陜北黃土高原縣域土地利用結(jié)構(gòu)及其空間布局

張 昳, 常慶瑞, 趙業(yè)婷, 孫梨萍, 吳 瑋

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 陜西 楊凌 712100; 2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院, 蘭州 730030)

陜北黃土高原縣域土地利用結(jié)構(gòu)及其空間布局

張 昳1, 常慶瑞1, 趙業(yè)婷1, 孫梨萍1, 吳 瑋2

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 陜西 楊凌 712100; 2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院, 蘭州 730030)

為更好的合理優(yōu)化和配置土地資源，以陜西省府谷縣2010年土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，借助ArcGIS、Fragstats等軟件以及與數(shù)學(xué)模型分析相結(jié)合的方法，對(duì)府谷縣的土地利用數(shù)量特征進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上引入地形位指數(shù)和景觀格局指數(shù)分析各土地利用類型的空間分布特征。結(jié)果表明：府谷縣土地資源類型較為齊全，草地、耕地和林地為主要景觀類型，占全縣土地面積的比例分別為57.74%，24.50%，12.12%，土地利用類型組合數(shù)相對(duì)較小，土地利用的地域差異明顯；從空間格局分布來(lái)看林地、草地、耕地和水面連接度較高，呈片狀分布，城鄉(xiāng)建設(shè)用地空間分布零散，斑塊形狀復(fù)雜，聚集程度較低，破碎化程度較高，土地利用空間數(shù)量結(jié)構(gòu)和空間格局結(jié)構(gòu)結(jié)合分析的方法能較好地適用于地形復(fù)雜的地區(qū)。

土地利用結(jié)構(gòu); 數(shù)量結(jié)構(gòu); 空間結(jié)構(gòu); 地形位指數(shù)

自20世紀(jì)90年代以來(lái)，土地利用/覆蓋變化研究已經(jīng)成為全球的研究熱點(diǎn)和前沿[1]，土地作為人類賴以生存的生產(chǎn)資料和物質(zhì)基礎(chǔ)，由于自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等條件的地區(qū)差異性以及人們對(duì)其利用目的和方式不同，形成了不同的土地利用結(jié)構(gòu)類型，如何實(shí)現(xiàn)土地資源的有效利用和優(yōu)化已成為土地利用變化的重點(diǎn)[2]，土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化作為土地利用變化的核心內(nèi)容，其主要研究的內(nèi)容為土地利用的數(shù)量結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)的變化，從系統(tǒng)論分析來(lái)看，研究土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)的變化對(duì)合理利用土地具有重要意義[3]。對(duì)此國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者已經(jīng)對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化做了相關(guān)研究，陳其春[2]、劉桃菊[4]、楊杰[5]、宋戈[6]等運(yùn)用不同的數(shù)學(xué)模型對(duì)縣級(jí)尺度下土地利用數(shù)量和空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行了定量分析，鄭鳳娟等[3]從土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)和景觀格局兩方面入手，對(duì)天水市不同地類的空間格局與功能特征進(jìn)行了分析；劉軍會(huì)等[7]借助GIS和景觀生態(tài)學(xué)方法對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶土地利用及景觀格局變化進(jìn)行了研究；馬延剛等[8]運(yùn)用地形位指數(shù)和土地利用程度綜合指數(shù)分析了陜西戶縣不同地形梯度上的土地利用強(qiáng)度；郭洪峰[9]、梁發(fā)超[10]等采用地形位指數(shù)對(duì)平谷區(qū)地形梯度特征進(jìn)行了分析。總結(jié)國(guó)內(nèi)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于土地利用結(jié)構(gòu)大都集中在數(shù)量結(jié)構(gòu)的研究，而且以縣級(jí)尺度的土地利用結(jié)構(gòu)特征定量分析較為薄弱，考慮到縣級(jí)尺度多為土地利用、管理和規(guī)劃的最佳尺度，因此在生態(tài)環(huán)境較為脆弱的黃土高原地區(qū)開展土地利用結(jié)構(gòu)特征的定量分析將具有重要意義。

