广东省河源市和惠州市农田景观格局的季节差异和分布特征研究

廖惠敏, 舒迎花, 王建武,*

广东省河源市和惠州市农田景观格局的季节差异和分布特征研究

廖惠敏1,2,3, 舒迎花1,2,3, 王建武1,2,3,*

1. 华南农业大学农业农村部华南热带农业环境重点实验室, 广州 510642 2. 广东省生态循环农业重点实验室, 广州510642 3. 华南农业大学资源环境学院生态学系, 广州 510642

如何建设和保护生态良田, 发挥好农田的多种功能, 是统筹协调生态文明建设和耕地资源保护关系的基础。摸清农田的景观现状, 可为景观尺度下的生态良田设计提供重要依据。以广东省河源市陂头镇和惠州市泰美镇典型农田为例, 通过实地调研和区域遥感影像观测, 调查分析了农田景观要素的现状与分布特征, 分析了当地农作物利用格局与季节差异及常见杂草种类, 并借鉴层次分析法和景观格局指标对农田景观质量进行评价。结果表明: 1)陂头镇和泰美镇各农田景观中的景观要素形态、比例差距较大, 分布凌乱; 2)作物类型种类丰富, 以蔬菜(冬季)和水稻(夏季)为主; 3)农田及边界常见杂草有60种, 含7种恶性杂草; 4)景观评价仅为中等、一般水平, 存在景观格局凌乱和细碎化程度偏高的问题。为了有效利用丰富的农业资源, 实现美丽乡村建设目标, 陂头镇和泰美镇应当在原有基础上进行功能植物的配置, 农田景观建设, 提升农田景观生态服务功能, 推动农业转型升级。

乡村农田景观; 生态良田建设; 景观格局; 广东

0 前言

农田不仅有净化空气、涵养水源、保持水土、消纳废物等生态功能, 还有认知启迪、怡情养性等社会功能[1]。如何建设和保护生态良田, 发挥好农田的多种功能, 是统筹协调生态文明建设和耕地资源保护关系的基础。我国早期的土地整治在增加耕地面积、提高土地生产力方面取得很好的成绩[2], 但随着农业集约化发展, 农田非作物生境减少、景观格局趋向单一化、生物多样性受到严重威胁、农业可持续发展面临挑战等问题日益突出[3], 农田建设中的生态与景观层面的战略考虑逐渐受到各方重视[4]。

农田景观由农田及其周围的自然、半自然生境和人工基础设施等构成。半自然生境包括田间道路、公路边、边坡地带、河道沟渠、田埂、树篱、缓冲带等[5], 在决定农田的产出和持续生产中扮演着重要角色[3,6], 主要表现在害虫防治、传花授粉、营养循环、水土保持、质量提升、美景和碳固定等方面[7-9]。通过合理规划农田4%的生态用地来恢复和提升农田生态系统景观服务功能, 是开展生态农田景观建设的重要内容之一, 为乡村振兴和生态文明建设提供一种建设实践方案。

本文以广东省河源市陂头镇和惠州市泰美镇为例, 通过实地观测, 结合遥感影像调查分析了当地的农田景观现状与景观格局的季节差异, 并借鉴层次分析法和景观格局指标对当地农田景观质量进行评价, 进一步分析了农田生态景观建设存在的问题, 提出了生态良田景观建设的建议, 为当地实现高标准农田建设和美丽乡村建设提供重要依据。

1 研究方法

1.1 研究地点与实地观测

河源市陂头镇(粤北)和惠州市泰美镇(粤中)是广东省的农业大镇, 前者地处贫困地区, 后者地处富裕的珠三角。陂头镇位于东经114°17′, 北纬24°24′, 属亚热带季风气候, 年平均温度18—27 ℃, 年平均降雨量1786.4 mm, 耕地面积近19.3 km2。泰美镇位于东经114°28′, 北纬23°17′, 水源充沛、气候温和, 年平均温度20—28 ℃, 年平均降雨量1809.5 mm, 常用耕地面积22.7 km2。

