楊荔陽，易志輝，林 斌，徐偉銘，王成軍

(1.莆田市國(guó)土資源信息中心，福建莆田 351100； 2.福建省國(guó)土資源廳信息中心，福州 350002； 3.福州大學(xué)福建省空間信息工程研究中心地理空間信息技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心空間數(shù)據(jù)挖掘與信息共享教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建福州 350108)

0 引言

耕地作為解決“三農(nóng)”問題的基礎(chǔ)資源，是保障糧食安全以及區(qū)域生態(tài)安全與改善人居環(huán)境的基礎(chǔ)要素，對(duì)耕地的保護(hù)對(duì)保障區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[1-2]。隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，我國(guó)的耕地資源急劇減少，為保障耕地資源的合理利用，國(guó)家實(shí)行最嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度，但耕地總量持續(xù)快速減少的趨勢(shì)并未得到有效遏制，有限的耕地資源仍然被不斷向其他用途轉(zhuǎn)移，未來的耕地形勢(shì)不容樂觀[3-4]。通常所理解的耕地保護(hù)是通過一系列手段來遏制耕地減少的趨勢(shì)，僅僅是數(shù)量上的保護(hù)，實(shí)際上，耕地保護(hù)還應(yīng)包括耕地質(zhì)量的保護(hù)[5-6]。對(duì)于耕地質(zhì)量，目前學(xué)術(shù)界還沒有一個(gè)明確的定義，劉友兆等認(rèn)為耕地質(zhì)量是指各種自然因素和環(huán)境條件狀況的總和，具體體現(xiàn)在耕地生產(chǎn)能力、耕地環(huán)境狀況以及耕地產(chǎn)品質(zhì)量上[7]。沈仁芳認(rèn)為耕地質(zhì)量是多層次的綜合概念，是指耕地的自然、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)等因素的總和，耕地質(zhì)量的內(nèi)涵應(yīng)當(dāng)包括耕地的土壤質(zhì)量、空間地理質(zhì)量、管理質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)質(zhì)量4個(gè)方面[8]。目前對(duì)耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)多數(shù)僅從耕地本身的土壤質(zhì)量、土地地力、經(jīng)濟(jì)效益、農(nóng)戶行為等方面構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[9-12]。李奕志等人借鑒美國(guó)國(guó)家資源清單的思想，結(jié)合中國(guó)耕地資源的空間分布特征，建立耕地質(zhì)量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體系[13]。綜合現(xiàn)有研究對(duì)于耕地質(zhì)量的理解，耕地質(zhì)量不僅僅是體現(xiàn)在等別差異上，其質(zhì)量等別在空間分布上亦存在差異，現(xiàn)有的耕地質(zhì)量的研究?jī)H停留在指標(biāo)評(píng)價(jià)的階段，大多以定性評(píng)價(jià)為主，從耕地分布的空間相關(guān)性的角度深入探究耕地質(zhì)量的空間分布特征對(duì)耕地保護(hù)影響的研究相對(duì)較少，且目前多在縣域?qū)用嫔蠈?duì)耕地質(zhì)量的空間自相關(guān)特征進(jìn)行了積極有意義的研究[14-16]，但在省域?qū)用嫔祥_展耕地質(zhì)量空間自相關(guān)分析的研究較為欠缺還比較少。文章從耕地空間分異的角度，采用空間自相關(guān)的分析方法，探究耕地質(zhì)量在省域?qū)用嫔系目臻g分布規(guī)律，據(jù)此進(jìn)行耕地保護(hù)分區(qū)，并提出相應(yīng)的分區(qū)保護(hù)策略，以期為國(guó)土部門實(shí)行差別化、針對(duì)性耕地保護(hù)工作提供決策參考。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

