西南片區耕地等別空間分布特征

楊元智, 陳運春, 廖麗君, 曾維軍, 劉唯佳, 向冬蕾1,, 李建華

(1.云南農業大學 國土資源科學技術工程研究中心, 昆明 605201;2.云南農業大學 資源與環境學院, 昆明 650201; 3.云南農業大學 水利學院, 昆明 605201)

耕地是農業生產和人類生存的物質基礎，耕地質量更關乎著國家的糧食安全與人類的可持續發展[1-2]。1999—2009年，國土資源部首次在全國范圍內統一開展了農用地分等評價任務，于2012年頒布實施了《農用地質量分等規程》(GB/T28407—2012)[3]，分等成果已在我國廣泛應用，并且在耕地質量管理與保護中發揮著重要作用[4]。為了滿足耕地數量和質量并重管理的需求，切實落實耕地占補平衡政策[5]，首要解決的問題就是掌握耕地的利用現狀、數量和質量的分布特征，于是我國從2012年起在全國農用地分等的基礎上，開展耕地等別的年度更新工作[6]。目前，國內學者對耕地方面的研究主要集中于耕地質量監測[7-8]、耕地質量評價[9-10]、耕地質量變化[11-12]和耕地安全[13]等方面，研究成果涵蓋了全國[14-16]、區域[17-18]、省域[19-21]、縣域[22-23]等不同空間尺度，成果頗為豐富。隨著社會經濟的不斷發展，農用地分等成果不可避免地發生了變化，然而我國目前研究還絕大多集中在基于農用地分等成果的數據基礎之上，很少用到補充完善后的成果和年度更新數據[24]。

西南區是我國較為典型的生態脆弱區和欠發達地區，區域內人地矛盾突出，水資源分布及其不均勻，加之獨特的地理位置和復雜的地形地貌，區域內土地利用類型較為多樣，土地資源分布呈現極端差異性[25]。耕地質量按自然因素指標和社會經濟因素指標來劃分，具體可分為自然等、利用等和經濟等3類[26]，本文利用2015年度西南5省(市、自治區)耕地質量更新評價成果數據，通過ArcGIS完成西南片區耕地區域、省域及市(區、縣)際的自然等、利用等及經濟等不同視角的分布特征，形成全國統一可比的等別序列，經過局部自相關分析論證，有助于了解西南片區耕地利用現狀和耕地的保護管理，為區域內耕地資源的可持續發展、糧食安全及占補平衡政策的實施等問題提供科學依據。

1 研究區概況

西南片區包括云南、四川、貴州、重慶、廣西5個省(市、自治區)，地處中國西南邊陲，位于東經91°21′—112°04′,北緯20°54′—34°19′，東鄰湖北、湖南、廣東，南靠老撾、越南，西接西藏自治區、緬甸，北連寧夏自治區、甘肅、陜西。境內地勢西高東低、北高南低?？缭角嗖馗咴?、云貴高原兩大高原和四川盆地，區內河流縱橫、峽谷廣布，地貌以高原和山地為主，廣泛分布喀斯特地貌、河谷地貌和盆地等地貌。西南片區土地總量13 632.28萬hm2，其中農用地總量為11 422.66萬hm2，占總面積的83.79%；建設用地總量為442.33萬hm2，占總面積的3.25%；未利用地總量為1 766.29萬hm2，占總面積的12.96%。西南片區屬亞熱帶季風氣候，年均溫分布極不均勻；雨量豐富，平均1 000～1 300 mm，少雨和多雨地區雨量相差可達5倍。獨特的地理位置和復雜的地形地貌孕育出多種多樣的氣候類型和極其豐富的生物資源。