本文以陜西省府谷縣為例，從土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)出發(fā)，選取相應(yīng)定量指標(biāo)，在分析府谷縣土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上引入地形位指數(shù)和景觀格局指數(shù)，探討府谷縣土地利用結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及其空間分布規(guī)律，對(duì)生態(tài)安全建設(shè)和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整都具有重要意義，為區(qū)域土地資源的合理利用提供決策基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況

府谷縣位于陜西省最北端，榆林市東北端，秦晉蒙三省(區(qū))交界的黃河“金三角”地帶，東與山西省河曲縣、保德縣隔河相望，北與內(nèi)蒙古自治區(qū)準(zhǔn)格爾旗、伊金霍洛旗接壤，西南與本省神木縣毗鄰，素有“雞鳴聞三省”之稱。地理位置東經(jīng)110°22′34″—111°14′31″、北緯38°42′29″—39°35′07″，東西長(zhǎng)約74.7 km，南北長(zhǎng)約98 km。地形地貌較為復(fù)雜，總的地勢(shì)是西北高、東南低，海拔介于780～1 426.5 m，平均1 103.25 m；全縣總面積3 207.67 km2，土地墾殖率24.51%，現(xiàn)轄15個(gè)鎮(zhèn)，3個(gè)辦事處、2個(gè)農(nóng)業(yè)園區(qū)。氣候?qū)儆跍貛О敫珊荡箨懶约撅L(fēng)氣候，具有干、濕、寒、熱四季分明的氣候特征。區(qū)境內(nèi)有四條大川，黃甫川、清水川、孤山川、石馬川，黃河以北東方向斜穿本縣東南角。耕地土壤類型可分為風(fēng)沙土、栗鈣土、粗骨土、黃綿土、石質(zhì)土、新積土、黑壚土、紅土8個(gè)土類，主要是以黃綿土為主，占土壤類型的62.08%。現(xiàn)有人口24.19萬(wàn)，其中農(nóng)業(yè)人口17.53萬(wàn)，占總?cè)丝诘?2.5%。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

對(duì)府谷縣2010年土地利用現(xiàn)狀圖件進(jìn)行掃描、校正處理，利用ArcGIS軟件對(duì)掃描后的圖件進(jìn)行矢量化，建立不規(guī)則三角網(wǎng)(TIN)模型得到精度為20 m×20 m的DEM數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化為GRID格式在Fragstats軟件中進(jìn)行景觀格局指數(shù)的計(jì)算，并提取相關(guān)高程和坡度信息，并按照《2007年土地利用現(xiàn)狀分類》標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合府谷縣區(qū)域土地利用方式的實(shí)際情況，將府谷縣劃分為耕地、園地、林地、草地、建設(shè)用地、水域和其他土地7個(gè)一級(jí)分類，在ArcGIS 9.3軟件中統(tǒng)計(jì)得到府谷縣各類土地類型的面積百分比見表1。

表1 2010年府谷縣各土地利用類型面積百分比

2.2 研究方法

土地利用結(jié)構(gòu)按照其內(nèi)涵成因組成，可以將其理解為某一區(qū)域內(nèi)土地利用在質(zhì)量和數(shù)量上的對(duì)比關(guān)系，以及組合成特定的空間格局或形式，土地利用空間格局分析包括土地?cái)?shù)量和空間結(jié)構(gòu)兩方面內(nèi)容[11]，土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)分析可以理解為特定區(qū)域內(nèi)各種用地類型之間的面積關(guān)系，目的在于揭示區(qū)域內(nèi)各類用地的數(shù)量組合規(guī)律和區(qū)位優(yōu)勢(shì)；土地利用空間格局從空間的角度揭示土地利用與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和自然等因素在空間上的分布。因此本文通過(guò)計(jì)算府谷縣多樣化指數(shù)、集中化指數(shù)、組合類型、區(qū)位指數(shù)以及與自然因素密切相關(guān)的地形位指數(shù)和景觀格局指數(shù)來(lái)解釋和探討土地利用結(jié)構(gòu)特征及其空間分布。

