遂溪县季节性撂荒耕地的空间格局与空间自相关分析

刘耀楷 张靖琳 王友情 邱泷娇 陈嘉儿 吴兆东 周 飞，2* 吴明发，2

（1广东海洋大学，广东湛江 524088；2广东沿海经济带发展研究院，广东湛江 524088）

耕地是人类赖以生存的基本资源和条件，是保障国家粮食安全的基础[1]。随着我国经济建设的发展，大量农村青壮年劳动力转移至城市，农村从事农业的劳动力缺乏[2]，加之农业基础设施落后、农业生产成本持续上升、农民生产积极性不高等因素的影响[3]，导致一些农村地区出现耕地撂荒现象。因耕地撂荒导致的粮食产量减少和人地矛盾加剧等问题，威胁到我国粮食安全和耕地安全[4]。因此，开展撂荒耕地相关研究对于促进我国的经济社会发展和保护自然资源至关重要。

随着遥感数据时空分辨率的大幅度提升，季节性撂荒耕地的识别提取有了进一步的突破。例如，牛继强等[5]以Landsat-8OLI 遥感影像为基础，通过提取分析得出2013、2015 年春秋2 季的河南省罗山县子路镇季节性撂荒耕地及其时空分布信息。王珂等[6]利用随机森林算法对Landsat 和Sentinel-2 数据进行分类，对位于陕西关中西部的宝鸡扶风县、岐山县、凤翔区及陈仓区的部分区域2000—2020年耕地季节性撂荒的时空变化特征进行了分析。马尚杰等[7]基于GF-1 遥感影像以沿淮地区为实验区域对其冬季耕地撂荒开展调查分析工作。张天柱等[8]根据获取的全域季节性撂荒耕地遥感影像数据，结合实验区域典型地理特征，提取了高碑店地区多年季节性撂荒耕地的分布范围，并分析了其分异规律。

近年来，在耕地数量减少的背景下，众多学者从耕地数量、耕地质量、耕地空间演变格局等方面研究耕地变化机理、分析撂荒耕地空间格局，均已取得了一定的进展。例如，李志芳等[9]从土壤条件、立地条件、管理水平3 个角度综合评价漯河市耕地质量，将行政村作为评价单元，分析耕地质量指数的全局及局部空间相关性，从耕地质量角度探究漯河市耕地变化机理。韦仕川等[10]以肇庆市广宁县耕地质量在村级尺度上的聚集性规律与空间结构性特征为研究对象，选择耕地质量指数作为空间变量，并且采取Moran 散点图和局部空间自相关分析相结合的方法，由此提出耕地保护分区方案。任奎等[11]以农用地分等结果为基础，结合统计学分析、GIS技术、典型相关性分析等多种方法，分析了江苏省农用地资源质量空间格局及影响机制。杨荔阳等[12]运用全局空间自相关分析与局部空间自相关分析方法围绕福建省撂荒耕地质量的空间分异规律展开研究，得出了4 种基于耕地质量的撂荒耕地整治方案，为整治地区撂荒耕地提供了科学的参考依据。熊想想等[13]研究了村级尺度上重庆市荣昌区撂荒耕地的空间关联性和集聚性，运用空间自相关方法，得出了耕地保护分区方案以及管控说明。上述研究多从长期性撂荒耕地入手，对区域撂荒耕地空间分布格局、驱动因素等展开分析，取得了较丰硕的成果，但大多数研究集中于长期耕地撂荒的研究尺度，对于季节性撂荒研究相对较少。

为此，本文选取位于湛江市雷州半岛的遂溪县作为研究区域，以遂溪县2020年3、6、9、12月4期遥感影像为数据源，通过遥感解译与ArcGIS 软件分析结合的方法，对遂溪县季节性撂荒耕地进行识别，并运用空间自相关分析方法分析遂溪县撂荒耕地空间聚集演变状况，为遂溪县开展撂荒耕地整治提供参考。

1 研究区概况

研究区域为广东省湛江市遂溪县，位于雷州半岛中北部，介于109°40'～110°25'E、20°31'～21°00'N，全县陆地面积约为214 850 hm2。地表起伏较小，中部较高，东北部有低丘陵，其余三面平缓；域内水资源丰富，海域辽阔，海岸线绵长，拥有大量天然渔场与沿海滩涂。气候温和，雨量充足，植物生长条件优越，林、牧资源丰富。

