滨海平原区耕地等别空间格局研究——以河北省黄骅市为例

■ 张军辉

（河北省地质矿产勘查开发局第四水文工程地质大队，沧州 061000）

耕地是土地中的精华，是最宝贵的自然资源，是粮食生产的载体，是人类生存发展之物质基础[1]。伴随着经济社会快速发展和工业化、城镇化的不断加快，耕地非农化、非粮化和土壤污染等问题日益严重，加之人们对耕地的不合理利用，使得耕地质量逐渐下降，目前，我国耕地中低产田的面积已达到2/3以上[2]。开展耕地等别空间格局研究，掌握耕地质量空间分布特征和规律，对于耕地质量保护与提升，以及耕地资源可持续利用具有重要意义。

在耕地质量空间特征研究方面，魏洪斌等对中国粮食主产区的耕地等别空间分布特征进行了分析[3]；杨荔阳等从省级层面采用空间自相关分析法探究了福建省耕地质量空间分布规律，提出了耕地分区保护策略[4]；卫新东等以黄河流域为地理单元，分析黄河西岸陕西省各县市耕地质量时空特征及其分异规律[5]；钱凤魁等以辽宁省东港市为研究区域，对其耕地自然质量、利用质量和经济质量的空间布局特征进行了分析研究[6]；石玉琼等以耕地质量等指数为区域化空间变量，研究了陕西省武功县耕地质量等别的空间变异[7]。可以看出，当前耕地质量空间研究多以国家、省、区域、县（市）等宏观、中观层面为主，而以耕地图斑为基本单元的微观层面的研究尚不多见。

本文选择位于滨海平原区的河北省黄骅市作为研究区域，以2018年度耕地质量更新评价成果为基础，以耕地图斑为基本单元，以耕地质量等别为空间变量，采用面积加权平均法、区位指数分析法、景观格局指数分析和空间自相关分析等方法，从微观层面上分析黄骅市耕地质量空间分布特征和变异规律，以期为黄骅市耕地资源质量提升、分区管护、可持续利用提供决策依据。

1 数据与方法

1.1 研究区概况及数据来源

1.1.1 研究区概况

黄骅市位于河北省东南部，地处华北平原东端，渤海湾西岸，是大陆和海岸的交接处，属滨海平原区，地处环渤海中心地带。全市土地总面积为2391.36km2。全境地势平坦，自西南向东北微倾，坡比约1/15000，西部最高海拔为15.7m，东部最高海拔为3m。该地区属暖温带半湿润大陆性季风气候，四季分明，光照充足，雨热同季，全年平均气温为12.9℃，年平均降水量为567.8mm，太阳辐射资源较丰富，年平均日照时数为2461.9小时。全市土壤共分为潮土、盐土和沼泽土三个土类，以潮土面积最大。黄骅市下辖10个乡镇及南大港产业园区、中捷产业园区和黄骅港区。

据2018年数据，黄骅市耕地总面积为78402.36hm2，其中水浇地面积为6107.93hm2，占耕地总面积的7.79%；旱地面积为72294.43hm2，占耕地总面积的92.21%。2018年，黄骅市耕地图斑共计13541个,除黄骅港区和南排河镇外，其他乡镇均有分布。

1.1.2 数据来源

本文数据资料来源于1∶10000的黄骅市2018年度耕地质量等别更新评价成果、黄骅市2018年土地变更调查成果、1∶80000黄骅市2018年土地利用现状图。文中提及的自然等、利用等和经济等分别为国家自然等、国家利用等和国家经济等。

1.2 研究方法

1.2.1 面积加权平均法

采用面积加权平均法来计算平均等别，即通过各等别面积加权来计算区域内耕地质量平均等别，计算公式为：

式中，D为平均等别，i为耕地等别，imin和imax分别为等别最小值和最大值，Si为第i等耕地面积，S为所有耕地总面积。

1.2.2 区位指数分析法

耕地质量区位指数是指某一区域耕地等别在全区耕地等别的集聚程度[8]，用耕地等别区位指数表示耕地各空间等别的分布情况，计算公式为：

式中，Rij为第i个乡镇第j等耕地质量区位指数，Dij为第i个乡镇第j等耕地的面积，n为黄骅市有耕地的乡镇个数，Si为第i个乡镇的耕地面积。

Rij＞1，说明第i个乡镇耕地质量区位指数高于全市平均水平，该乡镇 等耕地面积比例较大；Rij＜1，说明第i个乡镇耕地质量区位指数低于全市平均水平，该乡镇j等耕地面积比例较小。