2.2.1 多樣化指數(shù) 土地利用結(jié)構(gòu)數(shù)量的多樣化是反映某一區(qū)域內(nèi)土地利用類型差異的多樣化程度，本文采用吉布斯—馬丁指數(shù)(GM)模型來(lái)計(jì)算各土地類型多樣化程度，計(jì)算公式為：

(1)

式中：GM——多樣化指數(shù)；n——土地利用類型數(shù)；Xi——區(qū)域內(nèi)第i種土地利用類型占總地類的面積；公式中，GM的取值范圍是0到1，當(dāng)GM∝1時(shí)，表明該類型土地利用的集中化程度高；反之，當(dāng)GM∝0時(shí)則說(shuō)明其集中化程度低，如果不同類型的土地面積較為均衡則GM∝1；反之則表示該地區(qū)土地利用類型較為單一。

2.2.2 集中化指數(shù) 土地利用結(jié)構(gòu)數(shù)量的集中化是反映各種土地利用類型的集中程度，為了測(cè)試府谷縣土地利用類型的集中化程度，本文采用洛倫茲曲線[12]和集中化指數(shù)[13]分別計(jì)算府谷縣土地利用的集中化程度，洛倫茲曲線較為直觀，首先根據(jù)各種地類的面積百分比按照大小進(jìn)行排序，根據(jù)累計(jì)百分比繪制，而集中化指數(shù)更能從數(shù)量上來(lái)衡量區(qū)域內(nèi)土地利用類型的集中化程度，其計(jì)算公式如下：

(2)

式中：I——集中化指數(shù)；A——區(qū)域土地利用類型的累計(jì)百分比之和；R——高一級(jí)層次區(qū)域各土地利用類型的累計(jì)百分比之和；M——假設(shè)土地利用都集中于某一個(gè)類型時(shí)的最大累計(jì)百分比總和[14]。

2.2.3 組合類型法 為了進(jìn)一步研究土地利用特征情況，采用威弗—托馬斯組合系數(shù)法進(jìn)行分析[1]。該方法原理是利用土地假設(shè)分布(假設(shè)相對(duì)面積百分比)與實(shí)際分布(實(shí)際相對(duì)面積百分比)相比較，然后逐步逼近實(shí)際分布的過(guò)程，其具體步驟為：

(1) 按照府谷縣各類型土地面積占總面積的比例由大到小排序；

(2) 假設(shè)土地只分配給一種類型，則這一類土地類型的假設(shè)分布為100%，其他用地類型為0，如果分配給前兩種用地，那么該兩類用地類型的假設(shè)分布為50%，其他為0，以此類推，如果土地類型為7種用地類型，則每種用地類型的假設(shè)分布概率為15%；

(3) 計(jì)算每種情況下假設(shè)分布和實(shí)際分布之差的平方和；

(4) 選擇步驟(3)中假設(shè)分布和實(shí)際分布之差的平方和最小的分布組合類型作為該區(qū)域內(nèi)土地的組合類型。

2.2.4 區(qū)位指數(shù) 區(qū)位指數(shù)反映著某一區(qū)域內(nèi)各土地利用類型的區(qū)位優(yōu)勢(shì)在空間地域上有機(jī)結(jié)合的具體表現(xiàn)，通過(guò)對(duì)土地利用區(qū)位指數(shù)的分析能夠反映出一個(gè)地區(qū)各種土地利用類型在更高一層的區(qū)域空間內(nèi)的相對(duì)聚集程度，其計(jì)算公式如下：

(3)

式中：Qi——區(qū)位指數(shù)；fi——某區(qū)域內(nèi)第i種土地類型面積；Fi——高一級(jí)區(qū)域內(nèi)第i種土地類型面積，如果區(qū)位指數(shù)Qi>1，則該種土地類型具有區(qū)位意義[15]。

