边境县域耕地景观格局时空变化分析

林莹　陆汝成　梁倩婧　叶杰　王成成　陈玥　卢嘉慧

【摘 要】景观格局变化可以客观地反映自然变迁或人类活动对地表环境的影响。广西龙州县地处中越边界线，研究其耕地景观时空变化对于加深认识边界土地利用变化、明晰边境县域耕地保护及可持续发展工作成果具有重要意义。文章通过综合运用“3S”技术和景观格局指数法，对龙州县2004年、2009年和2014年Landsat-TM遥感影像进行分析，研究龙州县耕地10年间景观格局动态变化。研究结果表明：2004—2014年，龙州县增加耕地斑块的高程、坡度较低，质量较高；增加耕地规模较小、零碎，分布离散，景观分离程度加重；耕地景观被分割的程度减轻，破碎程度呈下降趋势；耕地连片程度有所增长，耕地景观空间分布趋于集中，斑块更为规则；边境沿线上抛耕撂荒程度加剧。

【关键词】耕地景观；时空变化；“3S”技术；龙州

【中图分类号】F301.2 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）03-0158-05

0 引言

景观格局变化是反映人类与环境进行物质能量交互作用的重要表现[1]，主要表现为土地利用/土地覆盖的变化（简称LUCC）[2]。认识土地利用变化与景观格局之间的相互作用机制已成为土地变化科学的核心问题[3]。近年来，利用“3S”技术和景观生态学方法进行土地利用景观的研究日益成为热点[4]，遥感影像中土地利用的时空演化为研究提供最客观的素材，彭月等人[5]、全占军等人[6]、张培峰等人[7]、赵永华等人[8]、李均力等人[9]利用遥感技术分析植被、建筑、耕地景观格局变化来获取土地利用演变规律。现有关耕地景观格局时空变化的分析和研究已取得一定的成果，如陈学渊等人在耕地景观时空分析中引入土地利用动态度、扩展指数，计算土地利用转移矩阵，较好地探明了区域耕地格局动态变化的过程和差异特征[10]；吴莉等人探索和提出Spatial-Markov模型适合景观格局过程分析[11]。但已有的研究大多数关注热点区域的流域[12-13]、耕地[14-15]、湿地[16-17]、森林[18]等景观，边境地区景观格局研究集中在旅游[19-20]、生态[21]、城市[22]等，而极少涉及边境地区耕地景观。龙州县地理位置特殊，是广西与越南接壤的8个市县之一。龙州县境内四面环山，且有2条河流与越南水域交汇，中越边境地区（广西段）土地利用类型的变化会对当地乃至国家的社会经济发展产生深远的影响[23]。鉴于此，本文以边境县域广西龙州县为例，运用“3S”技术与Fragstats4.2景观分析软件，分析2004年、2009年、2014年龙州县耕地景观格局特征，探讨10年间龙州县耕地景观格局的演变规律。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

遥感影像选用（云量<5%）成像时间分别为2004年12月30日、2009年10月30日的landsat-5卫星数字影像及2014年12月30日的landsat-8卫星数字影像；数字高程数据选用分辨率为30 m的2004年、2009年、2014年的GDEMV2影像；实地考察、收集龙州县行政区栅格数据、2004—2014年的土地利用变更数据及社会经济资料、政府工作报告、统计年鉴。

1.2 研究方法

1.2.1 “3S”技术分析

运用GPS技术精确获取样本地物，结合RS技术整合解译获取的遥感数据，利用GIS技术将其制作成研究的基础性数据。

1.2.2 景观格局分析

借助景观格局指数分析法，定量反映研究区域要素空间分布和结构排列方式，用景观的分离程度、破碎程度、形状指数来详细分析和反映景观格局特征。

2 耕地变化分析

2.1 耕地数量变化分析

在ENVI环境支持下，通过监督分类，获取了龙州县2004年、2009年和2014年的土地利用现状图，提取耕地、园林地、草地、水域、建设用地、未利用地6种地类变化（如图1所示）。

