董曼慧，夏衛(wèi)生，李 麗，周 浩

（湖南師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410000）

0 引言

【研究意義】耕地是糧食生產(chǎn)的命根子，也是中華民族永續(xù)發(fā)展的根基，在新冠疫情蔓延全球之際，耕地作為保障糧食安全及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的主要載體，決定著國(guó)家生存和長(zhǎng)治久安[1]。2022年中共中央一號(hào)文件指出，要著眼于國(guó)家重大戰(zhàn)略需要，做好“三農(nóng)”工作，而耕地質(zhì)量作為當(dāng)前我國(guó)耕地保護(hù)的“三位一體”格局的重要一環(huán)[2]，是確保農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)、農(nóng)民穩(wěn)步增收、農(nóng)村穩(wěn)定安寧的重要基礎(chǔ)[3]。坡耕地作為耕地資源的重要組成部分和山丘區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)性資源，對(duì)改善人民生活、發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)起到了極其重要的作用。因此，系統(tǒng)掌握坡耕地區(qū)質(zhì)量在空間及時(shí)間尺度上的變化情況，并有效判別其相關(guān)影響因素，對(duì)于耕地保護(hù)研究[4]和穩(wěn)定農(nóng)業(yè)基本盤的任務(wù)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值與意義。

【研究進(jìn)展】當(dāng)前我國(guó)有關(guān)耕地質(zhì)量的研究較為成熟，但對(duì)坡耕地區(qū)耕地質(zhì)量的研究較少，同時(shí)耕地質(zhì)量相關(guān)研究成果的角度多是從宏觀出發(fā)，主要集中于耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的研究[5-7]、耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的選取及構(gòu)建[8-10]，如孫曉兵等[1]結(jié)合耕地自然要素和人為要素以及相關(guān)研究現(xiàn)狀，對(duì)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的完善和發(fā)展提出思考；孫曉兵等[8]通過重新劃分耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)類型，以更全面的視角衡量耕地質(zhì)量。抑或是從靜態(tài)時(shí)點(diǎn)出發(fā)，分析某一時(shí)期一定尺度范圍內(nèi)的耕地質(zhì)量分布形態(tài)[11-13]，以及區(qū)域內(nèi)耕地質(zhì)量的空間相關(guān)性等[12,14]，許彩彩等[13]利用多因素綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)耕地的自然質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析了省域尺度的質(zhì)量綜合格局特征；李武艷等[15]運(yùn)用空間自相關(guān)分析方法，對(duì)浙江省的耕地質(zhì)量空間特征進(jìn)行了核算。從目前的研究成果來看：第一，雖然利用耕地質(zhì)量分等定級(jí)理論開展相關(guān)研究的程度已十分成熟，但將對(duì)耕地自然質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)質(zhì)量的相關(guān)影響因素結(jié)合進(jìn)行耦合分析的研究相對(duì)較少。第二，縣域作為耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)工作開展的基礎(chǔ)尺度單元，對(duì)于建設(shè)完整詳實(shí)的耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)格局具有不可或缺的意義，目前有關(guān)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)的研究在評(píng)價(jià)基礎(chǔ)單元（圖斑）的選擇上，多從行政村出發(fā)，沒有考慮到村內(nèi)土壤性質(zhì)的差異，難以兼顧細(xì)碎圖斑單元之間的空間異質(zhì)性。第三，現(xiàn)有耕地質(zhì)量研究定量考慮時(shí)間和空間分異格局演變的內(nèi)容較少，對(duì)縣域尺度的耕地質(zhì)量格局進(jìn)行因地制宜的時(shí)空變化評(píng)估是目前仍需深化研究的方向和課題。

湖南省地貌類型多樣，據(jù)第三次全國(guó)國(guó)土調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，湖南省6°以上的坡耕地面積達(dá)117.03萬(wàn)hm2，占湖南省耕地總面積的32.25%，作為我國(guó)的糧食主產(chǎn)區(qū)，省域內(nèi)坡耕地為湖南省農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)建設(shè)發(fā)揮了不可替代的作用[16]，其耕地質(zhì)量狀況的動(dòng)態(tài)變化也牽動(dòng)著湖南省乃至全國(guó)的糧食安全問題?！厩腥朦c(diǎn)】鳳凰縣作為湖南省坡耕地面積分布最廣的縣之一，其境內(nèi)約50%的土地存在水土流失的問題，關(guān)于其耕地質(zhì)量的時(shí)空分異及變化原因尚不明晰。【擬解決的關(guān)鍵問題】基于此，本文從立地條件、理化性狀、養(yǎng)分狀況、土壤管理、生態(tài)環(huán)境等5 個(gè)耦合評(píng)價(jià)體系方面出發(fā)，探討鳳凰縣耕地質(zhì)量等級(jí)的空間和時(shí)間變化情況，并結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況明確其差異產(chǎn)生的原因，最后基于Moran’sI指數(shù)進(jìn)行空間相關(guān)性分析并劃定管理分區(qū)，為后續(xù)耕地管理工作提供有效參考。

