邊境縣域耕地景觀格局時空變化分析

林瑩　陸汝成　梁倩婧　葉杰　王成成　陳玥　盧嘉慧

【摘 要】景觀格局變化可以客觀地反映自然變遷或人類活動對地表環境的影響。廣西龍州縣地處中越邊界線，研究其耕地景觀時空變化對于加深認識邊界土地利用變化、明晰邊境縣域耕地保護及可持續發展工作成果具有重要意義。文章通過綜合運用“3S”技術和景觀格局指數法，對龍州縣2004年、2009年和2014年Landsat-TM遙感影像進行分析，研究龍州縣耕地10年間景觀格局動態變化。研究結果表明：2004—2014年，龍州縣增加耕地斑塊的高程、坡度較低，質量較高；增加耕地規模較小、零碎，分布離散，景觀分離程度加重；耕地景觀被分割的程度減輕，破碎程度呈下降趨勢；耕地連片程度有所增長，耕地景觀空間分布趨于集中，斑塊更為規則；邊境沿線上拋耕撂荒程度加劇。

【關鍵詞】耕地景觀；時空變化；“3S”技術；龍州

【中圖分類號】F301.2 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）03-0158-05

0 引言

景觀格局變化是反映人類與環境進行物質能量交互作用的重要表現[1]，主要表現為土地利用/土地覆蓋的變化（簡稱LUCC）[2]。認識土地利用變化與景觀格局之間的相互作用機制已成為土地變化科學的核心問題[3]。近年來，利用“3S”技術和景觀生態學方法進行土地利用景觀的研究日益成為熱點[4]，遙感影像中土地利用的時空演化為研究提供最客觀的素材，彭月等人[5]、全占軍等人[6]、張培峰等人[7]、趙永華等人[8]、李均力等人[9]利用遙感技術分析植被、建筑、耕地景觀格局變化來獲取土地利用演變規律。現有關耕地景觀格局時空變化的分析和研究已取得一定的成果，如陳學淵等人在耕地景觀時空分析中引入土地利用動態度、擴展指數，計算土地利用轉移矩陣，較好地探明了區域耕地格局動態變化的過程和差異特征[10]；吳莉等人探索和提出Spatial-Markov模型適合景觀格局過程分析[11]。但已有的研究大多數關注熱點區域的流域[12-13]、耕地[14-15]、濕地[16-17]、森林[18]等景觀，邊境地區景觀格局研究集中在旅游[19-20]、生態[21]、城市[22]等，而極少涉及邊境地區耕地景觀。龍州縣地理位置特殊，是廣西與越南接壤的8個市縣之一。龍州縣境內四面環山，且有2條河流與越南水域交匯，中越邊境地區（廣西段）土地利用類型的變化會對當地乃至國家的社會經濟發展產生深遠的影響[23]。鑒于此，本文以邊境縣域廣西龍州縣為例，運用“3S”技術與Fragstats4.2景觀分析軟件，分析2004年、2009年、2014年龍州縣耕地景觀格局特征，探討10年間龍州縣耕地景觀格局的演變規律。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

遙感影像選用（云量<5%）成像時間分別為2004年12月30日、2009年10月30日的landsat-5衛星數字影像及2014年12月30日的landsat-8衛星數字影像；數字高程數據選用分辨率為30 m的2004年、2009年、2014年的GDEMV2影像；實地考察、收集龍州縣行政區柵格數據、2004—2014年的土地利用變更數據及社會經濟資料、政府工作報告、統計年鑒。

1.2 研究方法

1.2.1 “3S”技術分析

運用GPS技術精確獲取樣本地物，結合RS技術整合解譯獲取的遙感數據，利用GIS技術將其制作成研究的基礎性數據。

1.2.2 景觀格局分析

借助景觀格局指數分析法，定量反映研究區域要素空間分布和結構排列方式，用景觀的分離程度、破碎程度、形狀指數來詳細分析和反映景觀格局特征。

2 耕地變化分析

2.1 耕地數量變化分析

在ENVI環境支持下，通過監督分類，獲取了龍州縣2004年、2009年和2014年的土地利用現狀圖，提取耕地、園林地、草地、水域、建設用地、未利用地6種地類變化（如圖1所示）。

