景觀生態(tài)視角下的耕地細碎化及土地整治分區(qū)
——以文山壯族苗族自治州為例①

魏成國， 黃義忠， 牟禹恒， 梁睿， 趙楊

(昆明理工大學 國土資源工程學院，昆明 650093)

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，土地供需矛盾日益尖銳，景觀格局破碎化程度日益加深，生物多樣性遭到破壞，產(chǎn)生了水污染和空氣污染等生態(tài)環(huán)境問題，同時也帶來一系列的社會經(jīng)濟損失，成為阻礙農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要問題之一[1-2]．我國耕地細碎化的格局是由于人多地少的現(xiàn)實，特別是家庭聯(lián)產(chǎn)承包責任制實施以后，以平均主義為主導的分配機制，加上出于公平的訴求，土地分配時還要兼顧土地肥力與地塊位置的差異，結(jié)果塊均農(nóng)地面積狹小，并且互相插花而形成的[3-5]．在特定的歷史時期，耕地細碎化在一定程度上有利于豐富我國農(nóng)業(yè)發(fā)展以及提高農(nóng)戶收入水平，但是隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的日益深化，耕地細碎化逐漸阻礙了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益的提高與農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程，導致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率下降及生產(chǎn)成本提高等諸多負面影響[4，6-7]．當前，我國的土地整治仍然側(cè)重關(guān)注“戰(zhàn)術(shù)層面”而非“戰(zhàn)略層面”，未能“跳出土地談土地，跳出整治談?wù)巍?，對“田、水、路、林、村、城”等對象的綜合整治相對不足，過多強調(diào)土地整治在耕地保護和新農(nóng)村建設(shè)中的作用[8]．新時期土地整治在整治目標上由單純的增加耕地數(shù)量、提高耕地質(zhì)量向推進山、水、林、田、湖、草的全域土地綜合整治轉(zhuǎn)變，在整治內(nèi)涵上由增加耕地數(shù)量為主向“數(shù)量管控、質(zhì)量管理、生態(tài)管護”三位一體綜合管理轉(zhuǎn)變[9-10]．

我國耕地細碎化研究內(nèi)容側(cè)重于耕地細碎化影響因素[5]、內(nèi)涵及成因[11]、土地整治對耕地細碎化的影響[6，12-13]、細碎化程度評價[1，14]以及耕地破碎化與貧困的空間耦合關(guān)系[15]等方面．通過大量的文獻研究發(fā)現(xiàn)，耕地細碎化的研究方法主要包括定性分析與多指標綜合評價，在選擇合適指標的同時，學界多采用景觀格局指數(shù)法和聚類分析法對土地利用的破碎程度進行研究．但受研究方法及數(shù)據(jù)獲取等方面的限制，隨著新時期土地整治的轉(zhuǎn)型思考，相關(guān)研究在耕地細碎化的概念、適合的評價指標體系及區(qū)域尺度等方面都有待進一步研究．

因此，本研究以云南省文山壯族苗族自治州(本文簡稱文山州)為研究區(qū)，運用ArcGIS和Fragstats等軟件，對研究區(qū)所選取的景觀視角下的耕地細碎化指標進行計算并分析，以此確定研究區(qū)耕地細碎化的主要影響因子，構(gòu)建基于景觀格局指數(shù)的耕地細碎化測度體系，從鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度測算研究區(qū)耕地細碎化水平．根據(jù)測算結(jié)果得出耕地細碎化的空間分布特點，劃分不同土地整治分區(qū)，明確不同土地整治分區(qū)耕地資源特點、土地整治主要方向及重點問題．實施差別化土地整治，既是土地政策差別化的內(nèi)在要求，也是優(yōu)化國土空間開發(fā)格局、促進城鄉(xiāng)融合發(fā)展的重要策略[16]，同時可為研究區(qū)今后全域土地綜合整治的發(fā)展方向提供參考．

