基于空間自相關的耕地質量空間差異特征及耕地保護分區(qū)
——以江西省上高縣為例

張 晗, 趙小敏, 歐陽真程, 郭 熙, 匡麗花, 李偉峰

(1.江西農(nóng)業(yè)大學 江西省鄱陽湖流域農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)重點實驗室/南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心, 南昌 330045; 2.江西農(nóng)業(yè)大學 國土資源與環(huán)境學院, 南昌 330045 ;3.江西農(nóng)業(yè)大學 土地科學研究所, 南昌 330045; 4.南京農(nóng)業(yè)大學 公共管理學院, 南京 210095)

耕地作為國家特殊的公共資源和土地資源中最為寶貴的自然資源，是糧食生產(chǎn)的根本和載體。耕地質量與國家糧食安全、生態(tài)安全和社會穩(wěn)定密切相關，是重要的生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間，也是促進社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的核心保障與物質基礎。當前，人均耕地不足、優(yōu)質耕地少、耕地后備資源不斷減少是我國基本的土地國情[1]，這使我國土地管理和耕地保護一直保持著較大的壓力，因此，提高耕地數(shù)量和質量，加強耕地質量建設、管理和耕地保護工作尤為關鍵。為此，國家先后出臺了《耕地質量等級》(GB/T 33469—2016)和《關于加強耕地保護和改進占補平衡的意見》(以下簡稱《意見》)等相關規(guī)程和文件，《耕地質量等級》和《意見》的發(fā)布旨在實施最嚴格的耕地保護制度，落實藏糧于地，藏糧于技戰(zhàn)略，著力加強耕地數(shù)量、質量和生態(tài)“三位一體”管護制度，以期在新形勢下要求進一步提高我國耕地質量管理與保護水平，使我國的耕地保護制度和占補平衡政策更加完善和成熟。

近年來，為強化我國耕地的綜合生產(chǎn)能力，健全耕地保護制度與補償機制，政府管理部門和學術界在耕地質量提升和保護等方面做了諸多深入的探索和研究，基于農(nóng)用地分等定級成果的耕地質量監(jiān)測與保護分區(qū)成為當前研究的熱點之一[2-5]。目前，國內(nèi)外耕地質量與保護的相關研究主要圍繞耕地質量的綜合評價[6-7]、評價指標與監(jiān)測體系的選取[8-9]、耕地質量動態(tài)變化與預警[10-11]、中低產(chǎn)田的質量改良[12]、耕地質量空間分布[13-14]、耕地數(shù)量質量并重管護[1]、耕地保護的經(jīng)濟補償[15]等方面。研究尺度多為國家、省級宏觀尺度，市級、縣級等中觀尺度[16]，研究方法以經(jīng)典統(tǒng)計法、GIS分析技術、地統(tǒng)計學等傳統(tǒng)方法為主[17]?？傮w而言，國內(nèi)耕地質量監(jiān)測、評價與保護體系已初步建立且日趨完善，極大地豐富了耕地質量的內(nèi)涵，為切實提升耕地質量水平和完善耕地保護體系提供了理論基礎和科學支撐，但從現(xiàn)有的耕地質量相關研究來看，尚存以下不足：首先，當前的耕地質量研究區(qū)域主要集中在典型和熱點區(qū)域如耕地變化較快區(qū)域、生態(tài)脆弱區(qū)域及生態(tài)敏感區(qū)域等，而針對南方丘陵紅壤區(qū)耕地質量的自然屬性、利用屬性和經(jīng)濟屬性的空間聚集特征的研究少有報道。其次，傳統(tǒng)方法缺乏從空間關聯(lián)角度定量研究耕地質量空間屬性對耕地保護的影響機制。為彌補上述不足，本文以2015年為研究時點，以上高縣耕地質量指數(shù)(國家自然等指數(shù)、利用等指數(shù)和經(jīng)濟等指數(shù))為空間變量，運用空間自相關分析方法，從縣級、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級和村級等中、微觀層面上定量研究上高縣耕地質量的空間集聚和異質性特征，綜合考慮耕地自然條件、利用情況和經(jīng)濟水平，將空間關聯(lián)程度作為“第四維”納入到耕地保護分區(qū)之中，提出符合研究區(qū)實際的耕地保護方案，以期為區(qū)域高標準基本農(nóng)田建設、耕地質量管理、耕地保護與分區(qū)和空間優(yōu)化布局提供借鑒參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

上高縣位于江西省西北部，錦江(屬贛江支流)中游，屬宜春市，地理位置為114°28′—115°10′E，北緯28°02′—28°25′N。境內(nèi)地勢比較平緩，由西南向東北傾斜，地貌以山地、丘陵、平原為主，分別占全縣總面積的1.76%，65.79%，32.45%。上高縣屬亞熱帶季風氣候，氣候濕潤溫暖，雨量充沛，日照充足，無霜期長，四季分明。年平均氣溫為17.5°C，累年平均日照時數(shù)為1 709.9 h，年平均降雨量1 655.3 mm，無霜期為267 d。境內(nèi)水系發(fā)達，錦江自西向東橫貫全境，其支流呈葉脈狀分布全縣。上高縣土壤肥沃，土壤類型多樣，共分為6個土類，14個亞類，40個土屬，72個土種，適宜各種農(nóng)作物的栽種，土壤主要有水稻土、紅壤、草甸土、紫色土、石灰石土和山地黃壤六種類型。

