漢源縣耕地利用等別空間分布特征研究

周佳松 夏建國 龍丹

摘要 耕地資源是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)性資源，科學(xué)判定耕地空間分布特征，對(duì)促進(jìn)耕地保護(hù)及空間優(yōu)化布局等方面具有重要意義。選用耕地質(zhì)量的國家利用等別，應(yīng)用空間自相關(guān)分析方法來探究漢源縣耕地利用等別空間分布特征。結(jié)果表明：①漢源縣耕地質(zhì)量狀況較好，耕地利用等別主要分布在7～11等，7～8等為高等質(zhì)量地，占全縣耕地面積的10.27%;9～11等為中等質(zhì)量地，占全縣耕地面積的89.73%;高等地主要分布在唐家鄉(xiāng)、富春鄉(xiāng)、九襄鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，中等地各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有分布。②全局自相關(guān)結(jié)果顯示，全局Morans I指數(shù)為0.648 947，漢源縣耕地質(zhì)量有顯著空間集聚性，局部自相關(guān)結(jié)果顯示漢源縣中部有低—低的低值聚集區(qū)和四周有高—高的高值聚集區(qū)2個(gè)顯著相關(guān)性區(qū)域，高—低聚集區(qū)和低—高聚集區(qū)零星分布區(qū)域。該研究結(jié)果可為調(diào)整和補(bǔ)劃基本農(nóng)田、評(píng)價(jià)更新耕地質(zhì)量、管理土地資源及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 耕地利用等別;空間自相關(guān)分析;空間分布特征;漢源縣

Abstract Cultivated lands are among the most fundamental resources for the existence and development of mankind. Scientific analysis of the spatial distribution characteristics of cultivated land utilization grade is highly useful in the protection and resource optimization of cultivated lands. Based on the national cultivated land quality grade， the spatial distribution characteristics of cultivated land utilization grade in Hanyuan County was studied by using spatial autocorrelation analysis method. The results showed that ①The cultivated land utilization grade in Hanyuan County was good and mainly distributed from level 7 to 11. Level 7-8 was the highgrade land， accounting for 10.27% of cultivated land area in Hanyuan County， which was mainly distributed in Tangjia， Fuxiang and Jiuxiang towns. Level 9-11 was mediumgrade land， up to 89.63% of the cultivated land area in Hanyuan County and distributed in all villages and towns. ②The global autocorrelation results show that the global Morans I is about 0.648 947， indicating that the quality of cultivated land in Hanyuan County has significant characteristics of spatial agglomeration. The local autocorrelation results show that there are two significant correlation regions， the lowlow low value accumulation area in the middle and the highhigh high value accumulation area in the surrounding， while the highlow and lowhigh accumulation areas are scattered sporadically. The research results provide scientific evidence to adjust and rearrange basic farmlands， to evaluate and update the quality of cultivated land， to manage land resources and promote agricultural production.

Key words Cultivated land utilization grade;Spatial autocorrelation analysis;Spatial distribution characteristics;Hanyuan County

耕地是人類賴以生存的基本資源和重要的農(nóng)業(yè)資源。耕地質(zhì)量可以保證國家糧食安全和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全[1]。從分布范圍來看，我國的耕地質(zhì)量總體偏低，呈現(xiàn)優(yōu)等地分布范圍小、數(shù)量少，低等地?cái)?shù)量多、分布廣泛，各省域內(nèi)、省際間的耕地等別存在復(fù)雜的分異規(guī)律[2-3]。從空間分布上看，耕地質(zhì)量存在空間聚集性差異性的特征。當(dāng)前，我國不斷推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進(jìn)程，調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，占用了大量耕地資源[4]。這致使我國耕地資源數(shù)量持續(xù)減少，且減少的大部分屬于優(yōu)質(zhì)耕地，加上我國后備耕地資源嚴(yán)重不足，這些因素加劇了我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與耕地資源保護(hù)的矛盾，嚴(yán)重阻礙我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。通過開展耕地質(zhì)量等別監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)工作，我國形成了較齊全的耕地質(zhì)量數(shù)據(jù)。對(duì)這些數(shù)據(jù)處理和分析，掌握耕地資源質(zhì)量空間分布格局及其動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，把握影響空間演變的主要因素，對(duì)優(yōu)化耕地質(zhì)量空間布局與合理利用土地等具有重要意義，同時(shí)也為耕地保護(hù)和建設(shè)提供依據(jù)[5-6]。

