洞庭湖區耕地質量空間分異及保護分區研究
——以岳陽市君山區為例

邵勁松，楊 君*，袁淑君，周鵬全，婁知斐，譚 鑫

(1.湖南農業大學 資源環境學院，湖南 長沙 410128；2.湖南工程職業技術學院，湖南 長沙 410000)

耕地是人類賴以生存與發展的物質基礎，關系到國家的糧食安全以及社會的穩定[1]。然而伴隨著工業化和城市化進程的快速推進，大量優質耕地被占用，導致用養地失衡，耕地質量整體下降。因而，協調社會經濟發展與耕地質量衰退的矛盾、提高耕地質量管理和建設水平、保障國家糧食安全，是當前亟待解決的問題。

近年來，學者們對耕地質量評價的研究主要圍繞耕地質量評價指標體系的構建、評價方法和尺度的選取、保護分區的劃定等，其中評價指標的構建主要從自然質量、利用條件、經濟水平3個方面進行綜合考慮[2-5],研究方法主要包括灰色關聯度評價法[6]、主成分分析法[7]、空間自相關[8]、神經網絡綜合評定法[9]、地統計分析法[10]，評價尺度涉及全國、省、市、縣[11-16]。總體而言，當前對于耕地質量的研究日趨完善，為本研究的實施奠定了堅實的基礎，但是基于小尺度范圍的耕地質量空間異質性等方面的研究卻相對較少，現有研究成果存在一定的局限性。故本研究以岳陽市君山區為研究區域，利用耕地質量分等成果，基于ArcGis和Geoda軟件，運用空間自相關分析等方法，探究君山區耕地質量指數在空間分布上的集聚性規律和差異性特征，進而了解君山區耕地質量現狀情況，以期為區域耕地質量的管護以及耕地資源的可持續利用提供科學依據與理論基礎。

1 研究區域概況與數據來源

1.1 研究區域概況

君山區北靠長江，南瀕洞庭，位于北緯29°18′～29°38′、東經112°37′～113°08′，為典型的亞熱帶季風氣候區，氣候濕潤，四季分明，年平均氣溫與年平均降雨量分別為17 ℃和1417 mm，境內地勢北高南低，西高東低，下轄4鎮1街道2農場。君山區位于洞庭湖平原上，全區總面積62790 hm2，2019年耕地面積為26855.60 hm2，耕地資源豐富，土壤肥沃，是典型的農業生產大縣，也是全國農產品加工示范基地(圖1)。因此，研究該區域耕地質量及其空間分布特征具有一定的典型性和代表性。

1.2 數據來源

本文以岳陽市君山區為研究對象，研究的基礎數據包括：(1)文本資料：君山區耕地分等參數調查表格、土地利用現狀調查表、地形圖、君山區土地利用規劃(2006～2020年)、相關農業統計數據等；(2)數據庫資料：2019年君山區耕地質量等別數據庫、2019年君山區土地利用變更調查數據庫、君山區土種圖。

2 研究方法

2.1 耕地質量指數面積加權求和

本研究考慮到耕地圖斑細碎，難以辨識耕地質量內部差異的緣故，故以村為評價單元，采用國家自然等指數、國家利用等指數、國家經濟等指數與研究區范圍內的耕地圖斑進行面積加權求和[17]，匯總到村一級，計算各村耕地質量平均指數，揭示君山區耕地質量的空間分布特征以及空間差異性，計算公式如下：

(1)

式(1)中,Vi為第i個行政村的國家自然等指數平均值；Vij為第i個行政村中第j塊耕地圖斑的國家自然等指數；Sij代表第i個行政村中第j塊耕地圖斑面積。國家利用等指數、國家經濟等指數平均值按照相同方法處理。

2.2 耕地集中度指數

耕地集中度指數是指耕地在空間分布上集中程度的測算指標，其值越大，表明耕地在空間分布上越集中，反之則越分散[18]。

(2)

式(2)中,C為研究區耕地集中度指數值；xi為第i個研究區耕地面積，S為研究區耕地總面積；n表示研究區個數。

2.3 空間自相關分析

空間自相關分析是研究地理實體之間關聯性的重要方法與手段，其中全局空間自相關是對整個研究對象空間分布情況的描述，能夠反映空間鄰接單元屬性值的相似程度[19]，本文采用Moran’s I指數來衡量全局空間自相關性，Moran’s I的計算見公式(3)：

(3)

(4)

局部空間自相關是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呈現出的相關性程度[20]。計算公式為：

