縣域土地利用規劃對景觀格局影響的定量化評價

陳影+張利+何玲+杜哲+馬鷹

摘要：在分析河北省武強縣土地利用規劃前后土地景觀格局特征、形成機制基礎上，量化分析了土地利用規劃對縣域景觀格局的影響，并提出景觀格局指數變化原因。利用文獻資料法、實證分析法、地理信息系統（GIS）等技術方法對比分析發現，耕地在整個景觀中占首要位置，耕地和居民點及采礦用地的優勢度明顯高于其他景觀類型，土地利用規劃前后景觀格局指數、景觀平均斑塊面積等指數都發生了變化。土地利用規劃保證了耕地面積及居民點等建設用地不同程度地聚集，犧牲了其他景觀類型；景觀多樣性指數的下降，使整個景觀系統的穩定性降低，不利于景觀系統的持續發展。研究表明，土地利用規劃是一項多目標工程，只有在耕地數量與質量、生態景觀、建設用地環境等目標之間達成一種相對平衡，才能達到可持續發展。

關鍵詞：土地利用；規劃；景觀格局；定量化；評價

中圖分類號：F301.24 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2014）08-0357-03

近年來景觀生態學理論被越來越頻繁地應用到土地利用規劃、土地綜合整治、環境和自然保護等領域^[1-2]，其提供的一系列工具和方法能夠在無序斑塊鑲嵌的景觀上，發現有潛在意義的規律性^[3]，從而可以比較區域不同時段景觀格局的變化及其效應。土地利用規劃是為了深入貫徹落實科學發展觀，認真執行“十分珍惜、合理利用土地和切實保護耕地”的基本國策，合理配置土地資源，優化土地利用結構，促進社會經濟又好又快發展，依據《中華人民共和國土地管理法》等法律法規和國家有關土地利用的方針、政策，以嚴格保護耕地、保障科學發展用地為重點，以節約、集約利用土地為核心的原則，對縣域土地利用規劃進行修訂。

縣域土地利用規劃主要闡明規劃期內全縣土地利用戰略，明確土地利用管制的主要目標、任務、政策，引導全縣保護和合理利用土地資源。它是全縣城鄉建設、土地管理的綱領性文件，也是加強全縣土地宏觀調控和落實土地用途管制制度的重要依據。土地利用規劃通過控制總量、優化結構、盤活存量、挖掘潛力，在全縣形成一個資源集約、可持續利用、經濟社會環境和諧發展的氛圍^[4]。

區域土地利用規劃對土地生態系統最直接的影響就是景觀格局變化，因而有必要對其進行定量分析，評價土地利用規劃過程對景觀格局的影響^[5]。因此，可從縣域景觀格局的定量對比入手探討土地利用規劃對生態系統功能的影響，以評價區域景觀發展及土地資源利用的持續性。本研究應用景觀生態學原理，結合分形理論在景觀異質性分析上的優點以及地理信息系統（GIS）的快速圖形處理等功能，以河北省武強縣為研究區域，對土地利用規劃前后該區域景觀格局特征及其變化進行分析，對該區未來土地利用及景觀格局時空變化特征進行評價，以期為進行下一輪土地利用規劃，對區域內各種類型數據進行合理設置和布局提供參考。

1 研究區概況

武強縣位于河北省東南部，總面積 444.5 km2，115°45′47″～116°3′44″E，37°54′49″～38°9′47″N，位于華北平原東南部黑龍港流域，土地開闊平坦。海拔高度為14.2～18.7 m，屬于沖積平原，為低洼易澇區。境內多河渠，微地貌有近山河流與平原河流沖積及不同方向交互沉積形成的淺平封閉洼地，有因河流改道和泛濫形成的河灘淺平洼地。該縣土壤以潮土為主，占總土地面積的99.3%，另有少量鹽土，僅占0.7%。該縣3個鎮和3個鄉，共238個行政村。總人口21.66萬人。根據該縣土地利用二次調查結果及土地變更數據調查結果，2009年該縣土地利用面積為4.43萬hm2，其中農用地3.64萬hm2，建設用地0.58萬 hm2，其他用途土地0.21萬hm2，農用地比例遠大于建設用地和其他用途土地。由此可見，武強縣土地利用方向以農用地為主，后備資源相對不足。同時存在一些土地利用問題，如耕地保護形勢嚴峻；建設用地的供給壓力凸顯；土地利用結構和布局不盡合理，土地利用整體效益不高；土地利用生態環境脆弱，生態承載力較低及土地利用集約程度較低等。