1 研究區(qū)域及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

鳳凰縣位于湖南省西部邊緣，湘西土家族苗族自治州的西南角，處于東經(jīng)109°18′—109°48′，北緯27°44′—28°19′之間。全縣屬于云貴高原東側(cè)的一部分，境內(nèi)地形復(fù)雜多樣：東部到東南角以河谷丘陵為主，地表破碎，谷狹坡陡，從東北到西南的中間地帶地勢(shì)較平緩開闊、垅田較多，西北部則構(gòu)成第三級(jí)臺(tái)階，地表起伏和緩、海拔較高，坡度在5°～20°之間。鳳凰縣屬中亞內(nèi)陸季風(fēng)暖溫性氣候類型，春夏多雨，四季分明。全年降水量在1 300～1 500 mm，平均氣溫16.1 ℃，年日照時(shí)間為1 308 h，無霜期為272 d。根據(jù)第三次國(guó)土調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2020年，鳳凰縣耕地總面積33 638.80 hm2，其中水田面積24 882.27 hm2，旱地面積為8 756.53 hm2。鳳凰縣約有坡耕地11 106 hm2，占全縣耕地面積的1/3。鳳凰縣境內(nèi)土壤以水稻土、黑色石灰土、紅色石灰土、紅壤、紫色土和黃壤為主，14 個(gè)亞類，21 個(gè)土屬，79 個(gè)土種。

圖1 鳳凰縣高程圖及耕地坡度Fig.1 Elevation map and farmland slope map ofFenghuang County

1.2 數(shù)據(jù)來源與數(shù)據(jù)處理

研究數(shù)據(jù)主要包括：①空間數(shù)據(jù)集：土地利用現(xiàn)狀圖、土壤圖、DEM 圖（30 m）、行政區(qū)劃圖；②屬性數(shù)據(jù)集：2010年及2020年耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)、耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)采樣監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)；③社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)：鳳凰縣土地利用總體規(guī)劃（2006—2020年）、鳳凰縣2020年統(tǒng)計(jì)年鑒等。

評(píng)價(jià)單元的確定：以往耕地質(zhì)量相關(guān)研究大多以行政村為最小單位圖斑進(jìn)行評(píng)價(jià)，而區(qū)域評(píng)價(jià)結(jié)果的真實(shí)性和準(zhǔn)確性不僅要考慮耕地地塊之間的連片相似性，還要考慮不同耕地土種之間的性質(zhì)差異性[17]，因此，為了使研究更具科學(xué)性，本文在評(píng)價(jià)單元的確定上，以2020年鳳凰縣土地利用現(xiàn)狀圖為基礎(chǔ)，疊加鳳凰縣土壤圖，通過疊加分析以及重建拓?fù)?，保證評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐值臏?zhǔn)確性，最終形成以相同土種屬性的地塊為最小單元的研究區(qū)評(píng)價(jià)單元圖，共計(jì)50 402 個(gè)地塊。

本研究利用 ArcGIS 軟件中的空間自相關(guān)（Moran I）散點(diǎn)圖以及聚類和異常值分析（Anselin Local Moran I）聚類圖來獲取研究區(qū)域內(nèi)耕地質(zhì)量綜合等級(jí)的關(guān)聯(lián)性。

2 研究方法

2.1 耕地質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)

2.1.1 指標(biāo)因子權(quán)重確定與評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

根據(jù)《耕地質(zhì)量等級(jí)》（GB/T 33469—2016）中的定義和標(biāo)準(zhǔn)，可知耕地質(zhì)量等級(jí)是為了準(zhǔn)確測(cè)評(píng)耕地地力、土壤健康狀況和田間基礎(chǔ)設(shè)施等多個(gè)要素對(duì)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)能力和質(zhì)量安全的滿足能力，運(yùn)用層次分析法和隸屬度函數(shù)模型對(duì)選取的指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)得到的結(jié)果[18]?？h域所屬區(qū)域范圍為西南區(qū)一級(jí)農(nóng)業(yè)區(qū)，二級(jí)農(nóng)業(yè)區(qū)隸屬于渝鄂湘黔邊境山地農(nóng)林牧區(qū)，本研究在綜合相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)西南區(qū)和對(duì)應(yīng)的二級(jí)農(nóng)業(yè)區(qū)的耕地特征，從耕地實(shí)際條件出發(fā)，在立地條件、理化性狀、養(yǎng)分狀況、土壤管理、生態(tài)環(huán)境等5 個(gè)方面中選出對(duì)本縣耕地質(zhì)量有顯著影響的16 個(gè)指標(biāo)，考慮到坡耕地區(qū)的自然條件狀況對(duì)耕地生產(chǎn)能力的影響，將地形部位、灌溉能力及海拔3 個(gè)因子的權(quán)重設(shè)置較高。具體指標(biāo)選取及權(quán)重設(shè)置見表1。

