董 華

（河北瑞嘉土地規(guī)劃咨詢有限公司，廊坊 065000）

永清縣耕地質(zhì)量空間聚類及影響因素分析

董 華

（河北瑞嘉土地規(guī)劃咨詢有限公司，廊坊 065000）

研究目的：探索提升耕地質(zhì)量有效途徑，更好保護縣域耕地。研究方法：以永清縣為例，通過空間自相關(guān)方法對全縣耕地利用等指數(shù)進行了空間自相關(guān)分析，進而對利用等指數(shù)與表土質(zhì)地、灌溉保證率、有機質(zhì)含量、剖面構(gòu)型和鹽漬化程度分值進行了雙變量空間自相關(guān)分析。研究結(jié)果：①永清縣耕地利用等指數(shù)空間自相關(guān)系數(shù)為0.887 4，空間自相關(guān)特性十分顯著；②表土質(zhì)地、灌溉保證率、有機質(zhì)含量、剖面構(gòu)型4項分等因素分值在空間上影響耕地質(zhì)量等別分布和聚類；鹽漬化程度分數(shù)在幾乎不影響耕地質(zhì)量等別的空間分布；③永清縣西南部地區(qū)地區(qū)耕地質(zhì)量明顯優(yōu)于其他地區(qū)，為該縣優(yōu)質(zhì)耕地，適于集中保護。根據(jù)聚類具體空間特征制定永清縣耕地保護策略及提升措施，將極大地提高永清縣耕地保護效果。

耕地質(zhì)量 分等因素 空間自相關(guān) 永清縣

耕地質(zhì)量是確保糧食產(chǎn)量的重要因素，耕地質(zhì)量等別評定，是土地資源管理的一項重要任務。研究以國家利用等別作為耕地等別對比標準，耕地質(zhì)量等別評價方法已較為完善。2011年底，基于第一次全國土地利用現(xiàn)狀調(diào)查的耕地質(zhì)量等別成果，經(jīng)過補充調(diào)查和更新評價，形成了基于第二次全國土地調(diào)查耕地質(zhì)量等別成果[1]。耕地質(zhì)量等別更新評價已作為年度性工作開展，評價時點已更新至2014年，廣泛用于基本農(nóng)田劃定、土地整治項目、土地規(guī)劃項目、土地占補平衡項目等工作中[2-5]。在此背景下，對耕地質(zhì)量等別成果的研究也不斷開展。目前，基于耕地質(zhì)量等別成果的研究主要側(cè)重于應用方法的研究已較為成熟。匡麗花等利用耕地質(zhì)量等別成果，確定了整治后耕地質(zhì)量評價方法，并驗證了其可行性[6]；楊建波等對耕地質(zhì)量等別成果在土地利用總體規(guī)劃中的應用方法進行了研究[7]。

由于耕地自然稟賦具有長期穩(wěn)定性，各區(qū)域耕地質(zhì)量也具有相對穩(wěn)定性，研究各縣域自身耕地質(zhì)量等別的分布特點及影響因素，對合理利用縣域耕地資源，提升土地資源管理工作效率具有重要意義。該文通過ArcGIS空間分析、空間聚類方法及空間統(tǒng)計功能，分析永清縣2014年度耕地質(zhì)量空間聚類特征，并探索影響因素，為永清縣耕地質(zhì)量等別提升及土地資源管理提供詳細措施和具體依據(jù)。

1 項目區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

永清縣隸屬河北省廊坊市，地處北京、天津、保定三角地帶中心，轄區(qū)面積760 km2。其中，耕地占全縣土地面積的55.47%。隨著京津冀協(xié)調(diào)發(fā)展的不斷推進，永清縣建設用地需求不斷增大，耕地占用速度加快，保護耕地壓力不斷增大。因此，研究永清縣耕地質(zhì)量空間聚類特征及影響因素，對永清縣土地利用具有重要意義，并對京津冀地區(qū)耕地保護和土地合理利用具有一定參考價值。