2 景觀格局分析評價方法

2.1 數據來源

以武強縣全國第2次土地調查數據及成果表格為基礎，輔以其他數據資料，主要包括MAPGIS格式的武強縣 1 ∶10 000 土地詳查及全國第2次土地調查數據；武強縣快鳥衛星遙感影像數據；武強縣各種土地利用專項規劃；近10年武強縣經濟、土地統計年鑒等資料。在獲取土地利用規劃前景觀圖層數據時，首先應在武強縣全國第2次土地調查數據的基礎上制作土地利用規劃現狀圖，由于全國第2次土地調查數據和土地利用規劃數據的土地類型有部分差別，所以應在遵循土地利用類型基數轉換規則的基礎上，形成武強縣土地利用規劃現狀圖，得到景觀圖層數據，進而按地類編碼提取所需的各地類景觀格局的圖斑數據。土地利用規劃后景觀圖層數據的獲取方法如下：在實地勘察及與該縣國土部門多次溝通的基礎上，確定規劃變更范圍，制作各種土地利用規劃圖，將土地利用現狀圖與土地利用規劃圖進行疊加對比，進行圖斑分割、合并以及屬性改變，在此基礎上提取景觀圖層及所需數據。

2.2 區域景觀格局指數及計算方法

景觀格局主要是指各種景觀的空間結構特征及其比例特征，具體是指由自然因素或人為因素等形成的一系列大小、形狀各異，排列規則不同的景觀鑲嵌體在空間中的排列方式，它既是景觀異質性的具體體現，又是包括各種干擾在內的多種生態過程在不同尺度上相互作用的結果。景觀斑塊性是景觀格局最基本的表現形式，它可以表現在不同尺度上。景觀格局及其動態變化是多種因素相互作用產生的一定區域生態體系的綜合反映，景觀斑塊的數量、類型、大小、形狀、空間組合就是多種干擾因素相互作用的體現。

不同景觀類型對維護生物多樣性，完善生態系統整體結構和功能，促進景觀結構自然演替等方面的影響不盡相同。此外，不同景觀類型抵抗外界干擾的能力也不盡相同。所以，對某區域景觀空間格局的研究，是揭示該區域生態狀況及空間異質特征的有效手段。以縣域為例，可以將研究區不同生態結構劃分為景觀單元斑塊，通過定量分析景觀空間格局的特征指數，從微觀角度到宏觀角度給出縣域生態特征。景觀結構的基本組成要素包括斑塊、基質、廊道等要素的空間配置形式。從結構上講，景觀格局可以分為點格局、線格局、網格局等。endprint

景觀格局指數主要包括景觀要素特征和景觀異質性等指數。它能反映景觀要素結構組成和空間配置某些方面特征的簡單定量指標，更好地理解與解釋景觀功能。目前描述景觀格局的指數很多，參考前人研究^[6-7]，結合研究區景觀特征，本研究選取的指數、指數模型及其變量含義如表1所示。

3.2.2 景觀斑塊密度對比 除耕地用地、交通用地及水域用地外，其他景觀斑塊密度都不同程度地增大，但從整個區域看，景觀斑塊密度卻變化不大，主要原因是耕地景觀在整個景觀中占有最大比例，而耕地斑塊密度基本沒有變化。同時說明為了保證耕地指標及占補平衡的要求，犧牲了其他地類的景觀特征。

3.2.3 景觀多樣性指數 對比土地利用規劃前后各景觀類型的多樣性指數發現，農村居民點及城鎮工礦用地、水域用地的多樣性指數降低。農村居民點及城鎮工礦用地多樣性降低的原因是其多樣性減少，因為在規劃過程中對農村居民點進行了重新設計和歸并，復墾了很多采礦用地及獨立工礦用地，其類型構成比例差異增大。耕地的增加和水域及未利用地的減少加劇了景觀類型間的比例失衡，導致整個系統穩定性降低。

