基于GIS的縣域耕地自然質量等空間分異規律研究*
——以云南省石林縣為例

劉淑霞，張 川，張耿杰，廖麗君，曾維軍，余建新

(1.云南農業大學水利學院，昆明 650201； 2.云南農業大學國土資源科學技術工程研究中心，昆明 650201；3.國土資源部“土地利用——云南陸良野外基地”，云南昆明 650201； 4.云南省土地資源利用與保護工程實驗室，昆明 650201)

·農業區劃·

基于GIS的縣域耕地自然質量等空間分異規律研究*
——以云南省石林縣為例

劉淑霞1， 2， 3,4，張 川2，4，張耿杰1，2,3，廖麗君1，2,3，曾維軍1，2,4，余建新1，3，4※

(1.云南農業大學水利學院，昆明 650201； 2.云南農業大學國土資源科學技術工程研究中心，昆明 650201；3.國土資源部“土地利用——云南陸良野外基地”，云南昆明 650201； 4.云南省土地資源利用與保護工程實驗室，昆明 650201)

目的通過研究耕地自然質量及空間分異規律，以期對耕地資源的合理利用與保護進行指導。方法文章以喀斯特巖溶區域典型縣石林縣為例，在分等數據庫與二調數據庫銜接基礎上，采用GIS空間分析法、數理統計法，對表征耕地自然質量的因子自然質量等的空間分異規律進行探討。結果(1)不同行政區域內自然質量等集中程度差異顯著，分異規律明顯； 各行政區域內分布規律高度相似，以中心城鎮為最優，呈同心圓向外圍輻射發散趨劣。平均自然質量等由優趨劣依次為長湖、鹿阜、圭山、西街口、大可。(2)不同耕地利用類型自然質量等分布差異不大； 各耕地利用類型等別集中差異顯著：水田、水澆地等別較高，多集中連片分布在壩區、河谷沿岸，旱地等別較低，多為零星分散的緩坡耕地。平均自然質量等水澆地略優于水田，旱地最差。(3)受大尺度光溫、氣候生產潛力指數影響，自然質量等在不同海拔梯度間耕地等別分布差異不大，且等別集中程度高度相似。從整體看，耕地等別隨海拔梯度升高呈現降低趨勢，部分區域小幅反彈。結論耕地自然質量作為耕地的本底質量，在縣域尺度具有獨特的分異規律。

自然質量等 空間分異 空間行政區域 耕地利用類型 海拔梯度

0 引言

農用地分等是在全國范圍內，按照標準耕作制度，在一定的光溫、氣候資源條件和土地條件下，根據規定的方法程序進行農用地(重點是耕地)質量綜合評定和等別劃分[1]。成果反映了耕地的自然質量、利用水平和經濟水平。自然質量等是其中的重要評價結果之一，描述的是在當地光溫、氣候控制下的耕地田間條件，包括土壤、地形、排水和灌溉等構成的耕地質量狀況，即耕地滿足作物生長需要的程度[2]。

1 研究區域概況

石林縣地處滇東高原南部，昆明市東南部，地理坐標東經103°10′～103°41′，北緯24°30′～25°03′之間，屬滇中高原腹心地帶。其東北部與曲靖市的陸良縣接壤，西部和北部與宜良縣相連，東部和南部與紅河州的瀘西、彌勒兩縣毗鄰，為云南省糧食主產區。石林縣為典型的喀斯特巖溶地貌，境內地勢東北高西南低，山地、丘陵、壩區、河谷交錯分布，山地69%，丘陵15.2%，壩區14.7%，河谷1.1%。從整體地貌而言，東部為山丘，中部為山丘-壩子過渡帶，西北為河流水系沖積形成的壩子。石林縣屬低緯高原山地季風氣候，年平均氣溫16.3℃，年平均降雨量939.5mm。境內紅壤發育廣泛。

截止2013年底，石林縣下轄1街道3鎮1鄉，分布有漢、彝、白等26個民族，人口合計24.16萬。全縣幅員面積1680km2，耕地面積5.812 773萬hm2，占縣域土地總面積的34.6%。各類耕地中，水田7767.56hm2，水澆地583.92hm2，旱地4.977 625萬hm2，是典型以坡旱地為主要耕地類型的山區縣[9]。