福建省位于我國(guó)東南沿海，與臺(tái)灣隔海相望，境內(nèi)多山，耕地面積稀少，人均耕地面積不足全國(guó)平均水平的1/3， 2014年全省人均耕地僅0.035hm2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全國(guó)人均耕地0.099hm2的水平。后備耕地資源十分有限，福建省2014年土地變更調(diào)查成果數(shù)據(jù)顯示，福建省總土地面積1 239.51萬hm2，其中耕地133.77萬hm2，基本農(nóng)田115.25萬hm2，耕地占總土地面積的10.79%。在城市化進(jìn)程加快的背景下，大量耕地向非農(nóng)化轉(zhuǎn)變，可以開發(fā)利用的耕地后備資源空間狹小，耕地占補(bǔ)平衡難度大，耕地資源保護(hù)與城市建設(shè)發(fā)展的矛盾加大，開展耕地質(zhì)量空間分布格局分析有利于全省耕地質(zhì)量分等工作，能夠拓寬耕地保護(hù)工作的深度和廣度。

1.2 數(shù)據(jù)來源

該文主要有以下數(shù)據(jù)來源：福建省各行政縣(市、區(qū))面積以及福建省縣級(jí)行政區(qū)矢量圖、福建省2014年耕地質(zhì)量等別年度更新評(píng)定結(jié)果、福建省2014年土地利用現(xiàn)狀面積匯總表、福建省農(nóng)村土地整治系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。

2 數(shù)據(jù)處理與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)處理方法

該研究中的各區(qū)域平均利用等別的計(jì)算采用面積加權(quán)平均法[17-19]，具體計(jì)算公式見下式：

(1)

其中，Y表示該區(qū)域的平均利用等；i表示耕地的利用等等別；imax、imin分別表示利用等別中的最大最小值，按照福建省耕地質(zhì)量分等技術(shù)規(guī)程，imax=15，imin=1；Si表示i等地的耕地面積； ∑S表示區(qū)域耕地總面積。自然等和經(jīng)濟(jì)等的平均等別計(jì)算同上式。

2.2 研究方法

空間自相關(guān)分析是檢驗(yàn)具有空間位置要素的觀測(cè)值與相鄰空間點(diǎn)上的觀測(cè)值是否具有關(guān)聯(lián)性的方法[20]，地理學(xué)第一定律指出：任何事物之間都存在相關(guān)性，這種相關(guān)性與距離有關(guān)，離得越近的事物之間相關(guān)性要高[21]?？臻g自相關(guān)的根本出發(fā)點(diǎn)正是基于此定律，關(guān)注對(duì)象(或要素)的屬性值在空間上的相關(guān)性[22]。度量空間自相關(guān)的指標(biāo)有很多，其中最常用的是Moran′s I[23]數(shù)。Moran′s I是用于衡量空間要素之間的相互關(guān)系，取值區(qū)間在±1之間，取值大于零說明存在空間正相關(guān)關(guān)系，取值小于零說明存在空間負(fù)相關(guān)關(guān)系，為零則說明不存在空間相關(guān)關(guān)系[24]空間自相關(guān)又分為全局空間自相關(guān)指數(shù)和局部空間自相關(guān)指數(shù)，全局Moran′s I指數(shù)的計(jì)算公式如下：

(2)

局部空間自相關(guān)(LISA，local indicators ofspatial association)是由Anselin于1995年提出的用于反映微觀空間單元及其鄰域空間單元就某一屬性值在局部空間上所表現(xiàn)出的相關(guān)性程度[26-27]。全局空間自相關(guān)指數(shù)(Moran′s I)僅能夠揭示耕地保護(hù)成效在空間尺度上是否存在聚集性，無法揭示空間聚集的位置和特征[28]。將全局空間自相關(guān)和局部空間自相關(guān)結(jié)合起來既揭示了耕地質(zhì)量等別的空間聚集性同時(shí)又表明了其空間聚集的分異特征。

3 結(jié)果與分析

3.1 耕地質(zhì)量等別數(shù)量分布特征分析

2014年福建省耕地總面積133.771 413萬hm2，占全省面積的10.79%，根據(jù)《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》將耕地質(zhì)量分成15等，其中， 1等地最優(yōu)， 15等地最差，按照2.1節(jié)中平均質(zhì)量等別計(jì)算公式得：全省耕地質(zhì)量自然等等別為6.77，利用等等別為8.12，經(jīng)濟(jì)等等別為8.34。

