農業景觀格局變化及其生態效應研究進展

黃 霞，林 勇，葛大兵

（1.湖南農業大學資源環境學院，湖南 長沙 410128；2.湖南農業大學生態科學與工程研究所，湖南 長沙 410128；3.洞庭湖區農村生態系統健康湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410128；4.湖南農業大學園藝園林學院，湖南 長沙 410128）

農業景觀格局變化及其生態效應研究進展

黃 霞1,2,3，林 勇4，葛大兵1,2,3

（1.湖南農業大學資源環境學院，湖南 長沙 410128；2.湖南農業大學生態科學與工程研究所，湖南 長沙 410128；3.洞庭湖區農村生態系統健康湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410128；4.湖南農業大學園藝園林學院，湖南 長沙 410128）

農業景觀是人類為了生存和生活對土地進行長期性、周期性耕種的結果，既具有一般景觀的基本特征，又突出表現為人類和自然共同作用的結果。在發展現代農業的背景下，農業景觀格局發生了巨大的變化。從農業景觀格局的研究熱點、農業現代化對景觀格局的影響、農業景觀格局演變的生態效應3個方面進行了綜述，并對現有研究中存在的問題進行了剖析，對農業景觀格局發展趨勢進行了展望。

農業；景觀格局；生態效應；研究進展

我國是農業大國，農業的穩步發展直接影響著人民生活水平的提高、社會的安定和國家綜合實力的增強。隨著經濟社會的快速發展以及人口的不斷增長，類似自然資源過度消耗、建設用地不斷增加、土地資源緊張等問題現實地擺在人們面前。而這些都與農業發展息息相關。在這樣的背景下，現代農業景觀格局發生了重大變化，對農業景觀的生態效應產生了深遠影響。

1 農業景觀格局的研究熱點

國際上對景觀生態學在農業發展中的應用研究較多。如Abdullan等[1]對景觀格局變化特征進行分析，研究景觀格局變化對景觀功能和生態過程的影響。Haase等[2]分析景觀格局與生態環境等的相互關系及其對生態效應的響應。

在國內，城市景觀格局和生態環境是景觀生態學家目前關注的熱點，對于農業景觀格局的研究相對較少，一般采用景觀指數來定量分析景觀格局的動態變化。如孔凡亭等[3]通過RS和GIS技術，采用景觀指數對濕地景觀格局變化進行研究。曹瑞娜等[4]采用邊緣密度、多樣性指數、斑塊大小變異系數、核心區密度、面積加權平均分維數等5個景觀指數聚類分析，探討景觀格局空間差異。Sun等[5]對黑河下流當地景觀特點、動態及影響因子開展相關研究。吳菊[6]、陳文波等[7]對潘陽湖區土地利用狀況、景觀格局演變及驅動力進行了研究，結果表明景觀格局變化與周邊生態環境有著密切的關系。

2 農業現代化對景觀格局的影響

隨著農業現代化的發展，農業景觀格局發生了巨大變化。人類的開墾導致農用地減少，農業景觀格局多樣性也遭到一定程度的破環。如國內學者傅伯杰[8]在陜北米脂縣泉家溝流域，首次進行了農業景觀格局研究。陳頤等[9]研究發現莆田市的建設用地不斷增加，而農地、林地、水域和裸露地不斷減少，景觀格局破碎化程度日益嚴重。陽文銳等[10]對北京市近10 a土地覆蓋變化情況進行分析，發現耕地面積比10 a前下降了2.5%，城鎮用地比例逐漸增加。Bonfanti等[11]對土地利用導致的景觀格局變化進行了分析，發現景觀類型多樣性有所增加，而草地、林地景觀類型比例分別從10%和4.1%下降到1.6%和3.0%，影響了農業生態系統的穩定性，導致農業生態環境及生物多樣性遭到破壞。

3 農業景觀格局演變的生態效應

3.1 農業景觀格局演變對土壤養分的影響

土壤養分含量指標包括氮、磷、鉀和土壤有機質等營養元素[12]，影響著植物生長、水資源利用及生態環境變化[13]。我國關于農業景觀格局變化對土壤養分影響研究較少。近年來多關注于異質景觀或不同景觀格局中土壤養分狀況等。研究認為，土壤空間格局受土壤質地、植被類型和地形等因素的影響較大[14]，農田耕作層厚度增加，土壤有機質和養分含量提高，土壤水分和土質有了明顯改善[15]。王云等[16]研究表明，農業景觀面積變化或破壞阻礙了土壤間的養分循環，其中以林地、園地生態系統對土壤養分的保持作用較明顯。國外學者對此也做了相關性研究，如Pope等[17]分析了美國斯波齊爾維尼亞地區城市化土壤流失的原因，發現裸露地的水和土壤流失量大于草地、植被覆蓋區。