2 研究方法

2.1 數據來源

本次研究數據來源于西南片區(云南、四川、廣西、貴州、重慶)農用地分等省(市、自治區)級匯總成果比例尺1∶100萬和2015年年度耕地質量更新評價成果數據。

2.2 平均等別計算

區域內耕地質量的平均等別的計算采用面積加權平均法，公式如下所示：

式中：Y為平均質量等別；i為耕地等別；imax為等別最大值；imin為等別最小值；Ai為i等耕地面積(hm2)；A為耕地總面積(hm2)。

2.3 ArcGIS空間分析

首先將年西南5省(市、自治區)2015年度更新評價省級匯總成果為分析的基礎數據，結合農用地分等成果圖件，運用ArcGIS軟件，進行空間疊加分析、空間自相關和統計分析等分析方法，揭示西南片區耕地等別的耕地空間分布特征和規律。

2.4 空間權重的確定

能否構建并選擇恰當的空間權重矩陣直接關系到模型的最終估計結果和解釋力[28]。對耕地質量進行局部空間自相關分析時，采用由ArcGIS和GeoDa軟件生成的空間權重文件來定量表達地理要素在空間上的關系，分別計算基于Rook，Queen和Bishop鄰接原則的一階鄰接空間鄰接性，經計算模擬對比和研究區圖斑分析，Rook鄰接關系的空間鄰接性頻率直方圖更符合正態分布特征。故本文采用以Rook鄰接原則確定空間權重。

2.5 局部空間自相關分析法

空間自相關分析是基于要素位置和要素值來度量空間的相關性最常用的地統計學方法之一[29]。為揭示西南片區耕地質量在空間上的聚集性或離散型特征，本文利用Geoda軟件，選取Local Moran′sI為統計量進行西南片區耕地質量局部空間自相關分析。局部莫蘭指數其表達式為：

3 結果與分析

3.1 耕地等別數量構成分布特征

西南片區(圖1)耕地總面積2 427.30萬hm2。按照農用地分等標準，在16個等別序列中，將1—4等劃分為優等地、5—8等為高等地、9—12等為中等地、13—15等為低等地，其中耕地質量最好的為4等，耕地質量最差的為15等[3]。

圖1 西南片區耕地等級構成

(1) 就自然等而言，西南片區耕地范圍等別為4—15等，等別以9—11等耕地為主，加權平均等為9.85；自然等分布趨于偏正態分布，自然質量中等偏低；西南5省自然等中優等地面積0.17萬hm2，占比不足1%；高等地面積383.91萬hm2，占耕地總面積的15.82%；中等地面積1 986.77萬hm2，占比81.85%；低等地96.45 hm2，僅占2.33%。

(2) 就利用等而言，西南片區耕地等別范圍為1等及3—13等，其中以10—11等面積分布最多，面積加權平均等為9.86；總體來看，利用等中等偏低，呈明顯偏正態分布特征。優等地面積4.16萬hm2，占比不足1%；高等地面積490.34萬hm2，占比20.15%；大部分是中等地，面積1 857.79萬hm2，占比達到76.34%；低等地81.36 hm2，僅占比3.34%。

(3) 就經濟等而言，西南片區等別范圍為2—14等，以10—11等地為主，面積加權平均等為9.80。西南區經濟等有少量優等地，面積9.08萬hm2，僅占比0.37%；高等地面積492.75萬hm2，占比20.25%；經濟等絕大部分是中等地，面積1 852.82萬hm2，占比達76.13%；還有少量低等地，面積共79.00萬hm2。

3.2 各省(市、自治區)耕地等別分布特征

3.2.1 各省(市、自治區)自然等分布特征 從自然等在西南片區省際分布特征來看(附圖10，圖2 )，各省耕地自然等分布存在明顯差異，廣西自治區耕地自然等最高，位于江南區和華南區的有利自然條件，等別集中分布于6—10等，其中10等地分布最多最廣；云南省自然等集中在10—12等；四川省自然等以9，10等為主；重慶市自然等集中在8—11等；貴州省耕地自然等別最低，集中分布在10—12等。

西南片區自然等以中、高等地為主，優等地和低等地少量分布。西南片區優等地僅占比0.01%，優等地來源主要是四川，廣西少量分布；高等地主要分布于廣西和四川，云南和重慶分布較少，貴州分布極少；西南5省(市、自治區)區域內以中等地為主；低等地大多分布于貴州省，省內低等地面積占低等地總面積高達76.83%，重慶和廣西無低等地分布。