由圖1可知，福建省3種類型耕地質(zhì)量大致呈正態(tài)分布，其中，自然等集中在5～7等之間，尤以6等地居多，面積高達(dá)36.951 192萬hm2，占全省耕地總面積的27.62%； 利用等以7～9等為主， 3等地面積為466.96hm2，占全省總的耕地面積的0.03%，利用等為優(yōu)的耕地極其稀少，面積最多的為第8等，總面積高達(dá)55.671 610萬hm2，占全省耕地總面積的41.62%(圖2)； 經(jīng)濟(jì)等集中在7～9等， 2等地面積為185.27hm2，僅占全省耕地總面積的0.01%， 8等地與9等地面積較為接近，分別為27.055 736萬hm2和27.298 898萬hm2，占全省耕地總面積的20.23%和20.41%(圖3)?？傮w看來，福建省耕地質(zhì)量在中等水平。

圖1 福建省耕地自然質(zhì)量等等別構(gòu)成 圖2 福建省耕地利用質(zhì)量等等別構(gòu)成

圖3 福建省耕地經(jīng)濟(jì)質(zhì)量等等別構(gòu)成

3.2 耕地質(zhì)量等別空間分異特征分析

該文利用ArcGis10.1和Geoda地統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行耕地質(zhì)量空間自相關(guān)分析，得到的Moran′s I指數(shù)見表1所示。

表1 福建省耕地質(zhì)量Moran′s I值

耕地質(zhì)量等別類型自然等利用等經(jīng)濟(jì)等Moran's I指數(shù)0.4250.3410.319

從結(jié)果可以得出，福建省耕地質(zhì)量在空間上表現(xiàn)出一定的空間正相關(guān)性，就Moran′s I值的大小來看，自然等>利用等>經(jīng)濟(jì)等，說明在空間分布上，福建省耕地自然質(zhì)量的空間正相關(guān)性表現(xiàn)的相對(duì)最強(qiáng)，耕地經(jīng)濟(jì)質(zhì)量等空間正相關(guān)性表現(xiàn)的最弱，耕地利用質(zhì)量等居中。在空間上偏向于呈聚集形式分布。

圖4 福建省耕地質(zhì)量等別空間分布

圖5 耕地質(zhì)量LSA聚集

從圖4可以看出，福建省耕地自然質(zhì)量等別以6等地為主，主要分布在內(nèi)陸地區(qū)，福建沿海一帶亦有聚集分布， 5等地分布較少，且較為分散，沿海地區(qū)中莆田市轄區(qū)、龍海、長(zhǎng)泰以及詔安，內(nèi)陸地區(qū)的建寧、寧化、清流以及武平自然等為5等； 9等地集中分布在閩西北地區(qū)的寧德市境內(nèi)的屏南、周寧以及柘榮3地； 利用等在空間上表現(xiàn)為較明顯的聚集趨勢(shì)，全省利用等等別以8等地為主，大多分布在閩中以及閩西南地區(qū)，閩南內(nèi)陸地區(qū)除三明市的大田以及泉州市的安溪、德化地區(qū)為9等地外，其他地區(qū)均為8等地，個(gè)別地區(qū)可達(dá)到6等，如漳州市轄區(qū)、龍海以及長(zhǎng)泰， 10等地分布較少，主要集中在閩北的寧德市的屏南、周寧一帶； 福建省耕地經(jīng)濟(jì)質(zhì)量等別以9等地居多， 6等地至9等地以條帶狀形式分布，主要在閩東南沿海以及閩西北部?jī)?nèi)陸一帶，尤其以閩西北南平市的武夷山、建陽、建甌、浦城和松溪地區(qū)均為7等地，呈聚集形態(tài)分布， 8等地中沿南平市的光澤、邵武由北向南至三明市市轄區(qū)呈帶狀聚集分布，閩中地區(qū)以9～10等地為主?？偟目磥?，福建省耕地質(zhì)量自然等等別空間分布較均勻，全省各個(gè)地區(qū)自然等等別差異較小，利用等等別和經(jīng)濟(jì)等等別較高的地區(qū)在空間分布上表現(xiàn)為以沿海一帶城市為主，特別是閩南沿海經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)，耕地質(zhì)量的利用等和經(jīng)濟(jì)等等別較高，這與沿海一帶經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，耕地資源集約節(jié)約、土地開發(fā)整理利用高效有關(guān)。

