基于景觀格局與空間自相關(guān)的永久基本農(nóng)田劃定研究

羅志軍 趙 越 趙 杰 李遠(yuǎn)維 宋 聚 冉鳳維

(1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)土資源與環(huán)境學(xué)院， 南昌 330045； 2.江西省鄱陽(yáng)湖流域農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 南昌 330045)

0 引言

耕地是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是保障國(guó)家糧食安全、生態(tài)安全和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要保障[1]。近年來(lái)，我國(guó)的耕地面積逐漸下降，現(xiàn)存耕地中仍存在著質(zhì)量等級(jí)不高，分布細(xì)碎，耕地保護(hù)不到位，后備耕地資源不足等問(wèn)題，耕地?cái)?shù)量與質(zhì)量的保護(hù)工作勢(shì)在必行[2]。永久基本農(nóng)田是耕地資源中最為精華的部分，是保護(hù)耕地資源，保證國(guó)家糧食安全、穩(wěn)定種植業(yè)發(fā)展的重要途徑。永久基本農(nóng)田的劃定工作始終受到政府和社會(huì)高度重視，但我國(guó)永久基本農(nóng)田的劃定工作起步較晚，未形成統(tǒng)一的劃定方法，劃定工作中難以避免受到主觀因素影響，劃定缺乏科學(xué)規(guī)范的理論與方法指導(dǎo)，存在將一些質(zhì)量較差，分布細(xì)碎的耕地劃為永久基本農(nóng)田等問(wèn)題。一些學(xué)者圍繞著永久基本農(nóng)田的劃定進(jìn)行了探討，王新盼等[3]通過(guò)采用多因素綜合評(píng)價(jià)和逐級(jí)修正相結(jié)合的方法，對(duì)基本農(nóng)田自然質(zhì)量進(jìn)行修正得到永久基本農(nóng)田綜合質(zhì)量，選取高綜合質(zhì)量耕地進(jìn)行永久基本農(nóng)田的劃定；魯學(xué)軍等[4]采用二值形態(tài)閉運(yùn)算法進(jìn)行永久基本農(nóng)田劃定，將耕地的連片程度作為劃定永久基本農(nóng)田的標(biāo)準(zhǔn)之一。聶艷等[5]以土地評(píng)價(jià)為理論指導(dǎo)，運(yùn)用K均值聚類(lèi)法等方法來(lái)劃定永久基本農(nóng)田，但更多的學(xué)者[6-8]僅關(guān)注到了耕地的自然質(zhì)量，而忽略了耕地的空間聚類(lèi)關(guān)系，也未能從景觀生態(tài)結(jié)構(gòu)的角度對(duì)劃定方法進(jìn)行優(yōu)化，劃定過(guò)程的前瞻性不足。本研究借助GIS平臺(tái)進(jìn)行耕地綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)和自相關(guān)關(guān)系分析，同時(shí)結(jié)合耕地的景觀格局，在進(jìn)行永久基本農(nóng)田劃定的同時(shí)注重對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，以期為耕地入選永久基本農(nóng)田提供更為可靠和科學(xué)的依據(jù)，為編制耕地與基本農(nóng)田保護(hù)專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃提供參考和借鑒。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)域概況

崇仁縣位于江西省中部偏東、撫州市西部，地處115°49′16″～116°16′55″E、27°24′29″～27°57′29″N之間，土地總面積約為1 520 km2。全縣地勢(shì)南高北低，由西南向東北方向逐漸傾斜下降，三面環(huán)山，海拔多處于40～1 200 m之間，多年平均氣溫為17.5℃，年平均無(wú)霜期約為266 d，年均降水量約為1 773 mm，年平均日照約為1 743 h，屬中亞熱帶潮濕性氣候區(qū)，森林覆蓋率63.1%，水熱條件豐富，有著良好的作物生長(zhǎng)條件。崇仁縣耕地面積約為386.34 km2，其中水田面積331.30 km2，旱地面積55.04 km2，主要種植水稻、大豆等作物，農(nóng)特產(chǎn)品有麻雞、煙葉、蔬菜等。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究所需數(shù)據(jù)主要包括：①數(shù)據(jù)庫(kù)成果資料：崇仁縣2014年1∶10 000土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)、崇仁縣耕地質(zhì)量等別更新成果(2014年)、崇仁縣土地利用總體規(guī)劃(2006—2020年)數(shù)據(jù)庫(kù)、崇仁縣永久基本農(nóng)田劃定成果(2017年)等。②相關(guān)圖件資料：崇仁縣土壤圖、排灌圖、水土流失圖等相關(guān)圖件資料。③數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)通過(guò)地理空間數(shù)據(jù)云(http:∥www.gscloud.cn/)獲取，空間分辨率為30 m，借助ArcGIS 10.2軟件柵格表面工具提取研究區(qū)坡度等地形要素信息。④其他成果資料：崇仁縣耕地地力評(píng)價(jià)、統(tǒng)計(jì)年鑒、交通規(guī)劃、村鎮(zhèn)規(guī)劃等成果和資料。

