烏蒙山區土地利用垂直分布特征

摘要：以云南省尋甸縣為例，運用空間自相關分析方法，研究8種土地利用類型在垂直方向上的分布特征。結果表明，8種土地利用類型在垂直尺度上都有較強的空間自相關性，在15個海拔梯度內分布不均勻，基本都是隨著海拔的上升，數量先增加后逐漸減少，在15個海拔梯度內的土地利用結構存在差異。8種土地利用類型在垂直方向上呈現空間相關性，其中其他用地的空間自相關性最大，其次分別為園地、林地、工礦倉儲用地、耕地、建設用地和水域及水利設施用地，草地空間自相關性最小。

關鍵詞：烏蒙山區；土地利用；空間自相關性；海拔梯度；尋甸縣

中圖分類號：F321.1" " " " "文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2023）03-0088-08

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2023.03.016 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Vertical distribution characteristics of land use in Wumeng Mountain area：

A case study of Xundian County， Yunnan Province

FU Jing1a，1b， DUAN Qing-song1c， LIU Shi-xin1a，1b， XIANG Dong-lei2， LI Jian-hua1a，1c

（1a.Engineering Research Center of Science and Technology of Land and Resources；1b.College of Resources and Environment；1c.College of Water Resources， Yunnan Agricultural University， Kunming" 605201，China；2.Yunnan Land and Resources Planning and Design Institute， Kunming" 605201，China）

Abstract： Taking Xundian County of Yunnan Province as an example， and using the spatial autocorrelation analysis method， the vertical distribution characteristics of eight land use types were studied. The results showed that the eight land use types had strong spatial autocorrelation on the vertical scale， and the distribution was not uniform in the 15 elevation gradients. The number of land use types increased first and then decreased gradually with the elevation rising， and there were differences in the land use structure in the 15 elevation gradients. The eight land use types showed a spatial correlation in the vertical direction， and the spatial autocorrelation of other land use was the highest， followed by garden land， forest land， mining and storage land， farmland， construction land， water area and water conservancy facility land， and grassland had the lowest spatial autocorrelation.

Key words： Wumeng Mountain area； land use； spatial autocorrelation； elevation gradients； Xundian County

土地資源是承載人類發展的基石，是人類使用、保護和改造的對象［1，2］。在生態文明建設和鄉村振興戰略大背景下，研究土地利用分布特征可以為低碳農業、特色農業、區域經濟發展、生態環境變化等研究提供重要依據。烏蒙山區位于云貴高原和四川盆地結合部，地形以山地高原為主，人地矛盾突出，生態環境非常脆弱，脫貧群眾對政策的依懶性大，內生動力比較差，返貧風險高，城鄉發展不平衡、不充分，鞏固拓展脫貧攻堅成果任務繁重［3］。土地利用分布特征研究有利于烏蒙山區推動土地資源有效利用，推動特色產業發展、區域經濟水平提高。

國內外現有的研究主要圍繞著土地利用類型變化、土地利用類型及其他因子之間的影響研究［4-9］和建立土地利用/土地覆蓋模型系統的宏觀研究［10-15］，但涉及土地利用在較小尺度不同海拔垂直方向上分布規律的研究較為鮮見。烏蒙山區立體特征明顯，本研究以海拔為研究尺度，探討土地利用在垂直方向上的分布規律。選取云南省尋甸回族彝族自治縣（以下簡稱尋甸縣）為典型縣域代表，一方面因為尋甸縣自然、經濟、社會情況與烏蒙山區高度吻合，另一方面是因為尋甸縣地貌類型復雜、山多壩區面積少的特點突出，土地利用水平較低，土地利用結構嚴重不合理，因此選取尋甸縣作為研究對象，對尋甸縣的土地利用垂直規律進行研究，以期為烏蒙山區的土地利用提供參考。