2018年1、2月份(冬季)和7、8月份(夏季)分别深入当地进行调查, 以道路、房屋、山川、河流为边界划定大田块, 以田埂为边界划定小田块, 随机选取31块大田块(884块小田块), 观察、测量并记录农田、树篱、缓冲带、田间道路、沟渠、田埂等农田景观要素现状。其中, 陂头镇选取的17块大田块(559块小田块), 分布于陂头村、连光村、连星村、夏田村和金钟村五大行政村落; 泰美镇选取的14块大田块(共计325块小田块)分布于沐村和兴水围村两大行政村落。

1.2 区域遥感影像(Google Earth)观测

以区域遥感影像为底图进行田间景观调查, 测量大田块与小田块的面积、周长, 并对农田的形状进行测绘和照片采集, 分析研究农田现状。

1.3 农田景观质量评价

参考张茜等[10]的层次分析法, 以大田、树篱、缓冲带、田间道路、沟渠、田埂6大农田景观要素为评价对象, 对农田景观质量进行评价。评价指标的选取遵循三大原则: 能反映该要素最重要的生产功能; 对生态良田建设具有重要意义; 能简单快速获取指标数据。各要素和指标的权重参考张茜等[10]方法, 结合实际观测数据进行优化设定(表1)。所有指标最终以1—5分呈现, 1分为最差水平, 5分为最优水平。

表1 陂头镇和泰美镇农田景观评价方法

注: 1. 根据国内外的建设实践经验[11-13]: 对于小型地块, 树篱和缓冲带的宽度都应不小于1 m; 2. 部分指标难以完全定量化评定, 因此采用模糊判断法, 结合实地调研与遥感影像的观测结果进行评分; 3. 无田埂的农田, 取小田块间的间隔距离代表田埂宽度。

1.4 农田细碎化程度分析指标的选取

结合田块面积和田块形状两个角度, 选取平均斑块面积(Mean patch size, MPS)和平均斑块形状指数(Mean shape index, MSI)两个指标进行分析。计算公式如下, 其中A指评价单元内基本农田的总面积, N指其中总田块块数。农田田块面积规模与细碎化程度成反比, 即单个田块及同一利用类型平均田块面积越小, 则耕地细碎化程度提高。指第块大田块,指第块大田块里的第块小田块,指小田块的周长,指小田块的面积。:

2 结果与分析

2.1 农田景观要素与分布特征

在陂头镇, 每个农田景观中都包含有农田、田埂、沟渠、道路五大要素, 部分包含缓冲带(64.7%)和树篱(29.4%), 居民建筑与农田镶嵌分布, 各景观要素间排列凌乱(图1a)。在泰美镇, 只有农田和田间道路是每个农田景观中必有的要素, 部分农田景观含田埂(57.1%)、沟渠(85.7%)、缓冲带(87.4%)和树篱(28.6%), 各景观要素之间排列分布有序(图1b)。

陂头和泰美的树篱皆为河边、道路边或小树林里自然生长的乔木和灌木丛, 宽度0.50—21.00 m。形成这些树篱的植物中, 竹子()、香蕉()、桉树()、糖胶树()、杉树()等最为常见。

缓冲带宽度0.37—7.50 m, 通常为作物田边自然生长的一小片野花和野草。形成这些缓冲带的植物类型较为复杂, 最多见的是鬼针草()、藿香蓟()、鸭跖草()、牛筋草()、荠菜()、马唐()等。

陂头镇的人行路(指分布于小田块之间, 只能容纳1—2人通行的道路)绝大多数为土路, 少部分为石子路, 宽度为0.40—0.87 m; 机耕路(指分布于大田块之间, 可允许机车通行的道路)主要为土路, 也有部分为水泥路或石头路, 宽度在1.30—3.10 m之间。泰美镇大多数农田直接用田块间的距离取代人行路, 即在小田块间隔出一段距离来行使田埂、人行路的功能, 宽度在0.30—0.60 m之间; 机耕路宽度在2.00—4.00 m之间, 以土路为主, 部分为水泥路, 无石头路。

图1 陂头镇(a)和泰美镇(b)农田景观格局示例图

Figure 1 Schematic diagram of farmland landscape pattern in Beitou Town (a) and Taimei Town (b)

