三峽庫區腹地撂荒地動態演變及景觀格局
———以重慶市奉節縣平安鄉、竹園鎮為例

趙文玥, 李陽兵, 李媛媛, 王 維, 李寒梅, 周亞琳

(重慶師范大學 地理與旅游學院, 重慶 400047)

撂荒地是指農業用地被利用和管理狀態的停止及農業輔助設施退化以至難以再被利用[1]，并伴隨植被自然演替恢復的過程[2]。山區耕地撂荒是在“國家森林轉型”大背景下出現的“人地”關系的新變化[3]。中國作為農業大國，人多地少，人地矛盾突出，耕地后備資源緊張。因此，土地資源顯得十分珍貴，但耕地撂荒卻是對土地資源的浪費[4]。耕地撂荒及隨后自然植被的演替恢復，改變了農村土地的使用狀況、農業景觀和農戶生計，并且嚴重影響了生態環境和社會經濟效益[5]。近些年，耕地撂荒備受關注，并且已成為土地利用/覆被變化(land use and land cover change)重要的研究方向之一[6]。

目前國內外學者針對耕地撂荒發生的驅動力和機制、類型及特征、影響因子、應對撂荒的政策和措施以及撂荒地的未來發展趨勢等方面展開了廣泛而深刻的探討。李升發等[7]提出耕地撂荒是多種驅動力綜合作用的結果，其中耕地邊際化是根本原因、社會經濟要素變化是主要推動力。鞏杰等[8]從生態學的角度提出撂荒在一定程度上可以提高土壤質量。Tzanopul J等[9]通過對土地利用方式演替的分析指出耕地撂荒是由土壤、地質條件、時間及農耕強度等多方面因素共同作用的復雜過程。郭琳等[10]，Lasantra等[11]認為合理規劃及建立完善的政策機制能有效治理撂荒地，且耕地撂荒現象在未來幾十年有蔓延趨勢。

三峽庫區是承東啟西、南北交流的結合部[12]。庫區內坡耕地比重大，生態環境脆弱，水土流失嚴重，既是水環境保護的紅區，亦是耕地保護的紅區[13]。對于三峽庫區這一生態環境敏感區，針對耕地撂荒這一現象，眾多學者亦從自己的研究方向提出各自見解：王永艷等[14]指出撂荒地集中分布在坡度陡、海拔高、可達性差、土壤侵蝕嚴重和生態脆弱的區域。李贊紅等[15]，何京蓉等[16]在村級尺度的基礎上分析耕地撂荒的現狀及影響因素，并指出積極開展土地流轉是解決農村土地撂荒的有效途徑。王軼浩等[17]使用“空間代替時間”的方法，證明對撂荒地進行生態恢復可有效緩解水土流失。但從廣大學者的研究方向和角度看，集中于對撂荒現象和類型進行定性描述或基于調查數據展開定量分析，以獲取耕地撂荒原因，而結合GIS和RS技術對撂荒地動態演變等方面研究較少。對于如何將撂荒地形成的內在機理、時空演變應用到空間優化調控，如何妥善處理農戶自發撂荒引起的復雜的土地格局和數量變化等問題還有待解決。鑒于此，本研究擬以三峽庫區腹地典型農業鄉鎮—奉節縣平安鄉、竹園鎮為研究區，研究其土地撂荒空間分布及動態演變，以進一步了解撂荒地的形成機理和演化趨勢，從撂荒地演變角度揭示三峽庫區腹地人地矛盾轉型，以期彌補國內對山區撂荒地的研究不足，進而為撂荒地的整治調控提供參考。

1 研究區概況

研究區坐落于三峽庫區腹地的重慶市奉節縣平安鄉及竹園鎮。地理坐標為東經109°1′17″—109°27′09″，北緯31°4′50″—31°22′33″，地處奉節、巫溪、云陽3縣交界處，屬梅溪河流域。區域以山地丘陵為主，海拔大致在750～2 000 m，坡度大于15°的地區占比超過50%，地形地貌復雜，喀斯特地貌發育典型，坡耕地比重大，是中國坡耕地分布最集中地區[18]和全國水土流失重點防治區[19]，撂荒現象典型，耕地資源十分緊張。平安鄉和竹園鎮幅員面積分別為126.98，178.32 km2，自然條件方面具有相似性，但社會經濟方面存在明顯差異。選擇平安鄉和竹園鎮為研究區，既能探討相同自然條件下兩地撂荒地動態演變和景觀格局的相似性，又能分析不同的社會經濟條件對撂荒地動態演變和景觀格局造成的差異性。具有一定的典型性和借鑒性。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源及預處理

