孫超 任艷敏 范文洋

摘要：科學(xué)合理制定耕地保護(hù)分區(qū)方案，是實(shí)現(xiàn)耕地差異化保護(hù)的前提和基礎(chǔ)。運(yùn)用局部空間自相關(guān)分析法，揭示吉林省樺甸市耕地質(zhì)量的空間集聚特征和空間關(guān)聯(lián)關(guān)系，并據(jù)此提出耕地保護(hù)分區(qū)方案。結(jié)果表明：（1）樺甸市耕地自然等指數(shù)、利用等指數(shù)和經(jīng)濟(jì)等指數(shù)整體上均呈現(xiàn)中部高、四周低的分布特征，且空間集聚性顯著。（2）局部空間自相關(guān)分析結(jié)果顯示，顯著正相關(guān)類型多以帶狀或片區(qū)形式出現(xiàn)，聚集性較強(qiáng);顯著負(fù)相關(guān)類型無(wú)明顯集中區(qū)域，面積較小，且零星分布。（3）按照耕地保護(hù)分區(qū)規(guī)則，結(jié)合樺甸市生態(tài)保護(hù)紅線，將57種組合劃分為永久耕地保護(hù)區(qū)、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整區(qū)、土地整治重點(diǎn)區(qū)、可調(diào)整建設(shè)區(qū)、休耕輪作區(qū)和退耕還林區(qū)，制定差異化管理保護(hù)措施。結(jié)果可為樺甸市耕地保護(hù)提供決策依據(jù)，為相似縣域耕地保護(hù)分區(qū)提供方法參考。

關(guān)鍵詞：耕地保護(hù);耕地質(zhì)量;分區(qū)方法;空間自相關(guān)分析;樺甸市;差異化;耕地保護(hù)措施

中圖分類號(hào)： F301.21 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2019）22-0279-05

2017年我國(guó)糧食總產(chǎn)量61 791萬(wàn)t，屬歷史上第2高產(chǎn)年。但是在糧食產(chǎn)量連續(xù)增長(zhǎng)的背后，我國(guó)人均耕地面積由0.11 hm2減少到0.09 hm2[1]，耕地質(zhì)量總體偏低，中等和低等地面積占全國(guó)耕地評(píng)定總面積的70.51%，同時(shí)面臨著華北平原地下水漏斗區(qū)不斷擴(kuò)大[2]、黃淮海平原區(qū)土壤pH值降低[3]、東北平原濕地面積急劇減少[4]、黑土地有機(jī)質(zhì)含量下降、湖南省耕地重金屬污染嚴(yán)重[5]、西南地區(qū)耕地石漠化[6]等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。為此，中央陸續(xù)制定出臺(tái)“嚴(yán)守18億畝耕地紅線”“實(shí)施藏糧于地、藏糧于技戰(zhàn)略”“探索實(shí)施耕地休耕輪作制度”“建立糧食生產(chǎn)功能區(qū)和重要農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)保護(hù)區(qū)”等政策、戰(zhàn)略，耕地保護(hù)的地位不斷上升、耕地保護(hù)的內(nèi)涵持續(xù)擴(kuò)大，對(duì)耕地差異化管護(hù)提出了現(xiàn)實(shí)需求。在縣域尺度上科學(xué)設(shè)定耕地保護(hù)區(qū)域，實(shí)施差別化管理，是耕地保護(hù)制度“落地”的重要保證，也是實(shí)現(xiàn)耕地質(zhì)量保護(hù)與提升的重要抓手。

目前，有關(guān)耕地保護(hù)的研究較多，主要圍繞資源稟賦[7]、生態(tài)安全[8]、土地利用功能[9]、經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償機(jī)制[10]、輪作休耕[11]、耕地質(zhì)量空間分布[12]、耕地歷史數(shù)據(jù)重構(gòu)[13]等方面展開(kāi)。其中，耕地質(zhì)量空間分布特征備受關(guān)注，孔祥斌等基于農(nóng)用地分等國(guó)家級(jí)匯總結(jié)果，分析了西部地區(qū)12省份耕地質(zhì)量的空間分布特征[14];熊昌盛等引入局部空間自相關(guān)分析模型，在廣東省廣寧縣劃分出高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)優(yōu)化區(qū)域、重點(diǎn)區(qū)域、后備區(qū)域和一般區(qū)域[15];楊建宇等運(yùn)用局部空間自相關(guān)和Moran散點(diǎn)圖結(jié)合的方法，基于村域尺度從耕地3個(gè)維度（自然、利用、經(jīng)濟(jì)）分析陜西省高平市耕地質(zhì)量的空間局部特征，提出耕地保護(hù)分區(qū)的思路[16];張貞等采用MoranI（莫蘭指數(shù)）空間自相關(guān)分析方法，證實(shí)了重慶市丘陵山區(qū)水田和旱地的質(zhì)量等級(jí)存在顯著的空間正相關(guān)關(guān)系[17]?？傮w來(lái)看，關(guān)于宏觀、中觀尺度上的耕地質(zhì)量空間特征研究較多，但大多研究未能落到具體地塊，影響了空間特征描述與分區(qū)的精確程度。本研究以耕地綜合質(zhì)量指數(shù)為空間變量，引入局部空間自相關(guān)分析法，探索耕地質(zhì)量在地塊尺度上的空間聚集規(guī)律，并結(jié)合生態(tài)保護(hù)紅線劃分耕地保護(hù)區(qū)，以期為吉林省樺甸市耕地保護(hù)提供決策依據(jù)，并為相似縣域耕地保護(hù)分區(qū)提供方法參考。

