基于GIS的紅壤丘陵小流域土地利用空間格局分析

2020-11-23 01:55:21代冬梅田鋒

南方農業·下旬 2020年9期

代冬梅田鋒

摘要借助GIS的空間分析功能，結合地形因子及人為干擾因素對紅壤丘陵區生態脆弱型小流域的土地利用情況進行了分析。研究結果表明，地形因子和人為干擾因素對土地利用空間格局的影響較大，該地區形成了以林地為主，農田、園地等為輔的土地利用空間格局，土地利用結構隨著地形因子的變化而變化。對土地利用空間格局進行分析，有助于該地區的土地利用結構優化，促進區域土地資源的可持續利用。

關鍵詞 GIS;紅壤丘陵;小流域;土地利用格局

中圖分類號：Q149;F301.24 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.27.083

南方紅壤丘陵區是我國農業生產發展潛力最大的地區，也是生態脆弱帶。由于長期對土地資源的不合理利用，整個地區生態環境遭到嚴重破壞，土地退化不斷加劇[1-2]。土地利用空間格局對景觀結構和生態過程有著重大的影響，對土地利用空間格局進行分析是實現土地資源可持續利用的基礎[3-5]。基于此，運用GIS空間分析功能，對紅壤丘陵區典型小流域的土地利用空間格局進行分析，擬通過分析地形因子和人為干擾因素對土地利用空間格局的影響，對該區域土地利用結構調整和生態環境建設進行科學引領和指導。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區域為贛江一級支流桃江流域崇墩溝，位于江西省信豐縣，地形屬低山丘陵地貌類型，河流沿岸地勢開闊。氣候屬亞熱帶濕潤季風氣候，年降雨量1 517.3 mm。土壤類型主要為紅壤，其次是黃紅壤。地帶性森林植被屬常綠闊葉林，原生植被少。

1.2 數據處理與研究方法

1.2.1 數據處理

獲取信豐縣土地利用現狀數據（2017年），利用ARCGIS 10.2的空間分析功能，通過疊加分析、面積重算等，獲取研究區域的土地利用現狀數據。根據土地利用分類標準并結合研究區域土地利用特點，將研究區域土地利用類型劃分為：農田、難利用地、有林地、低效林地、疏林地、未利用地、園地、采礦用地（稀土礦、采石場）、居民點和水域。

獲取研究區域1∶500現狀地形圖，利用ARCGIS10.2進行數據格式轉換、建模及掩膜分析，獲取研究區域數字高程模型（DEM）。利用DEM提取研究區域高程、坡度、坡向，并根據其與土地利用的關系進行分級。依據高程，將研究區域分為184～295 m的低丘、295～395 m的中丘，395～495 m的高丘;依據坡度，分為小于3°的平地、3°～5°的緩平地、5°～8°的緩坡地、8°～15°的斜坡地、15°～25°的緩陡坡和大于25°的陡坡地;依據坡向，分為無坡地、陰坡和陽坡。

1.2.2 研究指標

從景觀類型的結構與變化、景觀穩定性、景觀異質性幾個方面對研究區域景觀格局特征進行分析。結構和變化特征選擇土地利用類型斑塊的數量（N）、面積（A）、周長（L）以及所占百分比（P）進行描述;景觀穩定度特征數據為分形維數（F）;景觀異質性特征數據為景觀破碎度（I）、景觀多樣性指數（H）、景觀優勢度指數（D）[6-9]。

2 結果與分析

2.1 流域土地利用空間分布特征分析

山區小流域中，高程、坡度、坡向等地形因子對農業小氣候和土地利用方式、方向有著重要的影響，所以分析坡度、坡向和高程對于小流域土地利用結構調整及農業生態環境建設具有比較重要的意義[10-11]。將研究區域土地利用現狀圖與提取的地形因子進行疊加分析，獲取基于不同地形因子的土地利用分布。

2.1.1 基于高程分級的土地利用分析

高程通過改變降雨、氣溫等農業生產氣候因子來影響山區土地資源的投入產出及利用效率。將土地利用現狀圖和DEM進行疊加發現，各土地利用類型隨著海拔高度的增加具有非常明顯的層次：小于295 m的低丘土地占流域面積的64.77%，有林地、農田和低效林地在該區域分布的相對比例較大;295～395 m的中丘土地占流域面積的32.74%，有林地、未利用地在該區域分布的相對比例較大;大于395 m的高丘土地占流域面積的2.49%，全部為有林地。從各地類看，除有林地外，其余地類均大部分分布于小于295 m的低丘土地。

