魯山縣不同坡度下的耕地景觀格局分析

吳巷錦 董文曉 吳楠楠

（1.河南理工大學測繪與國土信息工程學院，河南 焦作 454000；2.平頂山學院旅游與規劃學院，河南 平頂山 467000）

0 引言

耕地景觀是各類耕地資源在各種自然地理要素、生態過程以及自然和人為干擾下形成的耕地異質鑲嵌體，是耕地資源組成單元的類型、數目及空間分布與配置的排列和組合［1］。在城市化進程中，耕地景觀面臨著分割、殘留和滅失威脅，大量的耕地轉化為建設用地。魯山縣地處伏牛山東麓，為典型的低山丘陵區，耕地資源稀少，耕地景觀獨特。如何可持續利用與保護耕地資源，需要深入探究其耕地景觀特征。隨著遙感（RS）、地理信息系統（GIS）、數學模型（MathematicalModelling）技術等的發展，對研究中小尺度的耕地景觀格局、時空演變特征具有很大優勢［2-8］。因此，本文在新技術支持下，以遙感影像為數據源，選取魯山縣中尺度單元，從空間尺度上探究耕地、二級類水澆地和旱地在不同坡度條件下的景觀格局特征，以期為耕地資源保護提供參考。

1 研究區概況

魯山縣（112°14′～113°14′E，33°34′～34°00′N）位于河南省中西部，伏牛山東麓，北依洛陽市，南臨南陽市，東接平頂山市，區域面積為2432.32km2。該縣三面環山，東與黃淮平原相連，地勢西高東低，最高海拔為2153.1m，處于淮河流域沙河上游，素有“七山一水二分田”之稱；地處北亞熱帶向暖溫帶過渡地帶，屬暖溫帶大陸性季風氣候，自然資源豐富，文化底蘊深厚；轄6鎮15鄉，2019年末總人口為96.41萬人，人均GDP為20406元；交通便利，鄭欒高速、二廣高速穿境而過。

2 研究方法

2.1 數據來源

采用數據主要有：2021年5月9日的landsat8OLI遙感影像；30m分辨率的數字高程DEM數據；《河南省魯山縣城市總體規劃（2004—2020年）》圖件和文本資料；《魯山縣土地利用總體規劃（2010—2020年）》圖件和文本資料。

2.2 遙感影像處理

運用ENVI軟件對遙感影像依次進行輻射校正、影像裁剪、波段組合、圖像融合、非監督與監督分類、波段運算（歸一化植被指數、地表溫度和土壤濕度）等處理操作。其中一級類耕地提取運用非監督分類與監督分類相結合的方法，耕地中二級類旱地和水澆地的提取依據土壤濕度予以區分。

2.3 景觀格局指數計算

耕地景觀格局的評價，選取斑塊總面積、斑塊數、斑塊密度、斑塊面積分布、最大斑塊指數、斑塊面積標準差、斑塊面積變異系數、分離度指數和分維度9個指數。實操過程是將影像提取結果輸入Fragstats4.2軟件中對9個景觀格局指數進行運算與輸出。

3 結果與分析

3.1 魯山縣耕地資源分布特征

由表1和圖1不難發現，魯山縣耕地資源僅425.2km2，占土地總面積的17.45%，旱地多，水澆地少。且耕地資源空間分布不均勻，主要分布在向平原地區過渡的縣東部地帶，縣中西部則是零星分布。水澆地集中分布在東部地區，呈連續大片分布；旱地主要分布在中部、東北部地區，呈現破碎斑塊狀分布。

圖1 魯山縣耕地資源分布圖

表1 耕地資源情況

3.2 魯山縣耕地景觀格局指數

運用GIS技術對DEM數據與耕地資源分布圖進行空間疊加運算，統計不同坡度下水澆地和旱地分布情況，再運用Fragstats4.2軟件計算9個景觀格局指數，得到如表2所示不同坡度下的耕地景觀格局指數。

3.2.1 水澆地景觀格局特征。由表2和圖2可知，水澆地主要分布在坡度15°以下區域，該范圍內總斑塊數為13428個，且占水澆地總面積的99.13%。其中，2°～6°坡度水澆地景觀顯著分布，且多數景觀格局指數值表現為最大，說明該坡度級下斑塊分布較為集中，但大小不均勻，斑塊幾何形狀復雜，受人類干擾較少。除第二坡度等級外，分維度值呈逐漸下降趨勢，且值均較低，斑塊形狀相對簡單，說明這些坡度級受人類干擾相對較為強烈。從空間分布圖不難發現，第一、二坡度級下水澆地相間分布在平原居民區周圍和水系沿岸，坡度15°以上水澆地少量零星分布在西部山區。究其原因是受水源、地形和勞動力因素的制約。

表2 不同坡度下的耕地景觀格局指數

圖2 不同坡度下水澆地景觀格局

3.2.2 旱地景觀格局特征。由表2和圖3可知，旱地景觀要素主要分布于0°～15°坡度內，占旱地總面積的96.24%。2°～6°坡度級內，旱地占比最高，且除最大板塊指數外，其余景觀格局指數最為顯著，說明旱地景觀要素斑塊破碎度高，人力干擾強烈。15°以上坡度級內，旱地景觀有少量分布，且斑塊面積標準差、斑塊面積變異系數和分離度指數均為最低，說明該坡度級下旱地在空間上的分布比較集中，斑塊形狀比較規整。從空間分布來看，6°以下旱地主要分布于河流附近的水澆地外圍，6°～15°旱地多破碎分布在東北、東南位置的丘陵區，15°以上旱地則零星夾雜在北部和西部的山區。說明了人類活動對旱地的開墾利用程度較高，應當采取措施對低坡度旱地持續保護，對高坡度旱地應積極采取休耕或退耕還林還草等措施。

圖3 不同坡度下旱地景觀格局

對比不同坡度級下的水澆地與旱地，6°以內二者相差較少，而6°以上旱地資源要遠多于水澆地。表明旱地資源保護是魯山縣耕地資源可持續利用、生態環境保護與可持續發展的關鍵。

4 結語

運用RS、GIS技術和景觀格局分析方法，將分坡度級的耕地分布情況與景觀格局指數相結合，對魯山縣不同坡度下的耕地景觀格局進行定性與定量分析。

①耕地類型空間上分布特征為：水澆地大多集中在東部區域，且集中分布水系沿岸及平原地區；而旱地主要分布在縣域中東部，西部呈零星分布，與魯山縣地勢地貌特征緊密相關。

②水澆地和旱地景觀主要分布在0°～2°、2°～6°和6°～15°三個坡度級內，景觀指數變化和受人類活動干擾最為敏感也最為強烈，是耕地資源可持續利用與保護的重點區域。15°～25°和＞25°坡度級，仍有少量耕地景觀分布，是人類活動干擾到自然生態環境過渡的區域，應當降低對耕地的使用強度與開發力度，踐行“兩山”理論，推進綠色發展。