典型丘陵区土地整治景观效应分析

朱宇峰，尚一珂，孟庆香，3*，黄文姬，赵贤妤

(1.河南省土地整理中心，河南郑州 450000；2.河南农业大学资源与环境学院，河南郑州 450000；3.河南省高校农业资源与环境工程技术研究中心，河南郑州 450000)

典型丘陵区土地整治景观效应分析

朱宇峰1，尚一珂2，孟庆香2，3*，黄文姬2，赵贤妤2

(1.河南省土地整理中心，河南郑州 450000；2.河南农业大学资源与环境学院，河南郑州 450000；3.河南省高校农业资源与环境工程技术研究中心，河南郑州 450000)

为探讨土地整治对景观格局的影响，运用 GIS技术和景观生态学理论方法，以河南省新县浒湾乡土地整理项目为例，从斑块类型水平和景观水平上选取9个景观指标，对项目区内土地整治前后的土地利用现状和景观格局变化情况进行研究。结果表明，土地利用的斑块数量减少超过50%，平均斑块面积增加超过50%，最大斑块指数和面积加权的平均形状因子分别降低12.06%和24.17%；景观水平的平均形状指数略有增加，蔓延度指数增加14.56%，Shannon多样性指数和Shannon均匀度指数分别降低24.63%和18.13%。通过土地整治项目的实施，不仅有利于耕地的机械化操作和集约化经营，而且有助于提高土地利用率，增加农业效益。

土地整治；景观格局；斑块；丘陵区

土地整治活动是采取一系列措施提高土地质量和利用效率，改善生产、生活条件和生态环境的活动，是一个重建生态环境系统的过程，它将在一定程度上对区域环境要素及其生态过程产生影响[1]。土地整治景观效应研究是土地整治理论和实践研究中不可缺少的一部分，如何借鉴已有的研究来科学、客观地进行土地整治景观生态分析，以推动土地整治的发展，是重要而又亟待解决的科学问题[2-4]。Sumrada等[5]在研究中发现，土地整治后平均斑块数量减少了60%，平均斑块面积从0.20 hm2增加到了0.46 hm2，斑块的边界总长度从2 218 km减少到1 182 km，景观格局发生较大改变。田劲松等[6]对比分析土地整治前后的景观格局变化发现，整治后斑块数量和斑块密度降低，斑块形状趋于规则和简单。一系列研究表明，土地整治对景观格局的影响不容忽视。国内外学者从区域的角度探讨了土地整治对景观格局的影响，提出了需要利用景观指数从项目区、区域等多种时空尺度上去研究才能得到全面、有价值的土地整治格局变化信息[7-11]。然而，目前河南省景观效应分析大部分是从区域的角度进行探讨。笔者以典型丘陵区土地整治项目为例，对土地整治前后的景观格局变化情况进行分析，探讨其变化规律，以期为土地整治的规划设计和生态环境影响评价工作提供服务。

1 数据来源与研究方法

1.1 研究区概况 新县浒湾乡土地整理项目区位于新县北部，属于大别山南麓丘陵区，地理坐标为114°50′48″～114°56′24″ E，31°40′18″～31°47′12″ N，年降水量1 373.4 mm，地表水资源丰富。项目区属亚热带北部大陆性季风气候，四季分明，气候多变。项目区综合经济实力较弱，现有的交通、水利、林业设施缺乏统一的规划和布局，防范各种自然灾害的能力较差，群众对土地投入较少，耕作粗放，重用轻养，尤其是缺乏有机肥的投入，土地产出率低，经营规模小。

1.2 数据来源与处理 所用数据包括河南省新县浒湾乡土地整理项目的土地利用现状图(1∶5 000)和土地利用规划图(1∶5 000)。首先利用GIS软件将上述图件数字化，然后依据全国第二次土地调查土地利用现状分类表和项目区实际情况，将项目区土地利用分为耕地、园地、林地、交通用地、水域和未利用土地6类，将处理好的土地景观类型矢量图转为栅格图像，获得土地利用景观类型栅格图，最后利用Fragstats 3.3软件对上述做好的土地利用景观类型栅格图进行指数统计，进行土地整治项目实施前后的景观格局分析，分析其景观效应。