2.1.2 基于坡度分級的土地利用分析

坡度的大小制約著土壤侵蝕量的強弱，決定著水土保持措施的布設方式等，并影響著農機具的使用功力[12]。將土地利用現狀圖和DEM進行疊加得到：坡度小于3°的平地面積占流域的3.47%，主要分布農田、有林地和居民點;3°～5°的緩平地面積占流域1.47%，主要分布農田、有林地和未利用地;5°～8°的緩坡地面積占流域6.73%，主要分布農田、有林地和未利用地;8°～15°的斜坡地面積占流域21.55%，主要分布有林地、農田和低效林地;15°～25°的緩陡坡地面積占流域38.05%，主要分布有林地、農田和未利用地;大于25°的陡坡地面積占流域28.73%，主要分布有林地、未利用地和低效林地。從各地類看，農田、難利用地、水域和居民的點主要分布于15°以下;未利用地、園地、有林地、低效林地、疏林地、采礦用地主要位于15°以上。

2.1.3 基于坡向分級的土地利用分析

坡向通過影響地面水熱狀況和植被的分布，從而影響土地利用類型和侵蝕強度[13]。將土地利用現狀圖和DEM進行疊加得到：無坡地上主要分布農田和居民點;陽坡地主要分布農田、園地、未利用地，這主要與水熱狀況導致的人類利用有關;有林地分布比較平均，但陰坡略大于陽坡;疏林地與低效林地方向性較明顯，以陰坡為主。一般而言，南向坡地所獲得的太陽輻射量大于平地，平地大于北向坡地。由此看出，研究區域土地利用的坡向性比較符合自然規律。

2.2 流域景觀格局特征分析

流域景觀格局是流域范圍內自然與人類社會活動相互作用、相互影響的陸地生態系統的基本單元，是流域內的各土地利用類型斑塊以一定規律鑲嵌組合而成的具有一定結構和功能的有機體，是景觀異質性的重要表現[14]。對流域景觀格局的研究將有利于了解景觀格局與自然、生態過程和社會經濟活動之間的關系，對流域土地資源合理利用，景觀生態設計、土地利用規劃和控制水土流失方面具有重要意義[15]。

2.2.1 分形維數

通過計算，研究區各土地類型的分維數均在1.5左右，表明區域內土地斑塊自相似性弱，形狀無規律，景觀要素不穩定。園地的值最接近臨界值是因為近年來臍橙種植成為當地主要產業，果園數量逐漸增加，其受人為因素干擾最強;有林地由人工營造的針葉林和封育的天然次生林構成，受人為因素的干預較大，其值也比較大。

2.2.2 斑塊密度

研究區內各土地類型的斑塊密度差異較大，在0.000 6～0.039 8個/hm2，表明了該區土地利用景觀被分割變化的程度較大，空間異質性較復雜。其中，有林地、園地、農田的斑塊密度值較大，表明其破碎度較高、空間異質性大。

2.2.3 景觀多樣性

研究區各土地類型的景觀多樣性指數排序為：有林地>農田>未利用地>低效林地>園地>采礦用地>居民點>疏林地>難利用地>水域。有林地和農田因受地形因子和人為因素較強的影響，景觀多樣性指數較高;園地、采礦用地和居民點雖然受地形因子影響較小但人為因素影響較強，景觀多樣性指數較高;疏林地、難利用地、水域受人為因素和地形因子的影響較小，景觀多樣性指數較低。

2.2.4 景觀優勢度指數

研究區各土地類型的相對重要性指數排序為：有林地>農田>未利用地>低效林地>采礦用地>園地>疏林地>居民點>難利用地>水域。有林地和農田在研究區的重要性較高，反映了該流域是以農林生態系統為主的小流域;低效林地、采礦用地和園地的值也較大，說明人為干擾因素對區域土地利用變化影響較大。

3 結論

研究結果表明，區域土地利用空間格局與地形因子和人為干擾因素關系密切。各地類分布隨地形因子的變化而變化，隨人為干擾因素強度變化而變化。對不同地形地貌，應采取針對性措施，調整土地利用空間格局，促進土地資源可持續利用。高程低于295 m的低丘，坡度小于15°的，應改善基礎設施，建設基本農田;坡度15°～25°的，應大力實施坡改梯工程;坡度大于25°的，堅決退耕還林還草。高程大于295 m的中高丘，對林地應采取封育、撫育等保護措施;對農用地采取坡改梯、水平溝建設等;對陡坡地進行退耕還林還草措施。

參考文獻：

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