1 研究區概況

研究區域選擇尋甸縣，昆明市轄縣，位于云南省東北部［16］。全境東西長82.5 km，南北寬75.4 km，土地總面積3 588 km2。尋甸縣轄8個鎮，2個鄉，132個村民委員會（社區居民委員會），1 219個自然村。尋甸縣礦產資源豐富，海拔垂直差異大，氣候類型多樣，地形交錯復雜、立體特征明顯，海拔西北高而東南低，呈東南傾斜階梯狀，海拔1 441～3 319 m，各海拔梯度內不同土地利用數量占地面積比例差異明顯。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據獲取與處理

尋甸縣土地利用現狀矢量數據來源于2015年尋甸縣土地利用變更數據庫（因倘甸、鳳合、聯合、金源4個鄉鎮自2011年1月1日起托管于轎子雪山開發區，故本研究所處理數據均不包含上述4個鄉鎮，且2015年并未建立塘子街道辦事處、金所街道辦事處），DEM柵格數據來源于地理空間數據云的GDEMV2 30 m分辨率數字高程數據。運用ArcGIS、ENVI等軟件，對所獲取的數據資料進行預處理。將基礎圖件進行配準校正，統一坐標系，進行裁剪、合并、空間分析等操作，利用ArcGIS軟件的重分類工具將DEM數字高程數據重分類為15個海拔梯度單元，進而得出新的柵格數據。利用柵格轉面工具將該柵格數據轉化為具有15個海拔梯度單元的矢量數據。運用GeoDa和SPSS軟件對預處理的數據進行處理與分析［17］。

2.2 研究方法

2.2.1 全局自相關 全局自相關（Spatial autocorrelation anlysis）是用于描述某種現象在空間的分布情況，以判斷該現象是否在空間上有集聚現象存在。衡量全局空間自相關（Moran’s I）的指標主要有全局Moran’s I指數、全局Getis’s G指數和全局Geary’s C指數，其中最常用的是全局Moran’s I指數。

式中，[S2=1nxi-x2]；[x=1ni=1nxi]；n為樣本數量；xi和xj為樣本觀測值；[x]為n個觀測值的平均值；wij為要素i和j的空間權重。空間權重的構造一般有Contiguity Weight、Distance Weight和k-Nearest Neighbors 3種方法，本研究選取Distance Weigh方法構造空間權重。

依照式（1）所得到的Moran’s I，介于［-1，1］，Moran’s Igt;0表示呈正相關，Moran’s Ilt;0則表示呈負相關，且Moran’s I越大代表相關性越高，即空間分布上呈集聚現象，Moran’s I=0表示空間呈隨機分布。

2.2.2 局部空間自相關 局部空間自相關區別于僅判斷某種現象在空間上是否有集聚現象存在的全局空間自相關，它不僅可以反映局部小區域單元與相鄰單元之間某種現象的相關程度，而且可以進一步指出集聚發生的具體位置。

式中，[S2=1ni=1，j≠1n（xj-x）2]；n為樣本數量；xi和xj為樣本觀測值；[x]為n個觀測值的平均值；wij為要素i和j的空間權重。

3 結果與分析

3.1 尋甸縣海拔梯度下土地利用現狀分析

通過DEM數字高程數據得出，尋甸縣海拔為" "1 638～3 091 m，根據其氣候、植被、環境等現實狀況［15-17］，以100 m為間距，把尋甸縣海拔劃分為" " " "1 600～1 700 m、1 701～1 800 m、1 801～1 900 m、1 901～2 000 m、2 001～2 100 m、2 101～2 200 m、2 201～" " " "2 300 m、2 301～2 400 m、2 401～2 500 m、2 501～" " " "2 600 m、2 601～2 700 m、2 701～2 800 m、2 801～" " " "2 900 m、2 901～3 000 m、3 001～3 100 m共計15個垂直梯度帶（圖1），然后以每個梯度為研究單元對尋甸縣海拔垂直分布規律進行研究。

