基于局域空间自相关的吉林省耕地质量空间分布分析

周岩

摘要将耕地质量评价的自然等、利用等和经济等作为耕地质量图斑的空间属性，应用局域空间自相关分析方法，对耕地质量空间分布格局进行分析，探讨吉林省耕地质量的空间分布特征，并对耕地质量评价结果的合理性进行探讨。结果表明，吉林省耕地质量整体上表现出显著的聚集性；HH型和LL型表现为正相关的聚集分布；HL型和LH型为负相关的零星分布。最终通过对各种类型的分布特征分析耕地质量评价结果的合理性，为耕地质量评价更新和后续管理提供支持。

关键词耕地质量；局域空间自相关；空间分布格局

中图分类号F301.2文献标识码A文章编号0517-6611（2017）32-0200-04

Spatial Distribution of Cropland Quality in Jilin Province Based on Local Spatial Autocorrelation

ZHOU Yan

（Land Consolidation and Rehabilitation Center of Jilin Province， Changchun， Jilin 130061）

AbstractSpatial attributes of cropland patches were set as natural grade， utilization grade and economic grade of cropland quality assessment. With local spatial autocorrelation method， the spatial distribution of cropland quality was analyzed and the characteristic of spatial distribution and the rationality of results of cropland quality assessment were discussed. The results showed that significant aggregation was one of the characteristics of cropland quality of Jilin Province. HH and LL types were positive correlation and the distribution characteristics were aggregated. HL and LH types were negative correlation and the distribution characteristics were scattered. Through analyzing the rationality of the results of cropland quality assessment， the method and the results of this study can be used to support the update assessment and management of cropland quality in the future.

Key wordsCropland quality；Local spatial autocorrelation；Spatial distribution pattern

耕地质量是农业生产的最重要保障，保持与逐步提高耕地质量是耕地管理中的重要内容之一[1]。开展耕地质量等别调查与评定，全面掌握和科学量化耕地质量等别状况，是深化国土资源管理与改革，促进国土资源科学化、规范化管理的重要基础工作。从耕地质量评价的内容来看，主要的研究方法是立足于耕地质量与立地条件分析的耕地质量评价[2-5]。以美国的农用地保护的LESA（land evaluation and site assessment）体系思想为指导，构建耕地质量与立地条件综合分析体系，采取多因素综合对比分析法，开展耕地建设的适宜性评价，并划分耕地质量级别。随着遥感和地理信息技术的发展，在GIS和RS技术的支持下，构建了耕地质量评价模型和评价指标体系，对区域耕地质量等别进行了广泛的研究，并对耕地质量的空间分布进行了探讨[6-9]。由此可见，耕地质量评价的研究内容、指标体系、评价方法等已经基本完善，已经极大地丰富了耕地质量研究。在此基础上，经过综合研究与多年探索，國土资源部于2012年颁布了《农用地质量分等规程》（GB/T 28407—2012），指导全国的耕地质量等别评价研究工作，并且已经取得了全国性的耕地质量等别成果。但是，该类成果仅对耕地的数量、质量进行了研究，关于耕地质量的空间分布特征等研究明显不足。

笔者应用GIS的空间统计、空间分析技术，采用空间自相关分析的方法，对耕地质量的空间分布进行分析，探讨耕地质量的空间差异性和结构性特征，为耕地保护保护、基本农田划定等提供依据，为耕地的差异化管理提供帮助。同时，通过对耕地质量的空间分布特征进行分析，对耕地质量评价结果空间分布的合理性进行判断，为耕地质量更新评价提供支持。

1数据来源与研究方法

1.1研究区概况

吉林省地处中国东北中部，东北亚地理中心。地跨121°38′～131°19′E、40°50′～46°19′N；吉林省位于日本、俄罗斯、朝鲜、韩国、蒙古与中国东北部组成的东北亚几何中心地带。北接黑龙江省，南邻辽宁省，西接内蒙古自治区，东与俄罗斯联邦接壤，东南部与朝鲜隔江相望。