全局空間自相關(guān)僅能表明耕地質(zhì)量等別在縣級(jí)尺度上存在一定的空間自相關(guān)性，但是具體的空間聚集特征還需要通過LSA聚集圖來表示，為此，該文在全局空間自相關(guān)的基礎(chǔ)上對(duì)不同的耕地質(zhì)量等別局部空間自相關(guān)進(jìn)行分析。LSA圖中，High-High(簡(jiǎn)稱HH)和Low-Low(簡(jiǎn)稱LL)表示耕地質(zhì)量空間分布具有較高的空間聚集特征，Low-High(簡(jiǎn)稱LH)以及High-Low(簡(jiǎn)稱HL)表示耕地質(zhì)量的空間分布聚集呈空間負(fù)相關(guān)特征，Not-Significance表示不存在顯著的空間聚集現(xiàn)象。結(jié)果如圖5所示。

從LSA圖可以看出，經(jīng)濟(jì)等的空間分布聚集狀態(tài)較為零散，HH型和LL型聚集主要分布在閩中內(nèi)陸一帶，LH聚集則主要是在閩南沿海地區(qū)，HL型聚集較為明顯的是閩北的柘榮縣； 利用等和自然等的空間聚集特征較經(jīng)濟(jì)等則更為明顯，在利用等LSA分布圖中，HH型聚集集中在閩北的寧德市各縣區(qū)，而LL聚類則分布零散，HL聚類主要集中在閩東南內(nèi)陸地區(qū)，LH型聚集較為明顯的是建甌市； 自然等中HH型聚集與利用等較為相似，主要集中在閩北一帶，且較利用等多，有一定的外延趨勢(shì)，沙縣和寧化也有零星分布，LL型分布較利用等少，僅分布在廈門市，HL型聚集零星分布于閩中地區(qū)，LH型聚集同樣也是聚集在閩北一帶的建甌古田地區(qū)?？傮w看來，3種耕地質(zhì)量等別的HH型空間聚集特征主要分布在內(nèi)陸特別是閩北一帶，沿海地區(qū)分布則較少。這是由于，閩中一帶政和、周寧、福安等地屬于武夷山脈與中部鷲峰山—戴云山之間，海拔400m以下地區(qū)，地形較平緩，分布于低海拔的水田所占比重較大，自然等等別較高，且地勢(shì)平緩，有利于現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)耕作管理方式，農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)較為齊全，耕地利用等等別較高，武平地區(qū)水土流失嚴(yán)重，自然等等別較低； 建甌市地處武夷山脈，丘陵較多，地形起伏較大，田間管理難度較大，利用等等別較低； 閩侯、大田以及龍巖市轄區(qū)境內(nèi)交通便利，多條省道、國(guó)道穿插其中，有利于耕地經(jīng)濟(jì)效益提升，而柘榮地區(qū)，交通較為落后，境內(nèi)無火車站等運(yùn)輸條件限制了耕地經(jīng)濟(jì)效益的提升。