尋甸縣土地數量在每個海拔梯度內不等，隨著海拔的逐漸上升，其數量呈先急劇上升后緩慢下降的趨勢，其中土地面積最多的海拔梯度為2 001～" " 2 100 m，土地面積為55 030.61 hm2，占尋甸縣總土地面積的19.60%，土地面積最少的海拔梯度是" " " "3 001～3 100 m，土地面積為50.08 hm2，占尋甸縣總土地面積的0.02%，兩者之間相差1 097.85倍。在15個海拔梯度內面積占比大于10%的海拔梯度有4個，且集中在1 901～2 300 m，尋甸縣63.68%的土地都分布在這個范圍（表1）。

3.2 垂直尺度下尋甸縣土地利用面積分布特征

由表2可知，尋甸縣8種土地利用類型在海拔梯度上的分布峰值基本上都出現在2 001～2 100 m，包括耕地、建設用地、園地、草地、工礦倉儲用地及其他用地，只有水域及水利設施用地分布峰值出現在" " "1 801～1 900 m海拔梯度內，林地分布峰值出現在" " 2 101～2 200 m海拔梯度內。

耕地、建設用地幾乎分布于所有海拔梯度內，但在3 001～3 100 m海拔梯度內，只存在草地、林地和其他用地。其中建設用地主要集中于1 801～2 200 m 4個海拔梯度內，相比其他用地類型更加集中，4個海拔梯度內建設用地面積之和占尋甸縣建設用地總面積的84.01%。與之相匹配的有耕地、園地、水域及水利設施用地，耕地4個海拔梯度內面積之和占尋甸縣耕地總面積的62.27%，園地4個海拔梯度內面積之和占尋甸縣園地總面積的89.08%，水域及水利設施用地4個海拔梯度內面積之和占尋甸縣水域及水利設施用地總面積的93.44%。

尋甸縣耕地在海拔梯度上的分布與尋甸縣土地在海拔上的分布大致吻合，其面積均呈先逐漸上升后下降的趨勢。尋甸縣建設用地在海拔梯度上的分布與尋甸縣土地在海拔上的分布也是大致吻合，其面積也是呈先上升后下降的趨勢。尋甸縣園地在海拔梯度上的分布與其他用地有著較大的區別，園地只分布在1 600～2 700 m 11個海拔梯度內，但同時也遵循著隨海拔的上升其面積呈先逐漸上升后逐漸下降的趨勢。尋甸縣8種土地利用類型中，只有林地和草地在尋甸縣所有海拔梯度上都有分布，林地也遵循著隨海拔上升其面積呈先上升后下降的趨勢，在剩余的13個海拔梯度內，林地面積均較大。尋甸縣草地是在所有海拔梯度上都有分布的土地利用類型之一，草地在海拔梯度內分布相對較平均而且其分布呈波浪式變化趨勢，即隨著海拔的上升，草地面積呈先上升后下降，然后又上升又下降的趨勢。尋甸縣水域及水利設施用地集中分布于1 801～2 200 m海拔梯度內，隨著海拔上升其面積呈先增加后減少，然后又上升又下降的趨勢，相比其他地類，尋甸縣水域及水利設施用地在海拔分布上最為集中。尋甸縣工礦倉儲用地只分布在1 701～2 800 m共計11個海拔梯度內，隨著海拔上升其面積呈先上升后下降的趨勢。在所有用地類型中，其他用地在垂直方向上的分布規律與尋甸縣土地在垂直方向上的分布規律最為相似。

3.3 尋甸縣土地利用類型集聚區垂直分布規律

3.3.1 尋甸縣土地利用垂直全局相關性分析 利用GeoDa軟件對尋甸縣耕地、建設用地、園地、林地、草地、水域及水利設施用地、工礦倉儲用地和其他用地8種土地利用類型的全局空間自相關程度進行全局空間自相關分析。由表3可知，各土地利用類型在垂直分布上的全局 Moran’s I 結果均為正值，P等于0.001，因此說明2015年尋甸縣各土地利用類型在垂直方向上的空間分布不是隨機的，與在水平方向上的空間分布相同，也表現出非常顯著的空間集聚性。即各土地利用類型在整個尋甸縣范圍內的垂直分布上存在極顯著的空間正相關關系。Moran’s I 反映了土地利用類型在垂直方向上的空間分布集聚規律，數值的大小反映了其空間密集程度，越大反映其在垂直方向上的分布越密集，越小說明其在垂直方向上的分布越分散，其中其他用地的空間自相關性最大，其次分別為園地、林地、工礦倉儲用地、耕地、建設用地和水域及水利設施用地，草地空間自相關性最小。