面積19.1万km2，人口2 729.82万，辖1个自治州、8个地级市、57个县（市、区）、3个自治县。吉林省土地资源主要划分为东部长白山地区和西部松嫩平原区，在结构上表现为以农用地为主体，“三多一少” 的特点：一是农用地多。农用地（包括耕地、林地、草地、农田水利用地、养殖水面等）约1 639.32万hm2，占土地总面积的86%，高出全国平均水平17百分点。二是耕地多。耕地总量占土地总面积的30%，在全国排第9位。三是耕地后备资源多。全省共有104.6万hm2未利用地可作为后备资源，其中宜农地30.59万hm2；四是建设用地少（包括居民点及工矿用地，交通运输用地和水利设施用地）。总面积约106.53万hm2，占土地总面积的5.5%。布局上表现为区域差异显著，大致呈现东林、中农、西牧的格局：东部以林地为主，占东部总面积的81.0%；中部以耕地为主，占中部总面积的61.7%；西部草地、湿地和荒地较多，占西部总面积的36.6%。吉林省还是世界闻名的黑土带，黑土面积约110.0万hm2，黑土耕地约83.2万hm2，占全省耕地面积的15.0%，黑土区粮食产量占全省一半以上。

吉林省是我国的农业大省，作为国家重要的商品粮基地和粮食主产区，吉林省承担着维护国家粮食安全的重要责任。农业稳则全局稳，稳定的农业生产离不开良好的土地资源，全面掌握吉林省的耕地数量、质量和利用水平，对我国农业可持续发展、粮食安全和社会稳定尤为重要。

1.2数据来源与处理

吉林省土地整治中心按照《国土资源部办公厅关于部署开展2015年全国耕地质量等别调查评价与监测工作的通知》（国土资厅发〔2015〕17号）的部署，全面开展耕地质量等别评价工作，依据《耕地质量等别年度更新评价技术手册》有关技术标准，取得了全省耕地质量的等别成果。

由于该耕地质量等别成果是基于吉林省年度变更调查数据库完成的，耕地质量等别评价单元为1∶1万耕地图斑，数据量大。为了便于分析，分别对自然等别、利用等别和经济等别进行融合，并对离群值进行剔除，将其融合到最邻近的耕地图斑中。

1.3研究方法

局域空间自相关是检验具有空间位置的某要素的观测值与周边地区该观测值的空间差异程度，即分析其与相邻空间单元之间空间变量的相关程度。局域空间自相关分析的内容包括被分析对象的空间位置关系以及要素的属性值[10]。该研究采用ArcGIS 10.2的局域空间自相关指数（Local Morans I）进行分析[10-11]。对于空间单元i，其局域空间自相关指数表达形式为：

Ii=ZijwijZj

Zi=（xi-）/1nni=1（xi-）2

式中，Ii为每个空间单元的莫兰指数（Moran）；Zi为第i个空间单元的属性观测值的标准化值；为空间单元的属性观测值的平均值；wij为空间单元之间的权重。根据莫兰指数和其对应的Z得分，借助Moran散点图，将计算结果划分为4种局部空间自相关类型，分别表示为：HH型（高值单元被其他高值单元所包围），表示该耕地图斑与周围图斑的耕地质量都较高，空间聚集性较强；LH型（低值单元被其他高值单元所包围），表示该图斑与周围圖斑的质量有较强的异质性，空间聚集性不强；LL型（低值单元被其他低值单元所包围），表示该耕地图斑与周围图斑的耕地质量都较低，空间聚集性较强；HL型（高值单元被其他低值单元所包围），表示该图斑与周围图斑的质量有较强的异质性，空间聚集性不强。通过对耕地质量图斑的分布类型进行分析，判断耕地质量评价结果空间分布的合理性。

空间权重是进行局域空间自相关分析的基础，用于度量空间单元之间在位置上相互依赖的程度。该研究中，采用空间距离方式进行空间关系的概念化。空间权重矩阵的计算采用反距离权重的方法计算获得。

2结果与分析

2.1吉林省耕地质量空间分布

吉林省耕地质量等别最后划分为10个自然等、7个利用等和7个经济等。从表1可以看出，自然等别中9等、10等、11等地面积最大，为205.17万、229.29万、110.16万hm2，分别占耕地总面积29.29%、32.74%、15.73%；15等地面积较小，为39.61 hm2。从图1可以看出，松嫩平原区自然质量较優，该区内有面积比例最多的9等、10等和11等地，共占该区面积的83.67%。而12等和13等地则大部分分布在长白山地区，占该区面积的20.06%。长白山地区10等、11等和12等地分布最多，共占该区面积的77.20%，长白山地区没有6等和7等地、8等和15等地在2区均则呈零星分布。

