喀斯特山地典型區(qū)域耕地撂荒分布特征研究*——以花溪區(qū)久安鄉(xiāng)為例

貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 瞿紹懂

從地形地貌差異角度來看，山區(qū)是耕地撂荒最主要的發(fā)生地，而平原只有少數(shù)耕地撂荒。耕地不斷撂荒將導(dǎo)致耕地收縮，威脅到我國“三農(nóng)”發(fā)展與糧食安全等。在耕地撂荒研究方法上，大多數(shù)國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于撂荒的研究主要從耕地撂荒的提取、時空特征、驅(qū)動因素以及對策等方面進(jìn)行研究。根據(jù)國內(nèi)研究的現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，我國地形復(fù)雜和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件相對落后的丘陵、山區(qū)的耕地撂荒程度相對較高,尤其像四川、重慶、貴州等巖溶地貌廣布的地區(qū)更為嚴(yán)重。在近幾年對耕地撂荒的研究中，學(xué)者針對如何用更準(zhǔn)確、更直觀的方法分析耕地撂荒的特征及驅(qū)動力分析方法上作了大量實踐創(chuàng)新，比如，楊通等人的研究中引入了聯(lián)合變化檢測方法，并用多線性模型提出耕地撂荒的主要驅(qū)動力,以及通過構(gòu)建撂荒程度指數(shù)等方法，更好地描繪出撂荒的空間特征和空間分布。本文立足于鄉(xiāng)級尺度，對貴陽市花溪區(qū)久安鄉(xiāng)各村耕地撂荒基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計、空間布局以及驅(qū)動因子等進(jìn)行研究分析。以2017年遙感影像為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，識別提取久安鄉(xiāng)撂荒地，結(jié)合GIS空間分析，得到久安鄉(xiāng)撂荒地的空間分布特征。

一、研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)源

（一）研究區(qū)概況

久安鄉(xiāng)（東經(jīng)106°35′26″,北緯26°31′1″）位于黔中腹地，花溪區(qū)的西北面。整個區(qū)域東西寬19公里，南北長14公里，行政區(qū)域面積為48.66平方公里。全鄉(xiāng)人口總數(shù)為13444人，轄7個行政村、60個村民組，居住人口主要為布依族、苗族和漢族。久安鄉(xiāng)海拔1090—1402米之間，相對高差100—310米之間，地勢中部高、東部低，區(qū)內(nèi)山地丘陵占總面積的95%以上。氣候系亞熱帶季風(fēng)溫潤區(qū)，具有較明顯的高原性氣候特點（見圖1）。

圖1 研究區(qū)地理位置圖

（二）數(shù)據(jù)來源

本研究以貴陽市花溪區(qū)久安鄉(xiāng)2017年9月Landsat-8遙感影像（坐標(biāo)系統(tǒng)WGS_1984_UTM_Zone_48 N，空間分辨率30 m×30 m）為主要數(shù)據(jù)源，開展研究區(qū)耕地撂荒的空間分布特征分析。遙感影像和30m空間分辨率的DEM數(shù)據(jù)均來源于地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站（http://www.gscloud.cn/），遙感影像含云量不到5%，數(shù)據(jù)質(zhì)量較好。其他統(tǒng)計數(shù)據(jù)來源于花溪區(qū)人民政府官網(wǎng)（http://www.huaxi.gov.cn/）與久安鄉(xiāng)年度政府工作報告。

二、研究方法

（一）撂荒地識別提取研究

撂荒地的識別與提取是本研究的關(guān)鍵步驟，其結(jié)果的精確性對后續(xù)撂荒地空間分布特征研究具有決定性作用。本文利用不同地物光譜特征的差異和紋理特征分析，使用基于See5.0的決策樹分類方法,利用ENVI5.3軟件建立決策樹，進(jìn)行研究區(qū)土地利用的遙感實驗，再結(jié)合地表實際情況進(jìn)行撂荒地的識別提取。本研究根據(jù)區(qū)域影像的紋理特征，進(jìn)行圖像紋理解譯分析，其特征量通過Variance（方差）來表示，公式如下：

式中，Xij表示像元（i,j）的灰度值DN，M表示平均值，其公式如下所示：

（二）空間分布特征研究

1.撂荒耕地區(qū)位特征

通過計算久安鄉(xiāng)撂荒率，可以初步了解研究區(qū)耕地撂荒現(xiàn)狀。撂荒率（Ari）是指各村的撂荒地面積占該村耕地面積的百分比。下式（3）中，Ari是指第i個村或社的撂荒率，mi是第i個村或組的撂荒地面積，M i是指第i個村或組的耕地面積，i是村或組的個數(shù)，分別為7個村和60個組。