3.3.2 尋甸縣土地利用垂直局部相關性分析 為了進一步分析在垂直方向上發生空間相關的具體海拔梯度以及發生的空間集聚具體類型，對尋甸縣土地利用類型在海拔上進行局部空間自相關性分析。其中，HH正相關單元表示該類型土地在海拔區域為空間集聚類型，LL正相關單元表示該類型土地在海拔區域為空間孤立類型，LH負相關單元表示該類型土地在海拔區域空間異常，其余則為不顯著相關單元。結果如圖2、表4所示，具體分析如下。

1）耕地局部垂直相關性分析。尋甸縣耕地不顯著相關單元類型共有5個，這5個海拔區域內土地面積占總土地面積的11.38%，說明尋甸縣耕地在垂直方向上的空間自相關性較強。其中HH單元所在海拔區域土地面積占總土地面積的78.81%，主要集中在1 801～2 400 m 6個梯度內，為中下海拔梯度，周圍海拔梯度內耕地面積也較大，說明大部分耕地在海拔梯度上呈現空間集聚；LL單元有3個，所在海拔區域土地面積占總土地面積的9.39%，主要集中在海拔較高的梯度內，該梯度內耕地面積較小，周邊梯度耕地面積也較小，說明耕地在海拔梯度上空間孤立相比空間集聚較弱；空間異常LH單元所在海拔區域土地面積占總土地面積的0.43%，為1 701～1 800 m海拔梯度，代表該梯度的耕地面積較小，其周邊的梯度如1 801～1 900 m則耕地面積較大。

2）建設用地局部垂直相關性分析。尋甸縣建設用地不顯著相關單元類型共有4個，這4個海拔區域內土地面積占總土地面積的22.23%，說明尋甸縣建設用地在垂直方向上的空間自相關性較強。其中HH單元所在海拔區域土地面積占總土地面積的43.61%，主要集中在1 801～1 900 m和2 001～2 200 m 3個梯度內，為中下海拔梯度，周圍海拔梯度內建設用地面積也較大，說明大部分建設用地在海拔梯度上呈現空間集聚；LL單元所在海拔區域土地面積占總土地面積的12.79%，主要集中在2 501～2 800 m和2 901～3 100 m 5個梯度內，說明建設用地在海拔梯度上的空間孤立相比空間集聚較弱；空間異常LH單元所在海拔區域土地面積占總土地面積的21.36%，為1 701～1 800 m和2 201～2 400 m 3個梯度，表明這些梯度的建設用地面積較小，其周邊梯度則建設用地面積較大。

3）園地局部垂直相關性分析。尋甸縣園地不顯著相關單元類型有0個，說明尋甸縣園地在垂直方向上的空間自相關性較強。其中HH單元所在海拔區域土地面積占總土地面積的57.87%，主要集中在1 801～2 200 m 4個梯度內，為較低的海拔梯度，園地在這些海拔梯度內面積較大，周圍海拔梯度內園地面積也較大，說明大部分園地在海拔梯度上呈空間集聚；LL單元有8個，這8個單元所在海拔區域土地面積占總土地面積的20.76%，說明園地在海拔梯度上的空間孤立相比空間集聚較弱；空間異常LH單元所在海拔區域土地面積占總土地面積的21.36%，為1 701～1 800 m和2 201～2 400 m 3個梯度，主要集中于HH海拔梯度周邊，這些梯度的園地面積較小，其周邊梯度如1 801～1 900 m則園地面積較大。

