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1、王村河流域耕地景观破碎度分析 秦建英 薛龙义 山西师范大学地理科学学院 摘 要： 为更准确的研究王村河流域耕地景观的破碎化的特征, 利用 Arcgis10.1 和Fragstats3.4 软件, 选取多个景观破碎化指标, 对该流域内耕地景观的破碎化程度进行了定量分析.关键词： 土地利用; 景观破碎化; 耕地资源; 安泽县; 作者简介：秦建英 (1991) , 女, 山西安泽人, 山西师范大学地理科学学院硕士研究生, 主要从事土地利用与区域发展方面的研究.作者简介：薛龙义 (1956) , 男, 山西闻喜人, 山西师范大学地理科学学院副教授, 硕士生导师, 主要从事土地利用与区域发展方面的研究.
2、收稿日期：2016-09-27Analysis of the Fragmentation Degree of the Cultivated Land in Wangcunhe BasinQIN Jian-ying XUE Long-yi College of Geographical Science, Shanxi Normal University; Abstract： In order to study the fragmentation characteristics of farmland landscape in Wangcunhe basin, using Arcgis 10. 1
3、 and Fragstats 3. 4 software, selecting multiple indicators of landscape fragmentation, the landscape fragmentation degree of cultivated land within the basin is analyzed.Keyword： land use; landscape fragmentation; cultivated land resource; Anze; Received： 2016-09-27景观破碎化是指受自然或人为因素干扰, 导致景观从简单趋向复杂的过程
4、, 即景观由单一、均质和连续的整体趋向于复杂、异质和不连续的斑块镶嵌体1.景观破碎化是表述景观空间结构特征的重要指标2, 是景观生态学的研究热点3.耕地景观破碎化不仅会影响生态系统的结构和功能, 同时也意味着田垄和沟渠面积增加, 不利于提高耕地资源的利用效率及粮食生产的规模效应4.耕地破碎化是许多地区农业发展中存在的突出问题, 国外耕地破碎化问题已有较长的研究历史, 但进展缓慢, 我国的耕地破碎化研究在 20 世纪 90 年代家庭联产承包责任制弊端显露后受到广泛关注5, 起步较晚, 研究成果较少6, 且主要从耕地的自然属性来研究破碎化问题, 而很少有人关注由于权属不同而造成的破碎化程度的差别.
5、随着 3S 技术在土地利用方面的广泛应用和景观生态学的不断发展, 将耕地地块作为构成景观的基本单元, 运用景观指数的定量分析方法, 从耕地景观内部结构和相互作用的关系出发, 研究王村河流域耕地景观的分布及破碎化特征, 揭示不同地块类别及人类活动对耕地景观的影响, 为合理利用与保护耕地资源, 促进生态环境可持续发展提供帮助.1 研究区概况王村河流域位于山西省临汾市安泽县西南部 (图 1) , 在临汾市生态区划上属于东部低山土石区, 流域面积 128.38 km, 涉及冀氏镇的李庄村、核桃庄村、王村、沟口村、冀氏村共 5 个行政村, 其中耕地面积 19.180 7 km, 占总流域面积的 15%.