(5)

空間權重是進行空間自相關分析的基礎與前提，用于度量空間單元之間的相互關聯程度，因此選擇適宜的空間權重對于結果分析是十分重要的。空間權重主要分為3類，即鄰接關系、距離關系以及最近K點關系[21]，本研究通過對比分析，確定使用距離關系表示研究單元在空間位置上的鄰接關系。

3 結果與分析

3.1 耕地質量空間分布特征

耕地質量是以耕地的自然質量等、耕地利用等、耕地經濟等來具體體現，反映了耕地的自然狀況、利用水平和經濟水平[22]。由表1、圖2可知，2019年君山區耕地國家自然等分布在1～2等地、8～10等地，其中8等地面積分布最廣，占耕地總面積的48.22%，主要分布在錢糧湖鎮、良心堡鎮；其次為1等地，占耕地總面積的40.28%，主要分布在廣興洲鎮；10等地分布最少，為1.2 hm2，全部位于許市鎮。全區耕地國家利用等分布在1～4等和8～10等，共7個國家利用等。其中9等地面積最大，是君山區國家利用等的主體，占耕地總面積的39.17%，主要分布在建新農場；2等地與3等地占比相似，分別為20.39%和18.71%，主要分布在錢糧湖鎮、廣興洲鎮；10等地分布最少，為14.80 hm2。全區耕地國家經濟等分布在5～8、10和11等，共6個國家經濟等別。其中8等地分布面積最廣，占耕地總面積的40.10%，主要分布在廣興洲鎮和許市鎮；11等地面積僅次于8等地，占耕地總面積的35.53%，有2個鄉鎮耕地面積大于2000 hm2，分別為錢糧湖鎮和建新農場；5等地面積最小，為150.58 hm2，占耕地總面積的0.56%，主要分布在采桑湖鎮。整體來看，君山區耕地自然狀況和利用質量水平較好，經濟水平相對較低。

表1 君山區耕地質量等別面積分布 hm2

從耕地面積分布來看，君山區耕地主要集中在錢糧湖鎮、良心堡鎮以及廣興洲鎮，且耕地面積皆超過4000 hm2，其次為采桑湖鎮以及許市鎮，面積超過3000 hm2，耕地分布最少的為天井山林場、廣興洲鎮，面積不足10 hm2。通過對耕地集中度指數計算，得出以鄉鎮為研究單元的君山區，其耕地集中度指數為36.84，而以行政村為研究尺度的君山區耕地集中度指數呈現出“東部高、西部低”的分布規律，由雷達圖及其分布圖可知，廣興洲漁場的耕地集中度指數最高，其次為天井山林場、西城辦事處、許市鎮等，良心堡鎮最低，為22.57，從測算結果來看，大部分鄉鎮耕地集中度指數低于君山區耕地集中度指數，表明君山區各鄉鎮整體上耕地分布較為分散且存在一定的空間差異性(圖3)。

3.2 耕地質量全局空間自相關分析

本研究利用ArcGis 10.2和Geoda軟件，對君山區耕地質量等指數進行測算與分析(圖4)。由耕地質量等指數莫蘭散點圖可知，2019年君山區國家自然等指數、國家利用等指數、國家經濟等指數的Moran’s I指數分別為0.232、0.220和0.287，表明全區耕地質量在空間上均呈現出正相關性，并均通過顯著性檢驗，但總體上空間相關性較弱。通過比較各類耕地質量等指數的莫蘭指數值，其顯著程度關系表現為村級國家經濟等指數>村級國家自然等指數>村級國家利用等指數，說明君山區耕地質量國家經濟等指數在空間分布上表現出的集聚性較強，變異性較弱，耕地質量國家自然等指數、國家利用等指數聚集性較弱，空間格局相對分散。

3.3 耕地質量局部空間自相關分析

3.3.1 國家自然等指數 由表2和圖4可知，呈正相關的HH型與LL型的行政村，各有15個，占比均為11.45%；負相關類型HL型以及LH型各有2個和6個，分別占比1.53%和4.58%，非顯著型有93個行政村，占比70.99%。HH型以組團狀形式聚集在君山區北部地區，主要包括許市鎮中部，廣興洲鎮的北部與西部、采桑湖鎮小部。該地區位于地勢較為平坦、土壤肥沃的低山丘陵或平原地帶，區域內土壤有機質含量高，有效土層深厚，灌溉水源充足，如廣興洲鎮的團湖、許市鎮的橫垱湖、白浪湖、冷家湖、椒子湖、太陽湖、象牙湖等湖泊貫穿而過等，耕地自然條件優越；LL型主要呈片狀分布在良心堡鎮的南部、建新農場東南部，該區域主要以旱地為主，地形坡度大，水土流失較為嚴重，土壤有機質含量較低，地表巖石露頭度相對較大，排灌條件較差，耕地適宜性不高；HL型則點狀分布在廣興洲鎮南部，LH型零散分布在錢糧湖鎮中部、建新農場北部。

