城市化對農田生態(tài)系統(tǒng)中農田景觀小結構的影響

李金泓

摘要：隨著城市的迅速擴張，城市邊緣區(qū)的范圍逐漸外擴，農田生態(tài)系統(tǒng)中的自然、半自然景觀正逐步向人為景觀變化，其穩(wěn)定性和健康性也越來越受到人們的關注。為此，對沈陽市沈北新區(qū)城市邊緣區(qū)進行劃分，對研究區(qū)內的農田景觀小結構與土壤動物進行分析，為保持農田生態(tài)系統(tǒng)的健康性提供參考。

關鍵詞：農田生態(tài)系統(tǒng)；農田景觀小結構；城市化；影響

中圖分類號：S181 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）02-0008-03

經濟的快速發(fā)展使得土地利用趨于飽和的城區(qū)不斷向外延展和擴張，城市邊緣區(qū)作為城市土地開發(fā)中最活躍的區(qū)域亦迅速外擴，其自然、半自然景觀正逐步向城市景觀演變，使得大城市形成明顯的城市區(qū)域、城市邊緣區(qū)和鄉(xiāng)村區(qū)域。

農田生態(tài)系統(tǒng)是一個綜合體，主要負責農田動物、植物、微生物以及農田土壤、空氣和農作物群落間的物質循環(huán)與能量轉化，是一個開放、脆弱的復雜生態(tài)系統(tǒng)。城市化的迅速擴張使得人類干擾程度增加，原本屬于自然、半自然生境的鄉(xiāng)村區(qū)域地表景觀結構發(fā)生改變。土地利用中城市景觀的增加使得脆弱的農田生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生紊亂，城市的無序擴張使得物種的生存受到影響，農田景觀問題和農田生態(tài)健康問題凸顯，影響了生物多樣性。德國在對農業(yè)景觀結構與植物和動物種類多樣性關系的研究中引入了農田景觀小結構的概念，農田景觀小結構是指在農田景觀背景中面積小于1 hm2且具有明顯邊界的非農田類型。

沈北新區(qū)地勢平坦、開闊，多為平原地貌，位于東北城市走廊的樞紐重地，是沈陽城市化擴張的重點區(qū)域，景觀結構變化幅度較大，在該地區(qū)進行利用農田小結構的對比來反映農田系統(tǒng)健康性的研究是十分必要的。

1 材料與方法

1.1 數據來源與處理

以沈北新區(qū)2012年底的航空影像作為底圖，選擇研究區(qū)域。劃分沈北新區(qū)的城市邊緣區(qū)范圍，以熵值小于0.7的內帶為城市、外圍為鄉(xiāng)村，熵值處于0.8至最大值之間的為城市邊緣區(qū)。對樣帶進行采樣點選擇，從城市中心向鄉(xiāng)村按照梯度選擇的原則共選擇10個樣點，其中樣點1—4位于城市區(qū)域，5—8位于城市邊緣區(qū)，9—10位于鄉(xiāng)村區(qū)域。沿每個樣點的上緣劃分條帶，共劃分十個樣帶（分別用Ⅰ—Ⅹ表示）。

1.2 研究方法

利用ArcGIS技術對研究區(qū)內的3個區(qū)域及10個條帶的農田景觀小結構進行對比分析，并與采集的土壤動物的總體數量和種類進行綜合對照。

2 結果與分析

2.1 3個區(qū)域的農田景觀小結構統(tǒng)計分析

研究區(qū)內3個區(qū)域的農田景觀小結構統(tǒng)計分析結果見表1。

由表1可知：整個研究區(qū)中城市區(qū)域、鄉(xiāng)村區(qū)域的總面積和總斑塊數接近，城市邊緣區(qū)的總面積和總斑塊數最大；3個區(qū)域的小結構斑塊數和面積表現為城市邊緣區(qū)>鄉(xiāng)村區(qū)域>城市區(qū)域。可見，城市區(qū)域的小結構明顯少于鄉(xiāng)村區(qū)域和城市邊緣區(qū)，而城市邊緣區(qū)的小結構數量與面積最多。這可能是由于城市區(qū)域建設用地居多占據了農田景觀小結構，鄉(xiāng)村區(qū)域則保持正常狀態(tài)，而城市邊緣區(qū)有河流穿過是其農田景觀小結構增加的原因。