6、该流域地势西高东低, 北部、西部、南部成马蹄状环绕该流域, 西部的东坞岭是王村河主要的发源地.气候类型属于暖温带半湿润大陆性气候, 年平均降雨量 594 mm, 全年无霜期月 178 d 左右.土壤类型主要是山地褐土, 王村河两侧分布有少量的碳酸盐褐土.区域内植被广布, 生物资源丰富, 森林覆盖率高, 有“临汾后花园”和“北方小江南”之称.农作物主要是玉米、谷子、黄豆、红小豆等, 其中玉米种植占主要优势.2 研究方法与指标选取2.1 数据来源与研究方法选择安泽县王村河小尺度流域作为研究的样本区, 2015 年 8 月2016 年 4 月对流域内各村耕地地块信息进行实地调查, 利用 2015 年
7、 12000 航空正射影像图, 通过 Arcgis 10.1 提取王村河流域耕地地块矢量化数据, 得到 2015 年王村河流域耕地景观类型现状图 (图 1) , 然后将地块矢量化数据转换为能够满足Fragstats 3.4 软件数据分析的 Arc Grid 格式, 在此基础上进行耕地资源景观破碎化指数的计算, 并得出王村河流域耕地景观破碎化的现状及特征.图 1 王村河流域区位图及 2015 年耕地景观类型现状图 Fig.1 The area bitmap and landscape pattern of cultivated land at 2015 in Wangcunhe basin 下载
8、原图按照农村土地承包经营权调查规程研究区域内共有 5 种耕地类别, 分别是承包地、自留地、开荒地、机动地、其他集体土地.自留地与承包地为同一时期按人口分的土地, 二者性质相同所以归入承包地;开荒地为农户私自开垦的四荒地, 是重要的后备耕地资源;机动地为农村集体经济组织为以后可能进行的调整而预留出来的土地;其他集体土地是除上述耕地类别以外的耕地, 调查中以拍卖荒山的方式取得的耕地为主.2.2 耕地景观破碎化指标选取当前对于景观破碎化的定量分析主要是通过计算不同的景观破碎化指数来实现的8.景观破碎化指数能够高度概括耕地景观破碎化的信息, 反映耕地景观内部结构和空间分布等方面的特征.本文在阅读大量文
9、献资料的基础上借鉴已有的研究成果, 从斑块类型尺度和景观尺度上进行分析, 选取斑块平均面积指数、斑块密度指数、边界密度指数、面积加权分维数、形状指数、聚集度指数 6 个常用的景观破碎化指数定量描述耕地景观破碎化程度, 选取斑块类型面积 (CA) 、斑块所占景观面积比例 (PLAND) 及斑块数量 (NP) 作为基础的统计数据, 用以描述流域内耕地景观的基本数量结构特征.斑块平均面积指数 (AREA_MN) :是各耕地类型斑块面积的算术平均值, 用于描述景观粒度, 是景观异质性的关键指标, 可以指征景观的破碎化程度.一般来说, AREA_MN 值越小, 景观破碎化程度越高.斑块密度指数 (PD)
10、 :是各耕地类型斑块个数与研究区面积的比值, 它可以揭示景观类型斑块对景观基质切割的强弱程度.PD 值越大说明景观的破碎化程度越强.边界密度指数 (ED) :是景观边界长度与景观面积的比值, 即景观类型单位面积上的景观边界长度, 表示景观边界分割程度的强弱, 可以直观的反映景观的破碎化的程度.ED 值越大说明单位面积上的景观边界长度越大, 说明景观类型被边界分割的程度越强, 破碎化程度越高, 空间分布越分散, 连通性越差.面积加权分维数 (FRAC_AM) :是反映景观类型的边界褶皱程度的指标, 该指标综合了景观类型中各斑块个数、面积、周长等特征.其取值在 12 之间, 值越小说明景观类型边界
11、褶皱程度越小, 值越大则褶皱程度越大.形状指数 (LSI) :反映各耕地类型内部斑块的组合状况及其与外部其他景观类型组合分布的复杂程度.LSI 值大表明该景观类型的内部组合情况复杂, 与其他外部景观类型有较高的嵌合度, 斑块布局分散, 破碎化程度高.聚集度指数 (AI) :反映不同耕地类型之间斑块的团聚程度, 该指数可以反映景观类型的空间信息, AI 值越小说明景观是由不同类型的小斑块交错组成的, 耕地的破碎化程度越高.3 结果与分析3.1 耕地景观整体特征分析本流域耕地景观有 4 种类型, 共有 4 275 个斑块, 不同耕地类型的斑块数、斑块面积及斑块所占景观面积的比例相差各异 (如表 1