空間極化指在一定空間范圍內(nèi)的區(qū)域發(fā)展不均衡，處于不同極化層的區(qū)域發(fā)展差異越來越大，而處于同一極化層的區(qū)域發(fā)展差異越來越小[29]。根據(jù)空間極化理論，隨著事物發(fā)展變化，同一極化層內(nèi)部單元趨同，不同極化層單元趨異； 且同一極化層內(nèi)各單元對(duì)周邊單元產(chǎn)生兩種效應(yīng)：優(yōu)勢(shì)單元對(duì)周邊單元的阻礙作用、推進(jìn)作用和周邊優(yōu)勢(shì)單元對(duì)中心單元的帶動(dòng)作用[30]。結(jié)合空間極化理論與LSA空間聚集圖對(duì)局部空間自相關(guān)較為明顯的區(qū)域進(jìn)行耕地保護(hù)分區(qū)，為耕地保護(hù)分區(qū)工作提供參考，針對(duì)耕地自然等質(zhì)量，從耕地自然條件以及可改良兩個(gè)角度出發(fā)，將耕地保護(hù)分區(qū)劃分為限制建設(shè)區(qū)、綜合改良區(qū)、適度改良區(qū)以及重點(diǎn)整治區(qū)； HH型聚集范圍內(nèi)耕地質(zhì)量較高且分布較均勻，可以作為限制建設(shè)區(qū)； LL型則恰好相反，聚集區(qū)域內(nèi)耕地質(zhì)量整體較差且分布較均勻，應(yīng)作為土地開發(fā)整治綜合改良區(qū)，但由于該區(qū)域內(nèi)耕地質(zhì)量普遍較差，需兼顧整體綜合性整治逐步改善； HL型聚集區(qū)域表示耕地質(zhì)量較高的區(qū)域被耕地質(zhì)量較低的區(qū)域圍繞，根據(jù)空間極化理論，耕地質(zhì)量較差的區(qū)域?qū)Ω刭|(zhì)量較高的區(qū)域有一定的消極影響，使HL型聚集逐漸演化成LL型聚集，由此，屬于HL型聚集的區(qū)域應(yīng)當(dāng)劃分為適度改良區(qū)，重點(diǎn)改良耕地質(zhì)量較差的地區(qū)，同時(shí)維持耕地質(zhì)量較高地區(qū)的現(xiàn)狀； LH型聚集由于是耕地質(zhì)量較差的區(qū)域被耕地質(zhì)量較高的區(qū)域包圍，耕地質(zhì)量較低的區(qū)域極易在耕地質(zhì)量較高的區(qū)域的推進(jìn)作用下由低等別向高等別轉(zhuǎn)化，該種聚集區(qū)域應(yīng)當(dāng)作為重點(diǎn)整治區(qū)，同樣應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)改良低等別區(qū)域，使之向HH型轉(zhuǎn)變。針對(duì)耕地經(jīng)濟(jì)等和利用等，從耕地可利用水平以及產(chǎn)能效益兩個(gè)方面出發(fā)，將耕地保護(hù)分區(qū)劃分為利用區(qū)和產(chǎn)能區(qū)，具體分區(qū)見表2。

表2 基于局部空間自相關(guān)的耕地質(zhì)量分區(qū)