1.2.3 空间自相关分析

空间自相关可以分析事物的空间分布规律，研究空间中某个单元与周围单元间的某个属性值之间的相关性程度，进而分析空间单元的统计性分布规律和空间数据间的依赖关系[9]，分为全局空间自相关和局部空间自相关。全局空间自相关用于描述事物整体分布情况，分析事物在空间上的集聚性，局部空间自相关用于分析空间某要素与相邻要素的相关程度。

1.2.3.1 全局空间自相关

采用全局Moran's I计算3种耕地质量等别的集聚程度：IGJZRD（国家自然等全局Moran's I值），IGJLYD（国家利用等全局Moran's I值）,IGJJJD（国家经济等全局Moran's I值），计算公式为：

式中，ai、aj分别为图斑i、图斑j的耕地等别数值，为图斑等别的平均值，wij为空间权重矩阵（相邻等于1，不相邻等于0），n为图斑总数。

全局 Moran's I 值取值范围为［-1，1］，I取正值，表示空间正相关，空间单元趋于聚合特征；I取负值，表示空间负相关，空间单元趋于空间离散特征；I为0时，表示空间单元随机分布。通常用Z值进行显著性检验，当|Zscore|＞1.96（p= 0.05）时，表明存在显著的空间自相关性。

1.2.3.2 局部空间自相关

采用耕地等别的局部空间自相关指标（LISA）集聚图分析耕地质量等别空间分布上的关联性，计算公式为：

式中，是局部空间自变量指数，ai、aj、、wij的含义与公式（3）相同。Ii＞0，表示邻近耕地图斑的等别值相似（“低-低”或“高-高”），Ii＜0，表示邻近耕地图斑的等别值不相似（“低-高”或“高-低”）[10]。

2 结果与分析

2.1 耕地等别数量特征

黄骅市2018年耕地总面积为78402.36hm2，占全市土地总面积的32.79%。利用公式（1）计算全市耕地平均质量等别：平均自然等为9.61，平均利用等为12.61，平均经济等为12.69，3个类型的耕地质量等别均属于中等地[11]，利用等与经济等相近且等别低。

由图1可以看出，黄骅市3种类型耕地质量均呈偏正态分布。自然等分布在7～11等之间，10等地最多，面积为46241.85hm2，占全市耕地总面积的58.98%；利用等和经济等分布在9～14等之间，13等地居多，面积分别为44382.91hm2和50841.47hm2，分别占全市耕地总面积的56.61%和64.84%。总体来看，低等别耕地面积较大且占比较高，主要因为黄骅市紧邻渤海，淡水资源缺乏，灌溉保证率低，土壤贫瘠、盐碱化情况严重。

图1 黄骅市耕地质量等别构成

2.2 耕地等别分布特征

耕地质量优劣的基本标准是生产能力，耕地利用等反映地区平均现实投入和技术条件下的生产力水平，接近耕地实际产出水平，在此，仅对耕地利用等进行区位指数分析。利用2018年度耕地质量等别更新数据和公式（2），得到黄骅市各乡镇及园区利用等的耕地质量区位指数，结果见表1。

表1 黄骅市各乡镇及园区耕地利用等别区位指数

结果表明，黄骅市最高等别的10等地集中分布在羊二庄镇西部和齐家务乡西南，耕地质量的区位指数分别达到6.39和3.41，集聚性较强，高等别耕地的集聚程度远高于全市平均水平；11等地主要分布在吕桥镇、滕庄子乡和齐家务乡，耕地质量的区位指数均超过2；12等和13等地在全市有耕地的乡镇及园区均有分布，集聚特征不明显；14等地集中分布在中捷产业园区、南大港产业园区、黄骅镇、旧城镇和羊二庄镇一带，耕地质量区位指数均大于1。总的来看，黄骅市的耕地利用等别呈现西北部和东南部等别高、地块集中但是面积少，东部等别低并且分布集中，西部乡镇等别较高等特征。主要是由于西部乡镇耕地耕作层的土壤质地、土壤养分元素、土体构型、盐碱化程度，特别是灌溉排水条件等综合条件较好，而东部地区则相对较差。另外，黄骅市西部地势平缓，耕地连片程度好，规模化、机械化优势明显，加之居民点分布密集，耕作便利度高，高标准农田建设投入大，农田道路和沟渠等配套设施完善。