3個區(qū)域的農田景觀小結構面積比例與土壤動物數量及物種數的關系如圖1所示。

由圖1可見：3個區(qū)域間土壤物種數相近，差距不大；而土壤動物個體數量在城市邊緣區(qū)急劇減少，這可能是由于城市邊緣區(qū)受城市擴張和人為影響加劇，導致土壤動物數量大幅下降。同時可看出，農田景觀小結構面積比例在1.5%以下時，對農田土壤動物數量和物種數影響不大。

2.2 10個條帶的農田景觀小結構統(tǒng)計分析

研究區(qū)內10個條帶的農田景觀小結構統(tǒng)計分析結果見表2。

由表2可知：總斑塊數以及小結構斑塊數量均表現為城市邊緣區(qū)>鄉(xiāng)村區(qū)域>城市區(qū)域。城市邊緣區(qū)總體表現為斑塊數較多、破碎程度較高；城市區(qū)域則以建設用地為主，且以大范圍分布，因此斑塊數量為最低；鄉(xiāng)村區(qū)域地類類型較城區(qū)豐富度高，因此斑塊數量居中。10個條帶中農田景觀小結構的結構比例和面積比例均表現為城市邊緣區(qū)>鄉(xiāng)村區(qū)域>城市區(qū)域。在城市區(qū)域內，小結構斑塊比例和面積比例與土壤動物個體數量間的變化并無明顯規(guī)律性變化，土壤動物物種數在10個條帶中沒有明顯升降；處于城市邊緣區(qū)的4個樣帶的土壤動物個體數量隨著與城市中心距離的增加而增加，但小結構比例并未隨著小結構數量的增加而增加；在鄉(xiāng)村區(qū)域內，土壤動物個體數量隨著小結構斑塊比例的增加而增加。產生此種現象的原因可能是城市邊緣區(qū)土地利用類型多樣，因此破碎化程度高，同時農田景觀小結構的數量也因破碎化程度增加而增多，由人為干擾引起土壤動物個體數量減少。

3 結論

很多研究認為，保持10%～20%的農田景觀小結構比例，對于維持農田生態(tài)系統(tǒng)的物種多樣性具有重要作用。通過試驗得知，沈北新區(qū)的小結構比例最高僅達到2%左右，與理想狀態(tài)的差距還很大。2%的比例下農田景觀小結構的作用表現不明顯，這是因為城市的迅速擴張和人類高強度的干擾對城市邊緣區(qū)的土壤動物個體數量的影響，遠超過農田景觀小結構在較低比例下維持農田生態(tài)系統(tǒng)相對穩(wěn)定的影響。今后，在城市擴張的同時，應保持城市邊緣區(qū)的土壤動物個體數量和物種數的相對穩(wěn)定，增加農田景觀小結構的面積，以保持生態(tài)系統(tǒng)健康。

參考文獻

[1] 陳浮.城市邊緣區(qū)景觀變化與人為影響的空間分異研究[J].地理科學，2001，21（3）：210-216.

[2] 何鵬.常見景觀指數的因子分析和篩選方法研究[J].林業(yè)科學研究，2009，22（4）：470-474.

[3] 李燦.大城市邊緣區(qū)景觀破碎空間異質性——以北京市順義區(qū)為例[J].生態(tài)學報，2013，33（17）：5 363-5 374.

[4] 劉云慧，常虹，宇振榮.農業(yè)景觀生物多樣性保護一般原則探討[J].生態(tài)與農村環(huán)境學報，2010（6）：622-627.（下轉第13頁）

（上接第9頁）

[5] 陳文波.景觀指數分類、應用及構建研究[J].應用生態(tài)學報，2002（13）：121-125.

[6] 劉家福.土地利用格局景觀指數算法與應用[J].地理與地理信息科學，2009（1）：107-109.

[7] 郝潤梅.半干旱地區(qū)城市邊緣區(qū)景觀格局動態(tài)變化及存在問題淺析——以呼和浩特市為例[J].資源科學，2005（2）：154-160.

[8] 江源.歐洲農田生態(tài)系統(tǒng)物種多樣性研究進展[J].資源科學，1999（5）：53-56.

