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珠三角耕地质量局部空间自相关分析

范文

叶云赵小娟胡月明

摘要：目前关于耕地质量空间格局方面的研究相对较少，以农业、农村经济发展最快以及经济发达的华南丘陵平原区珠三角为研究区域，在对珠三角耕地质量进行科学评价的基础上，分析其镇级耕地质量空间分布特征，利用局部Morans I指数，探索其空间关联性。结果表明：珠三角耕地各类型质量的空间分布格局均有所差异。耕地质量存在局部空间自相关，表现为质量高和质量低的地方有较显著空间聚集性。各类型质量空间聚集类型有较大差异，大部分乡镇在空间上表现为非显著型。从空间关联格局来看，自然质量正、负相关类型均呈现零散分布;经济质量无负相关类型，HH和LL型都是以组团形式出现，集中性较强;利用质量中属于正相关类型分布范围较广，负相关类型多零星分布无明显集中区域，局部空间关联格局同利用质量基本一致;生态质量与经济质量的空间布局类似。

关键词：中国珠三角地区;耕地质量;空间格局;局部空间自相关;Morans I指数;结构特征;耕地分区保护;政策建议

确保足够数量和一定质量的耕地，是保障国家粮食安全、经济发展和社会稳定的需要，也是生态环境保护的需要[1]。对耕地质量空间格局的深入分析，有助于耕地分区保护等政策或措施的制定，为实现国土资源空间优化配置提供空间依据，对其他类似地区耕地资源保护及合理利用具有重要的理论和实践意义[2]。耕地质量研究仍然是当今耕地研究的核心和重点之一，国内外学者从不同角度对耕地质量内涵[3]、评价指标体系[4-5]、评价方法[6-7]以及评价结果运用等方面展开了相关研究。但是关于耕地质量空间格局差异性特征等方面的研究却相对较少，近年来才相继有学者从不同侧重点对农用地质量的空间格局进行了相關研究[8]。任奎等学者分别对不同省份农用地质量的空间分布规律及其影响因素进行了研究[9-12]。在研究内容上，袁天凤等分析了耕地质量分布与经济发展的空间耦合关系[13];张贞等对重庆丘陵山区耕地自然质量向耕地经济质量转变的过程及其空间分布格局进行了分析[14];宋戈等分析了松嫩高平原黑土区的耕地质量总体特征及空间与行政区域分布特征[15]。Kraemer等对哈萨克斯坦地区农业用地覆盖变化及耕地扩张潜力格局进行了分析[16]。在研究方法上，学者们也采用不同的方法对耕地质量空间格局进行分析，如张超等采用空间自相关分析方法对北京市大兴区耕地自然质量的空间分布特征进行研究[17];而赵丹等运用趋势面和相关分析相结合的方法研究了耕地质量空间分布规律及影响因素[18];李涛等则基于农户决策行为分析耕地质量空间变异性特征规律[19]。总体来看，目前对耕地质量空间格局进行空间自相关分析的研究还比较少。珠三角是广东经济最发达的地区，也是农业、农村经济发展最快的地区，同时作为华南典型丘陵平原区，具有很好的研究价值和代表性。因此本研究以珠三角为研究区域，在对珠三角耕地质量进行科学评价的基础上，开展其耕地质量空间格局特征及相关研究，以耕地质量的空间差异为切入点，考虑质量及空间分布影响，尤其是从空间格局分布上探讨其差异及结构特征，有助于耕地分区保护等政策或措施的制定。

1 研究区域概况

珠三角位于广东省的中南部，珠江下游，地处111°59′～115°26′E，21°27′～23°56′N。行政辖域包括9个地级市，涉及48个县（区），土地面积占广东省国土面积的 23.2%。属南亚热带海洋季风气候，雨热充沛，温暖湿润，年均气温为21～23 ℃，多年平均降水量在1 600～2 300 mm之间，界内有数千条大小河道纵横交错。三角洲平原土地肥沃，土壤类型多样，可分为5个土类，包括水稻土、赤红壤、石灰土、紫色土、潮土等。2014年珠三角土地总面积为547.54万hm2，其中耕地面积为61.59万hm2（不包含可调整地类），占全省耕地总面积的23.49%。