3.2 農業景觀格局演變對熱環境的影響

熱環境效應是人類活動和景觀格局演變的直接結果，目前國內外學者認為景觀格局與地表溫度有著緊密的關聯。學者們以地表溫度為指標對城市的熱環境效應進行了一系列研究，以期找到對緩解與改善城市熱環境效應的辦法[18-19]。王敏等[20]在研究上海市土地利用空間格局與地表溫度的關系時得出，地表溫度與斑塊聚集度、斑塊數量、斑塊密度具有相關性，同時與多樣性指數和均勻性指數有密切聯系。近年來，我國建設用地增長過快，加上人類對林地的破壞，導致景觀類型轉變明顯，這也驗證了熱力景觀格局與植被覆蓋呈正相關關系的結論。林地景觀和水域景觀對緩解地表熱效應有重要作用。通過分析各農業景觀類型平均溫度，發現導致農業生態熱量分布變化的主要因素是地表植被情況、土壤性質、灌溉和耕作方式[21]。

3.3 農業景觀格局演變對水環境的影響

景觀格局與地表水水質之間的關系一直以來都是國內外研究的熱點[22]。自1970以來，國外學者從點位、河段、河岸帶及流域尺度等方面對景觀格局與地表水水質之間的關系進行了深入研究，形成了較為完善的研究理論和方法體系，還開發了非點源污染模型[23]。農業非點源污染是水污染的主要來源，其污染物包括泥沙、重金屬、有機物等。這些污染物進入水體引起水體富營養化，破壞水生物環境，導致水質變差[24]。2000年以后，土地利用景觀格局與水質間的關系也日益引起國內學者的高度關注[25]，研究集中在水質及景觀類型大小以及景觀格局對水環境的負效應上。由于各地方在周邊環境、水文特點、氣象條件等方面存在定差異，所以不同地方水環境效應的實施機制有所不同。國外學者Stuart[26]認為水環境惡化的標準是不透水面比例大于22%～30%，Leet等[27]認為不透水面面積低于12%時不受景觀格局變化的影響。

3.4 農業景觀格局演變對生態服務的影響

經濟的快速發展推動了農業結構的調整和轉變，目前我國農業正由傳統農業向現代農業轉變。在國內外景觀研究中，對土地利用、都市農業功能格局變化以及森林、草原、濕地等自然生態系統的研究較多[28]，但對農業生態服務效應的研究過少[16]。Sun等[29]研究表明，城鎮化所導致的農業景觀破碎化，使得生態系統服務降低；博柏杰等[30]研究表明土地利用變化可以改變生物多樣性、生物系統過程、生物生境，從而引起區域生態服務的變化；同時，解修平等[31]研究分析10 a來土地利用變化的數量和空間特征以及由此產生的了一系列的生態效應問題，得出大范圍的土地利用變化過程中，其空間特征將隨著農業景觀生態過程與景觀格局的變化而有所不同。

4 展 望

現階段，對農業景觀格局變化及其生態效應的研究還存在很多不足：（1）研究主要是對景觀格局演變進行分析，常通過不同時期或季節的遙感影像解譯結果，再通過景觀指數來反映結果，但景觀指數相關性高且大多用數字表示，不能直接反映生態過程與景觀格局的相互關系，導致研究結果有偏差，很難深入了解景觀格局變化對生態環境的影響；（2）目前景觀類型劃分模糊，依據過于簡單，未能準確反應景觀格局特征。

為了完善當前農業景觀格局研究，可進一步開展相關工作：（1）采用多種手段和方法開展時空尺度的深入研究，進一步探討農業景觀格局與生態過程的影響因子；（2）加強景觀格局中景觀類型的劃分，特別是景觀分類指標和景觀分類技術的綜合研究；（3）目前常用的研究方法是遙感技術，在監督分類時需要人工解譯來完成，受主觀因素干擾較多，導致研究結果不客觀，需要探討更多的研究方法；（4）強化農業農田景觀格局生態規劃的設計與應用，構建農業農田景觀格局的評價體系，進行系統的分析研究。

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（責任編輯：成 平）

Research Progress on the Evolution of Agricultural Landscape Pattern and Ecological Effect

HUANG Xia1,2,3，LIN Yong4，GE Da-bing1,2,3
（1. College of Resources and Environment, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC; 2. Institute of Ecological Science and Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC; 3. Rural Ecosystem Health Laboratory of Hunan Dongting Lake Area, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC; 4. College of Horticulture and Hardening, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC）

Agricultural landscape is the results of a long-term and cyclical farming on the land of human beings for their survival through better biological and technical activities. It not only has the basic characteristics of the general landscape, but also highlights the results of the interaction of human and nature. In the context of developing modern agriculture, the landscape pattern of agriculture has changed greatly. This paper reviewed on the three aspects: the current situation of agricultural landscape pattern, in fl uence of agricultural modernization on the evolution of landscape pattern and ecological effects of agriculture landscape pattern change. Then, the existing problems in the current researches are analyzed, and the development trend of agricultural landscape pattern is prospected for the later research.

agriculture; landscape pattern; ecological effect; research progress

S181

：A

：1006-060X（2017）07-0120-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.007.033

2017-03-31

湖南省環境保護廳資助項目（LSHB2015K36）

黃 霞（1986-），女，湖南長沙市人，碩士研究生，主要從事生態規劃研究。

葛大兵