■ 張軍輝

（河北省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四水文工程地質(zhì)大隊，滄州 061000）

耕地是土地中的精華，是最寶貴的自然資源，是糧食生產(chǎn)的載體，是人類生存發(fā)展之物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。伴隨著經(jīng)濟社會快速發(fā)展和工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的不斷加快，耕地非農(nóng)化、非糧化和土壤污染等問題日益嚴重，加之人們對耕地的不合理利用，使得耕地質(zhì)量逐漸下降，目前，我國耕地中低產(chǎn)田的面積已達到2/3以上[2]。開展耕地等別空間格局研究，掌握耕地質(zhì)量空間分布特征和規(guī)律，對于耕地質(zhì)量保護與提升，以及耕地資源可持續(xù)利用具有重要意義。

在耕地質(zhì)量空間特征研究方面，魏洪斌等對中國糧食主產(chǎn)區(qū)的耕地等別空間分布特征進行了分析[3]；楊荔陽等從省級層面采用空間自相關(guān)分析法探究了福建省耕地質(zhì)量空間分布規(guī)律，提出了耕地分區(qū)保護策略[4]；衛(wèi)新東等以黃河流域為地理單元，分析黃河西岸陜西省各縣市耕地質(zhì)量時空特征及其分異規(guī)律[5]；錢鳳魁等以遼寧省東港市為研究區(qū)域，對其耕地自然質(zhì)量、利用質(zhì)量和經(jīng)濟質(zhì)量的空間布局特征進行了分析研究[6]；石玉瓊等以耕地質(zhì)量等指數(shù)為區(qū)域化空間變量，研究了陜西省武功縣耕地質(zhì)量等別的空間變異[7]?？梢钥闯觯斍案刭|(zhì)量空間研究多以國家、省、區(qū)域、縣（市）等宏觀、中觀層面為主，而以耕地圖斑為基本單元的微觀層面的研究尚不多見。

本文選擇位于濱海平原區(qū)的河北省黃驊市作為研究區(qū)域，以2018年度耕地質(zhì)量更新評價成果為基礎(chǔ)，以耕地圖斑為基本單元，以耕地質(zhì)量等別為空間變量，采用面積加權(quán)平均法、區(qū)位指數(shù)分析法、景觀格局指數(shù)分析和空間自相關(guān)分析等方法，從微觀層面上分析黃驊市耕地質(zhì)量空間分布特征和變異規(guī)律，以期為黃驊市耕地資源質(zhì)量提升、分區(qū)管護、可持續(xù)利用提供決策依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1.1 研究區(qū)概況

黃驊市位于河北省東南部，地處華北平原東端，渤海灣西岸，是大陸和海岸的交接處，屬濱海平原區(qū)，地處環(huán)渤海中心地帶。全市土地總面積為2391.36km2。全境地勢平坦，自西南向東北微傾，坡比約1/15000，西部最高海拔為15.7m，東部最高海拔為3m。該地區(qū)屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，四季分明，光照充足，雨熱同季，全年平均氣溫為12.9℃，年平均降水量為567.8mm，太陽輻射資源較豐富，年平均日照時數(shù)為2461.9小時。全市土壤共分為潮土、鹽土和沼澤土三個土類，以潮土面積最大。黃驊市下轄10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)及南大港產(chǎn)業(yè)園區(qū)、中捷產(chǎn)業(yè)園區(qū)和黃驊港區(qū)。

據(jù)2018年數(shù)據(jù)，黃驊市耕地總面積為78402.36hm2，其中水澆地面積為6107.93hm2，占耕地總面積的7.79%；旱地面積為72294.43hm2，占耕地總面積的92.21%。2018年，黃驊市耕地圖斑共計13541個,除黃驊港區(qū)和南排河鎮(zhèn)外，其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有分布。

1.1.2 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)資料來源于1∶10000的黃驊市2018年度耕地質(zhì)量等別更新評價成果、黃驊市2018年土地變更調(diào)查成果、1∶80000黃驊市2018年土地利用現(xiàn)狀圖。文中提及的自然等、利用等和經(jīng)濟等分別為國家自然等、國家利用等和國家經(jīng)濟等。