眾多學(xué)者對(duì)耕地質(zhì)量空間分布作出了不同的貢獻(xiàn)，國外學(xué)者的研究側(cè)重于較為微觀的方面，主要針對(duì)耕地的物理指標(biāo)、化學(xué)指標(biāo)以及生物指標(biāo)展開研究[7-8]，國內(nèi)學(xué)者主要研究區(qū)域尺度大耕地質(zhì)量等別分布變化、質(zhì)量空間分布格局、影響因素等方面[9-10]?？傮w來看，目前多是對(duì)全國或省級(jí)等較大尺度范圍的耕地質(zhì)量空間特性分析研究，而缺少對(duì)縣級(jí)區(qū)域的研究[11-13]。筆者選用耕地質(zhì)量等別的國家利用等別，應(yīng)用空間自相關(guān)分析方法探究漢源縣耕地質(zhì)量等別空間分布格局，為漢源縣調(diào)整和補(bǔ)劃基本農(nóng)田、評(píng)價(jià)更新耕地質(zhì)量、管理土地資源及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

漢源縣（102°16′～103°01′E、29°05′～29°43′N）轄于四川省雅安市，位于橫斷山脈北段的東部邊緣，屬川西高原與四川盆地的過渡帶。流沙河貫穿南北，大渡河橫貫東西，形成中部低平，四周環(huán)山的河谷區(qū)，海拔550～4 021 m，縣城海拔低，由縣城向四周海拔逐漸遞增，全縣南北長(zhǎng)70.1 km，東西寬71.4 km。東至樂山金口河、眉山洪雅縣，西至瀘定縣和雅安市石棉縣，南至涼山彝族自治州甘洛縣，北至雅安市滎經(jīng)縣?？h城位于富林鎮(zhèn)，距成都市210 km，距雅安市81 km[14]。

漢源縣耕地質(zhì)量空間分布特征研究范圍是全縣行政轄區(qū)范圍內(nèi)的所有耕地，包括水田、旱地。具體范圍包括8個(gè)鎮(zhèn)、32個(gè)鄉(xiāng)轄區(qū)范圍內(nèi)的耕地，耕地總面積為28 665.60 hm2。

2 數(shù)據(jù)來源與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源于2017年漢源縣耕地質(zhì)量等別更新評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

使用GIS軟件完成屬性數(shù)據(jù)的編輯、提取、管理以及制作耕地質(zhì)量利用等別圖和離散圖;使用Excel軟件完成等別面積量算統(tǒng)計(jì)、制作表格。

2.2.1 GIS數(shù)據(jù)管理、提取和空間分析。

GIS具有數(shù)據(jù)提取、管理和空間分析的功能，通過提取圖件中的屬性資料，可以導(dǎo)出dbf文件，完成面積的匯總，同時(shí)也能為耕地分等提供技術(shù)平臺(tái)，生成耕地質(zhì)量等別分布圖、耕地質(zhì)量等別離散圖，能分析漢源縣耕地質(zhì)量分布特征和空間相關(guān)性[15-17]。

2.2.2 Excel數(shù)據(jù)分析。

Excel有函數(shù)和計(jì)算的功能，可打開GIS空間數(shù)據(jù)庫中輸出的dbf文件，通過應(yīng)用其函數(shù)和計(jì)算功能[18]，計(jì)算導(dǎo)出的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和分析，制作耕地面積匯總表。

2.2.3 空間自相關(guān)分析。

空間自相關(guān)是指同一分布區(qū)域內(nèi)某些變量之間的相互依賴關(guān)系?？臻g自相關(guān)分析能確定某一變量在空間上是否相關(guān)及其相關(guān)程度?？臻g自相關(guān)度量空間分布需同時(shí)根據(jù)要素的空間位置和要素屬性值度量。最常用空間自相關(guān)的指標(biāo)和方法的是Morans I統(tǒng)計(jì)，其統(tǒng)計(jì)量一般可分為局部空間自相關(guān)、全局空間自相關(guān)2種[12]。