从图1上可以看出，从2004—2009年间有大片的未利用地、草地转换为耕地，2009—2014年耕地总体变化不大，总的来说，2004—2014年10年间耕地数量呈增长的趋势。实地考察中发现，在与越南接壤的板陋、板探、板棒村，存在耕地撂荒，部分耕地变草地的现象，从解译结果查证，可以发现2014年上述3个村庄的耕地面积相较2004年有所减少。3个时段的耕地数量均呈上升的趋势，具体见表1。

从表1中可知，2004—2009年耕地占比增加了3.21%，2009—2014年耕地占比增加了0.41%，共增加8 375.22 hm2。2009年相较2004年耕地增加面积大，2009—2014年，永久基本农田划定和“占一补一”政策的落实及执行在一定程度上促使耕地面积增加。

2.2 耕地空间布局变化

2.2.1 高程点分析

查阅《龙州县土地志》《龙州县统计年鉴》及相关文献，结合解译的土地现状图可以发现，龙州县境内地势南北较高，耕地主要分布在中部河谷平原及北西-南东向的峰丛洼地、峰丛谷地、峰林谷地。通过将2004年、2009年、2014年的DEM数据与处理后3个时期的耕地利用现状图各自叠加进行高程分析，在前人研究的基础上及充分考虑龙州县地質地貌情况，将耕地高程分布进行重分类，得出结果如图2所示。

从图2可知，3个时期耕地高程主要分布在120.1～400 m，集聚在河流旁边的阶地、左江溶蚀侵蚀谷地或盆地区及较高海拔的丘陵地區。高程为120.1～170 m的耕地大部分分布在水口河、丽江中段、平而河两岸旁，2009年后县域中心正南方增加了将近5 000 hm2的耕地；高程为170.1～400 m的耕地主要分布在丽江东南段的水田、山坡上的旱地及狭窄山谷间的水田；高程为400.1～600 m的耕地分别位于武德乡武德村的岜各罕山、金龙镇板蒙村的岜哈山与板梯村的叫刚山、逐卜乡的岜柳黄山、龙州境内的风凉山；高程为600.1～835 m的耕地则位于龙州边境上最高的界山下冻镇的扣梅岭。从空间格局上看，除县域中心正南方增加的高程为170.1～400 m的耕地外，3个时期耕地高程变化不显著。各个海拔的耕地数量具体情况见表2。

从表2统计数据可知，海拔为120.1～400 m的耕地数量均有较大幅度的增加，3期占比均高达94%，龙州县的耕地海拔绝大多数位于400 m以下。2009年以来，龙州县增加耕地的海拔大部分为170.1～400 m。

2.2.2 坡度变化

坡度分析原理与高程分析相似，按照《土地利用现状调查技术规程》中规定的指标体系坡度分类，将2004年、2009年及2014年的DEM数据图和处理后3个时期的耕地利用现状图各自叠加分析处理，分别统计0°～2°、2°～6°、6°～15°、15°～25°及大于25°的耕地分布，结果如图3所示。

从图3可以看出，2004年、2009年及2014年的耕地坡度大多为2°～15°，分布在河谷平原、左江溶蚀侵蚀谷地；0°～2°耕地大致分布在龙州县西部即中越边境线水口河入口；大于15°的耕地主要分布在龙州县东部风凉山，且最大坡度均为78.5°，各个坡度的耕地数量情况具体见表3。

从表3得知，2004—2009年除坡度大于25°的耕地有所减少，其他坡度耕地均有不同幅度的增长，0°～2°的耕地增加1 633.59 hm2，2.1°～6°的耕地增加2 732.55 hm2，6.1°～15°的耕地增加2 143.66 hm2，增加耕地的坡度低，说明这5年期间增加耕地的质量较高；2009—2014年除坡度小于等于6°的耕地有所减少外，大于6°的耕地均有所增加，其中0°～6°的耕地减少745.47 hm2，6.1°～15°的耕地增加904.3 hm2，大于15°的耕地增加786.53 hm2，增加耕地的坡度偏高，说明这5年期间龙州县耕地虽有所增加但普遍质量不高，或为完成耕地保有量而进行陡坡开垦、林转耕。