2014年全縣土地總面積134 722.70 hm2，耕地面積為34 660.08 hm2，占土地總面積的25.73%，其中，水田面積27 082.97 hm2，水澆地20.24 hm2，旱地7 556.87 hm2。上高縣下轄1個街道辦事處、9個鎮(zhèn)、5個鄉(xiāng)和1個林場，209個行政村(社區(qū)及居委會)。2014年末全縣總人口37.79萬人，農(nóng)業(yè)人口27.18萬人，農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值達4.43億元，全年糧食總產(chǎn)量34.16萬t。上高縣位于我國長江中下游江南丘陵山地農(nóng)林區(qū)，是典型的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大縣和重要商品糧生產(chǎn)基地，享有“贛中糧倉”之美譽。上高縣作為國土資源部耕地質量監(jiān)測試點縣，因此，研究該區(qū)域耕地質量的空間差異特征及耕地保護分區(qū)具有典型性和代表性。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文以國土資源部耕地質量監(jiān)測試點上高縣為研究對象，所采用的數(shù)據(jù)分別來源于2014年上高縣國土局和農(nóng)業(yè)局等。主要數(shù)據(jù)包括 (1) 自然條件資料：土壤普查、水文地質調(diào)查、植被、地形地貌、氣候統(tǒng)計、標準耕作制度、自然災害等。(2) 基礎圖件與資料：土地利用總體規(guī)劃資料、上高縣2011年農(nóng)用地分等更新成果、2013年耕地質量等別更新數(shù)據(jù)、2013年土地利用現(xiàn)狀圖、行政區(qū)劃圖、地形圖、坡度圖、土壤質地圖、有效土層厚度圖、灌排圖、第二次土壤普查圖和空間分辨率為30 m的DEM圖等成果。(3) 數(shù)據(jù)庫成果：2013年上高縣耕地質量等別更新數(shù)據(jù)庫、第二次土地資源調(diào)查成果、土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫、農(nóng)用地分等數(shù)據(jù)庫和耕地地力評價數(shù)據(jù)庫等。(4) 社會經(jīng)濟與農(nóng)業(yè)區(qū)劃資料：上高縣農(nóng)業(yè)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟統(tǒng)計、耕地生產(chǎn)投入與產(chǎn)出水平、統(tǒng)計年鑒、農(nóng)田基本建設資料與農(nóng)作物產(chǎn)能資料等。

2 研究方法

2.1 耕地質量指數(shù)面積加權平均法

耕地質量指數(shù)和面積屬性是耕地重要的空間屬性，本文采用國家級自然等指數(shù)、利用等指數(shù)別和經(jīng)濟等指數(shù)與行政村耕地面積進行加權平均，以研究上高縣耕地自然質量、利用質量和經(jīng)濟質量的總體狀況及空間分異規(guī)律。國家級加權等指數(shù)越高，代表耕地質量越高，反之，則越低?？紤]到較大范圍尺度的空間分析難以表征耕地質量的內(nèi)部差異，而以耕地圖斑為空間單元進行空間自相關分析會導致結果辨識性差，故本文以行政村作為研究單元進行空間自相關分析。參照《江西省農(nóng)用地分等規(guī)程》，在ArcGIS 10.3軟件中，以400為間距將國家自然等指數(shù)轉化為國家自然等，以200為間距將國家利用等指數(shù)和國家經(jīng)濟等指數(shù)分別轉化為國家利用等和國家經(jīng)濟等。村級耕地質量指數(shù)采用下式計算[4]：

(1)

式中：Ri為第i個行政村的國家級平均耕地質量指數(shù)；Rij代表第i個行政村中第j塊圖斑的國家級耕地質量指數(shù)；Sij代表第i個行政村中第j塊耕地圖斑的面積。

2.2 全局空間自相關

Global Moran′sI指數(shù)可以全面測度區(qū)域空間要素屬性值聚合或離散的程度?；贏rcGIS 10.3和GeoDa軟件平臺，本文運用全局Moran′sI指數(shù)驗證上高縣和下轄各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的耕地質量指數(shù)的空間依賴程度，Global Moran′sI值在[-1，1]之間，I>0表示空間正相關，研究對象趨于空間聚合特征；I<0表示空間負相關，研究對象趨于空間離散特征；I=0則表示沒有通過局部的Moran′sI顯著性檢驗，研究對象隨機分布。一般用Z值進行顯著性檢驗，當Zscore>1.96或Zscore<-1.96(α=0.05)時，表明耕地質量在空間上存在顯著的空間自相關性。全局空間自相關模型如下[4,16]：

(2)

(3)

2.3 局部空間自相關

局部Moran′sI指數(shù)是對整個區(qū)域耕地分布的空間自相關程度進行描述，能以圖形的形式直觀地展現(xiàn)研究區(qū)耕地質量的空間集聚狀況。本文以上高縣村級耕地質量指數(shù)進行局部空間自相關分析，采用耕地質量指數(shù)LISA集聚圖分析上高縣耕地質量集聚或離散的空間位置。耕地質量指數(shù)按HH(高—高型)、LL(低—低型)、HL(高—低型)、LH(低—高型)、NN(非顯著相關型)劃分為5種不同類型。其中，HH型和LL型為正相關類型，表示耕地質量空間聚合程度較高，LL型和HL型為負相關類型，表示耕地質量空間結構呈離散特性，NN為非顯著相關型，表示耕地質量無明顯的集合或離散特性。局部Moran′sI指數(shù)通常用LISA(local indicators of spatial association)統(tǒng)計量表示，局部空間自相關計算模型如下[4,16]：

(4)