2.2.5 地形位指數(shù) 地形作為影響土地利用空間分布的重要影響因素之一，土地利用結(jié)構(gòu)及變化在地形高程上表現(xiàn)出一定的分布規(guī)律，為了更好地描述自然因素變化對(duì)土地利用空間格局的影響，采用地形位指數(shù)來(lái)度量，計(jì)算公式如下：

(4)

P=(Sie/Si)/(Se/S)

(5)

式中：P——分布指數(shù)；Sie——第i種地形位下第i種土地利用類型的面積；Si——整個(gè)研究區(qū)第i種土地利用類型的總面積；Se——整個(gè)研究區(qū)域第e種地形位的總面積；S——研究區(qū)總面積。P值越大說(shuō)明該地類在整個(gè)區(qū)域中優(yōu)勢(shì)度較高，即該級(jí)別適合該類土地的發(fā)育和分布，反之則說(shuō)明該地類低于區(qū)域平均水平，屬于劣勢(shì)分布。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)分析

3.1.1 多樣化程度分析 利用公式(1)計(jì)算得到府谷縣各鎮(zhèn)多樣化指數(shù)如表2所示。

由表2可以看出，2010年府谷縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)平均多樣化指數(shù)為0.591，而根據(jù)國(guó)內(nèi)研究成果顯示多樣化指數(shù)理論的最大值為0.857[2]，說(shuō)明府谷縣整體多樣化指數(shù)水平在中等偏上水平，全縣土地利用類型較為豐富，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)多樣化指數(shù)分布為0.449～0.611，其中府谷鎮(zhèn)、黃甫鎮(zhèn)和武家莊鎮(zhèn)多樣化指數(shù)高于全縣平均水平，分別為0.611，0.603，0.596，土地利用多樣化指數(shù)最低的為麻鎮(zhèn)，多樣化指數(shù)為0.449，可見府谷縣土地利用數(shù)量特征差異較大。

表2 府谷縣各鎮(zhèn)土地利用多樣化指數(shù)、集中化指數(shù)和組合系數(shù)

3.1.2 集中化程度分析 由圖1所示，府谷縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用洛倫茲曲線增長(zhǎng)速率基本相似，除大昌汗鎮(zhèn)在第3個(gè)地類處(林地)發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折變化外，其余各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均在第4個(gè)地類處(草地)發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折變化，究其原因，大昌汗鎮(zhèn)林地面積較大，占到全鎮(zhèn)面積的79.47%，而全縣各鎮(zhèn)地類主要集中在耕地、園地、林地和草地。結(jié)果表明：全縣累計(jì)面積百分比均在92%以上，集中化程度較低，其土地利用受地形制約較為明顯，這與府谷縣位于黃土高原地區(qū)，土地利用類型主要為林地和草地有關(guān)。

圖1 府谷縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用洛倫茲曲線

府谷縣分為7種土地利用類型(分別用1—7代表耕地、園地、林地、草地、建設(shè)用地、水域和其他土地)，其M值為700，經(jīng)計(jì)算R值為483.91，通過(guò)公式(2)計(jì)算府谷縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)集中化指數(shù)如表2所示，研究區(qū)各鎮(zhèn)土地利用集中化指數(shù)介于-0.165～0.147，基本與洛倫茲曲線相一致，其中木瓜鎮(zhèn)的集中化指數(shù)最大為0.147，古城鎮(zhèn)最小為-0.165，其對(duì)應(yīng)的多樣化指數(shù)分別為0.564和0.501，集中化指數(shù)和多樣化指數(shù)存在相關(guān)性，全縣土地利用呈現(xiàn)相對(duì)集中分布的格局。