2 研究数据及方法

2.1 数据来源及处理

研究数据主要涉及气象、水文、土壤、地貌等自然条件统计资料。包括珠三角区域2014年行政区划图、交通道路，土地利用现状调查及规划资料等;珠三角及周边区域41个气象站点2014年的年日照时数、年降水量等数据，均来源于广东省气象局;土壤属性数据来源于第2次土壤普查资料，包括土壤志、土种志、土壤普查报告等;地质灾害易发区相关数据来源于《广东省地质灾害防治规划》（2011—2020年）。影像数据主要是在地理空间数据云平台下载的2014年多幅30 m分辨率TM遥感数据。社会经济数据来源于2015年《广东农村统计年鉴》、《广东统计年鉴》及2014年各地市统计年鉴、国民经济和社会发展统计公报等，所涉及的部门包括农业、国土、水利、规划、环保、统计等部门。

对TM遥感影像数据的预处理主要包括辐射定标、大气校正以及影像的拼接和裁剪等。遥感数据分类参考GB/T 21010—2007《土地利用现状分类》以及中科院土地利用覆盖分类体系，结合珠三角区域TM遥感影像特点和景观异质性，提取出耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地。分类结果的精度检验是从遥感图像上随机选择了100个样点，保证各地类都有覆盖，采用目视解译的方法结合实地调查与第2次土地调查成果，结果表明影像分类总体精度达到87.3%，Kappa系数大于0.7，分类达到了使用要求。

2.2 研究方法

2.2.1 耕地质量评价体系及权重划分珠三角耕地质量评价单元采用网格法，考虑到评价区域的因素差异及面积，以500 m×500 m网格作为评价单元。采用资料统计和专家咨询法，根据珠三角区域特点，从自然质量、经济质量、利用质量、生态质量等4个方面构建适用于该区域的评价体系，依据层次分析法结合专家经验判断指标权重，各指标量化分析参考相关文献[20-23]，具体见表1。

质量评价采用多因素综合法，根据各参评因子的分级得分值及其权重，利用加权指数和模型计算耕地质量综合得分值。并采用[0，100]实现指标属性分值到耕地质量综合评价分值之间的转换[24]，利用ArcGIS栅格计算器将上述各个因素图层进行加权叠加，得出耕地单元的平均评价分值。

3 结果与分析

3.1 珠三角镇级耕地质量空间分布特征

参照上述方法实现耕地质量分由耕地单元向乡镇尺度的转换。在ArcGIS平台中，对于乡镇耕地质量分值参照自然断点法进行分级，将其划分为相应等级，并输出得到如图1所示的乡镇耕地自然质量分值、经济质量分值、利用质量分值、生态质量分值的分布图，分值分为5级，分值越高质量越好的为1级，依次递减，最差的为5级，0表示此区域没有耕地。

由图1可知，在空间分布特征上，镇级耕地自然质量等级的空间分布较零散，珠三角县域中的乡镇均有不同自然质量级别的耕地分布，整体来看，中部珠三角平原区如广州市部分乡镇，以及深圳市、中山市的大部分乡镇耕地自然质量较好;镇级耕地经济质量地域差异较明显，质量等级分布比较集中，中部发达地区耕地经济质量相对较高，西北部山地丘陵区经济相对落后，其耕地经济质量等级也较低;镇级耕地利用质量表现为珠三角区域偏东南整体水平较差，其余地区耕地利用质量则相对较高;镇级耕地生态质量等级分布也较集中，生态质量较差的耕地主要集中在珠三角北部广宁县、四会市、鼎湖区的部分乡镇以及南部中山市、南沙区、新会区的部分乡镇，生态质量较好的耕地主要集中在西南部台山市以及中部地区的部分乡镇。

3.2 局部LISA分析及Moran散点图

将珠三角乡镇行政单元先进行处理，由于城市中心部分街道、乡镇没有耕地数据，因此采用合并的方式进行处理，例如广州市荔湾区的花地街、石围塘街、茶滘街、多宝街、沙面街、岭南街、华林街、昌华街、彩虹街、南源街、西村街、逢源街、龙津街、金花街、站前街等，将这些没有耕地的镇街合并成一个空间单元，便于后续分析处理，其他相类似区域也进行相同处理，合并后珠三角仍有广州市越秀区、深圳市福田区和盐田区3个县级行政区没有耕地分布。

对以珠三角乡镇为空间单元的耕地质量进行局部空間自相关分析，采用Rook关系取一阶邻接方式来构造空间邻接矩阵。在确定空间权重的基础上，采用GeoDa软件进行数据处理，得到珠三角各乡镇耕地质量指数局部空间自相关性散点图，如图2所示，Morans I值即为反映局部空间自相关性的特征值，均表现出正相关性，其空间相关性呈现逐渐增加的特征，须要注意的是，自然质量的指数表现出较弱的空间正相关性。

3.3 局部自相关结果分析

对镇级各类耕地质量分值的局部自相关性类型进行统计得到表2，表中各空间自相关类型统计个数是在P<0.05，即置信度为95%下的统计结果。与统计结果相对应的局部空间关联聚集图见图3，反映具体的空间分布情况。