陂头镇沟渠数量多、分布密, 纵横交错于各田块之间。小田块间的沟渠宽度在0.30—0.50 m之间, 大田块间的沟渠宽度在0.40—0.90 m之间, 以土沟渠为主, 小部分为水泥沟渠。泰美镇的沟渠基本分布在大田块外围, 41.7%为水泥沟渠, 宽度在0.30—0.70 m之间, 另有14.3%的农田不含沟渠, 主要分布在东江边上, 农民通过胶管、PC管等抽取江水进行灌溉。

陂头镇和泰美镇的田埂以土田埂为主, 极少数由石头堆砌的田埂或水泥田埂。陂头镇的田埂齐全, 宽度为0.25—0.90 m, 当地农民喜欢在田埂上种植作物, 主要有蔬菜、香芋和一年生攀援豆类(豌豆、荷兰豆、豆角和四季豆等)。泰美镇的农田灌溉方式以雨水和人工灌溉为主, 田埂的作用不大, 有42.9%的农田无田埂, 作物田之间以0.20—0.30 m距离相隔开。含田埂要素的农田中, 田埂宽度在0.25—0.50 m之间。

2.2 作物利用格局与季节差异

陂头镇和泰美镇的农田作物类型可分为7类: 水稻、蔬菜、玉米、油料作物(花生为主)、糖料作物(甘蔗为主)、其他和未利用(弃耕地、轮歇地)。夏季两地均以水稻种植为主, 其次为蔬菜、玉米(图2)。陂头镇夏季农田种植水稻、蔬菜和未利用的比例分别为45.9%、28.8 %和7.0%。泰美镇夏季水稻种植面占75.0%, 玉米、蔬菜、未利用分别为11.9%、4.6%和2.7%。冬季两地都以种植蔬菜为主。陂头镇冬季蔬菜种植面积占比达56.9%, 蔬菜种类多样, 但每种蔬菜的种植面积较小。泰美镇冬季蔬菜种植面积占比达52.9%, 以叶类蔬菜为主, 种植规模较大。两地冬季农田的利用率都较低, 冬闲比例分别为36.8%(陂头)和45.1%(泰美)。

2.3 常见杂草种类

陂头镇和泰美镇的农田及其边界的杂草种类多, 季节性不明显(表2)。常见杂草有60种, 隶属于24科、55属。菊科、禾本科杂草种类较多, 分别有16种和10种。杂草种类最多的属是蒿属(3种)、蓼属(3种)和莎草属(2种)。根据中国植物物种信息库(http://db.kib.ac.cn/CNFlora/SearchEngine.aspx)鉴别出恶性害草7种, 为马唐、双穗雀稗、筒轴茅、小蓬草、苍耳、葎草和香附子。根据每种乡土植物的生长特性、生态特性和景观特性进行初步评价发现, 猩猩草、紫花地丁、藿香蓟、艾、野艾蒿、蒙古蒿、萹蓄具有较高的生态性。

2.3 农田景观评价

2.3.1 景观总体评价

加权总分反映当地农田景观的总体情况, 泰美镇得分3.36, 仅为中等、一般的水平; 陂头镇更低,仅有2.90(图3)。从各要素之间的评价来看, 两地的树篱、缓冲带两大要素的得分最低。田埂、田间道路基本满足通行要求, 且硬化程度适中, 因而得分较高。陂头镇大田的开阔性、规整性、土地利用效率和景观视觉效果得分都要比泰美镇低, 农田景观格局较为凌乱。泰美镇大田得分在4.00及以上的农田较多(64.3%), 其中规整性指标的得分都达到了3.00分及以上, 但大多与居民建筑镶嵌分布, 格局凌乱, 景观视觉效果差。

图2 冬夏季各类作物种植面积所占比率

Figure 2 Percentage of crop cultivation in winter and summer

表2 农田及其边界常见杂草种类

续表

生态性评价*: 根据植物通网站(http://1.zhiwutong.com/index.asp)上收集的植物信息, 综合考虑乡土植物的生长特性、生态特性和景观特性等因素, 将乡土植物初步分为高生态性、中生态性和低生态性三个类别。在筛选景观建设的功能植物时, 可优先考虑高生态性的乡土植物。