本研究主要基于2002，2012，2016年3個時期重慶市奉節縣平安鄉、竹園鎮的Google Earth遙感影像為數據源，影像分辨率為2.5 m。借助ENVI 5.0軟件對影像進行去云降噪、幾何校正、配準拼接等預處理。在ArcGIS 10.2軟件環境下分別對耕地、撂荒地和草地建立解譯標志，并對影像進行目視解譯，初步得到平安鄉及竹園鎮3期撂荒地數據，為了保證撂荒地數據的精準度，結合2017年Google Earth影像，于2017年7月對研究區進行野外選點校核，再次修正解譯數據，最終解譯精度達85%。提取撂荒地數據后，進一步運用ArcGIS 10.2軟件進行土地利用動態度和空間自相關分析，并運用Fragstats 4.2軟件對撂荒地進行景觀格局分析。

2.2 研究方法

2.2.1 土地利用動態度 土地利用動態度是反映土地資源數量、質量隨時間變化最常用的方法。它包括單一土地利用動態度和綜合土地利用動態度，其中單一土地利用動態度反映某一具體土地利用隨時間變化情況[20]。本文研究撂荒地這一具體土地類型隨時間的變化情況，因此選用單一土地利用動態度進行分析。

單一土地利用動態度是以定量的研究方式表達研究區在一定時間內，某種土地資源數量的變化速度，其公式如下：

式中：Uia,Uib——研究初期和末期某一土地利用類型的面積(hm2);T——研究時段長度，當T的時段定為年時，K值就是該研究區某種土地利用類型的年變化率(%)。

2.2.2 景觀格局指數 景觀格局強調某種景觀類型的空間結構特征，受自然和人為因素的共同驅動，形成不同大小、形狀和排列方式的鑲嵌體，且能體現景觀的異質性和不同尺度上各種受干擾的生態過程[21]。

為了解研究區內撂荒地分布的景觀格局特征，本文綜合選取景觀尺度總面積(TA)、斑塊個數(NP)、斑塊密度(PD)、最大斑塊指數(LPI)、周長—面積分形維數(PAFRAC)、歐式最近鄰距離(ENN-MN)6個指數，并通過Fragstats 4.2軟件實現計算，具體指數意義可參閱參考文獻[22]及Fragstats用戶指南。

2.2.3 空間自相關分析 空間自相關分析可以用來檢驗某種地理事物、現象或某一屬性值，在空間上是否存在相關性以及相關程度。本文運用全局Moran’sI[23]和局部Moran’sI[24]，從撂荒地的空間屬性出發，對撂荒地進行全局、局部的研究，以全方位、立體化厘清撂荒地分布特征，揭示撂荒地空間分布規律。

3 結果分析

3.1 撂荒地的動態演變分析

3.1.1 數量分析 由表1研究區撂荒地面積數據可得：平安鄉和竹園鎮3期撂荒地面積逐年遞增，反映近十幾年來，研究區土地撂荒面積不斷增大，且未來有持續增長的趨勢。

通過單一土地利用動態度數據可得：研究區3期撂荒地動態度逐年遞增，表明3期研究區撂荒地增長速度逐年加快，且隨著時間的推移，撂荒地增長速度還有持續加快的趨勢，尤其是竹園鎮近幾年撂荒地增長速度迅猛。

總的來說，研究區撂荒地的面積不斷增大，土地利用動態度逐年增大，說明撂荒地面積變化速度逐年加快。

表1 研究區3期撂荒地數量變化情況

3.1.2 空間變化 2002年，研究區撂荒地主要零星分散分布在北部；2012年，研究區撂荒地分布范圍擴大，有部分往南移動，且出現向少數方位集中的趨勢；2016年，研究區撂荒地較2012年又進一步往南分布，同樣出現部分方位集中的現象。在未來幾年，研究區的撂荒地還有繼續往南分布的趨勢。

2002年平安鄉撂荒地斑塊數量在中北部分布較多，2012年平安鄉撂荒地在西南部有明顯增多變化，2016年平安鄉撂荒地斑塊數量有細微變化，此時撂荒地在中北部進一步撂荒的基礎上，又往南部撂荒。2002—2016年平安鄉撂荒地斑塊整體呈現由中北部往南部擴散的趨勢，其中，平安鄉中北部自然條件較差本身不適合耕作，坡度較陡，普遍在15°以上，且高程較大，普遍在1 250 m以上。2002,2012年竹園鎮撂荒地斑塊數量在北部及西南部分布較多；2016年竹園鎮撂荒地斑塊數量也有細微變化，在北部及西南部進一步撂荒的基礎上，往中南部擴散。2002—2016年竹園鎮撂荒地斑塊呈現由北部向中南部擴散的趨勢，其中，竹園鎮北部坡度較陡，普遍在15°以上，高程1 250 m以上，坡耕地比重大。總的來說，研究區撂荒地斑塊數量增加，大致由自然條件較差的地區向自然條件較好的地區擴散。這種擴散亦與竹園鎮本身的社會經濟發展密切相關，2002年其北部經濟發展水平明顯高于南部，由于城鎮建設導致撂荒地較多，但隨著《渝東北地區經濟社會發展規劃》實施，中南部經濟逐漸發展，一定程度上加劇了中南部地區的耕地撂荒。

