基于景观生态学的欠发达地区土地利用数量结构与空间特征分析

宋具兰 杨靖

[摘要]分析土地利用数量结构及空间布局，对合理利用土地、优化土地空间格局有着重要意义。结合GIS和景观生态学方法，分析了欠发达地区贵州省三穗县土地利用数量结构与空间结构特征。结果表明，在数量结构上，经济发展越好的区域，土地利用类型越多样化，集中化程度就越低，土地利用综合程度就越高。在空间结构上，受人类活动影响较强烈的地类，其分维数越小，形状指数越大，斑块形状越简单。土地利用结构以林地+耕地为主，以林地为景观基质，土地利用综合程度偏低。同时，土地利用结构的区域差异受地理条件、经济因素和人口因素等的影响。以期为改善欠发达地区土地利用方式、优化土地利用结构与布局、保护和改善生态环境、保障土地生态安全、推进城乡区域协调发展提供参考。

[关键词]景观生态学；土地利用；数量结构；空间结构；特征分析

[中图分类号]F301.2 [文献标识码]A

土地利用是人类对土地自然属性的一种利用方式，也是一种动态、复杂的变化过程。而土地利用结构是人类活动对土地自然属性特征改造和加工的结果，其内容包括数量结构与空间结构两部分。同时，土地利用结构是反映一个区域土地资源的可利用和已利用程度，也反映一个区域的土地开发利用潜力。随着西部大开发的不断深入，欠发达地区开发速度加快，但由于受社会经济、交通因素、地理位置等的限制，欠发达地区对土地利用的方式较为粗放、效率低下、不尽合理，大量土地资源存在难以利用、质量退化、生态环境恶化等问题。而党的十八大以来，党中央高度重视生态文明建设，树立“创新、绿色、开放、共享”的发展理念。因此，从景观生态学角度研究土地利用结构有助于进行土地利用结构优化调控和构建开发利用模式与机理，对科学布局生产、生活、生态空间，促进人与自然和谐共生有着重要意义。

目前，学者们主要集中在土地利用结构区域差异、时空变化、结构优化与驱动力分析等方面，且以数量结构为主，从欠发达地区土地利用数量结构与空间特征的研究较少。因此，本文以欠发达地区贵州省三穗县为研究区域，基于土地内涵，结合景观生态学方法和GIS，探讨土地利用数量結构特征与空间结构特征。对调整和合理规划土地利用类型、构建科学合理的城镇化格局、农业发展格局、生态安全格局、优化土地利用布局具有一定的实践和指导意义。以期为欠发达地区土地利用、开发、规划、管理与发展等方面提供参考。

1 研究区概况

三穗县位于贵州省东部，隶属黔东南苗族侗族自治州，为贵州省东出口之一；位于北纬26°47′～27°04′、东经108°32′～109°04′，总面积102962.44hm2。地形如龟，由西南向东北倾斜，平均海拔在600～800m之间。三穗县属北亚热带湿润季风气候，年平均温度14.9℃，平均降雨量达1100mm左右，适宜农作物生长。县政府驻地为八弓镇，全县辖5镇4乡。2015年，全县人口总数22.78万，其中非农业人口3.66万，城镇化率为16.07%。三穗县以农业发展为主，生产总值为353296万元，农民纯收入6933元，交通落后，交通用地仅占国土面积的0.97%，属于欠发达地区。