2.3.2 农田细碎化程度

陂头镇和泰美镇的平均田块面积指数(MPS)为0.04和0.22, 平均形状指数(MSI)为1.10和1.15, 农田细碎化程度均高。陂头镇76.7%的小田块面积在 500 m2以内; 泰美镇≤500 m2、500—1000 m2、≥1000 m2的小田块分别占36.6%、28.3%和35.1%(图4a)。陂头镇不规则的小田块数量占43.4%, 而长方形田块数量仅有34.5%。泰美镇不规则形状农田相对少很多, 占18.4%, 而长方形田块数量比例为72.3%(图4b)。按不同形状农田的面积来看, 长方形、直角梯形、三角形和不规则形状的农田比例, 陂头镇为27.5%、17.8%、2.6%和52.1%; 泰美镇为46.3%、11.2%、0.4%和42.2%。

3 讨论

3.1 农田生态景观存在的问题

3.1.1 景观格局凌乱

陂头镇和泰美镇的农田景观评价为一般水平, 景观格局基本是在自然条件的基础上略加人工干预形成的, 每个农田景观中所包含的景观要素及其比例差异较大, 既不利于美观, 也不利于管理。一方面, 当地在农田开垦过程中缺乏对景观整治、提升和设计的认识, 各乡土景观要素凌乱分布, 未能得到良好的利用, 没有凸显田园自然景观[14]。另一方面, 在农田耕作过程中缺少对自然生境和当地地域景观特征的管护, 占用自然生境堆放垃圾、开垦自然生境种植作物的现象给当地农田的景观生态服务功能带来负面影响, 占用农田建造房屋的现象也加剧了对农田景观美景度的破坏。

图3 陂头镇和泰美镇农田景观及其要素评价得分

Figure 3 Evaluation score of farmland landscape and its elements in Beitou Town and Taimei Town

图4 小田块面积(a)、形状(b)所占比率

Figure 4 The percentage of plot area (a) and shape (b)

乡村景观具有多元的价值内涵[15], 对于乡村振兴战略下新时代的美丽乡村建设具有重要意义[16]。从景观美学上讲, 美丽乡村建设要求乡村景观的多样性、特征度和美感, 这种“美”既体现在外观上, 给人以视觉上的美景享受, 也体现在内在上, 协调区域景观的多种功能, 实现土地空间的可持续利用[17]。陂头镇和泰美镇的农田景观明显未达到美丽乡村建设要求。

3.1.2 细碎化程度偏高

陂头镇和泰美镇的农田细碎化程度高, 表现在农田面积偏小和形状不规整两方面。农田细碎化在一定程度上有利于农业多样性的增加和病虫害的减少[18], 但它的弊大于利[19]。过于细碎的农田小斑块不利于规模化的土地整治, 其生态特征(如结构和功能)方面也会趋向单一化, 并带来一些负面影响[20], 如农田破碎化可能导致影响农田景观的因素数量增加, 使得农业生产的稳定性降低[21]; 核心田块的细碎化使潜在生产力下降[20]等。

3.2 农田生态景观建设的建议

3.2.1 重视农田景观建设, 推动农业转型升级

在“十三五”时期, 我国的土地整治规划就突出了生态良田的建设, 从追求“数量”到“数量”与“质量”并齐[22]。由于广东省重工业而轻农业的发展模式, 陂头镇和泰美镇虽有得天独厚的农业生产条件却未能得到充分利用, 目前农业仍以传统种植方式为主, 耕地退化、土壤污染、病虫草危害等问题日益严重。当地的土地整治亟需融入生态景观营造, 实现由传统土地整理向土地综合整治、山水林田湖草生态修复和保护的转型[23]。

