?基于GIS的石門縣柑橘果園空間分布格局及影響因素分析

盧召艷 陶維榮 王鳳娟

摘 要：利用GIS工具對(duì)石門縣柑橘種植的空間布局進(jìn)行了分析研究。結(jié)果表明：石門縣柑橘果園種植區(qū)域空間差異明顯，總體呈“南高北低”的特征;該縣柑橘果園的種植密度呈現(xiàn)出正向的空間自相關(guān)性，形成了以熱點(diǎn)區(qū)為核心向外圍冷點(diǎn)區(qū)依次逐漸過(guò)渡的“中間高南北低”“南熱北冷”核心邊緣性特征突顯的整體分布格局;影響該縣柑橘果園空間分布格局的因素主要有高程、坡度、公路、河流、居民點(diǎn)等，具體來(lái)說(shuō)該縣柑橘園主要種植在高程小于300 m、坡度低于15°的區(qū)域內(nèi)，且大部分分布在水域、道路、居民點(diǎn)2 km緩沖區(qū)范圍之內(nèi);結(jié)合分布特征和影響因素，對(duì)石門縣柑橘產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提出了建立標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)體系，提高柑橘生產(chǎn)質(zhì)量;構(gòu)建便捷高效的交通網(wǎng)絡(luò);三產(chǎn)融合，推動(dòng)柑橘全產(chǎn)業(yè)鏈對(duì)接;強(qiáng)化品牌運(yùn)作，不斷開(kāi)拓市場(chǎng)的建議。

關(guān)鍵詞：GIS;果園;空間分布;影響因素;石門

中圖分類號(hào)：S32文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-060X（2020）07-0078-05

Abstract： The spatial distribution of citrus planting in Shimen County was analyzed by using GIS. The results showed that the spatial differences of citrus orchards planting area in Shimen County were obvious， showing the characteristics of "high density in the south and low density in the north"; the planting density of citrus orchards showed positive spatial autocorrelation， forming an overall distribution pattern of core marginal features of "high in the center and low in the south and north" and "hot in the south and cold in the north" with hot spots as the core and gradually transiting to the peripheral cold spots; the main factors affecting the spatial distribution pattern of citrus orchards in this county were elevation， slope， road， river， residential area， etc. Specifically， citrus orchards in this county were mainly located in the area with elevation less than 300 m and slope less than 15 °， and most of them were distributed? within the 2 km buffer zone of water area， road and residential area.? Combined with the distribution characteristics and influencing factors， it was proposed to establish a standardized production system for the quality improvement of citrus production in Shimen County; build a convenient and efficient transportation network; realize the integration of the three industries for promoting the connection of the whole citrus industry chain， and strengthen the brand operation and constantly open up the market.

Key words： GIS; orchard; spatial distribution; influencing factors; Shimen

柑橘作為世界上主要的農(nóng)產(chǎn)品與加工品之一，已有超過(guò)4 000 a的栽種歷史。我國(guó)90%以上柑橘產(chǎn)量集中在廣西、廣東、湖南、湖北、江西、四川、福建等熱帶和亞熱帶地區(qū)。目前對(duì)柑橘的研究主要集中在柑橘栽種技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)策等方面[1-6]，而對(duì)柑橘果園的空間分布格局及其影響因素的研究相對(duì)較少。柑橘果園的分布格局受諸多因素的影響，其中水源、光熱、土壤、地形、交通、勞動(dòng)力等均是影響果園分布格局的重要因素[7]。隨著地理、測(cè)繪行業(yè)的不斷發(fā)展與延伸，GIS手段普遍運(yùn)用于各行各業(yè)當(dāng)中，利用GIS工具分析農(nóng)作物布局的技術(shù)也愈發(fā)成熟。

在ArcGIS軟件的支持下，提取石門縣柑橘果園的空間分布信息，研究該縣柑橘果園空間分布格局，并分析影響該縣柑橘果園空間分布格局的因素，旨在為石門縣果園的規(guī)模種植及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)域概況

石門縣位于湖南省西北部，被稱為“武陵門戶”，縣域從西北側(cè)的壺瓶山向東南側(cè)的洞庭湖平原傾斜，海拔落差達(dá)到2 000 m。正因?yàn)橛小昂衔菁埂钡淖韪?，石門縣很難受到北方冷空氣的侵襲，而東南季風(fēng)卻也因難以逾越壺瓶山而長(zhǎng)期在縣域內(nèi)盤桓，從而常年雨水充沛。加之丘陵地形、晝夜溫差等特殊的氣候因素，造就了該地柑橘具有含糖量高、成熟期早等特點(diǎn)，逐步成為了我國(guó)最大的柑橘生產(chǎn)、出口基地[8]，擁有“中國(guó)柑橘之鄉(xiāng)”“全國(guó)柑橘出口基地縣”等諸多榮譽(yù)稱號(hào)。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，2018年石門縣柑橘產(chǎn)量占主要農(nóng)產(chǎn)品總產(chǎn)量的49%，柑橘種植產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為了石門縣農(nóng)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)及扶貧攻堅(jiān)產(chǎn)業(yè)。