摘要：隨著城市的迅速擴張，城市邊緣區(qū)的范圍逐漸外擴，農田生態(tài)系統(tǒng)中的自然、半自然景觀正逐步向人為景觀變化，其穩(wěn)定性和健康性也越來越受到人們的關注。為此，對沈陽市沈北新區(qū)城市邊緣區(qū)進行劃分，對研究區(qū)內的農田景觀小結構與土壤動物進行分析，為保持農田生態(tài)系統(tǒng)的健康性提供參考。

關鍵詞：農田生態(tài)系統(tǒng)；農田景觀小結構；城市化；影響

中圖分類號：S181 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）02-0008-03

經濟的快速發(fā)展使得土地利用趨于飽和的城區(qū)不斷向外延展和擴張，城市邊緣區(qū)作為城市土地開發(fā)中最活躍的區(qū)域亦迅速外擴，其自然、半自然景觀正逐步向城市景觀演變，使得大城市形成明顯的城市區(qū)域、城市邊緣區(qū)和鄉(xiāng)村區(qū)域。

農田生態(tài)系統(tǒng)是一個綜合體，主要負責農田動物、植物、微生物以及農田土壤、空氣和農作物群落間的物質循環(huán)與能量轉化，是一個開放、脆弱的復雜生態(tài)系統(tǒng)。城市化的迅速擴張使得人類干擾程度增加，原本屬于自然、半自然生境的鄉(xiāng)村區(qū)域地表景觀結構發(fā)生改變。土地利用中城市景觀的增加使得脆弱的農田生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生紊亂，城市的無序擴張使得物種的生存受到影響，農田景觀問題和農田生態(tài)健康問題凸顯，影響了生物多樣性。德國在對農業(yè)景觀結構與植物和動物種類多樣性關系的研究中引入了農田景觀小結構的概念，農田景觀小結構是指在農田景觀背景中面積小于1 hm2且具有明顯邊界的非農田類型。

沈北新區(qū)地勢平坦、開闊，多為平原地貌，位于東北城市走廊的樞紐重地，是沈陽城市化擴張的重點區(qū)域，景觀結構變化幅度較大，在該地區(qū)進行利用農田小結構的對比來反映農田系統(tǒng)健康性的研究是十分必要的。

1 材料與方法

1.1 數據來源與處理

以沈北新區(qū)2012年底的航空影像作為底圖，選擇研究區(qū)域。劃分沈北新區(qū)的城市邊緣區(qū)范圍，以熵值小于0.7的內帶為城市、外圍為鄉(xiāng)村，熵值處于0.8至最大值之間的為城市邊緣區(qū)。對樣帶進行采樣點選擇，從城市中心向鄉(xiāng)村按照梯度選擇的原則共選擇10個樣點，其中樣點1—4位于城市區(qū)域，5—8位于城市邊緣區(qū)，9—10位于鄉(xiāng)村區(qū)域。沿每個樣點的上緣劃分條帶，共劃分十個樣帶（分別用Ⅰ—Ⅹ表示）。

1.2 研究方法

利用ArcGIS技術對研究區(qū)內的3個區(qū)域及10個條帶的農田景觀小結構進行對比分析，并與采集的土壤動物的總體數量和種類進行綜合對照。

2 結果與分析

2.1 3個區(qū)域的農田景觀小結構統(tǒng)計分析

研究區(qū)內3個區(qū)域的農田景觀小結構統(tǒng)計分析結果見表1。

由表1可知：整個研究區(qū)中城市區(qū)域、鄉(xiāng)村區(qū)域的總面積和總斑塊數接近，城市邊緣區(qū)的總面積和總斑塊數最大；3個區(qū)域的小結構斑塊數和面積表現為城市邊緣區(qū)>鄉(xiāng)村區(qū)域>城市區(qū)域。可見，城市區(qū)域的小結構明顯少于鄉(xiāng)村區(qū)域和城市邊緣區(qū)，而城市邊緣區(qū)的小結構數量與面積最多。這可能是由于城市區(qū)域建設用地居多占據了農田景觀小結構，鄉(xiāng)村區(qū)域則保持正常狀態(tài)，而城市邊緣區(qū)有河流穿過是其農田景觀小結構增加的原因。