1.3 研究方法

1.3.1耕地綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

為了客觀科學(xué)地反映耕地質(zhì)量，選取評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，遵循綜合性、便捷性、可操作性、因地制宜性等原則，根據(jù)崇仁縣自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)條件，在結(jié)合前人研究和專(zhuān)家意見(jiàn)的基礎(chǔ)上[9]，通過(guò)參考《江西省耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)成果技術(shù)報(bào)告》、《江西省崇仁縣耕地地力評(píng)價(jià)技術(shù)報(bào)告》選取土壤理化性質(zhì)、耕作利用條件和耕作區(qū)位條件3個(gè)準(zhǔn)則層建立耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)量化標(biāo)準(zhǔn)。在土壤理化性質(zhì)方面更為注重土壤的自然屬性，包括土壤的耕層厚度、pH值、質(zhì)地、剖面構(gòu)型、有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)等；在耕作利用條件方面選取基礎(chǔ)配套設(shè)施、耕地的利用方式、侵蝕程度、坡度等因素；區(qū)位條件方面選取耕作距離、耕作便捷度、交通通達(dá)度、中心城鎮(zhèn)影響度等因素(表1)。本研究采用德?tīng)柗?Delphi)法和層次分析法相結(jié)合的方法來(lái)確定指標(biāo)因子權(quán)重，通過(guò)參照文獻(xiàn)[10]進(jìn)行指標(biāo)量化，根據(jù)指標(biāo)情況分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ 5級(jí)，按照0～100的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分別賦值100、80、60、40、20，實(shí)現(xiàn)耕地屬性分值到耕地質(zhì)量分值之間的轉(zhuǎn)換。采用加權(quán)求和法對(duì)各耕地地塊進(jìn)行更低綜合質(zhì)量計(jì)算，計(jì)算公式為

Fo=∑VroWn

(1)

式中Fo——評(píng)價(jià)單元的綜合質(zhì)量

Vro——評(píng)價(jià)單元o第n個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值

Wn——第n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

田塊規(guī)整度為

FRAC=2ln(P/4)/lnS

式中S——耕地地塊周長(zhǎng)，m

P——耕地地塊面積，m2

耕作距離表示耕地地塊與農(nóng)村居民點(diǎn)的距離(km)；耕地便捷度指耕地地塊與農(nóng)村道路的距離(km)；交通通達(dá)度是將提取的道路進(jìn)行動(dòng)態(tài)緩沖區(qū)分析，在參照《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同道路級(jí)別設(shè)定不同的緩沖區(qū)半徑，按照衰減模型方法計(jì)算各耕地分值；中心城鎮(zhèn)影響度是指耕地地塊與中心城鎮(zhèn)的距離(km)。耕地連片度則是通過(guò)ArcGIS 10.2中的空間分析功能，定量地對(duì)耕地集中連片程度進(jìn)行計(jì)算[11]，計(jì)算公式為

表1 耕地綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)量化標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Quantitative standard for comprehensive quality evaluation of cultivated land

式中Si——連片面積現(xiàn)狀值，km2

Smin、Smax——連片面積最小值與最大值，取值為0～1 km2

1.3.2耕地綜合質(zhì)量空間自相關(guān)分析

本文采用GeoDa軟件對(duì)耕地綜合質(zhì)量進(jìn)行空間自相關(guān)分析，通過(guò)空間權(quán)重的構(gòu)建進(jìn)行Moran’sI指數(shù)計(jì)算?？臻g自相關(guān)分析是用來(lái)檢驗(yàn)?zāi)承┛臻g變量在特定位置的屬性值是否與鄰近位置的屬性值顯著相關(guān)的算法，可以分為全局空間自相關(guān)(Global spatial autocorrelation)與局部空間自相關(guān)(Local spatial autocorrelation)[12]，局部空間自相關(guān)分析可測(cè)度耕地地塊質(zhì)量與其鄰近地塊質(zhì)量指數(shù)的空間異質(zhì)性，識(shí)別耕地綜合質(zhì)量空間集聚和離散特征，其局域空間關(guān)聯(lián)度指標(biāo)(LISA)計(jì)算公式為

(2)

式中wij——空間權(quán)重矩陣的元素

xi、xj——經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化后的耕地地塊質(zhì)量分值

局部Moran’sI指數(shù)(Ii)在[-1,1]之間，Ii可正可負(fù)，得到的4種空間屬性分別為H-H(高-高)、H-L(高-低)、L-L(低-低)、L-H(低-高)。采用Zi檢驗(yàn)[13]對(duì)區(qū)域的局部空間自相關(guān)關(guān)系進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。在95%置信區(qū)間水平下，當(dāng)Zi>1.96時(shí)，表示高屬性與高屬性(H-H)或低屬性與低屬性(L-L)發(fā)生了空間集聚；當(dāng)Zi<-1.96時(shí),表示觀測(cè)值之間存在顯著負(fù)相關(guān)，則發(fā)生空間單元為高屬性的被低屬性值所包圍(H-L)或者空間單元為低屬性的被高屬性值所包圍(L-H)；當(dāng)|Zi|<1.96時(shí)，表示要素在區(qū)域內(nèi)集聚不明顯，呈現(xiàn)隨機(jī)分布狀態(tài)。