（1）全局自相關(guān)。

全局空間自相關(guān)是對(duì)整個(gè)區(qū)域中地理要素屬性值的空間特征描述。全局Morans I指數(shù)可分析該區(qū)域的總體空間相關(guān)性和空間差異的平均程度[19-20]。故該文選取全局Morans I指數(shù)來檢測(cè)全局空間自相關(guān)程度，其計(jì)算模型如下：

式中：n為樣本量，xi、xj分別為空間位置i和j上的觀測(cè)值，wij表示空間位置i和j的鄰近關(guān)系，當(dāng)i和j為鄰近的空間位置時(shí)wij=1;反之wij=0。全局Morans I的取值介于[-1，1]。標(biāo)準(zhǔn)化Z值常用檢驗(yàn)全局Morans I指數(shù)的顯著性水平，其計(jì)算公式如下：

式中：E（I）、VAR（I）分別表示Morans I的期望值和方差。若Z值為正且顯著時(shí)，表明存在正的空間自相關(guān)，也就是說相似的觀測(cè)值（高值或低值）有空間集聚性;若當(dāng)Z值為負(fù)且呈顯著時(shí)，則表明存在負(fù)的空間自相關(guān)，并且類似的觀測(cè)值趨向于分散分布;當(dāng)Z值為零時(shí)，不具有相關(guān)性，觀測(cè)值為獨(dú)立隨機(jī)分布。

（2）局部自相關(guān)。

全局空間自相關(guān)是對(duì)整個(gè)研究區(qū)域的總體描述，但由于局部空間的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等其他因素的不同，其并不能很好的反映，所以就需要探討研究區(qū)的局部空間自相關(guān)。

在隨機(jī)分布的假設(shè)下，用標(biāo)準(zhǔn)化形式Z檢驗(yàn)局域Morans I系數(shù)的顯著性水平。利用GIS軟件可在Z檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上繪制LISA圖[21]。

3 結(jié)果與分析

3.1 耕地質(zhì)量利用等別數(shù)量分布特征

按照《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》（GB/T 28407-2012），利用2017年農(nóng)用地分等成果及其他相關(guān)資料對(duì)耕地質(zhì)量等別評(píng)價(jià)，取得了漢源縣耕地利用等別成果。利用GIS軟件的數(shù)據(jù)管理、提取功能，提取圖件中的屬性資料，生成2015年全縣耕地國家利用等別圖（圖1）。

全國耕地共分為15等，按照13～15等劃分為低等地，9～12等為中等地、5～8等為高等地、1～4等為優(yōu)等地。漢源縣耕地利用等別區(qū)間為7～11等，為中、高等地。其中以10等地分布最多，占全縣耕地面積的44.52%，其面積為12 706.01 hm2;其次是11等地和9等地，其面積分別為5 911.77、7 049.56 hm2，分別占全縣耕地面積的20.62%、24.59%;7等地和8等地較少，其面積分別占全縣耕地面積的8.02%和2.25%（表1）。

3.2 耕地質(zhì)量利用等別區(qū)域分布特征

漢源縣耕地質(zhì)量利用等別有明顯的差異，鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地利用等別為7～11等，屬于中、高等質(zhì)量耕地（圖1）。漢源縣耕地質(zhì)量等別總體呈中間低、四周高的分布特征，即漢源中部耕地質(zhì)量高，四周耕地質(zhì)量低。