1 研究區(qū)域概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

樺甸市位于吉林省東南部，地處長(zhǎng)白山區(qū)向松遼平原過(guò)渡的前緣，土地面積為6 520.80 km2，全市明顯分為山地、低山丘陵和溝川溝谷平地3個(gè)部分。耕地面積為 174 019.57 hm2，約占土地總面積的26.69%。當(dāng)前，樺甸市耕地處于高利用率的狀態(tài)，加之長(zhǎng)期粗放耕作、保護(hù)性措施缺失、養(yǎng)護(hù)管理水平低等因素，耕地出現(xiàn)了土壤肥力下降、黑土層變薄以及土地沙化、鹽堿化等問(wèn)題。本研究數(shù)據(jù)主要來(lái)源于《2014年樺甸市耕地質(zhì)量更新成果》《2015年樺甸市土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)》《樺甸市生態(tài)保護(hù)紅線劃定報(bào)告》和2015年高分二號(hào)衛(wèi)星影像等。

1.2 研究方法

本研究的基本思路是：將研究區(qū)的耕地圖斑進(jìn)行剔除異常值等預(yù)處理;借助空間自相關(guān)方法，揭示耕地自然等指數(shù)、利用等指數(shù)、經(jīng)濟(jì)等指數(shù)的空間分布模式;開(kāi)展耕地質(zhì)量局部空間自相關(guān)類型的組合分析，依據(jù)數(shù)據(jù)的空間隨機(jī)分布、空間異常分布、高值聚集分布、低值聚集分布特點(diǎn)，并結(jié)合樺甸市生態(tài)保護(hù)紅線范圍，劃分耕地保護(hù)類型區(qū)。

式中：Ii為單元i的局部Morans I;σ2為方差。利用GeoDa中的局部自相關(guān)工具對(duì)研究數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得出，Z得分大于正態(tài)分布函數(shù)在0.01水平下的臨界值2.58，通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，將評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐譃?種類型，其中顯著高-高型（HH型）是高值與高值關(guān)聯(lián)的聚焦點(diǎn)，表示該評(píng)價(jià)單元及其周圍評(píng)價(jià)單元的屬性特征值都較高;顯著低-低型（LL型）是低值與低值關(guān)聯(lián)的聚焦點(diǎn)，表示該評(píng)價(jià)單元及其周圍評(píng)價(jià)單元的屬性特征值都較低;顯著高-低型（HL型）和顯著低-高型（LH型）是異常值關(guān)聯(lián)區(qū)，表示該評(píng)價(jià)單元及其周圍評(píng)價(jià)單元的屬性特征值有較強(qiáng)的異質(zhì)性;非顯著型（N型）是空間隨機(jī)分布的區(qū)域，表示沒(méi)有通過(guò)局部Morans I顯著性檢驗(yàn)，空間集聚性不強(qiáng)。

