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(xué)測繪與國土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454000；2.平頂山學(xué)院旅游與規(guī)劃學(xué)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(tài)過程以及自然和人為干擾下形成的耕地異質(zhì)鑲嵌體，是耕地資源組成單元的類型、數(shù)目及空間分布與配置的排列和組合［1］。在城市化進(jìn)程中，耕地景觀面臨著分割、殘留和滅失威脅，大量的耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地。魯山縣地處伏牛山東麓，為典型的低山丘陵區(qū)，耕地資源稀少，耕地景觀獨(dú)特。如何可持續(xù)利用與保護(hù)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(tǒng)（GIS）、數(shù)學(xué)模型（MathematicalModelling）技術(shù)等的發(fā)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(yōu)勢［2-8］。因此，本文在新技術(shù)支持下，以遙感影像為數(shù)據(jù)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(hù)提供參考。

1 研究區(qū)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(qū)域面積為2432.32km2。該縣三面環(huán)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(fēng)氣候，自然資源豐富，文化底蘊(yùn)深厚；轄6鎮(zhèn)15鄉(xiāng)，2019年末總?cè)丝跒?6.41萬人，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(shù)據(jù)來源

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

2.2 遙感影像處理

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

2.3 景觀格局指數(shù)計(jì)算

耕地景觀格局的評價，選取斑塊總面積、斑塊數(shù)、斑塊密度、斑塊面積分布、最大斑塊指數(shù)、斑塊面積標(biāo)準(zhǔn)差、斑塊面積變異系數(shù)、分離度指數(shù)和分維度9個指數(shù)。實(shí)操過程是將影像提取結(jié)果輸入Fragstats4.2軟件中對9個景觀格局指數(shù)進(jìn)行運(yùn)算與輸出。

3 結(jié)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(fā)現(xiàn)，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(qū)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(qū)，呈連續(xù)大片分布；旱地主要分布在中部、東北部地區(qū)，呈現(xiàn)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(shù)

運(yùn)用GIS技術(shù)對DEM數(shù)據(jù)與耕地資源分布圖進(jìn)行空間疊加運(yùn)算，統(tǒng)計(jì)不同坡度下水澆地和旱地分布情況，再運(yùn)用Fragstats4.2軟件計(jì)算9個景觀格局指數(shù)，得到如表2所示不同坡度下的耕地景觀格局指數(shù)。

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(qū)域，該范圍內(nèi)總斑塊數(shù)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(shù)景觀格局指數(shù)值表現(xiàn)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(fù)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(qiáng)烈。從空間分布圖不難發(fā)現(xiàn)，第一、二坡度級下水澆地相間分布在平原居民區(qū)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(qū)。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(shù)

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(nèi)，占旱地總面積的96.24%。2°～6°坡度級內(nèi)，旱地占比最高，且除最大板塊指數(shù)外，其余景觀格局指數(shù)最為顯著，說明旱地景觀要素斑塊破碎度高，人力干擾強(qiáng)烈。15°以上坡度級內(nèi)，旱地景觀有少量分布，且斑塊面積標(biāo)準(zhǔn)差、斑塊面積變異系數(shù)和分離度指數(shù)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(guī)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(qū)，15°以上旱地則零星夾雜在北部和西部的山區(qū)。說明了人類活動對旱地的開墾利用程度較高，應(yīng)當(dāng)采取措施對低坡度旱地持續(xù)保護(hù)，對高坡度旱地應(yīng)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(nèi)二者相差較少，而6°以上旱地資源要遠(yuǎn)多于水澆地。表明旱地資源保護(hù)是魯山縣耕地資源可持續(xù)利用、生態(tài)環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

4 結(jié)語

運(yùn)用RS、GIS技術(shù)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(shù)相結(jié)合，對魯山縣不同坡度下的耕地景觀格局進(jìn)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(qū)域，且集中分布水系沿岸及平原地區(qū)；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(guān)。

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(nèi)，景觀指數(shù)變化和受人類活動干擾最為敏感也最為強(qiáng)烈，是耕地資源可持續(xù)利用與保護(hù)的重點(diǎn)區(qū)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(tài)環(huán)境過渡的區(qū)域，應(yīng)當(dāng)降低對耕地的使用強(qiáng)度與開發(fā)力度，踐行“兩山”理論，推進(jìn)綠色發(fā)展。