水鄉(xiāng)背景下的鄉(xiāng)村地區(qū)，基于景觀生態(tài)學(xué)理論、土地整治規(guī)劃理論、生態(tài)工程理論，采用GIS與RS技術(shù)，按照“景觀格局評(píng)價(jià)-土地整治功能分區(qū)-廊道格局優(yōu)化-斑塊基質(zhì)優(yōu)化”的總體思路，提出了生態(tài)型土地整治規(guī)劃方案，得到以下主要結(jié)論：1）生態(tài)型土地整治規(guī)劃應(yīng)在傳統(tǒng)土地整治基礎(chǔ)上，在目標(biāo)、模式、方法等方面延伸，將景觀格局分析、最小阻力模型、面源污染防治技術(shù)等多領(lǐng)域方法與土地整治分區(qū)、道路溝渠布局等傳統(tǒng)土地整治規(guī)劃方法融合，促進(jìn)土地整治多功能目標(biāo)實(shí)現(xiàn)；2）針對(duì)江南水鄉(xiāng)區(qū)域，應(yīng)同時(shí)考慮到其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)目標(biāo)、城鎮(zhèn)化工業(yè)化壓迫的現(xiàn)狀以及豐富文化特征的鄉(xiāng)村景觀提升潛力，因地制宜確定合理整治方向，將傳統(tǒng)工程整治手段與區(qū)域產(chǎn)業(yè)特色相結(jié)合；3）通過(guò)生態(tài)型土地整治規(guī)劃，在實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)設(shè)施完善目標(biāo)的同時(shí)，可提升項(xiàng)目區(qū)總體景觀生態(tài)安全狀況，除河流外其他各類(lèi)型景觀生態(tài)安全指數(shù)均提高。

生態(tài)型土地整治規(guī)劃需要與適宜的工程設(shè)計(jì)相銜接才能發(fā)揮其完整功能，實(shí)現(xiàn)生態(tài)功能。針對(duì)本文提出的生態(tài)型土地整治規(guī)劃方案，建議按照以下原則對(duì)各類(lèi)工程進(jìn)行生態(tài)選型：1）針對(duì)土地平整工程，可采用生態(tài)化田坎設(shè)計(jì)，綜合考慮水土保持、景觀效果、穩(wěn)固性及就地取材等因素，修筑萱草生物田坎，以增強(qiáng)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的多樣性，避免工程對(duì)地表的擾動(dòng)及其造成的土壤流失，提高田坎穩(wěn)定性和透水性，保護(hù)水土資源，美化景觀；2）針對(duì)田間道路工程，可采用生態(tài)路面設(shè)計(jì)，生產(chǎn)路采用素土路基分層壓實(shí)，田間路采用泥結(jié)石路面，以碎石為骨料、泥土為填充料和黏結(jié)料。利于花草生長(zhǎng)，最大限度地保證了土壤生態(tài)功能的發(fā)揮，便于不同斑塊內(nèi)動(dòng)物的活動(dòng)與遷移。此外應(yīng)在田間道適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)設(shè)置專(zhuān)用的涵管式通道、生態(tài)橋和涵洞，在溝渠與道路交叉處配套設(shè)置涵洞（生態(tài)孔），防止生境破碎化，保障生物的流動(dòng)性及生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；3）針對(duì)灌溉與排水工程，可采用生態(tài)斷面設(shè)計(jì)，將溝底設(shè)計(jì)成凹凸起伏變化的底面，提供多樣化的溝底棲息環(huán)境，減緩雨水對(duì)溝道土壤的沖刷力度。溝渠可按適當(dāng)間距設(shè)置生態(tài)逃離步梯，便于兩棲類(lèi)或哺乳類(lèi)動(dòng)物在水陸兩域間遷移。

此外本研究尚存在一些問(wèn)題有待在后續(xù)研究中進(jìn)一步深入：1）氮磷元素的流動(dòng)、生物生境及生物多樣性是小尺度區(qū)域內(nèi)生態(tài)型土地整治重要的影響對(duì)象，但受研究條件和數(shù)據(jù)限制，本研究未開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)分析。后期研究中，有必要結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)方法進(jìn)行深入，以增強(qiáng)對(duì)土地整治生態(tài)效應(yīng)的有效表征；2）現(xiàn)狀土地整治仍是政府主導(dǎo)，以政府來(lái)源資金為主要抓手，多要素綜合整治必然面臨預(yù)算與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)不符，如何將生態(tài)型土地整治與上位規(guī)劃銜接，仍需進(jìn)一步探索；3）生態(tài)型土地整治規(guī)劃設(shè)計(jì)的成效如何定量化評(píng)價(jià)，如何權(quán)衡現(xiàn)實(shí)可見(jiàn)的農(nóng)民利益與潛在的生態(tài)價(jià)值都有待深入研究。