如表2所示，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地?cái)?shù)量差別較大，九襄鎮(zhèn)、宜東鎮(zhèn)、桂賢鄉(xiāng)、富莊鎮(zhèn)耕地?cái)?shù)量較多，均大于1 000 hm2，其中以九襄鎮(zhèn)耕地?cái)?shù)量最多，其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積在200～1 000 hm2。從耕地質(zhì)量利用等別空間分布上來看，漢源縣耕地質(zhì)量9～11等分布廣泛，幾乎各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有分布，只有萬工鄉(xiāng)無10等地和11等地，西溪鄉(xiāng)無11等地。相反7～8等耕地等別分布較為聚集，僅分布在17個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。耕地質(zhì)量相對(duì)較差的區(qū)域主要分布在三交鄉(xiāng)、建黎鄉(xiāng)、片馬彝族鄉(xiāng)、前域鄉(xiāng)、后域鄉(xiāng)、富鄉(xiāng)鄉(xiāng)、坭美彝族鄉(xiāng)、永利彝族鄉(xiāng)、順河彝族鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地利用等別為9～11等，無7等地、8等地分布。其中三交鄉(xiāng)、建黎鄉(xiāng)、坭美彝族鄉(xiāng)、永利彝族鄉(xiāng)、順河彝族鄉(xiāng)耕地質(zhì)量等別僅為10等、11等，耕地質(zhì)量相對(duì)最差。這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)大多位于高寒山區(qū)，大多是高山和坡地，氣候潮濕，水源稀少，耕地?cái)?shù)量少，土地貧瘠，土壤質(zhì)地干硬，自然條件差，土地利用效率和利用程度低。耕地質(zhì)量較好的區(qū)域主要分布在富莊鎮(zhèn)、大嶺鄉(xiāng)、富泉鄉(xiāng)、河西鄉(xiāng)、西溪鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地質(zhì)量等別雖多為9～11等，但含有少量7等、8等耕地分布。耕地質(zhì)量相對(duì)最好的區(qū)域主要分布在九襄鎮(zhèn)、唐家鄉(xiāng)、富春鄉(xiāng)、雙溪鄉(xiāng)、桂賢鄉(xiāng)、大田鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，這些區(qū)域耕地質(zhì)量利用等別為7等、8等分布數(shù)量相對(duì)最多，其中以九襄鎮(zhèn)的耕地質(zhì)量利用等別為7等的數(shù)量最多，其耕地質(zhì)量最好。這些區(qū)域內(nèi)耕地?cái)?shù)量多且較為集中，地形坡度較小，臨近河流，水利設(shè)施比較完善，離建制鎮(zhèn)和村莊距離較近，交通便利，土地利用效率和利用程度高。

3.3 耕地利用等別空間分布的相關(guān)性分析

3.3.1 耕地利用等別的全局自相關(guān)分析。

筆者主要運(yùn)用Arc GIS中的Spatial Statistics模塊計(jì)算完成，用Morans I檢驗(yàn)漢源縣耕地質(zhì)量是否存在顯著的空間自相關(guān)，并使用近似正態(tài)分布假設(shè)來檢驗(yàn)其顯著性?？臻g權(quán)重是在局域空間自相關(guān)分析的基礎(chǔ)上，用于度量空間單元之間在位置上的依賴程度[22]。該研究選擇距離權(quán)重矩陣參與比較計(jì)算。首先作出假設(shè)：

H0：漢源縣耕地質(zhì)量不存在空間自相關(guān);

H1：漢源縣耕地質(zhì)量存在空間自相關(guān)。

運(yùn)用公式（1）（2）對(duì)漢源縣的耕地質(zhì)量數(shù)據(jù)分析，結(jié)果如圖2所示，Morans I指數(shù)值為0.648 947，Z得分為415.118 970，表明空間分布上存在顯著的正相關(guān)性，拒絕H0，接受H1，即耕地質(zhì)量存在顯著空間聚集性，即低質(zhì)量等別耕地與低質(zhì)量等別耕地相鄰，反之高質(zhì)量等別耕地與高質(zhì)量等別耕地相鄰，由此說明漢源縣的耕地質(zhì)量存在較強(qiáng)的空間關(guān)聯(lián)性。

3.3.2 耕地利用等別的局部自相關(guān)分析。

局部空間自相關(guān)是檢驗(yàn)具有空間位置某要素的觀測(cè)值與鄰近地區(qū)該觀測(cè)值的空間差異程度，通常用LISA聚類圖來體現(xiàn)，其目的在于分析全局顯著相關(guān)的情況下，分析相鄰空間單元之間空間變量的相關(guān)程度，局部Morans I值是對(duì)全局 Morans I的分解，反映的是各單元的空間集聚程度。通過計(jì)算單元Morans I值，并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，生成局部空間自相關(guān)LISA聚類分布（圖3）。圖3中黃色是高—高關(guān)聯(lián)的聚集點(diǎn)，表示該耕地圖斑及周圍圖斑耕地質(zhì)量利用等別高于全區(qū)該觀測(cè)值的均值，具有較強(qiáng)的空間聚集性;藍(lán)色代表低—低關(guān)聯(lián)聚集點(diǎn)，表示耕地質(zhì)量利用等別低于全區(qū)該觀測(cè)值的均值，具有較強(qiáng)的空間聚集性;紅色和玫紅色則是高—低和低—高的關(guān)聯(lián)點(diǎn)，說明這些耕地圖斑與周圍耕地圖斑有較強(qiáng)的空間異質(zhì)性，空間聚集性不強(qiáng);而未通過局部Morans I顯著性檢驗(yàn)的呈灰色，代表具有低空間集聚性。