3.2.4 景觀破碎度指數 研究區域除了耕地的景觀破碎度指數增大外，其他景觀類型破碎度指數均不同程度降低，說明這些景觀實際斑塊數與以最小斑塊面積為單位計算的“斑塊數”的比值降低。該指數反映了總面積、斑塊數和景觀最小斑塊面積之間的關系，當整體上景觀斑塊面積比較均勻，而有極少的極小斑塊時，就有可能對景觀破碎化程度作出錯誤的測算。要對景觀破碎化程度作出全面、正確的判斷，還要借助平均斑塊面積等其他景觀指數。

3.2.5 景觀優勢度 經對比可以發現，規劃后耕地、園地、林地、交通用地景觀優勢度提高，其他用地景觀優勢度降低。景觀優勢度與景觀多樣性反映的景觀特征與實際吻合。以農村居民點及城鎮工礦用地景觀為例，規劃后其多樣性降低，景觀優勢度也隨之降低的原因是規劃后該景觀減少。所以，在規劃前后景觀類型不一致的情況下，應用景觀優勢度時須要結合其他相關指數合理解釋實際情況，否則容易得出與實際不符甚至錯誤的結論。

3.2.6 分形維數和穩定性指數 規劃后分形維數增大的景觀是林地及水域用地，分形維數減小的景觀為耕地及園地。規劃前各景觀分形維數從大到小依次為水域用地>未利用地>交通用地>林地>農村居民點及城鎮工礦用地>耕地>園地；規劃后各景觀分形維數從大到小依次為水域用地>未利用地>交通用地>耕地>農村居民點及城鎮工礦用地>園地>林地。經對比可知，景觀穩定性的排序幾乎與分形維數排序相反。

4 結論

通過土地利用規劃，耕地面積增加，平均斑塊面積也變大，較規劃前更規則，更有利于機械自動化及大規模耕作。建設用地面積雖然沒有太大變化，但從空間結構來說更集中，集約化程度也更高。從研究區總體看，景觀平均斑塊面積增大，景觀分維數降低，景觀斑塊的穩定性增強，破碎化程度也降低。同時，也要看到景觀優勢度增大，為了保證耕地及城鎮用地等建設用地面積，減少了其他景觀類型面積；景觀的多樣性指數也下降，景觀類型結構發生了較大變化，如采礦用地、獨立工礦及小灌木林等重要景觀類型減少甚至消失，降低整個景觀系統的穩定性，影響景觀系統的持續發展。另外，土地利用規劃是對研究區土地系統的強烈人為干擾及政策干擾，其后果不僅從景觀生態學方面表現出來。這類活動對土地的結構調整、可持續利用、土地質量變化、土地產權關系的變動以及耕地等景觀類型本身管理和運行機制等方面的影響都有待進一步研究。

參考文獻：

[1]鄔建國. 景觀生態學——格局、過程、尺度與等級[M]. 北京：高等教育出版社，2000.

[2]Forman R T. Land mosaics：the ecology of landscapes and regions[M]. Cambridge：Cambridge University Press，1995.

[3]齊 偉，張鳳榮. 黃淮海平原農區縣域土地利用景觀格局分析及可持續利用建議[J]. 中國土地科學，2003，17（1）：27-33.

[4]譚志榮，任國平. 論城鎮化與縣級土地利用總體規劃修編中土地資源可持續利用問題——以太谷縣為例[J]. 現代農業科學，2008，15（2）：53-59.

[5]邱 揚，傅伯杰. 土地持續利用評價的景觀生態學基礎[J]. 資源科學，2000，22（6）：1-8.

[6]俞孔堅，李迪華. 城鄉與區域規劃的景觀生態模式[J]. 國外城市規劃，1997（3）：27-31.

