基于GIS的農(nóng)業(yè)用地景觀格局變化研究——以四川南充嘉陵區(qū)為例

盧東琪，田 浩，張 鑫

（1.天津市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，天津 300061；2.南充市博地勘測規(guī)劃有限公司，四川南充 637002；3.天津市土壤肥料工作站，天津 300061）

農(nóng)業(yè)用地是我國重要的自然資源，農(nóng)業(yè)用地能否得到可持續(xù)利用，農(nóng)業(yè)用地景觀格局是否合理，直接關(guān)系到能否確保我國糧食安全和社會(huì)穩(wěn)定。近年來，伴隨城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，農(nóng)業(yè)用地急劇減少，農(nóng)業(yè)用地景觀格局破壞問題日益嚴(yán)峻。為了控制城鎮(zhèn)過度擴(kuò)張，保護(hù)農(nóng)業(yè)用地資源，構(gòu)建合理的農(nóng)業(yè)用地景觀格局，加強(qiáng)對(duì)農(nóng)業(yè)用地變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測十分必要。遙感技術(shù)（Remote sensing，RS）和地理信息系統(tǒng)技術(shù)（Geographical informationsystem，GIS）能較為具體和定量的把握農(nóng)業(yè)用地的變化動(dòng)態(tài)，結(jié)合景觀分析軟件還能監(jiān)測農(nóng)業(yè)用地景觀格局的變化，是一種較為先進(jìn)的技術(shù)手段。本研究基于兩期土地利用矢量數(shù)據(jù)，應(yīng)用地理信息系統(tǒng)技術(shù)（GIS）和景觀生態(tài)學(xué)方法，探討了南充市嘉陵區(qū)農(nóng)業(yè)用地比例和農(nóng)業(yè)用地景觀格局的變化，旨在為農(nóng)業(yè)用地的保護(hù)及可持續(xù)發(fā)展建設(shè)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

嘉陵區(qū)位于四川省南充市，嘉陵江中游西岸，地處東經(jīng) 105°45′～106°00′，北緯30°27′～30°52′之間。北靠順慶區(qū)，南鄰武勝縣，西接西充縣和蓬溪縣，東連高坪區(qū)，土地總面積為1278km2。區(qū)內(nèi)地形是西北高，東南低，由東向西，自北而南依次為低山、丘陵及深丘帶壩地貌，沿西南成帶狀分布。南充市嘉陵區(qū)屬于中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，四季分明，雨熱同季；年平均氣溫17℃左右，年降雨量1100mm。嘉陵區(qū)是典型的農(nóng)業(yè)大區(qū)，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)好，主要以種養(yǎng)業(yè)為主。但近些年，伴隨經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，該地區(qū)農(nóng)業(yè)用地資源不斷減少，農(nóng)業(yè)用地保護(hù)面臨嚴(yán)峻形勢(shì)。

2 研究方法

2.1 土地利用數(shù)據(jù)處理

由南充博地勘測規(guī)劃有限公司提供1994年嘉陵區(qū)土地利用過度性質(zhì)數(shù)據(jù)和2009年該地區(qū)土地利用二調(diào)數(shù)據(jù)（矢量）。根據(jù)實(shí)際情況，將1994年和2009年的土地利用矢量數(shù)據(jù)劃分成8種景觀類型，分別為：農(nóng)田、林地、園地、草地、水域、交通運(yùn)輸用地、公共管理與公共服務(wù)用地以及其它類型用地（圖1，表1）。

圖1 南充市嘉陵區(qū)1994年和2009年8種不同景觀用地分布示意圖

2.2 農(nóng)業(yè)用地面積和景觀格局變化

在土地利用分類結(jié)果的基礎(chǔ)上，應(yīng)用地理信息系統(tǒng)軟件ARC/INFO9.3計(jì)算兩個(gè)時(shí)期各種景觀用地類型的面積及比例。此外，結(jié)合景觀指數(shù)分析軟件FRAGSTATS選擇斑塊數(shù)（Numberof patchs，NP）、破碎度指數(shù)（Fragmentationindex，F(xiàn)I）、斑塊形狀指數(shù)（Patchshapeindex，PSI）和分離度指數(shù)（Separationindex，SI）作為景觀格局指數(shù)。其中：

①斑塊數(shù)，公式：NP=N景觀中斑塊的總數(shù)，取值范圍：NP≥1，無上限。

②破碎度指數(shù)，公式：FI=Ni/Ai景觀i的破碎度，Ni為景觀i的斑塊數(shù)，Ai為景觀i的總面積。

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③斑塊形狀指數(shù)，公式： 以正方形為參考幾何形狀，P為斑塊周長，A為斑塊面積，當(dāng)斑塊形狀為正方形時(shí)，LSI的取值最小，等于1；當(dāng)斑塊的形狀越復(fù)雜或越扁長，LSI的值就越大。

④分離度指數(shù)，公式：SI=Dij/Aij指某一景觀類型中不同斑塊數(shù)個(gè)體分布的分離度，Dij為景觀類型i的距離指數(shù)，Aij為景觀類型i的面積指數(shù)。