2 数据与方法

2.1 数据来源

基础数据和矢量数据来源于2015年三穗县土地利用变更调查数据库。

2.2 研究方法

2.2.1 数量结构分析方法。土地利用数量结构分析是对区域内各土地利用类型数量特征、组合关系的分析。采用景观生态学方法，从4个方面进行分析。

多样性分析。采用吉布斯-马丁多样化指数来反映多样化程度，是对土地利用类型的完整度和多样化情况进行的定量分析。

为多样化指数，为第类土地利用类型的面积比例。

集中度分析。集中化用于分析土地利用的集中程度。

为第区域集中化指数；为第区域各种累计百分比之和；M为土地利用类型完全集中为一种类型时累计百分比之和；R为研究区各种累计百分比之和，即R=737.59。

组合类型分析。采用威弗-托马斯组合系数法，利用土地假设分布（假设相对面积百分比）逐步逼近实际分布（实际相对面积百分比），得到最接近实际分布的土地利用组合类型。

土地利用综合程度分析。本文采用刘纪远等提出的方法，将土地利用程度按土地在社会因素影响下的自然平衡状态分为四级。

为土地利用程度综合指数，反映土地利用的深度和广度；为第i级分级指数；为第i级分级面积百分比；为分级数。

2.2.2 空间结构分析方法。土地利用空间结构反映土地利用类型在地域上的配置和对比关系，选取斑块数量、周长、面积、分维数、形状指数和分离度指数等6个指标表征土地利用空间格局。

分维数。土地利用空间结构具有分形结构特征，即斑块的形状与面积大小之间的关系，反映土地利用斑块边缘的复杂程度，采用周长—面积法进行。

，

D为分维数，D=1.0代表形状最简单的正方形斑块，D=2.0表示等面积下周边最复杂的斑块；P为斑块周长；A为斑块面积。

形状指数。采用与斑块面积相同的圆周长与实际斑块周长的比值，即斑块的紧凑程度。

S为形状指数；A为斑块面积；P为斑块周长。当斑块为圆形时，S为最大值1，S值越接近于1，表示斑块形状越规则。

分离度指数。分离度用于度量不同斑块个体分布的离散或聚集程度，通过计算斑块的面积与数量间的关系来测量其空间分布特征。

，，

Fi为第i类斑块分离度指数；Di为第i类斑块距离指数；Si为第i类斑块面积指数；A为土地总面积；Ai为第i类斑块面积；n为第i类斑块的个数。

3 结果与分析

3.1 土地利用数量结构分析

研究区土地利用率为92.92%，其中林地面积69611.84hm2，占土地总面积比例最大，为67.61%；其次为耕地，占17.79%；其余地类分别占有少量比重。

3.1.1 多样化分析。由表2可知，研究区多样化指数为0.5046，与理论最大值0.857相差0.3524，这说明研究区土地利用类型多样化程度总体偏低，可提升空间较大；而各乡镇土地利用结构的多样化指数在0.3915～0.6249之间，其中最高的为八弓镇，表明该地区土地利用呈多样化形态，这与八弓镇为县政府驻地、人类活动剧烈、经济水平相对较高是一致的。而多样化指数最低的为款场乡，表明该地区土地利用方式单一，这与该地区地形地貌及较落后的经济状况是相对吻合的，两者相差0.2334，说明研究区土地利用结构的多样化程度区域差异较为明显。同时在ArcGIS中运用自然分界法将土地利用结构的多样化程度分为4个级别（见图1），各乡镇土地利用多样化水平的高低与其社会经济水平的发展相一致。

图1 多样化指数空间分布图 图2 集中化指数空间分布图

3.1.2 集中度分析。由表2可知，各乡镇的土地利用集中化指数相差不大，介于-0.4828～0.2769之间，表明研究区土地利用集中化程度较高。再将集中化指数进行自然分界，得到土地利用类型集中化指数空间分布图（见图2），八弓镇为研究区重点发展乡镇，经济水平相对较高，需求越多样，则土地利用类型就越丰富，因此，集中化指数最低。最高的为良上乡和款场乡，集中化程度也最高；这是因为良上乡、款场乡远离县城中心，林地面积比重大，交通落后，经济水平较低，人口稀疏，需求较少，多样化最低，土地利用类型最少。多样化指数与集中化指数呈负相关，分析结果互相验证与补充，土地利用多样化程度高的乡镇，集中化程度就低。比如八弓镇多样化指数为研究区最大，相应地集中化指数为研究区最小；而良上乡和款场乡多样化指数较小，集中化指数则较大。