1 研究區(qū)域與研究數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

文山州地處云南省東南部，位于東經(jīng) 103°35′—106°11′，北緯 22°24′—24°48′之間，全州轄1市7縣．文山州地處滇東巖溶高原南部邊緣，地形以山地高原為主，滇東南巖溶丘原地貌控制著全州大部分區(qū)域，屬低緯高原季風氣候．全州的耕地中坡地數(shù)量比重大，加之前些年植被減少，水土流失嚴重，所轄區(qū)域內(nèi)采礦企業(yè)多，廢棄地多，因此區(qū)域人均耕地逐年減少，人地矛盾突出．由于非農(nóng)業(yè)建設(shè)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地矛盾日趨突出，導致部分地區(qū)耕地分布零散、耕地破碎化程度嚴重，不利于機械化生產(chǎn)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率低，其耕地分布見圖1．

圖1 文山州耕地分布

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

研究數(shù)據(jù)主要包括遙感影像數(shù)據(jù)及土地利用數(shù)據(jù)．DEM數(shù)據(jù)(空間分辨率30 m)來源于地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站，用于提取坡度、坡向及海拔等信息； 土地利用數(shù)據(jù)來源于文山州第三次全國國土調(diào)查數(shù)據(jù)．使用ArcGIS空間分析將數(shù)據(jù)庫中提取出來的Shape格式的耕地數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為柵格數(shù)據(jù)，用于在Fragstats中計算和耕地細碎化有關(guān)的各景觀指數(shù)．

2 研究方法

2.1 耕地細碎化評價指標

人類活動對耕地的影響主要體現(xiàn)在景觀層面上，耕地景觀的變化可直觀地反映出耕地細碎化的程度．景觀指數(shù)是指能夠高度濃縮景觀格局信息，反映其結(jié)構(gòu)組成和空間配置某些方面特征的簡單定量指標，已被廣泛應(yīng)用于中觀尺度耕地細碎化的測算．借鑒已有成果[1，17-21]，并結(jié)合研究區(qū)自身特點，選取平均斑塊面積、斑塊密度、邊界密度指數(shù)、面積加權(quán)形狀指數(shù)、面積加權(quán)分維數(shù)和聚集度6個指標對耕地破碎度進行評價研究(表1)．

表1 耕地細碎化評價指標

2.2 耕地細碎化評價指標體系

耕地細碎化綜合指數(shù)是指在一定空間、時間界限內(nèi)耕地細碎化程度的具體量化，能反映耕地的細碎狀況，本研究中的耕地細碎度評價體系由目標層、準則層、指標層三部分構(gòu)成，從耕地規(guī)模、地塊形狀、空間聚集三方面對耕地細碎度進行評價．根據(jù)所選的6個指標分為3類運用熵權(quán)法賦權(quán)重，建立評價指標體系(表2)．

表2 耕地細碎化評價指標體系

2.3 耕地細碎化評價指標標準化方法及權(quán)重

2.3.1 評價指標標準化方法

在評價體系的計算過程前，由于各個指標的內(nèi)涵定義不同，其指標量綱也不盡相同，因此需要對數(shù)據(jù)進行標準化處理，消除其間量綱關(guān)系，化為純量．本研究采用xmin-xmax標準化，即離差標準化法對樣本進行無量綱化處理．

當評價指標效益為正時，標準化公式為：

(1)

當評價指標效益為負時，標準化公式為：

(2)

式中：x和y分別為轉(zhuǎn)換前和轉(zhuǎn)換后的值，xmax和xmin分別為樣本的最大值和最小值．

2.3.2 評價指標權(quán)重確定

構(gòu)建原始指標數(shù)據(jù)矩陣：有m個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，有n項評價指標，形成原始指標數(shù)據(jù)矩陣X={(xij)m×n(0≤j≤m，0≤i≤n)，xij則為第i個鄉(xiāng)鎮(zhèn)第j個指標的值．

計算第i個鄉(xiāng)鎮(zhèn)第j個指標標準化值和評價指標的熵值：

(3)和(4)式中：rij為第i個鄉(xiāng)鎮(zhèn)第j個評價指標的原始值；m為鄉(xiāng)鎮(zhèn)個數(shù)．

計算評價指標的差異系數(shù)，指標值的差異越大，對評價問題的影響程度就越大，熵值就越小，評價指標的權(quán)重：

(5)