從自然等平均等別來看，廣西>四川>重慶>云南>貴州。廣西平均等別最高，為8.45等；四川和重慶次之，分別為9.30等和9.74等；云南省為10.61等；貴州平均等別最低，為11.05等；其中平均等別最高的廣西比平均等別最低的貴州高出了2.6等。

3.2.2 各省(市、自治區)利用等分布特征 從利用等在西南片區省際分布特征來看(附圖10，圖3)，云南省利用等以10—12等分布為主，且1等地只分布于云南省；四川省以8—10等分布為主；重慶市利用等集中分布在8—11等，其中10等分布最多；廣西自治區利用等分布在4—12等；貴州省利用等最差，等別廣泛集中于10—13等，且14，15等只分布于貴州省。

圖2 西南片區各省(市、自治區)耕地自然等級構成

圖3 西南區各省(市、自治區)耕地利用等級構成

西南片區利用等以高等地和中等地為主。其中優等地的來源主要是云南省，四川和廣西也有少量分布；四川和廣西兩地高等地較多，四川省高等地在省內比重最大，超過中等地；除四川外，中等地在各省(市、自治區)分布最多；低等地集中分布在貴州，少量分布于云南。

從利用等平均等別來看，四川>廣西>重慶>云南>貴州。其中四川省平均等別最高，為8.25等；廣西自治區和重慶市次之，分別為8.47等和9.77等；云南省為10.49等；貴州省最低，為11.29等；平均等別最高的四川比平均等別最低的貴州高出了3.04等。

3.2.3 各省(市、自治區)經濟等分布特征 從經濟等在西南片區分布特征來看(附圖10，圖4)，云南省經濟等別集中分布在10—11等；四川省經濟等以8—10等分布為主；重慶市集中在9—11等；廣西自治區各等別中9等和10等地分布最多；貴州省則主要集中在11，12等。

西南片區經濟等別分布以中、高等地為主。經濟等中少量優等地，分布在2—4等，主要來源于云南，四川和廣西少量分布；經濟等中高等地主要集中在8等，廣西和四川占比較多；西南片區經濟等絕大部分是中等地，分布以9—11等為主；而少量低等地全部分布在四川和貴州兩地，其中14等地全部分布在貴州。

從經濟等平均等別來看，廣西>四川>重慶>云南>貴州。廣西平均等別最高，為8.42等；四川和重慶次之，分別為9.16等和9.84等；云南和貴州平均等別較低，分別為10.30，11.40等；平均等別最高的廣西比平均等別最低的貴州高出了2.98等。

圖4 西南區各省(市、自治區)耕地經濟等級構成

3.3 耕地等別在市(州、區縣)分布特征

在市(州、區縣)的尺度上研究耕地質量的空間分布特征，有利于各個市(州、區縣)的管理以及制定相關制度，且具有一定的科學意義(附圖11)。根據現有資料，四川省2015年耕地質量等別年度更新中尚未明確提供各市(州、區縣)耕地等別分布情況，因此本文以其余4省(市、自治區)共有77個市(區、縣)為研究單元。

(1) 從自然等來看,云南省高等地主要分布在位于華南區的德宏和西雙版納等地；中等地各州均有分布；低等地則主要分布于橫斷山區各州市。貴州省高等地僅有8等，集中分布于遵義市；全省大多為中、低等地，其中低等地主要來源于威寧縣、畢節市和六盤水市3地。重慶市高等地集中在西部的合川區和江津區；中等地廣泛分布于各地。廣西優等地僅分布于防城港市；桂林和南寧高等地分布最多；中等地崇左市分布最多。從西南片區各市(區、縣)自然等平均等分布來看，平均等在6—7，7—8等兩個區間的地區基本聚集在廣西省，除了崇左市，其余各市平均等均未超過9等；云南省各市平均等多集中于10—11等，只有西雙版納州和德宏州低于10等；貴州省位于云貴高原區，耕地質量較差，自然等平均等都介于10—11，11—12等兩個區間；重慶市各地平均等在區域內分布相對均勻，大多集中于9—10，10—11等兩個區間。

