南方丘陵区新增耕地质量空间特征研究*——以江西省宜春市为例

余慧敏，杨小平，郭 熙※

(1.江西农业大学鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室/国土资源与环境学院，南昌 330045;2.江西省土地开发整理中心，南昌 330025)

0 引言

耕地是我国宝贵的自然资源，是社会经济发展的基础，关系着人民生计的大事。耕地质量对我国粮食安全与生态文明战略具有重要的现实意义[1]。随着我国城镇化步伐的加快，耕地后备资源不断减少，人地矛盾愈演愈烈[2]，加之人类不合理的耕地利用方式，耕地质量日趋下降，耕地供需平衡压力日益加大。耕地质量不仅受到土壤自身养分含量及其组合关系的影响，还受到耕地空间分布的均匀程度与复杂性的影响。面对当前我国新常态的发展背景，为进一步加强耕地保护工作，有必要研究新增耕地质量的空间特征，了解不同自然条件以及不同人类活动干预程度下的新增耕地质量空间分布规律，从而为耕地质量保护与提升提供更强更全面的依据。

目前，国内有关耕地质量的研究已有很多，研究内容主要涉及到耕地质量评价[3-7]、耕地质量影响因素研究[8-11]以及耕地质量监测[12-15]，有关耕地质量空间特征[16-20]的研究较少，而有关新增耕地质量空间特征的研究鲜有涉及。开展新增耕地质量空间特征的研究对于落实耕地占补平衡制度、实现耕地数量、质量、生态三位一体的保护具有重要作用。

文章利用已有的宜春市耕地质量等别成果，对2014年新增耕地质量成果进行分析，对2014年新增耕地3个质量等指数的Moran′s I值、耕地质量等别景观格局指数进行计算，计算2013年与2014年新增耕地质量的质心，据此进行宜春市新增耕地质量空间特征研究。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究区域概况

宜春市位于赣西北部，地域总面积1.868 042万km2。管辖袁州1个市辖区、樟树、丰城、高安3个县级市和靖安、上高、宜丰、奉新、铜鼓、万载6个县。该区属亚热带季风气候区，降水量充沛，四季较分明。境域地处赣西北山区向赣抚平原过渡地带，地势由西北向东南倾斜，地形复杂多样，山地、丘陵和平原均有分布； 境内水资源丰富，地表河流主要为赣江、赣江支流与修水支流[21]，是我国典型的南方丘陵地貌。宜春市2015年GDP达到1 621.02亿元，年末常住人口为551.20万人，其城镇化率为44.82%，全年城镇居民人均可支配收入为2.538 1万元，农村居民人均可支配收入为1.162 1万元[22]。

1.2 研究方法

1.2.1 新增耕地质量评价方法

按照《农用地质量分等规程》(GB/T28407-2012)等相关标准和文件，依据科学性、稳定性、依法依规、定性分析与定量评价相结合的原则，以新增耕地地块为评价单元，采用“因素法”、“外业补充调查”与土壤检测确定评价参数，计算项目区新增耕地图斑耕地质量各个指数，开展宜春市新增耕地质量等别评定工作。

1.2.2 新增耕地质量空间特征研究

1.2.2.1 新增耕地质量Moran′s I值分析

地理学第一定律表明，事物在空间相互作用下，彼此之间都具有一定的相关性[23]。因此可以说，空间相关性是地理数据所具有的一种基本属性。该文采用Moran′s I统计量，可以用于分析宜春市新增耕地质量空间分布的自相关性。Moran′s I的值介于-1与1之间，I>0表示空间正相关，研究对象呈空间聚集分布； I<0表示空间负相关，研究对象呈空间离散分布； I=0则表示研究对象随机分布[24]。其正值越大，表明空间自相关性越大； 其负值越小，表明空间差异性越大。计算公式如下：

全局Moran′s I指数：

(1)

局部Moran′s I指数：

(2)

1.2.2.2 新增耕地质量景观格局指数分析

景观格局一般指的是景观的空间结构特征。景观格局指数是景观格局信息的高度浓缩，它定量化地反映了景观的组成结构及空间配置等方面的特征[25]。耕地质量空间格局及其变化是由于多种自然因素与人类行为因素在不同尺度上综合作用产生的。通过对多种景观指数的计算、分析其结果，可以了解宜春市新增耕地的景观质量及其结构，进一步探讨人类合理的耕地利用机制与保护政策。