式中：局部空間自相關變量的含義同式(2)。

3 結果與分析

3.1 耕地質量空間分布格局

耕地的自然條件、利用水平、經(jīng)濟狀況的優(yōu)劣是衡量耕地質量高低的重要依據(jù)，在耕地質量3種類型中，自然質量是基礎，利用質量是重要保障，而經(jīng)濟質量直接關聯(lián)實際，耕地經(jīng)濟質量的優(yōu)劣則反映了耕地的自然質量和利用水平。由圖1可知，上高縣耕地國家自然等指數(shù)整體偏低，分布較為集中，呈現(xiàn)出東北向西南遞減的規(guī)律，高值區(qū)分布在上高縣的東部、北部及西南部，低值區(qū)分布在縣域的西部和南部。國家利用等指數(shù)與國家經(jīng)濟等指數(shù)在空間分布趨于一致，整體表現(xiàn)出由東北向西南下降的趨勢，但兩者在空間格局上存在略微差異，國家經(jīng)濟等指數(shù)高值區(qū)除分布在縣域的東北部和東部外，在西南部也有一定面積的分布。國家利用等指數(shù)低值區(qū)面積分布最少，低值區(qū)主要集中在全縣中南部和西南部，國家經(jīng)濟等指數(shù)低值區(qū)則大面積分布在西北、東南方向，且國家經(jīng)濟等指數(shù)的低值區(qū)明顯要多于國家自然等指數(shù)和國家利用等指數(shù)。由此可知，總體上研究區(qū)耕地的利用質量最高，自然質量其次，經(jīng)濟質量最低。

圖1上高縣各行政村耕地質量指數(shù)分布

3.2 耕地質量全局空間自相關分析

為了進一步刻畫不同尺度下空間距離對研究區(qū)耕地質量全局Moran′sI指數(shù)的變化規(guī)律和空間聚類程度，以100 m為起點距離，步長100 m設置增量距離，3 000 m為終點距離進行全局空間自相關分析，不同尺度下空間自相關結果見圖2。由圖2可知，國家級耕地質量指數(shù)在空間上具有一定的空間自相關和空間聚集規(guī)律。國家自然等指數(shù)、利用等指數(shù)和經(jīng)濟等指數(shù)Moran′sI值在100～3 000 m時均大于0.2，表示耕地質量空間正相關性較強，存在較顯著的空間聚集。Moran′sI值在100～300 m時呈現(xiàn)出先急劇增加，后緩慢減少的線性分布，當閾值距離至300 m時，國家級自然等指數(shù)、利用等指數(shù)和經(jīng)濟等指數(shù)Moran′sI值達到峰值，分別為0.51，0.66，0.57，此時耕地質量空間正自相關性聚集特性最強；隨著閾值距離繼續(xù)增加到3 000 m時，Moran′sI值開始呈下降趨勢，且下降幅度有所減緩。由空間自相關統(tǒng)計結果可知，在閾值距離為300 m時，耕地質量的空間自相關性最強，且每個閾值距離計算得到相應的空間自相關顯著性統(tǒng)計量p均為0(p<0.05)，表明以300 m為閾值距離構建空間權重和進行空間自相關分析具有較高的精確度，因此本文以固定距離300 m為閾值對耕地質量指數(shù)進行空間自相關分析。

圖2不同空間尺度下耕地質量3類指數(shù)空間自相關圖

為了探討耕地質量3類指數(shù)在縣域尺度上的空間關聯(lián)程度，本文以上高縣耕地圖斑為基本空間單元，借助ArcGIS 10.3和GeoDa 軟件平臺計算2015年上高縣耕地質量國家自然等指數(shù)、利用等指數(shù)和經(jīng)濟等指數(shù)的全局Moran′sI指數(shù)。由表1可知，上高縣耕地質量指數(shù)均大于0.5，且顯著性檢驗p值均為0，明顯小于顯著性水平0.05，表明了上高縣耕地質量在不同層次表現(xiàn)出很強的空間正自相關集聚態(tài)勢。但從耕地質量等指數(shù)3個不同類型的Moran′sI值大小來看，國家利用等指數(shù)>國家自然等指數(shù)>國家經(jīng)濟等指數(shù)，表明上高縣耕地利用質量和所表現(xiàn)的空間正相關集聚特性相對較強，其空間變異性相對較弱，耕地自然質量其次，而耕地經(jīng)濟質量所表現(xiàn)出的空間正相關集聚特性相對最弱，其空間變異性相對較強。上高縣耕地質量在空間上具有顯著的相關性，但是也存在較大差異，耕地利用質量的空間自相關性遠遠大于自然質量和經(jīng)濟質量，耕地經(jīng)濟質量、自然質量和利用質量空間聚合特性且呈現(xiàn)出遞增的態(tài)勢。因此，在對上高縣采取耕地保護的相關措施時，可通過推廣秸稈還田、測土配方施肥、完善農(nóng)田水利基礎設施、提高農(nóng)民人均收入、改善農(nóng)業(yè)經(jīng)濟環(huán)境等來提升耕地的自然條件和經(jīng)濟效益，同時，也要通過實施土地綜合整治、提升農(nóng)業(yè)機械化水平和土地生產(chǎn)率等來維持現(xiàn)有耕地的利用與管理水平。