2 材料與研究方法

2.1 基礎數據處理

為保證分等成果的現勢性，該文綜合采用GIS空間分析法對數據進行分析處理，以ArcGIS10為構建平臺，將分等數據庫與第二次土地利用調查數據庫進行銜接：(1)實現耕地地類轉換； (2)對因比例尺改變導致數量增加的圖斑進行相關屬性賦值； (3)對因工程項目實施引發耕地質量發生突變的圖斑進行自然質量等重新評定。為體現等別間的梯度性，該文以縣級自然質量等別開展研究。[10， 11]

2.2 自然質量等計算方法

石林縣自然質量等采用綜合指數法計算，即在標準耕作制度控制下，從指定作物光溫、氣候潛力出發，經產量比系數折算成可比的標準糧[12]。在參評因素指標、分值獲取及權重確定的基礎上，計算各耕地圖斑的自然質量分，利用自然質量等指數計算模型計算各耕地圖斑的自然質量等指數，在此基礎上劃分和確定耕地自然質量等。石林縣耕地自然質量等別劃分采用等間距法，根據各耕地圖斑的自然質量等指數值，以200分為一個等別間距進行劃分，自然質量等別結果取整數值。

2.3 平均自然質量等計算方法

分析不同尺度下平均自然質量等，其計算采用面積加權平均法[13]，即在統計出各等別總面積前提下，進行研究區域內各等別面積加權：

(1)

式中，Yi為研究第i個研究子區域平均自然質量等；j為耕地自然質量等；Sj為j等耕地面積；Si為第i個研究子區域耕地總面積。

3 自然質量等分異規律研究

3.1 成果整理與分析

石林縣耕地自然質量等介于5～17等之間，耕地自然質量隨等別增大趨好，各地類及等別面積詳見表1。結合圖1可以看出，石林縣耕地自然質量等呈現典型的偏態分布，耕地自然質量普遍較低，大部分耕地處于10等以下，其中， 78.28%的耕地集中在7～10等。11等及以上的高等別耕地僅占區域耕地總面積的20.57%。

表1 石林縣耕地自然質量等面積統計

自然質量等5等6等7等8等9等10等11等12等13等14等15等16等17等小計面積(hm2)530841367530538821627441708168373755199954395592321343754974458795851365812773

圖1 耕地自然質量等-面積對應關系

圖2 石林縣耕地自然質量等分布

從自然質量等分布圖上看， 5等、6等、7等地零散分布在東部、西南部的山區、半山區，多為零星分散的坡旱地，田面坡度均在10°以上， 15°以上的陡坡旱地比重高達71%，且地表多有巖石出露； 有效土層薄，表層土質多為輕質沙土，部分為砂礫石，土壤有機質含量低； 灌排設施基本沒有配套，靠天吃飯。受地形、土壤、水分等條件限制，耕作制度多為一年一熟，糧食產量低。

8等、9等、10等地為縣域分布最廣泛的耕地，多集中連片，其中， 6°～15°的緩坡旱地所占比例為65.83%，部分地表有巖石出露； 有效土層較薄，表層土質多為粘土、壤土，有機質含量相對較低； 部分配套有灌排設施，但因水源保證率低，不能進行適時適量灌溉。種植制度雖為一年兩熟，但糧食產量極不穩定。

11～15等地集中在縣域的西部、中部山區與平壩區的過渡帶上，多為6°以下的梯地，有少量水田、水澆地存在。該類耕地有效土層較厚，表層土質以粘土、壤土為主，土壤有機質含量較高； 灌排設施配套相對完善。耕作制度為一年兩熟，糧食產量相對較高。

16等、17等地集中在西部及北部河流沖積形成的壩子區域，呈條帶狀分布，石林縣優質水田、水澆地均集中在該區域。耕地田面坡度均在2°以下，地表基本無巖石出露； 耕層土壤厚，有機質含量高，土壤通透性強； 水源保證率高，灌排設施配套完善。該類耕地利用上基本無限制性因素，為石林縣境內高產、穩產農田[14]。