由表2与图3-a可知，在95%的置信度下，珠三角大部分乡镇耕地自然质量在空间上表现为非显著型。针对以乡镇为研究单元的耕地自然质量局部空间自相关类型结果而言，属正相关类型的HH型与LL型各有51、67个乡镇，分别占珠三角乡镇总数的10.58%、13.90%，总计占乡镇总数的 24.48%;而属负相关类型的HL型与LH型的乡镇分别有7、12个，合计占乡镇总数的3.94%;非显著型乡镇有345个，占乡镇总数的71.58%。相较而言，正相关类型乡镇个数相对于负相关类型占多数，正、负相关类型对比来看，正相关类型处于优势主导地位。从空间分布格局来看，正、负相关类型均呈现零散分布，其中HH型主要分布珠三角中部如白云区、荔湾

区的大部分区域，三水区中南部，番禺区北部以及南沙区北部、中山市中部部分乡镇，斗门区与新会区相邻区域乡镇，宝安区大部分区域等。从实际分布来看，这些地区地处珠三角平原地带，地势平坦，珠江、西江、北江、东江等河流贯穿而过，有良好的灌溉排水条件，土质较好、土壤肥沃，耕作自然条件优越;LL型则主要分布于在广宁县、德庆县的大部分区域，高明区西部，鹤山市、恩平市北部，顺德区中部，东莞市东南部以及惠城区和惠阳区的部分区域，与此相对应的区域也多数处于半山丘陵地带，地势较高，排灌条件较差，自然适宜性不高。HL型和LH型多呈现零星分布，其中HL型散布于广宁县东南部乡镇，东莞市西南部，博罗县的北部和南部以及惠城区的部分乡镇;LH型主要分布于花都区东部，高要区北部，博罗县西部，广州市中心城区，深圳市南部以及中山市中部靠北的区域。

由表2与图3-b可知，从耕地经济质量局部空间自相关分析的结果来看，属于正相关类型的HH型和LL型各有121、107个乡镇，分别占珠三角乡镇总数的25.10%、22.20%，合计占47.30%，负相关类型HL型和LH型均有0个乡镇;其余则为非显著型，共有254个乡镇，占珠三角乡镇总数的52.70%。再从空间格局来分析，HH型和LL型都是以组团的形式出现，集中性较强，其中HH型主要集中在珠三角的中部区域，广州-佛山-中山一线，包括广州市北部大部分区域和南部的南沙区，佛山市的南海、顺德区域，西部的端州区、鼎湖区、高要区的部分乡镇，蓬江区、江海区的北部，以及中山市的大部分地区。因为这一带区域内经济发展水平相对较高，交通道路四通八达使得产品相互流通，便于耕地经济效益的提升，耕地产出率也相应较高，靠近城市中心因此辐射带动作用也强;LL型也是以组团的形式分布在珠三角区域的四周，主要包括珠三角西北部的怀集县、封开县和广宁县的西部乡镇，珠三角西南部的恩平市和开平市、台山市的大部分乡镇，珠三角东北部的从化市、龙门县，东部的惠东县和惠城区部分区域。LL型的组团区域多属于丘陵山地，灌排条件较差，经济发展水平相对落后，交通通达度相对较低，城市中心辐射带动作用也较弱。

根据表2与图3-c可知，以乡镇为研究单元的利用质量局部空间自相关结果中，属正相关类型的HH型和LL型分别有86、79个乡镇，合计占珠三角乡镇总数的34.23%，属于负相关类型的HL型和LH型分别有5、9个乡镇，两者仅占乡镇总数的2.91%，其余非显著型乡镇占乡镇总数的62.86%。对比正、负相关类型来看，正相关类型处于绝对优势地位。就其空间格局而言，正相关类型分布范围较广，负相关类型多零星分布，无明显集中区域，各类型空间分布格局同耕地利用质量局部空间关联格局基本一致。正相关类型中HH型分布于怀集县东部、南部部分乡镇，广宁县、德庆县交界处区域，珠三角东北部从化市、龙门县、增城市、博罗县的部分乡镇，以及珠三角西南部台山市、开平市、鹤山市一带。这些区域耕地利用条件较好，耕地连片性及人均耕地面积都相对较高，且多分布在住宅周边，便于农民耕种;LL型主要分布在东莞市，深圳市部分区域，海珠区、番禺区的小范围乡镇，顺德区大部分区域，南部的新会区、江海区相接区域，以及中山市、香洲区中部地区。这些区域耕地利用条件相对较差，可利用面积较少，且耕地较破碎，不利于大范围机械化操作与耕作管理。负相关类型中HL型仅离散分布于天河区、斗门区和中山市的几个乡镇;LH型则零星分布在鼎湖区西北角，端州区南部，博罗县的几个乡镇，以及惠城区、惠东县部分区域，均无明显的集中特征。