(1)破碎度指数分析。破碎度反映的是景观被割裂的破碎程度，能表征景观空间结构的复杂性，揭示人类对景观的干扰程度。分析景观破碎度将帮助人们了解耕地的地力、质量变化状态。计算公式如下：

(3)

式(3)中，Ci为第i项耕地质量等别耕地的破碎度指数；Ni为第i项耕地质量等别图斑的个数；Ai为第i项耕地质量等别的图斑地类总面积(ha)。

(2)多样性指数分析。多样性指数是指各种类型的景观在空间结构、功能机制和时间动态方面的多样化与变异性。对多样性指数的分析，可以掌握目标区域内耕地质量等别的齐全度和耕地资源多样化的情况，以及该区域内耕地质量的总体稳定性状态。计算公式如下：

(4)

式(4)中，Hi代表第i个地区耕地质量的多样性指数；n为耕地质量等别的总数目；Pij为第i个地区第j项耕地质量等别面积占全部耕地质量等别总面积的比例。

(3)优势度指数分析。优势度指数是用来测度耕地质量等别中一个或多个等别支配所有耕地质量的程度，其数值越大，表明区域内耕地质量等别的数量和面积比差异越大，占主导地位的耕地等别越明显。计算公式为：

(5)

Hmax=lnm

(6)

式(5)中，Di为第i个区域耕地质量的优势度指数；Pij为第i个区域第j项耕地质量等别面积占全部耕地质量等别面积之和的比例；m为给定区域的耕地质量等别的总个数。

(4)均匀度指数分析。均匀度能够反映各项等别的耕地在面积上分布的不均匀程度，其计算公式如下：

E=(H/Hmax)×100%

(7)

1.2.2.3 新增耕地质量质心分析

在地区发展过程中，重心模型作为重要的分析工具，常被用于研究要素的空间变动[26]。地区内各要素重心位置变化的过程，可以表征地区发展中各要素的空间集聚格局及其位移规律。计算公式如下：

(8)

(9)

式(8)、(9)中，Tij(i=1， 2， 3，…，n)表示第i评价单元第j年某要素的总量。Pi(xi，yi)为该评价单元的地理中心坐标，Pj(xj，yj)为该要素第j年的重心坐标。

设第k、k+m年全国要素重心坐标分别为Pk(Xk，Yk)、Pk+m(Xk+m，Yk+m)，那么，重心Pk向Pk+m移动方向模型为：

θm=arctan[(Yk+m-Yk)/(Xk+m-Xk)]

(10)

重心移动距离模型：

(11)

表1 2014年宜春市新增耕地质量等别面积汇总

1.3 数据来源

该文数据资料来源于2013年、2014年宜春市各县(市、区)耕地质量等别年度更新数据包，分别提取2013年、2014年宜春市各县(市、区)新增耕地图斑作为研究的基础数据。该文所说的耕地质量等别特指国家利用等。

2 结果分析

2.1 宜春市新增耕地质量分析

2014年宜春市新增耕地总面积1 303.36hm2，新增耕地694个图斑。其中新增水田图斑138个，面积200.72hm2； 新增旱地图斑556个，面积1 102.64hm2。

2.1.1 2014年新增耕地质量等别面积分布

2014年宜春市新增耕地质量等别共分为10个等别，最高等别4等，面积1.68hm2，占全市新增耕地比例最少，仅为0.13%； 最低等别13等，面积52.99hm2，占全市新增耕地比例4.07%； 新增耕地面积最多为11等地，面积272.45hm2，占全市新增耕地面积的20.90%。新增平均等别为9.64等。各等别面积统计见表1。

按照耕地质量状况“优高中低”等级划分标准，国家利用等别1～4等为优等地、5～8等为高等地、9～12等为中等地、13～15等为低等地。新增耕地面积最多的是中等地，为894.14hm2，占总新增耕地面积的68.60%； 高等地面积次之，为354.55hm2，占27.20%的比例； 低等地面积52.99hm2，所占比例为4.07%； 优等地面积最少，为1.68hm2，所占比例仅为0.13%。表明2014年宜春市新增耕地利用水平以中等地居多，耕地质量总体水平不高。

