基于GIS的亞熱帶丘陵區(qū)果園景觀分布格局及影響因素分析——以韶關(guān)市始興縣為例

陳秀玲,江海斌, 陳世發(fā)

(1.韶關(guān)市國土資源技術(shù)中心，廣東 韶關(guān) 512026；2.韶關(guān)學(xué)院旅游與地理學(xué)院,廣東 韶關(guān) 512005)

果園是種植果樹的園地，屬于土地利用-土地覆被的主要類型之一。果園種植具有投資小，產(chǎn)值大的特征，特別是針對(duì)廣大農(nóng)村地區(qū)的丘陵地帶的未利用地、荒草地的果園種植，既充分對(duì)土地進(jìn)行了利用，又可以提供農(nóng)戶收益，是農(nóng)戶最受歡迎的土地利用類型之一。

果園的分布格局受諸多因素影響，水源、光熱、土壤、地形、交通、勞動(dòng)力等均是影響果園分布格局的重要因素。張起明[1]等學(xué)者利用遙感和GIS技術(shù)，分析贛南地區(qū)柑橘果園分布與地形因子及交通的關(guān)系；李函洋[2]等采用景觀格局指數(shù)，分析漢源縣觀光果園景觀格局及變化特征；陳雅琳[3]等選取果園總面積、斑塊數(shù)、形狀指數(shù)和斑塊凝聚度等景觀指標(biāo), 對(duì)煙臺(tái)市典型流域的果園分布格局進(jìn)行了分析, 揭示了各流域的果園景觀的總體特征。胡錦景[4]以贛州市信豐縣作為研究對(duì)象，運(yùn)用 GIS 空間分析技術(shù)及多元回歸分析模型分析2009-2016 年柑橘果園面積動(dòng)態(tài)變化情況。戴文遠(yuǎn)[5]等研究坡地果園景觀類型及景觀空間分布特征，并針對(duì)景觀格局不合理的，提出對(duì)策與建議。陳稚琳[6]等利用主要景觀格局指數(shù)分析煙臺(tái)市果園景觀結(jié)構(gòu)特征，果園所占面積比重小，但果園斑塊數(shù)量最多，分布破碎。胡佩敏等[7]采用遙感反演確定果園(柑橘園)面積及空間分布。也有學(xué)者從果園的產(chǎn)業(yè)格局視角分析果園布局及演化特征[8]。目前相關(guān)研究主要集中于某類果園景觀的格局特征，而對(duì)果園景觀格局演變及影響因素的研究相對(duì)較少。

本文在ArcGIS和Fragstats4.2軟件的支持下，以亞熱帶丘陵區(qū)的韶關(guān)市始興縣為例，通過人工交互式目視解譯以及四喜驗(yàn)證提取韶關(guān)市始興縣果園的空間分布信息，并結(jié)合始興縣地形、道路網(wǎng)分布特征，研究始興縣2006-2016年果園景觀格局及演變特征，并分析影響果園景觀格局及演變的因素。研究通過亞熱帶丘陵區(qū)果園的景觀格局及影響因素，以期為亞熱帶丘陵區(qū)果園的規(guī)模種植、果園的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展等提供參考。

圖1研究區(qū)地理位置圖

1 研究區(qū)概況

始興縣位于廣東省北部，韶關(guān)市東部，西與仁化縣、曲江區(qū)相鄰；北挨南雄市；南靠翁源縣，東鄰江西省全南縣(圖1)。始興地處南嶺山脈南麓，地勢四周高中間低，呈盆地狀，以丘陵為主。全縣總面積2 174 km2，主要河流有湞江、墨江、澄江，地處中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫20.6 ℃，無霜期約350 d，年降水量1 695 mm。以水稻、黃煙、蠶桑、蔬菜、水果等特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)為主，是全國商品糧生產(chǎn)基地縣、國家級(jí)蠶桑農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化示范區(qū)、全國無公害蔬菜生產(chǎn)示范基地縣、省級(jí)“菜籃子”基地縣、中國枇杷之鄉(xiāng)和中國楊梅之鄉(xiāng)，同時(shí)，始興沙梨也是歷史傳統(tǒng)特產(chǎn)，曾馳名全省和港澳地區(qū)，是嶺南佳果之一。有林面積1 693 km2，森林覆蓋率達(dá)75.6%，2016年，全縣年末戶籍總?cè)丝跒?5.89萬人，農(nóng)村戶籍人口18.32萬人，占總?cè)丝诘?0.8%。

本研究使用的數(shù)據(jù)資料包括韶關(guān)市始興縣行政區(qū)劃矢量數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)(分辨率2.5 m)和土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫，利用GIS軟件追蹤等高線進(jìn)行矢量化形成區(qū)域等高線，再將其轉(zhuǎn)化為DEM圖，以DEM圖為基礎(chǔ)，提取出研究區(qū)坡度、坡向、高度的數(shù)據(jù)。始興縣果園土地利用的提取，以2006年和2016年遙感影像圖為基礎(chǔ)，對(duì)遙感影像圖進(jìn)行處理，目視解譯始興縣果園的分布，并結(jié)合實(shí)地野外調(diào)查得出始興縣果園分布圖。