12、) .在这 4 种耕地类型中, 承包地的斑块数为 659 个, 面积为 6.272 4 km, 占流域内耕地面积的 33.55%;开荒地的斑块数目最多为 3 183 个, 面积 11.207 6 km, 占流域内耕地面积的59.94%, 是流域内最主要的耕地类型;机动地斑块个数为 176 个, 斑块面积为0.676 5 km, 占流域内耕地面积的 3.62%;其他集体土地斑块数为 190 个, 斑块面积 0.542 0 km, 占流域内耕地面积的 2.9%.因此, 开荒地以绝大的优势成为王村河流域耕地景观的主要景观类型.表 1 2015 年王村河流域不同耕地类型破碎化指数表 Tab.1 Fra
13、gmentation index of different cultivated land types at 2015 in Wangcunhe basin 下载原表 3.2 不同类型耕地景观破碎化特征分析3.2.1 斑块平均面积分析由表 1 可见, 其他集体土地、开荒地、机动地的斑块平均面积远小于承包地, 说明这三种耕地类型的分割程度和破碎化程度高于承包地, 经实地调查发现, 王村河流域承包地 90%以上分布于河流谷地, 地势相对平坦, 耕地资源连片分布, 而开荒地和其他集体土地主要是农户个人私自开垦或四荒拍卖, 多位于沟谷两侧, 山川交错, 受地形限制, 主要表现为耕地数量增加, 面积减小
14、, 因此景观的破碎化程度较承包地更高.3.2.2 斑块密度和边界密度分析王村河流域内开荒地主要分布在坡面上, 受坡度的原因加之原始地形改变难度大, 缺乏统一规划, 随机性强, 分布散乱, 连通性差, 破碎化程度高, 所以其斑块密度最大为 170.23 个/km, 且斑块边界密度指数大;承包地主要分布在河谷地带, 受河流、道路、居民点的影响大, 加之部分农户有自修田埂的活动, 人为的分割了地块, 使得承包地的边界密度指数仅次于开荒地;机动地是各行政村为新增人口预留的地块, 主要以分布集中的大地块为主, 因此, 其斑块密度值最小为 9.41 个/km.3.3.3 斑块形状特征分析面积加权分维数和景
15、观形状指数是描述景观类型的形状特征的指标.王村河流域开荒地的形状指数和面积加权分维数都是最大的, 分别为 117.07 和 1.30, 说明开荒地与外部其他耕地景观类型的嵌合度高, 内部团聚性差, 且面积加权分维数显示开荒地的景观边界褶皱程度也是最大的;其他集体土地是以四荒拍卖荒山的方式承包给个人的, 个人的荒山范围内的土地类型单一, 内部团聚程度高, 边界的褶皱程度相对较低, 因此其面积加权分维数和景观形状指数较低.3.2.4 斑块聚集度分析聚集度指数是描述不同耕地斑块间团聚程度的.开荒地的聚集度指数最低为82.63, 说明开荒地在空间上是不同类型的小斑块交错分布;承包地则是由较少的大斑块组
16、成的, 集聚程度较高, 因此聚集度指数较高为 88.30.4 结论与建议对王村河流域耕地类别的景观破碎化分析得出以下结论:第一, 开荒地的景观面积最大, 斑块数量最多, 占流域耕地面积的 59.94%, 是流域内最主要的耕地类型, 而承包地则延河谷呈线状分布.人们大量开发四荒地, 挤占了其他生态用地, 加剧了生态退化和生态系统的不稳定, 并影响了整个小流域耕地资源空间组合及空间分布格局.第二, 开荒地的斑块平均面积远小于承包地, 斑块密度和面积加权分维数则大于承包地, 呈现出小斑块、多斑块、高密度、边界曲折的态势, 景观破碎化严重.第三, 在空间分布上承包地聚集度高, 连通性好;开荒地的内部组合复杂, 与其他景观类型的嵌合度高, 斑块分散性强.鉴于以上结论, 王村河流域在土地利用方面应积极开展土地整理工作, 调整土地利用方式;整合地块, 聚零为整, 提高耕地间的连通性;增加耕地的有效利用面积, 提高生产效率, 对于坡度25的地块退耕还林还草, 减轻水土流失, 保持流
