基于景觀生態學的欠發達地區土地利用數量結構與空間特征分析

宋具蘭 楊靖

[摘要]分析土地利用數量結構及空間布局，對合理利用土地、優化土地空間格局有著重要意義。結合GIS和景觀生態學方法，分析了欠發達地區貴州省三穗縣土地利用數量結構與空間結構特征。結果表明，在數量結構上，經濟發展越好的區域，土地利用類型越多樣化，集中化程度就越低，土地利用綜合程度就越高。在空間結構上，受人類活動影響較強烈的地類，其分維數越小，形狀指數越大，斑塊形狀越簡單。土地利用結構以林地+耕地為主，以林地為景觀基質，土地利用綜合程度偏低。同時，土地利用結構的區域差異受地理條件、經濟因素和人口因素等的影響。以期為改善欠發達地區土地利用方式、優化土地利用結構與布局、保護和改善生態環境、保障土地生態安全、推進城鄉區域協調發展提供參考。

[關鍵詞]景觀生態學；土地利用；數量結構；空間結構；特征分析

[中圖分類號]F301.2 [文獻標識碼]A

土地利用是人類對土地自然屬性的一種利用方式，也是一種動態、復雜的變化過程。而土地利用結構是人類活動對土地自然屬性特征改造和加工的結果，其內容包括數量結構與空間結構兩部分。同時，土地利用結構是反映一個區域土地資源的可利用和已利用程度，也反映一個區域的土地開發利用潛力。隨著西部大開發的不斷深入，欠發達地區開發速度加快，但由于受社會經濟、交通因素、地理位置等的限制，欠發達地區對土地利用的方式較為粗放、效率低下、不盡合理，大量土地資源存在難以利用、質量退化、生態環境惡化等問題。而黨的十八大以來，黨中央高度重視生態文明建設，樹立“創新、綠色、開放、共享”的發展理念。因此，從景觀生態學角度研究土地利用結構有助于進行土地利用結構優化調控和構建開發利用模式與機理，對科學布局生產、生活、生態空間，促進人與自然和諧共生有著重要意義。

目前，學者們主要集中在土地利用結構區域差異、時空變化、結構優化與驅動力分析等方面，且以數量結構為主，從欠發達地區土地利用數量結構與空間特征的研究較少。因此，本文以欠發達地區貴州省三穗縣為研究區域，基于土地內涵，結合景觀生態學方法和GIS，探討土地利用數量結構特征與空間結構特征。對調整和合理規劃土地利用類型、構建科學合理的城鎮化格局、農業發展格局、生態安全格局、優化土地利用布局具有一定的實踐和指導意義。以期為欠發達地區土地利用、開發、規劃、管理與發展等方面提供參考。

1 研究區概況

三穗縣位于貴州省東部，隸屬黔東南苗族侗族自治州，為貴州省東出口之一；位于北緯26°47′～27°04′、東經108°32′～109°04′，總面積102962.44hm2。地形如龜，由西南向東北傾斜，平均海拔在600～800m之間。三穗縣屬北亞熱帶濕潤季風氣候，年平均溫度14.9℃，平均降雨量達1100mm左右，適宜農作物生長。縣政府駐地為八弓鎮，全縣轄5鎮4鄉。2015年，全縣人口總數22.78萬，其中非農業人口3.66萬，城鎮化率為16.07%。三穗縣以農業發展為主，生產總值為353296萬元，農民純收入6933元，交通落后，交通用地僅占國土面積的0.97%，屬于欠發達地區。

