基于gis的国营农场与地方政府辖区土地利用空间格局对比研究

基于gis的国营农场与地方政府辖区土地利用空间格局对比研究

0不同尺度区域土地利用格局土地利用模式是对土地利用类型的空间描述，直接影响区域土地的生态服务功能，关系区域土地的社会价值和经济价值。自景观生态学于20世纪80年代初成为一门相对独立的生态学分支学科以来,景观格局就成为其探讨的热门问题,并逐渐受到土地管理学者们的关注。起初,学者们较多关注局地或区域尺度的土地利用/覆被类型之间斑块、廊带或基质的空间结构研究。近年来,学者们不仅关注区域土地利用格局,更关注区域土地利用格局的影响因素。人们认识到,不同尺度区域土地利用格局及其变化是自然因素和社会要素相互作用的结果[13,14,15,16,17,18,19]。自然因素主要有气候、地形地貌、水文、地质以及洪涝、干旱、火灾、地震、泥石流等自然灾害,社会因素主要有人口密度、经济发展水平、环境污染、大型建设工程等。然而,对于现代农业与传统农业区域土地利用格局的对比研究则鲜见报导。因此,本文以地处三江平原腹地的富锦市为研究区,以农业现代化水平较高的国营农场辖区和采用传统农业生产方式的地方政府辖区为研究对象,分析不同农业发展水平条件下区域土地利用格局的差异及规律,以期完善土地利用格局的形成机制,并为土地整治项目布局提供依据。1土地、森林、自然条件1958年王震将军率领10万复转官兵挺进北大荒垦荒种田。经过多年的开发,现已建成黑龙江省农垦总局,辖有9个分局百余个国营农场,缀嵌分布在黑龙江省广大地区,形成了垦区与普通农区共存的局面。其中垦区自创建伊始,就采用机械化生产方式,经过几十年的发展,已经成为中国现代农业区。而黑龙江省普通农区与全国的农村一样,采用传统的农业生产方式,农业生产力发展相对缓慢。富锦市位于黑龙江省东部、松花江下游南岸、三江平原腹地,地处131°25′~133°26′E,46°45′~47°37′N,全市土地总面积为8227km2。富锦市耕地广布,是国家级商品粮基地。富锦市域内的土地分别被富锦市政府和国营农场管辖,实行社会主义土地公有制。在富锦市政府即地方政府所辖区域内,城市市区的土地属于国家所有,农村和城市郊区的土地,除由法律规定属于国家所有的以外,属于农民集体所有。国家所有的土地基本上全部为城镇等建设用地,实行用途管制制度和土地有偿使用制度。集体所有的土地特别是耕地实行家庭联产承包责任制。该区域辖10个乡镇、1个社区,共193个行政村,农业生产力水平较低,是典型的传统农业区。国营农场管辖区域内的土地全部归国家所有,实行统一集中管理与承包经营相结合的土地管理制度。该区域分别隶属于黑龙江省农垦总局建三江分局和红兴隆分局,农业现代化水平较高,是典型的现代农业区。本研究扣除富锦市域内地势起伏较大的太东林场和地势低洼的三环泡自然保护区,将其他区域作为研究区,并划分为2大区域:其一为地方政府所辖区域,即传统农业区,面积为3709.43km2,其中集体土地占72.05%,国有土地占27.95%;其二为国营农场所辖区域,即现代农业区,面积为3701.74km2,全部为国有土地。另外,为更加清晰地展示2大区域土地利用格局的细部特征,分别选择1个集中连片的方形区域为典型区。2数据来源与研究方法2.1富锦市土地利用数据库中的地物层和状物层以富锦市第二次土地调查农村土地调查数据库(2009年)、2009年SOPT5遥感影像为数据源。其中,农村土地调查数据库到达1:1万制图精度,数据调查及建库标准符合全国第二次土地调查的各项标准和要求。富锦市共有一级类8个:耕地、园地、林地、牧草地、交通运输用地、水域及水利设施用地、其他土地、城镇村及工矿用地。研究中,首先根据土地权属状况确定研究区范围,划分出地方政府所辖区域和国营农场所辖区域。根据两个区域的界限分别提取原土地利用数据库中的地类图斑层和线状地物层。根据第二次土地调查相关标准,本研究将宽度大于20m的道路、渠沟、河流、林带等从地类图斑层中提出来,并提取其中心线,存储于线状地物图层。按照原图斑地类确定线状地物的地类,并量算各线状地物的长度。2.2景观指数的概念及计算方法景观指数是能够高度浓缩景观格局信息,反映其结构组成和空间配置特征的简单定量指标。由于部分景观指数之间是高度相关的,因此本文选取景观丰富度、Shannon多样性指数、景观均匀度指数、景观优势度指数、斑块密度、斑块形状指数和廊道密度等景观指数及相关统计指标。