遂溪县拥有良好的自然条件，以台地地形为主，可利用土地资源充足，自然地理条件异常优越；农业生产基础扎实，农业机械化水平较高，拥有6.85 万hm2耕地；耕作制度以一年两熟制为主，种植作物以水稻、花生、番薯等为主。由于近年来对耕地不合理经营开发与过度利用，导致遂溪县耕地撂荒化问题日益突出，为此选择遂溪县作为研究区域开展撂荒耕地相关研究具有较好的代表性。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

为保证研究区撂荒耕地提取的数据准确可靠，4 期遥感影像数据均来欧空局哥白尼数据中心（https：//scihub. copernicus. eu/dhus/#/home），采用2020 年3、6、9、12 月的遥感影像数据。考虑到卫星遥感影像的图像质量、云量覆盖度等因素，本文以云层量不超过5%为筛选条件，以避免云层的遮挡对撂荒耕地识别的影响，保证后续监督识别的精度。土地利用现状数据来源于遂溪县第三次全国国土调查数据库，其他社会经济数据来自于《2021 年遂溪统计年鉴》。

2.2 研究方法

2.2.1季节性撂荒耕地的定义从土地利用属性上来说，撂荒耕地是指在耕地空间范围内的土地覆被上，耕地的现状覆被处于无人利用导致荒芜闲置的状态，分为显性撂荒和隐性撂荒。显性撂荒是指在除去社会环境变化以及人为因素的条件下，主要由自然条件和土地本身所决定，导致一季或一季以上无人耕作的耕地。隐性撂荒则是指耕地的粗放利用或者土地利用效率低下的耕地，具体表现为原本应该种植粮食的耕地被园地、林地所替代，某一耕地的产出水平与其他同等条件的耕地相比产量下降较为明显[14]。目前，大多学者聚焦于耕地的长期撂荒，而在有关撂荒耕地的识别与监测中，目前被忽视的一个现象是在部分区域存在的季节性撂荒，即某区域本可以收获2 季或以上时，其中1 季撂荒。本文从“季节性撂荒”出发进行识别提取撂荒耕地。结合遂溪县标准耕作制度一年两熟的地域特点，早稻播种时间在3 月上旬，收成时间在7 月中旬；晚稻播种时间在6月中下旬，收成时间在10月下中旬，以耕地播种收成前后1 个月为误差，选取研究区域具有代表性的3、6、9、12 月进行季节性撂荒耕地研究。

2.2.2季节性撂荒耕地识别与提取本文通过使用ENVI 与ArcGIS 软件相结合进行监督分类并辅以人工目视解译的分类方法，对遂溪县2020 年3、6、9、12月4期遥感影像进行撂荒耕地识别提取。由于遂溪县地处平原，在遥感影像上耕地在发生季节性撂荒之后一般会被认定为裸地，而少部分裸地图斑地块原属地类可能为非耕地地类。因此对4期遥感影像分别提取裸地图斑地块后，通过将解译结果中的裸地图斑地块与三调数据库中的耕地地块进行叠加，得到各期遥感影像撂荒耕地，再将各年期撂荒耕地图斑进行叠加分析，即可得到遂溪县2020年3—6月、6—9 月、9—12 月3 个时期的季节性撂荒耕地分布。

2.2.3空间自相关分析空间自相关包括全局空间自相关和局部空间自相关，能够定量地描述事物在空间上的依赖关系，可用于判断某一变量是否在空间上相关及其相关程度[15]。全局自相关分析是空间统计学中的一种方法，用于研究整个区域中各空间单元之间的空间关联性及差异显著性。该方法可以检验一个区域内所有空间单元的属性值是否存在集聚特性。

通常采用Moran's I指数来判断区域内要素整体性的聚散程度。Moran's I取值范围为-1～1，Moran's I＞0表示空间正相关，其值越大，空间相关性越明显；Moran's I＜0 表示空间负相关，其值越小，空间差异越大；Moran's I=0，表示空间呈随机性[16]。表达式如下：

式中，N为空间单元的数量，Xi和Xj为观测值，¯X为平均值，Wij为空间单元的权重。

局部空间自相关分析是指局部空间某一要素与其邻域要素的相关性程度，揭示局部区域内空间各单元之间的相关性，反映各个空间单元的属性值在空间分布上的异质性。依据评价单元Moran's I指数与其相邻单元Moran's I指数平均值的关系，分为HH（高—高）、LL（低—低）、HL（高—低）、LH（低—高）4种类型[9]。表达式如下：