3 結(jié)果與分析

統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示，嘉陵區(qū)的農(nóng)業(yè)用地?cái)?shù)量不斷減少，農(nóng)業(yè)用地不斷向其它類型土地利用景觀轉(zhuǎn)移，從1994年超過820km2減少到2009年的623km2，減少比例接近1/4。這些減少的農(nóng)業(yè)用地主要轉(zhuǎn)移成了公共管理與公共服務(wù)用地（主要是城鎮(zhèn)建設(shè)用地）和水體等。此外，在1994-2009年期間，農(nóng)業(yè)景觀用地斑塊數(shù)量不斷增加，由1994年15376個(gè)增加至2009年的21371個(gè)，增加比例約為38.9%；農(nóng)業(yè)用地斑塊平均面積呈不斷減少趨勢(shì)，從1994年的0.43km2減少至2009年的0.34km2，減少了21%；農(nóng)業(yè)用地斑塊平均周長也不斷減少，由1994年的1900 m減少至2009年的1329.9m，減少了約為30%。與農(nóng)業(yè)用地斑塊平均面積和平均周長相比，農(nóng)業(yè)用地斑塊分離度指數(shù)、破碎度指數(shù)和斑塊形狀指數(shù)呈不斷增加趨勢(shì)（表2）。

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從景觀格局分析結(jié)果可以看出，1994-2009年15a期間，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長，南充市嘉陵區(qū)城鎮(zhèn)化不斷擴(kuò)張，嘉陵區(qū)農(nóng)業(yè)用地流失嚴(yán)重，其景觀格局愈來愈破碎化并呈現(xiàn)離散狀態(tài)。合理的農(nóng)業(yè)用地景觀空間格局對(duì)于減少農(nóng)業(yè)面源污染和防災(zāi)減災(zāi)有著極其重要的作用。在研究期間內(nèi)，隨著以城鎮(zhèn)用地、公共服務(wù)和公共管理用地等景觀的擴(kuò)張和侵入，農(nóng)業(yè)用地景觀保持其生物多樣性等生態(tài)服務(wù)功能將被不斷消弱。

4 結(jié)論

在快速城市化過程中，由于用地總量一定，公共服務(wù)和公共管理（主要是城鎮(zhèn)用地）用地的迅速擴(kuò)展，勢(shì)必帶來農(nóng)業(yè)用地的減少，這一點(diǎn)在景觀格局斑塊水平的動(dòng)態(tài)變化分析中得到了充分的體現(xiàn)。根據(jù)斑塊面積、周長、斑塊形狀指數(shù)、破碎度和分離度的變化，農(nóng)業(yè)用地表現(xiàn)出由大面積、均勻分布以及形狀規(guī)則到空間上的高度分散、小面積分布和形狀的不規(guī)則化發(fā)展的趨勢(shì)。

整體而言，當(dāng)前在農(nóng)業(yè)用地方面存在不少問題，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：首先，農(nóng)業(yè)用地資源不斷減少，農(nóng)業(yè)用地?cái)?shù)量不足，人地矛盾日益突出。其次，農(nóng)業(yè)用地資源質(zhì)量不高，有效農(nóng)業(yè)用地比例較低，土壤肥力結(jié)構(gòu)較差，酸化、鹽堿和重金屬污染問題突出；此外，生態(tài)環(huán)境不斷遭受破壞，水土流失現(xiàn)象普遍。另一方面，各種城市建設(shè)、交通、工礦及民用房等用地大量占用農(nóng)業(yè)用地資源，農(nóng)業(yè)用地浪費(fèi)嚴(yán)重。最后，農(nóng)業(yè)用地流轉(zhuǎn)規(guī)模和經(jīng)營規(guī)模較小，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的專業(yè)化、規(guī)?；约艾F(xiàn)代化水平不高，制約了農(nóng)業(yè)土地綜合利用效率的提升。

針對(duì)上述農(nóng)業(yè)用地方面存在的問題，必須深化改革，優(yōu)化和合理使用農(nóng)業(yè)用地。具體而言，建議從以下幾個(gè)方面著手。

①通過開發(fā)荒地、復(fù)墾廢棄土地和農(nóng)田建設(shè)等方式，增加農(nóng)業(yè)用地資源的有效供應(yīng)能力；通過農(nóng)業(yè)用地規(guī)劃和管理手段并結(jié)合市場機(jī)制，節(jié)約使用農(nóng)業(yè)用地，減少浪費(fèi)，做到經(jīng)濟(jì)、合理而有效地使用農(nóng)業(yè)用地。

②農(nóng)業(yè)用地利用工作中，既要強(qiáng)調(diào)一定的利用規(guī)模，又要注意在現(xiàn)有農(nóng)業(yè)用地上追加投入，挖掘潛力，實(shí)現(xiàn)集約經(jīng)營，把開發(fā)和治理結(jié)合起來，提高農(nóng)業(yè)用地質(zhì)量。在農(nóng)業(yè)用地利用中不能只注重總量的大小，還要注意進(jìn)行農(nóng)業(yè)用地利用結(jié)構(gòu)和格局的優(yōu)化調(diào)整，盡可能把有限的農(nóng)業(yè)用地放到最能發(fā)揮其效益的用途上去。

③做好農(nóng)業(yè)用地資源的保護(hù)工作，使農(nóng)業(yè)用地資源數(shù)量不減少，質(zhì)量不衰退，生產(chǎn)能力不下降。改善農(nóng)業(yè)用地條件，提高其綜合生產(chǎn)能力，不斷增加科技投入。

④積極嘗試農(nóng)業(yè)用地土地流轉(zhuǎn)機(jī)制，不斷激發(fā)農(nóng)民改良農(nóng)業(yè)用地的積極性，增加對(duì)農(nóng)業(yè)用地長期穩(wěn)定投入的積極性，促進(jìn)農(nóng)業(yè)用地的有效利用，切實(shí)提高農(nóng)業(yè)用地的經(jīng)濟(jì)效益。

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