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Jiangnan water town land consolidation planning based on landscape ecological evaluation and minimum cumulative resistance model

Han Bo1, Jin Xiaobin1,2,3※, Shen Chunzhu2,4, Xiang Xiaomin1, Cao Shuai1, Sun Rui1, Zhou Yinkang1,2,3

(1.210023,; 2.210023,; 3.210023,; 4.210017,)

The traditional land consolidation with high-intensity engineering construction，guided by unified engineering construction and rigid engineering construction standards, with the goal of regularization and hardening, has played an active role in stabilizing the amount of cultivated land and improving agricultural production conditions. However，it is unsustainable in the context of current ecological civilization construction. The high-intensity mechanical operation made the ecological environment in the project area be severely disturbed in a short time. The lack of ecological consideration results in the destruction of the overall ecological pattern and ecological stability of the project area. As the region suffering from the most serious conflict between modernization process and traditional agriculture, Jiangnan Water Town has more complex land use structure and fragile ecological landscape. There has an urgent need for ecological improvement and landscape improvement through ecological land consolidation. Guided by landscape ecology theory, this study selects a typical project following the idea of ??“l(fā)andscape pattern evaluation—land consolidation function partition—corridor pattern optimization—plaque matrix optimization” based on ecological landscape evaluation and minimum resistance model. Then we estimate the investment of the plan to judge the feasibility of the plan according to relevant planning and design standards. Finally, we verified the land consolidation planning scheme from the aspects of engineering construction and landscape ecological security. The implementation of the plan results a great improvement, including an increase by 40.79% in the coverage of the ditches, increase by 60.06% in the coverage of road functions, 1.24 hm2of ??newly constructed artificial wetlands, an increase by 447.31% in the density of trenches and corridors, and the circulation of the ditches was improved by 114.91%, the connectivity and circulation of the water corridor were increased by 55.43% and 454.95% respectively, and the landscape ecological safety index of the project area was increased by 35.56%. These results show that the ecological land consolidation plan is worthy to be extended on the basis of traditional land consolidation in terms of objectives, models and methods. And the ecological land consolidation should integrate the multi-field methods such as landscape pattern analysis, minimum resistance model and non-point source pollution prevention technology with traditional land consolidation planning methods such as land consolidation zoning and the road —ditches layout to promote the multi-purpose goal of land consolidation. For the Jiangnan water town area, it should be taken into account the agricultural production targets, the status quo of urbanization industrialization oppression and the rural landscape enhancement potential with rich cultural characteristics. The planning should determine the rational rectification direction according to local conditions, and combine traditional engineering consolidation methods with regional industrial characteristics. Through the ecological land consolidation plan of this study, the overall landscape ecological security status of the project area can be improved meanwhile achieving the goal of improving agricultural facilities. This research can provide a reference for enriching the land consolidation planning method and exploring the ecological transformation path of land consolidation.

land use; planning; ecology; land consolidation; ecological landscape; Jiangnan water town; Jintan

韓 博，金曉斌，沈春竹，項(xiàng)曉敏，曹 帥，孫 瑞，周寅康. 基于景觀生態(tài)評(píng)價(jià)與最小阻力模型的江南水鄉(xiāng)土地整治規(guī)劃[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(3)：235－245. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.03.030 http://www.tcsae.org

Han Bo, Jin Xiaobin, Shen Chunzhu, Xiang Xiaomin, Cao Shuai, Sun Rui, Zhou Yinkang. Jiangnan water town land consolidation planning based on landscape ecological evaluation and minimum cumulative resistance model[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(3): 235－245. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.03.030 http://www.tcsae.org

2018-08-07

2018-10-23

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2015BAD06B02）

韓 博，博士生，主要從事土地整治相關(guān)研究。 Email：mg1727028@smail.nju.edu.cn

金曉斌，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事土地資源管理研究。Email：jinxb@nju.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.03.030

F301.2

A

1002-6819(2019)-03-0235-11