表1 上高縣耕地質量指數(shù)Moran′s I值

較小尺度的空間自相關分析能夠反映研究區(qū)耕地質量的內(nèi)部差異和細部特征，本文以研究區(qū)及下轄16個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的耕地質量3類指數(shù)為研究單元進行Global Moran′sI分析，得到了各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地質量指數(shù)Moran′sI值及空間差異情況。從表2和圖3可發(fā)現(xiàn)以下特征：(1) 鄉(xiāng)鎮(zhèn)級耕地質量指數(shù)Moran′sI指數(shù)的平均值與縣級水平Moran′sI值都存在著國家利用等指數(shù)>國家自然等指數(shù)>國家經(jīng)濟等指數(shù)的遞減關系。(2) 在同一鄉(xiāng)鎮(zhèn)級水平，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地質量國家自然等指數(shù)、利用等指數(shù)和經(jīng)濟等指數(shù)的Moran′sI值的內(nèi)部差異及變異系數(shù)呈現(xiàn)出遞增的態(tài)勢。國家自然等指數(shù)的波動幅度最小，變異系數(shù)為39.21%；國家利用等指數(shù)其次，變異系數(shù)為50.44%；國家經(jīng)濟等指數(shù)波動幅度最小，變異系數(shù)為52.65%。(3) 不同尺度下，鄉(xiāng)鎮(zhèn)級尺度與縣級尺度之間Moran′sI值存在一定的差距。其中，3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的國家自然等指數(shù)值高于縣級水平，僅有2個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的國家利用等指數(shù)值高于縣級水平，4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的國家經(jīng)濟等指數(shù)值高于縣級水平。(4) 不同的空間尺度，耕地質量指數(shù)Moran′sI值具有不同的空間關聯(lián)度，利用等指數(shù)受空間尺度影響較大，經(jīng)濟等指數(shù)其次，自然等指數(shù)最小。(5) 受到自然環(huán)境和社會經(jīng)濟條件等多種因素的影響，16個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的耕地質量3類指數(shù)之間的Moran′sI值的變化也較為復雜。其中，敖山鎮(zhèn)等4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地質量Moran′sI值與縣級水平變化方向一致；錦江鎮(zhèn)等7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)利用等指數(shù)Moran′sI值大于自然等指數(shù)，但又小于經(jīng)濟等指數(shù)(除翰堂鎮(zhèn)等5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)外)。(6) 從耕地綜合指數(shù)的Moran′sI值對比來看，翰堂鎮(zhèn)、錦江鎮(zhèn)和田心鎮(zhèn)3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的綜合質量較優(yōu)，敖陽街道辦事處綜合質量相對較差。(7) 空間上，耕地質量3類指數(shù)Moran′sI值大致呈現(xiàn)出“西南—東北高，西北—東南低”的空間格局，國家級自然等指數(shù)和利用等指數(shù)的高值區(qū)明顯要多于經(jīng)濟等指數(shù)。

表2 上高縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地質量指數(shù)Moran′s I值

3.3 耕地質量局部空間自相關分析

基于閾值距離構建空間權重矩陣，對研究區(qū)村級耕地質量指數(shù)進行局部空間自相關分析，其局部空間自相關值均大于0，得到了耕地質量局部空間自相關類型統(tǒng)計結果與LISA集聚圖，研究結果表明：在95%的置信度水平下，縣域耕地質量在空間上表現(xiàn)為正相關聚集特性，且上高縣大部分行政村耕地質量指數(shù)表現(xiàn)為非顯著型(表3)，耕地質量正相關HH型和LL型主要以組團形式分布在縣域的南部山區(qū)及東北部平原區(qū)域，負相關HL型和LH型則多以零星狀分布(圖4)。耕地質量局部空間正自相關顯著程度與全局空間自相關分析結果相一致，表現(xiàn)為由國家利用等指數(shù)、國家自然等指數(shù)和國家經(jīng)濟等指數(shù)依次遞減的順序。

圖3 上高縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地質量指數(shù)全局Moran′s I值空間分布

3.3.1 耕地自然等指數(shù)局部空間自相關 表3與圖4A村級國家自然等指數(shù)LISA集聚圖結果顯示，聚合分布(正相關)HH型和LL型行政村個數(shù)分別占總行政村個數(shù)的16.27%和8.13%；離散分布(負相關)HL型和LH型行政村個數(shù)分別占總行政村個數(shù)的1.91%和1.44%；空間隨機分布(非顯著型)NN型行政村個數(shù)占行政村總數(shù)的72.25%，該類型行政村沒有通過顯著性檢驗，呈空間隨機分布。正相關類型以“組團”形式聚集分布，聚合特性較強。其中，HH型主要分布在田心鎮(zhèn)中部、翰堂鎮(zhèn)西南部、錦江鎮(zhèn)─野市鄉(xiāng)沿線以及敖山鎮(zhèn)─泗溪鎮(zhèn)沿線；LL型主要分布在南港鎮(zhèn)南部、蒙山鄉(xiāng)東南部、敖陽街道辦事處大部以及徐家渡鎮(zhèn)西南部。負相關類型零星分布在上甘山林場南部及新界埠鄉(xiāng)與敖山鎮(zhèn)兩者交界處。

結合實際情況，國家自然等指數(shù)HH型所在區(qū)域地處低丘平原植被區(qū)，且有錦江及支流呈葉脈狀橫貫，地勢平坦，地形開闊，海拔位于100 m以下，地形坡度為0～8°，土壤肥沃，土壤類型以水稻土為主，有機質含量高，耕層質地優(yōu)良，河網(wǎng)稠密，排灌設施完善，離水源地近，交通便利，耕作自然條件優(yōu)越。LL型所在區(qū)域地處南部高丘山地植被區(qū)，地貌類型為溶蝕侵蝕地形，海拔500～1 100 m，坡度20°～40°，地形起伏大，煤礦、鐵礦等礦產(chǎn)資源豐富，但耕層較薄，巖石露頭度相對較大，土壤有機質含量較低，排灌溉條件較差，土壤養(yǎng)分貧瘠，耕地自然條件相對較劣。