1.2 研究方法

1.2.1 面積加權(quán)平均法

采用面積加權(quán)平均法來計算平均等別，即通過各等別面積加權(quán)來計算區(qū)域內(nèi)耕地質(zhì)量平均等別，計算公式為：

式中，D為平均等別，i為耕地等別，imin和imax分別為等別最小值和最大值，Si為第i等耕地面積，S為所有耕地總面積。

1.2.2 區(qū)位指數(shù)分析法

耕地質(zhì)量區(qū)位指數(shù)是指某一區(qū)域耕地等別在全區(qū)耕地等別的集聚程度[8]，用耕地等別區(qū)位指數(shù)表示耕地各空間等別的分布情況，計算公式為：

式中，Rij為第i個鄉(xiāng)鎮(zhèn)第j等耕地質(zhì)量區(qū)位指數(shù)，Dij為第i個鄉(xiāng)鎮(zhèn)第j等耕地的面積，n為黃驊市有耕地的鄉(xiāng)鎮(zhèn)個數(shù)，Si為第i個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的耕地面積。

Rij＞1，說明第i個鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地質(zhì)量區(qū)位指數(shù)高于全市平均水平，該鄉(xiāng)鎮(zhèn) 等耕地面積比例較大；Rij＜1，說明第i個鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地質(zhì)量區(qū)位指數(shù)低于全市平均水平，該鄉(xiāng)鎮(zhèn)j等耕地面積比例較小。

1.2.3 空間自相關(guān)分析

空間自相關(guān)可以分析事物的空間分布規(guī)律，研究空間中某個單元與周圍單元間的某個屬性值之間的相關(guān)性程度，進而分析空間單元的統(tǒng)計性分布規(guī)律和空間數(shù)據(jù)間的依賴關(guān)系[9]，分為全局空間自相關(guān)和局部空間自相關(guān)。全局空間自相關(guān)用于描述事物整體分布情況，分析事物在空間上的集聚性，局部空間自相關(guān)用于分析空間某要素與相鄰要素的相關(guān)程度。

1.2.3.1 全局空間自相關(guān)

采用全局Moran's I計算3種耕地質(zhì)量等別的集聚程度：IGJZRD（國家自然等全局Moran's I值），IGJLYD（國家利用等全局Moran's I值）,IGJJJD（國家經(jīng)濟等全局Moran's I值），計算公式為：

式中，ai、aj分別為圖斑i、圖斑j的耕地等別數(shù)值，為圖斑等別的平均值，wij為空間權(quán)重矩陣（相鄰等于1，不相鄰等于0），n為圖斑總數(shù)。

全局 Moran's I 值取值范圍為［-1，1］，I取正值，表示空間正相關(guān)，空間單元趨于聚合特征；I取負值，表示空間負相關(guān)，空間單元趨于空間離散特征；I為0時，表示空間單元隨機分布。通常用Z值進行顯著性檢驗，當|Zscore|＞1.96（p= 0.05）時，表明存在顯著的空間自相關(guān)性。

1.2.3.2 局部空間自相關(guān)

采用耕地等別的局部空間自相關(guān)指標（LISA）集聚圖分析耕地質(zhì)量等別空間分布上的關(guān)聯(lián)性，計算公式為：

式中，是局部空間自變量指數(shù)，ai、aj、、wij的含義與公式（3）相同。Ii＞0，表示鄰近耕地圖斑的等別值相似（“低-低”或“高-高”），Ii＜0，表示鄰近耕地圖斑的等別值不相似（“低-高”或“高-低”）[10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕地等別數(shù)量特征

黃驊市2018年耕地總面積為78402.36hm2，占全市土地總面積的32.79%。利用公式（1）計算全市耕地平均質(zhì)量等別：平均自然等為9.61，平均利用等為12.61，平均經(jīng)濟等為12.69，3個類型的耕地質(zhì)量等別均屬于中等地[11]，利用等與經(jīng)濟等相近且等別低。

由圖1可以看出，黃驊市3種類型耕地質(zhì)量均呈偏正態(tài)分布。自然等分布在7～11等之間，10等地最多，面積為46241.85hm2，占全市耕地總面積的58.98%；利用等和經(jīng)濟等分布在9～14等之間，13等地居多，面積分別為44382.91hm2和50841.47hm2，分別占全市耕地總面積的56.61%和64.84%?？傮w來看，低等別耕地面積較大且占比較高，主要因為黃驊市緊鄰渤海，淡水資源缺乏，灌溉保證率低，土壤貧瘠、鹽堿化情況嚴重。