3.2 空間行政區域分異規律研究

石林縣下轄鹿阜、長湖、圭山、大可及西街口5個行政區劃，耕地自然質量在行政區域分異規律復雜。

從耕地等別分布來看， 11等以上的耕地集中分布在鹿阜、大可，所占比例高達89.2%； 6等以下的耕地集中分布在圭山，比例高達98%，行政區間耕地等別集中程度不同。從各行政區內部來看， 5個鄉鎮中，圭山最高等為17等，最低等為5等，等間差距高達12等； 長湖最高等為14等，最低等為8等，等間差距僅為6等，同一行政區域內耕地等別集中程度差異顯著。耕地等別在行政區域內呈現相似的分布規律，自然質量等高的耕地集中分布在建制鎮、村莊周邊，河流沿岸及主要公路沿線，多集中連片分布，自然質量等低的耕地多零星分散，田塊面積小，遠離建制鎮及村莊，耕地自然質量以中心城鎮為最優，呈同心圓向外圍輻射發散趨劣。

各行政區平均自然質量等由優趨劣為：長湖11.8，鹿阜10.6，圭山10.3，西街口9.4，大可8.6。分析其原因，長湖境內耕地數量較少，僅比西街口鎮、大可鄉略高，且最低等為8等，最高等為14等，等別分布集中，平均加權后等別最高。鹿阜雖然有大量17等地存在，但7等、8等地所占比重大，導致平均自然質量等低于長湖。大可13等、14等、15等地缺失，且7等、8等地所占比重大，導致平均等別全縣最低。

3.3 耕地利用類型分異規律研究

石林縣耕地以旱地為主，水田、水澆地相對較少。從土地利用現狀圖上看，水田集中分布在西部的鹿阜、板橋、路美邑壩子，以及北部河流兩岸[15]，水澆地主要分布在中部平壩-山地過渡帶及西部山地、丘陵區，旱地則集中于中、低山丘陵區。耕地利用類型呈明顯地帶性分布。

從不同利用類型耕地等別分布來看，水田介于5～17等(14空缺)，等別差距為12等； 水澆地介于7～17等(10、11、15空缺)，等別差距為10等； 旱地介于5～17等，等別差距為12等，不同利用類型的耕地等別差距僅為2等。但從各利用類型內部來看，等別集中程度差異較大：水田等別集中在8等， 16等， 17等，所占比例分別為27.65%， 25.69%， 36.58%； 水澆地等別集中在8等， 14等， 17等，所占比例分別為14.52%， 22.27%， 29.44%； 旱地等別集中在8等， 9等，所占比例分別為38.96%， 22.27%， 33.64%。

各類型耕地平均自然質量等：水田13.5，水澆地13.8，旱地9.5，為水澆地最好，水田次之，旱地最差。分析其原因，與水田相比，水澆地在全縣范圍內數量少，且集中分布在鹿阜、西街口，受區位條件及城鎮發展定位等綜合因素影響，配套的灌排設施完善，水源保證率高，且農民精耕細作，墾殖及熟化程度高，導致水澆地質量略高于水田。旱地多為坡梯地，蓄水保肥能力差，加之灌排設施缺乏，主要依靠天然降雨，水分滲漏嚴重，得不到有效灌溉，因此平均等別最低。

3.4 海拔梯度分異規律研究

地形因素往往通過影響農作物生長所需光、溫、土等自然因素的再分配以及耕地的利用條件，間接影響耕地的生產能力。通過提取土地利用現狀調查數據庫中的高程，石林縣耕地海拔介于1500～2180m之間，按照每升高100m溫度降低0.6℃，以100m為梯度進行劃分，其中， 1500～1600m之間僅有兩個分等單元，面積小計為17.66hm2，將其合并為1600～1700m梯度間，共劃分為6個梯度。由表2可知，石林縣耕地海拔集中在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ梯度，耕地合計為71.7%， Ⅰ、Ⅴ、Ⅵ梯度耕地數量分布較少。

表2 耕地海拔梯度分級及面積統計

梯度代碼ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ海拔范圍(m)≤17001700～18001800～19001900～20002000～2100>2100耕地面積(hm2)696180133477810662371766761588274360543

結合圖4從不同海拔梯度耕地等別分布來看， Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ梯度介于5～17等，等別差距為12等， Ⅲ、Ⅳ梯度介于7～17等，等別差距為10等。不同海拔梯度內的耕地等別差距不大，僅為2等。從各海拔梯度等別集中程度看，各梯度等別基本一致，呈現先增后降的趨勢，整體集中在8～10等，所占比例均在58.84%以上，最高為83.74%，但在15等之后存在小幅反彈。因計算自然質量等指數全縣每種指定作物采用一個光溫、氣候生產潛力指數，由光溫、氣候條件差異導致耕地自然質量的差異相對較小。