3.2.2 配置功能植物提升农田景观生态服务功能

陂头镇和泰美镇都有较为丰富的天然树篱、天然缓冲带、弃耕地等资源, 可在此基础上改造和配置功能植物, 开展景观设计和管护, 提高农田景观生态服务功能。筛选功能植物的三原则是乡土性、功能性与包含特定关键物种[24]。综合考量每种植物对农作物的作用及其观赏价值、经济价值、管护成本等, 筛选最适宜的乡土植物来配置树篱、缓冲带和田埂植物群落。猩猩草、紫花地丁、藿香蓟、艾、野艾蒿、蒙古蒿、萹蓄这7类乡土植物具有较高的生态性, 可作为生态良田配置的功能植物。

4 结论

陂头镇和泰美镇拥有得天独厚的农业生产条件, 但缺乏对乡村景观价值的认识和对农业景观的管护, 农田及其各景观要素布局凌乱, 既未能充分发挥各景观要素的价值, 也未能给人美好的视觉感受。陂头镇和泰美镇若要发展高质量农田, 要达到美丽乡村建设的要求, 就必须重视景观尺度下的生态良田建设, 合理利用当地的自然资源条件, 在原有基础上进行生态良田的设计和管护, 配置功能植物提升农田景观生态服务功能。

[1] 刘鸣达, 黄晓姗, 张玉龙, 等. 农田生态系统服务功能研究进展[J]. 生态环境, 2008, 17(2): 834–838.

[2] 肖武, 李素萃, 梁苏妍, 等. 生态景观型土地整治的研究进展与展望[J]. 江苏农业科学, 2017, 45(18): 31–35.

[3] 欧阳芳, 戈峰. 农田景观格局变化对昆虫的生态学效应[J]. 应用昆虫学报, 2011, 48(5): 1177–1183.

[4] 郧宛琪, 朱道林, 汤怀志. 中国土地整治战略重塑与创新[J]. 农业工程学报, 2016, 32(4): 1–8.

[5] 李良涛, 王浩源, 宇振荣. 农田边界植物多样性与生态服务功能研究进展[J]. 中国农学通报, 2018, 34(19): 26– 32.

[6] 刘云慧. 生态良田: 拒绝环境负效应——谈高标准基本农田的生态建设[N]. 中国自然资源报, 2015–5–16(3).

[7] 宋博, 丁圣彦, 赵爽, 等. 农业景观异质性对生物多样性及其生态系统服务的影响[J]. 中国生态农业学报, 2016, 24(4): 443–450.

[8] 宁振荣, 李波. 生态景观建设理论和技术[M]. 北京: 中国环境出版社, 2017: 50–111.

[9] 孙玉芳, 李想, 张宏斌, 等. 农业景观生物多样性功能和保护对策[J]. 中国生态农业学报, 2017, 25(7): 993–1001.

[10] 张茜, 肖禾, 宇振荣, 等. 北京市平原区农田景观及其要素的质量评价研究[J]. 中国生态农业学报, 2014, 22(3): 325–332.

[11] GABA S, LESCOURRET F, BOUDSOCQ S, et al. Multiple cropping systems as drivers for providing multiple ecosystem services: from concepts to design[J]. Agronomy for Sustainable Development, 2015, 35(2): 607–623.

[12] 李良涛, 刘文平, 肖禾, 等. 农业景观中植物篱的建设与管理[J]. 中国水土保持, 2012(6): 26–29.

[13] 段美春, 张鑫, 李想, 等. 农田景观虫害控制植被缓冲带布局、模式和功能[J]. 中国农学通报, 2014, 30(1): 264–270.

[14] 李琳, 聂紫瑾, 朱莉, 等. 北京市农田生态景观建设实践与探索[J]. 天津农业科学, 2018, 24(6): 32–35.

[15] 郭晓彤, 韩锋. 欧洲乡村景观价值解读与评估方法对中国的启示[J]. 中国园林, 2021, 37(1): 110–115.

[16] 李旖. 关于乡村景观对美丽乡村建设的意义探讨[J]. 现代园艺, 2020, 43(24): 173-174.

[17] 罗涛, 刘江. 从“家园美化”到“景观规划”——德国景观美学资源评价理论发展综述[J]. 国际城市规划, 2012, 27(1): 84–89.

[18] DENG Xiangzheng, GIBSON J, WANG Pei. Relationship between landscape diversity and crop production: a case study in the Hebei Province of China based on multi-source data integration[J]. Journal of Cleaner Production, 2017, 142(2): 985–992.

