万年县耕地景观破碎度变化及原因分析

饶 磊，郭 熙，叶英聪，许 婷，孙 凯

(江西农业大学 江西省鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室,江西 南昌 330045)



万年县耕地景观破碎度变化及原因分析

饶 磊，郭 熙*，叶英聪，许 婷，孙 凯

(江西农业大学 江西省鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室,江西 南昌 330045)

基于Arcgis和Mapgis软件，利用万年县1992、2007和2013年土地利用数据资料，运用土地评价法和景观格局指数分析的方法，选取一些土地评价指标和景观格局指数，对万年县耕地景观格局进行分析。研究表明：万年县耕地多呈带状和团状分布，1992～2013年这21年以来耕地重心向西北方向偏移；斑块平均面积不断降低，斑块密度和景观形状指数不断上升，说明景观破碎度不断增加，斑块形状不断复杂；耕地景观优势度上升，多样性和均匀度下降。万年县耕地格局在2007～2013年期间变化幅度比1992～2007年期间大，说明万年县变化趋势在加快。

耕地；景观格局；景观指数；动态变化

耕地是土地资源中的重中之重，也是农业生产的核心之一，更是人类得以继续生存发展的必要条件。人们对其的研究也逐步由作为单独的景观单元发展为具有高度耦合的自然-经济-生态系统和景观格局特征，而随着景观生态学在我国不断兴起及其所具有的独特优势，使得其不断运用在城市规划、土木工程建设、土地资源管理、地理国情监测等方面[1-2]。

景观格局是景观生态学中研究的重要内容，它包括景观组成单元的类型、数目以及空间分布与配置，空间斑块性是景观格局最普遍的形式[3]。其常见的分析方法有：GIS空间分析法、遥感分析和景观指数分析等[4-5]。其中，景观格局指数常被用来描述景观格局及其动态变化，在土地利用变化分析[6]、土地生态安全评价[7-8]、土壤侵蚀的景观格局变化[9-10]等方面的应用较多。近年来，随着景观生态学的发展，越来越多的学者利用该研究方法来分析景观格局的变化及其原因。比如：刘淑苹[11]利用GIS技术，结合景观生态指数理论和分形理论对周宁县耕地景观格局特征及影响因素进行分析；陈伟[12]以常州市和常州金坛区为例，从耕地数量、空间布局、景观格局以及配套措施等多角度出发，提出一套两个尺度的耕地景观时空变化分析指标体系对耕地进行分析；格根图雅[13]基于RS技术，以翁牛特旗为例，研究在农牧交错带下的土地资源景观尺度效应。但大部分多为利用fragstats软件进行指数计算，对各指数的影响因素、内在联系等缺少直观认识。且单从景观格局分析方法方面进行分析，缺乏比较性或者全面性。因此，本文利用GIS技术，基于景观指数公式计算方法，并结合土地评价的方法，利用万年县1992、2007和2013年3个时间点的土地利用数据，对耕地的数量、结构变化和景观格局进行分析，揭示景观指数与景观格局之间的关系，并为耕地利用和管理提供一些建议，为其他土地资源利用和管理提供一定借鉴。

1　材料与方法

1.1研究区概况

万年县是江西省上饶市下辖的一个县，地处江西省东北部、鄱阳湖东南岸(图1)。地理坐标为北纬28°30′15″～28°54′5″，东经116°46′48″～117°15′10″。该地属于丘陵地区，境内地貌类型以岗地、丘陵为主，辅之于滨湖平原，地势由东南向西北倾斜，呈阶梯状。辖6镇6乡和2个管委会。万年县为亚热带季风气候，气候湿润温和，日照充足，素有“鱼米之乡”之称。2013年万年县生产总值达91.8亿元，年均增长19.1%，户籍总人口405647人，其中非农业人口75618人，占全部人口的18.64%。

据2013年土地变更调查数据，万年县土地总面积为114840.48 hm2，其中耕地35606.00 hm2，林地62965.16 hm2，城镇村6539.96 hm2，水域及水利设施用地6594.19 hm2，交通用地766.26 hm2，园地579.84 hm2，工矿仓储用地612.92 hm2，其他用地1176.21 hm2。