式中，I为各城镇耕地质量指数的Moran'sI指数，其他符号含义同（1）式。

3 结果与分析

3.1 遂溪县季节性撂荒耕地空间格局

相较于3—6 月和9—12 月这2 个时期，6—9 月为遂溪县各镇耕种积极性最高的时期，雨量与阳光等自然条件资源充足，是遂溪县庄稼最佳种植时间段，且由于政府积极指导农户耕种，最大程度减少因季节性撂荒带来的耕地资源浪费，因此遂溪县在6—9月时期的撂荒耕地面积呈现短暂减少的趋势。以下为遂溪县各个时期的季节性撂荒耕地空间格局分析：

从不同时段来看，遂溪县3—6 月、6—9 月、9—12 月3 个时段内季节性撂荒耕地状况差异较明显。2020 年3—6 月，遂溪县撂荒耕地面积为6 188.87 hm2。撂荒耕地总体上呈独立、零星斑块分布，部分撂荒耕地集中分布于北部和中西部，东部地区和西部沿海地区分布较少，整体分布较为稀疏。其中，撂荒水田为2 059.24 hm2，占撂荒耕地总量的33.27%；撂荒旱地为4 729.63 hm2，占撂荒耕地总量的66.73%。界炮镇撂荒耕地面积最大，为1 356.01 hm2，占比达21.91%；其次是杨柑镇，面积达到1 334.72 hm2，2个城镇撂荒耕地面积总和占3—6月遂溪县撂荒耕地总面积的43.48%。遂溪县北部以丘陵地形为主，农业生产出行、灌溉、收获等基础条件较差。且由于大量农村劳动力外出务工，造成农业生产劳动力不足，而耕地面积较大，因此耕地被撂荒的风险大。遂溪县主要栽培种植热带、亚热带农作物，集中分布于西南部，3—6 月正处在热带、亚热带作物种植生长期，耕地利用率较高，西南部地区撂荒耕地面积较少。

2020 年6—9 月，遂溪县撂荒耕地面积为2 884.03 hm2，主要分布于遂溪县西北部，撂荒耕地由3—6月的北部和中西部逐渐转移至西北部，总体上呈零星斑块分布，整体分布较为稀疏。其中，撂荒水田面积961.68 hm2，占撂荒耕地总量的33.35%；撂荒旱地面积1 922.34 hm2，占撂荒耕地总量的66.65%。界炮镇撂荒耕地面积最大，为744.07 hm2，占比达25.80%，相较于前一个周期，撂荒面积占比进一步增大；其次是杨柑镇，面积达到503.56 hm2，占比达17.46%，2 个城镇撂荒耕地面积总和占6—9 月遂溪县撂荒耕地总面积的43.27%。相较于3—6 月与9—12 月，6—9 月为遂溪县各镇耕种积极性最高的时期，雨量与阳光等自然条件资源充足，是遂溪县庄稼最佳种植时间段，且由于政府积极指导农户耕种，最大程度减少由于季节性撂荒带来的耕地资源浪费，因此遂溪县在6—9月时期的撂荒耕地面积呈现短暂减少的趋势，遂溪县东部地区耕地面积较少，耕地分布较集中且农业基础条件较好，因此耕地利用率较高，撂荒率低。6—9 月正值庄稼生长期，撂荒耕地出现短暂面积减少的情况。

2020 年9—12 月，遂溪县撂荒耕地总面积为7 076.64 hm2，主要分布于遂溪县西北部，东部和西南部撂荒耕地较少，呈零散斑块分布，整体分布稀疏。其中，撂荒水田为2 341.34 hm2，占撂荒耕地总量的33.09%；撂荒旱地为4 735.31 hm2，占撂荒耕地总量的66.91%。界炮镇撂荒耕地面积最大，为1 156.59 hm2，占比达16.34%，相较于6—9月界炮镇撂荒面积占比有所减少；其次是洋青镇，面积达到1 140.59 hm2，占比达16.12%，2个城镇撂荒耕地面积总和占9—12月遂溪县撂荒耕地面积为32.46%。相较于6—9月，9—12月是秋收季节，实现秋收后，部分耕地影响特征近似于裸地，由此在影像识别时较易被分类为撂荒耕地；且农作物收成后逐步进入冬季，气温降低，气候干燥，不适合农作物生长，加之农村劳动力老年化严重，农民种植意愿较低，致使大量耕地未进行冬季作物种植并由此带来部分耕地出现季节性撂荒状况，因此撂荒面积较6—9月时期出现大幅上涨。