(2) 從利用等來看,云南省利用等有少量優等地，主要分布在西雙版納和大理等地；高等地主要分布在德宏、大理和玉溪等地；全省絕大部分是中等地；低等地有少量分布于昭通、迪慶等地。貴州省高等地主要分布在遵義、銅仁兩市；中等地主要分布在遵義市、畢節市和銅仁市等地；低等地主要來源于黔西南州、畢節市兩地。重慶市高等地主要分布在開縣、涪陵區和璧山區等地；全市基本全為中等地。廣西利用等優等地只分布在欽州市和百色市；高等地主要分布在桂林市、南寧市和玉林市等地。從西南片區各市(州)利用等平均等分布來看，廣西各市平均等較高，基本趨于區間7—8等；云南省和重慶市平均等則大多集中在9—10等；貴州省各市平均等最差，趨于10—11等區間內。

(3) 從經濟等來看，云南省經濟等有少量優等地，主要分布在德宏、大理及西雙版納等地；高等地主要分布于德宏、大理等地。貴州省高等地主要分布在遵義、銅仁等地；中等地分布較廣；低等地主要分布在黔西南州、畢節市和威寧縣等地。重慶市經濟等高等地主要分布在江津區和合川區兩個區縣；其余多為中等地。廣西優等地在柳州市、梧州市和欽州市等地少量分布；全省高等地最多的為玉林市；崇左市中等地分布最多。從西南片區各市經濟等平均等分布來看，云南省耕地質量較好的西雙版納、玉溪和大理等地趨于9—10區間內、其余各地基本在10—11區間內，僅德宏州平均等趨于8—9區間內；貴州省平均等較差，除威寧縣為12.65等外，全集中于10—11，11—12兩個區間內；重慶市各區縣平均等均集中區間9—10，部分區縣平均等在10—11等；廣西各市平均等較高，分布于7—8，8—9兩個區間內，其中玉林市經濟等最高為6.90等。

3.4 耕地質量空間自相關分析

西南5省(市、自治區)因四川省2015年耕地質量等別年度更新中尚未明確提供各市耕地等別分布情況，因此未將四川省地類數據統計在內，剔除其耕地質量空間分析，本文以其余4省(市、自治區)共有77個市(區、縣)為研究單元進行空間自相關分析。

3.4.1 Moran散點圖分析 采用GeoDa軟件進行局部空間自相關分析，得到3類耕地質量指數Moran散點圖(圖5)。西南片區4省(市、自治區)耕地質量自然等、利用等和經濟等指數局部空間自相關指數分別為0.816 9，0.756 8，0.771 9，表明耕地質量3類指標都具有較強的正相關性；3類指數的Moran′s I值相差不大，說明區域內自然條件、利用水平和經濟條件在空間上的關聯性都相對較大。

圖5 西南片區耕地質量指數Moran散點圖

3.4.2 局部自相關分析 利用局部空間自相關指數將耕地質量空間分布劃分為5 種類型：HH 型(高—高)、LL型(低—低)、HL型(高—低)、LH(低—高)型和NS(非顯著)型(農用地分類中，國家等的等別數值越低代表耕地質量最高，反之代表質量越低)。西南片區4省(市、自治區)耕地質量自然等、利用等和經濟等指數LISA圖如附圖12所示。