2 研究方法

2.1 GIS與RS技術(shù)方法

利用韶關(guān)市始興縣行政區(qū)界，果園分布圖、水系圖、路網(wǎng)分布圖、居民點(diǎn)分布圖以及研究區(qū)DEM圖等數(shù)據(jù)，利用GIS空間分析技術(shù)提取研究區(qū)的高程等地形因子，綜合研究果園分布與高程之間的關(guān)系。同時(shí)以始興縣遙感影像圖為基礎(chǔ)，勾繪出果園分布情況，運(yùn)用空間查詢與空間疊置等方法，結(jié)合緩沖區(qū)分析，分析始興縣果園分布與道路、居民點(diǎn)和水域的關(guān)系。

2.2 果園景觀格局指數(shù)及含義

果園景觀格局一般是指果園空間格局，即果園大小、形狀各異的景觀要素在空間上的排列和組合，包括果園景觀組成單元的類型、果園斑塊數(shù)目及空間分布與配置，比如果園景觀的斑塊可在空間上呈隨機(jī)型、均勻型或聚集型分布。

將韶關(guān)市始興縣果園作為一種景觀，利用景觀格局分析的方法分析果園分布格局。韶關(guān)市始興縣果園的景觀格局指數(shù)采用景觀格局分析軟件Fragstats 4.2進(jìn)行。斑塊數(shù)量(NP)反映始興縣果園的斑塊總數(shù)、斑塊總面積(TA)為所有始興縣果園面積之和，而平均斑塊密度(MPS)則揭示果園平均斑塊面積，這三個(gè)指數(shù)反映始興縣果園景觀格局破碎化程度。最大斑塊指數(shù)(LPI)為始興縣果園最大斑塊面積比例，可以反映始興縣果園景觀形態(tài)的優(yōu)勢度，一般取值為0～100之間；景觀形狀指數(shù)(LSI)反映始興縣果園景觀斑塊類型分布的復(fù)雜程度(≥1)。

平均斑塊粘合度(CONTIG-MN)是反映果園之間的連通性，粘合度越大，連通性越好。蔓延度指數(shù)(CONTAG)為景觀水平指數(shù)，反映果園分散與集中程度，分散度低，則具有較高的蔓延度。散布與并列指數(shù)(IJI)表示各果園斑塊的鄰接程度。聚合度(AI)為斑塊類型的聚集程度，取值為0～100之間。分割度(DIVISION)反映果園被分割的破碎程度。分離度(SPLIT)反映始興縣果園的個(gè)體分布的分離程度，在普遍運(yùn)用面積比率的同時(shí)還考慮了果園景觀斑塊數(shù)量。香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)為始興縣果園斑塊在大塘鎮(zhèn)出現(xiàn)的頻率，香農(nóng)均勻度指數(shù)(SHEI)反映始興縣果園分布均勻程度的指標(biāo)，分布極其均勻時(shí)，其指數(shù)為1，辛普森多樣性指數(shù)與均勻度指數(shù)也能反映始興縣果園斑塊的多樣性和均勻性狀況。

3 結(jié)果與分析

3.1 始興縣果園面積動(dòng)態(tài)變化特征

從時(shí)間動(dòng)態(tài)變化來看：2006年始興縣果園面積為37.14 km2，占始興縣土地總面積比重的1.34%，而2016年果園面積略有降低，其總面積為34.54 km2，占始興縣土地總面積比重的1.25%，較2006年降低了2.6 km2，比重降低了0.09%。這與社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，始興縣外出珠三角務(wù)工人員增加，從事果園種植的農(nóng)戶相對(duì)降低，使果園的面積降低；同時(shí)，農(nóng)戶將果園效益較低的果園改造為林地等其他土地利用類型，這也是造成果園面積略有降低的原因。

從果園分布的空間動(dòng)態(tài)來看：2006年和2016年兩期果園主要集中于始興縣中部，而在始興縣北部、南部分布相對(duì)較少。同時(shí)，對(duì)比分析2006年和2016年始興縣果園分布可以看出，始興縣2016年果園分布較2006年更為集中，南部的果園分布面積減少，而中部偏西的果園略有增加。雖然2016年果園面積更集中于中部偏西的區(qū)域，但2016年果園斑塊總數(shù)量略有增加，從2006年的675個(gè)增加至2016年681個(gè)，最大果園斑塊占果園面積比例比重也從2006年的4.82%降低至3.97%，果園的平均斑塊面積也從2006年5.50 hm2降低至2016年5.01 hm2。

3.2 始興縣果園景觀格局分布特征

利用Fragstats 4.2運(yùn)行始興縣2006年和2016年果園景觀格局，得到相關(guān)景觀指標(biāo)運(yùn)行結(jié)果，其結(jié)果見表1。

表1 2006年與2016年始興縣果園景觀格局指數(shù)

