县域土地利用规划对景观格局影响的定量化评价

陈影+张利+何玲+杜哲+马鹰

摘要：在分析河北省武强县土地利用规划前后土地景观格局特征、形成机制基础上，量化分析了土地利用规划对县域景观格局的影响，并提出景观格局指数变化原因。利用文献资料法、实证分析法、地理信息系统（GIS）等技术方法对比分析发现，耕地在整个景观中占首要位置，耕地和居民点及采矿用地的优势度明显高于其他景观类型，土地利用规划前后景观格局指数、景观平均斑块面积等指数都发生了变化。土地利用规划保证了耕地面积及居民点等建设用地不同程度地聚集，牺牲了其他景观类型；景观多样性指数的下降，使整个景观系统的稳定性降低，不利于景观系统的持续发展。研究表明，土地利用规划是一项多目标工程，只有在耕地数量与质量、生态景观、建设用地环境等目标之间达成一种相对平衡，才能达到可持续发展。

关键词：土地利用；规划；景观格局；定量化；评价

中图分类号：F301.24 文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2014）08-0357-03

近年来景观生态学理论被越来越频繁地应用到土地利用规划、土地综合整治、环境和自然保护等领域^[1-2]，其提供的一系列工具和方法能够在无序斑块镶嵌的景观上，发现有潜在意义的规律性^[3]，从而可以比较区域不同时段景观格局的变化及其效应。土地利用规划是为了深入贯彻落实科学发展观，认真执行“十分珍惜、合理利用土地和切实保护耕地”的基本国策，合理配置土地资源，优化土地利用结构，促进社会经济又好又快发展，依据《中华人民共和国土地管理法》等法律法规和国家有关土地利用的方针、政策，以严格保护耕地、保障科学发展用地为重点，以节约、集约利用土地为核心的原则，对县域土地利用规划进行修订。

县域土地利用规划主要阐明规划期内全县土地利用战略，明确土地利用管制的主要目标、任务、政策，引导全县保护和合理利用土地资源。它是全县城乡建设、土地管理的纲领性文件，也是加强全县土地宏观调控和落实土地用途管制制度的重要依据。土地利用规划通过控制总量、优化结构、盘活存量、挖掘潜力，在全县形成一个资源集约、可持续利用、经济社会环境和谐发展的氛围^[4]。

区域土地利用规划对土地生态系统最直接的影响就是景观格局变化，因而有必要对其进行定量分析，评价土地利用规划过程对景观格局的影响^[5]。因此，可从县域景观格局的定量对比入手探讨土地利用规划对生态系统功能的影响，以评价区域景观发展及土地资源利用的持续性。本研究应用景观生态学原理，结合分形理论在景观异质性分析上的优点以及地理信息系统（GIS）的快速图形处理等功能，以河北省武强县为研究区域，对土地利用规划前后该区域景观格局特征及其变化进行分析，对该区未来土地利用及景观格局时空变化特征进行评价，以期为进行下一轮土地利用规划，对区域内各种类型数据进行合理设置和布局提供参考。

1 研究区概况

武强县位于河北省东南部，总面积 444.5 km2，115°45′47″～116°3′44″E，37°54′49″～38°9′47″N，位于华北平原东南部黑龙港流域，土地开阔平坦。海拔高度为14.2～18.7 m，属于冲积平原，为低洼易涝区。境内多河渠，微地貌有近山河流与平原河流冲积及不同方向交互沉积形成的浅平封闭洼地，有因河流改道和泛滥形成的河滩浅平洼地。该县土壤以潮土为主，占总土地面积的99.3%，另有少量盐土，仅占0.7%。该县3个镇和3个乡，共238个行政村。总人口21.66万人。根据该县土地利用二次调查结果及土地变更数据调查结果，2009年该县土地利用面积为4.43万hm2，其中农用地3.64万hm2，建设用地0.58万 hm2，其他用途土地0.21万hm2，农用地比例远大于建设用地和其他用途土地。由此可见，武强县土地利用方向以农用地为主，后备资源相对不足。同时存在一些土地利用问题，如耕地保护形势严峻；建设用地的供给压力凸显；土地利用结构和布局不尽合理，土地利用整体效益不高；土地利用生态环境脆弱，生态承载力较低及土地利用集约程度较低等。

