基于GIS的農業(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.天津市農業(yè)技術推廣站，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）

農業(yè)用地是我國重要的自然資源，農業(yè)用地能否得到可持續(xù)利用，農業(yè)用地景觀格局是否合理，直接關系到能否確保我國糧食安全和社會穩(wěn)定。近年來，伴隨城鎮(zhèn)化進程的不斷推進，農業(yè)用地急劇減少，農業(yè)用地景觀格局破壞問題日益嚴峻。為了控制城鎮(zhèn)過度擴張，保護農業(yè)用地資源，構建合理的農業(yè)用地景觀格局，加強對農業(yè)用地變化的動態(tài)監(jiān)測十分必要。遙感技術（Remote sensing，RS）和地理信息系統(tǒng)技術（Geographical informationsystem，GIS）能較為具體和定量的把握農業(yè)用地的變化動態(tài)，結合景觀分析軟件還能監(jiān)測農業(yè)用地景觀格局的變化，是一種較為先進的技術手段。本研究基于兩期土地利用矢量數據，應用地理信息系統(tǒng)技術（GIS）和景觀生態(tài)學方法，探討了南充市嘉陵區(qū)農業(yè)用地比例和農業(yè)用地景觀格局的變化，旨在為農業(yè)用地的保護及可持續(xù)發(fā)展建設提供依據。

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 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)是典型的農業(yè)大區(qū)，農業(yè)基礎好，主要以種養(yǎng)業(yè)為主。但近些年，伴隨經濟社會快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進程的加快，該地區(qū)農業(yè)用地資源不斷減少，農業(yè)用地保護面臨嚴峻形勢。

2 研究方法

2.1 土地利用數據處理

由南充博地勘測規(guī)劃有限公司提供1994年嘉陵區(qū)土地利用過度性質數據和2009年該地區(qū)土地利用二調數據（矢量）。根據實際情況，將1994年和2009年的土地利用矢量數據劃分成8種景觀類型，分別為：農田、林地、園地、草地、水域、交通運輸用地、公共管理與公共服務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 農業(yè)用地面積和景觀格局變化

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

①斑塊數，公式：NP=N景觀中斑塊的總數，取值范圍：NP≥1，無上限。

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

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③斑塊形狀指數，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，當斑塊形狀為正方形時，LSI的取值最小，等于1；當斑塊的形狀越復雜或越扁長，LSI的值就越大。

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

3 結果與分析

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

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

4 結論

在快速城市化過程中，由于用地總量一定，公共服務和公共管理（主要是城鎮(zhèn)用地）用地的迅速擴展，勢必帶來農業(yè)用地的減少，這一點在景觀格局斑塊水平的動態(tài)變化分析中得到了充分的體現(xiàn)。根據斑塊面積、周長、斑塊形狀指數、破碎度和分離度的變化，農業(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。

整體而言，當前在農業(yè)用地方面存在不少問題，主要表現(xiàn)在以下幾點：首先，農業(yè)用地資源不斷減少，農業(yè)用地數量不足，人地矛盾日益突出。其次，農業(yè)用地資源質量不高，有效農業(yè)用地比例較低，土壤肥力結構較差，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、交通、工礦及民用房等用地大量占用農業(yè)用地資源，農業(yè)用地浪費嚴重。最后，農業(yè)用地流轉規(guī)模和經營規(guī)模較小，農業(yè)生產的專業(yè)化、規(guī)?；约艾F(xiàn)代化水平不高，制約了農業(yè)土地綜合利用效率的提升。

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

①通過開發(fā)荒地、復墾廢棄土地和農田建設等方式，增加農業(yè)用地資源的有效供應能力；通過農業(yè)用地規(guī)劃和管理手段并結合市場機制，節(jié)約使用農業(yè)用地，減少浪費，做到經濟、合理而有效地使用農業(yè)用地。

②農業(yè)用地利用工作中，既要強調一定的利用規(guī)模，又要注意在現(xiàn)有農業(yè)用地上追加投入，挖掘潛力，實現(xiàn)集約經營，把開發(fā)和治理結合起來，提高農業(yè)用地質量。在農業(yè)用地利用中不能只注重總量的大小，還要注意進行農業(yè)用地利用結構和格局的優(yōu)化調整，盡可能把有限的農業(yè)用地放到最能發(fā)揮其效益的用途上去。

③做好農業(yè)用地資源的保護工作，使農業(yè)用地資源數量不減少，質量不衰退，生產能力不下降。改善農業(yè)用地條件，提高其綜合生產能力，不斷增加科技投入。

④積極嘗試農業(yè)用地土地流轉機制，不斷激發(fā)農民改良農業(yè)用地的積極性，增加對農業(yè)用地長期穩(wěn)定投入的積極性，促進農業(yè)用地的有效利用，切實提高農業(yè)用地的經濟效益。

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