2.撂荒耕地地理要素分析

坡度和地形起伏度是衡量二維地理空間分布特征的重要因子。地形起伏度指區(qū)域最高點與區(qū)域最低點之差，從宏觀上反映了地形的起伏特征，是定量描述地表形態(tài)、劃分地貌類型的重要指標(biāo)。計算公式如（4）。研究結(jié)合實驗獲取的DEM數(shù)據(jù)，進(jìn)行坡度分析和地形起伏度分析，從而分析久安鄉(xiāng)耕地和撂荒地的地表分布特征。

式中，R表示區(qū)域內(nèi)的地形起伏度值，Hmax、Hmin分別為分析區(qū)域內(nèi)的最高點和最低點高程。

三、結(jié)果與分析

（一）撂荒地提取精度驗證

通過ENVI計算，得到?jīng)Q策樹的總體分類結(jié)果，精度達(dá)到90%以上，Kappa系數(shù)為0.932，精度滿足本研究需要。研究結(jié)合ArcGIS10.2從分類結(jié)果中提取久安鄉(xiāng)7個村、60個村民組的撂荒地分布數(shù)據(jù)，隨機生成100個隨機點，均勻分布在整個研究區(qū)域，包括喀斯特地區(qū)、非喀斯特地區(qū)等級的耕地。地面調(diào)查中采用空間分辨率較高的影像核驗，走訪當(dāng)?shù)卮迕襁M(jìn)行輔助驗證，總體調(diào)查精度達(dá)到87%。

（二）撂荒地提取結(jié)果

統(tǒng)計分析研究區(qū)耕地撂荒面積特征，可以看出，久安鄉(xiāng)耕地面積為1053.82hm2，撂荒面積為229.55hm2，撂荒率為21.78%，撂荒地塊總數(shù)為1343塊。從整體上看，無論是撂荒塊數(shù)還是撂荒率，久安鄉(xiāng)都存在嚴(yán)重的耕地撂荒問題。從撂荒地的空間分布上來看，久安鄉(xiāng)撂荒地主要集中在中部和西部地區(qū)，按照不同的村域來看，打通村撂荒率最高，達(dá)到了41.79%，撂荒面積為39.79hm2。主要是因為打通村自然資源條件和社會經(jīng)濟條件相對較差，隨著城市化的擴張，大量勞動力從山上轉(zhuǎn)移到城鎮(zhèn)，導(dǎo)致耕地大量撂荒。其次是拐耳村，撂荒面積為31.56hm2，撂荒率為37.46%。

（三）撂荒地分布地形特征分析

久安鄉(xiāng)地形地貌復(fù)雜，地勢起伏度最大達(dá)到了57m。由圖2可知，撂荒率呈“V”字型變化，撂荒率最高的是坡度小于6度的區(qū)域，這是由于研究區(qū)域坡度小于6°的耕地基數(shù)較小，而大部分的撂荒地集中在坡度為6-15度之間的坡耕地中，撂荒面積為136.66hm2，撂荒率為22.31%。撂荒率在坡度15°-25°之間出現(xiàn)了轉(zhuǎn)折，此時的撂荒率達(dá)到最低點，隨著坡度繼續(xù)增加，撂荒率也相應(yīng)增大。

圖2 不同坡度下撂荒地分布特征

四、結(jié)論

研究發(fā)現(xiàn)，撂荒地大多分布在坡度較大、距離經(jīng)濟區(qū)較遠(yuǎn)的區(qū)域。導(dǎo)致撂荒地產(chǎn)生的原因有人為棄耕和自然撂荒，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境帶來不利影響，逐漸吸引政府和許多專家學(xué)者的注意和重視。研究中撂荒地識別的誤差主要有：未能進(jìn)行識別和人工目視解譯有誤。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致判斷有誤的主要因素為一部分多年持續(xù)撂荒的耕地中雜草覆蓋度密集，容易誤判為草地或是灌木林地，另一部分撂荒地面積很小，只有十幾平方方米，有些甚至還達(dá)不到這個數(shù)值，導(dǎo)致決策樹識別時不能有效判斷。這兩種情況產(chǎn)生的誤差通過決策樹分類識別通常不能略過，還需要結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研來進(jìn)一步確認(rèn)。喀斯特山地脆弱的生態(tài)特征往往容易產(chǎn)生耕地撂荒，在實地的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)巖石裸露現(xiàn)象較多，耕地土層較薄。針對喀斯特山地撂荒地研究，分析耕地撂荒分布特征，為指導(dǎo)耕地保護(hù)提供借鑒依據(jù)。