從圖1上可以看出，從2004—2009年間有大片的未利用地、草地轉換為耕地，2009—2014年耕地總體變化不大，總的來說，2004—2014年10年間耕地數量呈增長的趨勢。實地考察中發現，在與越南接壤的板陋、板探、板棒村，存在耕地撂荒，部分耕地變草地的現象，從解譯結果查證，可以發現2014年上述3個村莊的耕地面積相較2004年有所減少。3個時段的耕地數量均呈上升的趨勢，具體見表1。

從表1中可知，2004—2009年耕地占比增加了3.21%，2009—2014年耕地占比增加了0.41%，共增加8 375.22 hm2。2009年相較2004年耕地增加面積大，2009—2014年，永久基本農田劃定和“占一補一”政策的落實及執行在一定程度上促使耕地面積增加。

2.2 耕地空間布局變化

2.2.1 高程點分析

查閱《龍州縣土地志》《龍州縣統計年鑒》及相關文獻，結合解譯的土地現狀圖可以發現，龍州縣境內地勢南北較高，耕地主要分布在中部河谷平原及北西-南東向的峰叢洼地、峰叢谷地、峰林谷地。通過將2004年、2009年、2014年的DEM數據與處理后3個時期的耕地利用現狀圖各自疊加進行高程分析，在前人研究的基礎上及充分考慮龍州縣地質地貌情況，將耕地高程分布進行重分類，得出結果如圖2所示。

從圖2可知，3個時期耕地高程主要分布在120.1～400 m，集聚在河流旁邊的階地、左江溶蝕侵蝕谷地或盆地區及較高海拔的丘陵地區。高程為120.1～170 m的耕地大部分分布在水口河、麗江中段、平而河兩岸旁，2009年后縣域中心正南方增加了將近5 000 hm2的耕地；高程為170.1～400 m的耕地主要分布在麗江東南段的水田、山坡上的旱地及狹窄山谷間的水田；高程為400.1～600 m的耕地分別位于武德鄉武德村的岜各罕山、金龍鎮板蒙村的岜哈山與板梯村的叫剛山、逐卜鄉的岜柳黃山、龍州境內的風涼山；高程為600.1～835 m的耕地則位于龍州邊境上最高的界山下凍鎮的扣梅嶺。從空間格局上看，除縣域中心正南方增加的高程為170.1～400 m的耕地外，3個時期耕地高程變化不顯著。各個海拔的耕地數量具體情況見表2。

從表2統計數據可知，海拔為120.1～400 m的耕地數量均有較大幅度的增加，3期占比均高達94%，龍州縣的耕地海拔絕大多數位于400 m以下。2009年以來，龍州縣增加耕地的海拔大部分為170.1～400 m。

2.2.2 坡度變化

坡度分析原理與高程分析相似，按照《土地利用現狀調查技術規程》中規定的指標體系坡度分類，將2004年、2009年及2014年的DEM數據圖和處理后3個時期的耕地利用現狀圖各自疊加分析處理，分別統計0°～2°、2°～6°、6°～15°、15°～25°及大于25°的耕地分布，結果如圖3所示。

從圖3可以看出，2004年、2009年及2014年的耕地坡度大多為2°～15°，分布在河谷平原、左江溶蝕侵蝕谷地；0°～2°耕地大致分布在龍州縣西部即中越邊境線水口河入口；大于15°的耕地主要分布在龍州縣東部風涼山，且最大坡度均為78.5°，各個坡度的耕地數量情況具體見表3。

從表3得知，2004—2009年除坡度大于25°的耕地有所減少，其他坡度耕地均有不同幅度的增長，0°～2°的耕地增加1 633.59 hm2，2.1°～6°的耕地增加2 732.55 hm2，6.1°～15°的耕地增加2 143.66 hm2，增加耕地的坡度低，說明這5年期間增加耕地的質量較高；2009—2014年除坡度小于等于6°的耕地有所減少外，大于6°的耕地均有所增加，其中0°～6°的耕地減少745.47 hm2，6.1°～15°的耕地增加904.3 hm2，大于15°的耕地增加786.53 hm2，增加耕地的坡度偏高，說明這5年期間龍州縣耕地雖有所增加但普遍質量不高，或為完成耕地保有量而進行陡坡開墾、林轉耕。