2.1.2 2014年耕地质量等别地区分布情况

2014年宜春市新增耕地面积1 303.37hm2，除铜鼓县无新增耕地外，其余各县(市、区)均有新增耕地。从各县(市、区)来看，新增耕地最高等别4等仅分布在袁州区，面积1.68hm2； 最低等别13等仅分布在高安市，面积为52.99hm2； 高安市新增耕地面积最大，为245.14hm2。

2014年宜春市变化耕地质量等别面积各县统计见表2。

表2 2014年宜春市新增耕地质量等别各县(市、区)面积 hm2

经研究发现，宜春市2014年新增耕地大都产生于土地整治项目的实施，主要是土地开发项目，新增的地块大都分布在远离城镇周边，区位条件差，地块之间比较分散，加之新开发的土地土壤有机质含量不高、农业生产条件较差，在多种因素的综合作用下导致了新增耕地的耕地质量较差，等别较低。

2.2 新增耕地质量等别空间特征研究

2.2.1 新增耕地质量等别Moran′s I值分析

从2014年宜春市各县(市、区)耕地质量等别年度更新数据包中提取出该市新增耕地图斑，用Arcgis进行相关处理操作后，得出3个等指数指标下的Moran′s I值，结果见表3。

表3 2014年宜春市新增耕地质量等指数Moran′s I值

表4 2014年宜春市新增耕地破碎度指数各等别

由上述结果，可以发现，3个等指数对应的Moran′s I 值均大于0，说明2014年宜春市新增耕地质量在自然、利用、经济3个层面的空间正相关性均比较强。对3个值大小具体分析，国家利用等指数Moran′s I值>国家经济等指数Moran′s I值>国家自然等指数Moran′s I值，这表明2014年宜春市新增耕地利用质量在空间分布上的自相关性最强，其空间格局相对聚集； 耕地经济质量的空间自相关性稍稍弱于利用质量； 而耕地自然质量空间自相关性最弱，其空间格局相对分散。据此分析得出， 2014年宜春市地域范围内新增耕地的利用水平差异性较小，管理经营状况的差异性也不大，而新增耕地的自然属性在空间分布上差异较大，资源本底状况不均一。

通过对不同耕地质量等指数Moran′s I值的求取，可以比较清晰地揭示宜春市新增耕地的自然质量条件、为人类利用的水平以及人类对其的经营状况等在空间分布上的差异特征。结合各地区的实际情况，采取不同措施，以期达到自然、利用、经济3个层面耕地质量的相互协调，从而实现耕地质量最大化。在综合考虑耕地的质量与空间分布两个因素下，指导耕地资源的分区保护，实现对耕地质量的差异化保护与管理[8]。

2.2.2 新增耕地质量等别景观格局指数分析

(1)破碎度指数分析。利用2014年宜春市新增耕地图斑属性表，进行破碎度指数计算，得出新增耕地质量各等别下的景观破碎度。统计结果见表4。

对比上述表格中的统计数字，可以发现： 2014年宜春市耕地质量较高的新增耕地破碎度普遍较高，耕地质量较差的新增耕地破碎度反而较低。破碎化是由于人类的行为结果产生的。宜春市新增的优高等别耕地面积较小，破碎度较高，说明优质的耕地后备资源较少，大部分是零散分布。而新增的中、低等质量的耕地破碎度相对较低，主要是开发的耕地后备资源是一些低效残次林，因此田块比较集中，破碎度较低。

(2)多样性指数分析。利用2014年新增耕地图斑属性表，进行多样性指数计算，得出宜春市各县(市、区)及宜春市的新增耕地质量等别多样性指数，最后结果取两位小数。为便于对比分析，用相同的方法计算出2014年减少耕地的多样性指数，相关结果见表5。

