山区土地类型景观格局特征——以河北省阜平县为例

李智，张美丽，张益琛，林常威，郑建乐，王树涛，周亚鹏

(1河北农业大学 资源与环境科学学院，河北 保定 071000；2河北农业大学 国土资源学院，河北 保定 071000)

土地类型是在地质地貌、土壤、水文、动植物、气候以及人类活动等因素相互作用、相互影响之后，最终形成具有规律性、独具特色的土地地段[1]。通过对土地类型进行研究，可揭示一个地理区域内各自然要素的分布规律及其相互作用，揭示自然综合体的形成、特征、结构、功能以及区域分异和动态演替规律[2]。自20世纪50年代起，受到开展自然区划的影响，我国对于土地类型研究逐步发展起来。如今，我国学者对于土地类型的研究理论和研究方法逐步成熟，对于土地类型研究的方向越来越丰富[3]。土地类型研究区域广泛，包括丘陵地区、黄土高原地区、平原地区、农牧交错带及荒漠等地区[4-8]。研究内容多以土地类型分类、分布特点及自然区划为主,且土地类型分类结合地理因素的空间研究方面不够系统，多是针对实践问题零散展开。

景观格局是表示不同区域内各种景观所呈现的分布状况，即表现景观的空间异质性[9-10]。各种类型景观的组成要素在数量上和空间上进行组合，从而形成不同的景观格局。目前，在景观生态学的发展下,许多学者在研究土地类型格局时，开始运用景观生态学的研究方法,例如景观格局指数法、图表法、模型法等[11-14]。其中，应用最广泛、技术最成熟的方法是景观指数法[15-17]。Li等指出，同一景观运用不一样的分类标准，将致使景观格局指数出现事实上从未有过的变化[18]。但是对于土地类型景观格局的研究为数不多，土地类型景观格局的研究，是区域土地协调利用的基础[19]。

阜平县属太行山区，有独特的垂直地带性分布特点，其自然要素相互作用复杂，本研究选取阜平县为研究区域，对其土地类型进行分类，探索阜平县土地类型分布状况，同时使用景观生态学方法研究其土地类型的景观格局，揭示土地类型的景观分布状况及其景观格局特征，为阜平县土地利用、区域规划及其生态建设提供参考。

1 研究区概况及其数据来源

1.1 研究区概况

阜平县隶属于河北省保定市，北至山西省灵丘县，往南与灵寿县相连，西达山西省五台县，东至曲阳、唐县交界。全县面积2 496 km2，辖13个乡镇。阜平县属太行山山系，境内地形相对复杂。地貌类型主要有低山地、中山地和丘陵地，地势西北高、东南低，是典型的山区县。山峰有歪头山、南坨、神仙山等。其中歪头山横贯县境西北，海拔2 286 m，是本县最高峰。该县水资源总量为4.89×108m3，总储水量约1.09×109m3，水能蕴藏量为7.149×104kW，每年降水多以地表径流形式流失，地下水难以补充。阜平县属大陆性季风气候，位于暖温带半湿润半干旱地区，地方小气候特征明显。年均温12.6 ℃；年均降水量为550～790 mm；全年无霜期为140～190 d。

1.2 数据来源

所需要的文件数据由阜平县自然资源与规划局、农业局、水利局等部门提供。包括：阜平县行政区划图、1∶25万地貌类型图、1∶25万土壤类型图、植被类型图、水系图等基础矢量数据。阜平县高程、坡度、坡向等指标是通过地理空间数据云下载的遥感数据，通过ArcGIS 10.2对影像进行分析处理所得。

2 研究方法

2.1 分类方法

土地类型划分的最常用的有景观法、参数法以及过程法等。景观法是依据土地各组成要素在区域内相互结合及相互作用的情况，在区域内呈现特征不同的土地个体，以造成分异的主导性因素出发，对土地类型进行分类。景观法操作简洁，划分结果准确，但主观性太强，依赖个人经验。参数法是对选取相对重要的分类指标进行数量化或等级化的基础上进行分类的方法。参数法有定量和客观性强的特点，但其分类结果依赖选取的指标及其指标的精确性。过程法是根据土地分异的本质特点，对土地自然分异过程进行定量分析的基础上进行分类的方法。过程法操作难度大，易导致划分结果不准确[20]。考虑以上3种方法的优缺点，本研究采用景观法与参数法相结合的方法对研究区土地类型进行划分。

