土地整治对耕地景观细碎化治理效果的区域差异研究

詹 妮，吴文玲，赵弯弯，吴小飞，朱辰希，黄宏胜

（江西农业大学 国土资源与环境学院，江西 南昌 330045）

粮食安全关乎国计民生，关乎经济发展和社会稳定［1］，国家粮食安全的根本在于耕地保护［2］。随着农业现代化的不断深入，耕地细碎化对农业生产的制约不断凸显［3］。治理耕地细碎化、提高耕地利用效率，是当前耕地管理与保护研究的重点［4］，其目标在于将当前小规模、分散化生产格局转变为适度规模经营［5-7］。

近年来，学者从耕地细碎化的时空演进［8-9］、成因机制［10-11］、影响效应［12-15］和评价指标构建［16-20］等各方面进行了一系列的探索。耕地细碎化是耕地在自然—人为双重条件下，耕地主动或被动地分割成为多块空间上互不相连、大小不一、零碎分散的土地结构形式［21-22］，表现为相互关联又有所区别的耕地景观细碎化和耕地权属细碎化，其中景观细碎化主要特征为耕地面积、形状、距离、斑块数量等多重属性［23］。土地整治能有效改善耕地景观细碎化，提升土地资源的利用效率［24-25］。

随着景观生态学理论在土地整治中的应用，谷晓坤等［26］采用景观生态评价方法对江汉平原土地整治项目整治前、后进行了对比分析；田劲松等［27］选取3类景观指标对土地整理项目进行了研究，认为土地整理后项目区的景观破碎度降低。然而，若土地整理片面追求经济效益，会使得耕地景观破碎度升高，平均斑块面积变小，将对耕地经营规模产生负面的影响［28］。

因此，本文聚焦于耕地景观细碎化，选取可以表征耕地景观细碎化的斑块个数、边界密度、斑块密度、平均斑块大小、景观形状指数、面积加权分维数、面积加权形状指数、破碎化指数共8个景观格局指标［29］，基于田块尺度对赣西北29个项目区整治后耕地景观细碎化的变化特征进行分析，评价土地整治对耕地景观细碎化治理的成效及其影响因素，为今后土地整治项目的选址及实施提供科学依据。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

研究区选取位于赣西北的宜春市、九江市永修县等地，总面积2.06万km2，地形涵盖了山地、丘陵和平原，属亚热带湿润气候，年平均气温17.0 ℃，年平均降水量1600 mm，农业生产以水稻为主，兼有油菜、棉花、花生等作物。

本文选取研究区内2016—2018年实施的29个土地整治项目(表1)，以各项目的上图入库红线为边界，基于国土调查高分影像(1 m精度)、Google历史高分影像等数据源，根据项目实施的周期，提取实施前、后的高分影像；DEM数据采用Cop-DEM的30 m分辨率版本。

表1 各项目区耕地景观指数测算结果

1.2 研究方法

1.2.1 遥感解译耕作田块空间格局 对研究区29个土地整治项目的高分影像进行遥感解译，在田块尺度上进行矢量化，提取田块、田坎、田间道路等信息，表征耕作田块的空间分布状态。然后利用ArcGIS 10.8软件进行空间分析，使用矢量转栅格工具将耕地图斑矢量数据转化为5 m×5 m的栅格图像，以便计算田块的景观指数。

1.2.2 建立耕地景观细碎化测度指标

1.2.2.1 景观指数的选取 景观指数为量化指标，通过测定斑块的面积、数量、形状等特征，能够准确地反映研究区域的耕地空间格局，反映景观的结构组成和土地空间配置方面的特征［24］。本文针对耕地景观细碎化测度的需要，选取了8个景观格局指数，构建了耕地景观细碎化评价的指标体系［26,29］。利用Fragstats 4.2软件计算这8个指标并建立耕地景观细碎化指数，表征耕地景观破碎化指数。

（1）斑块数量(NP)：反映了景观的空间结构，通过斑块数量的变化情况可以直观地反映出项目区耕地景观细碎化的变化情况。斑块数量越少，则耕地景观破碎化指数越低。

（2）地块平均面积(MPS)：反映了斑块的平均大小，与农业机械化生产的便利程度密切相关。地块平均面积越大，耕地景观的破碎化指数越低，更有利于实现集约化生产，降低农业生产成本。