由圖3和表3可知，漢源縣52.60%的耕地呈無顯著空間相關(guān)性，這個(gè)區(qū)域分布較為分散和廣泛，各個(gè)地區(qū)均有分布，多分布在漢源縣四周。漢源縣耕地有47.4%具有空間顯著相關(guān)性，顯著相關(guān)性主要集中在漢源縣中部的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。其中高—高聚集區(qū)的比例最大達(dá)23.71%，分布較為分散，主要分布在前域鄉(xiāng)、富鄉(xiāng)鄉(xiāng)、安樂鄉(xiāng)、片馬彝族鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，有分布在縣域四周的空間分布特征。這些是由研究區(qū)內(nèi)中等質(zhì)量的耕地圖斑及其周邊耕地質(zhì)量平均水平中等的耕地圖斑組成;其次低—低聚集區(qū)比例為20%，主要分布漢源縣中部即在九襄鎮(zhèn)、富春鎮(zhèn)、大田鄉(xiāng)、萬工鄉(xiāng)、桂賢鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，大體趨勢(shì)是從中部向兩邊遞減，該區(qū)域耕地質(zhì)量等別多為7等、8等，耕地質(zhì)量高;高—低和低—高2個(gè)區(qū)域的面積總體較小，分別為2.42%和0.51%，主要是零星地分布在低—低、高—高2種集聚地的附近區(qū)域，其空間相關(guān)性較小。從表3中可得到各聚類區(qū)等別面積分布情況，該研究區(qū)內(nèi)高—高集聚區(qū)為10等、11等地，且以11等較多，利用等別較高，屬于中等質(zhì)量耕地;低—低則主要分布有 7～9等地，且以7 等、9等居多，利用等別較低，質(zhì)量較好;高—低集聚區(qū)為10等、11等地;低-高集聚區(qū)為7～9 等地，多為9等地。

4 結(jié)論

（1）漢源縣耕地質(zhì)量利用等別分布在7～11等，耕地質(zhì)量總體為中、高等，其中10.27% 的耕地處在高等地水平，89.73%的耕地處在中等地水平，總體耕地質(zhì)量較好。

（2）漢源縣耕地質(zhì)量利用等別空間分布不平衡，受地形地貌、土地利用水平和水資源分布影響較大，總體呈現(xiàn)中間耕地質(zhì)量高、兩邊耕地質(zhì)量低的特點(diǎn)，即高等地主要分布在漢源縣中部的富春鎮(zhèn)、大田鄉(xiāng)、九襄鎮(zhèn)、萬工鄉(xiāng)、桂賢鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn);中等地主要分布在四周的片馬彝族鄉(xiāng)、前域鄉(xiāng)、后域鄉(xiāng)、富鄉(xiāng)鄉(xiāng)、坭美彝族鄉(xiāng)、永利彝族鄉(xiāng)、順河彝族鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。研究結(jié)果與該地區(qū)的實(shí)際情況相吻合，可為土地資源管理和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供依據(jù)。

（3）全局Morans I值為0.648 947，漢源縣耕地質(zhì)量具有顯著空間集聚性，局部自相關(guān)結(jié)果顯示有中部低—低低值聚集區(qū)和四周高—高高值聚集區(qū)兩個(gè)顯著相關(guān)性區(qū)域，高—低和低—高零星分布區(qū)域。這種空間分布特征可為改造中低產(chǎn)田土、評(píng)價(jià)更新耕地質(zhì)量、補(bǔ)劃和調(diào)整基本農(nóng)田等方面提供依據(jù)。

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