根据表2与图3-d可知，以乡镇为研究单元的生态质量局部空间自相关结果中，属正相关类型的HH型和LL型分别有106、83个乡镇，合计占珠三角乡镇总数的39.21%，属于负相关类型的只有LH型，仅有3个乡镇，占乡镇总数的 0.62%，其余的非显著型乡镇占乡镇总数的60.17%。对比正、负相关类型来看，正相关类型处于绝对主导地位。从空间格局来看，与经济质量的空间布局类似，HH型和LL型也都是以组团的形式分片区集中分布。其中HH型主要分为4个片区，包括怀集县北部，高要-高明-禅城-番禺一带，台山市、开平市大部分区域以及增城-博罗-惠城片区。LL型集中分在广宁-四会-德庆-高要-鼎湖片区、蓬江-江海-新会-中山-南沙片区，以及龙门县部分区域。负相关类型LH型主要零散分布在博罗县和惠城区的几个乡镇。总体而言，基于耕地生态质量的局部空间自相关分析所得到的空间关联聚集图也与珠三角实际耕地生态质量情况相符合。

由表2与图3-e可知，以乡镇为研究单元的综合质量局部空间自相关结果中，属正相关类型的HH型和LL型分别有113、78个乡镇，合计占珠三角乡镇总数的39.63%，属于负相关类型的也是只有LH型，仅有3个乡镇，占乡镇总数的 0.62%，其余的非显著型乡镇占乡镇总数的59.75%。从正、负相关类型来看，正相关类型也是处于绝对主导地位。整体来看，综合质量的空间集聚分布与经济质量相似，以组团的形式分布并且整体格局也有部分区域一致。HH型主要集中在高要-禅城-南海-花都-从化-白云-番禺-萝岗-增城- 博罗一带;LL型主要以组团的形式分片区分布，包括封开-德庆-广宁片区，恩平-台山片区，以及龙门县、惠东县部分区域;LH型零星分布在鼎湖区、博罗县的几个乡镇。空间关联聚集图也与珠三角实际耕地综合质量情况相符。

4 结论与讨论

珠三角耕地各类型质量的空间分布格局均有所差异。自然质量等级分布主要集中在2级和3级，耕地自然质量呈中等偏上水平，自然质量高等级的耕地主要分布于珠三角中部、东部和南部的平原地区，而自然质量低等级耕地主要分布于北部和西部的丘陵地区;经济质量等级属较高水平，耕地经济质量等级高的耕地基本集中在中部地区，低等级地多位于珠三角的外围区域，与珠三角在此区域的经济发展程度想吻合;耕地利用等级呈现较高水平，利用质量等级高的耕地在整个区域分布较为广泛，散布在整个区域，利用质量等级低的耕地多位于珠三角的南部地区;耕地生态质量等级呈现中等偏上水

平，生态质量高等级的耕地主要分布于珠三角中部、东部和西南部的部分区域，生态质量等级低的耕地多集中于珠三角北部山地丘陵区。

珠三角耕地质量局部均存在空间自相关，表现为耕地质量高的地方和耕地质量低的地方有较显著的空间聚集性。而各类型质量空间聚集类型有较大差异，大部分乡镇在空间上表现为非显著型。自然质量中属于正相关类型的乡镇占乡镇总数的24.48%，从空间分布格局来看，正、负相关类型均呈现零散分布;经济质量无负相关类型，HH型和LL型都是以组团的形式出现，集中性较强;利用质量中属于正相关类型的乡镇占乡镇总数的34.23%，正相关类型分布范围较广，负相关类型多零星分布，无明显集中区域，各类型空间分布格局同耕地利用质量局部空间关联格局基本一致;生态质量属正相关类型的乡镇占乡镇总数的39.21%，与经济质量的空间布局类似，HH型和LL型也都是以组团的形式分片区集中分布。

就目前来看，空间自相关研究已应用于许多领域，但运用其在耕地中的研究还较少，而分析耕地质量在空间上的自相关性及其结构性特征的研究文献更为少见，空间自相关在耕地质量空间格局分析中的应用还较少，本研究也只是简单地运用自相关法对耕地质量的空间关联性特征进行分析，下一步可进行深入研究，依据珠三角耕地不同类型质量空间关联格局特征进行分区分类保护，以制定不同措施确保耕地受到保护。

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