3.3.2 耕地利用等指數(shù)局部空間自相關 表3與圖4B村級國家利用等指數(shù)LISA集聚圖結果顯示，正相關HH型和LL型行政村個數(shù)分別占總行政村個數(shù)的21.53%和10.53%；負相關HL型和LH型行政村個數(shù)分別占總行政村個數(shù)的2.87%和4.31%；非顯著NN型行政村個數(shù)占行政村總數(shù)的60.77%，呈空間隨機分布。正相關類型以“組團”形式聚集分布，聚合特性較強。其中，HH型主要分布在新界埠鄉(xiāng)、田心鎮(zhèn)中部，“徐家渡鎮(zhèn)、翰堂鎮(zhèn)”組團以及蘆洲鄉(xiāng)、錦江鎮(zhèn)、野市鄉(xiāng)、泗溪鎮(zhèn)一線；LL型主要分布在南部的南港鎮(zhèn)、蒙山鄉(xiāng)東南部及“上高縣縣城一塔下鄉(xiāng)一上甘山林場”組團。負相關類型零星分布在鎮(zhèn)渡鄉(xiāng)與徐家渡鎮(zhèn)北部、田心鎮(zhèn)與翰堂鎮(zhèn)以及敖山鎮(zhèn)與野市鄉(xiāng)接壤處。

表3 上高縣耕地質量指數(shù)局部空間自相關類型及各行政村分布情況統(tǒng)計

結合實際情況，國家利用等指數(shù)HH型所在區(qū)域地勢平坦，自然條件優(yōu)越，加之位于鐵路公路附近，灌溉水源充足，排水通暢，交通便利，農(nóng)村居民點分布密度較大，農(nóng)戶耕作距離較短，機械化程度高，便于耕作和管理，土地利用條件優(yōu)越。而LL型所在區(qū)域地形以山地丘陵為主，山嶺縱橫，田丘相間，地形起伏較大，土壤養(yǎng)分含量低，交通不便，農(nóng)田水利基礎設施不完善，耕地利用條件較差；同時，縣城附近耕地受人工干擾程度較高，城鎮(zhèn)擴張和道路建設不斷侵占優(yōu)質耕地，導致耕地面積變小，零星分布，邊界分割度高，田塊規(guī)整度及聚集度低，破碎化程度高，耕地利用質量有待提升。

3.3.3 耕地經(jīng)濟等指數(shù)局部空間自相關 表3與圖4C村級國家經(jīng)濟等指數(shù)LISA集聚圖結果顯示，正相關HH型和LL型行政村個數(shù)分別占總行政村個數(shù)的15.31%和11.00%；負相關HL型和LH型行政村個數(shù)分別占總行政村個數(shù)的2.87%和2.39%；非顯著NN型行政村個數(shù)占行政村總數(shù)的68.42%，呈空間隨機分布。正相關類型以“組團”形式聚集分布，聚合特性較強。其中，HH型主要分布在“徐家渡鎮(zhèn)一翰堂鎮(zhèn)”組團以及“錦江鎮(zhèn)一野市鄉(xiāng)一泗溪鎮(zhèn)”；LL型主要分布在“翰堂鎮(zhèn)一南港鎮(zhèn)”組團、“南港鎮(zhèn)一蒙山鄉(xiāng)”組團以及“徐家渡鎮(zhèn)一蘆洲鄉(xiāng)”組團。負相關類型零星分布敖山鎮(zhèn)西南部及東部，塔下鄉(xiāng)、蘆洲鄉(xiāng)、翰堂鎮(zhèn)田心鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)的西南部。

圖4 上高縣耕地質量指數(shù)空間關聯(lián)局部指標(LISA)集聚圖

結合實際情況，國家經(jīng)濟等指數(shù)HH型所在區(qū)域地勢平坦，道路交通網(wǎng)絡發(fā)達，灌溉水源充足，排水通暢，人口密度較大，農(nóng)戶耕作距離較短，農(nóng)業(yè)機械化水平高，便于耕作和管理，加之耕地自然條件和利用條件較優(yōu)越，經(jīng)濟發(fā)展水平較好，耕地投入產(chǎn)出效益較高。而LL型所在區(qū)域地形以山地丘陵為主，地處偏遠山區(qū)，山嶺縱橫，田丘相間，海拔高，地形起伏較大，交通不便，農(nóng)田水利基礎設施不完善，耕地自然條件和利用狀況較差，經(jīng)濟發(fā)展水平相對落后，對耕地的資金投入少，不利于耕地經(jīng)濟效益提升。上高縣縣城及翰堂鎮(zhèn)等區(qū)域，經(jīng)濟發(fā)展水平較高，自然和利用條件也較為優(yōu)越，但由于人口稠密，城鎮(zhèn)建設大量占用耕地，耕地的非農(nóng)化現(xiàn)象普遍，以致于耕地種植或耕作成本大幅提高，不利于耕作經(jīng)濟效益的積累，從而降低了耕地的經(jīng)濟質量。