1.2 研究方法

通過(guò)引入全局空間自相關(guān)的全局Morans I指數(shù)和局部空間自相關(guān)的Getis-Ord G*i指數(shù)，分別測(cè)度石門縣柑橘種植密度的空間相關(guān)性及其分布模式。

（1）柑橘種植密度。計(jì)算公式為：

式中，D為柑橘種植密度，Scitrus為統(tǒng)計(jì)單元中柑橘果園面積，Scell為統(tǒng)計(jì)單元面積。

（2）全局Morans I指數(shù)。計(jì)算公式為：

式中，Wij為基于邊界相鄰（Rook相鄰）的歐氏距離（Euclidean）空間權(quán)重矩陣，若i、j兩個(gè)行政單元鄰接時(shí)，則Wij=1，反之，若i、j兩個(gè)行政單元不鄰接，則Wij=0;xi、xj分別為第i、j個(gè)區(qū)域行政單元的柑橘種植密度;為xi的均值;n為研究區(qū)域行政單元樣本數(shù)量。Morans I的取值范圍為Morans I，當(dāng)Morans I>0時(shí)，表示研究區(qū)域內(nèi)不同行政單元間柑橘種植密度的空間分布呈正向空間自相關(guān);當(dāng)Morans I<0時(shí)，表示研究區(qū)域內(nèi)不同行政單元間柑橘種植密度的空間分布呈負(fù)向空間自相關(guān);當(dāng)Morans I=0時(shí)，表示研究區(qū)域內(nèi)不同行政單元間空間分布呈隨機(jī)分布，即不存在空間自相關(guān)性。常采用標(biāo)準(zhǔn)化 值來(lái)檢驗(yàn)Morans I指數(shù)的顯著性水平，計(jì)算公式為：

為方差，即變異系數(shù)。

（3）局部Getis-Ord G*i指數(shù)。局部Getis-Ord G*i指數(shù)[9]通過(guò)識(shí)別研究石門縣各行政單元與周圍研究區(qū)域單元之間是否存在高-高值集簇或低-低值集簇現(xiàn)象，探究熱點(diǎn)區(qū)（HotSpots）或冷點(diǎn)區(qū)（ColdSpots）在空間上的分布模式。計(jì)算公式為：

式中：Wij為基于邊界相鄰（Rook相鄰）的歐氏距離（Euclidean）空間權(quán)重矩陣;xj為第i個(gè)研究區(qū)域單元的周圍行政單元j的柑橘種植密度。一般采用標(biāo)準(zhǔn)化Z值檢驗(yàn)其可信度，其計(jì)算公式為：

式中，E（G*i）、Var（G*i）分別為期望指數(shù)和方差。當(dāng)Z（G*i）>0且顯著時(shí)，分布模式呈高-高值集簇，表明該區(qū)域?yàn)槭T縣柑橘種植密度的高值集聚區(qū)，即熱點(diǎn)區(qū)（HotSpots）;反之，當(dāng)Z（G*i）<0且顯著時(shí)，分布模式呈低-低值集簇，表明該區(qū)域?yàn)槭T縣柑橘種植密度的低值集聚區(qū)，即冷點(diǎn)區(qū)（ColdSpots）。

1.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

文中使用數(shù)據(jù)有以下2個(gè)來(lái)源：（1）石門縣30 m空間分辨率DEM數(shù)據(jù)，獲取自地理空間數(shù)據(jù)云;（2）石門縣線狀道路、河流與面狀居民區(qū)矢量數(shù)據(jù)，來(lái)源于石門縣2018年土地利用現(xiàn)狀變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)。

2 石門縣柑橘果園空間分布特征

2.1 種植的總體空間格局特征

從石門縣土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫(kù)中提取柑橘果園數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明：石門縣柑橘種植總面積約為306.67 km2，其中，種植面積超過(guò)20 km2的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有蒙泉鎮(zhèn)、夾山鎮(zhèn)、白云鎮(zhèn)、皂市鎮(zhèn)、新關(guān)鎮(zhèn)、楚江街道等6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道（圖1），占總種植面積65.95%，其中蒙泉鎮(zhèn)、夾山鎮(zhèn)、白云鎮(zhèn)3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)種植面積最大，分別占總種植面積16.13%、12.88%、12.18%（表1）。