自然等指數HH地區呈現片狀聚集于云南省北部的橫斷山區、云貴高原區中部及貴州省西部地區，包括迪慶州、黔西南及貴陽市等14個州(市)；LL地區也呈現片狀分布于廣西自治區東南部自然條件較好的江南區和華南區，包括桂林市、玉林市和北海市等11個市，其中LL還包括了重慶市的璧山區；LH和HL區域內無分布。利用等指數HH地區呈團狀聚集，區別于自然等的連片聚集，HH型聚集于云南省西北部橫斷山區和貴州省大部，包括迪慶州、怒江州、六盤水市和畢節市等13個州(市)；LL地區呈現片狀分布于廣西自治區大部，較自然等聚集更多，除河池市和百色市外，其余12個市均為LL型；LH和HL區域內無分布。經濟等指數HH云南省地區有所減少，貴州省除遵義市外，都為HH型，云南省昭通市、曲靖市及西北部的怒江州和迪慶州等地，共13個州(市)為HH；LL地區依舊呈現片狀分布于廣西自治區大部的11個市；大理州是唯一的一個LH型地區，經濟等無HL型。

3.5 討 論

(1) 將自然條件與西南片區自然質量等別進行疊加分析。市際分布和聚類分析均顯示云南省西北部的怒江州、麗江市等地與貴州省西部的威寧縣和畢節市等地由于地處橫斷山區和云貴高原區，受到地形地貌的影響，區域內整體地勢高低起伏，光熱條件較差，水資源匱乏，土壤貧瘠，且多以坡耕地和旱地為主，容易引發水土流失等自然災害，生態環境極其脆弱，耕地質量整體較差與HH型在空間分布上相匹配；而位于東南部的廣西自治區各市(州)，地處華南區和江南區，占據優越的自然條件，受到海洋暖氣流的影響，降雨量充足，光熱條件較好，土壤含水量較高，在一定程度上決定了耕地質量，與自相關LL型空間分布相匹配；此外，重慶市西北部的璧山區、江津區和永川區等地與云南省西南部的西雙版納州和德宏州地處四川盆地區和華南區，地勢平坦，雖不及沿海地區的農業自然條件，但光溫生產潛力及降雨充沛部分彌補了影響，耕地質量呈現中上水平；其余各區域內耕地數量分布較多但質量較為一般，多以中等地分布為主。

(2) 將耕地自然質量、生產投入等條件與西南片區利用等別進行疊加綜合分析。結果顯示質量較好的耕地集中分布于廣西自治區大部和云南省德宏州和西雙版納州等地，因地處華南區和江南區熱量灌溉水源充足，農業條件較好，精細耕種歷史悠久，耕作方式多樣，生產投入和糧食作物產量明顯高于其余地區，利用等別都相對較高，與自相關LL型在空間分布相匹配；利用等別較低的耕地主要分布于橫斷山區的怒江州、迪慶州等地和云貴高原區的貴州省大部和昭通市等地，區域內耕地多分布于峽谷地帶，不利于機械化耕作，少數名族聚集，耕地分布零散且多以旱地和坡耕地為主，農業條件較差，水資源相對匱乏，得不到相應的投入—產出效益，與HH型在空間分布上相匹配；此外，重慶市西部涪陵區和璧山區等地與云南省大理州、玉溪市等地利用等呈現中上水平，地處四川盆地區具有良好的自然條件，也為農業發展提供了基礎，而大理州、玉溪市境內的洱海流域及撫仙湖流域灌溉水源充足，土壤肥沃，機械化耕作便利，為當地農業發展提供了良好的基礎；其余重慶市南部山區各區(縣)和云南省大部耕地質量一般，區域內耕地多分布于地形相對平緩和自然條件較好的壩區，耕地數量分布較多，等別差異明顯，但受限于自然條件、水熱搭配的影響，利用等整體中等偏下。