3個區(qū)域的農田景觀小結構面積比例與土壤動物數量及物種數的關系如圖1所示。

由圖1可見：3個區(qū)域間土壤物種數相近，差距不大；而土壤動物個體數量在城市邊緣區(qū)急劇減少，這可能是由于城市邊緣區(qū)受城市擴張和人為影響加劇，導致土壤動物數量大幅下降。同時可看出，農田景觀小結構面積比例在1.5%以下時，對農田土壤動物數量和物種數影響不大。

2.2 10個條帶的農田景觀小結構統(tǒng)計分析

研究區(qū)內10個條帶的農田景觀小結構統(tǒng)計分析結果見表2。

由表2可知：總斑塊數以及小結構斑塊數量均表現為城市邊緣區(qū)>鄉(xiāng)村區(qū)域>城市區(qū)域。城市邊緣區(qū)總體表現為斑塊數較多、破碎程度較高；城市區(qū)域則以建設用地為主，且以大范圍分布，因此斑塊數量為最低；鄉(xiāng)村區(qū)域地類類型較城區(qū)豐富度高，因此斑塊數量居中。10個條帶中農田景觀小結構的結構比例和面積比例均表現為城市邊緣區(qū)>鄉(xiāng)村區(qū)域>城市區(qū)域。在城市區(qū)域內，小結構斑塊比例和面積比例與土壤動物個體數量間的變化并無明顯規(guī)律性變化，土壤動物物種數在10個條帶中沒有明顯升降；處于城市邊緣區(qū)的4個樣帶的土壤動物個體數量隨著與城市中心距離的增加而增加，但小結構比例并未隨著小結構數量的增加而增加；在鄉(xiāng)村區(qū)域內，土壤動物個體數量隨著小結構斑塊比例的增加而增加。產生此種現象的原因可能是城市邊緣區(qū)土地利用類型多樣，因此破碎化程度高，同時農田景觀小結構的數量也因破碎化程度增加而增多，由人為干擾引起土壤動物個體數量減少。

3 結論

很多研究認為，保持10%～20%的農田景觀小結構比例，對于維持農田生態(tài)系統(tǒng)的物種多樣性具有重要作用。通過試驗得知，沈北新區(qū)的小結構比例最高僅達到2%左右，與理想狀態(tài)的差距還很大。2%的比例下農田景觀小結構的作用表現不明顯，這是因為城市的迅速擴張和人類高強度的干擾對城市邊緣區(qū)的土壤動物個體數量的影響，遠超過農田景觀小結構在較低比例下維持農田生態(tài)系統(tǒng)相對穩(wěn)定的影響。今后，在城市擴張的同時，應保持城市邊緣區(qū)的土壤動物個體數量和物種數的相對穩(wěn)定，增加農田景觀小結構的面積，以保持生態(tài)系統(tǒng)健康。

參考文獻

[1] 陳浮.城市邊緣區(qū)景觀變化與人為影響的空間分異研究[J].地理科學，2001，21（3）：210-216.

[2] 何鵬.常見景觀指數的因子分析和篩選方法研究[J].林業(yè)科學研究，2009，22（4）：470-474.

[3] 李燦.大城市邊緣區(qū)景觀破碎空間異質性——以北京市順義區(qū)為例[J].生態(tài)學報，2013，33（17）：5 363-5 374.

[4] 劉云慧，常虹，宇振榮.農業(yè)景觀生物多樣性保護一般原則探討[J].生態(tài)與農村環(huán)境學報，2010（6）：622-627.（下轉第13頁）

（上接第9頁）

[5] 陳文波.景觀指數分類、應用及構建研究[J].應用生態(tài)學報，2002（13）：121-125.

[6] 劉家福.土地利用格局景觀指數算法與應用[J].地理與地理信息科學，2009（1）：107-109.

[7] 郝潤梅.半干旱地區(qū)城市邊緣區(qū)景觀格局動態(tài)變化及存在問題淺析——以呼和浩特市為例[J].資源科學，2005（2）：154-160.

[8] 江源.歐洲農田生態(tài)系統(tǒng)物種多樣性研究進展[J].資源科學，1999（5）：53-56.