2 景观格局分析评价方法

2.1 数据来源

以武强县全国第2次土地调查数据及成果表格为基础，辅以其他数据资料，主要包括MAPGIS格式的武强县 1 ∶10 000 土地详查及全国第2次土地调查数据；武强县快鸟卫星遥感影像数据；武强县各种土地利用专项规划；近10年武强县经济、土地统计年鉴等资料。在获取土地利用规划前景观图层数据时，首先应在武强县全国第2次土地调查数据的基础上制作土地利用规划现状图，由于全国第2次土地调查数据和土地利用规划数据的土地类型有部分差别，所以应在遵循土地利用类型基数转换规则的基础上，形成武强县土地利用规划现状图，得到景观图层数据，进而按地类编码提取所需的各地类景观格局的图斑数据。土地利用规划后景观图层数据的获取方法如下：在实地勘察及与该县国土部门多次沟通的基础上，确定规划变更范围，制作各种土地利用规划图，将土地利用现状图与土地利用规划图进行叠加对比，进行图斑分割、合并以及属性改变，在此基础上提取景观图层及所需数据。

2.2 区域景观格局指数及计算方法

景观格局主要是指各种景观的空间结构特征及其比例特征，具体是指由自然因素或人为因素等形成的一系列大小、形状各异，排列规则不同的景观镶嵌体在空间中的排列方式，它既是景观异质性的具体体现，又是包括各种干扰在内的多种生态过程在不同尺度上相互作用的结果。景观斑块性是景观格局最基本的表现形式，它可以表现在不同尺度上。景观格局及其动态变化是多种因素相互作用产生的一定区域生态体系的综合反映，景观斑块的数量、类型、大小、形状、空间组合就是多种干扰因素相互作用的体现。

不同景观类型对维护生物多样性，完善生态系统整体结构和功能，促进景观结构自然演替等方面的影响不尽相同。此外，不同景观类型抵抗外界干扰的能力也不尽相同。所以，对某区域景观空间格局的研究，是揭示该区域生态状况及空间异质特征的有效手段。以县域为例，可以将研究区不同生态结构划分为景观单元斑块，通过定量分析景观空间格局的特征指数，从微观角度到宏观角度给出县域生态特征。景观结构的基本组成要素包括斑块、基质、廊道等要素的空间配置形式。从结构上讲，景观格局可以分为点格局、线格局、网格局等。endprint

景观格局指数主要包括景观要素特征和景观异质性等指数。它能反映景观要素结构组成和空间配置某些方面特征的简单定量指标，更好地理解与解释景观功能。目前描述景观格局的指数很多，参考前人研究^[6-7]，结合研究区景观特征，本研究选取的指数、指数模型及其变量含义如表1所示。

3.2.2 景观斑块密度对比 除耕地用地、交通用地及水域用地外，其他景观斑块密度都不同程度地增大，但从整个区域看，景观斑块密度却变化不大，主要原因是耕地景观在整个景观中占有最大比例，而耕地斑块密度基本没有变化。同时说明为了保证耕地指标及占补平衡的要求，牺牲了其他地类的景观特征。

3.2.3 景观多样性指数 对比土地利用规划前后各景观类型的多样性指数发现，农村居民点及城镇工矿用地、水域用地的多样性指数降低。农村居民点及城镇工矿用地多样性降低的原因是其多样性减少，因为在规划过程中对农村居民点进行了重新设计和归并，复垦了很多采矿用地及独立工矿用地，其类型构成比例差异增大。耕地的增加和水域及未利用地的减少加剧了景观类型间的比例失衡，导致整个系统稳定性降低。

3.2.4 景观破碎度指数 研究区域除了耕地的景观破碎度指数增大外，其他景观类型破碎度指数均不同程度降低，说明这些景观实际斑块数与以最小斑块面积为单位计算的“斑块数”的比值降低。该指数反映了总面积、斑块数和景观最小斑块面积之间的关系，当整体上景观斑块面积比较均匀，而有极少的极小斑块时，就有可能对景观破碎化程度作出错误的测算。要对景观破碎化程度作出全面、正确的判断，还要借助平均斑块面积等其他景观指数。