(3) 經濟等反映了耕地的綜合質量的優劣，將自然條件、生產投入、區域經濟發展狀況和基礎設施建設等各方面因素與西南片區經濟等別進行疊加分析。經濟等較低的區域與自然等及利用等相似，聚集于橫斷山區的怒江、迪慶等地與云貴高原區的畢節市和威寧縣等地，區域內地形地貌已嚴重影響耕地的綜合投入—產出效益，農業生產交通不便，此外由于城鎮化的推進，占用了地勢較為平緩區域的耕地，經濟等質量整體較差，與自相關HH型在空間分布上相匹配；而位于華南區的德宏州以及廣西省大部，由于優越的自然條件，地勢平坦，生產交通和機械化耕作便利，農業發展可觀，刺激農業發展的因素較多，建設投入也相對較高，耕地綜合質量都較高，與LL型空間分布相匹配；重慶市西部及西北部各區(縣)和云南省大理、玉溪和昆明等地經濟等呈現中上水平，除地處四川盆地區或境內的高原湖泊影響外，這些區域都為社會經濟發展發達，交通便利的平壩區；經濟等一般的耕地主要聚集在云南省大部和重慶市北部和南部山區，區域內耕地分布較廣且零散，交通不便，依據各地經濟發展狀況，綜合質量中等偏下。

綜合來看，西南片區耕地質量整體呈現出由北往南耕地質量逐漸上升的空間分布規律，西南片區的自然環境、社會經濟條件復雜多樣與各地農業生產條件和方式、農業生產力水平差異，是耕地質量呈現區域差異的自然基礎。生產投入和區域經濟發展等在空間地域上分布有部分影響，但耕地等別的聚集很大程度上受到自然條件限制。通過以上分析，3類指數整體呈現出位于西北橫斷山區的怒江州、迪慶州等地和位處云貴高原區的貴州省大部由于自然條件和農業生產等條件的限制，直接影響耕地的綜合投入—產出效益，區域內低等地高度聚集，此外地形坡度和氣候等因素影響，土地整治及生態建設等措施也難以大幅度提高該地區各市的耕地質量，與HH型在空間分布上相匹配。而位于江南區和華南區的廣西大部，有充足的灌溉水源，土壤肥沃，熱量充足等優越的自然條件，刺激農業發展因素也較多，從而在一定程度上對耕地質量具有較大的影響，其表現特征也與LL型空間分布相匹配。

4 結 論

(1) 從西南片區整體出發，耕地自然等、利用等和經濟等平均等別分別為9.85，9.86，9.80，耕地質量整體中等偏低，3類質量等別以中、高等地為主，面積之和占比均超過90%。

(2) 耕地在省(市、自治區)際分布存在較大差異，廣西自治區受到江南區和華南區自然區位的影響，農業發展可觀，3類指標平均等均在8.5等以下；四川省大部地處四川盆地區，具有良好的自然條件，也為農業發展提供了基礎，其中利用等最高，自然和經濟等僅次于廣西；重慶市3類指標平均等別在區間9—10等；云南省為10—11等內；貴州省3類指標均顯示質量最差，平均等在11—12等區間內，云南省西北橫斷山區的怒江州、迪慶州等地和位處云貴高原區的貴州省大部由于自然條件和農業生產等條件的限制，區域內低等地聚集。

(3) 西南片區(除四川省)3類質量等別的市際分布和自相關分析均顯示，質量較高的耕地集中在江南區和華南區的各市(州)，除優越的自然條件外，區域內生產交通便利、地形地貌等也是耕地利用和質量的重要影響因素，其平均等趨于7—8，8—9兩個區間內，與自相關空間分布LL型相匹配；而相對質量較差的耕地則集中分布在橫斷山區和云貴高原區的各市(州)，區域內自然條件和農業生產等條件的限制，直接影響耕地的綜合投入產出效益，此外地形坡度和氣候等因素影響，土地整治及生態建設等措施也難以大幅度提高該地區各市的耕地質量，平均等趨于11—12區間內，與HH型相匹配。

本文僅從西南片區耕地數量和質量兩方面進行分析，隨著生態建設的不斷推進，今后應加強耕地生態方面的研究，更好地實現耕地資源數量、質量、生態“三位一體”建設與管控；再者，由于受限于無法獲得全面高精度耕地數量質量變化的同步數據，今后應加強耕地質量等級動態監測等方面的研究，更好地為區域內耕地質量保護和管理提供科學依據。