2.3 龙州县耕地景观格局时空变化结果

运用ArcGIS处理耕地数据后导入Fragstats4.2景观分析软件，根据景观模型结合研究要求分别统计龙州县3个时期年耕地景观变化的相关指数，统计结果见表4。

2.3.1 景观分离程度

从表4中数据分析，耕地景观聚合度、凝聚度与分离度总体呈波动上升的趋势，聚合度指数由2004年的88.260 7上升为88.404 7又缓慢下降为88.398 7，龍州县10年期间耕地聚合度有所上升；凝聚度指数则从99.625 1缓慢降地为99.622 9上升为99.631 1，耕地景观的空间连通性增强，表现为集中连片趋势；分离度指数由2004年7.549 8上升为8.242 5又缓慢降低至2014年8.081 6，耕地景观的聚合度、凝聚度与分离度呈反比关系，分离度整体呈波动上升的趋势。出现上述相驳结论的原因如下：龙州县属于典型的喀斯特山区，耕地小而碎，龙州县实施农村土地“小块并大块”工作使得耕地景观连片程度增强，聚合度、凝聚度变大；2004—2014年期间，龙州县“占一補一”、土地整治工作增加耕地面积、斑块数量，但斑块过于冗杂、分散，迫使耕地聚合度、凝聚度增加的同时，耕地景观分离度亦无法降低。

2.3.2 景观破碎程度

从表4可以看出，2004—2014年龙州县耕地斑块数量由2004年2 938个增长到2014年3 060个，斑块密度则从2004年4.500 1下降到2014年4.299 5，整体破碎度呈下降的趋势。破碎度指数与斑块数量/耕地面积呈正相关关系，说明2004—2014年的10年期间，龙州县土地“小块并大块”工作确有起效，耕地斑块集聚程度变强，增加的耕地平均斑块面积大于龙州县耕地平均斑块面积，破碎度指数减少。

2.3.3 景观形状指数

从表4可以看出，龙州县耕地景观的形状指数从2004年的104.023 6下降到2014年的100.833 9，景观形状指数的减少，说明龙州县耕地景观形状复杂、离散程度降低，景观形状更为规则，表明龙州县耕地景观受人为因素影响越来越大：1996年实施退耕还林还草以来，位于山坡上、草地上零碎的耕地转为林地、草地，耕地景观空间分布更为集中；田埂、水渠的大力修建，增加了零碎耕地周边荒地的利用；“小块并大块”项目实施在很大程度上改变了耕地的景观格局。

3 结论

本文通过对2004—2014年龙州县耕地景观格局变化进行分析，得出龙州县耕地景观格局特征和演变规律。

（1）2004—2014年，龙州县耕地斑块面积增加将近1万hm2，但增加斑块的耕地空间布局参差不齐。水口河、平而河交汇的河谷平原中增加斑块的高程、坡度较低，质量较高；响水镇、武德乡等乡镇增加的斑块多为坡地，高程、坡度较高，质量偏低，总体上，增加斑块的耕地空间布局更为优化。立足于全县判断，耕地空间布局更为合理。

（2）2004—2014年，龙州县耕地景观时空变化不显著。10年期间耕地斑块聚合度、凝聚度总体呈波动上升的趋势，集聚程度有所增强，耕地表现为集中连片趋势，但斑块过于冗杂、分散，耕地景观分离程度总体增长；斑块个数增加，密度减少，增加耕地平均斑块面积大于全县平均斑块面积，耕地景观破碎程度减弱；耕地景观形状指数减小，景观空间分布更为集中、形状更为规则。

（3）龙州县10年间耕地景观受人为因素影响较大。退耕还林还草的实施，位于山坡、草地上零碎的耕地转为林地、草地，田埂、水渠的大力修建，增加了零碎耕地周边荒地的利用，耕地景观空间分布上离散程度降低；“小块并大块”整治项目，提高耕地景观连片程度；撂荒现象与“占一补一、占优补优”政策改变斑块数量、质量、位置，影响耕地景观破碎程度和分离程度。

（4）特殊的地理区位在优化耕地空间分布、改善耕地景观格局上无突出成效，相反，由于边境经济发展模式、边民特有的经济补贴，使得边境地区耕地撂荒较为严重。

参 考 文 献

[1]傅伯杰，陈利顶，王军，等.土地利用结构与生态过程

[J].第四纪研究，2003，23（3）：247-253.