3.1.3 组合类型分析。由表2和图3可知，研究区土地利用组合类型为两种，即以林地+耕地为组合类型，反映研究区土地利用整体功能偏低，土地利用方式较为单一；除八弓镇、雪洞镇及长吉乡组合类型为林地+耕地外；其余乡镇的组合类型数为1，组合类型为林地。

3.1.4 土地利用程度综合分析。研究区各乡镇土地利用程度综合指数在209.10～228.16（表2），平均值為217.23，其中八弓镇、长吉乡、雪洞镇和瓦寨镇的土地利用程度综合指数高于平均水平。八弓镇土地利用程度综合指数为最高，属高利用程度级（图4），即土地利用综合程度最高。八弓镇城镇村及工矿用地、交通运输用地所占比例最大，人类对建设用地干扰较为剧烈；低利用程度的为款场乡和良上乡。土地利用程度综合不仅反映了土地利用中土地本身的自然属性，而且反映了人类活动与自然环境因素的相互影响与综合效应。土地自然属性的可利用程度越低，其土地利用程度就越高，受人类的干扰程度就越大。今后应不断地提高土地集约化程度和综合利用效益，同时在土地整治中要注意保护生态环境和土地利用的可持续发展。

3.2 土地利用空间结构分析

3.2.1 总体特征。研究区林地面积占总面积比例最大，高达67.61%，其斑块平均面积、最大面积、平均周长和最大周长4个指标在各地类中都居首位（见表3），分值较大，优势明显，可确定研究区的景观基质为林地。其他土地斑块平均周长比城镇村及工矿用地要稍大外，其他指标都比另外6种地类要小。而园地，除了斑块平均面积与平均周长比耕地和城镇村及工矿用地稍大，其余两个指标都最小。此外，耕地斑块数最多，占总斑块数的67.1%，小斑块较多，分布零散且破碎；其他土地斑块数最少，斑块平均面积也最小。总之，研究区土地用空间格局总体特征是以林地为景观基质，以耕地+林地为总体格局，以其余土地为镶嵌体，共同构成土地利用的空间总体格局（图5）。

3.2.2 斑块形态特征。从分维数来看（表3），各地类斑块分维数介于1.406～1.582之间，差异较大，说明所有地类斑块形状总体上相对较为复杂，这与研究区所在的地理位置、地形地貌与自然环境有较大的关系。再从形状指数和分维数两方面来看，城镇村及工矿用地、园地、交通运输用地形状指数相对较大，相应的分维数相对较小，表明这3种地类斑块形状较为简单、规则，受人类社会经济活动的影响，且影响程度相对较大；而耕地、林地和其他土地的形状指数相对较小，相应的分维数较大。表明这3种地类斑块形状，受地形地貌条件的制约，因而较不规则。

从斑块分离度指数来看，林地斑块分离度最小，说明研究区林地空间连片、集中分布，在整个区域内占主导地位，与林地是该区域的景观基质相一致。耕地是受地形制约与人类活动干扰的土地利用类型之一，其分离度指数最接近林地。此外，其他土地和园地分离度指数最大，说明其分布最为离散，同时从斑块数和图5可以看出，这两种地类空间布局都较少。总之，各土地利用类型形状总体上相对较为复杂，斑块散乱且较多，这与所处的地理位置和地形地貌有较大的联系。

4 对策建议

土地利用结构是自然与人类活动共同作用的结果，其区域差异受地理位置、地形地貌、经济因素、人口因素等的影响。自然条件的差异与地理位置息息相关，形成不同的社会经济条件，进而共同决定土地利用的区域差异。研究区属于典型的欠发达地区，地形地貌独特，山多地少，社会经济发展水平低下，交通欠发达，人口分布极不均衡，形成了不同区域土地利用结构和区位优势的差异性。与发达地区相比，欠发达地区土地利用结构的区域差异与不合理利用问题更为突出明显。因此，应加强欠发达地区土地的合理利用，提出相应措施，制定适合该区域发展的土地利用规划与目标。