1.3 景观格局指标的选取 景观指标是指能够全面反映景观格局信息，并充分反映其结构组成和空间配置等方面特征的定量指标[12]。景观生态学的格局分析包括斑块水平、斑块类型水平和景观水平3个层次。结合土地整理的特点和已有的研究[13-15]，重点从斑块类型水平上选取景观百分比、斑块个数、平均斑块面积、最大斑块指数和面积加权的平均形状因子5个指标，从景观水平上选取平均形状指数、蔓延度指数、Shannon多样性指数和Shannon均匀度指数4个指标进行分析，各个指标的计算方法及其含义见表1[16]。

表1 景观格局指标及其含义

2 结果与分析

2.1 土地整治对土地利用结构的影响 土地整治项目实施前，项目区内没有草地，其他土地利用类型按面积排序分别为耕地、未利用地、水域、林地、交通用地和园地；土地整治项目实施后，牧草地和未利用地都不存在，耕地面积最大，占项目区总面积的56.21%，其后依次为林地、园地、水域和交通用地(表2)。

土地整治项目实施后，耕地增加58.27 hm2，新增耕地率达到17.89%，主要来自于废弃坑塘、废弃沟渠和滩涂及荒草地。园地和林地分别增加49.97、41.02 hm2，交通用地略有增加，水域用地由土地整治前的73.14 hm2降至11.63 hm2，降幅超过80.00%，未利用地则全部变为农业用地。土地整治前后景观类型见图1。由图1可见，土地整治项目实施后项目区土地利用斑块形状变得简单规则、空间分布较为集中。

表2 土地整治前后土地利用结构变化情况

Table 2 The changes of Iand use structures before and after land consolidation

地类Landcategory整治前Beforeconsolidation面积Areahm2比例Proportion%整治后Afterconsolidation面积Areahm2比例Proportion%耕地Cultivatedland124．8038．32183．0756．21园地Gardenplot1．720．5351．6915．87林地Forestland31．959．8172．9722．40交通用地Transporta⁃tionland1．780．556．341．95水域Waterarea73．1422．4611．633．57未利用地Unutilizedland92．3128．3400合计Total325．70100325．70100

图1 土地整治前后景观类型Fig.1 Landscape type before and after land consolidation

2.2 土地整治对土地利用斑块格局的影响 土地整治项目实施后，平均斑块面积增加0.543 hm2，较土地整治项目实施前增加52.92%，斑块数量减少了35个，较土地整治项目实施前降低了49.29%。最大斑块指数和面积加权的平均形状因子分别降低了4.151和5.105，与土地整治项目实施前相比分别降低12.06%和24.17%，说明土地利用斑块形状变得简单规则、空间分布集中，有利于机械化作业和田间管理。

整治后，项目区未利用土地全部转变为其他土地利用类型，耕地斑块数量明显下降，但其总面积、景观百分比和平均斑块面积最大。斑块破碎度明显下降主要是由于项目区整治前田块分布散乱，通过土地整治，将所有田块统一规划，归并闲散地块，斑块数量也随之减少，使得田块集中成一定的规模。土地整治后，通过填埋废弃坑塘、整理田坎等，景观类型斑块的大小、个数等均发生了一定程度的变化，使斑块的数量减少、平均面积变大，更利于机械化操作。但是生态系统也因此变得更加脆弱，使之更加依赖于人类活动。土地整治实施前后各土地利用方式的斑块变化特征见表3。

表3 土地整治实施前后土地利用类型的斑块特征比较

2.3 土地整治对景观格局的影响 根据景观生态学原理，景观水平指标主要选取景观平均形状指数、蔓延度指数、Shannon多样性指数、Shannon均匀度指数4个指标，计算结果见表4。

表4 土地整治对景观整体空间格局的影响

Table 4 The changes of spatial pattern of the whole landscape after land consondation