图1　万年县区位图

1.2数据的收集与处理

本文选定研究区和研究目标后，便着手收集该区数据资料。从万年县一调数据库中收集到1992年土地利用数据, 2007年和2013年土地利用数据则是来源于万年县二调数据库。通过Mapgis将一些数据统一处理和转换为Shapefile数据，并在Arcgis中统一投影转换到高斯克里格投影坐标系、西安1980年坐标系，对其中的耕地图层进行提取,利用Arcgis的空间分析等功能得出数据。

1.3研究方法

1.3.1耕地数量与结构变化分析土地资源的数量分析，首先是分析已利用土地和未利用地的数量及其占区域土地总面积的比例[13]。其次，掌握各种地貌类型、土壤类型和不同坡度等自然状况下的土地资源的数量。对于土地资源的数量，既要用绝对量表示还要用相对量来表示。土地利用结构，是指各种土地利用类型在某区域内的比例关系和组合方式，它反映了土地资源在国民经济各部门及部门内的分配状况和比例关系。对其的分析，可以从土地类型数量结构、土地利用数量结构、土地利用动态结构和土地利用格局指数来进行。土地利用空间结构，是指某个区域内各类土地的空间位置及彼此间组合而成的一定格局，反映一定地域内特殊的自然环境对人类活动的影响，是人们对当地土地结构认识的积累和对当地土地利用改造的结果。对土地利用类型在地区内空间分布的分析，可以使人们更好地认识土地利用与自然、社会和经济的相关性，从而分析土地利用布局的合理性[14-15]。

1.3.2景观格局变化分析与指标选取景观指数分析，是指用一些能够反映景观结构组成和空间分布的量化指标，来反映景观事物空间特征的一种分析方法，也是景观格局分析中最重要的一种方法[16]。据此本研究选取了以下11个能明显反映万年县耕地景观的景观指数，其具体计算公式及意义如表1。

2　结果与分析

2.1耕地数量及结构变化分析

2.1.1耕地数量变化分析本文结合土地评价的方法研究了万年县耕地景观格局变化，所以首先便关注于耕地的数量与结构变化，如表2所示：从1992年到2013年，万年县耕地总面积下降296.94 hm2，占比下降0.2%，稍有下降。在内部结构方面：从1992年到2007年，万年县灌溉水田面积减少403.06 hm2，但占耕地面积比例却上升1.06%，达到65.51%，说明灌溉水田依然保持着重要位置。而望天田面积减少403.06 hm2，占比下降0.68%，在5种耕地类型中下降最多。水浇地和菜地面积分别下降16.56 hm2和70.75 hm2，但占比或上升0.02%或下降0.07%，处于基本持平状态。旱地面积下降246.12 hm2，占比下降0.33%，下降较多。2013年，万年灌溉水田比2007年增加8162.44 hm2，占比上升21.28%，达到86.79%，在耕地中占有很大比重。旱地增加3348.99 hm2，占比上升2.41%。而水浇地则由695.02 hm2锐减为15.38 hm2，只占耕地面积的0.04%，占耕地比例极小。

表1　景观指数选取列表

由于土地调查分类的原因，把耕地内部五大类分为三大类，使得2013年的灌溉水田、旱地、水浇地变化较大。同时，在改为三大类的时候，把望天田归入水田，菜地归入水浇地。根据数值变化可知，万年县水浇地逐渐改为旱地，使得万年县耕地内部灌溉水田和旱地占了99.96%。随着万年县经济的不断发展，使万年县对耕地需求上升，导致该县的耕地总量有所下降。万年县盛产贡米，远销各地，有着良好的经济效益，便驱使农民把种植蔬菜等大棚作物的水浇地改造为旱地或水田，以期获得更好的效益。

表2　万年县耕地数量及结构

注:因为第一次全国土地调查和土地变更调查采用的是土地八大类分类，而第二次全国土地调查则是采用二调分类，所以有空缺信息栏。

2.1.2耕地利用空间结构分析耕地重心变化是研究耕地利用空间变化的一个主要方面[17]，将耕地利用布局形态和耕地重心结合起来进行研究，以此来反映耕地利用的总体分布情况及其变化动态(图2～图5)，图5中3个时期的耕地图层大部分有重叠，所以1992和2007年只能看到变化的部分。