对结果进行比较分析，可以看出： 2014宜春市各县(市、区)的新增耕地质量多样性指数值都比较大，说明2014年宜春市范围内新增耕地质量等别类型多，耕地质量参差不齐，高等地、中等地、低等地均有分布。未来对耕地资源的保护，应采取人工培肥、改善农业生产条件、加强管护等措施以期提高耕地质量，增加高等地甚至优等地的数量。

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(3)优势度指数分析。在上一步多样性求算的基础上，分别计算出宜春市以及各县(市、区)的最大多样性指数，得出2014年宜春市各地区新增耕地质量优势度指数，最后结果取两位小数，统计结果见表6。

上述统计结果表明， 2014年宜春市各县(市、区)新增耕地质量优势度指数均比较小，说明各地区下的新增耕地的数量面积比差异不大，该地区范围内的新增耕地资源是由多种类型的质量等别构成，印证了耕地质量等别的丰富多样性。

(4)均匀度指数分析。在优势度指数计算的基础上，计算得出2014年宜春市新增耕地质量均匀度指数，最后结果取两位小数。相关结果见表7。

表5 2014年宜春市新增耕地质量多样性指数

表6 2014年年宜春市新增耕地质量优势度

表7 2014年宜春市新增耕地质量均匀度指数

图1 2013—2014年宜春市新增耕地质量质心变化

表8 2013—2014年宜春市新增耕地质量质心位置 m

对结果进行分析，可以发现， 2014年宜春市各地区新增耕地均匀度指数均相差不大，说明各地区内新增耕地质量等别均比较均衡，各等别类型的耕地均有增加。

2.2.3 新增耕地质量质心分析

从2013年和2014年宜春市各县市区耕地质量等别年度更新数据包中分别提取出该市2013年与2014年新增耕地图斑，利用Arcgis进行计算可以生成宜春市2013年、2014年新增耕地质量质心，质心变化图如图1。

根据上述结果，可以发现， 2013—2014年，宜春市新增耕地质量质心向西移动了1.433 995万m、向南移动了8 081.91m，表明宜春市新增耕地质量的格局整体上是向西南方向变化的。

新增耕地质量质心的变化，能表明地区政府对耕地开发、利用的重视程度，质心变化方向说明宜春市耕地开发格局是由奉新、高安向袁州区方向移动，同时反映宜春市建设用地由“丰樟高”区域慢慢向袁州区中心城区方向移动。地区社会经济发展水平的变化会导致人们对耕地的利用方式、投入产出水平以及管理状况发生变化，最终引起耕地质量的变化。耕地质量变化的空间格局与社会经济发展水平在一定程度上是相互耦合的[27]。因而也可以说，宜春市耕地质量质心在某种程度上代表着社会经济的重心，质心的移动轨迹表征了宜春市社会经济发展变化的方向。

3 结论与讨论

3.1 结论

(1)Moran′s I值的计算结果反映出宜春市2014年新增耕地利用质量在空间分布上的空间自相关性最强，耕地经济质量的空间自相关性稍稍弱于利用质量，而耕地自然质量空间自相关性最弱。

(2)景观破碎度指数的计算结果表明， 2014年宜春市优、高等别的新增耕地破碎度大于中、低等别的新增耕地； 景观多样性指数计算结果表明， 2014年宜春市新增耕地质量多样性指数比较大，说明新增耕地质量等别类型多、耕地质量差异大； 优势度指数计算结果表明2014年宜春市新增耕地质量等别优势度指数比较小，与多样性指数结果相呼应； 均匀度指数的计算结果表明， 2014年宜春市新增耕地质量等别均匀度指数相差不大，说明耕地质量等别变化比较均匀。

(3)对质心的分析，表明2013—2014年间宜春市新增耕地质量的格局整体上是向西南方向变化的，说明耕地的开发格局向着西南移动，同时反映宜春市建设用地由“丰樟高”区域慢慢向袁州区中心城区方向移动。

3.2 讨论

政府应落实最严格的耕地保护制度，严格执行耕地占补平衡制度，加强对耕地质量的监测，实现占优补优、占水田补水田。在宜农耕地后备资源缺乏地区，通过土地整理等的相关手段提升耕地质量、改善农业生产环境与条件，适量增加优质耕地面积，提高中低产田的单产量，实现耕地质量、数量与生态的三位一体保护[3]。