通過(5)式的計算，得出文山州耕地細碎化評價指標權(quán)重(表3)．

表3 文山州耕地細碎化評價指標權(quán)重

2.4 景觀視角下的土地整治分區(qū)劃分方法

根據(jù)耕地細碎化評價指標體系，耕地細碎化評價由規(guī)模因素、形狀因素和聚集因素三方面組成．因此，本研究采用三維魔方圖解法[22]進行耕地細碎化空間分異類型區(qū)劃分．基于不同指標下耕地細碎化評價結(jié)果，將耕地規(guī)模指標(x)、地塊形狀指標(y)和空間聚集指標(z)分別采用三維空間坐標軸表示，構(gòu)建三維魔方空間及相應(yīng)的土地整治分區(qū)模型(圖2)．

圖2 景觀視角下的土地整治分區(qū)三維魔方圖

景觀視角下的土地整治分區(qū)劃分根據(jù)各指標的評價權(quán)重和最終得分來確定．參考龍花樓等[23]的研究，根據(jù)耕地細碎化評價各要素分值，通過自然斷點法確定三維空間不同維度節(jié)點數(shù)目為3個，根據(jù)得分由高到低劃分為3個等級，分值越高，距離原點越遠，對應(yīng)的耕地細碎化指標影響就越大，形成1個三維三階魔方，得到 27種不同類型組合．根據(jù)耕地細碎化評價指標的層次組合特征，形成土地整治分區(qū)劃分，其坐標組合見表4．

表4 土地整治分區(qū)劃分組合

3 結(jié)果與分析

3.1 文山州耕地細碎化空間分布情況

耕地細碎化指標權(quán)重見表3，平均斑塊面積權(quán)重為0.095 6、斑塊密度權(quán)重為0.245 9、邊界密度指數(shù)權(quán)重為0.161 0、面積加權(quán)形狀指數(shù)權(quán)重為0.073 6、面積加權(quán)分維數(shù)權(quán)重為0.211 1，聚集度權(quán)重為0.212 8．通過提取出的耕地數(shù)據(jù)結(jié)合指標公式計算及相關(guān)軟件分析，得出文山州耕地破碎度的指標值及評價結(jié)果，結(jié)果表明研究區(qū)耕地破碎情況較為嚴重．造成這一狀況的主要原因是隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，耕地地塊被分割得愈加零碎，地塊形狀也愈加不規(guī)則，地塊在區(qū)域內(nèi)的分布更加趨于零散化，耕地利用難度加大、整體脆弱性增加．

3.1.1 耕地規(guī)?？臻g情況分析

文山州細碎化耕地規(guī)?？臻g分布顯著，總體表現(xiàn)出由西向東逐級遞減的空間分布格局(圖3a)．耕地規(guī)模處于低等級0.372 6～0.584 3、中等級0.584 4～0.683 8、高等級0.683 9～0.741 0的鄉(xiāng)鎮(zhèn)占比分別為23.81%，29.52%和46.67%．處于低等級的鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元有25個，主要分布在富寧和廣南等東及東北部低熱河谷區(qū)； 高等級的鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元有49個，主要分布在丘北、文山市、硯山和麻栗坡等北部溫涼山區(qū)和中部干暖丘原盆地區(qū)，分別占各縣的75%，88.24%，81.82%和75%，區(qū)域耕地資源規(guī)模較大，農(nóng)業(yè)優(yōu)勢明顯．

3.1.2 耕地地塊形狀空間情況分析

文山州細碎化耕地的地塊形狀區(qū)域差異明顯，總體表現(xiàn)為東部地區(qū)高于西部地區(qū)(圖3b)．耕地地塊形狀處于低等級0.101 7～0.439 1、中等級0.439 2～0.722 8、高等級0.722 9～0.974 4的鄉(xiāng)鎮(zhèn)占比分別為8.58%，45.71%和45.71%．處于低等級的鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元有9個，主要分布在丘北、文山市和硯山等區(qū)域； 高等級的鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元有48個，主要分布在廣南、富寧和西疇等地區(qū)，處于東部及東北部低熱河谷區(qū)，在濕熱氣候影響下，土壤深厚肥沃，透氣性較強，宜耕性好，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)十分有利．