2.3 龍州縣耕地景觀格局時空變化結果

運用ArcGIS處理耕地數據后導入Fragstats4.2景觀分析軟件，根據景觀模型結合研究要求分別統計龍州縣3個時期年耕地景觀變化的相關指數，統計結果見表4。

2.3.1 景觀分離程度

從表4中數據分析，耕地景觀聚合度、凝聚度與分離度總體呈波動上升的趨勢，聚合度指數由2004年的88.260 7上升為88.404 7又緩慢下降為88.398 7，龍州縣10年期間耕地聚合度有所上升；凝聚度指數則從99.625 1緩慢降地為99.622 9上升為99.631 1，耕地景觀的空間連通性增強，表現為集中連片趨勢；分離度指數由2004年7.549 8上升為8.242 5又緩慢降低至2014年8.081 6，耕地景觀的聚合度、凝聚度與分離度呈反比關系，分離度整體呈波動上升的趨勢。出現上述相駁結論的原因如下：龍州縣屬于典型的喀斯特山區，耕地小而碎，龍州縣實施農村土地“小塊并大塊”工作使得耕地景觀連片程度增強，聚合度、凝聚度變大；2004—2014年期間，龍州縣“占一補一”、土地整治工作增加耕地面積、斑塊數量，但斑塊過于冗雜、分散，迫使耕地聚合度、凝聚度增加的同時，耕地景觀分離度亦無法降低。

2.3.2 景觀破碎程度

從表4可以看出，2004—2014年龍州縣耕地斑塊數量由2004年2 938個增長到2014年3 060個，斑塊密度則從2004年4.500 1下降到2014年4.299 5，整體破碎度呈下降的趨勢。破碎度指數與斑塊數量/耕地面積呈正相關關系，說明2004—2014年的10年期間，龍州縣土地“小塊并大塊”工作確有起效，耕地斑塊集聚程度變強，增加的耕地平均斑塊面積大于龍州縣耕地平均斑塊面積，破碎度指數減少。

2.3.3 景觀形狀指數

從表4可以看出，龍州縣耕地景觀的形狀指數從2004年的104.023 6下降到2014年的100.833 9，景觀形狀指數的減少，說明龍州縣耕地景觀形狀復雜、離散程度降低，景觀形狀更為規則，表明龍州縣耕地景觀受人為因素影響越來越大：1996年實施退耕還林還草以來，位于山坡上、草地上零碎的耕地轉為林地、草地，耕地景觀空間分布更為集中；田埂、水渠的大力修建，增加了零碎耕地周邊荒地的利用；“小塊并大塊”項目實施在很大程度上改變了耕地的景觀格局。

3 結論

本文通過對2004—2014年龍州縣耕地景觀格局變化進行分析，得出龍州縣耕地景觀格局特征和演變規律。

（1）2004—2014年，龍州縣耕地斑塊面積增加將近1萬hm2，但增加斑塊的耕地空間布局參差不齊。水口河、平而河交匯的河谷平原中增加斑塊的高程、坡度較低，質量較高；響水鎮、武德鄉等鄉鎮增加的斑塊多為坡地，高程、坡度較高，質量偏低，總體上，增加斑塊的耕地空間布局更為優化。立足于全縣判斷，耕地空間布局更為合理。

（2）2004—2014年，龍州縣耕地景觀時空變化不顯著。10年期間耕地斑塊聚合度、凝聚度總體呈波動上升的趨勢，集聚程度有所增強，耕地表現為集中連片趨勢，但斑塊過于冗雜、分散，耕地景觀分離程度總體增長；斑塊個數增加，密度減少，增加耕地平均斑塊面積大于全縣平均斑塊面積，耕地景觀破碎程度減弱；耕地景觀形狀指數減小，景觀空間分布更為集中、形狀更為規則。

（3）龍州縣10年間耕地景觀受人為因素影響較大。退耕還林還草的實施，位于山坡、草地上零碎的耕地轉為林地、草地，田埂、水渠的大力修建，增加了零碎耕地周邊荒地的利用，耕地景觀空間分布上離散程度降低；“小塊并大塊”整治項目，提高耕地景觀連片程度；撂荒現象與“占一補一、占優補優”政策改變斑塊數量、質量、位置，影響耕地景觀破碎程度和分離程度。

（4）特殊的地理區位在優化耕地空間分布、改善耕地景觀格局上無突出成效，相反，由于邊境經濟發展模式、邊民特有的經濟補貼，使得邊境地區耕地撂荒較為嚴重。

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[責任編輯：陳澤琦]