圖1 黃驊市耕地質(zhì)量等別構(gòu)成

2.2 耕地等別分布特征

耕地質(zhì)量優(yōu)劣的基本標準是生產(chǎn)能力，耕地利用等反映地區(qū)平均現(xiàn)實投入和技術(shù)條件下的生產(chǎn)力水平，接近耕地實際產(chǎn)出水平，在此，僅對耕地利用等進行區(qū)位指數(shù)分析。利用2018年度耕地質(zhì)量等別更新數(shù)據(jù)和公式（2），得到黃驊市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)及園區(qū)利用等的耕地質(zhì)量區(qū)位指數(shù)，結(jié)果見表1。

表1 黃驊市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)及園區(qū)耕地利用等別區(qū)位指數(shù)

結(jié)果表明，黃驊市最高等別的10等地集中分布在羊二莊鎮(zhèn)西部和齊家務(wù)鄉(xiāng)西南，耕地質(zhì)量的區(qū)位指數(shù)分別達到6.39和3.41，集聚性較強，高等別耕地的集聚程度遠高于全市平均水平；11等地主要分布在呂橋鎮(zhèn)、滕莊子鄉(xiāng)和齊家務(wù)鄉(xiāng)，耕地質(zhì)量的區(qū)位指數(shù)均超過2；12等和13等地在全市有耕地的鄉(xiāng)鎮(zhèn)及園區(qū)均有分布，集聚特征不明顯；14等地集中分布在中捷產(chǎn)業(yè)園區(qū)、南大港產(chǎn)業(yè)園區(qū)、黃驊鎮(zhèn)、舊城鎮(zhèn)和羊二莊鎮(zhèn)一帶，耕地質(zhì)量區(qū)位指數(shù)均大于1。總的來看，黃驊市的耕地利用等別呈現(xiàn)西北部和東南部等別高、地塊集中但是面積少，東部等別低并且分布集中，西部鄉(xiāng)鎮(zhèn)等別較高等特征。主要是由于西部鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地耕作層的土壤質(zhì)地、土壤養(yǎng)分元素、土體構(gòu)型、鹽堿化程度，特別是灌溉排水條件等綜合條件較好，而東部地區(qū)則相對較差。另外，黃驊市西部地勢平緩，耕地連片程度好，規(guī)模化、機械化優(yōu)勢明顯，加之居民點分布密集，耕作便利度高，高標準農(nóng)田建設(shè)投入大，農(nóng)田道路和溝渠等配套設(shè)施完善。

2.3 空間自相關(guān)分析

2.3.1 耕地等別全局自相關(guān)分析

小尺度的空間自相關(guān)分析更能反映耕地質(zhì)量的細部特征和內(nèi)部差異。本文以2018年黃驊市13541個耕地圖斑為基本單元，取耕地質(zhì)量的自然等、利用等和經(jīng)濟等作為空間變量，以距離矩陣構(gòu)建空間權(quán)重，利用GeoDa軟件進行全局空間自相關(guān)分析，計算黃驊市2018年耕地等別的全局Moran's I值（表2）。

表2 黃驊市耕地等別全局Moran's I值

由表2和圖1可以看出，IGJZRD、IGJLYD、IGJJJD均大于0.5，Zscore均大于1.96，通過p=0.05下的顯著性檢驗。從耕地等別全局Moran's I值來看，IGJJJD＞IGJLYD＞IGJZRD，表明黃驊市的耕地等別在全局上均有顯著的空間正相關(guān)性，耕地經(jīng)濟等表現(xiàn)的空間正相關(guān)集聚特征最強，利用等次之，自然等相對最弱。自然地理格局、土壤屬性條件的差異導(dǎo)致耕地自然等別區(qū)域差異大、空間分布復(fù)雜，導(dǎo)致自然等集聚性弱；現(xiàn)代化農(nóng)耕技術(shù)的推廣，縮小了耕地利用等別的差異，提升了利用等的集聚性；而種植成本和收益的影響進一步減弱了經(jīng)濟等的變異性，使得經(jīng)濟等的集聚性相對最強。

2.3.2 耕地等別局部自相關(guān)分析

采用GeoDa軟件對黃驊市3類耕地等別進行局部空間自相關(guān)分析，得到黃驊市耕地等別局部自相關(guān)類型統(tǒng)計表（表3）。表3中，HH與LL表示空間正相關(guān)，空間集聚性強；LH與HL表示空間負相關(guān)，空間上具有離散性；NN表示非顯著性，局部Moran's I未通過顯著性檢驗，空間集聚性差。

表3 黃驊市耕地等別局部空間自相關(guān)類型統(tǒng)計表

HH型代表低等別的耕地圖斑被低等別的耕地圖斑包圍，LL型代表了高等別的耕地圖斑被高等別的耕地圖斑包圍，LH型代表了高等別的耕地圖斑被低等別的耕地圖斑包圍，HL型代表了低等別的耕地圖斑被高等別的耕地圖斑包圍。在國家耕地等別中，等別數(shù)值越低表示耕地質(zhì)量越高。

