?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工具對石門縣柑橘種植的空間布局進行了分析研究。結果表明：石門縣柑橘果園種植區域空間差異明顯，總體呈“南高北低”的特征;該縣柑橘果園的種植密度呈現出正向的空間自相關性，形成了以熱點區為核心向外圍冷點區依次逐漸過渡的“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、居民點等，具體來說該縣柑橘園主要種植在高程小于300 m、坡度低于15°的區域內，且大部分分布在水域、道路、居民點2 km緩沖區范圍之內;結合分布特征和影響因素，對石門縣柑橘產業的發展提出了建立標準化生產體系，提高柑橘生產質量;構建便捷高效的交通網絡;三產融合，推動柑橘全產業鏈對接;強化品牌運作，不斷開拓市場的建議。

關鍵詞：GIS;果園;空間分布;影響因素;石門

中圖分類號：S32文獻標識碼：A文章編號：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產品與加工品之一，已有超過4 000 a的栽種歷史。我國90%以上柑橘產量集中在廣西、廣東、湖南、湖北、江西、四川、福建等熱帶和亞熱帶地區。目前對柑橘的研究主要集中在柑橘栽種技術及產業發展對策等方面[1-6]，而對柑橘果園的空間分布格局及其影響因素的研究相對較少。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、勞動力等均是影響果園分布格局的重要因素[7]。隨著地理、測繪行業的不斷發展與延伸，GIS手段普遍運用于各行各業當中，利用GIS工具分析農作物布局的技術也愈發成熟。

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模種植及產業化發展提供參考。

1 研究區域與方法

1.1 研究區域概況

石門縣位于湖南省西北部，被稱為“武陵門戶”，縣域從西北側的壺瓶山向東南側的洞庭湖平原傾斜，海拔落差達到2 000 m。正因為有“湖南屋脊”的阻隔，石門縣很難受到北方冷空氣的侵襲，而東南季風卻也因難以逾越壺瓶山而長期在縣域內盤桓，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，逐步成為了我國最大的柑橘生產、出口基地[8]，擁有“中國柑橘之鄉”“全國柑橘出口基地縣”等諸多榮譽稱號。根據相關統計，2018年石門縣柑橘產量占主要農產品總產量的49%，柑橘種植產業已經成為了石門縣農業的支柱產業及扶貧攻堅產業。

1.2 研究方法

通過引入全局空間自相關的全局Morans I指數和局部空間自相關的Getis-Ord G*i指數，分別測度石門縣柑橘種植密度的空間相關性及其分布模式。

（1）柑橘種植密度。計算公式為：

式中，D為柑橘種植密度，Scitrus為統計單元中柑橘果園面積，Scell為統計單元面積。

（2）全局Morans I指數。計算公式為：

式中，Wij為基于邊界相鄰（Rook相鄰）的歐氏距離（Euclidean）空間權重矩陣，若i、j兩個行政單元鄰接時，則Wij=1，反之，若i、j兩個行政單元不鄰接，則Wij=0;xi、xj分別為第i、j個區域行政單元的柑橘種植密度;為xi的均值;n為研究區域行政單元樣本數量。Morans I的取值范圍為Morans I，當Morans I>0時，表示研究區域內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;當Morans I<0時，表示研究區域內不同行政單元間柑橘種植密度的空間分布呈負向空間自相關;當Morans I=0時，表示研究區域內不同行政單元間空間分布呈隨機分布，即不存在空間自相關性。常采用標準化 值來檢驗Morans I指數的顯著性水平，計算公式為：

為方差，即變異系數。

（3）局部Getis-Ord G*i指數。局部Getis-Ord G*i指數[9]通過識別研究石門縣各行政單元與周圍研究區域單元之間是否存在高-高值集簇或低-低值集簇現象，探究熱點區（HotSpots）或冷點區（ColdSpots）在空間上的分布模式。計算公式為：

式中：Wij為基于邊界相鄰（Rook相鄰）的歐氏距離（Euclidean）空間權重矩陣;xj為第i個研究區域單元的周圍行政單元j的柑橘種植密度。一般采用標準化Z值檢驗其可信度，其計算公式為：