4）林地局部垂直相關性分析。尋甸縣林地不顯著相關單元類型有8個，這8個海拔區域土地面積占總土地面積的31.61%，說明尋甸縣林地在海拔垂直方向上的空間自相關性較強。其中HH單元所在海拔區域土地面積占總土地面積的52.78%，主要集中在1 901～2 000 m和2 101～2 400 m 4個梯度內，說明大部分林地在海拔梯度上呈現空間集聚；LL單元所在海拔區域土地面積占總土地面積的9.17%，主要集中在中等海拔梯度內，這些梯度內林地面積較小，周邊梯度林地面積也較少，說明林地在海拔梯度上空間孤立相比空間聚集較弱；空間異常LH單元所在海拔區域土地面積占總土地面積的6.44%，為" " "1 801～1 900 m海拔梯度，位于HH海拔梯度周邊，這些梯度的林地面積較小，其周邊梯度如1 901～2 000 m則林地面積較大。

5）草地局部垂直相關性分析。尋甸縣草地不顯著相關單元類型有10個，這10個海拔區域土地面積占總土地面積的40.78%，說明尋甸縣草地在垂直方向上的空間自相關性較強。其中HH單元所在海拔區域土地面積占總土地面積的52.78%，主要集中在1 901～2 000 m和2 101～2 400 m 4個梯度內，為中低海拔梯度，草地在這些海拔梯度內面積較大，周圍海拔梯度內草地面積也較大，說明大部分草地在海拔梯度上呈現空間集聚；空間異常LH單元所在海拔區域土地面積占總土地面積的6.44%，為1 801～" " "1 900 m海拔梯度，位于HH海拔梯度周邊，這些梯度的草地面積較小，其周邊梯度如1 901～2 000 m則草地面積較大。

6）水域及水利設施用地局部垂直相關性分析。尋甸縣水域及水利設施用地不顯著相關單元類型有4個，這4個海拔區域土地面積占總土地面積的52.78%，說明尋甸縣水域及水利設施用地在小部分海拔梯度上呈垂直空間自相關。其中HH單元所在海拔區域土地面積占總土地面積的26.04%，主要集中在1 801～1 900 m和2 001～2 100 m共計2個梯度內，為中低海拔梯度，水域及水利設施用地在這些海拔梯度內面積較大，周圍海拔梯度內水域及水利設施用地面積也較大，說明少數水域及水利設施用地在海拔梯度上呈現空間集聚；LL單元所在海拔區域土地面積占總土地面積的20.76%，主要集中在最低和中高海拔8個梯度內，這些梯度內水域及水利設施用地面積較小，周邊梯度水域及水利設施用地面積也較小，說明水域及水利設施用地在海拔梯度上的空間孤立相比空間集聚較弱；空間異常LH單元所在海拔區域土地面積占總土地面積的0.43%，為" 1 701～1 800 m海拔梯度，位于HH海拔梯度周邊，這些梯度的水域及水利設施用地面積較小，其周邊梯度如1 801～1 900 m則水域及水利設施用地面積較大。

7）工礦倉儲用地局部垂直相關性分析。尋甸縣工礦倉儲用地不顯著相關單元類型有0個，說明尋甸縣工礦倉儲用地在海拔垂直方向上的空間自相關性較強。其中HH單元所在海拔區域土地面積占總土地面積的72.37%，主要集中在1 901～2 400 m 5個梯度內，為中等海拔梯度，工礦倉儲用地在這些海拔梯度內面積較大，周圍海拔梯度內工礦倉儲用地面積也較大，說明大部分工礦倉儲用地在海拔梯度上呈現空間集聚；LL單元所在海拔區域土地面積占總土地面積的20.76%，主要集中在最低和中高海拔梯度內，周邊梯度工礦倉儲用地面積也較小，說明工礦倉儲用地在海拔梯度上的空間孤立相比空間集聚較弱；空間異常LH單元所在海拔區域土地面積占總土地面積的6.87%，為1 701～1 900 m 2個梯度，位于HH海拔梯度周邊，這些梯度的工礦倉儲用地面積較小，其周邊梯度如1 901～2 000 m則工礦倉儲用地面積較大。