3.1.3 組合類型分析 由表2看出，府谷縣全縣以及各鎮(zhèn)組合類型主要包括耕地、林地和草地三類用地類型；府谷鎮(zhèn)、孤山鎮(zhèn)、哈鎮(zhèn)、黃甫鎮(zhèn)、廟溝門鎮(zhèn)、木瓜鎮(zhèn)、清水鎮(zhèn)、三道溝鎮(zhèn)、田家寨鎮(zhèn)、武家莊鎮(zhèn)和新民鎮(zhèn)組合類型表現(xiàn)為耕地和草地為主，其余地類為輔的土地利用特征；古城鎮(zhèn)、老高川鎮(zhèn)和麻鎮(zhèn)組合類型只有草地一種，其余地類均為輔助地類；大昌汗鎮(zhèn)組合類型只有林地一種，其余地類均為輔助地類的土地利用結(jié)構(gòu)特征。通過(guò)分析得知，府谷縣土地利用結(jié)構(gòu)較為單一，且受地形地貌影響較大，大昌汗鎮(zhèn)土地利用結(jié)構(gòu)受地形影響較大，由于海拔較高，其土地利用類型主要以林地為主，通過(guò)與上述洛倫茲(Lorenz)曲線圖對(duì)比分析可知，全縣各鎮(zhèn)土地利用組合類型與洛倫茲曲線圖相一致。

隨著與城鎮(zhèn)及工礦用地的距離增加各項(xiàng)指標(biāo)均有不同程度的減小，但趨勢(shì)各不相同。距離在2 000 m范圍內(nèi)的農(nóng)村居民點(diǎn)面積占比達(dá)64.8%，景觀所占比例高達(dá)5.26%，農(nóng)村居民點(diǎn)平均面積與標(biāo)準(zhǔn)差顯著高于其他區(qū)域，表明城鎮(zhèn)與工礦用地對(duì)于農(nóng)村居民點(diǎn)的規(guī)模特征有較大的影響。城鎮(zhèn)是區(qū)域發(fā)展的經(jīng)濟(jì)中心，聚集著區(qū)域大量的人口與公共服務(wù)，對(duì)農(nóng)村居民點(diǎn)產(chǎn)生較強(qiáng)的吸引。工礦用地所需大量勞動(dòng)力且為農(nóng)村居民帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)高于農(nóng)業(yè)耕作，因此影響著農(nóng)村居民點(diǎn)的形成與發(fā)展。各區(qū)域內(nèi)農(nóng)村居民點(diǎn)數(shù)量、斑塊密度、景觀形態(tài)指數(shù)及形狀指數(shù)差異并不明顯，表明城鎮(zhèn)及工礦用地對(duì)于農(nóng)村居民點(diǎn)的數(shù)量分布及其形態(tài)影響程度相對(duì)較低。

3.1.4 區(qū)位指數(shù)分析 利用公式(3)計(jì)算得到府谷縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用區(qū)位指數(shù)如表3所示，各類用地在府谷縣均具有區(qū)位意義，各鎮(zhèn)在耕地區(qū)位意義明顯，黃甫鎮(zhèn)、木瓜鎮(zhèn)和武家莊鎮(zhèn)的區(qū)位指數(shù)均在1.3以上，該類地區(qū)土地利用主要受交通便利影響，地勢(shì)平坦；古城鎮(zhèn)、麻鎮(zhèn)和武家莊鎮(zhèn)在園地具有較強(qiáng)區(qū)位意義，區(qū)位指數(shù)在2.3以上；在林地中古城鎮(zhèn)和老高川鎮(zhèn)具有一定的區(qū)位意義，其中大昌汗鎮(zhèn)具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，其區(qū)位意義達(dá)到5.878，表明受地形影響，大昌汗鎮(zhèn)林地為主要用地類型；孤山鎮(zhèn)、古城鎮(zhèn)、麻鎮(zhèn)、老高川鎮(zhèn)和三道溝鎮(zhèn)在草地具有區(qū)位意義，其中麻鎮(zhèn)最為顯著，達(dá)到1.254；在建設(shè)用地中府谷鎮(zhèn)區(qū)位優(yōu)勢(shì)最為明顯，這與府谷鎮(zhèn)為縣政府所在地，交通便利有關(guān)；水域上古城鎮(zhèn)和麻鎮(zhèn)具有較高區(qū)位意義，其區(qū)位指數(shù)均在4.7以上；黃甫鎮(zhèn)和廟溝門鎮(zhèn)在其他土地具有區(qū)位意義，分別達(dá)到6.264和3.017，其他土地尚待開發(fā)。總之，府谷縣各鎮(zhèn)區(qū)位指數(shù)與經(jīng)濟(jì)水平、交通便利程度和地理位置有密切關(guān)系，通過(guò)對(duì)區(qū)位指數(shù)的研究可以明確各鎮(zhèn)土地利用區(qū)位的優(yōu)勢(shì)特征，對(duì)今后土地利用和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整提供參考依據(jù)。