以土地利用二级地类为分类精度,从农业基础设施分布特征、主要地类特征和土地利用结构特征等3个方面开展对比分析。各景观指数的概念及计算方法如下:1)景观丰富度指数原指景观中不同景观类型的总数。在本研究中,具体指研究区土地利用二级分类的类型总数。2)Shannon多样性指数是景观多样性指数的一种,是基于信息论基础之上用于衡量系统结构组成复杂程度的指数。本研究中的计算公式如下式中,H为Shannon多样性指数,Pk为土地利用类型k占研究区土地总面积的比例,n为土地利用类型总数。通常,随着H的增加,景观结构组成的复杂性也趋于增加。3)景观均匀度指数是反映区域各类用地在面积上分布的不均匀程度,通常以多样性指数和其最大值的比来表示。当景观均匀度趋于1时,均匀程度亦趋于最大。4)景观优势度指数是Shannon多样性指数最大值与实际计算值之差。通常较大的景观优势度指数对应于一个或少数几个占主导地位的景观。5)斑块密度是每km2内某类地块的平均个数。本研究中主要用于计算城镇村及工矿用地的斑块密度。6)斑块形状指数是经过某种数学转化的斑块(地块)边长与面积之比。本研究中的斑块形状指数以正方形为几何形状参照,计算公式为式中,S为斑块形状指数;P为斑块周长,m;A为斑块面积,m2。7)廊道密度即某类廊道总长度与区域总面积之比。本研究中主要计算了林带、道路和渠沟的廊道密度,km/100km2。3结果与分析3.1树立了完整的树立发展空间研究区内农业基础设施包括林带、道路(铁路、公路、农村道路)、渠沟和水工建筑用地(堤坝)。其中河流较好地保持着原始的自然形态,而富锦市的水工建筑用地主要分布于河道两侧且长度较短。因此,本文中只分析其他3类农业基础设施的分布特征。由表1可见,富锦市国营农场辖区与地方政府辖区内的林带、道路、渠沟长度及相应的林网密度、路网密度和渠网密度均存在显著差异。3.1.1道路防护林网国营农场的林网密度高达96.52km/100km2,为地方政府辖区林网密度的1.72倍。进一步分析发现,富锦市内的林带可分为农田防护林、道路防护林和村庄防护林,其中绝大部分为农田防护林。典型区域林带分布对比如图2所示,国营农场辖区内林带分布密集,可对该区域内的农田形成有效防护。而地方政府辖区内林地稀疏,部分区域农田缺乏有效防护。显然,国营农场辖区内的农田防护林在降低风速、调节温度、增加大气湿度等改善农田小气候,以及增加土壤湿度、拦截地表径流、调节地下水位等方面可发挥更大作用,有助于保证农作物丰产、稳产。而地方政府辖区内的林带防护功能则十分有限。3.1.2国营农场辖区内道路状况分析国营农场辖区内各类道路总长度为7793.87km,路网密度为210.55km/100km2。其中公路346.74km,占道路总长度的4.45%;农村道路7447.13km,占道路总长度的95.55%。地方政府辖区内各类道路总长度为15867.29km,路网密度为427.76km/100km2。其中铁路0.72km,占道路总长度的0.005%;公路614.63km,占道路总长度的3.87%;农村道路15251.93km,占道路总长度的96.12%。国营农场辖区内路网密度仅为地方政府辖区的二分之一。整个研究区内,道路以农村道路为主,是连接各类地块间特别是连接村庄与耕地、耕地与耕地间的脉络。典型区域道路分布对比如图2所示,国营农场辖区内道路纵横交织、井然有序;而地方政府辖区内道路盘根错节、紊乱无序。实地调查发现,国有农场辖区内农村道路又可分为机耕道、田间道和生产路,路况好且彼此连接,便于农业生产。而地方政府辖区内农村道路难以细分类型,道路宽窄不定、路况不佳。调查发现,道路状况的巨大差异与是否经过土地规划和土地整治相关。国营农场辖区在农场成立之初就经过周密的土地规划设计,近年来又不断加强土地整治力度,故而交通道路井然有序。而地方政府辖区内的广大农村在土地开发与利用上只开展了县级和乡级的土地利用总体规划,没有开展过较为细致的土地规划设计。虽然近年来也陆续开展了一些土地整治工程项目,但项目区面积较小、占区域面积比例较低。因此,地方政府辖区内农村道路分布具有较大的随意性。3.1.3渠沟密度及应对方式国营农场辖区内渠沟总长度为18046.53km,渠沟密度高达487.51km/100km2,地方政府辖区内渠沟总长度为7674.23km,渠沟密度仅为206.88km/100km2,前者渠沟密度达到后者的2.3倍。典型区域渠沟分布对比如图2所示,国营农场辖区内渠沟密布、排列井然、阡陌有序;而地方政府辖区内渠沟疏密不一、错落无章、浑然失序。