吉林省耕地利用等为6～14等共9个等别。其中10等、11等和12等地面积最大，为190.25万、148.93万、155.88万hm2，分别占耕地总面积27.17%、21.26%、22.26%；松嫩平原区耕地质量较优，该区内有面积比例最多的9等、10等和11等地，共占该区面积的75.86%。而12等和13等地则大部分分布在长白山地区，占总面积的20.06%。长白山地区10等、11等和12等地分布最多，共占该区面积的77.20%，长白山地区没有6等和7等地，松嫩平原区没有15等地，8等和15等地则呈零星分布。

吉林省耕地经济等为8～14等共8个等别，各等别的面积分布相对较平衡，14等和8等地面积较少，仅有35.15万hm2，占全省耕地总面积的5.00%；12等地面积为174.13万hm2，占全省耕地总面积的24.86%。除12等地主要分布在长白山地区外，其他等别的耕地主要分布在松嫩平原区。

从整体空间分布来看，耕地主要分布在中西部平原区，东部山区较少。自然等的较高等别主要分布在公主岭市、双辽市、长岭县、农安县、前郭尔罗斯蒙古族自治县、乾安县、德惠市、舒兰市；自然等的较低等别主要分布在东部的延边朝鲜族自治州、白山市和通化市的大部分地区，西部的松原市部分耕地的自然等别也较低。其他地区的自然等别为中等状况（图1a）。

利用等的较高等别主要分布在梨树县、公主岭市、农安县、长春市、乾安县、舒兰市和东辽县和长岭县的部分区域；较低的利用等等别主要分布在东部的延边朝鲜族自治州、通化市、白山市和西部的通榆县、洮南市和镇赉县。其他地区的利用等别为中等状况（图1b）。经济等的较高等别范围较少，主要分布在梨树县、长春市、农安县、榆树市。其他区域的利用等别均较低（图1c）。

安徽农业科学2017年

2.2吉林省耕地质量局部空间自相关分析

应用ArcGIS 10.2软件分别以耕地质量自然等、利用等和经济等等别作为空间属性，进行局域自相关分析。在95%的置信度下，有一

半的耕地质量自然等在空间上表现为显著聚集性（50.97%）。图2a显示，耕地质量要素之间属于正相关类型的HH型和LL型分别占总耕地质量图斑的22.46%和26.52%，累积占到总耕地质量图斑的48.98%。从空间分布格局来看，LL型（低值与低值聚集分布）的耕地质量图斑主要分布在东部长白山地区，主要有汪清县、珲春市、延吉市、龙井市、安图县，抚松县、白山市、长白县、柳河县、梅河口市和东丰县。在敦化市和蛟河市的部分地区有少量分布。HH型（高值与高值聚集分布）的耕地质量图斑主要分布在公主岭市、四平市、双辽市、长岭县、前郭尔罗斯蒙古族自治县、乾安县、大安市、舒兰市、吉林市以及镇赉县、磐石市和洮南市的部分区域（图2a）。耕地质量要素之间属于负相关类型的HL和LH型所占比例非常小，分别仅占总耕地质量图斑的0.97%和1.02%。从空间分布格局来看，HL型（高值分布于低值区域内）主要呈零散方式分布于东辽县、梅河口市的部分区域。LH型（低值分布于高值区域内）也呈零散方式分布于蛟河市、吉林市和伊通满族自治县的部分区域（图2a）。

