鲁山县不同坡度下的耕地景观格局分析

吴巷锦 董文晓 吴楠楠

（1.河南理工大学测绘与国土信息工程学院，河南 焦作 454000；2.平顶山学院旅游与规划学院，河南 平顶山 467000）

0 引言

耕地景观是各类耕地资源在各种自然地理要素、生态过程以及自然和人为干扰下形成的耕地异质镶嵌体，是耕地资源组成单元的类型、数目及空间分布与配置的排列和组合［1］。在城市化进程中，耕地景观面临着分割、残留和灭失威胁，大量的耕地转化为建设用地。鲁山县地处伏牛山东麓，为典型的低山丘陵区，耕地资源稀少，耕地景观独特。如何可持续利用与保护耕地资源，需要深入探究其耕地景观特征。随着遥感（RS）、地理信息系统（GIS）、数学模型（MathematicalModelling）技术等的发展，对研究中小尺度的耕地景观格局、时空演变特征具有很大优势［2-8］。因此，本文在新技术支持下，以遥感影像为数据源，选取鲁山县中尺度单元，从空间尺度上探究耕地、二级类水浇地和旱地在不同坡度条件下的景观格局特征，以期为耕地资源保护提供参考。

1 研究区概况

鲁山县（112°14′～113°14′E，33°34′～34°00′N）位于河南省中西部，伏牛山东麓，北依洛阳市，南临南阳市，东接平顶山市，区域面积为2432.32km²。该县三面环山，东与黄淮平原相连，地势西高东低，最高海拔为2153.1m，处于淮河流域沙河上游，素有“七山一水二分田”之称；地处北亚热带向暖温带过渡地带，属暖温带大陆性季风气候，自然资源丰富，文化底蕴深厚；辖6镇15乡，2019年末总人口为96.41万人，人均GDP为20406元；交通便利，郑栾高速、二广高速穿境而过。

2 研究方法

2.1 数据来源

采用数据主要有：2021年5月9日的landsat8OLI遥感影像；30m分辨率的数字高程DEM数据；《河南省鲁山县城市总体规划（2004—2020年）》图件和文本资料；《鲁山县土地利用总体规划（2010—2020年）》图件和文本资料。

2.2 遥感影像处理

运用ENVI软件对遥感影像依次进行辐射校正、影像裁剪、波段组合、图像融合、非监督与监督分类、波段运算（归一化植被指数、地表温度和土壤湿度）等处理操作。其中一级类耕地提取运用非监督分类与监督分类相结合的方法，耕地中二级类旱地和水浇地的提取依据土壤湿度予以区分。

2.3 景观格局指数计算

耕地景观格局的评价，选取斑块总面积、斑块数、斑块密度、斑块面积分布、最大斑块指数、斑块面积标准差、斑块面积变异系数、分离度指数和分维度9个指数。实操过程是将影像提取结果输入Fragstats4.2软件中对9个景观格局指数进行运算与输出。

3 结果与分析

3.1 鲁山县耕地资源分布特征

由表1和图1不难发现，鲁山县耕地资源仅425.2km²，占土地总面积的17.45%，旱地多，水浇地少。且耕地资源空间分布不均匀，主要分布在向平原地区过渡的县东部地带，县中西部则是零星分布。水浇地集中分布在东部地区，呈连续大片分布；旱地主要分布在中部、东北部地区，呈现破碎斑块状分布。

图1 鲁山县耕地资源分布图

表1 耕地资源情况

3.2 鲁山县耕地景观格局指数

运用GIS技术对DEM数据与耕地资源分布图进行空间叠加运算，统计不同坡度下水浇地和旱地分布情况，再运用Fragstats4.2软件计算9个景观格局指数，得到如表2所示不同坡度下的耕地景观格局指数。

3.2.1 水浇地景观格局特征。由表2和图2可知，水浇地主要分布在坡度15°以下区域，该范围内总斑块数为13428个，且占水浇地总面积的99.13%。其中，2°～6°坡度水浇地景观显著分布，且多数景观格局指数值表现为最大，说明该坡度级下斑块分布较为集中，但大小不均匀，斑块几何形状复杂，受人类干扰较少。除第二坡度等级外，分维度值呈逐渐下降趋势，且值均较低，斑块形状相对简单，说明这些坡度级受人类干扰相对较为强烈。从空间分布图不难发现，第一、二坡度级下水浇地相间分布在平原居民区周围和水系沿岸，坡度15°以上水浇地少量零星分布在西部山区。究其原因是受水源、地形和劳动力因素的制约。

表2 不同坡度下的耕地景观格局指数

图2 不同坡度下水浇地景观格局

3.2.2 旱地景观格局特征。由表2和图3可知，旱地景观要素主要分布于0°～15°坡度内，占旱地总面积的96.24%。2°～6°坡度级内，旱地占比最高，且除最大板块指数外，其余景观格局指数最为显著，说明旱地景观要素斑块破碎度高，人力干扰强烈。15°以上坡度级内，旱地景观有少量分布，且斑块面积标准差、斑块面积变异系数和分离度指数均为最低，说明该坡度级下旱地在空间上的分布比较集中，斑块形状比较规整。从空间分布来看，6°以下旱地主要分布于河流附近的水浇地外围，6°～15°旱地多破碎分布在东北、东南位置的丘陵区，15°以上旱地则零星夹杂在北部和西部的山区。说明了人类活动对旱地的开垦利用程度较高，应当采取措施对低坡度旱地持续保护，对高坡度旱地应积极采取休耕或退耕还林还草等措施。

图3 不同坡度下旱地景观格局

对比不同坡度级下的水浇地与旱地，6°以内二者相差较少，而6°以上旱地资源要远多于水浇地。表明旱地资源保护是鲁山县耕地资源可持续利用、生态环境保护与可持续发展的关键。

4 结语

运用RS、GIS技术和景观格局分析方法，将分坡度级的耕地分布情况与景观格局指数相结合，对鲁山县不同坡度下的耕地景观格局进行定性与定量分析。

①耕地类型空间上分布特征为：水浇地大多集中在东部区域，且集中分布水系沿岸及平原地区；而旱地主要分布在县域中东部，西部呈零星分布，与鲁山县地势地貌特征紧密相关。

②水浇地和旱地景观主要分布在0°～2°、2°～6°和6°～15°三个坡度级内，景观指数变化和受人类活动干扰最为敏感也最为强烈，是耕地资源可持续利用与保护的重点区域。15°～25°和＞25°坡度级，仍有少量耕地景观分布，是人类活动干扰到自然生态环境过渡的区域，应当降低对耕地的使用强度与开发力度，践行“两山”理论，推进绿色发展。