表1 耕地質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)Table 1 Index table of cultivated land quality grade evaluation

2.1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)量化

由于耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中各指標(biāo)中的性質(zhì)各不相同，地形部位、耕層質(zhì)地等概念型評(píng)價(jià)因子是通過強(qiáng)弱、高低等定性的效果來反映，因此需要對(duì)其屬性進(jìn)行定量化的賦值，賦值標(biāo)準(zhǔn)參考農(nóng)用地分等定級(jí)相關(guān)成果，并依據(jù)文獻(xiàn)和實(shí)際情況作一定調(diào)整，賦值范圍為[35,100]，分值的高低表示評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)耕地質(zhì)量狀況的影響大小，耕地質(zhì)量的優(yōu)劣與分值大小成正比[19]，鳳凰縣耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)量化參考標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 耕地質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)量化標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Quantitative standard of cultivated land qualitygrade evaluation index

2.2 綜合評(píng)分分值計(jì)算

采用加權(quán)和法計(jì)算每個(gè)評(píng)價(jià)單元的質(zhì)量綜合指數(shù)，計(jì)算式為：

式中：T為評(píng)價(jià)單元的質(zhì)量綜合指數(shù)；Ci為第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的組合權(quán)重；Fi為第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化分值。

根據(jù)耕地質(zhì)量綜合指數(shù)的分布特征，采用等間距法確定區(qū)域耕地質(zhì)量等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，確定各評(píng)價(jià)單元的耕地質(zhì)量等級(jí)。耕地質(zhì)量綜合指數(shù)越大，耕地質(zhì)量水平越高。1 級(jí)地耕地質(zhì)量最高，10 級(jí)地耕地質(zhì)量最低。劃分標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 坡耕地質(zhì)量等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Classification standard of slope farmland quality grade

由于耕地圖斑較為細(xì)碎，為研究行政區(qū)的耕地質(zhì)量總體情況，避免結(jié)果難以辨識(shí)，利用面積加權(quán)平均法實(shí)現(xiàn)耕地質(zhì)量等級(jí)由地塊向行政區(qū)的轉(zhuǎn)換[20]。

式中：Ti等于第i個(gè)行政村的耕地質(zhì)量綜合等級(jí)；Tij為行政村中第j塊耕地地塊質(zhì)量分值；Sij為第i個(gè)行政村中第j個(gè)耕地地塊的面積。

2.3 耕地質(zhì)量空間分布自相關(guān)模型

基于Moran’sI指數(shù)的空間自相關(guān)模型可用于反映研究區(qū)域數(shù)據(jù)之間的空間相關(guān)性，可分為全局自相關(guān)和局部自相關(guān)[15]。利用空間自相關(guān)模型，可以分析研究區(qū)域整體以及局部的地塊耕地質(zhì)量之間是否具有聚集或離散的特征，以便于把握評(píng)價(jià)單元間的相似性和差異性。

全局Moran’sI指數(shù)具體計(jì)算式為：

局部莫蘭指數(shù)具體計(jì)算式為：

式中：n表示研究區(qū)域地塊的總數(shù)量；wij表示研究區(qū)域中圖斑i和圖斑j的權(quán)重矩陣；yij表示圖斑i和圖斑j的耕地質(zhì)量等級(jí)得分；表示整個(gè)縣的耕地質(zhì)量等級(jí)得分均值[21]。