1.2 數(shù)據(jù)來源和處理

該次研究數(shù)據(jù)由永清縣國土資源局提供，主要使用永清縣2014年耕地質(zhì)量等別更新評價成果，數(shù)據(jù)可靠。該文主要利用ArcGIS10.1對耕地等別數(shù)據(jù)和評價因素進行空間分析和屬性維護。以永清縣2014年度變更數(shù)據(jù)庫中耕地圖斑未研究單元，通過GeoDa 0.9.5-i（Beta）軟件建立空間權(quán)重矩陣并進行聚類分析。

2 研究方法

該文采用空間自相關(guān)方法分析，該方法已廣泛用于數(shù)據(jù)的空間分布模式分析，且在土地利用數(shù)據(jù)分析方面效果較好[8]?？臻g自相關(guān)分析能確定相鄰空間點上的多個觀測值之間是否存在關(guān)聯(lián)關(guān)系及關(guān)聯(lián)程度大小，是分析空間要素數(shù)據(jù)值的分布特征、變化和差異的有效方法[9]。該文采用的空間自相關(guān)分析分為全局空間自相關(guān)分析和局部空間自相關(guān)分析。全局 Moran’s I 是廣泛應用的自相關(guān)統(tǒng)計量，一般針對連續(xù)多邊形分布的地理現(xiàn)象，用來研究地理要素的空間分布格局和背后成因[10]。全局 Moran’s I 不能確切指出聚集或異常發(fā)生的具體空間位置，此時需要用局部自相關(guān)方法作進一步分析，可得出空間關(guān)聯(lián)局域指標。空間關(guān)聯(lián)局域指標（local indicators of spatial association，LISA）用來衡量觀測單元屬性值與周邊單元屬性值的相近（正相關(guān)）或差異（負相關(guān)）程度[11]。

3 結(jié)果與分析

3.1 永清縣耕地質(zhì)量現(xiàn)狀分析

2014年，永清縣耕地面積4.22萬 hm2，平均國家利用等別為10.41。質(zhì)量介于8～13等之間（8等質(zhì)量最高），共6個等別。其中，12等地最多，面積1.226 991萬hm2，比例為29.07%，該等別顯著多余其他等別；其次是10等地，面積9 973.26 hm2，比例為23.63%；9、11等地面積接近，分別為7 384.34 hm2、8 094.54 hm2，所占比例都在15%以上；全縣13等地最少，面積170.32 hm2，比例為0.40%。永清縣耕地質(zhì)量在空間上呈現(xiàn)西高東低的分布特點，詳見圖1。

圖1 2014年度永清縣耕地質(zhì)量分布

3.2 永清縣耕地質(zhì)量空間聚類及影響因素分析

利用等指數(shù)是耕地質(zhì)量等別的精確反映，研究以國家利用等指數(shù)作為空間聚類分析數(shù)據(jù)進行全局Moran’s I分析，探索永清縣耕地質(zhì)量自相關(guān)情況，進而選取影響該縣耕地質(zhì)量等別的主要因素分別與國家利用等指數(shù)進行空間聚類分析，探索影響永清縣耕地質(zhì)量各因素關(guān)系，為永清縣耕地保護及質(zhì)量提升提供依據(jù)。

Moran’s I 介于[-1，1]，一般稱為相關(guān)系數(shù)，絕對值越趨近1，相關(guān)性越顯著。高屬性值在空間上聚集會出現(xiàn)HH高聚類現(xiàn)象，低值會出現(xiàn)LL低聚集現(xiàn)象，也會出現(xiàn)HL或LH 異常聚類情況。

根據(jù)永清縣2014年度等別成果分等因素，結(jié)合永清縣實際情況，研究選擇了表土質(zhì)地、鹽漬化情況、灌溉保證率、有機質(zhì)和剖面構(gòu)型5種因素為主要因素，應用Geoda軟件空間分析功能，以k-nearest 方法確定標準空間權(quán)重對永清縣1.353 5萬個耕地圖斑進行全局空間自相關(guān)分析，得到雙變量Moran’s I值，見表1。