3.4 耕地保護分區(qū)方案

本文以行政村為單位，借助耕地國家自然等指數(shù)、利用等指數(shù)和經(jīng)濟等指數(shù)，基于區(qū)域之間的空間擴散和空間極化理論，從耕地的綜合質量出發(fā)，依據(jù)局部空間自相關類型，將耕地質量指數(shù)自相關類型進行疊加分析，將局部空間自相關類型空間隨機分布、高低離散分布、低高離散分布、高值聚合分布、低值聚合分布加以順序組合，對上高縣耕地進行保護分區(qū)，具體劃分永久保護區(qū)域、重點提升區(qū)域、適度保護區(qū)域、非農(nóng)化建設區(qū)域、土地綜合整治區(qū)域、農(nóng)業(yè)結構調(diào)整區(qū)域6個保護分區(qū)(圖5)，針對不同的保護分區(qū)提出了相應的耕地管護措施及分區(qū)方案(表4)。

(1) 永久保護區(qū)域主要分布在新界埠鄉(xiāng)、翰堂鎮(zhèn)西南部、田心鎮(zhèn)中部以及蘆洲鄉(xiāng)、錦江鎮(zhèn)、野市鄉(xiāng)、泗溪鎮(zhèn)一線，該區(qū)域耕地自然條件、利用水平和產(chǎn)出效益較優(yōu)，耕地質量高值區(qū)聚集分布，是建設高標準基本農(nóng)田較為理想的區(qū)域，應保護和維持現(xiàn)有耕地質量的高值區(qū)，繼續(xù)強化耕地管護措施，強化擴散效應的影響，禁止一切非農(nóng)建設。

(2) 重點提升區(qū)域主要分布在上甘山林場、鎮(zhèn)渡鄉(xiāng)與徐家渡鎮(zhèn)北部及新界埠鄉(xiāng)與泗溪鎮(zhèn)交界處，該區(qū)域自然條件和產(chǎn)出效益相對較好，但是耕地利用與管理水平有所欠缺，應重點提升本區(qū)域耕地利用質量分值較低的地塊，避免低質量耕地向高質量耕地擴散，發(fā)揮周邊高質量耕地的輻射擴散效應，以期實現(xiàn)向HH型的轉變，穩(wěn)定提升耕地綜合質量。此外，應避免低質耕地進行非農(nóng)業(yè)建設和集中連片式開發(fā)，并盡量降低其空間極化效應對周邊高質耕地的影響。

(3) 適度保護區(qū)域零星分布在田心鎮(zhèn)西南部、新界埠鄉(xiāng)與敖山鎮(zhèn)交界處，該區(qū)域內(nèi)耕地自然條件和利用水平相對較優(yōu)，但內(nèi)部均質性較差，局部區(qū)域內(nèi)耕地質量高分值地塊環(huán)繞著低分值地塊分布，應側重保護耕地投入產(chǎn)出效益的高值區(qū)，弱化周邊低分值耕地對高值區(qū)的影響，并適度擴大保護范圍，可適度非農(nóng)業(yè)建設，但應嚴格控制耕地的開發(fā)強度。

(4) 土地綜合整治區(qū)域零星分布在田心鎮(zhèn)、翰堂鎮(zhèn)與徐家渡鎮(zhèn)及野市鄉(xiāng)與敖山鎮(zhèn)交界處。該區(qū)域耕地綜合質量呈空間異常分布，耕地質量高值區(qū)與低值區(qū)交錯分布，重點保護耕地質量的高值區(qū)，可結合耕地自然條件、利用程度或產(chǎn)出效益低值區(qū)進行中長期土地綜合整治開發(fā)和工程技術改造，以增加有效耕地面積，提高耕地質量，緩解人地矛盾，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，保證糧食安全。

(5) 非農(nóng)化建設區(qū)域主要分布在南港鎮(zhèn)大部及與翰堂鎮(zhèn)交界處，新界埠鄉(xiāng)與蒙山鄉(xiāng)交界處，塔下鄉(xiāng)、敖陽街道辦一線，徐家渡鎮(zhèn)西南及東南部。區(qū)域內(nèi)耕地綜合質量普遍偏低，空間低值聚集分布。可結合耕地自然條件、利用水平和投入產(chǎn)出效益等實際情況進行綜合性改良，從綜合角度積極推進各項改良手段與保護措施，因地制宜實施生態(tài)退耕，是非農(nóng)建設較為理想的區(qū)域。

(6) 農(nóng)業(yè)結構調(diào)整區(qū)域主要分布在泗溪鎮(zhèn)南部，錦江鎮(zhèn)一野市鄉(xiāng)一線，蒙山鄉(xiāng)一塔下鄉(xiāng)一上甘山林場一蘆洲鄉(xiāng)一線以及田心鎮(zhèn)一墨山鄉(xiāng)一鎮(zhèn)渡鄉(xiāng)一徐家渡鎮(zhèn)一線。該區(qū)域內(nèi)耕地質量無明顯聚集性規(guī)律，呈空間隨機分布，可根據(jù)上高縣實際情況，結合區(qū)域傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)與新興特色產(chǎn)業(yè)實施綜合性地調(diào)整措施，如地處海拔較高的山區(qū)、緩坡耕地以及土壤質地為砂壤、黏壤的耕地可以適當發(fā)展苧麻、柑橘等種植業(yè)，在利用條件或產(chǎn)出效益較差但自然條件一般的耕地，可種植油菜、花生、辣椒、紫皮大蒜、生姜及中藥藥材等經(jīng)濟作物。同時，可因地制宜進行輪耕和休耕試點，全面提高本區(qū)域的耕地綜合質量。

圖5 上高縣耕地保護分區(qū)