表2 君山區耕地質量指數局部空間自相關類型與行政村個數統計表

3.3.2 國家利用等指數 結合表2、圖4，國家利用等指數呈空間正相關的HH型和LL型村級單元分別為15和6個，各占行政村個數的11.45%和4.58%；負相關類型的HL型行政村僅有1個，占比為0.76%，HL型有5個，占比為3.82%；非顯著型行政村占到村總數的79.39%。國家利用等指數HH型與國家自然等指數HH型分布大致相同，該區域杭瑞高速、省道306穿插其中，交通便利，農村居民點分布集中且耕地集中連片分布，農戶耕作距離較短，農田規模化和機械化程度高，農業設施較為齊全，耕地利用條件優越。LL型主要分布在建新農場東南部，該區域農村居民點分布離散，農業基礎設施不完備，耕作力度不夠，田間道路通達度較差，不利于田間耕作和管理，此外，該地區因靠近東洞庭湖與長江，土壤受到了河流的侵蝕，鹽漬化現象較為嚴重，土壤養分易流失，導致耕地利用等指數偏低。負相關類型中HL型與LH型則零星分布在錢糧湖鎮、廣興洲鎮和建新農場。

3.3.3 國家經濟等指數 結合表2、圖4，正相關類型中HH、LL型各有22和19個行政村，分別占16.79%和14.50%；HL型與LH型行政村個數共占比9.16%；不顯著型的行政村個數占59.54%。由國家經濟等指數LISA聚類圖可知，HH型主要分布于采桑湖大部、許市鎮中部與北部以及廣興洲鎮北部地區，該區域距離城鎮較近，受城鎮輻射帶動作用強，道路通達度高，便于農產品運輸與流通，此外農業基礎設施配套完備，耕地的投入產出效益較好；LL型分布在建新農場大部以及柳州鎮南部、西城辦事處北部，該區域居民點分布較密集，受城市化進程的影響，大量優質耕地被城鎮建設用地占用，耕地非農化現象較為普遍，致使耕地種植和耕作成本大幅提升，耕作經濟效益積累緩慢，因而國家經濟等指數相對較低。國家經濟等指數LH型與國家利用等指數LH型在空間分布上大致一致，零星分布在錢糧湖鎮中部以及廣興洲鎮、建新農場的北部；HL型團狀分布在西城辦事處南部。

3.4 耕地質量保護分區

本研究基于耕地質量等別成果、局部空間自相關分析以及結合君山區實際情況，將其耕地保護劃分為4種類型：核心保護區、結構調整區、質量提升區和非農建設理想區(圖5)。HH型是耕地質量指數高值集聚區，耕地質量優渥，應重點保護，禁止非農占用，故劃為核心保護區；HL型與LH型耕地，易受到空間極化效應的影響，故劃到土地整治區，進行綜合治理；LL型與HH型情況相反，耕地質量差，在保證糧食產量的基礎上，可適當進行開發，故劃為非農建設理想區；NN型在空間上隨機分布，應根據當地實際情況，因地制宜提出保護措施，劃為農業結構調整區。

核心保護區：該區涉及29個行政村，主要分布采桑湖鎮大部、許市鎮與廣興洲鎮中部，所占面積為8047.08 hm2。該區域地勢平坦，水源充足，耕層質地以砂壤和重壤為主，質地構型以夾層型和上松下緊為主，耕地連片程度高，農業基礎設施完善，耕地自然和利用條件好，同時該區域因S202、S306、杭瑞高速、X072穿插其中，交通便利，區位條件好。因此，對于核心保護區的耕地應實行最嚴格的耕地保護制度和建設用途管制，禁止非農建設，并在維持現有耕地質量的基礎上，繼續強化對耕地的保護，提高耕地的生產能力和利用效率，使農業朝向規模化和現代化的方向發展。