3.1.3 耕地空間聚集空間情況分析

文山州耕地細碎化的空間聚集總體情況屬于中等水平，區(qū)域差異明顯，表現(xiàn)出由西向東逐級遞減的空間分異格局(圖3c)．耕地空間聚集處于低等級0.393 6～0.533 4、中等級0.533 5～0.612 4、高等級0.612 5～0.831 7的鄉(xiāng)鎮(zhèn)占比分別為21.90%，55.24%和22.86%．處于低等級的鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元有23個，主要分布在富寧和廣南等巖溶峰叢發(fā)育的地區(qū)； 高等級的鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元有24個，主要分布在文山市和麻栗坡的部分地區(qū)，這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元區(qū)域耕地空間集聚性高，耕地程度連片度高，有顯著發(fā)展大規(guī)模農(nóng)業(yè)的優(yōu)勢．

3.1.4 耕地細碎化綜合評價分析

在對耕地規(guī)模、地塊形狀及空間聚集進行分項分析的基礎(chǔ)上，綜合測算了文山州細碎化耕地指數(shù)．在以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單元的尺度下，文山州耕地細碎化評價結(jié)果最大值為0.7906，最小值為0.346 8，均值為0.641 6，全州耕地細碎化程度分異相對連片(圖 3d)．從各等級的鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元評價結(jié)果來看，處于低等級0.346 8～0.575 5、中等級0.575 6～0.688 7、高等級0.688 8～0.790 6的鄉(xiāng)鎮(zhèn)占比分別為20.95%，51.43%和27.62%．綜合評價處于低等級的鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元有22個，主要分布于文山、丘北和硯山等中部干暖丘原盆地區(qū)，該區(qū)域地勢平坦，交通便利，壩子多，農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展水平居全州之首，是省級商品糧基地，耕地規(guī)模性較好、空間分布集聚，耕地細碎化程度低； 中等級的鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元54個，主要分布于丘北、馬關(guān)、廣南和富寧部分地區(qū)，該區(qū)域包括滇東南巖溶山區(qū)，一半以上土地為巖溶地貌，山高谷深，海拔高差大，地形復雜，區(qū)域內(nèi)人多地少，非農(nóng)業(yè)建設(shè)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地矛盾日趨突出，耕地中旱地比重大，陡坡耕地多，水利化程度低，水土流失、石漠化嚴重，耕地細碎化相對嚴重； 高等級的鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元有29個，主要分布在富寧的東部、西疇的南部和廣南的北部等地區(qū)．該區(qū)域內(nèi)地形西南高而巖溶峰叢發(fā)育，東北低土山起伏連綿，地形地貌類型復雜，海拔差異懸殊，由于多是山區(qū)、半山區(qū)，耕地分散，除低山河谷區(qū)有部分連片農(nóng)田外，其余大多分布在山坡上，耕作條件差，農(nóng)作物產(chǎn)量低，且因土壤疏松，容易引起水土流失，因此該區(qū)域耕地細碎化程度最大．

圖3 耕地空間分布

3.2 景觀視角下的土地整治分區(qū)劃分

基于耕地細碎化各項指標的評價結(jié)果，以及耕地細碎化不同屬性的特征，本研究將文山州劃分為集約利用區(qū)、歸并提升區(qū)和綜合整治區(qū)3類土地整治分區(qū)(圖4)．

圖4 景觀視角下的土地整治分區(qū)

3.2.1 集約利用區(qū)

該整治區(qū)共包含鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元23個，占比為21.91%，主要分布于文山市和麻栗坡縣等地區(qū)．該區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展水平相對較好，耕地規(guī)模大、耕地地塊形狀較好、耕地空間分布聚集，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)便利性高，耕地細碎化程度最低，在推進新時期農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和自動化方面具有很大的優(yōu)勢．因此，對該區(qū)域的土地整治：一方面應(yīng)提高耕地的利用效率，提高耕地質(zhì)量，加大中低產(chǎn)田地的改造力度，增加一定數(shù)量的有效耕地； 加快農(nóng)村能源建設(shè)，鼓勵群眾植樹種草，綠化荒山，防治水土流失，改善生態(tài)環(huán)境．另一方面，應(yīng)結(jié)合江河流域的治理，合理安排災(zāi)毀農(nóng)田及工礦廢棄土地的復墾利用，從而增加一定數(shù)量的有效耕地質(zhì)量，并增加一定數(shù)量的有效耕地，以補充因非農(nóng)業(yè)建設(shè)占用的一部分耕地，從而保障全州耕地保護目標的實現(xiàn)．