2.2 分类指标

分类指标是土地类型分级分类的重要依据。阜平县区域之间的相对高差是2 000 m左右，有明显的垂直地带性特征，垂直地带性可直接影响区域水热条件的再分配，由于山区地形地貌和海拔特征影响各种土壤类型的形成和分布，从而影响植被类型的分布情况。地形地貌作为划分山区土地类型的主要依据，它的海拔、坡度、坡向等因素会影响土壤和植被的分布情况。土壤作为土地的重要指标，影响着土地的质量和生产能力，最终影响着人类生活水平的质量[21]。植被群丛的分布同样因地形地貌、土壤条件、水热分配和人为干扰而出现不同的分布情况。因此土地类型划分的主要依据是地形地貌、土壤和植被类型的分布情况，考虑到研究区域的显著特征，本研究以大、中地貌类型作为一级指标，根据地貌指标，划分出阜平县一级土地类型。以土壤亚类为主，并参考植被系组，以及小地貌类型来确定二级指标，结合一级土地类型划分结果，划分阜平县的二级土地类型。

2.3 景观指数指标选取

运用景观生态学方法，对阜平县土地类型从景观水平和斑块水平这2个水平上进行景观格局指数分析，选取以下指标并使用Fragstats 4.2进行指数计算，通过景观格局指数结果进一步分析阜平县土地类型的景观分布格局特征。

景观多样性指数：

(1)

式中：SHDI为景观多样性指数，Pi为景观类型i的面积比例，m为景观类型的数目。

景观均匀度指数：

(2)

式中：E为景观均匀度指数，SHDImax为最大景观多样性指数。

景观形状指数：

(3)

式中，E为景观中所有斑块边界的总长度，A为景观总面积。

分维数：

D=2ln(P/4)/ln(A)

(4)

式中，D表示分维数；P为斑块周长；A为斑块面积。

斑块密度：

(5)

式中：P为斑块密度指数，N为景观中斑块总数，A为景观总面积。

边缘密度：

(6)

式中：E为土地类型斑块的边界长度，A表示土地类型的面积。

分离度指数：

Ii=Di/Si

(7)

式中：Ii为景观类型i的分离度指数，Di为景观类型i的距离指数，计算公式如下：

(8)

Si为景观类型i的面积指数，计算公式如下：

(9)

式中：Ai为景观类型i的总面积，A为景观的总面积，i为每个类型的斑块数目。

3 结果与分析

3.1 土地类型分类结果与面积

根据选取的分类指标及分类方法，并依据各要素之间的差异性对阜平县土地类型进行划分。分类结果及其各土地类型面积如表1所示，一、二级土地类型见图1、2。

由表1、图1、图2可知，阜平县总面积为2 494 km2，其中水域面积为11.30 km2，土地面积为2 482.71 km2，拥有66个土地类型斑块。阜平县土地类型丰富，一级土地类型有4种，分别为中山地、低山地、丘陵地和河川沟谷地，其中低山地面积最大，面积为1 040.67 km2占全域土地面积41.92%，主要分布在北部和西南部；河川沟谷地面积最小，面积为253.20 km2,占全域土地面积10.20%。二级土地类型有11种，分别为灌草丛褐土性土低山地、灌丛草地褐土低山地、疏林灌丛淋溶褐土低山地、灌草丛粗骨土中山地、针阔叶混交林淋溶褐土中山地、疏林灌丛生草棕壤中山地、针阔叶混交林棕壤中山地、灌丛草甸中山地、褐土河川地、褐土沟谷地、灌草丛褐土性土丘陵地。其中灌草丛褐土性土低山地面积最大，面积为669.74 km2，占全域土地面积26.98%，主要分布在东北部和西南部；针阔叶混交林淋溶褐土中山地面积最小，面积为5.31 km2,占全域土地面积0.21%。