3.2 區域撂荒地水平景觀指數分析與對比

3.2.1 不同坡度等級下區域撂荒地景觀指數分析與對比 從研究區撂荒地景觀指標在不同坡度上的空間變化來看，隨坡度增加，兩地TA，NP值先增后減，PD，LPI，ENN-MN值先減后增(圖1)。坡度25°～35°內撂荒情況最嚴重，破碎化異質化程度最低，斑塊連接性更好，撂荒地斑塊之間有逐漸合并的趨勢。其次是15°～25°，在0°～6°，大于45°內分布面積較少，撂荒地零散分布，破碎化異質化程度較高，斑塊連接性較差。其中，2002年竹園鎮0°～2°時PD值出現低值，結合該地同年同坡度TA值可歸納撂荒地斑塊面積小，分布較為分散，與當時經濟發展水平及城市化水平有密切聯系。竹園鎮0°～2°LPI值在各個年份變化很大，表明撂荒地斑塊受干擾強度大、頻率快。結合竹園鎮當地發展情況，坡度為0°～2°的地區是竹園鎮經濟、政治、文化的集中地區，因此竹園鎮0°～2°LPI值變化情況與人類活動的強度及頻率相關。就PAFRAC值而言，大于2°之后，數值都在1.5左右，表明斑塊相似性強，形狀簡單，體現受人為干擾程度大，復雜程度較低。

圖1 2002-2016年不同坡度下研究區撂荒地水平景觀指數變化

3.2.2 不同高程等級下區域撂荒地景觀指數分析與對比 從研究區撂荒地相關景觀指標在不同高程上的空間變化來看，隨高程增加，兩地TA，NP值先增后減，LPI，ENN-MN先減后增變化(圖2)。在1 250～1 500 m內撂荒地面積最多，破碎化異質化程度最低，斑塊之間有逐漸合并趨勢。其次是1 500～1 750，1 000～1 250 m次之。750～1 000，1 750～2 000 m內撂荒情況較輕，分布面積較少，破碎化異質化程度較高。對比竹園鎮與平安鄉TA，NP值隨高程變化趨勢有明顯差異，與兩地的地勢起伏差異有關。2016年竹園鎮PD值與前兩期數據相比整體呈現下降趨勢，其中750～1 000 m下降程度更大，是由于撂荒地斑塊之間大量合并造成。在750～1 000 m范圍內，平安鄉LPI值各個年份有較大差異，主要是由于平安鄉境內以石灰巖地貌，作物產量低，經濟收益差，大量勞動力外出務工，導致本地適宜耕作的地區，耕地撂荒日趨嚴重。1 750～2 000 m之間2016年竹園鎮LPI值出現高值，與2012年國家出臺土地管理政策，實行退耕還草、生態移民有關。研究區2002年PD值較高，隨高程增加遞減，2012年趨于穩定，表明撂荒地塊有逐漸合并趨勢。就PAFRAC值而言，都處于1.3～1.5內，表明斑塊相似性強，形狀簡單，體現受人為干擾程度大，復雜程度較低。

3.3 撂荒地的空間自相關

3.3.1 全局自相關 為了進一步探究撂荒地的空間自相關情況，在單一土地利用動態度和景觀格局指數分析基礎上，建立250 m×250 m的單元網格，對研究區撂荒地的集聚性進行全局空間自相關分析，分析結果如表2所示。在p值均小于0.001可以拒絕零假設的前提下，研究區3期Moran’sI指數均為正值，表明撂荒地整體上存在空間集聚性，且與破碎度分析結果相符。

圖2 2002-2016年不同高程下研究區撂荒地水平景觀指數變化

表2 研究區3期撂荒地全局Moran’s I分析結果

3.3.2 局部自相關 3期研究區撂荒地局部集聚特征如圖3所示。高—高型、低—低型表示以某單位網格為空間中心，其與周圍網格中撂荒地面積占比情況呈空間正相關關系，即為局域同質化。高—低型和低—高型則表示空間負相關關系，即局域異質化，其中，前者表示某單位網格撂荒地占比較高，而周圍網格占比較低，與后者表示意義相反。