各梯度耕地平均自然質量等： Ⅰ級梯度11.3， Ⅱ級梯度9.7， Ⅲ級梯度9.6， Ⅳ級梯度10.7， Ⅴ級梯度10.2， Ⅵ級梯度9.3，整體為Ⅰ級梯度優于Ⅳ級梯度，優于Ⅴ級梯度，優于Ⅱ級梯度，優于Ⅲ級梯度，優于Ⅵ級梯度，平均自然質量隨海拔梯度增大而趨劣，但在Ⅳ、Ⅴ梯度有一定反彈。分析其原因，兩區域位于縣域北部及東部，南盤江部分、支流普拉河均位于該區，河流沿岸土壤肥沃，光熱條件充足，耕地自然質量較優，圭山水庫、三角水庫為內嵌壩子提供良好的灌溉水源，因此平均自然質量等較高。

4 結論與討論

4.1 結論

(1)石林縣耕地自然質量等普遍偏低，且呈典型偏態分布。其中， 10等以上的中、高等別耕地空間集聚性較強，多分布在河流沖擊形成的壩區及山區與壩區的過渡帶，以水田居多。10等以下的低等耕地空間集聚性弱，多為坡旱地，耕地利用的障礙因子類型多樣，集中表現為有效土層薄、地表巖石出露度大及灌溉設施缺乏[16]。

(2)從行政區域、耕地利用類型、海拔梯度3個尺度分析石林縣耕地自然質量分異規律，研究結果表明：不同行政區域自然質量等別集中程度不同，同一行政區域內等別間距差高達6等，集中程度差異顯著。耕地自然質量等在各行政區域內分布規律高度相似，以中心城鎮為最優，呈同心圓向外圍輻射發散趨劣； 不同耕地利用類型自然質量等分布差異不大，各耕地利用類型內部等別集中差異顯著，水田、水澆地等別較高，多集中連片分布在壩區、河谷沿岸，旱地等別較低，多為零星分散的坡耕地。受區位條件及城鎮發展定位等綜合因素影響，導致水澆地等自然質量等略優于水田，區域特殊的自然條件導致旱地自然質量最差，其可挖掘利用潛力大； 不同海拔梯度間耕地自然質量等別分布差異不大，且等別集中程度高度相似。從整體看，耕地自然質量等隨海拔梯度升高顯現降低趨勢，部分區域小幅回升，受大尺度光溫、氣候生產潛力指數影響，由光溫、氣候條件差異導致耕地自然質量的差異相對較小，分異規律不顯著。

4.2 討論

(1)該文以ArcGIS為平臺，基于分等數據庫與二調數據庫銜接完成，同時，為體現縣域耕地質量的梯度性、差異性，區別于目前研究廣泛采用的國家等別，選取縣級自然質量等別為依據進行分析，為縣域尺度開展耕地質量空間分布規律研究提供理論依據與方法支持。

(2)耕地自然質量作為耕地的本底質量，是開展耕地動態監測與更新[17]、耕地質量限制性因素消除[18]、分區開展土地整治的基礎，將成為今后研究耕地質量的熱點問題，后期將以此為基礎針對上述問題進行深入探討。