2.3.2.1 耕地自然等局部空間自相關(guān)

由表3可以看出，正相關(guān)的HH型和LL型共有9437個自然等圖斑，占耕地圖斑總數(shù)的69.96%，對應(yīng)耕地面積為53058.10hm2，占耕地總面積的67.67%；負相關(guān)的LH型和HL型共有580個自然等圖斑，占耕地圖斑總數(shù)的4.28%，對應(yīng)耕地面積為4018.66hm2，占耕地總面積的5.12%；不顯著型的耕地自然等圖斑有3488個，占耕地圖斑總數(shù)的25.76%，對應(yīng)耕地面積為21325.60hm2，占耕地總面積的27.21%。

LL型主要分布在齊家務(wù)鄉(xiāng)西南部、呂橋鎮(zhèn)西部、官莊鄉(xiāng)、羊三木回族鄉(xiāng)、滕莊子鄉(xiāng)東南部、黃驊鎮(zhèn)中部、羊二莊鎮(zhèn)南部、舊城鎮(zhèn)南部等地；HH型主要分布在齊家務(wù)鄉(xiāng)北部、滕莊子鄉(xiāng)西部、常郭鎮(zhèn)、黃驊鎮(zhèn)南部、舊城鎮(zhèn)北部、羊二莊鎮(zhèn)西部、中捷產(chǎn)業(yè)園區(qū)、南大港產(chǎn)業(yè)園區(qū)；HL型和LH型零星分布在黃驊市西部各鄉(xiāng)鎮(zhèn)。自然等別LL型區(qū)域，地勢平坦，土壤肥沃，有機質(zhì)含量高，灌排設(shè)施完善，交通便利，耕作條件優(yōu)越，耕地自然質(zhì)量較高；自然等別HH型區(qū)域，土壤質(zhì)地多為砂質(zhì)土，養(yǎng)分含量少，受海水侵蝕影響，鹽堿化較嚴重，耕地自然質(zhì)量較低。

2.3.2.2 耕地利用等局部空間自相關(guān)

由表3可以看出，正相關(guān)的HH型和LL型共有5345個利用等圖斑，占耕地圖斑總數(shù)的39.47%，對應(yīng)耕地面積為31933.40hm2，占耕地總面積的40.73%；負相關(guān)的LH型和HL型共有405個利用等圖斑，占耕地圖斑總數(shù)的2.99%，對應(yīng)耕地面積為2586.16hm2，占耕地總面積的3.30%；不顯著型的耕地利用等圖斑有7791個，占耕地圖斑總數(shù)的57.54%，對應(yīng)耕地面積為43882.81hm2，占耕地總面積的55.97%。

空間分布上，LL型呈團狀分布，集中在齊家務(wù)鄉(xiāng)、呂橋鎮(zhèn)、滕莊子鄉(xiāng)、舊城鎮(zhèn)、羊二莊鎮(zhèn)、中捷產(chǎn)業(yè)園區(qū)、南大港產(chǎn)業(yè)園區(qū)等地區(qū)；HH型分布在黃驊市中東部，集中在呂橋鎮(zhèn)東部、南大港產(chǎn)業(yè)園區(qū)西部、中捷產(chǎn)業(yè)園區(qū)北部、舊城鎮(zhèn)東北部等地區(qū)；HL型和LH型零星分布在黃驊市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)。利用等別LL區(qū)域，交通便利，耕地連片集中度高，距離居民點近，便于耕作和管理，且居民點較集中，土地利用條件較好；利用等別HH區(qū)域，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施不夠完善，土壤有機質(zhì)含量低，土壤鹽漬化較嚴重，耕地利用條件差。

2.3.2.3 耕地經(jīng)濟等局部空間自相關(guān)

由表3可知，正相關(guān)的HH型和LL型共有6647個經(jīng)濟等圖斑，占耕地圖斑總數(shù)的49.08%，對應(yīng)耕地面積為39622.16hm2，占耕地總面積的50.54%；負相關(guān)的LH型和HL型共有365個經(jīng)濟等圖斑，占耕地圖斑總數(shù)的2.70%，對應(yīng)耕地面積為3564.53hm2，占耕地總面積的4.54%；不顯著型的耕地經(jīng)濟等圖斑有6529個，占耕地圖斑總數(shù)的48.22%，對應(yīng)耕地面積為35215.67hm2，占耕地總面積的44.92%。