1.2.3 耕地保護(hù)分區(qū) 為了直觀清楚地了解各耕地圖斑的綜合質(zhì)量和其相鄰區(qū)域耕地質(zhì)量情況，將自然等指數(shù)、利用等指數(shù)和經(jīng)濟(jì)等指數(shù)的局部空間自相關(guān)結(jié)果進(jìn)行順序組合，制定了耕地保護(hù)分區(qū)規(guī)則（表1），即在一個(gè)圖斑組合情況為 HH-LL-HL 中，HH、LL、HL分別代表該圖斑自然等指數(shù)、利用等指數(shù)、經(jīng)濟(jì)等指數(shù)的空間自相關(guān)結(jié)果。分區(qū)規(guī)則為：（1）HH型是高指數(shù)分值耕地高度聚集區(qū)域，且局部范圍內(nèi)呈現(xiàn)明顯的均質(zhì)狀態(tài)，因此將耕地綜合質(zhì)量組合中遴選出的包含HH且不包含LL、HL、LH的組合作為永久耕地保護(hù)區(qū)。（2）LL型恰好與HH型相反，表示低分值聚集區(qū)域，且局部范圍內(nèi)呈現(xiàn)均值狀態(tài)，將遴選出的包含LL且不包含HH、HL、LH的組合作為可調(diào)整建設(shè)區(qū)域。此外，對(duì)該區(qū)域進(jìn)一步細(xì)分，將可調(diào)整建設(shè)區(qū)與樺甸市生態(tài)保護(hù)紅線劃定范圍疊加，提取生態(tài)紅線保護(hù)區(qū)內(nèi)的可調(diào)整建設(shè)區(qū)圖斑，將地形坡度小于15°的耕地劃入休耕輪作區(qū);將地形坡度大于15°的耕地劃入退耕還林區(qū)，而生態(tài)保護(hù)紅線外的可調(diào)整建設(shè)區(qū)依然為可調(diào)整建設(shè)區(qū)。（3）局部空間自相關(guān)組合N-N-N是指該區(qū)域耕地質(zhì)量在空間上隨機(jī)分布，從空間集聚特性中很難分辨該圖斑或區(qū)域耕地特征，將其劃入農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整區(qū)域。（4）HL型（或LH型）是局部區(qū)域內(nèi)高（低）分值指數(shù)耕地集中在中部，周圍多以低（高）分值耕地包圍，為避免耕地綜合質(zhì)量下降，應(yīng)實(shí)施土地綜合整治工程，以改良低分值耕地為重點(diǎn)。將永久耕地保護(hù)區(qū)、可調(diào)整建設(shè)區(qū)、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整區(qū)外的其他組合劃為土地整治重點(diǎn)區(qū)。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕地質(zhì)量空間分布特征

由圖1可知，自然等指數(shù)較高的耕地主要分布在金沙鎮(zhèn)、橫道河子鄉(xiāng)等平原地區(qū)，該區(qū)域耕地自然稟賦良好;自然等指數(shù)較低的耕地在各鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）均有分布，主要集中在丘陵地區(qū)，受地形坡度較大、障礙層距地表深度較小等因素制約，自然條件較差。利用等指數(shù)空間分布類似于自然等指數(shù)，高分值區(qū)域聚集在縣域中部金沙鎮(zhèn)周圍，以組團(tuán)形式出現(xiàn)，低分值區(qū)域分布在山區(qū)丘陵地區(qū)。與自然等指數(shù)和利用等指數(shù)相比，經(jīng)濟(jì)等指數(shù)在等別占比和空間分布上均存在較大差異，高等別耕地分布在橫道河子鄉(xiāng)和二道甸子鎮(zhèn)，最低等別面積占總面積的43.07%，占比較大。

2.2 全局、局部空間自相關(guān)分析

采用GeoDa軟件進(jìn)行全局空間自相關(guān)分析，樺甸市耕地自然等指數(shù)、利用等指數(shù)、經(jīng)濟(jì)等指數(shù)的Morans I值分別為0.810 7、0.887 6、0.942 4，表明全市耕地質(zhì)量在空間上表現(xiàn)出顯著正相關(guān)性，且耕地利用等指數(shù)和經(jīng)濟(jì)等指數(shù)的空間正相關(guān)性更強(qiáng)。采用局部Morans I進(jìn)一步分析評(píng)價(jià)單元的空間集聚程度，以便更深入地發(fā)現(xiàn)局部的集聚和變異特征。結(jié)果表明，在99%的置信度下，大部分評(píng)價(jià)單元的空間分布模式表現(xiàn)為N型。HH型和LL型的圖斑個(gè)數(shù)和占比反映了耕地質(zhì)量指數(shù)的正相關(guān)顯著程度，其結(jié)果與全局空間自相關(guān)結(jié)果基本一致。

2.2.1 耕地各指數(shù)局部自相關(guān)分析 結(jié)合表2與圖2-a可知，在自然等指數(shù)局部空間自相關(guān)中，N型耕地面積最大，為115 900.18 hm2，其次是HH型與LL型，面積分別為 35 261.61、21 009.78 hm2;LH型與HL型的面積較小，分別為1 475.51、372.49 hm2。從空間上看，HH型主要分布在金沙鎮(zhèn)中部、樺郊鄉(xiāng)北部、橫道河子鄉(xiāng)和八道河子鎮(zhèn);LL型主要分布在紅石砬子鎮(zhèn)北部、八道河子鎮(zhèn)、橫道河子鄉(xiāng)，其余各鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）也有少量分布;LH型和HL型主要分布在HH型四周，呈點(diǎn)狀分布。