表3 府谷縣各鎮(zhèn)土地利用現(xiàn)狀區(qū)位指數(shù)

通過(guò)計(jì)算府谷縣各鎮(zhèn)土地利用結(jié)構(gòu)多樣化、集中化和組合類型的分析可知，多樣化指數(shù)、集中化指數(shù)、洛倫茲曲線與組合類型數(shù)可以形成相互關(guān)系，表明這4個(gè)指標(biāo)在定量分析土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)分析時(shí)具有優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的關(guān)系，即在一定范圍內(nèi)，多樣化指數(shù)越大，集中化指數(shù)越小，相應(yīng)的組合類型數(shù)越大。

3.2 土地利用空間結(jié)構(gòu)分析

3.2.1 基于地形位指數(shù)的空間結(jié)構(gòu)分析 根據(jù)公式(4)和公式(5)，將府谷縣DEM柵格數(shù)據(jù)和坡度柵格數(shù)據(jù)在ArcGIS空間分析模塊中進(jìn)行柵格疊加計(jì)算，得到府谷縣地形位指數(shù)T(0.796～2.138)，繪制出府谷縣地形位指數(shù)示意圖(圖2)，采用自然鄰域間斷點(diǎn)法將其分為10個(gè)區(qū)間，分別統(tǒng)計(jì)各用地類型在10個(gè)區(qū)間上的面積，得到不同土地利用類型分布指數(shù)與地形位指數(shù)[18]分布關(guān)系圖(圖3)。

如圖3所示，顯示了2010年各種土地利用類型地形位梯度分布特征，從圖中可以看出各土地利用類型在地形梯度上的分布優(yōu)勢(shì)區(qū)間(Pie>1)，總體來(lái)說(shuō)耕地、水域、建設(shè)用地和園地主要分布在低地形位區(qū)間(1—4)，草地和林地主要分布在中地形位區(qū)間(5—10)，而其他土地主要分布在高地形位區(qū)間(8—10)，林地也有適量分布。不同的土地利用類型在地形梯度分布的變化各有不同。

圖2 府谷縣地形位指數(shù)示意圖

(1) 耕地的總體適宜地形位指數(shù)在1—5之間，在地形位指數(shù)為6后耕地的分布指數(shù)接近于0，這反映出耕地受地形影響較大，從圖2中可以看出耕地主要分布在黃甫川流域、清水川流域以及孤山川流域地勢(shì)平坦區(qū)域；(2) 園地適宜地形位指數(shù)為1—2之間，在地形位3以后出現(xiàn)拐點(diǎn)，3—8之間分布指數(shù)隨著地形位的增加變化較為平緩；(3) 林地分布指數(shù)隨著地形位的增加呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)，主要分布在海拔較高，地形位指數(shù)為8—10之間的林場(chǎng)；(4) 草地隨著地形位的增加呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢(shì)；(5) 水域的分布受地形影響較大，在地形位3時(shí)出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)；(6) 建設(shè)用地與水域類似，分布受地理?xiàng)l件影響較大，其適宜地形位指數(shù)為1—3之間，表現(xiàn)為隨著地形位的升高而下降；(7) 其他土地整體分布指數(shù)隨著地形位指數(shù)的增加而升高，尤其在地形位9時(shí)出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，這與黃土高原地區(qū)，其他土地主要集中在高海拔地區(qū)，難以被人們利用有關(guān)。