[19] CLOUGH Y, KIRCHWEGER S, KANTELHARDT J. Field sizes and the future of farmland biodiversity in European landscapes[J]. Conservation Letters, 2020, 13(6).

[20] JIANG Penghui, LI Manchun, CHENG Lang. Dynamic response of agricultural productivity to landscape structure changes and its policy implications of Chinese farmland conservation[J]. Resources, Conservation and Recycling, 2020, 156.

[21] FAHRIG L, BAUDRY J, BROTONS L, et al. Functional landscape heterogeneity and animal biodiversity in agricultural landscapes[J]. Ecology Letters, 2011, 14(2): 101–112.

[22] 胡文浩, 那书豪, 李学东, 等. 乡土野花组合在农业景观中的应用[J]. 中国生态农业学报(中英文), 2019, 27(12): 1846–1856.

[23] 李朋瑶, 李学东, 宇振荣. 土地综合整治生态景观营造对策[J]. 地球科学与环境学报, 2020, 42(3): 366–375.

[24] 龙花楼, 张英男, 屠爽爽. 论土地整治与乡村振兴[J]. 地理学报, 2018, 73(10): 1837–1849.

Seasonal difference and distribution characteristics of farmland landscape pattern in Heyuan City and Huizhou City, Guangdong

LIAO Huimin1,2,3, SHU Yinghua1,2,3, WANG Jianwu1,2,3,*

1.Key Laboratory of Agro-Environment in the Tropics, Ministry of Agriculture, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China 2. Key Agricultural Laboratory of Ecological Circulation in Guangdong, Guangzhou 510642, China 3. Department of Ecology, College of Natural Resources and Environment, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China

How to build and protect ecological farmland that provides the various functions of farmland is the basis for the overall coordination of the relationship between the construction of ecological civilization and the protection cultivated land resource. Finding out the current situation of farmland landscape can provide an important basis for the design of ecological farmland on the landscape scale. Taking the typical farmland in Beitou Town of Heyuan City and Taimei Town of Huizhou City as examples, we investigated and analyzed the current situation and distribution characteristics of farmland landscape elements, the local crop utilization patterns, seasonal difference, and common weed species via field investigation and regional remote sensing image observation, and evaluated the quality of farmland landscape through analytic hierarchy process and landscape pattern index. The results show that: 1) in Beitou Town and Taimei Town, the significant differences are found in form and proportion of the landscape elements, and their distribution is messy; 2) the types of crops is abundant, the vegetables (winter) and rice (summer) are the main crops among them; 3) there are 60 species of common weeds in farmland and border, including 7 species of malignant weeds; 4) the landscape evaluation is only at an average level, reflecting in a messy landscape pattern and high degree of fragmentation. To make effective use of the abundant agricultural resources and achieve the goal of beautiful rural construction, Beitou Towm and Taimei Towm should carry out the allocation of functional plants, the construction of farmland landscape on the original basis to enhance the ecological service function of farmland landscape, and to promote agricultural transformation and upgrading.

rural farmland landscape; ecological farmland construction; landscape pattern; Guangdong

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.06.004

S181

A

1008-8873(2021)06-030-08

廖惠敏, 舒迎花, 王建武. 广东省河源市和惠州市农田景观格局的季节差异和分布特征研究[J]. 生态科学, 2021, 40(6): 30–37.

LIAO Huimin, SHU Yinghua, WANG Jianwu. Seasonal difference and distribution characteristics of farmland landscape pattern in Heyuan City and Huizhou City, Guangdong [J]. Ecological Science, 2021, 40(6): 30–37.

2021-03-10;

2021-05-11基金项目:东莞市社会科技发展(重点)项目(20185071011598), 国家自然科学基金项目(31770556)

廖惠敏(1997—), 女, 广东河源人, 硕士研究生, 主要从事循环农业研究, E-mail: 2942079491@qq.com

通信作者:王建武, 男, 博士, 教授, 主要从事生态循环农业研究, E-mail: wangjw@scau.edu.cn