（3）边界密度(ED)：反映了单位面积的边界长度。在同一项目区，单位面积的边界长度越长，说明耕地形状越复杂，耕地的破碎程度越高。

（4）斑块密度(PD)：反映了单位面积的地块数量，是景观破碎程度的重要指标之一。数值越大，则说明耕地景观的破碎化指数越高。

（5）面积加权形状指数(AWMSI)：用以衡量地块形状的规则性和复杂性，当该数值为1时，斑块形状为最简单的方形。数值越大斑块的形状越复杂。

（6）面积加权分维数(AWMFD)：运用分维理论分析景观斑块形状的复杂性，说明斑块的破碎化程度。

（7）景观形状指数(LSI)：以与斑块面积相同的正方形为标准，通过测算斑块形状与其偏离程度来反映斑块形状的规则性和复杂性。

（8）破碎化指数(FS)：用来量化耕地的破碎度，是耕地破碎度的直观反映。

1.2.2.2 权重的确定 为客观地表征耕地景观破碎化程度，采用熵权法确定各指标的权重。熵权法是根据各项指标变异性的大小来确定指标权重的客观评价方法，避免在赋权时因选取的指标差异性较小而产生的主观偏差。具体计算步骤如下：

（1）评价指标标准化。由于8个指标含义不同、量纲不同，为解决各个指标之间没有可比性的问题，对正向指标和负向指标分别进行无量纲化处理，以实现评价指标的标准化。

正向指标：

负向指标：

式（1）、式（2）中，Pij为第i个项目区第j个指标的标准化值，max(Xij)和min(Xij)分别为指标原始的最大值和最小值。

（2）计算各指标信息熵。设第j个指标信息熵为Ej，求得每个指标的信息熵：

（3）计算各指标的熵权。在各指标的信息熵确定后，再确定第j个指标的熵权wj，公式为：

按照上述步骤，分别计算得出8个景观格局指标的权重值wj。

1.2.2.3 多因子综合评价模型的建立 通过多因子综合评价法对赣西北29个土地整治项目区整治前、后的耕地景观破碎化指数进行测度，公式为：

式 （5）中：Z为耕地景观细碎化指数，wj为第j个指标权重，Pj为第j个指标的标准化值，指标数n=8；Z值越大则表明耕地破碎化指数越高。

2 结果与分析

2.1 单项景观格局指数变化分析

根据上述方法，利用Fragstats 4.2软件计算各项目区的景观指数，结果如表1所示［29］。

斑块数量：土地整治后有24个项目区的斑块数量有所下降，下降比例为8.65%~68.87%，其中滩溪镇沙陇村、东山村2村的土地整治效果最佳，下降比例达到68.87%；另外，梅棠镇杨岭村等5个项目区在土地整治工程实施后，耕地斑块数量略有上升。

地块平均面积：土地整治后，耕地集中连片程度提高，项目区的地块平均面积上升至0.0569~0.4130 hm2，整治前项目区地块平均面积均值为0.1030 hm2，整治后该值上升至0.1538 hm2。其中，永修县滩溪镇沙垅村、东山村2村的治理效果最显著，经过整治后的斑块平均面积为原来的3.17倍。总体而言，在原有的零星地块合并后，斑块数量和密度明显下降，平均面积有不同程度的上升，耕地地块趋于规整，标准田格建设成效显著，耕地景观破碎化指数下降。

边界密度：整治前的边界密度为4.76~9.88 m/hm2，整治后的为3.46~10.18 m/hm2，除罗湾乡楼前村等2乡2村等3个项目区的边界密度升高之外，其他项目区均有不同程度的降低，下降幅度为1.39%~47.33%。土地整治后，斑块面积的扩大和田块规整度的提高有效缩短了斑块的边界长度，说明土地整治工程在耕地景观细碎化方面治理有效。

斑块密度：土地整治前的斑块密度在4.07~16.57个/hm2之间，在经过标准格田建设后，斑块密度为2.42~17.58个/hm2，除虬津镇鄱湖村、宝田村2村等5个项目区外，其余项目区的斑块密度下降幅度为1.55%~68.42%。

