基于GIS的农业用地景观格局变化研究——以四川南充嘉陵区为例

卢东琪，田 浩，张 鑫

（1.天津市农业技术推广站，天津 300061；2.南充市博地勘测规划有限公司，四川南充 637002；3.天津市土壤肥料工作站，天津 300061）

农业用地是我国重要的自然资源，农业用地能否得到可持续利用，农业用地景观格局是否合理，直接关系到能否确保我国粮食安全和社会稳定。近年来，伴随城镇化进程的不断推进，农业用地急剧减少，农业用地景观格局破坏问题日益严峻。为了控制城镇过度扩张，保护农业用地资源，构建合理的农业用地景观格局，加强对农业用地变化的动态监测十分必要。遥感技术（Remote sensing，RS）和地理信息系统技术（Geographical informationsystem，GIS）能较为具体和定量的把握农业用地的变化动态，结合景观分析软件还能监测农业用地景观格局的变化，是一种较为先进的技术手段。本研究基于两期土地利用矢量数据，应用地理信息系统技术（GIS）和景观生态学方法，探讨了南充市嘉陵区农业用地比例和农业用地景观格局的变化，旨在为农业用地的保护及可持续发展建设提供依据。

1 研究区域概况

嘉陵区位于四川省南充市，嘉陵江中游西岸，地处东经 105°45′～106°00′，北纬30°27′～30°52′之间。北靠顺庆区，南邻武胜县，西接西充县和蓬溪县，东连高坪区，土地总面积为1278km2。区内地形是西北高，东南低，由东向西，自北而南依次为低山、丘陵及深丘带坝地貌，沿西南成带状分布。南充市嘉陵区属于中亚热带湿润季风气候，四季分明，雨热同季；年平均气温17℃左右，年降雨量1100mm。嘉陵区是典型的农业大区，农业基础好，主要以种养业为主。但近些年，伴随经济社会快速发展和城镇化进程的加快，该地区农业用地资源不断减少，农业用地保护面临严峻形势。

2 研究方法

2.1 土地利用数据处理

由南充博地勘测规划有限公司提供1994年嘉陵区土地利用过度性质数据和2009年该地区土地利用二调数据（矢量）。根据实际情况，将1994年和2009年的土地利用矢量数据划分成8种景观类型，分别为：农田、林地、园地、草地、水域、交通运输用地、公共管理与公共服务用地以及其它类型用地（图1，表1）。

图1 南充市嘉陵区1994年和2009年8种不同景观用地分布示意图

2.2 农业用地面积和景观格局变化

在土地利用分类结果的基础上，应用地理信息系统软件ARC/INFO9.3计算两个时期各种景观用地类型的面积及比例。此外，结合景观指数分析软件FRAGSTATS选择斑块数（Numberof patchs，NP）、破碎度指数（Fragmentationindex，FI）、斑块形状指数（Patchshapeindex，PSI）和分离度指数（Separationindex，SI）作为景观格局指数。其中：

①斑块数，公式：NP=N景观中斑块的总数，取值范围：NP≥1，无上限。

②破碎度指数，公式：FI=Ni/Ai景观i的破碎度，Ni为景观i的斑块数，Ai为景观i的总面积。

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③斑块形状指数，公式： 以正方形为参考几何形状，P为斑块周长，A为斑块面积，当斑块形状为正方形时，LSI的取值最小，等于1；当斑块的形状越复杂或越扁长，LSI的值就越大。

④分离度指数，公式：SI=Dij/Aij指某一景观类型中不同斑块数个体分布的分离度，Dij为景观类型i的距离指数，Aij为景观类型i的面积指数。

3 结果与分析

统计分析结果显示，嘉陵区的农业用地数量不断减少，农业用地不断向其它类型土地利用景观转移，从1994年超过820km2减少到2009年的623km2，减少比例接近1/4。这些减少的农业用地主要转移成了公共管理与公共服务用地（主要是城镇建设用地）和水体等。此外，在1994-2009年期间，农业景观用地斑块数量不断增加，由1994年15376个增加至2009年的21371个，增加比例约为38.9%；农业用地斑块平均面积呈不断减少趋势，从1994年的0.43km2减少至2009年的0.34km2，减少了21%；农业用地斑块平均周长也不断减少，由1994年的1900 m减少至2009年的1329.9m，减少了约为30%。与农业用地斑块平均面积和平均周长相比，农业用地斑块分离度指数、破碎度指数和斑块形状指数呈不断增加趋势（表2）。

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从景观格局分析结果可以看出，1994-2009年15a期间，随着经济发展和人口增长，南充市嘉陵区城镇化不断扩张，嘉陵区农业用地流失严重，其景观格局愈来愈破碎化并呈现离散状态。合理的农业用地景观空间格局对于减少农业面源污染和防灾减灾有着极其重要的作用。在研究期间内，随着以城镇用地、公共服务和公共管理用地等景观的扩张和侵入，农业用地景观保持其生物多样性等生态服务功能将被不断消弱。

4 结论

在快速城市化过程中，由于用地总量一定，公共服务和公共管理（主要是城镇用地）用地的迅速扩展，势必带来农业用地的减少，这一点在景观格局斑块水平的动态变化分析中得到了充分的体现。根据斑块面积、周长、斑块形状指数、破碎度和分离度的变化，农业用地表现出由大面积、均匀分布以及形状规则到空间上的高度分散、小面积分布和形状的不规则化发展的趋势。

整体而言，当前在农业用地方面存在不少问题，主要表现在以下几点：首先，农业用地资源不断减少，农业用地数量不足，人地矛盾日益突出。其次，农业用地资源质量不高，有效农业用地比例较低，土壤肥力结构较差，酸化、盐碱和重金属污染问题突出；此外，生态环境不断遭受破坏，水土流失现象普遍。另一方面，各种城市建设、交通、工矿及民用房等用地大量占用农业用地资源，农业用地浪费严重。最后，农业用地流转规模和经营规模较小，农业生产的专业化、规模化以及现代化水平不高，制约了农业土地综合利用效率的提升。

针对上述农业用地方面存在的问题，必须深化改革，优化和合理使用农业用地。具体而言，建议从以下几个方面着手。

①通过开发荒地、复垦废弃土地和农田建设等方式，增加农业用地资源的有效供应能力；通过农业用地规划和管理手段并结合市场机制，节约使用农业用地，减少浪费，做到经济、合理而有效地使用农业用地。

②农业用地利用工作中，既要强调一定的利用规模，又要注意在现有农业用地上追加投入，挖掘潜力，实现集约经营，把开发和治理结合起来，提高农业用地质量。在农业用地利用中不能只注重总量的大小，还要注意进行农业用地利用结构和格局的优化调整，尽可能把有限的农业用地放到最能发挥其效益的用途上去。

③做好农业用地资源的保护工作，使农业用地资源数量不减少，质量不衰退，生产能力不下降。改善农业用地条件，提高其综合生产能力，不断增加科技投入。

④积极尝试农业用地土地流转机制，不断激发农民改良农业用地的积极性，增加对农业用地长期稳定投入的积极性，促进农业用地的有效利用，切实提高农业用地的经济效益。

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