保護分區(qū)耕地質量空間自相關類型自然質量利用質量經(jīng)濟質量保護措施典型區(qū)域永久保護區(qū)域HHHHNNHHHHNNNNHHHHHHNNNNHHNNHHNNHHHHNNNNHH區(qū)域內(nèi)耕地質量普遍較高,高值區(qū)聚集分布,空間正相關性強烈,保護和維持現(xiàn)有的耕地自然條件、利用與管理水平和投入產(chǎn)出水平高值區(qū),是高標準基本農(nóng)田建設的理想?yún)^(qū)域,應加強耕地管護,嚴禁非農(nóng)建設錦江鎮(zhèn)、新界埠鄉(xiāng)、野市鄉(xiāng)北部、泗溪鎮(zhèn)北部、翰堂鎮(zhèn)西南部及田心鎮(zhèn)西中部重點提升區(qū)域LHNNNNNNLHNNNNNNLH區(qū)域內(nèi)耕地質量內(nèi)部均質性較差,局部區(qū)域內(nèi)耕地質量高分值地塊環(huán)繞低分值地塊分布,重點提升耕地自然條件、利用水平和投入產(chǎn)出效益的低值區(qū),應避免非農(nóng)建設和集中連片式開發(fā)建設鎮(zhèn)渡鄉(xiāng)與徐家渡鎮(zhèn)北部、新界埠鄉(xiāng)與泗溪鎮(zhèn)交界處適度保護區(qū)NNHLHLNNNNHLHLNNHLNNHLNNNNNNHL區(qū)域內(nèi)耕地質量內(nèi)部均質性較差,局部區(qū)域內(nèi)耕地質量高分值地塊被低分值地塊包圍,可適度非農(nóng)業(yè)建設,但應嚴格控制耕地的開發(fā)強度,適度保護耕地自然條件、利用水平和投入產(chǎn)出效益的高值區(qū)田心鎮(zhèn)西南部、新界埠鄉(xiāng)與敖山鎮(zhèn)交界處非農(nóng)化建設區(qū)域LLLLNNLLLLNNLLLLLLNNNNLLLLNNLLLLNNNN區(qū)域內(nèi)耕地質量普遍偏低,空間低值聚集分布?？山Y合耕地自然條件、利用水平和投入產(chǎn)出效益進行綜合性改良,因地制宜實施生態(tài)退耕,是非農(nóng)建設理想?yún)^(qū)域南港鎮(zhèn)大部及與翰堂鎮(zhèn)交界處,新界埠鄉(xiāng)與蒙山鄉(xiāng)交界處,塔下鄉(xiāng)、敖陽街道辦一線,徐家渡鎮(zhèn)西南及東南部土地綜合整治區(qū)域HHHHHHLLNNNNHHLHLHNNHHHHHLNNNNHLHLNNLLHHLH區(qū)域內(nèi)耕地質量空間分布不均質,重點保護耕地質量的高值區(qū),結合耕地自然條件、利用程度或產(chǎn)出效益低值區(qū)進行中長期土地綜合整治開發(fā)和工程技術改造,以增加有效耕地面積,提高耕地質量,緩解人地矛盾,改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件,保證糧食安全翰堂鎮(zhèn)與徐家渡鎮(zhèn)交界處及野市鄉(xiāng)與敖山鎮(zhèn)交界處農(nóng)業(yè)結構調(diào)整區(qū)域NNNNNN區(qū)域內(nèi)耕地質量無明顯聚集性規(guī)律,呈空間隨機分布。適當調(diào)整、優(yōu)化農(nóng)業(yè)結構,挖掘原有的傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè),培育和發(fā)展新興特色產(chǎn)業(yè),同時,因地制宜進行輪耕和休耕,全面提高本區(qū)域的耕地綜合質量,從而實現(xiàn)區(qū)域投入產(chǎn)出最大化泗溪鎮(zhèn)南部及東北部,錦江鎮(zhèn)一野市鄉(xiāng)一線,南港鎮(zhèn)一蒙山鄉(xiāng)一塔下鄉(xiāng)一新界埠鄉(xiāng)一線,上甘山林場一蘆洲鄉(xiāng)一線以及田心鎮(zhèn)一墨山鄉(xiāng)一鎮(zhèn)渡鄉(xiāng)一徐家渡鎮(zhèn)一線

注：NN為非顯著型，呈空間隨機分布

4 結 論

本文通過采用全局空間自相關和局部空間自相關相結合的方法對耕地質量進行分析，以2015年為研究時點，選取江西省上高縣為研究區(qū)域，引入耕地國家自然等指數(shù)、國家利用等指數(shù)和國家經(jīng)濟等指數(shù)為空間變量，分別從縣級、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級和村級尺度等中、微層面定量探討了耕地質量空間聚集規(guī)律與差異特征，并基于局部空間自相關結果及組合類型提出了詳細的耕地保護分區(qū)方案。主要結論如下：

(1) 空間上，研究區(qū)耕地質量并非呈空間隨機分布狀態(tài)，在空間尺度100～3 000 m之間存在顯著的空間自相關集聚特性，在閾值距離為300 m時，耕地質量的空間自相關性最強，表明以300 m為固定閾值距離構建空間權重矩陣，并進行空間自相關分析具有較高的精確度和較強的科學性。