3.2.5 景观优势度 经对比可以发现，规划后耕地、园地、林地、交通用地景观优势度提高，其他用地景观优势度降低。景观优势度与景观多样性反映的景观特征与实际吻合。以农村居民点及城镇工矿用地景观为例，规划后其多样性降低，景观优势度也随之降低的原因是规划后该景观减少。所以，在规划前后景观类型不一致的情况下，应用景观优势度时须要结合其他相关指数合理解释实际情况，否则容易得出与实际不符甚至错误的结论。

3.2.6 分形维数和稳定性指数 规划后分形维数增大的景观是林地及水域用地，分形维数减小的景观为耕地及园地。规划前各景观分形维数从大到小依次为水域用地>未利用地>交通用地>林地>农村居民点及城镇工矿用地>耕地>园地；规划后各景观分形维数从大到小依次为水域用地>未利用地>交通用地>耕地>农村居民点及城镇工矿用地>园地>林地。经对比可知，景观稳定性的排序几乎与分形维数排序相反。

4 结论

通过土地利用规划，耕地面积增加，平均斑块面积也变大，较规划前更规则，更有利于机械自动化及大规模耕作。建设用地面积虽然没有太大变化，但从空间结构来说更集中，集约化程度也更高。从研究区总体看，景观平均斑块面积增大，景观分维数降低，景观斑块的稳定性增强，破碎化程度也降低。同时，也要看到景观优势度增大，为了保证耕地及城镇用地等建设用地面积，减少了其他景观类型面积；景观的多样性指数也下降，景观类型结构发生了较大变化，如采矿用地、独立工矿及小灌木林等重要景观类型减少甚至消失，降低整个景观系统的稳定性，影响景观系统的持续发展。另外，土地利用规划是对研究区土地系统的强烈人为干扰及政策干扰，其后果不仅从景观生态学方面表现出来。这类活动对土地的结构调整、可持续利用、土地质量变化、土地产权关系的变动以及耕地等景观类型本身管理和运行机制等方面的影响都有待进一步研究。

参考文献：

[1]邬建国. 景观生态学——格局、过程、尺度与等级[M]. 北京：高等教育出版社，2000.

[2]Forman R T. Land mosaics：the ecology of landscapes and regions[M]. Cambridge：Cambridge University Press，1995.

[3]齐 伟，张凤荣. 黄淮海平原农区县域土地利用景观格局分析及可持续利用建议[J]. 中国土地科学，2003，17（1）：27-33.

[4]谭志荣，任国平. 论城镇化与县级土地利用总体规划修编中土地资源可持续利用问题——以太谷县为例[J]. 现代农业科学，2008，15（2）：53-59.

[5]邱 扬，傅伯杰. 土地持续利用评价的景观生态学基础[J]. 资源科学，2000，22（6）：1-8.

[6]俞孔坚，李迪华. 城乡与区域规划的景观生态模式[J]. 国外城市规划，1997（3）：27-31.

[7]曹顺爱，余万军，吴次芳，等. 农地整理对土地景观格局影响的定量分析[J]. 中国土地科学，2006，20（5）：32-37.endprint

景观格局指数主要包括景观要素特征和景观异质性等指数。它能反映景观要素结构组成和空间配置某些方面特征的简单定量指标，更好地理解与解释景观功能。目前描述景观格局的指数很多，参考前人研究^[6-7]，结合研究区景观特征，本研究选取的指数、指数模型及其变量含义如表1所示。

3.2.2 景观斑块密度对比 除耕地用地、交通用地及水域用地外，其他景观斑块密度都不同程度地增大，但从整个区域看，景观斑块密度却变化不大，主要原因是耕地景观在整个景观中占有最大比例，而耕地斑块密度基本没有变化。同时说明为了保证耕地指标及占补平衡的要求，牺牲了其他地类的景观特征。

3.2.3 景观多样性指数 对比土地利用规划前后各景观类型的多样性指数发现，农村居民点及城镇工矿用地、水域用地的多样性指数降低。农村居民点及城镇工矿用地多样性降低的原因是其多样性减少，因为在规划过程中对农村居民点进行了重新设计和归并，复垦了很多采矿用地及独立工矿用地，其类型构成比例差异增大。耕地的增加和水域及未利用地的减少加剧了景观类型间的比例失衡，导致整个系统稳定性降低。