3 結(jié)果與分析

3.1 耕地空間分布變化特征

圖2為2010、2020年的耕地質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果。由圖2可知，2010年，鳳凰縣耕地質(zhì)量綜合評(píng)分的范圍為59.04～91.08，耕地質(zhì)量等級(jí)為5. 78；2020年，鳳凰縣耕地質(zhì)量綜合評(píng)分的范圍為60.14～90.38，等級(jí)為5.70，耕地質(zhì)量狀況整體處于中等質(zhì)量。鳳凰縣耕地主要分布在禾庫(kù)鎮(zhèn)、千工坪鎮(zhèn)、兩林鄉(xiāng)等區(qū)域且細(xì)碎化程度較高，這與鳳凰縣的地形分布有關(guān)，研究區(qū)地表切割破碎，耕地圖斑面積較小，破碎度較高，水打田鄉(xiāng)、林峰鄉(xiāng)的耕地分布數(shù)量較少，全區(qū)域內(nèi)自北向南呈耕地?cái)?shù)量遞減的趨勢(shì)，地形及海拔等地貌條件與耕地的數(shù)量存在一定的密切關(guān)系[8]。2010年，鳳凰縣1 級(jí)地主要分布在筸子坪鎮(zhèn)、禾庫(kù)鎮(zhèn)、吉信鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，在其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)零星分布；受海拔、地形等限制性因素的影響[22]，2 級(jí)地、3 級(jí)地在臘爾山鎮(zhèn)、兩林鄉(xiāng)、山江鎮(zhèn)分布面積較??；6 級(jí)耕地在全縣境內(nèi)分布面積最廣，占耕地總面積的18.88%，其分布面積占比在鳳凰縣2/3 以上的鄉(xiāng)鎮(zhèn)都超過了20%；禾庫(kù)鎮(zhèn)海拔較高，地勢(shì)密切影響著土壤中水、肥、氣、熱等諸因素的再分配，從土壤屬性分布來看，盡管西部的耕地以水田為主、東部的耕地以旱地為主，但農(nóng)田管理設(shè)施條件的不匹配明顯影響到了水田的生產(chǎn)能力，耕地的灌排條件無法滿足耕地生產(chǎn)的需要，影響其生產(chǎn)能力，因此生產(chǎn)能力較弱的7 級(jí)地在禾庫(kù)鎮(zhèn)的分布面積最廣。10 級(jí)地在禾庫(kù)鎮(zhèn)以及兩林鄉(xiāng)的分布面積較大，且多與7 級(jí)地、8級(jí)地、9 級(jí)地交叉分布，呈集中連片的趨勢(shì)。

圖2 鳳凰縣2 期耕地質(zhì)量等級(jí)分布情況Fig.2 Distribution of cultivated land quality in Fenghuang County in 2010 and 2020

2020年，高等質(zhì)量耕地在東北部區(qū)域出現(xiàn)了明顯的集中分布態(tài)勢(shì)，低等級(jí)質(zhì)量耕地（7 級(jí)地、8 級(jí)地、9 級(jí)地與10 級(jí)地）分布重心略向中部和南部移動(dòng)。禾庫(kù)鎮(zhèn)耕地質(zhì)量綜合等級(jí)有所上升，2017年，國(guó)家發(fā)展改革委、水利部聯(lián)合編制印發(fā)了《全國(guó)坡耕地水土流失綜合治理“十三五”專項(xiàng)建設(shè)方案》[18]，方案將鳳凰縣列入全國(guó)坡耕地水土流失綜合治理項(xiàng)目區(qū)，鳳凰縣在兩林鄉(xiāng)和禾庫(kù)鎮(zhèn)等項(xiàng)目區(qū)實(shí)施坡耕地綜合治理項(xiàng)目，共治理坡耕地面積達(dá)955.67 hm2，項(xiàng)目通過新修、整修梯田，使耕種條件較差的坡地朝梯地發(fā)展，減緩水土流失。計(jì)算結(jié)果顯示，禾庫(kù)鎮(zhèn)耕地質(zhì)量綜合等級(jí)由2010年的6.78 提高到了2020年的5.75；兩林鄉(xiāng)的耕地質(zhì)量綜合等級(jí)則由6.97 提高到了6.50。表明各項(xiàng)農(nóng)田生產(chǎn)配套設(shè)施的建設(shè)有效整合了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源、促進(jìn)了耕地質(zhì)量的轉(zhuǎn)良。但受耕地自然條件因素的綜合影響，縣域范圍內(nèi)的低等質(zhì)量耕地在西部耕地范圍內(nèi)的占比仍然明顯高于其在東部的占比。

3.2 耕地質(zhì)量等級(jí)變化特征

如圖3和表4所示，鳳凰縣2010年及2020年的耕地質(zhì)量等級(jí)區(qū)間分布規(guī)律的相似程度較高，耕地在各個(gè)質(zhì)量等級(jí)區(qū)間的分布隨著時(shí)間的推移略有變化，有由兩端向中間集中的趨勢(shì)。2010年，鳳凰縣1 級(jí)地占耕地總面積的3.14%，2 級(jí)地、3 級(jí)地占比較為接近，分布情況與1 級(jí)地相似，6 級(jí)耕地分布面積最廣，占耕地總面積的18.88%，低等質(zhì)量耕地共占了耕地總面積的4.76%。2020年，鳳凰縣1 級(jí)地占比較2010年有所下降，2 級(jí)地和3 級(jí)地的總面積變化幅度為-0.41%；2020年，鳳凰縣6 級(jí)耕地占耕地總面積的19.86%，4 級(jí)地、5 級(jí)地、6 級(jí)地面積占比較2010年分別上升了4.74%、1.40%、0.98%。研究期內(nèi)，鳳凰縣為落實(shí)耕地保護(hù)目標(biāo)、滿足提升耕地質(zhì)量的現(xiàn)實(shí)需求，大力開展農(nóng)田提質(zhì)建設(shè)項(xiàng)目，進(jìn)行一系列農(nóng)田配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)；7 級(jí)地、8 級(jí)地、9 級(jí)地、10 級(jí)地的變化幅度分別為1.18%、-4.73%、-1.77%、-0.18%，計(jì)算結(jié)果表明，鳳凰縣的耕地綜合質(zhì)量等級(jí)在2010—2020年有一定提升，中等質(zhì)量耕地及高等質(zhì)量耕地占比較大。