2.3 空间自相关分析

2.3.1 耕地等别全局自相关分析

小尺度的空间自相关分析更能反映耕地质量的细部特征和内部差异。本文以2018年黄骅市13541个耕地图斑为基本单元，取耕地质量的自然等、利用等和经济等作为空间变量，以距离矩阵构建空间权重，利用GeoDa软件进行全局空间自相关分析，计算黄骅市2018年耕地等别的全局Moran's I值（表2）。

表2 黄骅市耕地等别全局Moran's I值

由表2和图1可以看出，IGJZRD、IGJLYD、IGJJJD均大于0.5，Zscore均大于1.96，通过p=0.05下的显著性检验。从耕地等别全局Moran's I值来看，IGJJJD＞IGJLYD＞IGJZRD，表明黄骅市的耕地等别在全局上均有显著的空间正相关性，耕地经济等表现的空间正相关集聚特征最强，利用等次之，自然等相对最弱。自然地理格局、土壤属性条件的差异导致耕地自然等别区域差异大、空间分布复杂，导致自然等集聚性弱；现代化农耕技术的推广，缩小了耕地利用等别的差异，提升了利用等的集聚性；而种植成本和收益的影响进一步减弱了经济等的变异性，使得经济等的集聚性相对最强。

2.3.2 耕地等别局部自相关分析

采用GeoDa软件对黄骅市3类耕地等别进行局部空间自相关分析，得到黄骅市耕地等别局部自相关类型统计表（表3）。表3中，HH与LL表示空间正相关，空间集聚性强；LH与HL表示空间负相关，空间上具有离散性；NN表示非显著性，局部Moran's I未通过显著性检验，空间集聚性差。

表3 黄骅市耕地等别局部空间自相关类型统计表

HH型代表低等别的耕地图斑被低等别的耕地图斑包围，LL型代表了高等别的耕地图斑被高等别的耕地图斑包围，LH型代表了高等别的耕地图斑被低等别的耕地图斑包围，HL型代表了低等别的耕地图斑被高等别的耕地图斑包围。在国家耕地等别中，等别数值越低表示耕地质量越高。

2.3.2.1 耕地自然等局部空间自相关

由表3可以看出，正相关的HH型和LL型共有9437个自然等图斑，占耕地图斑总数的69.96%，对应耕地面积为53058.10hm2，占耕地总面积的67.67%；负相关的LH型和HL型共有580个自然等图斑，占耕地图斑总数的4.28%，对应耕地面积为4018.66hm2，占耕地总面积的5.12%；不显著型的耕地自然等图斑有3488个，占耕地图斑总数的25.76%，对应耕地面积为21325.60hm2，占耕地总面积的27.21%。

LL型主要分布在齐家务乡西南部、吕桥镇西部、官庄乡、羊三木回族乡、滕庄子乡东南部、黄骅镇中部、羊二庄镇南部、旧城镇南部等地；HH型主要分布在齐家务乡北部、滕庄子乡西部、常郭镇、黄骅镇南部、旧城镇北部、羊二庄镇西部、中捷产业园区、南大港产业园区；HL型和LH型零星分布在黄骅市西部各乡镇。自然等别LL型区域，地势平坦，土壤肥沃，有机质含量高，灌排设施完善，交通便利，耕作条件优越，耕地自然质量较高；自然等别HH型区域，土壤质地多为砂质土，养分含量少，受海水侵蚀影响，盐碱化较严重，耕地自然质量较低。

2.3.2.2 耕地利用等局部空间自相关

由表3可以看出，正相关的HH型和LL型共有5345个利用等图斑，占耕地图斑总数的39.47%，对应耕地面积为31933.40hm2，占耕地总面积的40.73%；负相关的LH型和HL型共有405个利用等图斑，占耕地图斑总数的2.99%，对应耕地面积为2586.16hm2，占耕地总面积的3.30%；不显著型的耕地利用等图斑有7791个，占耕地图斑总数的57.54%，对应耕地面积为43882.81hm2，占耕地总面积的55.97%。