3.2 遂溪县季节性撂荒耕地空间自相关分析

3.2.1全局空间自相关分析GlobalMoran's I指数用于表示一个区域内全部空间范围里空间要素属性值的聚散程度，该数值大小代表了土地利用程度在空间上的趋同性[15]。从表1 可以看出，遂溪县3—6 月、6—9月、9—12月的撂荒耕地分布Moran's I数值均为正值，分别为0.259 7、0.121 1 与0.367 3。遂溪县撂荒耕地分布的全局Moran's I指数皆＞0，且不同时期下Moran's I指数数值变化波动较小，说明在2020年不同时期中，遂溪县撂荒耕地在空间上呈集聚性分布，存在较强的空间自相关；撂荒现象出现区域较为集中，主要集中于北部与西北部，在空间上存在高聚集性。如图1 所示，若区域i位于第一象限，则表明区域i的撂荒耕地面积较大且其周围的区域撂荒耕地面积也大，称为高高型区域（High-High型）；位于第三象限区域则为低低型区域（Low-Low 型）；若i区域位于第二象限，则表明i区域的撂荒耕地面积小，但其周围区域的撂荒耕地面积大，称为低高型区域（Low-High 型）；位于第四象限区域则为高低型区域（High-Low型）。在3—6月，遂溪县大部分区域撂荒耕地分布聚集性较明显，存在显著High-High型区域，即撂荒耕地面积大的区域其周围的区域撂荒耕地面积也大；6—9月遂溪县大部分区域撂荒耕地面积分布聚集性不明显，并未出现显著High-High 型与Low-Low 型区域；9—12 月遂溪县撂荒耕地面积分布较为集中，聚集性明显，存在显著High-High 型区域。从全局莫兰指数的变化趋势来看，空间自相关性呈现出先减小后增大的的趋势，且9—12 月最大，说明遂溪县各区域撂荒耕地分布集聚性随季节变化而变化。

图1 不同时期下遂溪县季节性撂荒耕地面积Moran's I散点图

表1 遂溪县季节性撂荒耕地分布Moran's I

3.2.2 局部空间自相关分析全局空间自相关分析工具一般只应用于判断某一现象在某个空间尺度下的分布情况，而对于现象聚集的位置以及区域相关的程度难以进行准确探测[17]。为进一步研究遂溪县季节性撂荒耕地在局部尺度上的空间集聚程度，本文通过使用LISA 聚类图，对遂溪县季节性耕地撂荒局部空间自相关特征进行分析。

LISA 分布图能够较为准确地反映某一具体变量值在特定区域和其周围区域4种类型的局域空间联系，即高高（High-High）、高低（High-Low）、低高（Low-High）和低低（Low-Low）[18]。High-High 反映区域和其周围区域的属性值都较高，High-Low 反映区域的属性值较高，但其周围区域的属性值较低。High-Low、Low-High 的含义与High-High、Low-Low正好相反。High-High和Low-Low说明区域间呈较强的空间正相关，体现出区域的集聚和相似性。High-Low和Low-High则说明区域间呈较强的空间负相关，体现出区域的异质性。遂溪县不同季节各类型区域分布情况如下。

High-High型区域在各时期仅有位于遂溪县北部的界炮镇。界炮镇及其周边区域以砂质土壤为主，耕地类型以旱地为主，土地相对瘠薄，在不同季节下相比于其他区域更容易被撂荒。且由于耕地面积较大，人口较少，基础设施建设推进缓慢，撂荒风险较大。

High-Low型区域在3—6月仅有杨柑镇，6—9月增加了河头镇，9—12 月杨柑镇和河头镇均转变为不显著区域，城月镇由6—9 月的Low-Low 型转变为High-Low 型，表示该区域季节性撂荒耕地空间集聚性增加。也就是说这个区域相比周围其他地方，耕地管理水平较低，田间基础设施建设还需要加强，投入相对不足，需要进一步提高管理水平。这也说明该区域在农业生产和管理方面存在着一些问题和不足之处，需要加强管理和投入，提高耕地利用效率和农产品质量，从而促进当地经济发展和居民生活水平的提高。9—12月处于遂溪县秋收时段，是一年中各城镇撂荒面积最大的时间段，城月镇耕地利用率较高，秋收后撂荒耕地面积较其他区域多，因此在空间分布上呈现High-High 型。