景观格局Landscapepattern整治前Beforeconsolidation整治后Afterconsolidation增减量Amountofincreaseordecrease平均形状指数Meanshapeindex1．72561．87150．1459蔓延度指数Contagionindex57．409365．85018．4408Shannon多样性指数Shannon’sdiversityindex1．45601．0974-0．3586Shannon均匀度指数Shannon’sevennessindex0．74820．6125-0．1357

由表4可知，土地整治后平均形状指数有所增加，说明景观形状接近于规则；蔓延度指数增大，说明较土地整治后景观团聚度增强，土地利用集约度提高，便于机械化操作和集约化经营。景观多样性一般由多样性指数和均匀度指数来描述。土地整治实施后，原有的未利用土地全部转变为其他土地利用类型，斑块类型由原来的6类转变为5类，土地利用斑块数目也减少。多样性和均匀度指数的大小取决于斑块类型的多样性和均匀度，其值越大，说明景观结构组成越复杂。Shannon多样性指数由土地整治前的1.456 0变为1.097 4，下降24.63%，说明景观整体类型数目减少，景观异质性较高，但各景观类型所占比例差别较大。Shannon均匀度指数由土地整治前的0.748 2变为0.612 5，下降18.13%，说明景观分布均匀程度有所增大，但仍有景观类型面积分布不均匀、 少数景观类型占据主导地位。导致这种变化一方面由于未利用土地全部转换为其他土地利用类型，斑块数量、类型减少；另一方面土地整治使原来破碎的小斑块合并为较大的斑块，斑块类型将在空间分布上趋向于集中。

3 结论

(1)基于 GIS技术和景观生态学，以典型丘陵区土地整治项目为例，对土地整治实施前后景观格局的变化进行定量分析，丰富了土地整治的理论和方法，为土地整治规划与景观效益评价提供了服务。

(2)此次土地整治通过田块重划、土地平整、农田水利和田间道工程等工作，使得破碎化的景观趋于完整，增强了抵御旱涝灾害的能力。这不仅有利于耕地的机械化操作和集约化经营，而且有助于提高土地利用率，增加农业效益。

(3)土地整治在减轻景观破碎化的同时也降低了景观的多样性。今后的土地整治规划设计应融入景观生态学的思想，尽可能改善生态系统结构简单、生态系统脆弱的状况，例如通过田间道路和沟渠设计注重增加绿地和生物栖息场，注意景观多样性的设计，改善景观系统的多样性和稳定性。参考文献

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Landscape Effect Analysis of Land Consolidation Based on Typical Hilly Region

ZHU Yu-feng1, SHANG Yi-ke2, MENG Qing-xiang2,3*et al

(1. Henan Land Consolidation and Rehabilitation, Zhengzhou，Henan 450000; 2. College of Resources and Environment，Henan Agricultural University，Zhengzhou，Henan 450000，3. Engineering Research Center of Agricultural Resources and Environment of Henan Provincial Universities，Zhengzhou，Henan 450000)

In order to clarify the effects of land consolidation on landscape pattern, using GIS technology as well as theory and methods of landscape ecology, we studied landscape pattern of land consolidation. Exemplified by the land consolidation project for Xin County, we selected nine indexs and probed into the land use situation and landscape pattern before and after land consolidation. The results showed that the number of land use patches decreased by over 50%, the area of average patch increased by over 50%, the largest patch index and the area-weighted mean shape index decreased by 12.06% and 24.17%. The mean shape index slightly increased, and contagion index increased by 14.56%. At the same time, the Shannon’s diversity index and evenness index reduce 24.63% and 18.13%. Land management is not only beneficial to the cultivated land of mechanized operation and intensive management, but also help to improve the utilization rate of land and increase agricultural efficiency.

Land consolidation；Landscape pattern；Patche；Hilly region

中国地质调查局资助项目(12120113007300)。

朱宇峰(1971- )，男，河南内黄人，工程师，从事土地整理研究。*通讯作者，副教授，硕士，从事土地调查与评价研究。

2016-10-26

S 29；F 301.24

A

0517-6611(2016)35-0198-04