1.3.3耕地景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

景觀格局指數(shù)是指高度濃縮景觀格局的信息，反映結(jié)構(gòu)組成和空間支配某方面的特征的定量指標(biāo)[14]。針對(duì)不同的空間特征可以設(shè)計(jì)不同的量度指標(biāo)，針對(duì)同一指標(biāo)常常計(jì)算方法各異，本研究根據(jù)研究區(qū)耕地特點(diǎn)，選擇計(jì)算一系列景觀格局指標(biāo)對(duì)崇仁縣景觀生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià)。耕地景觀生態(tài)安全是指在長(zhǎng)期自然或者人為干擾下，耕地景觀由均質(zhì)向異質(zhì)，單一向復(fù)雜，連續(xù)向不連續(xù)的方向變化，受到外在因素的干擾越大，生態(tài)環(huán)境安全程度越低，耕地越容易遭到破壞。本研究在結(jié)合前人研究的基礎(chǔ)上[15]，從斑塊類(lèi)型水平(邊界破碎度、破碎度、面積加權(quán)平均形狀因子等)和景觀水平(分離度、分維數(shù)等)兩方面進(jìn)行景觀生態(tài)安全模型的構(gòu)建，景觀格局指數(shù)指標(biāo)主要涉及耕地的結(jié)構(gòu)和形狀，其生態(tài)學(xué)意義如下：

(1)邊界破碎度表示景觀類(lèi)型邊界的破碎程度，用于揭示景觀或類(lèi)型被邊界分割的程度，是景觀破碎化程度的直接反映。計(jì)算公式為

ED=C/A

(3)

式中C——類(lèi)型周長(zhǎng)A——類(lèi)型面積

(2)破碎度表示景觀被分割的破碎程度，在一定程度上反映人為對(duì)景觀的干擾強(qiáng)度。破碎度越大，景觀安全性越小。計(jì)算公式為

PD=N/A

(4)

式中N——類(lèi)型斑塊數(shù)

(3)面積加權(quán)平均形狀因子(AWMSI)表示度量景觀空間格局復(fù)雜性的重要指標(biāo)之一，直接影響耕地利用和管理的方便程度及利用效率。其值越大，耕地利用效率越低。AWMSI表示某斑塊類(lèi)型中各個(gè)斑塊的周長(zhǎng)與面積之比乘以各自面積權(quán)重的和。當(dāng)AWMSI為1時(shí)說(shuō)明所有斑塊形狀為最簡(jiǎn)單的方形，AWMSI增大表示斑塊形狀越復(fù)雜。

(4)分離度(D)用于揭示景觀類(lèi)型中斑塊個(gè)體的分離程度。D值越大，斑塊分離性越高，抵御風(fēng)險(xiǎn)的能力越小，景觀安全性越低。常用來(lái)指代某一景觀類(lèi)型中不同斑塊數(shù)個(gè)體分布的分離度。計(jì)算公式為

D=B/A

(5)

式中B——景觀類(lèi)型的距離

(5)分維數(shù)(F)反映了在一定的觀測(cè)尺度上，斑塊和景觀格局的復(fù)雜程度，也反映了人類(lèi)活動(dòng)對(duì)景觀格局的影響。計(jì)算公式為

F=2ln(L/4)/lnK

(6)

式中L——斑塊周長(zhǎng)K——斑塊面積

F越大，表明斑塊形狀越復(fù)雜，F(xiàn)的理論范圍為1～2，1代表形狀最簡(jiǎn)單的正方形斑塊，2表示等面積下周邊最復(fù)雜的斑塊。

(6)景觀脆弱度(V)表示某種景觀類(lèi)型受到外界干擾超出自身的調(diào)節(jié)能力而表現(xiàn)出對(duì)干擾的敏感程度。景觀脆弱度越大，表明景觀受外界的干擾程度越大，敏感性越高，抵御風(fēng)險(xiǎn)的能力越小，景觀安全性越小。 綜合上述各個(gè)景觀指數(shù)的生態(tài)學(xué)意義，選擇反映耕地生產(chǎn)效率、穩(wěn)定度及恢復(fù)力的景觀格局指數(shù)建立脆弱度模型，公式為

V=αAWMSI+βF+γD

(7)