Low-High 型区域在3—6月有2个，位于遂溪县中部的乌塘镇和西南部的江洪镇，6—9月江洪镇转变为不显著区域，9—12月，乌塘镇由Low-High型区域转变为不显著区域，江洪镇和广前公司从不显著区域转变为Low-High 型区域。该类型区域耕地管理水平高于周边区域，源于该区域的耕地后备资源建设和坚持推进“三农”工作，土地利用率较高，撂荒耕地面积相比于其他区域较少。

Low-Low 型区域在3—6月仅有岭北镇，6—9月增加了城月镇，9—12月，乐民镇由不显著区域转变为Low-Low 型，岭北镇由Low-Low 型转变为不显著区域，城月镇由Low-Low 型转变为High-Low 型区域。该类型区域耕地分布区地势较低，自身排水能力差，同时田间基础设施投入不足，灌排系统不完善，易发生干旱、积涝等灾害，从而导致耕地撂荒。

4 结论与建议

4.1 结论

本文基于遂溪县第三次国土调查数据及2020年4期遥感影像数据，通过遥感影像解译、ArcGIS分析识别和空间自相关分析方法，对遂溪县季节性耕地撂荒的空间分布格局进行了研究。得出以下结论。

（1）从撂荒耕地识别与提取结果来看，遂溪县3—6 月、6—9 月、9—12 月3 个时间段内遂溪县撂荒耕地面积具有较明显差异。其中6—9 月由于正值庄稼生长期、政府积极修复与农户主动开垦荒地等原因，撂荒耕地面积最小，面积2 884.03 hm2；9—12月由于作物收成、气温下降，气候干旱等原因，导致撂荒耕地面积大大增加，撂荒耕地面积最大，面积为7 076.64 hm2。同时，遂溪县西北部由于以旱地为主，基础设施建设不健全，在相同条件下更容易发生撂荒，因此在3 个时段内西北部的撂荒耕地数量与面积最大。总体来看，遂溪县耕地撂荒较为严重，季节性撂荒耕地呈现破碎化、边际分布的特征，撂荒面积极大或极小的城镇数量相对较少。

（2）从全局空间自相关分析的结果来看，遂溪县撂荒耕地在空间上呈集聚性分布，存在较强的空间相关性，撂荒现象出现区域较为集中，主要集中于北部与西北部，在空间上存在高聚集性。从局部空间自相关分析的结果来看，遂溪县2020年不同种植时期耕地撂荒现象高发城镇区位状况与撂荒耕地识别影像分析结果基本一致。不同时期季节性撂荒耕地空间异质性较大，在不同时期空间自相关性差异显著。空间格局总体呈现非随机性分布、季节性撂荒耕地地块呈分散、零碎状态，局部集聚性较高。

4.2 建议

基于以上研究，本文认为遂溪县可通过如下途径实现撂荒耕地整治。

（1）对零碎地块整理合并，全面推进规模经营。可通过实施撂荒耕地整治项目，健全耕地流转制度，指导村民对零碎地块进行合理转让，实现已撂荒耕地的良性转换。

（2）缓解边际撂荒，推进生态退耕。通过相应的政策方式鼓励农民将质量差的撂荒耕地逐步转换为林地、草地实现生态退耕，或对边际地区进行适当的经济补贴或者政策扶持，通过在经济上的措施延缓撂荒现象。

（3）完善基础设施，推进特色农业。推广新型农业技术，农业、灌溉、水管理设施的运用为农户提供了便利的耕种条件，提高生产效率。促使耕种结构多样化，因地制宜，挖掘土地资源特色，发展特色农业，避免优质耕地撂荒。

（4）完善法律法规，科学监管耕地。严格执行耕地保护制度，推进土地管理法制建设。利用遥感卫星获取撂荒耕地的准确信息并进行统一备案，定期对耕地利用状况进行科学监测，实现对耕地的科学监管。

（5）丰富惠农形式，促进耕地提质。通过采取经济补贴或技能培训等方式，提高农民耕作积极性和耕作水平，确保耕地得到长久有效的耕种，以改变遂溪县部分地区经济发展相对滞后，农业劳动力流失可能性较大的现状。此外，还可在不改变原有利用程度的条件下，推行具有乡镇特色的优势农业，提高耕地质量，维持已有耕地的生产水平。

（6）优化用地结构，注重实时监测。对于已经产生耕地撂荒现象的城镇来说，在维持原有耕地利用水平的前提下持续完善耕地资源结构，不断发掘耕地功能，使耕地的产能实现最大限度地发挥。此外，还需在耕作交通条件和农田基础设施方面进行严格监控，及时查漏补缺，确保耕地处于稳定耕种状况，为农户收益增加提供保障。