耕地質(zhì)量類型空間自相關(guān)類型典型區(qū)域分區(qū)方案保護(hù)方案自然質(zhì)量HH政和縣、屏南縣、周寧縣、壽寧縣、寧德市轄區(qū)、福安縣、柘榮縣、福鼎縣、霞浦縣、沙縣、寧化縣限制建設(shè)區(qū)維持耕地現(xiàn)有水平、禁止非農(nóng)建設(shè)LL廈門市綜合改良區(qū)全面綜合考慮地區(qū)耕地現(xiàn)狀、農(nóng)轉(zhuǎn)用建設(shè)理想?yún)^(qū)域HL大田縣、泰寧縣適度改良區(qū)重點(diǎn)保護(hù)耕地質(zhì)量較好的區(qū)域,改良質(zhì)量較差區(qū)域、可適度進(jìn)行非農(nóng)建設(shè)LH建甌市、古田縣、武平縣重點(diǎn)整治區(qū)對(duì)耕地質(zhì)量較差的區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)改良利用質(zhì)量HH政和縣、屏南縣、周寧縣、寧德市轄區(qū)、福安縣可持續(xù)利用區(qū)維持現(xiàn)有的耕地質(zhì)量建設(shè)和利用水平、禁止非農(nóng)化建設(shè)LL武夷山市、寧化縣、龍海市低效利用區(qū)根據(jù)現(xiàn)狀水平制定耕地利用方案、非農(nóng)化建設(shè)理想?yún)^(qū)域HL安溪縣、南靖縣、平和縣、上杭縣集約節(jié)約利用區(qū)重點(diǎn)整治利用水平較低的區(qū)域、可適度非農(nóng)化建設(shè)LH建甌市潛力利用區(qū)重點(diǎn)提高利用水平低的區(qū)域、限制非農(nóng)化建設(shè)經(jīng)濟(jì)質(zhì)量HH閩侯縣、大田縣、龍巖市轄區(qū)高效產(chǎn)能區(qū)維持現(xiàn)有的產(chǎn)能水平、禁止非農(nóng)化建設(shè)LL寧化縣、浦城縣低效產(chǎn)能區(qū)根據(jù)現(xiàn)有水平,制定綜合整治方案、非農(nóng)化建設(shè)理想?yún)^(qū)域HL柘榮縣產(chǎn)能調(diào)整區(qū)調(diào)整現(xiàn)有產(chǎn)能結(jié)構(gòu)、提高耕地經(jīng)濟(jì)效益LH建甌市、莆田市轄區(qū)、泉州市轄區(qū)潛力產(chǎn)能區(qū)重點(diǎn)保護(hù)耕地經(jīng)濟(jì)質(zhì)量較高的區(qū)域、提高經(jīng)濟(jì)質(zhì)量較低的區(qū)域、可適度進(jìn)行非農(nóng)化建設(shè)

4 結(jié)論與討論

該文分析了福建省質(zhì)量的自然等等別、經(jīng)濟(jì)等等別、利用等等別的數(shù)量特征，通過空間自相關(guān)指數(shù)分析耕地質(zhì)量的空間分布特征，結(jié)論如下。

(1)福建省耕地質(zhì)量的自然等等別(6.77)優(yōu)于利用等等別(8.12)優(yōu)于經(jīng)濟(jì)等等別(8.34)，福建省總體耕地質(zhì)量處于中等水平，經(jīng)濟(jì)和利用質(zhì)量等等別較低，特別是閩中部地區(qū)，要充分利用好耕地自然本地質(zhì)量的優(yōu)勢(shì)，根據(jù)土地利用規(guī)劃，加大土地整理的力度，對(duì)災(zāi)毀和棄耕的土地進(jìn)行復(fù)墾，提高土地的利用效率，增加耕地的有效利用面積，改善耕地質(zhì)量； 同時(shí)，還需要加強(qiáng)農(nóng)田水利設(shè)施的建設(shè)，合理用肥，改善土壤不良理化性狀，提高糧食產(chǎn)量，做到用地養(yǎng)地相結(jié)合。

(2)福建省耕地質(zhì)量在空間分布上表現(xiàn)出較強(qiáng)的正的空間自相關(guān)性，耕地質(zhì)量在空間上表現(xiàn)出一定的空間相關(guān)性，在LSA分析中，經(jīng)濟(jì)等的空間聚集特征分布較為零散，利用等和自然等則呈現(xiàn)出明顯的空間聚集形態(tài)。

(3)結(jié)合空間局部自相關(guān)的結(jié)果從空間極化理論的角度對(duì)耕地分區(qū)保護(hù)工作提出了參考，在耕地保護(hù)工作中，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)HH、LL、HL、LH 4種不同聚集形態(tài)采取相應(yīng)的工作方案，在實(shí)際耕地保護(hù)分區(qū)以及耕地資源合理利用方案制定中，綜合考慮耕地的自然、利用和經(jīng)濟(jì)質(zhì)量現(xiàn)狀情況選擇適宜的分區(qū)方案，因地制宜，調(diào)整農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、便于精細(xì)化、差別化管理。