(2) 上高縣耕地質量整體水平相對較高，在空間分布上呈現(xiàn)出一定的聚集性規(guī)律，研究區(qū)耕地質量空間分布格局與全局空間自相關和局部自相關結果相類似。耕地質量高值區(qū)分布在縣域的東部、北部及西南部，低值區(qū)分布在縣域的西部和南部，耕地質量呈現(xiàn)出東北向西南遞減的規(guī)律，且耕地的自然條件和利用水平總體上要優(yōu)于經(jīng)濟狀況。局部空間自相關分析結果表明，耕地質量HH型以組團形式聚集分布在縣域東北部及西南部的低丘平原區(qū)域，聚集特性較強；LL型多以團狀聚集在墨山、蒙山山脈向東北方向延伸的山地丘陵區(qū)域；HL型和LH型面積較小，無明顯的集中區(qū)域，多以零星狀分布。

(3) 不同層次的耕地質量類型和不同的空間尺度，耕地質量指數(shù)具有不同的空間關聯(lián)度。上高縣2015年耕地經(jīng)濟質量、自然質量和利用質量Moran′sI值均大于0.5，表現(xiàn)出較強的空間自相關，且空間聚合特性呈現(xiàn)出遞增的態(tài)勢，其遞增趨勢與鄉(xiāng)鎮(zhèn)級平均水平相一致。從空間尺度上看，利用等指數(shù)受空間尺度影響最大，經(jīng)濟等指數(shù)其次，自然等指數(shù)最小?？h級尺度上空間自相關水平與鄉(xiāng)鎮(zhèn)級平均水平Moran′sI值差值大小，存在著國家利用等指數(shù)、國家自然等指數(shù)和國家經(jīng)濟等指數(shù)的順序而逐漸縮小的規(guī)律。

(4) 根據(jù)局部空間自相關結果將全縣劃分永久保護區(qū)域、重點提升區(qū)域、適度保護區(qū)域、非農(nóng)化建設區(qū)域、土地綜合整治區(qū)域、農(nóng)業(yè)結構調(diào)整區(qū)域6個保護分區(qū)。根據(jù)不同空間自相關類型的特征及順序組合，分別從耕地自然條件、利用水平和產(chǎn)出效益以及耕地質量的空間關聯(lián)性角度，提出了符合研究區(qū)實際情況的耕地改良手段與保護措施，為耕地統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、精細化保護和差別化管理拓寬了思路，為高標準基本農(nóng)田建設分區(qū)、耕地質量監(jiān)測分區(qū)、耕地保護分區(qū)和空間優(yōu)化布局提供借鑒參考。

參考文獻:

[1] 陳桂坤,張蕾娜,程鋒,等.數(shù)量質量并重管理的耕地保護政策研究[J].中國土地科學,2009,23(12):39-43.

[2] 徐明崗,盧昌艾,張文菊,等.我國耕地質量狀況與提升對策[J].中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃,2016,37(7):8-14.

[3] 劉霈珈,吳克寧,趙華甫.基于農(nóng)用地分等與土地質量地球化學評估的耕地質量監(jiān)測類型研究[J].資源科學,2015,37(1):37-44.

[4] 韋仕川,熊昌盛,欒喬林,等.基于耕地質量指數(shù)局部空間自相關的耕地保護分區(qū)[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2014,30(18):249-256.

[5] 陳誠,林晨.蘇南地區(qū)耕地質量評價與分區(qū)保護研究[J].長江流域資源與環(huán)境,2016,25(12):1860-1869.

[6] 黃廳廳,盧德彬,楊建.基于GIS的省級耕地質量綜合評價及時空演變分析:以貴州省為例[J].水土保持研究,2017,24(3):253-257.

[7] 路婕,李玲,吳克寧,等.基于農(nóng)用地分等和土壤環(huán)境質量評價的耕地綜合質量評價[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2011,27(2):323-329.

[8] 張鳳榮,安萍莉,王軍艷,等.耕地分等中的土壤質量指標體系與分等方法[J].資源科學,2002,24(2):71-75.

[9] 馬建輝,吳克寧,趙華甫,等.基于農(nóng)用地分等的耕地質量動態(tài)監(jiān)測體系研究[J].中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃,2013,34(5):133-139.

[10] 伍育鵬,鄖文聚,李武艷.用標準樣地進行耕地質量動態(tài)監(jiān)測與預警探討[J].中國土地科學,2006,20(4):40-45.

[11] 張秋霞,張合兵,劉文鍇,等.新鄭市耕地生態(tài)安全動態(tài)預警研究[J].水土保持研究,2017,24(1):256-264.

[12] 趙小敏,艾亮輝,郭熙.基于GIS的江西省中低產(chǎn)田等級評價和改造研究[J].江西農(nóng)業(yè)大學學報:自然科學版,2003,25(4):519-522.

[13] 趙丹,趙華甫,饒杰,等.基于趨勢面的耕地質量空間分異特征及影響因素[J].水土保持研究,2015,22(6):219-223.

[14] 陳鏡宇,龔濤,陳運春,等.云南烏蒙山片區(qū)耕地自然質量等空間分布特征[J].水土保持研究,2017,24(3):214-220.

[15] 宋成舜,匡兵,羅麗,等.耕地綜合價值視角下武漢城市圈耕地保護補償標準[J].水土保持研究,2017,24(2):330-335.

[16] 李武艷,朱從謀,王華,等.浙江省耕地質量多尺度空間自相關分析[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2016,32(23):239-245.

[17] 郭曉飛,李建華,李成學,等.基于多尺度的祥云縣縣域耕地自然質量空間分布特征分析[J].云南農(nóng)業(yè)大學學報:自然科學,2016,31(5):923-929.