分析結(jié)果表明，永清縣耕地國家利用等指數(shù)Moran’s I為0.887 4，p值均小于0.001，因此可以拒絕零假設，即整個廊坊市經(jīng)濟發(fā)展水平的空間分布不是隨機的，而是表現(xiàn)出非常顯著地聚集性，且空間聚類相關(guān)性十分顯著，進而對主要分等因素與國家利用等指數(shù)進行全局空間自相關(guān)分析。結(jié)果表明，表土質(zhì)地、灌溉保證率、有機質(zhì)含量、剖面構(gòu)型4種因素與耕地利用指數(shù)具有顯著相關(guān)性，而表鹽漬化程度與永清縣耕地質(zhì)量無明顯相關(guān)性，見表1。

進而對國家利用等指數(shù)本身與表土質(zhì)地、灌溉保證率、有機質(zhì)含量、剖面構(gòu)型4種因素分別進行雙變量局部空間自相關(guān)分析，得到永清縣國家利用等指數(shù)自身及與4種因素局部空間自相關(guān)圖。結(jié)果表明，永清縣國家利用等指數(shù)在在西南部地區(qū)出現(xiàn)大面積HH聚類圖斑，且集中連片；中東部地區(qū)則是集中連片的LL聚類圖斑；LH和HL聚類圖斑極少，表明耕地質(zhì)量在空間上具有極其顯著的正相關(guān)特性。西南部地區(qū)可作為耕地保護、基本農(nóng)田劃定的主要區(qū)域，而中東部地區(qū)則需要采取措施，不斷提高耕地等別，見圖2 a。

表1 主要分等因素與國家利用等指數(shù)全局空間自相關(guān)顯著性

雙變量空間自相關(guān)結(jié)果表明，永清縣耕地質(zhì)量與分等因素分值間聚類具有較高一致性，主要表現(xiàn)為西南部地區(qū)分等因素較高，表現(xiàn)為較高的HH聚類；而中東部地區(qū)較低，表現(xiàn)為LL聚類；在各結(jié)果中，表層土壤質(zhì)地與耕地質(zhì)量在西部地區(qū)出現(xiàn)了較多LH聚類，表明，表層土壤質(zhì)地不是此區(qū)域耕地質(zhì)量的主要影響因素，在提升質(zhì)量等別中為次要因素（圖2 b），同樣，有機質(zhì)含量在東部異常值區(qū)域不是主要影響因素（圖2 d）。

各項分析疊加后，圖像中呈現(xiàn)HH聚類效應的圖斑，為優(yōu)質(zhì)耕地，是永清縣耕地保護應重點關(guān)注的圖斑；均為LL聚類的圖斑，是提升耕地等別的主要因素，是土地整治等工程的重點區(qū)域；出現(xiàn)HL活LH異常聚類的區(qū)域，受土地利用系數(shù)等因素影響更為顯著，應進行進一步研究探索更好的改良方式，提升耕地質(zhì)量，如圖2。

4 結(jié)論

基于空間聚類方法對永清縣耕地質(zhì)量及影響因素進行了分析，并得到了如下結(jié)論：

（1）永清縣耕地質(zhì)量在空間上存在十分顯著的自相關(guān)特征，空間聚類現(xiàn)象明顯。

（2）表土質(zhì)地、灌溉保證率、有機質(zhì)含量、剖面構(gòu)型4項分等因素分值在空間上影響耕地質(zhì)量等別分布和聚類；鹽漬化程度分數(shù)在幾乎不影響耕地質(zhì)量等別的空間分布。

（3）永清縣西南部地區(qū)地區(qū)耕地質(zhì)量明顯優(yōu)于其他地區(qū)，為該縣優(yōu)質(zhì)耕地，適于集中保護。

（4）根據(jù)聚類具體空間特征制定永清縣耕地保護策略及提升措施，將極大的提高永清縣耕地保護效果。

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