圖3 2010年及2020年鳳凰縣耕地質(zhì)量等級(jí)面積及占比Fig.3 Proportion of cultivated land quality grade area in Fenghuang County in 2010 and 2020

表4 2010年及2020年鳳凰縣耕地質(zhì)量等級(jí)面積占比Table 4 Proportion of cultivated land quality grade area in Fenghuang County in 2010 and 2020%

如圖4所示，2020年耕地質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)體系指標(biāo)中的農(nóng)田管理指標(biāo)層得分均值較2010年上升了6.74 分，耕地灌溉能力達(dá)到基本滿足以上水平的耕地占比由2010年的43.78%上升到了2020年的63.99%，排水能力達(dá)到了基本滿足以上水平的耕地占比由49.73%提高到了62.02%，高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項(xiàng)目既恢復(fù)和改善了田間灌排系統(tǒng)的輸排水能力，減少了縣域內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的旱澇災(zāi)害，還達(dá)到了良好的提質(zhì)效果，為農(nóng)民創(chuàng)造了更好的增產(chǎn)增收條件。其次，研究期內(nèi)，2020年耕地質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)體系指標(biāo)中的土壤養(yǎng)分狀況指標(biāo)層得分均值較2010年上升了21.03 分，研究區(qū)利用綠肥種植、實(shí)施測(cè)土配方施肥等手段，根據(jù)當(dāng)?shù)氐耐寥罈l件及作物生長(zhǎng)要求，促進(jìn)土壤養(yǎng)分良性循環(huán)，有效提升了研究期內(nèi)耕地土壤的有機(jī)質(zhì)量，經(jīng)計(jì)算，2020年鳳凰縣耕地土壤有機(jī)質(zhì)量均值為26.06 g/kg，相較于研究初期提高了1.6 g/kg，土壤養(yǎng)分是農(nóng)作物生長(zhǎng)所必需的條件，土壤有機(jī)質(zhì)量的提升無疑正向影響了鳳凰縣的耕地質(zhì)量狀況。此外，在影響研究區(qū)耕地質(zhì)量的諸多要素中，坡改梯及一系列相關(guān)工程管理措施如深耕深松、深溝撩壕等管理措施也直接作用于土壤的物理性狀，耕地質(zhì)量變化等級(jí)較為明顯的禾庫(kù)鎮(zhèn)耕地土壤中耕層質(zhì)地的得分均值由79.24 提高到了84.53，表明此鎮(zhèn)耕地土壤的持水、導(dǎo)水性能以及維持土壤肥力的性能增強(qiáng)，同時(shí)耕層結(jié)構(gòu)的改良又表明耕地土壤孔隙度的提高[23]、土壤養(yǎng)分狀況的改良及一系列良性反應(yīng)[24]。

圖4 2010年及2020年鳳凰縣耕地質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)得分變化Fig.4 Changes of cultivated land quality evaluation index scores in Fenghuang County in 2010 and 2020

3.3 耕地質(zhì)量空間相關(guān)性分析

3.3.1 全局自相關(guān)分析

利用ArcGIS10.2 軟件計(jì)算研究區(qū)耕地質(zhì)量等級(jí)的全局Moran’sI指數(shù)，結(jié)果如表5所示。研究區(qū)2期的全局自相關(guān)Moran’sI指數(shù)分別為0.417 和0.367，且2 期數(shù)據(jù)的Z值均＞1.96，說明有99%以上的把握認(rèn)為此數(shù)據(jù)不是隨機(jī)分布的，隨機(jī)分布的可能性小于1%，即鳳凰縣耕地質(zhì)量在2010年及2020年在全局相關(guān)性上均呈顯著的聚類趨勢(shì)，2020年的Moran’sI指數(shù)較2010年呈一定的下降趨勢(shì)，表明鳳凰縣耕地質(zhì)量等級(jí)在空間上的相關(guān)性隨著時(shí)間的推移有一定的減弱趨勢(shì)，但幅度不大。

表5 2010年與2020年鳳凰縣全局空間Moran’s I 指數(shù)Table 5 Moran’sI index of Global space in Fenghuang County in 2010 and 2020