3.2.2 歸并提升區(qū)

該整治區(qū)共包含鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元52個，占比為49.52%，主要分布于丘北縣、硯山縣和西疇縣等地區(qū)．該區(qū)域內(nèi)中部地勢平，交通便利，壩子多，全州面積較大的壩子多分布在該區(qū)域內(nèi)．該區(qū)域耕地資源相對較好，耕地的規(guī)模性和交通方面具有較好的優(yōu)勢，但耕地地塊分割程度較高，空間布局較為零散、細碎，阻礙了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展．因此對該區(qū)域的土地整治應(yīng)以發(fā)展優(yōu)質(zhì)高效農(nóng)業(yè)和城郊農(nóng)業(yè)為主，妥善處理吃飯與建設(shè)的用地安排．一方面加大中低產(chǎn)田地改造力度，充分挖掘現(xiàn)有耕地的內(nèi)部潛力，通過整理中低產(chǎn)田地，增加一定數(shù)量的耕地； 另一方面通過合并空間上相對集中的耕地、減少田埂數(shù)量、小田并大田等途徑，在增加耕地數(shù)量的同時提高耕地的空間聚集程度．

3.2.3 綜合整治區(qū)

該整治區(qū)共包含鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元30個，占比為28.57%，主要分布于廣南縣、富寧縣和馬關(guān)縣等地區(qū)．該區(qū)域巖溶峰叢發(fā)育，東北低土山起伏連綿，地形地貌類型復雜，海拔差異懸殊，利用率低的耕地規(guī)模大，平均耕地地塊面積小，總面積規(guī)模性差，空間聚集分散、破碎，耕地細碎化最為嚴重．在土地整治中要以發(fā)展特色農(nóng)業(yè)和建立規(guī)模農(nóng)業(yè)為重點，抓好農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)．結(jié)合生態(tài)建設(shè)工程的實施，以提高耕地質(zhì)量為主，加大中低產(chǎn)田地的改造力度，增加有效耕地數(shù)量，提高單位面積產(chǎn)出率．對田、水、路、林、村綜合整治，提高土地利用率，增加有效耕地面積，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)條件和生態(tài)環(huán)境的行為，從提高耕地的規(guī)模性和空間聚集性，解決耕地的細碎化問題．

4 結(jié)論

基于文山州耕地利用現(xiàn)狀，構(gòu)建了平均斑塊面積、斑塊密度、邊界密度指數(shù)、面積加權(quán)形狀指數(shù)、面積加權(quán)分維數(shù)和聚集度6個指標的評價指標體系，結(jié)果表明耕地細碎化以中度細碎化為主，占比為51.43%，輕度細碎化和重度細碎化占比分別為20.95%和27.62%．耕地的輕度細碎化主要分布于文山、丘北和硯山等中部干暖丘原盆地區(qū)； 中度細碎化主要分布于丘北、馬關(guān)、廣南和富寧部分地區(qū)； 重度細碎化主要分布在富寧的東部、西疇的南部和廣南的北部等地區(qū)．

耕地的規(guī)模分異、空間聚集狀況和地塊形狀等的差異，從客觀上表現(xiàn)出文山州細碎化耕地屬性的差異特征．結(jié)合文山州各鄉(xiāng)鎮(zhèn)單元耕地細碎化不同屬性特征的組合，以解決區(qū)域內(nèi)耕地細碎化問題為導向，將文山州耕地劃分為集約利用區(qū)、歸并提升區(qū)和綜合整治區(qū)3類土地整治分區(qū)．不同類型土地整治分區(qū)在耕地規(guī)模性、空間聚集度、地塊形狀、土地綜合整治的重點問題及重點方向上存在一定的差別．通過耕地細碎化導向下的土地整治分區(qū)劃分，可以重點明確各區(qū)域的主要問題，從而通過加強空間聚集度，來減少田埂數(shù)量，合并細碎、零散的田塊，以減輕地塊割裂，達到耕地地塊形狀優(yōu)化的目的，使耕地利用效率得到有效的提高，有目的、有導向地逐步解決文山州耕地細碎化問題．