面积加权形状指数：整治前的面积加权形状指数分布于1.2854~1.7182，整治后的为1.2875~1.7360，总共29个项目区有14个明显下降，其中以云山农林公司土地整理项目的变化最为显著，下降了11.58%，耕地斑块形状趋于规整。

面积加权分维数：整治前的面积加权分维数为1.0827~1.1361，整治后的为1.0759~1.1248。通过土地整治，田块更加规整，为进一步发展大规模的农业生产经营创造了良好条件。

景观形状指数：整治后的斑块景观形状指数呈现出不同程度降低。整治前则分布于18.71~57.85，整治后为15.82~45.02，景观形状指数平均下降12.94%。

破碎化指数：耕地破碎指数从整治前的0.1926~0.3431变化至整治后的0.1985~0.3190，大部分项目区整治后的破碎化指数下降，但农村道路和沟渠的修建割裂了田块，导致耕地景观破碎化指数更高。

2.2 耕地景观破碎化指数变化分析

根据熵权法计算各指标权重结果：NP为0.21、MPS 为0.03、ED 为0.08、PD 为0.12、AWMSI 为0.20、AWMFD为0.13、LSI为0.13、FS为0.09。 其中，AWMSI的权重最大，说明该指标的变异程度高于其他指标。根据29个土地整治项目的耕地景观细碎化指数计算结果，参考卢龙县耕地破碎化指数划分标准［30］，采用自然断点法将其分为3级：轻度细碎化(0.1871~0.3651)、中度细碎化(0.3651~0.5275)、重度细碎化(0.5275~0.7489)。整治前、后各项目区的耕地景观破碎化指数变化如表2所示。

表2 耕地景观破碎化指数变化情况

由表2可知：土地整理项目实施前的耕地景观细碎化指数为0.2663~0.7489，有9个项目区为轻度细碎化、12个项目区为中度细碎化、8个项目区为重度细碎化，整体为中度细碎化；土地整治实施后，耕地景观细碎化指数为0.1873~0.5806，有17个项目区由中、重度细碎化转变为轻度细碎化，整体为轻度细碎化；实施土地整治工程对研究区的耕地景观细碎化治理有效，但有7个项目区的耕地景观破碎化指数升高，这表明土地整治对耕地景观细碎化的治理成效存在区域性差异。

2.3 耕地景观细碎化治理效果分析

2.3.1 耕地景观细碎化治理效果的t检验 运用配对样本t检验，比较分析整治前、后的耕地景观破碎化指数变化情况，旨在检验土地整治工程的治理效果。

通过t检验分析可知，整治前配对整治后样本数据满足正态分布，土地整治前、后耕地景观细碎化指数相关性为0.579，P=0.001，差异性显著(表3)。定量分析结果表明：耕地景观细碎化指数变化与土地整治工程显著相关。通过配对样本t检验可知，配对样本检验t值为4.986，自由度(df)为28，P＜0.05，在95%的置信水平上差异显著(表4)。整体而言，土地整治工程治理耕地景观细碎化的成效显著，研究区耕地景观细碎化现象得到了显著的改善。

表3 配对样本相关性

表4 配对样本t检验结果表

2.3.2 地貌对耕地景观细碎化的影响 由于不同项目区耕地景观细碎化的治理成效有差异，根据地貌类型将所选项目区分为平原和丘陵2种类进行方差分析，进一步探究地貌类型对耕地景观细碎化治理成效的影响，方差分析结果见表5和表6。样本采用Shapiro-Wilk检验，数据满足正态分布，可以进行方差齐性检验和单因素方差分析。方差齐性检验结果显示，耕地景观细碎化指数下降百分比的Sig.=0.567，数据波动一致，满足方差齐性。根据方差分析结果可知，平原区和丘陵区耕地景观细碎化指数下降百分比的平均值分别为-0.266和-0.095，P＜0.05，达到5%的显著水平，说明在不同的地貌条件下，耕地景观细碎化的治理效果存在显著差异。