3.2.4 景观破碎度指数 研究区域除了耕地的景观破碎度指数增大外，其他景观类型破碎度指数均不同程度降低，说明这些景观实际斑块数与以最小斑块面积为单位计算的“斑块数”的比值降低。该指数反映了总面积、斑块数和景观最小斑块面积之间的关系，当整体上景观斑块面积比较均匀，而有极少的极小斑块时，就有可能对景观破碎化程度作出错误的测算。要对景观破碎化程度作出全面、正确的判断，还要借助平均斑块面积等其他景观指数。

3.2.5 景观优势度 经对比可以发现，规划后耕地、园地、林地、交通用地景观优势度提高，其他用地景观优势度降低。景观优势度与景观多样性反映的景观特征与实际吻合。以农村居民点及城镇工矿用地景观为例，规划后其多样性降低，景观优势度也随之降低的原因是规划后该景观减少。所以，在规划前后景观类型不一致的情况下，应用景观优势度时须要结合其他相关指数合理解释实际情况，否则容易得出与实际不符甚至错误的结论。

3.2.6 分形维数和稳定性指数 规划后分形维数增大的景观是林地及水域用地，分形维数减小的景观为耕地及园地。规划前各景观分形维数从大到小依次为水域用地>未利用地>交通用地>林地>农村居民点及城镇工矿用地>耕地>园地；规划后各景观分形维数从大到小依次为水域用地>未利用地>交通用地>耕地>农村居民点及城镇工矿用地>园地>林地。经对比可知，景观稳定性的排序几乎与分形维数排序相反。

4 结论

通过土地利用规划，耕地面积增加，平均斑块面积也变大，较规划前更规则，更有利于机械自动化及大规模耕作。建设用地面积虽然没有太大变化，但从空间结构来说更集中，集约化程度也更高。从研究区总体看，景观平均斑块面积增大，景观分维数降低，景观斑块的稳定性增强，破碎化程度也降低。同时，也要看到景观优势度增大，为了保证耕地及城镇用地等建设用地面积，减少了其他景观类型面积；景观的多样性指数也下降，景观类型结构发生了较大变化，如采矿用地、独立工矿及小灌木林等重要景观类型减少甚至消失，降低整个景观系统的稳定性，影响景观系统的持续发展。另外，土地利用规划是对研究区土地系统的强烈人为干扰及政策干扰，其后果不仅从景观生态学方面表现出来。这类活动对土地的结构调整、可持续利用、土地质量变化、土地产权关系的变动以及耕地等景观类型本身管理和运行机制等方面的影响都有待进一步研究。

参考文献：

[1]邬建国. 景观生态学——格局、过程、尺度与等级[M]. 北京：高等教育出版社，2000.

[2]Forman R T. Land mosaics：the ecology of landscapes and regions[M]. Cambridge：Cambridge University Press，1995.

[3]齐 伟，张凤荣. 黄淮海平原农区县域土地利用景观格局分析及可持续利用建议[J]. 中国土地科学，2003，17（1）：27-33.

[4]谭志荣，任国平. 论城镇化与县级土地利用总体规划修编中土地资源可持续利用问题——以太谷县为例[J]. 现代农业科学，2008，15（2）：53-59.

[5]邱 扬，傅伯杰. 土地持续利用评价的景观生态学基础[J]. 资源科学，2000，22（6）：1-8.

[6]俞孔坚，李迪华. 城乡与区域规划的景观生态模式[J]. 国外城市规划，1997（3）：27-31.

[7]曹顺爱，余万军，吴次芳，等. 农地整理对土地景观格局影响的定量分析[J]. 中国土地科学，2006，20（5）：32-37.endprint

景观格局指数主要包括景观要素特征和景观异质性等指数。它能反映景观要素结构组成和空间配置某些方面特征的简单定量指标，更好地理解与解释景观功能。目前描述景观格局的指数很多，参考前人研究^[6-7]，结合研究区景观特征，本研究选取的指数、指数模型及其变量含义如表1所示。

3.2.2 景观斑块密度对比 除耕地用地、交通用地及水域用地外，其他景观斑块密度都不同程度地增大，但从整个区域看，景观斑块密度却变化不大，主要原因是耕地景观在整个景观中占有最大比例，而耕地斑块密度基本没有变化。同时说明为了保证耕地指标及占补平衡的要求，牺牲了其他地类的景观特征。