3.3 2 局部空間自相關(guān)分析

根據(jù)LISA 聚類分布圖（圖5）顯示，2010年，研究區(qū)在空間上呈聚集性（高-高型、低-低型）的耕地?cái)?shù)量占比為29.74%，呈離散特征（高-低型、低-高型）的耕地占比為7.23%，有50%以上的耕地質(zhì)量空間相關(guān)性并不明顯，2020年，具有空間集聚特征的耕地質(zhì)量占比上升到了33.86%，具有離散特征的耕地質(zhì)量占比較少，為7.58%，空間相關(guān)性不明顯的行政村比例為62.67%。從空間結(jié)構(gòu)上看，耕地質(zhì)量LISA 聚類圖的分布格局與耕地質(zhì)量等級(jí)圖的分布格局基本吻合，受耕地圖斑細(xì)碎化的影響，呈大面積聚集、小面積零星分布的形狀。2010年，高-高型主要集中分布在東部的木江坪鎮(zhèn)、西南部的落潮井鎮(zhèn)和阿拉營(yíng)鎮(zhèn)，零星分布在東部。此時(shí)，高-高型基本上分布在地勢(shì)相對(duì)較低，土壤質(zhì)量狀況良好且經(jīng)濟(jì)效益較高的水田，低-低型集中分布于縣西北部的禾庫(kù)鎮(zhèn)和兩林鄉(xiāng)。到2020年，呈聚類特征的行政村數(shù)量有所擴(kuò)張，但分布態(tài)勢(shì)有明顯變化，東北部的高-高型耕地面積明顯擴(kuò)大，表明該地區(qū)在研究期內(nèi)耕地質(zhì)量有了一定的提升；西北部的低-低型逐漸向南部發(fā)育，西南部雖然地勢(shì)較為平坦且耕地基礎(chǔ)狀況良好，但其處于居民區(qū)集中分布的區(qū)域，阿拉營(yíng)鎮(zhèn)是鳳凰縣全縣內(nèi)城鎮(zhèn)化率第二的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，僅次于旅游業(yè)發(fā)達(dá)的沱江鎮(zhèn)，且有鳳大高速穿鎮(zhèn)而過，受城市化進(jìn)程以及交通基建輻射作用的影響，城鎮(zhèn)周邊的優(yōu)質(zhì)耕地資源質(zhì)量下降。西北部的禾庫(kù)鎮(zhèn)低-低型面積明顯縮小，說明高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)、土地整治項(xiàng)目的開展使得耕地生產(chǎn)條件提質(zhì)，區(qū)域間的生產(chǎn)要素流動(dòng)性增強(qiáng)，區(qū)際耕地質(zhì)量差異縮小[25]。

圖5 2010年及2020年鳳凰縣耕地質(zhì)量LISA 聚類分布Fig.5 Lisa aggregation map of cultivated land quality in Fenghuang County in 2010 and 2020

3.3.3 坡耕地區(qū)管理分區(qū)研究

基于區(qū)域發(fā)展中的空間極化理論，當(dāng)區(qū)域發(fā)展變化時(shí)，不同極化層的區(qū)域差異會(huì)越來越大，而同一極化層內(nèi)的差異會(huì)越來越小，也就是說，由于極化效應(yīng)，被低質(zhì)量耕地包圍的高等質(zhì)量耕地可能被周圍中低等耕地環(huán)境的阻礙作用影響而引起耕地質(zhì)量下降，而由于擴(kuò)散效應(yīng)，被得分較高的高等質(zhì)量耕地包圍的低等質(zhì)量耕地也可能會(huì)受到推動(dòng)作用從而得到質(zhì)量的提高[26]。因此，基于鳳凰縣2020年耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果和空間自相關(guān)分析結(jié)果，利用矩陣組合法進(jìn)行鳳凰縣耕地管理分區(qū)，以使鳳凰縣耕地質(zhì)量管理朝合理化和可應(yīng)用化的方向發(fā)展，如表6所示。其中，以土壤自然生產(chǎn)條件較好、農(nóng)業(yè)管理水平較高的優(yōu)質(zhì)耕地分布占比較高的高-高型區(qū)域，應(yīng)嚴(yán)格限制非農(nóng)建設(shè)侵占優(yōu)質(zhì)耕地資源，將耕地作為高產(chǎn)穩(wěn)定區(qū)進(jìn)行嚴(yán)格保護(hù)，防止耕地有非農(nóng)化、非糧化的趨勢(shì)；低-低型區(qū)域耕地由于耕地的自然狀況不佳或管理水平落后的原因，短時(shí)間內(nèi)難以提質(zhì)為穩(wěn)定高產(chǎn)農(nóng)田，甚至不合理的耕作會(huì)引起進(jìn)一步的水土流失、地力下降乃至威脅生態(tài)安全，因此應(yīng)將這一部分耕地合理退耕，防止人地矛盾進(jìn)一步擴(kuò)張；在高-低型聚集區(qū)，高等質(zhì)量耕地被低等級(jí)質(zhì)量耕地包圍其中，為了防止低等質(zhì)量耕地的耕種障礙因素對(duì)高等質(zhì)量耕地的同化，應(yīng)最大可能地減少極化效應(yīng)的影響，在保護(hù)高等質(zhì)量耕地地力和生產(chǎn)能力不下降的同時(shí)，對(duì)低等質(zhì)量耕地進(jìn)行適宜性的改良，例如測(cè)土配方施肥、優(yōu)化土地空間布局等；而對(duì)應(yīng)低-高型的區(qū)域，要積極擴(kuò)大周圍高等質(zhì)量耕地的擴(kuò)散效應(yīng)對(duì)中心耕地的擴(kuò)散效應(yīng)的同化作用，對(duì)此區(qū)域耕地進(jìn)行質(zhì)量挖潛。