土地整治區：該區涉及14個行政村，主要分布西城辦事處南部、建新農場西北部、廣興洲鎮北部與南部以及錢糧湖鎮小部，所占面積為2075.30 hm2。該區高質量耕地與低質量耕地交錯分布，應重點保護高質量耕地，積極改善低質量耕地，防止高質量耕地受空間極化效應影響。因此，需對該部分耕地進行綜合整治，改善農業生產條件，提高農民對耕地的可持續利用以及治理水平，保障糧食安全。如加強農業基礎設施建設資金投入，逐漸完善區域灌排系統，同時對耕地增施有機肥，進行秸稈還田，提高土壤肥力；對村民進行土肥技術培訓并加大測土配方施肥的宣傳力度，增強農民群眾用地養地科學意識。

非農建設理想區：該區涉及28個行政村，主要分布在良心堡鎮南部、建新農場東南部以及西城辦事處北部地區，所占面積為4681.82 hm2。該區主要以旱地為主，土壤有機質含量較低，耕層質地以黏土為主，質地構型主要為緊實型，農田水利等灌溉排水條件差，此外該部分耕地因靠近城區，雖交通和區位條件較好，但也因受到城市化進程的影響，大量優質耕地被占用，導致耕地質量整體呈下降趨勢，耕地保護壓力較大。對于該部分耕地需根據區域實際發展情況進行合理規劃。一方面，如靠近城區且耕地質量差的耕地，可結合君山區城市經濟發展規劃以及土地利用規劃等，適當進行開發建設，調整土地利用結構，處理好耕地保護與城市經濟發展之間的矛盾與沖突；對于受到工業發展而被污染的耕地，需加大農田的修復力度，提升土壤養分。另一方面，結合城鄉接合部的特征，充分利用區位優勢，延長產業鏈，發展觀光、生態旅游以及休閑娛樂等現代化農業。

農業結構調整區：該區涉及60個行政村，所占面積最大，為12051.40 hm2，主要分布在良心堡鎮北部、錢糧湖鎮西北、東南部、許市鎮西北、東北部、廣興洲鎮南部以及柳林州鎮大部。對于農業結構調整區的耕地應因地制宜采取綜合措施，可從耕地自然、利用、經濟效益方面著手，深度挖掘耕地的利用潛力，充分發揮區域比較優勢，形成“一鄉一業”“一村一品”的特色農業經濟體系。例如廣興洲鎮的和興村、柳林洲鎮的新洲村，蔬菜、葡萄種植業較為發達，為此可依托本村有利的地理位置，培育自己的優勢產業，形成規模經濟；錢糧湖鎮龍蝦產業興盛，應以洞庭湖沿湖大堤為核心，打造生態龍蝦旅游公園，大力發展鄉村觀光旅游和鄉村生態旅游；許市鎮林業資源豐富，可發展果林業，如種植桃、李、臍橙、柑桔、西瓜等。

4 結論與討論

本研究以君山區耕地質量等別成果為基礎，運用面積加權求和、耕地集中度指數法以及空間自相關分析法，分析了君山區耕地質量空間分布特征與規律，并以此提出耕地分區保護方案，得出以下結論。

(1)君山區大部分耕地的國家自然等別在空間分布上以1等和8等為主，主要分布在廣興洲鎮、錢糧湖鎮以及良心堡鎮；國家利用等別以9等為主，主要分布在建新農場和錢糧湖鎮；國家經濟等別以8等、11等為主，主要分布在廣興洲鎮、錢糧湖鎮。

(2)2019年君山區耕地質量各指數集聚顯著程度表現為國家經濟等指數>國家自然等指數>國家經濟等指數，且Moran’s I均大于0.2，表明君山區耕地質量在空間上呈正相關集聚。而局部空間自相關表明，君山區大部分村級耕地質量指數表現為非顯著性，耕地質量國家自然等指數、國家利用等指數、國家經濟等指數在空間位置上的分布具有較大的相似性，其中正相關HH型主要呈團狀分布在許市鎮和廣興洲鎮中部，LL型則分布在建新農場與柳林洲鎮交界處；負相關HL、LH型耕地則零星分布在各鎮。

(3)根據對耕地質量等別以及空間自相關的分析，將君山區耕地劃為核心保護區、土地整治區、非農建設理想區以及農業結構調整區4類，并結合君山區自然、經濟以及區位條件因地制宜地提出保護措施，通過發揮地區優勢，為耕地精細化、差別化管理提供了新的思路。

本文對君山區耕地質量空間格局研究以某一時間點進行探討，沒有從多個時間跨度考慮，因此，今后的研究需要收集更多資料，研究耕地質量在不同時空維度下的變化情況。