3.2.3 景观多样性指数 对比土地利用规划前后各景观类型的多样性指数发现，农村居民点及城镇工矿用地、水域用地的多样性指数降低。农村居民点及城镇工矿用地多样性降低的原因是其多样性减少，因为在规划过程中对农村居民点进行了重新设计和归并，复垦了很多采矿用地及独立工矿用地，其类型构成比例差异增大。耕地的增加和水域及未利用地的减少加剧了景观类型间的比例失衡，导致整个系统稳定性降低。

3.2.4 景观破碎度指数 研究区域除了耕地的景观破碎度指数增大外，其他景观类型破碎度指数均不同程度降低，说明这些景观实际斑块数与以最小斑块面积为单位计算的“斑块数”的比值降低。该指数反映了总面积、斑块数和景观最小斑块面积之间的关系，当整体上景观斑块面积比较均匀，而有极少的极小斑块时，就有可能对景观破碎化程度作出错误的测算。要对景观破碎化程度作出全面、正确的判断，还要借助平均斑块面积等其他景观指数。

3.2.5 景观优势度 经对比可以发现，规划后耕地、园地、林地、交通用地景观优势度提高，其他用地景观优势度降低。景观优势度与景观多样性反映的景观特征与实际吻合。以农村居民点及城镇工矿用地景观为例，规划后其多样性降低，景观优势度也随之降低的原因是规划后该景观减少。所以，在规划前后景观类型不一致的情况下，应用景观优势度时须要结合其他相关指数合理解释实际情况，否则容易得出与实际不符甚至错误的结论。

3.2.6 分形维数和稳定性指数 规划后分形维数增大的景观是林地及水域用地，分形维数减小的景观为耕地及园地。规划前各景观分形维数从大到小依次为水域用地>未利用地>交通用地>林地>农村居民点及城镇工矿用地>耕地>园地；规划后各景观分形维数从大到小依次为水域用地>未利用地>交通用地>耕地>农村居民点及城镇工矿用地>园地>林地。经对比可知，景观稳定性的排序几乎与分形维数排序相反。

4 结论

通过土地利用规划，耕地面积增加，平均斑块面积也变大，较规划前更规则，更有利于机械自动化及大规模耕作。建设用地面积虽然没有太大变化，但从空间结构来说更集中，集约化程度也更高。从研究区总体看，景观平均斑块面积增大，景观分维数降低，景观斑块的稳定性增强，破碎化程度也降低。同时，也要看到景观优势度增大，为了保证耕地及城镇用地等建设用地面积，减少了其他景观类型面积；景观的多样性指数也下降，景观类型结构发生了较大变化，如采矿用地、独立工矿及小灌木林等重要景观类型减少甚至消失，降低整个景观系统的稳定性，影响景观系统的持续发展。另外，土地利用规划是对研究区土地系统的强烈人为干扰及政策干扰，其后果不仅从景观生态学方面表现出来。这类活动对土地的结构调整、可持续利用、土地质量变化、土地产权关系的变动以及耕地等景观类型本身管理和运行机制等方面的影响都有待进一步研究。

参考文献：

[1]邬建国. 景观生态学——格局、过程、尺度与等级[M]. 北京：高等教育出版社，2000.

[2]Forman R T. Land mosaics：the ecology of landscapes and regions[M]. Cambridge：Cambridge University Press，1995.

[3]齐 伟，张凤荣. 黄淮海平原农区县域土地利用景观格局分析及可持续利用建议[J]. 中国土地科学，2003，17（1）：27-33.

[4]谭志荣，任国平. 论城镇化与县级土地利用总体规划修编中土地资源可持续利用问题——以太谷县为例[J]. 现代农业科学，2008，15（2）：53-59.

[5]邱 扬，傅伯杰. 土地持续利用评价的景观生态学基础[J]. 资源科学，2000，22（6）：1-8.

[6]俞孔坚，李迪华. 城乡与区域规划的景观生态模式[J]. 国外城市规划，1997（3）：27-31.

[7]曹顺爱，余万军，吴次芳，等. 农地整理对土地景观格局影响的定量分析[J]. 中国土地科学，2006，20（5）：32-37.endprint