式中，E（G*i）、Var（G*i）分別為期望指數和方差。當Z（G*i）>0且顯著時，分布模式呈高-高值集簇，表明該區域為石門縣柑橘種植密度的高值集聚區，即熱點區（HotSpots）;反之，當Z（G*i）<0且顯著時，分布模式呈低-低值集簇，表明該區域為石門縣柑橘種植密度的低值集聚區，即冷點區（ColdSpots）。

1.3 數據來源

文中使用數據有以下2個來源：（1）石門縣30 m空間分辨率DEM數據，獲取自地理空間數據云;（2）石門縣線狀道路、河流與面狀居民區矢量數據，來源于石門縣2018年土地利用現狀變更調查數據庫。

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狀數據庫中提取柑橘果園數據進行分析，結果表明：石門縣柑橘種植總面積約為306.67 km2，其中，種植面積超過20 km2的鄉鎮有蒙泉鎮、夾山鎮、白云鎮、皂市鎮、新關鎮、楚江街道等6個鄉鎮街道（圖1），占總種植面積65.95%，其中蒙泉鎮、夾山鎮、白云鎮3個鄉鎮種植面積最大，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看（圖2），總體上表現為“南高北低”的特征。其中高密度區為新關鎮、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。極低密度鄉鎮呈“片狀”集中分布于縣域北部地區，如壺瓶山鎮、羅坪鄉、南北鎮等鄉鎮。

2.3 種植密度的空間集聚性特征

運用ArcGIS 10.2軟件計算出石門縣柑橘種植密度的全局Morans I指數，揭示石門縣柑橘種植密度的全局空間集聚特征。通過計算可得，Morans I指數為0.934 6，E（I）指數為-0.050 0，Var（I）指數為0.021 3，Z值為6.745 4，P值為0.000 1，可見Morans I指數顯著為正，且通過顯著性檢驗，表明石門縣柑橘種植密度呈現出正向空間自相關性，空間集聚特征明顯。

局部空間自相關能夠反映出研究區域內各研究單元之間局部空間格局的分布特征。根據標準化 值計算? 值，運用ArcGIS軟件對石門縣柑橘種植密度的局部空間特征進行可視化。采用自然斷裂的方法，將其劃分成了五種類型：冷點區、次冷點區、過渡區、次熱點區和熱點區，從而得到石門縣柑橘種植密度的冷熱點空間格局分布圖（圖3）。從“冷熱點”區域分布格局來看，熱點區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、新鋪鄉、新關鎮、夾山鎮等位于縣域中部的9個鄉鎮。由于擁有優越的區位條件、雄厚的經濟實力、較高的城鎮化水平等優勢，柑橘種植空間分布密度明顯處于縣域前列。“次熱點”區域的皂市鎮緊鄰熱點區，表明核心區對周圍區域的輻射擴散效應較為明顯，存在著空間近鄰效應。過渡區呈斑塊狀鑲嵌分散分布，主要有白云鎮、蒙泉鎮。“次冷點”區域主要分布在維新鎮、三圣鄉、太平鎮、羅坪鄉、壺瓶山鎮、南北鎮，這些區域柑橘生產的區位條件較熱點區、次熱點區要差。“冷點”區域主要分布在磨市鎮、雁池鄉、所街鄉、子良鄉4個鄉鎮。

總體來看，石門縣柑橘種植密度形成了以熱點區為核心向外圍冷點區依次逐漸過渡的“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、區位因素非線性耦合作用的結果，其中自然因素奠定了柑橘果園空間分布的基本格局，區位因素影響柑橘果園空間分布格局，對柑橘果園分布格局變化有重要的導向作用。

3.1 自然因素

將果園分布數據與地形進行疊加分析（圖4），結果表明：柑橘種植面積的94.39%位于高程0～300 m的區域內。當高程超過500 m時，極端低溫出現及積溫不足等現象導致該區域不適宜于種植柑橘。從表2中可以看出，該區域種植比例僅為1.29%。