?基于GIS的石门县柑橘果园空间分布格局及影响因素分析

卢召艳 陶维荣 王凤娟

摘 要：利用GIS工具对石门县柑橘种植的空间布局进行了分析研究。结果表明：石门县柑橘果园种植区域空间差异明显，总体呈“南高北低”的特征;该县柑橘果园的种植密度呈现出正向的空间自相关性，形成了以热点区为核心向外围冷点区依次逐渐过渡的“中间高南北低”“南热北冷”核心边缘性特征突显的整体分布格局;影响该县柑橘果园空间分布格局的因素主要有高程、坡度、公路、河流、居民点等，具体来说该县柑橘园主要种植在高程小于300 m、坡度低于15°的区域内，且大部分分布在水域、道路、居民点2 km缓冲区范围之内;结合分布特征和影响因素，对石门县柑橘产业的发展提出了建立标准化生产体系，提高柑橘生产质量;构建便捷高效的交通网络;三产融合，推动柑橘全产业链对接;强化品牌运作，不断开拓市场的建议。

关键词：GIS;果园;空间分布;影响因素;石门

中图分类号：S32文献标识码：A文章编号：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农产品与加工品之一，已有超过4 000 a的栽种历史。我国90%以上柑橘产量集中在广西、广东、湖南、湖北、江西、四川、福建等热带和亚热带地区。目前对柑橘的研究主要集中在柑橘栽种技术及产业发展对策等方面[1-6]，而对柑橘果园的空间分布格局及其影响因素的研究相对较少。柑橘果园的分布格局受诸多因素的影响，其中水源、光热、土壤、地形、交通、劳动力等均是影响果园分布格局的重要因素[7]。随着地理、测绘行业的不断发展与延伸，GIS手段普遍运用于各行各业当中，利用GIS工具分析农作物布局的技术也愈发成熟。

在ArcGIS软件的支持下，提取石门县柑橘果园的空间分布信息，研究该县柑橘果园空间分布格局，并分析影响该县柑橘果园空间分布格局的因素，旨在为石门县果园的规模种植及产业化发展提供参考。

1 研究区域与方法

1.1 研究区域概况

石门县位于湖南省西北部，被称为“武陵门户”，县域从西北侧的壶瓶山向东南侧的洞庭湖平原倾斜，海拔落差达到2 000 m。正因为有“湖南屋脊”的阻隔，石门县很难受到北方冷空气的侵袭，而东南季风却也因难以逾越壶瓶山而长期在县域内盘桓，从而常年雨水充沛。加之丘陵地形、昼夜温差等特殊的气候因素，造就了该地柑橘具有含糖量高、成熟期早等特点，逐步成为了我国最大的柑橘生产、出口基地[8]，拥有“中国柑橘之乡”“全国柑橘出口基地县”等诸多荣誉称号。根据相关统计，2018年石门县柑橘产量占主要农产品总产量的49%，柑橘种植产业已经成为了石门县农业的支柱产业及扶贫攻坚产业。

1.2 研究方法

通过引入全局空间自相关的全局Morans I指数和局部空间自相关的Getis-Ord G*i指数，分别测度石门县柑橘种植密度的空间相关性及其分布模式。

（1）柑橘种植密度。计算公式为：

式中，D为柑橘种植密度，Scitrus为统计单元中柑橘果园面积，Scell为统计单元面积。

（2）全局Morans I指数。计算公式为：

式中，Wij为基于边界相邻（Rook相邻）的欧氏距离（Euclidean）空间权重矩阵，若i、j两个行政单元邻接时，则Wij=1，反之，若i、j两个行政单元不邻接，则Wij=0;xi、xj分别为第i、j个区域行政单元的柑橘种植密度;为xi的均值;n为研究区域行政单元样本数量。Morans I的取值范围为Morans I，当Morans I>0时，表示研究区域内不同行政单元间柑橘种植密度的空间分布呈正向空间自相关;当Morans I<0时，表示研究区域内不同行政单元间柑橘种植密度的空间分布呈负向空间自相关;当Morans I=0时，表示研究区域内不同行政单元间空间分布呈随机分布，即不存在空间自相关性。常采用标准化 值来检验Morans I指数的显著性水平，计算公式为：

为方差，即变异系数。

（3）局部Getis-Ord G*i指数。局部Getis-Ord G*i指数[9]通过识别研究石门县各行政单元与周围研究区域单元之间是否存在高-高值集簇或低-低值集簇现象，探究热点区（HotSpots）或冷点区（ColdSpots）在空间上的分布模式。计算公式为：