4.1 推进土地节约集约利用，深化存量土地挖潜

欠发达地区农村居民点散乱，农民外出务工，大量耕地荒废闲置，空心村屡见不鲜。为推进土地的节约集约利用，可通过以下两方面进行整顿。一是积极开展旧城与旧村改造，挖潜存量建设用地。充分利用闲置工矿用地、空心村、空关户和砖瓦窑等闲置用房，依法处置闲置、空闲土地，节地挖潜，盘活存量土地，制定存量土地利用年度计划与开发利用配套政策，以行政、经济手段来实现存量土地盘活。二是坚持“生态型”土地保护理念，节约集约利用土地。坚守耕地保护红线，统筹安排城乡用地，以城带乡、以工促农，形成城乡互动、共同发展格局。

4.2 強化土地资源综合整治

与发达地区相比，欠发达地区经济落后，交通欠发达，可通过土地整治带动区域社会经济发展。以统筹发展为理念，以水、田、路、林、村规范化为目标，以“农田增产、农民增收”为重点，进行综合的、高效的土地整治规划。将新农村建设与土地整治项目相结合，通过退宅还耕、增减挂钩项目，合理安排城乡用地，实现耕地占补平衡，缓解土地供需矛盾。

4.3 优化土地利用结构与布局调整

随着近几年西部欠发达地区经济的快速发展，城镇建设呈现新面孔。人口快速增长，城镇建成区面积不断扩张，城镇框架向外辐射拉大，建设用地供过于求，导致土地利用不尽合理，出现乱设乱建、违法用地、建设用地总规模大幅增长等现象。可通过“三个转移”（村庄向集镇转移、散居向规划区转移、农民居住由高山向平地转移）和“四个集中”（农民向城镇集中、土地经营向适度规模集中、工业向园区集中、产业发展向适宜区集中）的策略，创新土地利用方式，调整优化布局，节约依法利用土地。

4.4 保护和改善土地生态环境

欠发达地区生态环境极其脆弱，破坏容易修复难。因此，要保护好土地生态环境。一是保护好森林资源，正确处理使用、防护、治理的关系，严格控制对生态林的开发利用，保护生物多样性，因地制宜开展退耕还林、植被恢复等项目。二是保护和提高水资源环境，开展城镇、农业污染、工业污染治理工程。三是加强采矿用地的生态环境修复与治理，采用土地复垦、边坡治理、生物技术等方法，建设乔、灌、木、草多层次立体植被体系，完成生态环境修复。四是统筹治理城镇与工业园区环境污染，严格控制污染物排放标准，加强城镇绿化建设，完善土地生态建设，为城镇发展提供良好的环境。

4.5 深化土地资源管理制度改革

我国虽然出台了很多相关的土地管理制度，但缺乏细致的、符合实际的土地管理制度。因此，结合当地实际，因地制宜，从完善土地资源市场体系建设、强化土地征收和农转非审批制度、完善户籍制度改革、加快土地资源信息化建设等方面进行体制改革。通过市场机制优化配置土地资源，利用3S、可视化等现代技术，构成点、线、面三要素空间图层，更直观、准确、实时地形成“一张图”信息，为社会服务、监督管理提供数据支撑。

5 结论与讨论

本文以贵州省三穗县为例，基于景观生态学和GIS，分析了欠发达地区土地利用数量结构与空间结构的特征。研究表明，在土地利用数量结构上，经济社会条件发展越好的区域，土地利用类型越多样化，集中化程度就越低，土地利用综合程度就越高。在土地利用空间结构上，受人类活动影响较为强烈的地类，城镇村及工矿用地、园地与交通运输用地，其分维数越小，形状指数越大，斑块形状越简单。总体来看，研究区土地利用结构以林地+耕地为主，以林地为景观基质，土地利用综合程度偏低。因此，在守住生态红线的前提下，要注重保护好土地资源的数量与质量，合理开发利用土地资源，优化配置，节约集约利用土地，提高土地利用率，促进社会、经济、生态环境的可持续健康发展。

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