2 數據與方法

2.1 數據來源

基礎數據和矢量數據來源于2015年三穗縣土地利用變更調查數據庫。

2.2 研究方法

2.2.1 數量結構分析方法。土地利用數量結構分析是對區域內各土地利用類型數量特征、組合關系的分析。采用景觀生態學方法，從4個方面進行分析。

多樣性分析。采用吉布斯-馬丁多樣化指數來反映多樣化程度，是對土地利用類型的完整度和多樣化情況進行的定量分析。

為多樣化指數，為第類土地利用類型的面積比例。

集中度分析。集中化用于分析土地利用的集中程度。

為第區域集中化指數；為第區域各種累計百分比之和；M為土地利用類型完全集中為一種類型時累計百分比之和；R為研究區各種累計百分比之和，即R=737.59。

組合類型分析。采用威弗-托馬斯組合系數法，利用土地假設分布（假設相對面積百分比）逐步逼近實際分布（實際相對面積百分比），得到最接近實際分布的土地利用組合類型。

土地利用綜合程度分析。本文采用劉紀遠等提出的方法，將土地利用程度按土地在社會因素影響下的自然平衡狀態分為四級。

為土地利用程度綜合指數，反映土地利用的深度和廣度；為第i級分級指數；為第i級分級面積百分比；為分級數。

2.2.2 空間結構分析方法。土地利用空間結構反映土地利用類型在地域上的配置和對比關系，選取斑塊數量、周長、面積、分維數、形狀指數和分離度指數等6個指標表征土地利用空間格局。

分維數。土地利用空間結構具有分形結構特征，即斑塊的形狀與面積大小之間的關系，反映土地利用斑塊邊緣的復雜程度，采用周長—面積法進行。

，

D為分維數，D=1.0代表形狀最簡單的正方形斑塊，D=2.0表示等面積下周邊最復雜的斑塊；P為斑塊周長；A為斑塊面積。

形狀指數。采用與斑塊面積相同的圓周長與實際斑塊周長的比值，即斑塊的緊湊程度。

S為形狀指數；A為斑塊面積；P為斑塊周長。當斑塊為圓形時，S為最大值1，S值越接近于1，表示斑塊形狀越規則。

分離度指數。分離度用于度量不同斑塊個體分布的離散或聚集程度，通過計算斑塊的面積與數量間的關系來測量其空間分布特征。

，，

Fi為第i類斑塊分離度指數；Di為第i類斑塊距離指數；Si為第i類斑塊面積指數；A為土地總面積；Ai為第i類斑塊面積；n為第i類斑塊的個數。

3 結果與分析

3.1 土地利用數量結構分析

研究區土地利用率為92.92%，其中林地面積69611.84hm2，占土地總面積比例最大，為67.61%；其次為耕地，占17.79%；其余地類分別占有少量比重。

3.1.1 多樣化分析。由表2可知，研究區多樣化指數為0.5046，與理論最大值0.857相差0.3524，這說明研究區土地利用類型多樣化程度總體偏低，可提升空間較大；而各鄉鎮土地利用結構的多樣化指數在0.3915～0.6249之間，其中最高的為八弓鎮，表明該地區土地利用呈多樣化形態，這與八弓鎮為縣政府駐地、人類活動劇烈、經濟水平相對較高是一致的。而多樣化指數最低的為款場鄉，表明該地區土地利用方式單一，這與該地區地形地貌及較落后的經濟狀況是相對吻合的，兩者相差0.2334，說明研究區土地利用結構的多樣化程度區域差異較為明顯。同時在ArcGIS中運用自然分界法將土地利用結構的多樣化程度分為4個級別（見圖1），各鄉鎮土地利用多樣化水平的高低與其社會經濟水平的發展相一致。

圖1 多樣化指數空間分布圖 圖2 集中化指數空間分布圖

3.1.2 集中度分析。由表2可知，各鄉鎮的土地利用集中化指數相差不大，介于-0.4828～0.2769之間，表明研究區土地利用集中化程度較高。再將集中化指數進行自然分界，得到土地利用類型集中化指數空間分布圖（見圖2），八弓鎮為研究區重點發展鄉鎮，經濟水平相對較高，需求越多樣，則土地利用類型就越豐富，因此，集中化指數最低。最高的為良上鄉和款場鄉，集中化程度也最高；這是因為良上鄉、款場鄉遠離縣城中心，林地面積比重大，交通落后，經濟水平較低，人口稀疏，需求較少，多樣化最低，土地利用類型最少。多樣化指數與集中化指數呈負相關，分析結果互相驗證與補充，土地利用多樣化程度高的鄉鎮，集中化程度就低。比如八弓鎮多樣化指數為研究區最大，相應地集中化指數為研究區最小；而良上鄉和款場鄉多樣化指數較小，集中化指數則較大。