3.2.2 基于景觀格局指數(shù)的空間格局分析 景觀格局分析是從生態(tài)學(xué)角度出發(fā)從雜亂無(wú)序的景觀中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，用景觀格局空間特征量反映土地利用景觀結(jié)

構(gòu)和空間配置特征[19]，本文結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，選取斑塊類型尺度水平的斑塊總面積(CA)、斑塊數(shù)(NP)、斑塊密度(PD)、最大斑塊指數(shù)(LPI)、景觀形狀指數(shù)(LSI)、平均斑塊面積(MPS)、相似鄰近性指數(shù)(PLADJ)、斑塊聚集度指數(shù)(AI)、斑塊類型百分比指數(shù)(PLAND)和斑塊結(jié)合度指數(shù)(COHESION)10個(gè)景觀類型水平指數(shù)對(duì)府谷縣土地利用空間格局進(jìn)行分析，得到各類型土地利用斑塊景觀格局指數(shù)(表4)。

圖3 不同土地利用類型與地形位指數(shù)分布關(guān)系

類型CANPPDLPILSIPLADJAIPLANDCOHESION耕地7859227620.860.6692.7578.1078.2324.5095.04園地57963980.120.0932.9378.3478.861.8190.44林地388819440.293.3953.7986.3586.5712.1297.65草地1852154990.1655.7994.9988.9689.0657.7499.96建設(shè)用地969410220.320.2144.6777.3077.703.0289.42水域299220.010.027.7077.4579.780.0989.26其他土地22861910.060.0323.2975.5476.350.7188.31

從斑塊總面積可以看出，府谷縣的主要用地類型為草地、耕地、林地、斑塊面積分別為185 215，78 592，38 881 hm2，分別占總面積的57.74%，24.50%，12.12%，這與土地?cái)?shù)量計(jì)算中全縣組合類型相一致。從斑塊數(shù)量上看，耕地、建設(shè)用地、林地?cái)?shù)量最多，為2 726個(gè)，1 022個(gè)，944個(gè)，相對(duì)應(yīng)的其斑塊密度也明顯高于其他用地類型，這說(shuō)明耕地、建設(shè)用地、林地的斑塊平均面積小，破碎化程度大，草地的最大斑塊指數(shù)高達(dá)55.79，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他用地類型，其最大斑塊面積占總面積的比例大，人為影響大。從景觀形狀指數(shù)來(lái)看，草地以及耕地均達(dá)到90以上，反映出草地與耕地的形狀很不規(guī)則。各地類相似鄰近性指數(shù)和斑塊聚集度指數(shù)趨勢(shì)基本一致，都達(dá)到了75以上，草地、林地的相似鄰近性指數(shù)和斑塊聚集度指數(shù)相對(duì)偏高一點(diǎn)，說(shuō)明該地類鄰接性較好，空間聚集度較高，反映在空間上為草地和林地在海拔高的地方受人為因素影響較小，空間呈現(xiàn)集中連片分布。而水域、建設(shè)用地和其他土地空間分布相對(duì)較分散，聚集度較低；從斑塊結(jié)合度指數(shù)來(lái)看，最高的為草地達(dá)到99.96%，其次是耕地和林地均在95%以上，說(shuō)明這三種地類連通性較好，建設(shè)用地和水域是與人類活動(dòng)相關(guān)的地類，斑塊之間較為分散，連通性較差。總體來(lái)看，府谷縣耕地、林地和草地為主要景觀基質(zhì)，對(duì)府谷縣域土地利用空間格局起到了重要作用。