表5 方差齐性检验

表6 方差分析结果

赣西北29个项目区整治成效的方差分析结果表明，平原区耕地景观细碎化治理效果整体要优于丘陵区。以三角乡树下村等3村、立新乡坂上村、澄塘镇故村村等2村为代表的8个项目区的耕地景观细碎化治理效果最为显著。这些项目区均地处平原，在土地整治前地块较为零碎、大小不一，耕地景观破碎化指数为重度、中度，但这些项目区所处地势平坦开阔，土地整治工程实施的限制性因素小，工程开展难度低。通过土地平整、农田水利基础设施建设、田间道路优化等措施后，项目区内的耕地景观细碎化指数大幅下降，整体平均下降了44%，转为轻度破碎化。另有10个项目区，虽同样位于平原区，土地整治前耕地景观破碎化指数多为轻度破碎化，由于整治力度、覆盖范围较小，治理效果相对不很明显，虽然开展了田格化治理工作，但总体上还是呈下降趋势。对于段潭乡西洲村等2村、马口镇前进村这2个项目区，其耕地集中连片程度高，土地整治后由于新建道路、沟渠等线状地物切割地块，耕地景观破碎化指数有所增加。

丘陵区耕地景观细碎化治理效果相对平原区较差。棋坪镇双溪村等3村、梅棠镇杨岭村、白槎镇栗山村、罗湾乡楼前村等2乡2村、虬津镇鄱湖村、宝田村这5个项目区位于丘陵区。在经过土地整治后，耕地破碎化程度加剧。该5个地区的地势起伏较大，坡度均值大于3°，个别地区甚至坡度大于15°。项目工程的建设成本高，土地整治工程的实施难度大。在同样的资金投入下，土地平整工程“小块并大块”相较于平原区难度大，耕地景观细碎化的治理效果未达预期，但是在部分坡度较缓的丘陵区，如云山农林公司、马步乡带塘村等2乡镇2村等6个项目区，其土地整治工程实施前，耕地空间破碎化程度为重度、中度破碎化。在土地平整工程的实施后，趋向于中度、轻度破碎化，耕地空间破碎化程度改善的效果虽逊于平原区，但也下降了25%。

3 结论与讨论

土地整治是当前治理耕地景观细碎化的主要措施，本文选择赣西北29个项目区，从田块尺度测算土地整治前、后耕地景观细碎化指数的变化，分析土地整治对耕地景观细碎化的治理成效及影响因素，结果表明：土地整治对耕地景观细碎化治理成效显著，但在平原区和丘陵区的治理效果存在区域差异。从耕地景观细碎化治理角度看，土地整治项目的实施还需从以下方面进行改进。

（1）加强土地整治项目选址的可行性论证。在项目选址阶段，通过实地调研深入了解项目区的自然状况，结合农业生产需要，尊重自然规律，最大限度地保持既有道路、河流等廊道的走向及其弯曲形态，开展景观廊道的生态化建设。坚持相对集中、连片实施的原则，结合目前存在的问题，论证项目区域的选址和布局的可行性，设计合理的土地整治项目布局和规划设计方案。

（2）合理布设田间灌排体系、降低田块破碎化指数。在一定程度上，沟渠割裂了田块，造成耕地景观细碎化。“小田并大田”时，在保证灌溉需求的前提下，发挥廊道的生态功能，优化田间排灌渠系的布设，使廊道镶嵌在大田块中；多采用暗管灌溉，避免沟渠分割田块；排水沟尽可能与田间道路结合，减少其对田块造成的割裂。

（3）优化田间道路体系、服务农业机械化。在现有田间道和生产道路的基础上，遵循生态理念，突出主干兼顾支路，合理布局，优化田间道路体系，多改建少新建，避免割裂田块，采取拓宽和硬化等措施，增加通行能力，以适应农业机械化发展的需要。

（4）增强公众参与度、推广土地平整工程。在土地整治项目设计中，广泛听取群众参与，向农户普及土地平整工程的重要性以及耕地规模化经营带来的好处；充分听取当地村民意见，切实解决农民对田间基础设施建设的诉求，保障土地整治工程质量的提高。

综上，景观生态学理论丰富了土地整治设计思路，遵循耕地数量、质量与生态“三位一体”保护原则，避免对耕地形态进行大规模改造和过度硬化；充分结合项目区的自然、经济和社会条件，合理布局田块、沟渠路及防护设施，安全利用耕地资源、提升资源利用效率。