[2]张秋菊，傅伯杰，陈利顶，等.关于景观格局演变研究的几个问题[J].地理科学，2003，23（3）：264-270.

[3]潘竟虎，苏有才，黄永生，等.近30年玉门市土地利用与景观格局变化及其驱动力[J].地理研究，2012，31

（9）：1631-1639.

[4]张侃，张建英，陈英旭，等.基于土地利用变化的杭州市绿地生态服务价值Citygreen模型评价[J].应用生态学报，2006，17（10）：1918-1922.

[5]全占军，程宏，于云江，等.煤矿井田区地表沉陷对植被景观的影响——以山西省晋城市东大煤矿为例[J].植物生态学报，2006，30（3）：414-420.

[6]彭月，魏虹，朱韦，等.鼎湖山自然保护区森林景观时空格局变化研究[J].西南师范大学学报，2007，32（2）：

65-69.

[7]张培峰，胡远满，熊在平，等.铁西区建筑景观时空变化特征及影响因素[J].生态学杂志，2011，30（2）：335-

342.

[8]赵永华，贾夏，刘建朝，等.基于多源遥感数据的景观格局及预测研究[J].生态学报，2013，33（8）：2556-

2564.

[9]李均力，姜亮亮，包安明，等.1962—2010年玛纳斯流域耕地景观的时空變化分析[J].农业工程学报，2015，

31（4）：277-285.

[10]陈学渊，唐华俊，吴永常，等.耕地格局时空动态变化过程和差异分析——以浙江安吉为例[J].中国农业科学，2015，48（21）：4302-4313.

[11]吴莉，候西勇，徐新良，等.山东沿海地区土地利用和景观格局变化[J].农业整理工程，2013，29（5）：

207-217.

[12]陳利顶，傅伯杰.黄河三角洲地区人类活动对景观结构的影响分析——以山东省东营市为例[J].生态学报，

1996，16（4）：337-344.

[13]潘佩佩，杨桂山，苏伟忠，等.太湖流域土地利用变化对耕地生产力的影响研究[J].地理科学，2015，35（8）：

990-998.

[14]杨晓艳，闫东浩，程峰，等.北京市延庆县耕地景观特征[J].资源科学，2005，27（3）：98-104.

[15]陈伟.多视角常州市耕地景观时空变化分析[D].南京：

南京大学，2014.

[16]刘清华.洞庭湖湿地景观格局时空变化分析及预测研究[D].长沙：中南林业科技大学，2009.

[17]王滨滨，刘静玲，张婷，等.白洋淀湿地景观斑块时

空变化研究[J].农业环境科学学报，2010，29（10）：

1857-1867.

[18]张清雨，白红英，孙华，等.近30年秦岭东西两县区森林景观类型的时空变化[J].环境科学学报，2010，

30（5）：1101-1106.

[19]王晓丽.新疆阿勒泰地区旅游景观生态规划的研究[D].乌鲁木齐：新疆大学，2007.

[20]刘琳琳.广西中越边境喀斯特地区自然生态旅游景观价值提升研究[D].南宁：广西师范学院，2014.

[21]吴汶珍.广西龙州左江两岸生态景观规划研究[D].南宁：广西大学，2013.

[22]郭宏飞.二连浩特市城市景观格局、评价及景观规划研究[D].呼和浩特：内蒙古师范大学，2008.

[23]黎励.中越边境地区（广西段）土地利用分形时空格局及驱动力研究[D].南宁：广西师范学院，2015.

[责任编辑：陈泽琦]