3.1.3 組合類型分析。由表2和圖3可知，研究區土地利用組合類型為兩種，即以林地+耕地為組合類型，反映研究區土地利用整體功能偏低，土地利用方式較為單一；除八弓鎮、雪洞鎮及長吉鄉組合類型為林地+耕地外；其余鄉鎮的組合類型數為1，組合類型為林地。

3.1.4 土地利用程度綜合分析。研究區各鄉鎮土地利用程度綜合指數在209.10～228.16（表2），平均值為217.23，其中八弓鎮、長吉鄉、雪洞鎮和瓦寨鎮的土地利用程度綜合指數高于平均水平。八弓鎮土地利用程度綜合指數為最高，屬高利用程度級（圖4），即土地利用綜合程度最高。八弓鎮城鎮村及工礦用地、交通運輸用地所占比例最大，人類對建設用地干擾較為劇烈；低利用程度的為款場鄉和良上鄉。土地利用程度綜合不僅反映了土地利用中土地本身的自然屬性，而且反映了人類活動與自然環境因素的相互影響與綜合效應。土地自然屬性的可利用程度越低，其土地利用程度就越高，受人類的干擾程度就越大。今后應不斷地提高土地集約化程度和綜合利用效益，同時在土地整治中要注意保護生態環境和土地利用的可持續發展。

3.2 土地利用空間結構分析

3.2.1 總體特征。研究區林地面積占總面積比例最大，高達67.61%，其斑塊平均面積、最大面積、平均周長和最大周長4個指標在各地類中都居首位（見表3），分值較大，優勢明顯，可確定研究區的景觀基質為林地。其他土地斑塊平均周長比城鎮村及工礦用地要稍大外，其他指標都比另外6種地類要小。而園地，除了斑塊平均面積與平均周長比耕地和城鎮村及工礦用地稍大，其余兩個指標都最小。此外，耕地斑塊數最多，占總斑塊數的67.1%，小斑塊較多，分布零散且破碎；其他土地斑塊數最少，斑塊平均面積也最小。總之，研究區土地用空間格局總體特征是以林地為景觀基質，以耕地+林地為總體格局，以其余土地為鑲嵌體，共同構成土地利用的空間總體格局（圖5）。

3.2.2 斑塊形態特征。從分維數來看（表3），各地類斑塊分維數介于1.406～1.582之間，差異較大，說明所有地類斑塊形狀總體上相對較為復雜，這與研究區所在的地理位置、地形地貌與自然環境有較大的關系。再從形狀指數和分維數兩方面來看，城鎮村及工礦用地、園地、交通運輸用地形狀指數相對較大，相應的分維數相對較小，表明這3種地類斑塊形狀較為簡單、規則，受人類社會經濟活動的影響，且影響程度相對較大；而耕地、林地和其他土地的形狀指數相對較小，相應的分維數較大。表明這3種地類斑塊形狀，受地形地貌條件的制約，因而較不規則。

從斑塊分離度指數來看，林地斑塊分離度最小，說明研究區林地空間連片、集中分布，在整個區域內占主導地位，與林地是該區域的景觀基質相一致。耕地是受地形制約與人類活動干擾的土地利用類型之一，其分離度指數最接近林地。此外，其他土地和園地分離度指數最大，說明其分布最為離散，同時從斑塊數和圖5可以看出，這兩種地類空間布局都較少。總之，各土地利用類型形狀總體上相對較為復雜，斑塊散亂且較多，這與所處的地理位置和地形地貌有較大的聯系。

4 對策建議

土地利用結構是自然與人類活動共同作用的結果，其區域差異受地理位置、地形地貌、經濟因素、人口因素等的影響。自然條件的差異與地理位置息息相關，形成不同的社會經濟條件，進而共同決定土地利用的區域差異。研究區屬于典型的欠發達地區，地形地貌獨特，山多地少，社會經濟發展水平低下，交通欠發達，人口分布極不均衡，形成了不同區域土地利用結構和區位優勢的差異性。與發達地區相比，欠發達地區土地利用結構的區域差異與不合理利用問題更為突出明顯。因此，應加強欠發達地區土地的合理利用，提出相應措施，制定適合該區域發展的土地利用規劃與目標。