摘要：隨著城市的迅速擴張，城市邊緣區(qū)的范圍逐漸外擴，農田生態(tài)系統(tǒng)中的自然、半自然景觀正逐步向人為景觀變化，其穩(wěn)定性和健康性也越來越受到人們的關注。為此，對沈陽市沈北新區(qū)城市邊緣區(qū)進行劃分，對研究區(qū)內的農田景觀小結構與土壤動物進行分析，為保持農田生態(tài)系統(tǒng)的健康性提供參考。

關鍵詞：農田生態(tài)系統(tǒng)；農田景觀小結構；城市化；影響

中圖分類號：S181 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）02-0008-03

經濟的快速發(fā)展使得土地利用趨于飽和的城區(qū)不斷向外延展和擴張，城市邊緣區(qū)作為城市土地開發(fā)中最活躍的區(qū)域亦迅速外擴，其自然、半自然景觀正逐步向城市景觀演變，使得大城市形成明顯的城市區(qū)域、城市邊緣區(qū)和鄉(xiāng)村區(qū)域。

農田生態(tài)系統(tǒng)是一個綜合體，主要負責農田動物、植物、微生物以及農田土壤、空氣和農作物群落間的物質循環(huán)與能量轉化，是一個開放、脆弱的復雜生態(tài)系統(tǒng)。城市化的迅速擴張使得人類干擾程度增加，原本屬于自然、半自然生境的鄉(xiāng)村區(qū)域地表景觀結構發(fā)生改變。土地利用中城市景觀的增加使得脆弱的農田生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生紊亂，城市的無序擴張使得物種的生存受到影響，農田景觀問題和農田生態(tài)健康問題凸顯，影響了生物多樣性。德國在對農業(yè)景觀結構與植物和動物種類多樣性關系的研究中引入了農田景觀小結構的概念，農田景觀小結構是指在農田景觀背景中面積小于1 hm2且具有明顯邊界的非農田類型。

沈北新區(qū)地勢平坦、開闊，多為平原地貌，位于東北城市走廊的樞紐重地，是沈陽城市化擴張的重點區(qū)域，景觀結構變化幅度較大，在該地區(qū)進行利用農田小結構的對比來反映農田系統(tǒng)健康性的研究是十分必要的。

1 材料與方法

1.1 數據來源與處理

以沈北新區(qū)2012年底的航空影像作為底圖，選擇研究區(qū)域。劃分沈北新區(qū)的城市邊緣區(qū)范圍，以熵值小于0.7的內帶為城市、外圍為鄉(xiāng)村，熵值處于0.8至最大值之間的為城市邊緣區(qū)。對樣帶進行采樣點選擇，從城市中心向鄉(xiāng)村按照梯度選擇的原則共選擇10個樣點，其中樣點1—4位于城市區(qū)域，5—8位于城市邊緣區(qū)，9—10位于鄉(xiāng)村區(qū)域。沿每個樣點的上緣劃分條帶，共劃分十個樣帶（分別用Ⅰ—Ⅹ表示）。

1.2 研究方法

利用ArcGIS技術對研究區(qū)內的3個區(qū)域及10個條帶的農田景觀小結構進行對比分析，并與采集的土壤動物的總體數量和種類進行綜合對照。

2 結果與分析

2.1 3個區(qū)域的農田景觀小結構統(tǒng)計分析

研究區(qū)內3個區(qū)域的農田景觀小結構統(tǒng)計分析結果見表1。

由表1可知：整個研究區(qū)中城市區(qū)域、鄉(xiāng)村區(qū)域的總面積和總斑塊數接近，城市邊緣區(qū)的總面積和總斑塊數最大；3個區(qū)域的小結構斑塊數和面積表現為城市邊緣區(qū)>鄉(xiāng)村區(qū)域>城市區(qū)域?？梢?，城市區(qū)域的小結構明顯少于鄉(xiāng)村區(qū)域和城市邊緣區(qū)，而城市邊緣區(qū)的小結構數量與面積最多。這可能是由于城市區(qū)域建設用地居多占據了農田景觀小結構，鄉(xiāng)村區(qū)域則保持正常狀態(tài)，而城市邊緣區(qū)有河流穿過是其農田景觀小結構增加的原因。