4 結(jié) 論

(1) 通過(guò)對(duì)土地利用的多樣化、集中化、組合類型和區(qū)位4個(gè)方面進(jìn)行數(shù)量結(jié)構(gòu)的分析得知，府谷縣土地利用類型較為豐富，多樣化水平較高，通過(guò)組合類型分析得知府谷縣主要景觀基質(zhì)為耕地、林地和草地；從土地利用的區(qū)位因素來(lái)看，與其他地類相比，在耕地上具有區(qū)位意義的農(nóng)場(chǎng)數(shù)目最多，耕地在全縣15個(gè)鎮(zhèn)中9個(gè)具有區(qū)位意義，且具有一定的規(guī)模，其余地類只在個(gè)別鎮(zhèn)具有區(qū)位意義，以黃甫鎮(zhèn)和廟溝門鎮(zhèn)為例，在其他土地上區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯，可作為未來(lái)土地開發(fā)的重點(diǎn)。

(2) 從土地利用空間結(jié)構(gòu)分析可知，府谷縣在不同高程和坡度的土地利用類型均有分布，耕地、建設(shè)用地和水域隨地形位指數(shù)增加而劇烈下降，草地、林地和園地穩(wěn)中有升，其他土地隨地形變化最為敏感；從斑塊數(shù)、斑塊面積和斑塊密度來(lái)看，耕地、林地和草地為主要景觀基質(zhì)，水域、建設(shè)用地和其他土地聚集度低，空間分布零散，而從斑塊結(jié)合度指數(shù)可以看到草地、耕地和林地連通性較好。

(3) 本文從縣域尺度入手，通過(guò)選取相關(guān)定性指標(biāo)模型在縣級(jí)尺度下對(duì)府谷縣土地利用的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析，與目前已有研究成果相比，不僅分析了土地的數(shù)量結(jié)構(gòu)并且引入地形位等指數(shù)對(duì)土地利用的空間格局分布也進(jìn)行了研究，這種數(shù)量結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)相結(jié)合來(lái)分析土地利用的思路值得借鑒，對(duì)陜北黃土高原土地利用規(guī)劃實(shí)施和相關(guān)政策制定均具有一定的參考依據(jù)。

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LandUseStructureandItsSpatialDistributioninNorthernShaanxiontheLoessPlateau

ZHANG Yi1, CHANG Qing-rui1, ZHAO Ye-ting1, SUN Li-ping1, WU Wei2

(1.CollegeofNaturalResourcesandEnvironment,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China; 2.CollegeofResourcesandEnvironment,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730030,China)

In order to better optimize and allocate land resources reasonably, this paper took land use data of Fugu County in Shaanxi Province in 2010 to analyze the quantitative characteristic of land use in Fugu County by combining the software like ArcGIS, Fragstats, etc. with the method of mathematical model analysis, and on the basis, introduce terrain niche index and landscape pattern index to analyze the land use spatial distribution characteristics of various land use types. The results show that the land resource type in Fugu County is relatively complete, grassland, cultivated land and woodland are the main landscape types, the proportion of area of the three types of land in the county is 57.74%, 24.50% and 12.12%, respectively, the combinational number of land use types is relatively small, regional differences of land use are significant; view from the spatial distribution pattern, the connection degree of woodland, grassland, cultivated land and water is relatively higher, patchy distribution; the spatial distribution of urban and rural construction land is scattered, patch shape is complex, the aggregation degree is relatively lower, fragmentation degree is higher. The results show that the method combining land use spatial quantitative structure with spatial pattern analysis can be used in the regions of complex terrain.

land use structure; quantitative structure; spatial structure; terrain niche index

2013-11-05

：2014-01-10

國(guó)家“863”高新技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“作物生長(zhǎng)信息的快速獲取與解析技術(shù)”(2013AA102401);國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“旱區(qū)多遙感平臺(tái)農(nóng)田信息精準(zhǔn)獲取技術(shù)集成與應(yīng)用”(2012BAH29B04)

張昳(1988—),女,甘肅蘭州人,碩士研究生,主要從事土地資源與空間信息技術(shù)研究。E-mail:zhangyi19881111@163.com

常慶瑞(1959—),男,陜西子洲人,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事土地資源與空間信息技術(shù)研究。E-mail:changqr@nwsuaf.edu.cn

F301.2

：A

：1005-3409(2014)05-0072-07