[7]曹順愛，余萬軍，吳次芳，等. 農地整理對土地景觀格局影響的定量分析[J]. 中國土地科學，2006，20（5）：32-37.endprint

景觀格局指數主要包括景觀要素特征和景觀異質性等指數。它能反映景觀要素結構組成和空間配置某些方面特征的簡單定量指標，更好地理解與解釋景觀功能。目前描述景觀格局的指數很多，參考前人研究^[6-7]，結合研究區景觀特征，本研究選取的指數、指數模型及其變量含義如表1所示。

3.2.2 景觀斑塊密度對比 除耕地用地、交通用地及水域用地外，其他景觀斑塊密度都不同程度地增大，但從整個區域看，景觀斑塊密度卻變化不大，主要原因是耕地景觀在整個景觀中占有最大比例，而耕地斑塊密度基本沒有變化。同時說明為了保證耕地指標及占補平衡的要求，犧牲了其他地類的景觀特征。

3.2.3 景觀多樣性指數 對比土地利用規劃前后各景觀類型的多樣性指數發現，農村居民點及城鎮工礦用地、水域用地的多樣性指數降低。農村居民點及城鎮工礦用地多樣性降低的原因是其多樣性減少，因為在規劃過程中對農村居民點進行了重新設計和歸并，復墾了很多采礦用地及獨立工礦用地，其類型構成比例差異增大。耕地的增加和水域及未利用地的減少加劇了景觀類型間的比例失衡，導致整個系統穩定性降低。

3.2.4 景觀破碎度指數 研究區域除了耕地的景觀破碎度指數增大外，其他景觀類型破碎度指數均不同程度降低，說明這些景觀實際斑塊數與以最小斑塊面積為單位計算的“斑塊數”的比值降低。該指數反映了總面積、斑塊數和景觀最小斑塊面積之間的關系，當整體上景觀斑塊面積比較均勻，而有極少的極小斑塊時，就有可能對景觀破碎化程度作出錯誤的測算。要對景觀破碎化程度作出全面、正確的判斷，還要借助平均斑塊面積等其他景觀指數。

3.2.5 景觀優勢度 經對比可以發現，規劃后耕地、園地、林地、交通用地景觀優勢度提高，其他用地景觀優勢度降低。景觀優勢度與景觀多樣性反映的景觀特征與實際吻合。以農村居民點及城鎮工礦用地景觀為例，規劃后其多樣性降低，景觀優勢度也隨之降低的原因是規劃后該景觀減少。所以，在規劃前后景觀類型不一致的情況下，應用景觀優勢度時須要結合其他相關指數合理解釋實際情況，否則容易得出與實際不符甚至錯誤的結論。

3.2.6 分形維數和穩定性指數 規劃后分形維數增大的景觀是林地及水域用地，分形維數減小的景觀為耕地及園地。規劃前各景觀分形維數從大到小依次為水域用地>未利用地>交通用地>林地>農村居民點及城鎮工礦用地>耕地>園地；規劃后各景觀分形維數從大到小依次為水域用地>未利用地>交通用地>耕地>農村居民點及城鎮工礦用地>園地>林地。經對比可知，景觀穩定性的排序幾乎與分形維數排序相反。

4 結論

通過土地利用規劃，耕地面積增加，平均斑塊面積也變大，較規劃前更規則，更有利于機械自動化及大規模耕作。建設用地面積雖然沒有太大變化，但從空間結構來說更集中，集約化程度也更高。從研究區總體看，景觀平均斑塊面積增大，景觀分維數降低，景觀斑塊的穩定性增強，破碎化程度也降低。同時，也要看到景觀優勢度增大，為了保證耕地及城鎮用地等建設用地面積，減少了其他景觀類型面積；景觀的多樣性指數也下降，景觀類型結構發生了較大變化，如采礦用地、獨立工礦及小灌木林等重要景觀類型減少甚至消失，降低整個景觀系統的穩定性，影響景觀系統的持續發展。另外，土地利用規劃是對研究區土地系統的強烈人為干擾及政策干擾，其后果不僅從景觀生態學方面表現出來。這類活動對土地的結構調整、可持續利用、土地質量變化、土地產權關系的變動以及耕地等景觀類型本身管理和運行機制等方面的影響都有待進一步研究。

參考文獻：

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[7]曹順愛，余萬軍，吳次芳，等. 農地整理對土地景觀格局影響的定量分析[J]. 中國土地科學，2006，20（5）：32-37.endprint

景觀格局指數主要包括景觀要素特征和景觀異質性等指數。它能反映景觀要素結構組成和空間配置某些方面特征的簡單定量指標，更好地理解與解釋景觀功能。目前描述景觀格局的指數很多，參考前人研究^[6-7]，結合研究區景觀特征，本研究選取的指數、指數模型及其變量含義如表1所示。