万年县耕地布局形态多呈条带状分布于齐埠乡、汪家乡和珠田乡等，呈片状分布于梓埠镇、湖云乡和万年县城周围。且根据万年县的地形分析可以得出，耕地多集中于地势较低的平原、谷地和河边等地。

根据Arcgis统计得1992年耕地重心为(28°41′44″ N，116°58′55″ E)，2007年为(28°41′43″ N， 116°58′53″ E)，2013年为(28°42′07″ N， 116°57′37″ E)。1992年和2007年的耕地重心坐标几乎重合，而到了2013年整个县的耕地重心向西北方偏移。这是因为1992年到2013年期间，虽然西北部乐安河附近耕地转变为滩涂，但由于持续不断的开发和土地整治等项目的实施，西北部的梓埠镇和湖云乡耕地还是不断增加。东部由于万年县城周围虽有大量耕地但由于县城范围不断扩张，占用的耕地不断增多，使该区域耕地有所减少。

图2　1992年万年县耕地及重心示意图

图3　2007年万年县耕地及重心示意图

2.2耕地景观格局指数变化分析

根据选取的指标，依据Arcgis中polygon功能可以导出数据，并根据公式计算景观格局指数(表3)。由表3可知，从1992到2013年，万年县耕地斑块数总共增加了2416块。然而耕地的最大斑块指数先是在1992～2007年增加0.0076%，上升幅度极小，后是在2007～2013年增加0.3847%，增加的数值和幅度增大。斑块平均面积从减小0.0719 hm2到减小0.3208 hm2，数值不断下降，特别是在2007～2013年期间，变化幅度都是突增。斑块密度在1992～2007年稍微上升，在2007～2013年上升幅度较大。这些结合起来，其中虽然有数据尺度的因素，但仍然说明万年县耕地斑块不断破碎，耕地景观破碎度不断加大。万年县有部分乡镇实施了土地整治项目，从最大斑块指数就可看出，但在整个万年县内耕地的破碎程度是加大的。

图4　2013年万年县耕地及重心示意图

1992～2013年间，边界长度总体上升了559.36 km。但由表2可知，耕地总面积是有所下降的，所以边界密度由337.4672 m/hm2增加到355.9912 m/hm2，说明斑块边界更加复杂。景观形状指数先是略微下降后又较大上升，总体是上升的，说明耕地斑块形状越来越不规则，恰好验证了前面的斑块边界更加复杂。分维度反映斑块的几何形状复杂程度，看数值也是先略微下降，再稍有上升，总体上升，说明斑块形状也是偏向复杂的，又验证了上述观点。

1992～2013年期间，万年县耕地景观多样性指数和均匀度指数都是先基本持平后较大幅度的下降，而优势度指数先是基本持平后较大幅度上升。即：在21年间，万年县耕地景观多样性降低，主要原因为万年县耕地内部5种耕地类型逐渐演变为灌溉水田为主、旱地为辅的格局。而均匀度的下降说明了耕地斑块分布均匀程度趋于不均匀，即斑块更加复杂，验证了前面的观点。优势度的上升也意味着景观内一种或少数几种斑块类型占主导地位，体现在万年县耕地景观上则为灌溉水田和旱地逐渐成为主要耕地类型。

根据上述对比分析的结论，万年县耕地破碎度不断增加，形状逐渐复杂。查阅万年县的历史年鉴和政府工作报告，其在这段时期内的国民生产总值不断上升，且在近年耕地景观指数变化幅度不断增加，由此可推知，随着经济的不断发展，万年县人类活动对耕地景观的影响也不断加大。而随着人口基数的不断增加，变化幅度也在不断加快；在不同时期的土地政策等，也会对耕地格局产生影响；科学技术的提升，也使得万年县对耕地的改造和开发能力也不断增强。