表1 阜平县土地类型分类及其分类面积表Table 1 Land type classification and classification area table in Fuping County

图1 一级土地类型图Figure 1 Class I land type map

图2 二级土地类型图Figure 2 Class II land type map

3.2 景观水平的土地类型格局特征

阜平县属太行山山系，地貌类型多样，景观生态特征明显，对阜平县的土地类型景观格局特征进行分析，可以揭示阜平县土地类型景观格局的具体情况，为土地综合整治以及土地利用规划等提供适当的科学依据和参考价值。

土地类型景观水平上各指数值由见表2。

表2 阜平县土地类型景观水平指数表Table 2 Land type landscape level index table of Fuping County

由表2可知，阜平县内的土地类型斑块多样性指数为1.964 4。表明研究区内的土地类型的数量、面积和类型差异较大，土地类型越丰富，景观结构越复杂，景观异质性较为明显，比较符合阜平县实际情况。均匀度指数为0.790 5，说明阜平县不同的土地类型斑块分布较为均匀，没有明显绝对优势的土地类型，景观稳定性较低。阜平县景观形状指数为11.731 1，分维数为1.637 9，可看出研究区内景观格局复杂，斑块形状不规则。综上，整个研究区域的异质性是显著的，但稳定性较低，不利于维持土地类型的空间格局。因此，在土地的开发和利用过程中，应注意对土地类型各种生态功能的影响，并选择最佳的利用方式，以减少对土地功能的损害。

3.3 斑块水平的土地类型格局特征

(1)一级土地类型景观格局指数

一级土地类型景观格局指数值见表3。

表3 阜平县一级土地类型景观格局指数表Table 3 Landscape pattern index table of the first land type in Fuping County

由表3知，研究区有4种一级土地类型。从斑块数量上看，低山地斑块数量最多，表明低山地在研究区内分布较广，斑块破碎化程度较高，而且低山地面积最大,和斑块数量多有一定关系，其次为丘陵地，河川沟谷地斑块数量最少，斑块分布较为集中，破碎化程度低。

从斑块密度上看，同样是低山地最高，表明低山地斑块分布较为分散、分布广，被其他景观分割破碎程度大，河川沟谷地斑块密度最小，斑块分布较为集中，破碎化程度低，斑块结构较为紧密。

从边缘密度上看，低山地的边缘密度高于其他土地类型，表明低山地景观斑块周围其他景观斑块分布较多，边界被割裂的程度最高，具有最好的边界效应；其次为河川沟谷地，边界效应也较好；边缘密度最小的为中山地，代表丘陵地景观类型的边界效应较差。

从分维数上看，各土地类型数值均小于2，河川沟谷地拥有最高的分维数1.891，河川沟谷地贯穿所有土地类型，边界相对较为复杂曲折，褶皱度最高；其次为低山地，边界也相对较为复杂；分维数最低的为丘陵地，丘陵地分布较为集中，丘陵地景观边界的褶皱度较低，即丘陵地边界较为规则，很难被外界环境影响。

从分离度上看，低山地分离度指数最高，表明低山地景观类型的斑块分离程度较大，具有较差的连通性，空间分布较为分散；其次是丘陵地，分离度指数最小的为河川沟谷地，表明河川沟谷地具有较好的空间连通性。

(2)二级土地类型景观格局指数

二级土地类型景观格局指数值见表4。

表4 阜平县二级土地类型景观格局指数表Table 4 Landscape pattern index table of the secondary land types in Fuping County

由表4知，研究区有11种二级土地类型。从斑块数量上看，灌草丛褐土性土低山地斑块数量最多，斑块数量19，说明灌草丛褐土性土低山地在研究区的分布区域较广，斑块破碎化程度较大，研究区内山地分布较多，且山区是褐土的主要聚集地；其次为灌草丛褐土性土丘陵地，斑块数量为11，主要分布在阜平县东南部。针阔叶林混交林淋溶褐土中山地数量最少，仅有1块，数量少的原因是受人类活动影响，是阜平县比较稀有的土地类型。