2.2 種植密度的空間格局特征

從石門縣柑橘園種植密度的空間格局來(lái)看（圖2），總體上表現(xiàn)為“南高北低”的特征。其中高密度區(qū)為新關(guān)鎮(zhèn)、楚江街道、二都街道、永興街道，呈“片狀”集中分布于縣域中部地區(qū)。極低密度鄉(xiāng)鎮(zhèn)呈“片狀”集中分布于縣域北部地區(qū)，如壺瓶山鎮(zhèn)、羅坪鄉(xiāng)、南北鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

2.3 種植密度的空間集聚性特征

運(yùn)用ArcGIS 10.2軟件計(jì)算出石門縣柑橘種植密度的全局Morans I指數(shù)，揭示石門縣柑橘種植密度的全局空間集聚特征。通過(guò)計(jì)算可得，Morans I指數(shù)為0.934 6，E（I）指數(shù)為-0.050 0，Var（I）指數(shù)為0.021 3，Z值為6.745 4，P值為0.000 1，可見(jiàn)Morans I指數(shù)顯著為正，且通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，表明石門縣柑橘種植密度呈現(xiàn)出正向空間自相關(guān)性，空間集聚特征明顯。

局部空間自相關(guān)能夠反映出研究區(qū)域內(nèi)各研究單元之間局部空間格局的分布特征。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化 值計(jì)算? 值，運(yùn)用ArcGIS軟件對(duì)石門縣柑橘種植密度的局部空間特征進(jìn)行可視化。采用自然斷裂的方法，將其劃分成了五種類型：冷點(diǎn)區(qū)、次冷點(diǎn)區(qū)、過(guò)渡區(qū)、次熱點(diǎn)區(qū)和熱點(diǎn)區(qū)，從而得到石門縣柑橘種植密度的冷熱點(diǎn)空間格局分布圖（圖3）。從“冷熱點(diǎn)”區(qū)域分布格局來(lái)看，熱點(diǎn)區(qū)主要分布在楚江街道、寶峰街道、二都街道、永興街道、易家渡鎮(zhèn)、新鋪鄉(xiāng)、新關(guān)鎮(zhèn)、夾山鎮(zhèn)等位于縣域中部的9個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。由于擁有優(yōu)越的區(qū)位條件、雄厚的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、較高的城鎮(zhèn)化水平等優(yōu)勢(shì)，柑橘種植空間分布密度明顯處于縣域前列?！按螣狳c(diǎn)”區(qū)域的皂市鎮(zhèn)緊鄰熱點(diǎn)區(qū)，表明核心區(qū)對(duì)周圍區(qū)域的輻射擴(kuò)散效應(yīng)較為明顯，存在著空間近鄰效應(yīng)。過(guò)渡區(qū)呈斑塊狀鑲嵌分散分布，主要有白云鎮(zhèn)、蒙泉鎮(zhèn)?！按卫潼c(diǎn)”區(qū)域主要分布在維新鎮(zhèn)、三圣鄉(xiāng)、太平鎮(zhèn)、羅坪鄉(xiāng)、壺瓶山鎮(zhèn)、南北鎮(zhèn)，這些區(qū)域柑橘生產(chǎn)的區(qū)位條件較熱點(diǎn)區(qū)、次熱點(diǎn)區(qū)要差?！袄潼c(diǎn)”區(qū)域主要分布在磨市鎮(zhèn)、雁池鄉(xiāng)、所街鄉(xiāng)、子良鄉(xiāng)4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

總體來(lái)看，石門縣柑橘種植密度形成了以熱點(diǎn)區(qū)為核心向外圍冷點(diǎn)區(qū)依次逐漸過(guò)渡的“中間高南北低”“南熱北冷”核心邊緣性特征突顯的整體分布格局。

3 石門縣柑橘果園空間分布格局的主要影響因素

石門縣柑橘果園空間分布格局是自然因素、區(qū)位因素非線性耦合作用的結(jié)果，其中自然因素奠定了柑橘果園空間分布的基本格局，區(qū)位因素影響柑橘果園空間分布格局，對(duì)柑橘果園分布格局變化有重要的導(dǎo)向作用。

3.1 自然因素

將果園分布數(shù)據(jù)與地形進(jìn)行疊加分析（圖4），結(jié)果表明：柑橘種植面積的94.39%位于高程0～300 m的區(qū)域內(nèi)。當(dāng)高程超過(guò)500 m時(shí)，極端低溫出現(xiàn)及積溫不足等現(xiàn)象導(dǎo)致該區(qū)域不適宜于種植柑橘。從表2中可以看出，該區(qū)域種植比例僅為1.29%。