8）其他用地局部垂直自相關性分析。尋甸縣其他用地不顯著相關單元類型有2個，這2個海拔區域土地面積占總土地面積的6.69%，說明尋甸縣其他用地在海拔垂直方向上的空間自相關性較強。其中HH單元所在海拔區域土地面積占總土地面積的72.37%，主要集中在1 901～2 400 m共計5個梯度內，為中等海拔梯度，其他用地在這些海拔梯度內面積較大，周圍海拔梯度內其他用地面積也較大，說明大部分其他用地在海拔梯度上呈現空間集聚；LL單元所在海拔區域土地面積占總土地面積的14.07%，主要集中在最低和中高海拔梯度內，這些梯度內其他用地面積較小，周邊梯度其他用地面積也較小，說明其他用地在海拔梯度上的空間孤立相比空間聚集較弱；空間異常LH單元只有2個，這2個海拔區域土地面積占總土地面積的6.87%，為1 701～1 900 m 2個梯度，位于HH海拔梯度周邊，這些梯度的其他用地面積較小，其周邊梯度如1 901～2 000 m則其他用地面積較大。

4 小結與討論

4.1 小結

選取尋甸縣作為典型縣域進行研究，根據尋甸縣2015年土地利用現狀，把尋甸縣土地利用分為耕地、建設用地、園地、林地、草地、水域及水利設施用地、工礦倉儲用地和其他用地8種類型，運用ArcGIS 10.4軟件得到尋甸縣10個鄉鎮土地利用數據，借助GeoDa軟件對8種土地利用類型在空間上的分布以及集聚和孤立情況進行了分析，結果如下。

1）在垂直方向上，8種土地利用類型在15個海拔梯度內分布不均勻，基本都是隨著海拔的上升，面積呈先增加后逐漸減少的趨勢，在15個海拔梯度內的土地利用結構存在差異，在較低和較高海拔梯度內土地利用結構比較簡單。

2）尋甸縣8種土地利用類型在垂直海拔上均呈空間相關性，其中其他用地的空間自相關性最大，其次分別為園地、林地、工礦倉儲用地、耕地、建設用地和水域及水利設施用地，草地空間自相關性最小。

3）尋甸縣耕地局部垂直相關HH單元占78.81%，建設用地局部垂直相關HH單元占43.61%，園地局部垂直相關HH單元占57.87%，林地局部垂直相關HH單元占52.78%，草地局部垂直相關HH單元占52.78%，水域及水利設施用地局部垂直相關HH單元占26.04%，工礦倉儲用地局部垂直相關HH單元占72.37%，其他用地局部垂直相關HH單元占72.37%。

4.2 討論

在《云南省鄉村振興戰略規劃（2018—2022年）》分類推進鄉村發展中，提出按集聚提升類村莊、城郊融合類村莊、特色保護類村莊、搬遷撤并類村莊和其他類型村莊5種類型分類推進鄉村振興，對實現國家鄉村振興戰略的階段性目標具有重要意義，有利于各類村莊精準實施發展策略，有序發展，為實現鄉村振興戰略找準有利基點，對有序推進鄉村振興、推動農業全面升級、農村全面進步、農民全面發展具有重要指導意義。通過分析尋甸縣8種土地利用類型海拔梯度上的垂直空間相關性，可以結合尋甸縣自然、社會、經濟因素對尋甸縣的村落進行分類，進行鄉村空間布局優化。下一步研究將尋甸縣水平尺度與本次研究結論相結合，再進一步對尋甸縣土地利用格局進行多時段和多因子驅動力分析，以便更好地揭示尋甸縣土地利用類型的動態演化與高程的關系，為尋甸縣土地利用類型科學合理布局提供規劃參考，同時為尋甸縣環境保護與經濟發展相協調提供科學依據，從而助力尋甸縣發展與鄉村振興。

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