從表1可以看出：2016年的景觀形狀指數(shù)/LSI(24.484)略低于2006年(24.711)，表明始興縣果園分布形狀更為規(guī)則；2016年的周長-面積分維數(shù)/PAFRAC(1.424)較2006年(1.398)大，表明2016年景觀形狀指數(shù)相對(duì)簡單。這兩形狀指數(shù)表明，2016年始興縣果園景觀分布形狀較2006年簡單。

果園景觀的平均斑塊粘合度與相似鄰近百分比均在2006年較高，2016年較低，同時(shí)，2006年果園景觀的蔓延度指數(shù)(72.543)稍高于2016年(72.438)，表明2006年果園的連通度較2016年稍高，破碎化程度略低。2016年果園景觀的散布與并列指數(shù)高于2006年，果園散布的概率更高。果園景觀的整體性指數(shù)在2016年(29.017)低于2006年(23.783)，表明2016年果園景觀類型的空間連通性較2006高，而果園的分割度與分離度均在2016年較高，2006年較低。2016年果園景觀的聚合度(30.866)低于2006年(36.328)，果園分布更為分散，這與2016年果園面積稍有降低相關(guān)。

2016年始興縣果園的香農(nóng)多樣性指數(shù)與辛普森多樣性指數(shù)均高于2006年，表示果園景觀異質(zhì)性增強(qiáng)；而2016年果園景觀的香農(nóng)均勻性指數(shù)與辛普森均勻性指數(shù)也略高于2006年，表示果園景觀均較為均勻，且均具有較強(qiáng)的多樣性。

3.3 始興縣果園分布的影響因素

果園的生長需要水源，果園的分布往往距離水域的分布較近；果園的生長過程中，需要?jiǎng)趧?dòng)力進(jìn)行病蟲害防治與防護(hù)，需要一定的勞動(dòng)力才能維持，為了果園管理的需要，果園的分布距離農(nóng)村居民點(diǎn)較近。且在盛行果園采摘的情況下，果園的分布也需要距離道路較近，海拔不太高的，以方便進(jìn)行果實(shí)的采摘。為此，將韶關(guān)市始興縣果園與公路、水域、居民點(diǎn)和高程進(jìn)行疊置(圖2和圖3)，以分析影響始興縣果園分布的因素。

圖2 始興縣果園與水域、居民點(diǎn)及公路分布

從圖2可以看出：始興縣果園的分布均位于水域兩側(cè)，主要分布于距離水域2 km緩沖區(qū)范圍之內(nèi)，特別是在湞江河兩側(cè)，始興縣的果園分布最為集中，而在南部的水域分布較少，果園面積也相對(duì)較少。同時(shí)，果園的分布與道路的分布也呈現(xiàn)類似的特征，始興縣以丘陵為主的地形，其道路的分布往往沿山谷、沿河流的分布，為滿足廣大游客對(duì)果園的采摘以及果園管理的需要，始興縣果園的分布也主要位于道路兩側(cè)，從圖2可以看出，基本上大部分的果園均集中分布于道路兩側(cè)(2 km緩沖區(qū)范圍內(nèi))。果園的培土、開溝、養(yǎng)護(hù)等，均需要農(nóng)戶投入一定的勞動(dòng)力，為此果園的分布也集中于居民點(diǎn)附近，人口密度大，勞動(dòng)力充足，消費(fèi)市場也較廣，利于果園的種植與果園的消費(fèi)。

從圖3可以看出，始興縣果園的分布主要集中于海拔550 m以下的區(qū)域，特別是在海拔150～450 m的區(qū)域，果園分布面積最廣，而在海拔550 m以上的區(qū)域僅僅有零星的分布，而在海拔150 m以下的區(qū)域，果園分布面積也相對(duì)較少。這與在150 m以下的區(qū)域，是始興縣農(nóng)業(yè)主要集中區(qū)域，而此區(qū)域，往往以水稻種植為主，且均屬于基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)，嚴(yán)禁進(jìn)行果園開發(fā)，為此，果園在海拔150 m以下的區(qū)域分布面積較少。而在海拔550 m以上的區(qū)域，由于山高坡陡，水源以天然降雨為主，果園所需的水源得不到保證，同時(shí)海拔高，果園采摘與防護(hù)的難度大，為此多以林地為主，較少進(jìn)行果園的開發(fā)與利用。為此，始興縣果園主要集中于150～450 m的區(qū)域。

圖3 始興縣果園與高程分布

4 結(jié)論

4.1 始興縣果園面積35 km2左右，2016年較2006年稍有降低；始興縣果園主要集中于始興縣中部，而在南部和北部分布相對(duì)較少。

4.2 始興縣果園景觀形狀指數(shù)在2016年較2006年簡單，但2016年果園景觀破碎化程度略高，連通度略低，景觀多樣性指數(shù)與均勻性指數(shù)也均較高。

4.3 道路、居民點(diǎn)與水域是影響果園分布的重要因素，果園大多位于道路、居民點(diǎn)與水域2 km的緩沖區(qū)范圍內(nèi)。

4.4 果園的分布與海拔密切相關(guān)，始興縣果園分布主要集中于海拔150～450 m海拔范圍內(nèi)，在此海拔范圍之外，果園分布面積較小。