表6 坡耕地區(qū)管理分區(qū)Table 6 Management division of slope farmland area

將鳳凰縣劃分為優(yōu)先保護(hù)區(qū)、適宜改良區(qū)、質(zhì)量挖潛區(qū)以及綜合整治區(qū)4 類，其分布如圖6所示：①優(yōu)先保護(hù)區(qū)：此類管理區(qū)占據(jù)了耕地總面積的8.51%，主要分布在禾庫(kù)鎮(zhèn)、兩林鄉(xiāng)。對(duì)于優(yōu)先保護(hù)區(qū)的耕地，應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家要求堅(jiān)持實(shí)施最嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度，并完善相關(guān)監(jiān)管機(jī)制，保證耕地質(zhì)量不下降、繼續(xù)成為居民的優(yōu)質(zhì)口糧田。②適宜改良區(qū)：這類管理區(qū)的面積達(dá)到1 536.75 hm2，集中分布在禾庫(kù)鎮(zhèn)、千工坪鎮(zhèn)及廖家橋鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，由于此區(qū)域內(nèi)耕地屬于高等質(zhì)量耕地和中低等質(zhì)量耕地交錯(cuò)分布，且中低等質(zhì)量耕地有對(duì)優(yōu)質(zhì)耕地同質(zhì)化的風(fēng)險(xiǎn)，因此可以通過土地權(quán)屬流轉(zhuǎn)等市場(chǎng)措施和較少耕地破碎度、提高耕地的集中連片程度等工程措施來對(duì)耕地進(jìn)行改良管理。③質(zhì)量挖潛區(qū)：此類耕地占比為43.02%，在北部和中部地區(qū)分布廣泛，與適宜改良區(qū)措施類似，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)耕地的優(yōu)化管理，挖掘其生產(chǎn)潛力。④綜合整治區(qū)：此類耕地由于綜合質(zhì)量相對(duì)較低，從生態(tài)安全和經(jīng)濟(jì)效益可持續(xù)性的角度出發(fā)，需要從各方面對(duì)土地進(jìn)行綜合整治，一部分生產(chǎn)條件難以滿足基本種植需求的土地，可納入到退耕還林還草的后備區(qū)中，避免對(duì)坡耕地區(qū)域生態(tài)安全造成破壞。

圖6 鳳凰縣耕地管理分區(qū)Fig.6 Cultivated land Management zoning map ofFenghuang County

4 討論

據(jù)湖南省2019年耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，全省低等質(zhì)量耕地主要分布在渝鄂湘黔邊境山地林農(nóng)牧區(qū)（懷化市、張家界市、湘西土家族苗族自治州），而這幾個(gè)縣市區(qū)的25°以上的坡耕地面積達(dá)到了湖南省坡耕地面積的3/5 以上。受到大面積開墾的坡耕地在人地矛盾日益尖銳的情況下為保障群眾生活、發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)提供了重要的生產(chǎn)資源的作用，因此，通過為坡耕地區(qū)的后續(xù)可持續(xù)發(fā)展提供可復(fù)制的耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)體系路線，在合理開墾的基礎(chǔ)上掌握坡耕地區(qū)的耕地質(zhì)量十分重要。

從耕地?cái)?shù)量上來看，研究期內(nèi)，鳳凰縣的耕地面積減少了692.57 hm2。根據(jù)湖南省統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)[16]，2010年，鳳凰縣的第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)以及第三產(chǎn)業(yè)的地區(qū)生產(chǎn)總值比值為1.75∶1.66∶6.59，2020年，鳳凰縣第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)的地區(qū)生產(chǎn)總值比值為1.4∶1.9∶6.66。2010—2020年，鳳凰縣產(chǎn)業(yè)重心有所轉(zhuǎn)移，發(fā)展規(guī)劃與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化使得全縣城市化的步伐加快，交通、住建等基礎(chǔ)設(shè)施不斷發(fā)展、擴(kuò)張、完善：吉懷高速鳳凰段于2012年建成并投入使用，這一過程導(dǎo)致建設(shè)用地占用優(yōu)質(zhì)耕地的范圍擴(kuò)大，并且使得耕地破碎程度變大、耕地田面規(guī)整程度及集中程度進(jìn)一步遭到破壞，不利于整合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所必需的各類要素資源，耕地生產(chǎn)潛力下降、同時(shí)降低了農(nóng)戶對(duì)耕地種植農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的積極性，甚至出現(xiàn)了撂荒的現(xiàn)象，危害耕地。此外，根據(jù)國(guó)家發(fā)改委于2014年和2016年分別下達(dá)的《關(guān)于下達(dá)2014年退耕還林還草年度任務(wù)的通知》（發(fā)改西部〔2014〕2155 號(hào)）、《關(guān)于下達(dá)2016年退耕還林還草年度任務(wù)的通知》（發(fā)改西部〔2016〕1138 號(hào)）等文件的要求，鳳凰縣在2014年和2016年度實(shí)施了退耕還林工程，退耕造林總面積234 hm2，使得項(xiàng)目區(qū)林地比例提升，調(diào)整了一部分土地利用結(jié)構(gòu)，也加快了第一產(chǎn)業(yè)向集約化產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)和步伐，使得縣域范圍內(nèi)優(yōu)質(zhì)耕地資源數(shù)量下降。