式中α、β、γ——因子權(quán)重

對(duì)耕地景觀脆弱度因子權(quán)重的取值采用層次分析法，確定α、β、γ分別為 0.59、0.28、0.13。

以國(guó)內(nèi)外研究成果為基礎(chǔ)[16]，充分考慮耕地景觀特點(diǎn)，結(jié)合研究區(qū)域特征，構(gòu)建耕地景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型。該模型以景觀脆弱度、邊界破碎度和景觀類(lèi)型破碎度為變量，同時(shí)為了使得評(píng)價(jià)結(jié)果具有可比性，模型所得結(jié)果位于0～1之間。公式為

ES=1-2.5(PD+ED)V

(8)

式中ES——景觀生態(tài)安全指數(shù)

2 結(jié)果與分析

2.1 耕地綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)及綜合質(zhì)量自相關(guān)分析

耕地綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，耕地綜合質(zhì)量綜合得分處于48～86之間，根據(jù)得分結(jié)果進(jìn)行耕地綜合質(zhì)量等級(jí)劃分，可分為Ⅰ級(jí)分值區(qū)間(70.00,100]、Ⅱ級(jí)分值區(qū)間(65.00,70.00]、Ⅲ級(jí)分值區(qū)間(60.00,65.00]、Ⅳ級(jí)分值區(qū)間[60.00,45.00]。其中Ⅰ級(jí)區(qū)圖斑面積為72.79 km2，占耕地面積的18.84%；Ⅱ級(jí)區(qū)圖斑面積為96.80 km2，占耕地面積的25.06%；Ⅲ級(jí)區(qū)圖斑面積為125.35 km2，占耕地面積的32.45%；Ⅳ級(jí)區(qū)圖斑面積為91.41 km2，占耕地面積的23.66%。從空間分布上看，全縣于東北部、中部較為集中，南部分散，與崇仁縣南高北低的地形特征相符合，綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)高分值區(qū)(Ⅰ級(jí))在東北方向的孫坊鎮(zhèn)、航埠鎮(zhèn)、白鷺鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布較為集中，在石莊鄉(xiāng)有較為零散的分布，郭圩鄉(xiāng)、禮陂鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)有小面積分布；較高值區(qū)(Ⅱ級(jí))分布在北部的河上鎮(zhèn)，中部郭圩鄉(xiāng)、石莊鄉(xiāng)等，與高分值區(qū)相比，較高值區(qū)分布更為零散，在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有分布；較低值區(qū)(Ⅲ級(jí))在郭圩鄉(xiāng)、許坊鄉(xiāng)、河上鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)有較大面積分布，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)中該類(lèi)別圖斑分布較為分散；低分值區(qū)(Ⅳ級(jí))在馬鞍鎮(zhèn)有大面積分布，在白陂鄉(xiāng)、相山鎮(zhèn)、三山鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)也有集中分布。綜合以上評(píng)價(jià)結(jié)果可知，崇仁縣東北部、中部具有較優(yōu)越的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，其所在區(qū)域地勢(shì)低平，耕地集中連片，尤其在東北部的孫坊鎮(zhèn)、航埠鎮(zhèn)有著較大面積的連片耕地，其具備良好的排水灌溉條件、較高的連片度與規(guī)整度，土地利用類(lèi)型以水田為主；而中部的石莊鄉(xiāng)具有較高的土壤有機(jī)質(zhì)含量，距離中心城區(qū)較近，其耕作便捷度、交通通達(dá)度均較高，馬鞍鎮(zhèn)、相山鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)地形起伏較大，耕地距離交通干線、中心城鎮(zhèn)的距離較遠(yuǎn)，其土壤質(zhì)地和剖面構(gòu)型較差，其社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件與自然條件均不適宜進(jìn)行永久基本農(nóng)田劃定。將本研究的耕地綜合質(zhì)量等級(jí)與耕地質(zhì)量等別年度更新成果中的國(guó)家利用等別進(jìn)行對(duì)比分析可知(表2)：耕地綜合質(zhì)量為Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)的耕地占國(guó)家利用等別為10～12等的耕地的半數(shù)以上；耕地綜合質(zhì)量為Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)耕地中多半位于國(guó)家利用等別5～7等范圍內(nèi)，表明耕地綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果與國(guó)家利用等別成果保持較高的一致性，耕地綜合質(zhì)量所選指標(biāo)具有較好的代表性。