結(jié)合表2與圖2-b可知，在利用等指數(shù)局部空間自相關(guān)中，N型面積仍然最大，占總面積的62.84%。與自然等指數(shù)自相關(guān)分析相比，變化最大的是LL型，增加了 12 306.77 hm2;HH型面積略有減少，為30 606.52 hm2;LH型與HL型由于基數(shù)較小，變化量也較小。從空間上看，樺甸市利用等指數(shù)局部空間自相關(guān)呈現(xiàn)明顯的“西北組團(tuán)”“東南組團(tuán)”低值集聚以及“中部組團(tuán)”高值集聚的特征。金沙鎮(zhèn)、公吉鄉(xiāng)、樺郊鄉(xiāng)以及二道甸子鎮(zhèn)西部利用等指數(shù)高于其他鄉(xiāng)（鎮(zhèn)），且呈空間集聚狀態(tài)。

結(jié)合表2與圖2-c可知，經(jīng)濟(jì)等指數(shù)局部空間自相關(guān)各類型面積與利用等指數(shù)相比差異不大，N型面積在 110 000 hm2 以上，正相關(guān)類型HH型與LL型的面積均大于30 000 hm2，負(fù)相關(guān)類型LH型與HL型的面積均低于 500 hm2。從空間上看，經(jīng)濟(jì)等指數(shù)局部空間差異較為明顯，HH型集中在市區(qū)周邊、橫道河子鄉(xiāng)、金沙鎮(zhèn)中部和二道甸子鎮(zhèn)中部4個(gè)片區(qū)，LL型主要分布在金沙鎮(zhèn)東部、二道甸子鎮(zhèn)北部、夾皮溝鎮(zhèn)東北部和公吉鄉(xiāng)北部。

2.3 耕地保護(hù)分區(qū)結(jié)果

依據(jù)耕地自然等指數(shù)、利用等指數(shù)和經(jīng)濟(jì)等指數(shù)局部空間自相關(guān)關(guān)聯(lián)集聚類型進(jìn)行組合，得到57種組合。按照耕地保護(hù)分區(qū)規(guī)則（表1），結(jié)合樺甸市生態(tài)保護(hù)紅線，將57種組合劃分為永久耕地保護(hù)區(qū)、可調(diào)整建設(shè)區(qū)、休耕輪作區(qū)、退耕還林區(qū)、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整區(qū)和土地整治重點(diǎn)區(qū)（圖3），并提出差異化的耕地保護(hù)措施。

（1）永久耕地保護(hù)區(qū)。該區(qū)耕地面積為47 305.35 hm2，主要分布在金沙鎮(zhèn)中部、樺郊鄉(xiāng)中部、橫道河子鄉(xiāng)中南部。該區(qū)耕地綜合條件優(yōu)越，建議嚴(yán)禁非農(nóng)占用，繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)耕地的建設(shè)和保護(hù)，以期對(duì)周邊質(zhì)量較低的耕地產(chǎn)生擴(kuò)散效應(yīng)。

（2）可調(diào)整建設(shè)區(qū)。該區(qū)耕地面積為37 640.32 hm2，主要分布在八道河子鎮(zhèn)中部、公吉鄉(xiāng)中部、二道甸子鎮(zhèn)和金沙鎮(zhèn)交界處（原樺樹(shù)林子鄉(xiāng)）以及橫道河子鄉(xiāng)東部，紅石砬子鎮(zhèn)和夾皮溝鎮(zhèn)也有少量分布。該區(qū)耕地的自然條件較差，地勢(shì)起伏較大，道路通達(dá)度較低，耕地的投入產(chǎn)出相對(duì)較低，是進(jìn)行非農(nóng)化整治的可選區(qū)域。