從圖3和統計數據中可以得出，研究區撂荒地局部自相關情況存在差異。數量上，相同點在于：均無低—低型，高—高型最多且占比普遍超過90%，高—低型和低—高型幾乎可以忽略，即兩地的區域同質化程度高，撂荒地相對集聚分布。這主要是由于兩地自然條件相似，均屬于坡耕地比重大，不利于耕作，撂荒現象普遍且相對集聚的地區。不同點在于：平安鄉同質化呈波動變化。竹園鎮同質化持續增加，且自2002年以來竹園鎮撂荒地同質化現象較平安鄉更嚴重，與單一土地利用動態度分析結果相符。首先竹園鎮面積較平安鄉更大，在相似的自然條件下，其產生撂荒的幾率更大。其次，竹園鎮是重慶市的經濟重鎮，更多當地居民轉入第二產業、第三產業進一步加劇了耕地撂荒，使局部范圍撂荒同質化嚴重。

從圖3可以看出，在空間上，平安鄉高—高型分布大體呈自北向南、向東部移動趨勢，南部持續增加，竹園鎮大體呈自西北向東南擴散趨勢，2016年均最為分散。在坡度上，平安鄉同質化現象變幅較竹園鎮更大，且從低值向高值轉移。竹園鎮撂荒地同質化現象在高程上變幅更大，均從高程大的地區擴展到高程小的地區。

圖3 平安鄉(上)及竹園鎮(下)3期局部自相關

為了進一步分析研究區耕地撂荒的驅動機制，本研究運用ArcGIS中Multiple Ring Buffer命令，以居民點為中心建立50，100，200 m的緩沖區，并將其與撂荒地數據相疊加，結果如圖4所示。

圖4 研究區3期不同緩沖區范圍撂荒地面積統計

數據表明研究區內距居民點200 m以內的撂荒地所占比重高達80%，撂荒地的空間分布與距居民點的距離具有明顯的相關性。

4 討論與結論

4.1 耕地撂荒的驅動機制

張英等[25]通過在村級上建立Logistic模型表明耕地平均距離對耕地撂荒有重要影響。謝曉明等[26]通過問卷調查得出種植業比較利益低，農村勞動力大量外出務工等原因導致耕地撂荒現象加劇。而居民點作為農村土地利用的重要組成部分，是農村人口的重要聚居方式[27]。自2006年以來，奉節縣大力發展勞務經濟，使得大量勞動力析出[28]。實地調查表明，盡管研究鄉鎮總人口在增加，但因農村勞動力外流導致空巢老人、留守兒童現象嚴重，出現“空心村”的現象[29]。而撂荒地的空間分布與居民點的距離具有相關性，從側面反映出耕地撂荒現象與勞動力流失密切相關。與前人研究結果大致相符。

4.2 創新與不足

本文針對三峽庫區腹地小尺度撂荒典型區，結合GIS和RS等技術獲取撂荒地及相關土地利用數據，并進行撂荒地動態演變及景觀格局分析，在一定程度上彌補前人不足。

普遍認為耕地撂荒將造成土地資源浪費，但像三峽庫區這類生態環境脆弱和水土流失嚴重的區域，應以一分為二的觀點對待：一方面要積極預防遏制基本農田撂荒。另一方面亦要正確對待山區撂荒，部分坡耕地撂荒，在一定程度上是促進自然生態系統恢復和生物多樣性保護的良好契機。

但本文還存在不足之處：①由于受遙感數據以及奉節縣統計年鑒數據的限制，在分析撂荒地動態演變的研究中，只選取了2002,2012,2016年3個年份的高分辨率遙感影像進行分析，對于撂荒地空間演變的深度不夠。且通過目視解譯獲得研究區撂荒地數據，會存在一定誤差。②三峽庫區地形地貌組合復雜，但本文僅選取了坡度和高程這2個主要因素進行分析，不夠全面。且耕地撂荒的主要驅動因子會隨著社會經濟的發展不斷變化，在分析時我們僅選取了影響力較大的因子，對其他因子的考慮有所缺失。

4.3 結 論

(1) 研究區2002—2016年撂荒地的增長速度逐年加快，撂荒地面積持續增長。

(2) 自2002年以來撂荒地面積逐年增加，破碎化異質化程度減小，有向大而集中方向發展趨勢，形狀趨于簡單。在25°～35°內撂荒情況最嚴重，破碎化異質化程度最低，斑塊連接性好。其次是15°～25°。在1 000～1 750 m撂荒地面積較多，破碎化異質化程度較低，斑塊連接性好。最小和最大高程、坡度等級內耕地撂荒情況較輕。

(3) 研究區3期的Moran’sI指數分析結果表明撂荒地具有空間集聚性。但局部集聚情況存在差異，自2002年以來竹園鎮同質化程度更高，總體逐年向四處擴散，但存在相對集聚分布。主要是由于兩地政策實施情況及經濟發展水平方面不同導致。