从斑块密度上看，斑块密度最大的为褐土沟谷地，为0.027 6。由于河川沟谷地面积小、且褐土沟谷地所占面积大，分布最广，斑块数量多，所以其斑块密度较大，破碎化程度大。斑块密度最小的为针阔叶林混交林淋溶褐土中山地，为 0.001 4，针阔叶林混交林淋溶褐土中山地面积最小、斑块数量最少仅有1块，破碎化程度最低。

从边缘密度上看，边缘密度最大为灌草丛褐土性土低山地，为3.933 0，表明其周围分布的其他景观斑块较多，有明显的边界效应；其次为褐土沟谷地，边缘密度最小的是针阔叶林混交林淋溶褐土中山地，该土地类型面积小，周围分布的其他景观类型斑块少，边界效应差。

从分离度指数上看，分离度最大的为灌草丛褐土性土低山地，为9.449 9，其次为灌草丛褐土性土丘陵地，为5.504 8。分离度最小的为灌草丛粗骨土中山地，为1.000 1，表明该土地类型斑块分布较集中，受外界影响因素较小。

3.4 阜平县土地类型景观格局特征分析

3.4.1 低山地 低山地包括灌草丛褐土性土低山地、灌丛草地褐土低山地和疏林灌丛淋溶褐土低山地 3 种土地类型景观。在低山地景观中，灌草丛褐土性土低山地斑块数量最多、斑块密度最大、边缘密度值最大、分离度最高，表明该土地类型在低山地景观中分布最广，面积最大，斑块破碎化程度最高，有很好的边界效应，周围斑块分布较多，与其他斑块能量物质交换潜力较大，斑块聚集性最差，各斑块间连通性差；灌丛草地褐土低山地斑块数量与疏林灌丛淋溶褐土低山地斑块数量、斑块密度相同，斑块破碎化程度较低，灌丛草地褐土低山地的边缘密度略高于疏林灌丛淋溶褐土低山地，表明灌丛草地褐土低山地周围斑块分布较多，边界效应强于疏林灌丛淋溶褐土低山地，分离度低于疏林灌丛淋溶褐土低山地，表明该土地类型分布聚集，斑块间连通性好。

综上所述，在低山地的土地类型较为简单，其中较为优势的土地类型为灌草丛褐土性土低山地，该土地类型面积大、分布广、斑块破碎化程度高、边界效应强，易受外界环境的影响，斑块聚集性较差，各斑块间连通性差。低山地区域植被稀少，灌草丛及其砂石裸地较多，开发难度较大。

3.4.2 中山地 在中山地包括灌草丛粗骨土中山地、针阔叶林混交林淋溶褐土中山地、疏林灌丛生草棕壤中山地、针阔叶混交林棕壤中山地和灌丛草地中山地5种土地类型。在中山地景观中，针阔叶混交林棕壤中山地斑块数量最多、斑块密度最大，该土地类型分布较广，斑块破碎化程度最大；边缘密度和分离度次于疏林灌丛生草棕壤中山地，有较强的边界效应，与其他斑块能量物质交换潜力较大，斑块聚集性较差，斑块间连通性较差。疏林灌丛生草棕壤中山地斑块数量、密度略低于针阔叶混交林棕壤中山地，该土地类型分布较广且面积最大，斑块破碎化程度较大；边缘密度和分离度最大，该土地类型斑块聚集性差，斑块间连通性差。灌丛草地中山地斑块数量、密度较少，斑块破碎程度较低，边缘密度值最低，边界效应最差，其他斑块能量物质交换潜力小，分离度较低，斑块聚集性较好，斑块间连通性好。灌草丛粗骨土中山地斑块数量、密度较少，斑块破碎程度较低，边缘密度值较低，边界效应较差，其他斑块能量物质交换潜力小，分离度最低，斑块聚集性好，斑块间连通性好。针阔叶林混交林淋溶褐土中山地斑块数量仅有1块，斑块密度最低，斑块破碎化程度最低，边缘密度较高，周围斑块分布较多，与周围斑块能量物质交换潜力较强。