调查发现,造成渠沟分布状况巨大差异的主要原因仍是与是否开展土地规划和土地整治有关。3.2交通用地规模分布特征由于富锦市内面状分布的水域及水利设施用地和其他土地面积较少,分布特征具有一定的随机性。对于交通运输用地已并入基础设施中进行分析。本文仅分析耕地、园地、林地、牧草地和城镇村及工矿用地等地类特征(表2)。3.2.1国营农场管理措施国营农场辖区耕地面积占其区域总面积的72.43%,低于地方政府辖区的81.76%。耕地是富锦市最主要的土地利用类型,构成了区域景观的基质。造成2个区域垦殖率差异的主要原因是国营农场在开展农业基础设施建设时,注重生态环境保护,对于地势低洼的沼泽、坑塘及荒草地等自然保留地进行严格保护。进一步分析发现,国营农场辖区内旱地占其耕地总面积的46.33%,水田占53.67%,水浇地占0.01%;地方政府辖区旱地占其耕地总面积的86.77%,水田占12.86%,水浇地占0.27%。即两个区域在基质的内部结构上存在显著差异。主要因为水田对农田基础设施要求较高,在开发利用前需要进行平整土地、修沟建渠、修建防护林等工程建设,资金投入较大。对于实行家庭联产承包经营的地方政府辖区内的广大农户而言,这些投入是难以承受的,而国营农场辖区的相关投入可以由国营农场承担。同时,由于富锦市气候湿润,降水量多,因此2个区域旱作农田中水浇地面积较少。3.2.2空间条件和边界形状作为国家级商品粮基地,富锦市的园地、林地、牧草地面积较少。其中,国营农场辖区内的园地面积为0.0048万hm2,地方政府辖区域内园地面积为0.04万hm2,2区域园地斑块总计185块,零星分布于富锦市域内。国营农场辖区内的林地面积为2.07万hm2,占其土地总面积的5.60%;地方政府所辖区内林地面积为0.90万hm2,仅占其土地总面积的2.44%,明显低于国营农场辖区。二者林地的平均斑块形状指数分别为1.56和1.44,稍高于耕地,说明林地的边界形状稍复杂,“自然度”较高。国营农场辖区内的牧草地面积为2.17万hm2,地方政府所辖区域内牧草地面积为0.35万hm2,夹杂分布于耕地之间,其边界受到周边耕地的影响,斑块形状相对较为规整。3.2.3斑块的密度、形状城镇村及工矿用地是区域土地利用的组织核心,是连接各地类斑块的生态枢纽,城镇村及工矿用地,特别是城镇村的分布对于以耕地为基质的半人工生态系统的生态过程和功能具有直接影响。国营农场辖区内的城镇村及工矿用地面积为0.15万hm2,略少于地方政府辖区内的0.17万hm2。其中,国营农场辖区内村庄斑块2008个,斑块密度为0.58个/km2,地方政府辖区内城镇村斑块1107个,斑块密度为0.31个/km2。相对于地方政府辖区,国营农场辖区内人口稀少,其村庄更为密集的原因在于各农场成立之初实行军事化管理,在其辖区内较为均匀而密集地设置了生产队、作业站等生产部门。另外,国营农场辖区村庄斑块的平均形状指数为1.14。地方政府辖区内,村庄斑块的平均形状指数为1.16,城市斑块的平均形状指数为1.20,建制镇斑块的平均形状指数为1.43。总体而言,规模相对较大且缺少空间规划约束的建制镇的斑块形状最为复杂,而空间规划约束较强的城市斑块其次,规模相对较小的村庄的形状最为简单,接近于正方形。典型区域居民点分布对比图见图3。3.3国营农场辖区由表3可见,国营农场辖区的景观丰富度指数为27,地方政府辖区的景观丰富度指数为28,差别在于国营农场辖区中没有城市和建制镇用地,但拥有服务于农业生产的农用机场,这也是国营农场农业现代化的重要标志之一。由于国营农场辖区内的土地全部归国营农场管辖,而国营农场属于国营企业,其所辖居民点都没有得到民政部门的行政级别认定,因此,包括农垦建三江管理局驻地在内的居民点在第二次土地调查中只能被认定为农村居民地,从而没有城市和建制镇。国营农场辖区的景观优势度指数明显低于地方政府辖区,而景观均匀度、Shannon多样性指数则高于地方政府辖区。这说明地方政府辖区内某类或某几类的斑块所占比例相对较高。经进一步对比发现,2个区域耕地、林地、水域及水利设施用地等地类面积差异明显,特别是地方政府辖区内耕地中的旱地所占比例较高,是造成2个区域景观优势度和均匀度差异的主要原因。4治理方式创新,促进农业协调发展1)现代农业与传统农业区域土地利用格局的巨大差异充分说明在传统农业区域内开展土地综合整治,促进土地利用合理布局,增加有效耕地面积、提高耕地质量和改善生态环境是十分必要的和可能的