空间分布上，LL型呈团状分布，集中在齐家务乡、吕桥镇、滕庄子乡、旧城镇、羊二庄镇、中捷产业园区、南大港产业园区等地区；HH型分布在黄骅市中东部，集中在吕桥镇东部、南大港产业园区西部、中捷产业园区北部、旧城镇东北部等地区；HL型和LH型零星分布在黄骅市各乡镇。利用等别LL区域，交通便利，耕地连片集中度高，距离居民点近，便于耕作和管理，且居民点较集中，土地利用条件较好；利用等别HH区域，农业基础设施不够完善，土壤有机质含量低，土壤盐渍化较严重，耕地利用条件差。

2.3.2.3 耕地经济等局部空间自相关

由表3可知，正相关的HH型和LL型共有6647个经济等图斑，占耕地图斑总数的49.08%，对应耕地面积为39622.16hm2，占耕地总面积的50.54%；负相关的LH型和HL型共有365个经济等图斑，占耕地图斑总数的2.70%，对应耕地面积为3564.53hm2，占耕地总面积的4.54%；不显著型的耕地经济等图斑有6529个，占耕地图斑总数的48.22%，对应耕地面积为35215.67hm2，占耕地总面积的44.92%。

耕地经济等LL型在空间分布上与耕地利用等LL型基本一致；HH型分布在齐家务乡北部、官庄乡、滕庄子乡东部、常郭镇西南部、旧城镇、黄骅镇南部、羊二庄镇西部、中捷产业园区西部、南大港产业园区西部和吕桥镇中部地区；HL型和LH型零星分布在黄骅市各乡镇。经济等别LL区域，大力开展高标准农田建设，农业基础设施完备，耕地的自然质量和利用条件好，经济发展程度高，耕地的投入产出效益高。

从以上分析可以看出，3类质量等别的耕地空间集聚性分布特征有所不同，主要是由于利用等是对自然等进行了利用条件的修正，经济等进一步对利用等进行了投入产出水平等经济条件的修正。

3 结论与讨论

文中耕地质量自然等、利用等和经济等的Moran's I值分别为0.691、0.762和0.841，相比之下，杨荔阳等[4]、高建岗等[9]、张晗等[12]分别对福建省、江苏省南部地区、江西省南昌县耕地质量研究中所得到的3种类型耕地质量Moran's I值均小于0.5，这说明以耕地图斑为空间尺度的耕地质量的空间集聚效应更为显著。通过分析黄骅市耕地质量等别空间分布规律，得出如下结论：

(1)不同空间尺度下耕地等别的空间集聚特征差异较大，空间尺度越小，耕地等别空间集聚差异特征越明显。

(2)黄骅市耕地质量总体处于中等水平，利用等和经济等属于中等最低水平，较高等别耕地面积少且占比低，应当利用好耕地自然质量优势，加强高标准农田建设，增加有效耕地面积，提高土地利用效率和耕地质量。要加强农业基础设施建设，改善土壤状况、降低盐碱化程度，提高耕地利用等别和经济等别，提升粮食产能。

(3)区位指数显示，黄骅市的耕地利用等别呈现西北部和东南部等别高、地块集中但是面积少，东部等别低并且分布集中，西部乡镇等别较高的特征，应进一步开展高标准农田建设，增加西部地区高等别耕地面积，加强东部地区的盐碱化治理，积极开展土地综合整治工程，提高耕地利用等别。

(4)空间自相关分析显示，黄骅市3类耕地质量等别均有显著的空间正相关性，在局部空间自相关（LISA）分析中，LL型多以组团式集聚分布，HH型以带状集聚分布，HL型和LH型零星分布在黄骅市各乡镇。在耕地分区保护中，应对4种不同集聚形态（LL、HH、HL和LH）因地制宜采取相应的分区方案，进行差别化管理，促进耕地资源的可持续利用。对于利用等别的LL型耕地进行重点保护，不断提升耕地质量的同时保障其空间连片性；对于利用等别HH型的耕地进行生态保护，以发挥其生态功能为主。

本文仅对利用等进行了区位指数分析，后续应进一步对自然等和经济等进行分析。本文未考虑耕地数量和质量随着时间的推移而发生的变化，今后的研究应引入时间机制，从时间和空间两方面研究耕地质量变化特征。另外，随着生态文明建设的推进，应加强耕地生态效应的研究，以构建数量管控、质量管理和生态管护“三位一体”的耕地保护格局[3]。