（3）休耕輪作區(qū)。該區(qū)耕地面積為11 584.2 hm2，主要分布在松花江沿岸以及橫道河子鄉(xiāng)北部肇大雞山國(guó)家森林公園，紅石砬子鎮(zhèn)、夾皮溝鎮(zhèn)和樺郊鄉(xiāng)有少量分布。該區(qū)域?qū)儆跇宓槭猩鷳B(tài)保護(hù)紅線范圍內(nèi)的飲用水源保護(hù)區(qū)和水源涵養(yǎng)水土保持區(qū)，耕地綜合質(zhì)量較差。建議按照東北冷涼區(qū)休耕輪作模式，結(jié)合自身自然資源稟賦，推廣“一主三輔”種植模式。“一主”：實(shí)行玉米與大豆輪作，發(fā)揮大豆根瘤固氮養(yǎng)地作用，提高土壤肥力?！叭o”：實(shí)行玉米與馬鈴薯等薯類輪作，改變重迎茬，減輕土傳病蟲(chóng)害，改善土壤物理和養(yǎng)分結(jié)構(gòu);實(shí)行玉米與谷子、高粱、燕麥、紅小豆等耐旱耐瘠薄的雜糧雜豆輪作，減少灌溉用水量，滿足多元化消費(fèi)需求;實(shí)行玉米與花生、向日葵、油用牡丹等油料作物輪作，增加食用植物油供給量。

（4）退耕還林區(qū)。該區(qū)的耕地面積最小，僅為 2 050.25 hm2，主要分布在肇大雞山國(guó)家森林公園和松花江“三湖”國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)。該區(qū)耕地質(zhì)量很差，耕地坡度均在15°以上且遠(yuǎn)離村莊，耕作十分不便，部分耕地已經(jīng)出現(xiàn)撂荒現(xiàn)象，因此劃入退耕還林區(qū)。

（5）農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整區(qū)。該區(qū)耕地面積最大為 62 820.36 hm2，主要分布在金沙鎮(zhèn)、八道河子鎮(zhèn)、樺郊鄉(xiāng)3個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)），紅石砬子鎮(zhèn)、常山鎮(zhèn)、公吉鄉(xiāng)也有分布。緊密結(jié)合“一園一帶兩區(qū)”的農(nóng)業(yè)發(fā)展格局，因地制宜實(shí)施綜合性調(diào)整措施，突出特色，改善布局，形成“一鄉(xiāng)一業(yè)”“一村一品”的特色經(jīng)濟(jì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)投入產(chǎn)出最大化。

（6）土地整治重點(diǎn)區(qū)。該區(qū)耕地面積為12 619.06 hm2，主要分布在公吉鄉(xiāng)北部和二道甸子鎮(zhèn)。該區(qū)域耕地質(zhì)量呈現(xiàn)

異常分布，按照“改、培、控”的思路對(duì)低分值耕地予以重點(diǎn)改良，針對(duì)耕地土壤障礙因素，治理水土侵蝕，改良土壤理化性狀;通過(guò)增施有機(jī)肥、實(shí)施秸稈還田、開(kāi)展測(cè)土配方施肥，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量、平衡土壤養(yǎng)分，培肥地力;控施化肥，提高化肥利用率，減少不合理施肥造成的面源污染。

3 結(jié)論

樺甸市耕地質(zhì)量總體偏低，在空間上呈現(xiàn)“中部高、四周低，平原高、丘陵低”的分布特征;耕地自然等指數(shù)、利用等指數(shù)和經(jīng)濟(jì)等指數(shù)均呈現(xiàn)顯著的空間自相關(guān)性，空間集聚特征明顯;空間正相關(guān)類型多以組團(tuán)形式出現(xiàn)，集聚性較強(qiáng);負(fù)相關(guān)類型無(wú)明顯集聚性，零散分布在各鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）。

結(jié)合耕地質(zhì)量局部自相關(guān)分析結(jié)果和分區(qū)原則，將樺甸市耕地劃分為6個(gè)類型區(qū)。其中，農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整區(qū)和永久耕地保護(hù)區(qū)面積較大，占耕地總面積的63.28%，且分布較為集中;可調(diào)整建設(shè)區(qū)面積為37 640.32 hm2，主要分布在公吉鄉(xiāng)中部、二道甸子鎮(zhèn)和金沙鎮(zhèn)交界處等地區(qū)，是非農(nóng)化利用的可選區(qū)域;土地整治重點(diǎn)區(qū)和休耕輪作區(qū)面積分別為 12 619.06 hm2 和11 584.20 hm2，是樺甸市耕地質(zhì)量提升的重點(diǎn)區(qū)域;退耕還林區(qū)面積最小，僅為2 050.25 hm2。

本研究依據(jù)不同耕地質(zhì)量?jī)?nèi)涵和對(duì)應(yīng)的空間聚類組合類型制定耕地保護(hù)分區(qū)方法，該方法不僅考慮了耕地的自然條件、利用水平和經(jīng)濟(jì)狀況，同時(shí)將空間屬性納入到耕地保護(hù)分區(qū)中，為耕地保護(hù)分區(qū)提供了新思路。

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