3　讨论与结论

本文通过万年县3个时间节点耕地利用数据，在研究了万年县耕地利用数量、结构和耕地重心等的基础上，选取了11个景观格局指数，采取景观指数分析的方法对万年县耕地景观格局动态进行了分析。结果表明，经过21年的耕地利用，万年县耕地景观有了很大的变化。

1992年到2013年以来，万年县耕地总面积从35902.94 hm2下降到了35606 hm2，耕地结构内部由1992年5种耕地类型到2013年逐步变为以灌溉水田和旱地为主，其中灌溉水田占耕地比例为86.79%，旱地占耕地的13.17%，两者占耕地的比重接近100%。

万年县耕地呈带状和团状分布于齐埠乡、珠田乡和万年县城周围等，且21年以来耕地重心向西北方向偏移。21年间，万年县耕地的斑块数、边界长度、最大斑块指数、斑块密度、边界密度、景观形状指数和分维度都是上升的，说明万年县景观破碎度不断增加，斑块形状日渐复杂。1992～2013年间，万年县耕地景观优势度上升，多样性和均匀度下降，说明其耕地景观格局在21年间是下降的。万年县耕地格局在2007～2013年变化幅度比1992～2003年的变化幅度大，说明万年县景观格局变化趋势是在加快的。

由于万年县生活、生产活动的增强和人均耕地的下降造成耕地面积的减少和景观破碎度、复杂度的上升。而县城扩张、土地整治的实施使得耕地重心发生变化。经济利益的追求又使万年县耕地内部以灌溉水田和旱地为主，影响到景观优势度的上升和多样性与均匀度的下降。

根据上述万年县耕地景观格局变化与原因，我们可以提出：万年县可以在全县范围内推行土地整治项目，使耕地斑块更为整齐和规则，这样也有利于机械耕作和规模经营；同时，根据耕地内部格局的变化，也可以延伸想到，追求经济利益固然重要，但应合理可持续地开发土地资源，集约、节约利用土地，还有尽量保证全县土地利用类型平衡，以使景观多样性得以提升，使整个县域内景观格局也得以良性发展，让万年县的生态、生活环境变得更加美好。这对其他各地来讲也提供了一定的借鉴和指导。

由此，我们可以发现景观格局指数分析方法对于研究人类活动和土地利用动态变化之间的关系是一种很不错的方法。但本文对景观格局指数驱动因子的分析还不够，有待于以后进一步深入。同时我们也应认识到景观格局可以用景观指数来表示，但它不是表示景观格局的唯一方法。景观指数与景观格局不是一一对应的关系，而是多对多的关系，在分析问题的时候我们要具体问题具体分析，不能陷入指数一变就一定对应什么结论的思维定势。

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(责任编辑：许晶晶)

Analysis of Changes and Causes of Farmland Landscape Fragmentation in Wannian County

RAO Lei, GUO Xi*, YE Ying-cong, XU Ting, SUN Kai

(Key Laboratory of Poyang Lake Watershed Agricultural Resources and Ecology of Jiangxi Province,Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, China)

According to the land use data of Wannian county in the years 1992, 2007 and 2013, based on the software Arcgis and Mapgis, we selected several land evaluation indexes and landscape pattern indexes to analyze the landscape pattern of cultivated land in Wannian county by using the methods of land evaluation and landscape pattern index analysis. The research results indicated that: the farmland of Wannian county was distributed mostly in the shape of strip and group, and the gravity center of the cultivated land had shifted to the northwest in the past 21 years (1992～2013); since 1992, the average patch area was decreasing, while the patch density and landscape shape index was increasing, suggesting that the landscape fragmentation degree was increasing and the shape of patches constantly became complex; in these 21 years, the landscape dominance of cultivated land increased, while the diversity and evenness decreased; the rangeability of cultivated land pattern in Wannian county from 2007 to 2013 was greater than that from 1992 to 2007, which showed that the variation trend of cultivated land pattern in this county was accelerated.

Cultivated land; Landscape pattern; Landscape index; Dynamic change

2016-05-15

江西省赣鄱英才“555”领军人才项目(201295)。

饶磊(1993─)，男，江西丰城人，硕士研究生，主要从事土地资源管理研究。*通讯作者：郭熙。

P901

A

1001-8581(2016)10-0082-06