综上所述，中山地景观类型较为丰富，景观稳定性较好，其中较为优势的土地类型是疏林灌丛生草棕壤中山地，该土地类型面积大、分布广、斑块破碎化程度高、边界效应强，易受外界环境的影响，斑块聚集性较差，各斑块间连通性差。中山地有丰富的森林资源，对中山地土地利用时注意对森林资源的保护。

3.4.3 河川沟谷地 河川沟谷地包括褐土河川地和褐土沟谷地2种土地类型景观。其中褐土沟谷地面积最大且分布最广，其斑块数量多，破碎化程度高，边缘密度大，边界效应好，与其他斑块能量物质交换潜力大，分离度高，斑块聚集性较低，连通性差，而褐土河川地，斑块数量少、斑块密度较低，破碎化程度较低，边缘密度小，边界效应差，与其他斑块能量物质交换潜力小。褐土沟谷地为优势土地类型，斑块结构简单，分布较广，连通性好，与其他斑块能量物质交换潜力大，易受外界环境的影响。阜平县的耕地主要分布在河川沟谷地，对河川沟谷地开发时应注意对农用地的保护。

3.4.4 丘陵地 丘陵地仅有1种土地类型景观为灌草丛褐土性土丘陵地，景观稳定性较低，斑块密度值较低，斑块分布较为紧密，破碎度较低；边缘密度较大，边界效应强，易受外界环境的影响，分离度较大，斑块聚集性较差，斑块间连通性差。阜平县的城镇主要集中在丘陵地区域，对丘陵地区域土地利用应加强管理，注意保护生态环境。

4 讨论与结论

选取阜平县作为研究区域，对阜平县土地类型进行划分并分析其数量特征，然后运用景观生态学方法对该地区土地景观格局特征进行了分析研究。通过研究土地类型分布情况以及景观格局特征来了解阜平县土地类型的特征和景观稳定性，为阜平县土地开发利用规划和环境保护，实现土地多功能利用等工作提供理论依据。主要结论如下：

(1)阜平县共有4 种一级类型和11种二级类型。其中一级土地类型，面积最大的是低山地，面积最小的是河川沟谷地；二级土地类型，灌草丛褐土性土低山地面积最大，针阔叶林混交林淋溶褐土中山地面积最小。

(2)阜平县土地类型丰富，分布较为均匀，整体的空间异质性较大，稳定性较低；在斑块类型水平上，同样拥有较高的异质性。其中一级土地类型中，低山地面积大、分布广，斑块破碎程度较大，斑块形状复杂，边界效应好，与其他斑块物质交换潜力大，易受外界环境的影响；二级土地类型中，灌草丛褐土性土低山地的面积最大且分布相对较广，边界效应最好，与其他斑块物质交换潜力大，斑块聚集性较强，连通性好，居于主导地位。

(3)低山地区域灌草丛和裸地居多，开发难度较大；中山地区域土地类型丰富，植被丰富森林覆盖率大，应注重对中山地区域的生态保护，根据生态红线的划定减少对中山地区域开发；河川沟谷地耕地分布较多，应注重对农用地的保护；丘陵地区域景观类型简单，面积较大，稳定性差，且城镇分布集中，土地利用时应注重对丘陵地区域的环境保护和加强土地利用管理。

综上所述，阜平县土地类型丰富，土地类型景观形状均不规则，各土地类型斑块分布均匀无绝对优势土地类型，景观异质性较大，景观结构复杂，易受到外界条件干扰。所以合理利用规划土地尤为重要。对低山地区域可进行进一步开发利用，中山地区域植树造林，保护森林资源，河川沟谷地注意对耕地的保护，丘陵地区域土地合理利用注意保护环境。根据土地类型分布特点合理利用土地，合理利用各种资源，实现土地多功能利用，构建人与自然和谐相处的生态环境。