耕地經(jīng)濟等LL型在空間分布上與耕地利用等LL型基本一致；HH型分布在齊家務(wù)鄉(xiāng)北部、官莊鄉(xiāng)、滕莊子鄉(xiāng)東部、常郭鎮(zhèn)西南部、舊城鎮(zhèn)、黃驊鎮(zhèn)南部、羊二莊鎮(zhèn)西部、中捷產(chǎn)業(yè)園區(qū)西部、南大港產(chǎn)業(yè)園區(qū)西部和呂橋鎮(zhèn)中部地區(qū)；HL型和LH型零星分布在黃驊市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)。經(jīng)濟等別LL區(qū)域，大力開展高標準農(nóng)田建設(shè)，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施完備，耕地的自然質(zhì)量和利用條件好，經(jīng)濟發(fā)展程度高，耕地的投入產(chǎn)出效益高。

從以上分析可以看出，3類質(zhì)量等別的耕地空間集聚性分布特征有所不同，主要是由于利用等是對自然等進行了利用條件的修正，經(jīng)濟等進一步對利用等進行了投入產(chǎn)出水平等經(jīng)濟條件的修正。

3 結(jié)論與討論

文中耕地質(zhì)量自然等、利用等和經(jīng)濟等的Moran's I值分別為0.691、0.762和0.841，相比之下，楊荔陽等[4]、高建崗等[9]、張晗等[12]分別對福建省、江蘇省南部地區(qū)、江西省南昌縣耕地質(zhì)量研究中所得到的3種類型耕地質(zhì)量Moran's I值均小于0.5，這說明以耕地圖斑為空間尺度的耕地質(zhì)量的空間集聚效應(yīng)更為顯著。通過分析黃驊市耕地質(zhì)量等別空間分布規(guī)律，得出如下結(jié)論：

(1)不同空間尺度下耕地等別的空間集聚特征差異較大，空間尺度越小，耕地等別空間集聚差異特征越明顯。

(2)黃驊市耕地質(zhì)量總體處于中等水平，利用等和經(jīng)濟等屬于中等最低水平，較高等別耕地面積少且占比低，應(yīng)當利用好耕地自然質(zhì)量優(yōu)勢，加強高標準農(nóng)田建設(shè)，增加有效耕地面積，提高土地利用效率和耕地質(zhì)量。要加強農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，改善土壤狀況、降低鹽堿化程度，提高耕地利用等別和經(jīng)濟等別，提升糧食產(chǎn)能。

(3)區(qū)位指數(shù)顯示，黃驊市的耕地利用等別呈現(xiàn)西北部和東南部等別高、地塊集中但是面積少，東部等別低并且分布集中，西部鄉(xiāng)鎮(zhèn)等別較高的特征，應(yīng)進一步開展高標準農(nóng)田建設(shè)，增加西部地區(qū)高等別耕地面積，加強東部地區(qū)的鹽堿化治理，積極開展土地綜合整治工程，提高耕地利用等別。

(4)空間自相關(guān)分析顯示，黃驊市3類耕地質(zhì)量等別均有顯著的空間正相關(guān)性，在局部空間自相關(guān)（LISA）分析中，LL型多以組團式集聚分布，HH型以帶狀集聚分布，HL型和LH型零星分布在黃驊市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)。在耕地分區(qū)保護中，應(yīng)對4種不同集聚形態(tài)（LL、HH、HL和LH）因地制宜采取相應(yīng)的分區(qū)方案，進行差別化管理，促進耕地資源的可持續(xù)利用。對于利用等別的LL型耕地進行重點保護，不斷提升耕地質(zhì)量的同時保障其空間連片性；對于利用等別HH型的耕地進行生態(tài)保護，以發(fā)揮其生態(tài)功能為主。

本文僅對利用等進行了區(qū)位指數(shù)分析，后續(xù)應(yīng)進一步對自然等和經(jīng)濟等進行分析。本文未考慮耕地數(shù)量和質(zhì)量隨著時間的推移而發(fā)生的變化，今后的研究應(yīng)引入時間機制，從時間和空間兩方面研究耕地質(zhì)量變化特征。另外，隨著生態(tài)文明建設(shè)的推進，應(yīng)加強耕地生態(tài)效應(yīng)的研究，以構(gòu)建數(shù)量管控、質(zhì)量管理和生態(tài)管護“三位一體”的耕地保護格局[3]。