式中：Wij为基于边界相邻（Rook相邻）的欧氏距离（Euclidean）空间权重矩阵;xj为第i个研究区域单元的周围行政单元j的柑橘种植密度。一般采用标准化Z值检验其可信度，其计算公式为：

式中，E（G*i）、Var（G*i）分别为期望指数和方差。当Z（G*i）>0且显著时，分布模式呈高-高值集簇，表明该区域为石门县柑橘种植密度的高值集聚区，即热点区（HotSpots）;反之，当Z（G*i）<0且显著时，分布模式呈低-低值集簇，表明该区域为石门县柑橘种植密度的低值集聚区，即冷点区（ColdSpots）。

1.3 数据来源

文中使用数据有以下2个来源：（1）石门县30 m空间分辨率DEM数据，获取自地理空间数据云;（2）石门县线状道路、河流与面状居民区矢量數据，来源于石门县2018年土地利用现状变更调查数据库。

2 石门县柑橘果园空间分布特征

2.1 种植的总体空间格局特征

从石门县土地利用现状数据库中提取柑橘果园数据进行分析，结果表明：石门县柑橘种植总面积约为306.67 km2，其中，种植面积超过20 km2的乡镇有蒙泉镇、夹山镇、白云镇、皂市镇、新关镇、楚江街道等6个乡镇街道（图1），占总种植面积65.95%，其中蒙泉镇、夹山镇、白云镇3个乡镇种植面积最大，分别占总种植面积16.13%、12.88%、12.18%（表1）。

2.2 种植密度的空间格局特征

从石门县柑橘园种植密度的空间格局来看（图2），总体上表现为“南高北低”的特征。其中高密度区为新关镇、楚江街道、二都街道、永兴街道，呈“片状”集中分布于县域中部地区。极低密度乡镇呈“片状”集中分布于县域北部地区，如壶瓶山镇、罗坪乡、南北镇等乡镇。

2.3 种植密度的空间集聚性特征

运用ArcGIS 10.2软件计算出石门县柑橘种植密度的全局Morans I指数，揭示石门县柑橘种植密度的全局空间集聚特征。通过计算可得，Morans I指数为0.934 6，E（I）指数为-0.050 0，Var（I）指数为0.021 3，Z值为6.745 4，P值为0.000 1，可见Morans I指数显著为正，且通过显著性检验，表明石门县柑橘种植密度呈现出正向空间自相关性，空间集聚特征明显。

局部空间自相关能够反映出研究区域内各研究单元之间局部空间格局的分布特征。根据标准化 值计算  值，运用ArcGIS软件对石门县柑橘种植密度的局部空间特征进行可视化。采用自然断裂的方法，将其划分成了五种类型：冷点区、次冷点区、过渡区、次热点区和热点区，从而得到石门县柑橘种植密度的冷热点空间格局分布图（图3）。从“冷热点”区域分布格局来看，热点区主要分布在楚江街道、宝峰街道、二都街道、永兴街道、易家渡镇、新铺乡、新关镇、夹山镇等位于县域中部的9个乡镇。由于拥有优越的区位条件、雄厚的经济实力、较高的城镇化水平等优势，柑橘种植空间分布密度明显处于县域前列。“次热点”区域的皂市镇紧邻热点区，表明核心区对周围区域的辐射扩散效应较为明显，存在着空间近邻效应。过渡区呈斑块状镶嵌分散分布，主要有白云镇、蒙泉镇。“次冷点”区域主要分布在维新镇、三圣乡、太平镇、罗坪乡、壶瓶山镇、南北镇，这些区域柑橘生产的区位条件较热点区、次热点区要差。“冷点”区域主要分布在磨市镇、雁池乡、所街乡、子良乡4个乡镇。

总体来看，石门县柑橘种植密度形成了以热点区为核心向外围冷点区依次逐渐过渡的“中间高南北低”“南热北冷”核心边缘性特征突显的整体分布格局。

3 石门县柑橘果园空间分布格局的主要影响因素

石门县柑橘果园空间分布格局是自然因素、区位因素非线性耦合作用的结果，其中自然因素奠定了柑橘果园空间分布的基本格局，区位因素影响柑橘果园空间分布格局，对柑橘果园分布格局变化有重要的导向作用。

3.1 自然因素

将果园分布数据与地形进行叠加分析（图4），结果表明：柑橘种植面积的94.39%位于高程0～300 m的区域内。当高程超过500 m时，极端低温出现及积温不足等现象导致该区域不适宜于种植柑橘。从表2中可以看出，该区域种植比例仅为1.29%。