[1] GB/T 28407-2012，農用地質量分等規程.北京：中國標準出版社， 2012

[2] 中華人民共和國國土資源部. 農用地分等規程.北京：中國標準出版社， 2003

[3] 王洪波， 程鋒，張中帆，等.中國耕地等別分異特性及其對耕地保護的影響.農業工程學報， 2011, 27(11): 1～8

[4] 孔祥斌， 張青璞.中國西部區耕地等別空間分布特征.農業工程學報， 2012, 28(22): 1～7

[5] 岳云紅， 冉清紅，賈祥飛，等.基于產量引導法的西部省區耕地質量構成及空間分異.西南師范大學學報(自然科學版)， 2013, 38(7): 140～146

[6] 劉語旺， 王波.云南省農用地利用等區域分布規律研究.資源與產業， 2008, 10(5): 83～87

[7] 劉露， 周生路，田興，等.不同比例尺下耕地質量分等結果的差異及影響因素研究.自然資源學報， 2016, 31(4): 629～638

[8] 余建新， 劉淑霞，鄭宏剛，等.云南省耕地利用評價與空間分布.北京：中國大地出版社， 2015

[9] 石林彝族自治縣史志辦公室. 石林年鑒2013.昆明：云南民族出版社， 2013

[10]廖麗君， 魏巍，劉淑霞，等.陸良縣農用地分等數據庫與二調數據庫整合方法研究.中國土地科學， 2014, 28(6): 85～87

[11]吳怡璇， 呂芳.基于GIS運用對旅順口區農用地分等定級研究.中國農業資源與區劃， 2015, 36(4): 128～133

[12]高中貴， 彭補拙.我國農用地分等定級研究綜述.經濟地理， 2004, 24(4): 515～517

[13]劉淑霞. 云南省瀾滄江流域耕地利用空間分布規律研究.昆明：云南農業大學， 2009

[14]呂慧敏， 吳克寧，周勇，等.基于農業地分等的耕地質量主導限制型演研究.中國農業資源與區劃， 2015, 36(7): 11～18

[15]童紹玉， 陳永森.云南壩子研究.昆明：云南大學出版社， 2007

[16]Yanyan LU，Zisheng YANG.Analysis of land Use Characteristics in Mountainous Areas in Yunnan Province Based on Second National land Survey.Agricultural Science & Technology， 2014, 15(9): 1438～1440

[17]付國珍， 擺萬奇.耕地質量評價研究進展及發展趨勢.資源科學， 2015, 37(2): 230～233

[18]童陸億， 胡守庚，楊剩富，等.土地整治區耕地質量重估方法研究.中國土地科學, 2015，(2)： 65～66

RESEARCHONTHESPATIALVARIATIONLAWOFCULTIVATEDLANDNATURALQUALITYGRADEINCOUNTYUSINGGISTECHNOLOGY*

LiuShuxia1， 2， 3,4,ZhangChuan1，2,4，ZhangGengjie1，2,3，LiaoLijun1，2,3，ZengWeijun1，2,4，YuJianxin1，3，4※

(1.College of Water Conservancy,Yunnan Agricultural University ,Kunming 650201，China； 2.Engineering Research Center of Science and Technology of Land and Resources, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201,China; 3.Field Scientific Observation & Research Bases for Land Use in Yunnan Luliang of Ministry of Land and Resources, Kunming, Yunnan 650201, China; 4.Yunnan Engineering Laboratory for Utilization and Protection ofLand Resources, Kunming 650201, China)

The research on natural quality and distribution characteristics of cultivated land could help people use and protect that resource reasonably. This paper took Shilin county as an example, where located in a typical karst region, discussed the distribution characteristics of natural quality grade by applying GIS spatial analysis and statistical tools based on the combination of classification database and second survey database. The results showed that the concentration ratios of natural quality grade were different in disparate administration regions, and the distribution characteristics were obviously distinct. It was better in the central town and worse in the outer circle as radiation divergence. The order of average natural quality grade from better to worse was Changhu, Luhu, Guishan, Xi-jiekou and Dake. Natural quality grade of paddy and irrigation land distributed in intermountain basin and valley area was high, which was lower in slope area. The grade of irrigation land was the best, but that of dry land was totally opposite. The distribution differences of natural quality grade in distinct elevations were not obvious due to the same temperature and climatic potential productivity in large scale. Overall, the natural quality grade became lower along with the rise of elevation, but there were still some exception in some small regions. It concluded that as the background quality of cultivated land, the natural quality of cultivated land had a unique differentiation law at county scale.

natural quality grade; spatial variation; spatial administrative region; cultivated land utilization type; elevation gradient

F323.211; F321.1

A

1005-9121[2017]07115-06

10.7621/cjarrp.1005-9121.20170718

2016-05-23

劉淑霞(1983—)，女，山東濱州人，碩士、講師。研究方向：土地利用評價。

※通訊作者：余建新(1958—)，男，云南普洱人，教授。研究方向：土地整治與評價。Email：ynndgtzx@163.com

*

十二五國家科技支撐計劃課題“西南睦邊扶貧區基本農田建設技術研究與示范”(2015BAD06B04)