3.2.2 景觀斑塊密度對比 除耕地用地、交通用地及水域用地外，其他景觀斑塊密度都不同程度地增大，但從整個區域看，景觀斑塊密度卻變化不大，主要原因是耕地景觀在整個景觀中占有最大比例，而耕地斑塊密度基本沒有變化。同時說明為了保證耕地指標及占補平衡的要求，犧牲了其他地類的景觀特征。

3.2.3 景觀多樣性指數 對比土地利用規劃前后各景觀類型的多樣性指數發現，農村居民點及城鎮工礦用地、水域用地的多樣性指數降低。農村居民點及城鎮工礦用地多樣性降低的原因是其多樣性減少，因為在規劃過程中對農村居民點進行了重新設計和歸并，復墾了很多采礦用地及獨立工礦用地，其類型構成比例差異增大。耕地的增加和水域及未利用地的減少加劇了景觀類型間的比例失衡，導致整個系統穩定性降低。

3.2.4 景觀破碎度指數 研究區域除了耕地的景觀破碎度指數增大外，其他景觀類型破碎度指數均不同程度降低，說明這些景觀實際斑塊數與以最小斑塊面積為單位計算的“斑塊數”的比值降低。該指數反映了總面積、斑塊數和景觀最小斑塊面積之間的關系，當整體上景觀斑塊面積比較均勻，而有極少的極小斑塊時，就有可能對景觀破碎化程度作出錯誤的測算。要對景觀破碎化程度作出全面、正確的判斷，還要借助平均斑塊面積等其他景觀指數。

3.2.5 景觀優勢度 經對比可以發現，規劃后耕地、園地、林地、交通用地景觀優勢度提高，其他用地景觀優勢度降低。景觀優勢度與景觀多樣性反映的景觀特征與實際吻合。以農村居民點及城鎮工礦用地景觀為例，規劃后其多樣性降低，景觀優勢度也隨之降低的原因是規劃后該景觀減少。所以，在規劃前后景觀類型不一致的情況下，應用景觀優勢度時須要結合其他相關指數合理解釋實際情況，否則容易得出與實際不符甚至錯誤的結論。

3.2.6 分形維數和穩定性指數 規劃后分形維數增大的景觀是林地及水域用地，分形維數減小的景觀為耕地及園地。規劃前各景觀分形維數從大到小依次為水域用地>未利用地>交通用地>林地>農村居民點及城鎮工礦用地>耕地>園地；規劃后各景觀分形維數從大到小依次為水域用地>未利用地>交通用地>耕地>農村居民點及城鎮工礦用地>園地>林地。經對比可知，景觀穩定性的排序幾乎與分形維數排序相反。

4 結論

通過土地利用規劃，耕地面積增加，平均斑塊面積也變大，較規劃前更規則，更有利于機械自動化及大規模耕作。建設用地面積雖然沒有太大變化，但從空間結構來說更集中，集約化程度也更高。從研究區總體看，景觀平均斑塊面積增大，景觀分維數降低，景觀斑塊的穩定性增強，破碎化程度也降低。同時，也要看到景觀優勢度增大，為了保證耕地及城鎮用地等建設用地面積，減少了其他景觀類型面積；景觀的多樣性指數也下降，景觀類型結構發生了較大變化，如采礦用地、獨立工礦及小灌木林等重要景觀類型減少甚至消失，降低整個景觀系統的穩定性，影響景觀系統的持續發展。另外，土地利用規劃是對研究區土地系統的強烈人為干擾及政策干擾，其后果不僅從景觀生態學方面表現出來。這類活動對土地的結構調整、可持續利用、土地質量變化、土地產權關系的變動以及耕地等景觀類型本身管理和運行機制等方面的影響都有待進一步研究。

參考文獻：

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[5]邱 揚，傅伯杰. 土地持續利用評價的景觀生態學基礎[J]. 資源科學，2000，22（6）：1-8.

[6]俞孔堅，李迪華. 城鄉與區域規劃的景觀生態模式[J]. 國外城市規劃，1997（3）：27-31.

[7]曹順愛，余萬軍，吳次芳，等. 農地整理對土地景觀格局影響的定量分析[J]. 中國土地科學，2006，20（5）：32-37.endprint