通過(guò)空間自相關(guān)分析可知崇仁縣耕地綜合質(zhì)量Moran’sI指數(shù)為0.753，P<0.05，Zi>1.96，表明其空間分布具有顯著的空間自相關(guān)性，借助ArcGIS 10.2將耕地綜合質(zhì)量空間聚集情況進(jìn)行分析(圖1、表3)，經(jīng)過(guò)對(duì)聚類(lèi)分析結(jié)果與耕地綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)分級(jí)結(jié)果進(jìn)行疊加分析可知：崇仁縣耕地綜合質(zhì)量聚類(lèi)關(guān)系中高-高聚集(H-H)、高-低聚集(H-L)、低-高聚集(L-H)、低-低聚集(L-L)與無(wú)顯著聚集(N-N)面積分別為125.39、22.43、9.14、158.58、70.80 km2，分別占耕地總面積的32.46%、5.81%、2.36%、41.05%和18.33%。在其空間分布方面，H-H聚集主要集中于崇仁縣東北部、中部、北部，與高分值分布具有一定的一致性，但其分布面積擴(kuò)大52.60 km2，其擴(kuò)大范圍主要位于河上鎮(zhèn)、石莊鄉(xiāng)、郭圩鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，H-H聚集代表某塊耕地與其在空間位置上相鄰的耕地均具有較高的耕地綜合質(zhì)量，具有較好的聚集效應(yīng)；H-L聚集與L-H聚集分布范圍均較小且分散，多分布于H-H聚集與L-L聚集的交界地帶；L-L聚集為各聚集類(lèi)別中分布面積最廣的類(lèi)別，其連片程度高，馬鞍鎮(zhèn)、相山鎮(zhèn)、白陂鄉(xiāng)、巴山鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有較大面積的分布；N-N聚集中主要由Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)耕地構(gòu)成，耕地綜合質(zhì)量較為適中，其分布并無(wú)明顯聚類(lèi)效果。

表2 耕地綜合質(zhì)量等級(jí)與國(guó)家利用等別對(duì)比Tab.2 Comparison of comprehensive quality grade of cultivated land and farmland natural utility grade

圖1 崇仁縣耕地綜合質(zhì)量與綜合質(zhì)量聚類(lèi)關(guān)系圖Fig.1 Cluster diagrams of comprehensive quality and comprehensive quality of cultivated land in Chongren County

2.2 景觀生態(tài)安全評(píng)價(jià)

根據(jù)耕地綜合質(zhì)量與其自相關(guān)關(guān)系分析獲知了崇仁縣耕地的綜合質(zhì)量與空間聚集關(guān)系，但并未反映其結(jié)構(gòu)組成和空間支配關(guān)系，未能從結(jié)構(gòu)上為永久基本農(nóng)田劃定后的保護(hù)工作提供便利，而從生態(tài)的角度對(duì)耕地生態(tài)安全指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，可根據(jù)各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)斑塊類(lèi)型水平和景觀水平，生態(tài)環(huán)境安全程度高低，研究各鄉(xiāng)鎮(zhèn)受外在因素干擾的影響程度，為永久基本農(nóng)田的長(zhǎng)期保護(hù)、各鄉(xiāng)鎮(zhèn)永久基本農(nóng)田的指標(biāo)分配提供有效依據(jù)(表4)。本研究以2014年耕地圖斑為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在對(duì)崇仁縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地景觀安全指數(shù)的計(jì)算的基礎(chǔ)上，根據(jù)Natural Break對(duì)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地景觀安全進(jìn)行分級(jí)，可分為4個(gè)級(jí)別：Ⅰ級(jí)區(qū)(ES≤1)、Ⅱ級(jí)區(qū)(ES≤0.86)、Ⅲ級(jí)區(qū)(ES≤0.80)、Ⅳ級(jí)區(qū)(ES≤0.47)，分級(jí)結(jié)果如圖2所示，Ⅰ級(jí)區(qū)主要位于孫坊鎮(zhèn)、白鷺鄉(xiāng)、白陂鄉(xiāng)，Ⅱ級(jí)區(qū)主要分布于劉家橋鄉(xiāng)、三山鄉(xiāng)、石莊鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，Ⅲ級(jí)區(qū)主要分布于巴山鎮(zhèn)、馬鞍鎮(zhèn)、河上鎮(zhèn)等區(qū)域，分布范圍較大，Ⅳ級(jí)則為相山鎮(zhèn)。

表3 耕地綜合質(zhì)量級(jí)別4種空間集聚類(lèi)型統(tǒng)計(jì)Tab.3 Statistics of four types of spatial agglomeration in comprehensive quality level of cultivated land

表4 崇仁縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)景觀格局指數(shù)計(jì)算結(jié)果Tab.4 Calculation results of landscape pattern index of each township in Chongren County

圖2 崇仁縣景觀生態(tài)安全級(jí)別與耕地分區(qū)劃分Fig.2 Landscape ecological security level and division of cultivated land in Chongren County