從耕地質(zhì)量上來看，研究期內(nèi)，鳳凰縣的耕地質(zhì)量綜合等級(jí)提高了0.08，鳳凰縣為落實(shí)耕地保護(hù)的目標(biāo)、滿足提升耕地質(zhì)量的現(xiàn)實(shí)需求，大力開展農(nóng)田提質(zhì)建設(shè)項(xiàng)目，據(jù)湘西土家族苗族自治州國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示，2017年鳳凰縣進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)項(xiàng)目22 個(gè)，涉及14 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，建設(shè)總規(guī)模達(dá)到344.87 hm2，對(duì)田間道路進(jìn)行了規(guī)劃整理，使得農(nóng)田耕作便利程度提高，通過落實(shí)田間灌溉渠、排水溝等農(nóng)田生產(chǎn)配套基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，完善了農(nóng)田灌排管理體系，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化，此外，結(jié)合坡耕地建設(shè)中的工程措施，項(xiàng)目通過新修、整修梯田，使耕種條件較差的坡地朝梯地發(fā)展，減緩水土流失；再利用蓄水池、排水溝等、機(jī)耕道等農(nóng)田生產(chǎn)配套設(shè)施的建設(shè)，整合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源、促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)的結(jié)果更新及動(dòng)態(tài)變化情況對(duì)于耕地的精細(xì)化管理具有重要意義，而坡耕地的質(zhì)量變化情況及有效分區(qū)能夠有效促進(jìn)湖南省的農(nóng)業(yè)產(chǎn)出及耕地生態(tài)壓力的緩解。本文僅選取了一個(gè)縣作為分析對(duì)象，未來研究區(qū)域范圍的細(xì)化和多樣性、以及特定時(shí)間尺度的選取和深入研究是需要進(jìn)一步探索的方向。

5 結(jié)論

1）2010年，鳳凰縣耕地質(zhì)量綜合評(píng)分為59.04～91.08，2020年，鳳凰縣耕地質(zhì)量綜合評(píng)分的范圍為60.14～90.38。

2）研究期內(nèi)，鳳凰縣的耕地質(zhì)量綜合等級(jí)加權(quán)平均值提高了0.08，2020年的鳳凰縣耕地質(zhì)量總體狀況優(yōu)于2010年，其變化以中等質(zhì)量耕地比重的上升最為明顯，農(nóng)田管理?xiàng)l件和土壤養(yǎng)分狀況的改善是鳳凰縣耕地質(zhì)量綜合等級(jí)提升的主要原因。從空間分布上看，北部耕地質(zhì)量的提升較為明顯，南部的耕地質(zhì)量則有一定的下滑趨勢(shì)，其分布格局的變化主要原因是高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田、坡耕地治理等耕地提質(zhì)項(xiàng)目的大力建設(shè)和發(fā)展。

3）2020年鳳凰縣具有聚集特征的耕地比例較2010年有一定提高，具有離散特征的耕地比重較研究基期有小幅上升，鳳凰縣內(nèi)對(duì)耕地質(zhì)量的關(guān)注和相關(guān)整治措施促進(jìn)了區(qū)域間耕地生產(chǎn)要素的流動(dòng)。

4）根據(jù)空間極化理論和鳳凰縣耕地質(zhì)量實(shí)際分布情況，考慮鳳凰縣耕地安全生產(chǎn)、平穩(wěn)經(jīng)濟(jì)及保護(hù)生態(tài)等諸多目標(biāo)，將鳳凰縣劃分為優(yōu)先保護(hù)區(qū)、適宜改良區(qū)、質(zhì)量挖潛區(qū)以及綜合整治區(qū)4 個(gè)管理分區(qū)，分別占據(jù)了耕地總面積的8.51%、4.57%、43.02%及43.89%，未來，鳳凰縣應(yīng)通過持續(xù)實(shí)施坡耕地治理項(xiàng)目來改善耕地生產(chǎn)障礙因素以提高耕地質(zhì)量。