耕地质量利用等在空间上也表现为显著的聚集性（53.28%，95%的置信区间）。图2b显示，呈正相关的HH型和LL型分别占总耕地质量图斑的21.76%和30.08%。从空间分布格局来看，LL型的耕地质量图斑主要分布在东部的延边州地区、白山市地区和通化市地区，其次为东丰县和镇赉县北部部分。HH型的耕地质量图斑主要分布在中部的梨树县、公主岭市、长春市、德惠市、九台市、榆树市、扶余市、迁安市、磐石市和舒兰市、东辽县大部、永吉县、前郭尔罗斯蒙古族自治县北部和四平市的局部区域。耕地质量图斑利用等呈负相关的HL型和LH型所占比例非常小，分别为0.35%和1.10%。从其空间分布格局来看，HL型东辽县西部部分地区和临江市的部分地区。LH型主要分布在桦甸市、蛟河市、双阳区、和洮南市的小部分区域，分布范围零散，所占面积小（图2b）。

耕地质量经济等在空间上呈正相关的聚集性稍大于利用等和自然等（57.11%，95%的置信区间）。从图2c可以看出，HH型主要分布在东部的延边朝鲜族自治州、白山市和通化市，东丰县、桦甸市南部和舒兰市的大部分区域，占耕地质量图斑的23.88%。LL型主要分布在梨树县、长春市、九台市、德惠市、榆树市、扶余县、前郭尔罗斯蒙古族自治县、长岭县、大安市、白城市、永吉县和吉林市，以及双辽市、站来西安、磐石市、蛟河市的部分区域，占耕地总面积的31.42%。呈负相关的HL型和LH型分别占耕地质量图斑总面积的0.67%和1.13%。其中HL型主要分布在柳河县北部和集安市、通化县、靖宇县的小部分地区。LH型主要分布在辉南县、桦甸市、蛟河市、松原市、通榆县、洮南县、白城市和镇赉县的小部分区域。

2.3吉林省耕地质量评价结果合理性分析

通过对吉林省耕地质量自然等、利用等和经济等的局域自相关分析结果进行分析，可以将耕地质量划分为以下情况：耕地质量呈随机

分布、异常分布、高值聚集分布和低值聚集分布。局域自相

关分析中，没有显著相关类型出现的区域即为耕地质量随机分布区域。在自然等、利用等和经济等中所占面积比例为49.03%、46.72%和42.89%。在这些区域中，耕地图斑的耕地质量等别随机出现且等别差异小（均在1等别差），说明临近耕地质量图斑的等别既具有一定的相似性，又有一定的空间差异，体现了耕地质量的区域一致性，符合耕地质量图斑的空间分布规律。自然等、利用等和经济等的高值聚集分布和低值聚集分布区域具有显著正相关性，说明在这些区域内临近耕地图斑的质量等别基本一致，耕地质量评价的因素在该空间范围内基本无变化。自然等、利用等和经济等的正相关区域所占面积比例为48.98%、51.83%和55.30%，从这些区域的地理环境特征来看，这种分布特征也符合耕地质量的空间分布规律。自然等、利用等和经济等的高值被低值包围或低值被高值包围的分布区域具有显著负相关性。该类型分布特征表明，临近图斑的耕地质量变化剧烈，差异大，不符合区域一致性规律特征，是一种异常分布情况。自然等、利用等和经济等的异常区域所占面积比例非常小，分别为1.99%、1.45%和1.80%。针对这些异常分布的情况，要从评价过程入手，检查自然等、利用等和经济等的评价因素获取以及计算过程的正确性。

3结论

该研究对局域空间自相关方法在耕地质量中的应用进行了探索，将吉林省耕地质量自然等、利用等和经济等作为属性信息，分析了耕地质量的空间分布特征，并对耕地质量评价结果的合理性进行了分析，得到以下主要结论。

（1）吉林省耕地质量从整体来看，呈现出聚集性特征，并且东部长白山地区耕地质量低于中西部地区。呈正相关类型的区域以集中连片的方式出现，呈负相关类型的区域零星分布，不集中连片。

（2）从耕地质量评价结果角度来看，耕地质量在空间上呈随机分布的区域，在耕地质量更新评价以及后续管理中要根据局地特征因地制宜地制定管理策略；耕地质量在空间呈现高值聚集的区域，要加强耕地质量的保护，严禁耕地占用；耕地质量在空间呈现低值聚集的區域，要结合区域限制因素进行综合改良，提高耕地质量；耕地质量在空间呈现负相关的区域，在后续更新评价中要对评价因素等基础信息进行认真搜集，审核其科学性和正确性，查缺补漏，使耕地质量评价结果更加科学、合理。

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