4.1 推進土地節約集約利用，深化存量土地挖潛

欠發達地區農村居民點散亂，農民外出務工，大量耕地荒廢閑置，空心村屢見不鮮。為推進土地的節約集約利用，可通過以下兩方面進行整頓。一是積極開展舊城與舊村改造，挖潛存量建設用地。充分利用閑置工礦用地、空心村、空關戶和磚瓦窯等閑置用房，依法處置閑置、空閑土地，節地挖潛，盤活存量土地，制定存量土地利用年度計劃與開發利用配套政策，以行政、經濟手段來實現存量土地盤活。二是堅持“生態型”土地保護理念，節約集約利用土地。堅守耕地保護紅線，統籌安排城鄉用地，以城帶鄉、以工促農，形成城鄉互動、共同發展格局。

4.2 強化土地資源綜合整治

與發達地區相比，欠發達地區經濟落后，交通欠發達，可通過土地整治帶動區域社會經濟發展。以統籌發展為理念，以水、田、路、林、村規范化為目標，以“農田增產、農民增收”為重點，進行綜合的、高效的土地整治規劃。將新農村建設與土地整治項目相結合，通過退宅還耕、增減掛鉤項目，合理安排城鄉用地，實現耕地占補平衡，緩解土地供需矛盾。

4.3 優化土地利用結構與布局調整

隨著近幾年西部欠發達地區經濟的快速發展，城鎮建設呈現新面孔。人口快速增長，城鎮建成區面積不斷擴張，城鎮框架向外輻射拉大，建設用地供過于求，導致土地利用不盡合理，出現亂設亂建、違法用地、建設用地總規模大幅增長等現象。可通過“三個轉移”（村莊向集鎮轉移、散居向規劃區轉移、農民居住由高山向平地轉移）和“四個集中”（農民向城鎮集中、土地經營向適度規模集中、工業向園區集中、產業發展向適宜區集中）的策略，創新土地利用方式，調整優化布局，節約依法利用土地。

4.4 保護和改善土地生態環境

欠發達地區生態環境極其脆弱，破壞容易修復難。因此，要保護好土地生態環境。一是保護好森林資源，正確處理使用、防護、治理的關系，嚴格控制對生態林的開發利用，保護生物多樣性，因地制宜開展退耕還林、植被恢復等項目。二是保護和提高水資源環境，開展城鎮、農業污染、工業污染治理工程。三是加強采礦用地的生態環境修復與治理，采用土地復墾、邊坡治理、生物技術等方法，建設喬、灌、木、草多層次立體植被體系，完成生態環境修復。四是統籌治理城鎮與工業園區環境污染，嚴格控制污染物排放標準，加強城鎮綠化建設，完善土地生態建設，為城鎮發展提供良好的環境。

4.5 深化土地資源管理制度改革

我國雖然出臺了很多相關的土地管理制度，但缺乏細致的、符合實際的土地管理制度。因此，結合當地實際，因地制宜，從完善土地資源市場體系建設、強化土地征收和農轉非審批制度、完善戶籍制度改革、加快土地資源信息化建設等方面進行體制改革。通過市場機制優化配置土地資源，利用3S、可視化等現代技術，構成點、線、面三要素空間圖層，更直觀、準確、實時地形成“一張圖”信息，為社會服務、監督管理提供數據支撐。

5 結論與討論

本文以貴州省三穗縣為例，基于景觀生態學和GIS，分析了欠發達地區土地利用數量結構與空間結構的特征。研究表明，在土地利用數量結構上，經濟社會條件發展越好的區域，土地利用類型越多樣化，集中化程度就越低，土地利用綜合程度就越高。在土地利用空間結構上，受人類活動影響較為強烈的地類，城鎮村及工礦用地、園地與交通運輸用地，其分維數越小，形狀指數越大，斑塊形狀越簡單。總體來看，研究區土地利用結構以林地+耕地為主，以林地為景觀基質，土地利用綜合程度偏低。因此，在守住生態紅線的前提下，要注重保護好土地資源的數量與質量，合理開發利用土地資源，優化配置，節約集約利用土地，提高土地利用率，促進社會、經濟、生態環境的可持續健康發展。

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