2.3 耕地分區(qū)劃定

通過(guò)對(duì)耕地的綜合質(zhì)量的考量和綜合質(zhì)量空間自相關(guān)類(lèi)型的劃分，獲知崇仁縣耕地綜合質(zhì)量較高，綜合質(zhì)量空間聚類(lèi)效果較好的耕地分布范圍，而根據(jù)與耕地景觀生態(tài)安全劃定結(jié)果對(duì)比可知，耕地綜合質(zhì)量聚類(lèi)關(guān)系良好的區(qū)域與景觀生態(tài)安全高等級(jí)區(qū)分布范圍有所差異，兩者間存在一定的重疊范圍，但也存在相當(dāng)面積的差異區(qū)，因此，在結(jié)合前人研究基礎(chǔ)上[17]，根據(jù)各耕地綜合質(zhì)量聚類(lèi)關(guān)系和景觀生態(tài)安全級(jí)別兩者對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)行耕地分區(qū)的劃分，劃分結(jié)果可由優(yōu)至劣分為優(yōu)先保護(hù)區(qū)、重點(diǎn)保護(hù)區(qū)、重點(diǎn)整治區(qū)和后備整治區(qū)(表5)。

(1)優(yōu)先保護(hù)區(qū)。該區(qū)耕地主要分布于H-H聚集區(qū)，景觀生態(tài)安全等級(jí)Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)區(qū)，面積為80.95 km2,占崇仁縣耕地總面積的20.95%，占H-H聚集總面積的65.54%，其圖斑個(gè)數(shù)較多(10 790個(gè))，平均斑塊面積較小(7 502.54 m2)，空間分布上主要集中于孫坊鎮(zhèn)、白鷺鄉(xiāng)、石莊鄉(xiāng)等區(qū)域，具有最優(yōu)越的綜合質(zhì)量聚類(lèi)關(guān)系，較高的景觀生態(tài)安全等級(jí)，此區(qū)域耕地連片程度高，土壤質(zhì)地好，排水灌溉條件優(yōu)越，同時(shí)其景觀脆弱指數(shù)、景觀分離指數(shù)較低，從其自身綜合條件和景觀生態(tài)安全條件來(lái)看，均為最適宜劃為永久基本農(nóng)田的區(qū)域，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先劃為永久基本農(nóng)田進(jìn)行保護(hù)。

(2)重點(diǎn)保護(hù)區(qū)。該區(qū)耕地主要分布于H-L聚集與景觀生態(tài)安全等級(jí)Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)區(qū)的重疊區(qū)，H-H聚集與景觀生態(tài)安全等級(jí)Ⅲ級(jí)區(qū)重疊區(qū)，面積為52.15 km2,占崇仁縣耕地總面積的13.50%，其圖斑個(gè)數(shù)最少，有5 316個(gè)圖斑，平均斑塊面積最大(9 810.92 m2)，主要分布于河上鎮(zhèn)、桃源鄉(xiāng)等區(qū)域，該區(qū)域耕地主要分布于城鎮(zhèn)周邊，具有較高的耕作便捷度和交通通達(dá)度，耕地自然質(zhì)量較好，其景觀生態(tài)安全指數(shù)較高或與聚類(lèi)關(guān)系較匹配，是永久基本農(nóng)田重點(diǎn)劃定區(qū)域，而此類(lèi)耕地往往距離中心城鎮(zhèn)、道路干線的距離較近，容易被城市的擴(kuò)張等人為因素破壞，是亟需進(jìn)行永久基本農(nóng)田劃定的重點(diǎn)區(qū)域，其劃為永久基本農(nóng)田的優(yōu)先程度應(yīng)僅低于優(yōu)先保護(hù)區(qū)。

(3)重點(diǎn)整治區(qū)。該區(qū)耕地面積為86.03 km2,占崇仁縣耕地總面積的22.27%，其圖斑個(gè)數(shù)較少，平均斑塊面積約為8 776.54 m2，主要分布于低值聚集區(qū)、無(wú)顯著聚集區(qū)以及聚類(lèi)關(guān)系與景觀生態(tài)安全協(xié)調(diào)程度較低的區(qū)域，主要于許坊鄉(xiāng)、河上鎮(zhèn)、巴山鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布，分布較為分散，該區(qū)域耕地自然條件普遍較差，排水灌溉等基礎(chǔ)設(shè)施不夠完善，交通便捷程度較差，部分耕地景觀安全級(jí)別較高，但與耕地聚集關(guān)系不匹配。應(yīng)當(dāng)因地制宜的進(jìn)行土地差別化整治，從健全排水灌溉設(shè)施、改善耕地自然屬性、提高耕地管理水平、耕地規(guī)整等措施進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼?，以進(jìn)一步提升耕地的聚集效果與景觀生態(tài)安全等級(jí)，從而劃入永久基本農(nóng)田。