3個區(qū)域的農田景觀小結構面積比例與土壤動物數量及物種數的關系如圖1所示。

由圖1可見：3個區(qū)域間土壤物種數相近，差距不大；而土壤動物個體數量在城市邊緣區(qū)急劇減少，這可能是由于城市邊緣區(qū)受城市擴張和人為影響加劇，導致土壤動物數量大幅下降。同時可看出，農田景觀小結構面積比例在1.5%以下時，對農田土壤動物數量和物種數影響不大。

2.2 10個條帶的農田景觀小結構統(tǒng)計分析

研究區(qū)內10個條帶的農田景觀小結構統(tǒng)計分析結果見表2。

由表2可知：總斑塊數以及小結構斑塊數量均表現為城市邊緣區(qū)>鄉(xiāng)村區(qū)域>城市區(qū)域。城市邊緣區(qū)總體表現為斑塊數較多、破碎程度較高；城市區(qū)域則以建設用地為主，且以大范圍分布，因此斑塊數量為最低；鄉(xiāng)村區(qū)域地類類型較城區(qū)豐富度高，因此斑塊數量居中。10個條帶中農田景觀小結構的結構比例和面積比例均表現為城市邊緣區(qū)>鄉(xiāng)村區(qū)域>城市區(qū)域。在城市區(qū)域內，小結構斑塊比例和面積比例與土壤動物個體數量間的變化并無明顯規(guī)律性變化，土壤動物物種數在10個條帶中沒有明顯升降；處于城市邊緣區(qū)的4個樣帶的土壤動物個體數量隨著與城市中心距離的增加而增加，但小結構比例并未隨著小結構數量的增加而增加；在鄉(xiāng)村區(qū)域內，土壤動物個體數量隨著小結構斑塊比例的增加而增加。產生此種現象的原因可能是城市邊緣區(qū)土地利用類型多樣，因此破碎化程度高，同時農田景觀小結構的數量也因破碎化程度增加而增多，由人為干擾引起土壤動物個體數量減少。

3 結論

很多研究認為，保持10%～20%的農田景觀小結構比例，對于維持農田生態(tài)系統(tǒng)的物種多樣性具有重要作用。通過試驗得知，沈北新區(qū)的小結構比例最高僅達到2%左右，與理想狀態(tài)的差距還很大。2%的比例下農田景觀小結構的作用表現不明顯，這是因為城市的迅速擴張和人類高強度的干擾對城市邊緣區(qū)的土壤動物個體數量的影響，遠超過農田景觀小結構在較低比例下維持農田生態(tài)系統(tǒng)相對穩(wěn)定的影響。今后，在城市擴張的同時，應保持城市邊緣區(qū)的土壤動物個體數量和物種數的相對穩(wěn)定，增加農田景觀小結構的面積，以保持生態(tài)系統(tǒng)健康。

參考文獻

[1] 陳浮.城市邊緣區(qū)景觀變化與人為影響的空間分異研究[J].地理科學，2001，21（3）：210-216.

[2] 何鵬.常見景觀指數的因子分析和篩選方法研究[J].林業(yè)科學研究，2009，22（4）：470-474.

[3] 李燦.大城市邊緣區(qū)景觀破碎空間異質性——以北京市順義區(qū)為例[J].生態(tài)學報，2013，33（17）：5 363-5 374.

[4] 劉云慧，常虹，宇振榮.農業(yè)景觀生物多樣性保護一般原則探討[J].生態(tài)與農村環(huán)境學報，2010（6）：622-627.（下轉第13頁）

（上接第9頁）

[5] 陳文波.景觀指數分類、應用及構建研究[J].應用生態(tài)學報，2002（13）：121-125.

[6] 劉家福.土地利用格局景觀指數算法與應用[J].地理與地理信息科學，2009（1）：107-109.

[7] 郝潤梅.半干旱地區(qū)城市邊緣區(qū)景觀格局動態(tài)變化及存在問題淺析——以呼和浩特市為例[J].資源科學，2005（2）：154-160.

[8] 江源.歐洲農田生態(tài)系統(tǒng)物種多樣性研究進展[J].資源科學，1999（5）：53-56.