(4)后備整治區(qū)。該區(qū)耕地面積為167.19 km2,占崇仁縣耕地總面積的43.28%，是崇仁縣耕地分區(qū)中面積最大的一類(lèi)，其圖斑個(gè)數(shù)最多，平均斑塊面積約為8 670.57 m2，主要分布于低值聚集區(qū)、無(wú)顯著聚集區(qū)、景觀生態(tài)安全等級(jí)Ⅳ級(jí)區(qū)，包括馬鞍鎮(zhèn)、相山鎮(zhèn)、白陂鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，分布較為連片和集中，該區(qū)域耕地自然屬性多數(shù)較差，如土壤質(zhì)地與剖面構(gòu)型等條件弱于其他區(qū)域耕地，而其所在區(qū)域的地形條件、交通條件也明顯弱于其他耕地。此區(qū)域耕地耕作難度大，耕作投入產(chǎn)出比低，不太適宜作為永久基本農(nóng)田區(qū)的劃定范圍，但可以根據(jù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)耕地保護(hù)和糧食產(chǎn)量的要求，通過(guò)選取具有發(fā)展?jié)摿?、易于改善的耕地進(jìn)行集中整治，將其發(fā)展成為永久基本農(nóng)田后備區(qū)。

表5 耕地分區(qū)劃分規(guī)則Tab.5 Division rule of cultivated land

2.4 永久基本農(nóng)田劃定結(jié)果

根據(jù)崇仁縣永久基本農(nóng)田劃定任務(wù)要求，需劃入永久基本農(nóng)田305.94 km2，根據(jù)前文中的耕地分區(qū)劃分結(jié)果，將處于優(yōu)先保護(hù)區(qū)、重點(diǎn)保護(hù)區(qū)的耕地優(yōu)先劃入永久基本農(nóng)田，重點(diǎn)整治區(qū)與后備整治區(qū)的耕地有選擇性劃入永久基本農(nóng)田，在劃定過(guò)程中，以永久基本農(nóng)田的內(nèi)涵為理論基礎(chǔ)，在綜合考慮耕地綜合質(zhì)量、綜合質(zhì)量空間聚集效果、耕地景觀安全指數(shù)、避免頻繁調(diào)整與補(bǔ)劃的基礎(chǔ)上進(jìn)行，劃定過(guò)程中兼顧城市開(kāi)發(fā)邊界、生態(tài)紅線等相關(guān)劃定工作，努力實(shí)現(xiàn)永久基本農(nóng)田數(shù)量、質(zhì)量和生態(tài)“三位一體”的最優(yōu)化。劃定結(jié)果顯示(圖3)，崇仁縣永久基本農(nóng)田劃定范圍主要于河上鎮(zhèn)、孫坊鎮(zhèn)、白鷺鄉(xiāng)、郭圩鄉(xiāng)、石莊鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)有著較大面積的連片分布，于巴山鎮(zhèn)、馬鞍鎮(zhèn)、相山鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)有著較為零散的分布，根據(jù)數(shù)量關(guān)系分析結(jié)果顯示(表6)：優(yōu)先保護(hù)區(qū)的永久基本農(nóng)田主要分布于白鷺鄉(xiāng)、航埠鎮(zhèn)、孫坊鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，其面積分別占永久基本農(nóng)田面積的4.49%、5.06%、7.85%，斑塊數(shù)量分別占永久基本農(nóng)田面積的6.33%、6.02%、13.12%；重點(diǎn)保護(hù)區(qū)中的永久基本農(nóng)田劃定范圍主要分布于河上鎮(zhèn)、郭圩鄉(xiāng)，其面積分別占總面積的4.60%、5.66%，斑塊數(shù)量占總量的4.80%、5.28%；重點(diǎn)整治區(qū)中巴山鎮(zhèn)、郭圩鄉(xiāng)、河上鎮(zhèn)、桃源鄉(xiāng)分別有11.29、12.85、17.91、9.23 km2耕地劃為永久基本農(nóng)田，分別占永久基本農(nóng)田面積的3.69%、4.20%、5.85%、3.02%，斑塊數(shù)量占總量的5.13%、4.88%、6.67%、2.84%；后備整治區(qū)中各鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布的斑塊均較少，在巴山鎮(zhèn)、馬鞍鎮(zhèn)、相山鎮(zhèn)有較大面積的分布，分別占永久基本農(nóng)田的4.55%、4.35%、5.82%。劃入永久基本農(nóng)田的耕地自然條件較為優(yōu)越，多數(shù)位于集鎮(zhèn)周邊與交通干線周邊，分布集中連片，有效避免了永久基本農(nóng)田劃定結(jié)果過(guò)于分散的問(wèn)題，也為永久基本農(nóng)田的保護(hù)和管理工作提供了很大的便利。

2.5 永久基本農(nóng)田劃定結(jié)果對(duì)比

根據(jù)永久基本農(nóng)田劃定結(jié)果，結(jié)合《崇仁縣永久基本農(nóng)田劃定成果(2017年)》，將使用傳統(tǒng)劃定方式劃定的永久基本農(nóng)田成果與本研究所采用的基于耕地綜合質(zhì)量、綜合質(zhì)量聚類(lèi)關(guān)系、景觀生態(tài)安全劃定的永久基本農(nóng)田結(jié)果進(jìn)行對(duì)比(表7)，結(jié)果表明，本研究劃定的永久基本農(nóng)田平均斑塊面積顯著大于傳統(tǒng)劃定方式，降低了零散耕地劃入永久基本農(nóng)田的比例；本研究采用的劃定方式將平均耕地質(zhì)量國(guó)家利用等別由傳統(tǒng)劃定方式下的6.40提高到了6.58，將國(guó)家利用等別較高的優(yōu)質(zhì)耕地更多地劃入了永久基本農(nóng)田；新劃定方式下的永久基本農(nóng)田平均耕地綜合質(zhì)量分值為67.97，高出傳統(tǒng)劃定方式2.84，平均景觀生態(tài)安全指數(shù)則高出傳統(tǒng)劃定方式0.06。綜合以上分析可知，本研究所采用的方法將耕地綜合質(zhì)量、局部自相關(guān)性、景觀格局考慮到基本農(nóng)田劃定中，劃入的耕地更符合永久基本農(nóng)田的要求，有助于基本農(nóng)田長(zhǎng)期的管理和保護(hù)。

圖3 崇仁縣永久基本農(nóng)田分布圖Fig.3 Distribution map of permanent basic farmland in Chongren County

鄉(xiāng)鎮(zhèn)名優(yōu)先保護(hù)區(qū)重點(diǎn)保護(hù)區(qū)重點(diǎn)整治區(qū)后備整治區(qū)面積/km2面積占比/%斑塊數(shù)斑塊占比/%面積/km2面積占比/%斑塊數(shù)斑塊占比/%面積/km2面積占比/%斑塊數(shù)斑塊占比/%面積/km2面積占比/%斑塊數(shù)斑塊占比/%巴山鎮(zhèn)00003.451.133731.4111.293.6913605.1313.924.554721.78白陂鄉(xiāng)0.600.20560.212.350.772130.804.711.545201.964.731.551470.55白鷺鄉(xiāng)13.734.4916796.330.050.01100.040.620.20860.320.170.0650.02郭圩鄉(xiāng)000014.084.6014015.2812.854.2012944.883.151.03730.28航埠鎮(zhèn)15.485.0615956.020.230.08180.073.141.034031.520.220.0780.03河上鎮(zhèn)000017.335.6612744.8017.915.8517706.677.572.482500.94禮陂鎮(zhèn)5.001.635352.021.530.501810.684.341.425702.152.650.87910.34六家橋鄉(xiāng)5.921.937742.922.260.742761.046.051.988333.146.872.242020.76馬鞍鎮(zhèn)00000.270.09230.091.570.512170.8213.294.353951.49三山鄉(xiāng)0.400.13610.231.910.621550.580.480.16640.248.442.762731.03石莊鄉(xiāng)15.635.1112694.790.310.10250.091.610.531880.711.200.39350.13孫坊鎮(zhèn)24.017.85347813.120.390.13540.203.631.195482.070.260.09110.04桃源鄉(xiāng)00002.640.861390.529.233.027532.843.811.251170.44相山鎮(zhèn)000000003.521.153481.3117.805.823551.34許坊鄉(xiāng)00005.071.665712.155.081.668483.203.201.041210.46合計(jì)80.7626.40944735.6351.8716.95471317.7786.0328.13980236.9687.2828.5525559.64

表7 永久基本農(nóng)田劃定成果對(duì)比Tab.7 Comparison of achievement of permanent basic farmland

3 結(jié)論

(1)由耕地綜合質(zhì)量及綜合質(zhì)量自相關(guān)分析可知，耕地綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)分值較高的地塊分布主要集中于孫坊鎮(zhèn)、航埠鎮(zhèn)、白鷺鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)；分值較低的區(qū)域多分布于郭圩鄉(xiāng)、許坊鄉(xiāng)、河上鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。高-高聚集與高-低聚集區(qū)多分布于河上鎮(zhèn)、石莊鄉(xiāng)、孫坊鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，低-高聚集與低-低聚集多分布于馬鞍鎮(zhèn)、白陂鄉(xiāng)、香山鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，高-高聚集與高-低聚集區(qū)具有較高的耕地質(zhì)量和良好的聚集效果，更適宜劃為永久基本農(nóng)田。

(2)根據(jù)各景觀生態(tài)安全指數(shù)的計(jì)算結(jié)果可知，景觀生態(tài)安全程度較高的區(qū)域主要位于孫坊鎮(zhèn)、白鷺鄉(xiāng)、白陂鄉(xiāng)、三山鄉(xiāng)、石莊鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，巴山鎮(zhèn)、馬鞍鎮(zhèn)、河上鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)景觀生態(tài)安全程度較低，相山鎮(zhèn)最低。根據(jù)耕地綜合質(zhì)量空間聚類(lèi)關(guān)系與景觀生態(tài)安全格局的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行永久基本農(nóng)田劃定，對(duì)提高永久基本農(nóng)田的聚集性與穩(wěn)定性有重要的意義。