多尺度下的南方山地丘陵区耕地质量空间自相关分析——以江西省黎川县为例

分析不同尺度下的耕地质量空间分布格局,是提高耕地质量与加强耕地保护建设的基础。选取耕地质量等别监测试点县江西省黎川县为研究区,运用加权平均法、变异系数法和空间自相关分析法,以国家级耕地质量指数为空间变量,分别从县级、乡镇级和村级尺度上探讨了耕地质量的空间关联程度及其分异规律。研究结果表明:1)研究区耕地质量呈现出"南北高,东西低"的空间分布规律,耕地质量指数Mora’s I值表现为国家利用等指数国家经济等指数国家自然等指数,县级、乡镇级和村级耕地质量指数的Moran’s I值依次降低,三者均呈显著的空间正自相关集聚态势。2)随着空间尺度的不同,耕地质量指数具有不同的空间关联度,自然等指数受空间尺度影响较大,经济等指数其次,利用等指数最小。3)正相关高-高型和低-低型耕地以组团形式聚集分布,负相关高-低型和低-高型耕地无明显的集中区域,多以零星状分布。研究结果显示耕地质量空间差异对空间尺度的变化较为敏感,可为区域高标准基本农田建设、土地综合整治、耕地质量监测和耕地保护与管理分区提供借鉴参考。     

基于可改良限制因子的耕地质量等别提升潜力研究

分析不同尺度耕地质量等别提升理论潜力和实际潜力空间分布特征,为加强耕地保护和提升耕地质量提供依据。该文以辽宁省大石桥市为研究区,基于大石桥市农用地分等结果,筛选土地整治工程可改良限制因子,构建指数提升潜力模型测算研究区耕地质量自然等、利用等和经济等指数的理论潜力与实际潜力。运用面积加权法和局部空间自相关法,揭示研究区乡镇、村级和地块不同尺度的耕地质量等别提升潜力的空间分布特征。结果表明:1)各乡镇耕地质量等别提升潜力空间差异明显,呈现东高西低,依次递减;2)各行政村耕地质量等别提升潜力东部属于正相关类型(高-高型)且集中连片,中部正相关类型(低-低型)面积较小且零星分布,西部为随机分布;3)东中部地块耕地质量等别提升潜力较大,东部坡耕地宜实施土地平整工程,中部耕地宜实施灌溉与排水工程。研究结果可为区域规划土地整治重点工程和划定耕地保护分区提供理论与技术支持。     

基于耕地质量指数局部空间自相关的耕地保护分区

科学合理地制定耕地保护分区,是实现耕地差异化保护、精细化管理的重要保障。该文采用Moran散点图和局部空间自相关分析相结合的方法,以耕地质量指数为空间变量,探讨广宁县耕地质量的空间结构性特征和聚集性规律,并据此提出耕地保护分区方案。研究结果表明:广宁县耕地质量在空间分布上呈现出一定的聚集性规律,正相关类型(高-高和低-低型)多以"组团"形式出现,聚集性较强;负相关类型(高-低和低-高型)无明显集中区域,零星分布。基于局部空间自相关分析的耕地保护分区,既综合考虑了耕地自然条件、利用条件和经济条件,同时将耕地质量的空间属性作为第4维,纳入到耕地保护分区研究中,为耕地差异化保护、精细化管理提供了思路。最后,提出了基于局部空间自相关的耕地保护分区方案及相应的保护措施,可为研究区域耕地保护分区提供参考。     

基于空间自相关的耕地质量空间差异特征及耕地保护分区——以江西省上高县为例

为了掌握与分析耕地质量空间分布格局,切实提高耕地质量水平与加强耕地保护建设,选取耕地质量等别监测试点县上高县为研究区,运用加权平均法和空间自相关分析法,以国家级耕地质量指数为空间变量,从县级、乡镇级和村级等尺度上探讨了耕地质量的空间分异规律,最终基于耕地质量局部空间自相关分析结果提出了耕地保护分区方案。结果表明:(1)上高县耕地质量呈现出西南低东北高的空间分布规律,耕地质量等指数Moran′s I值表现为利用等指数自然等指数经济等指数,三者均呈显著的空间正自相关集聚态势。(2)随着空间尺度的不同,耕地质量指数具有不同的空间关联度,利用等指数受空间尺度影响较大,经济等指数其次,自然等指数最小。(3)正相关HH型和LL型耕地以组团形式聚集分布,负相关HL型和LH型耕地无明显的集中区域,多以零星状分布。(4)综合考虑上高县耕地质量3个层次的空间自相关类型及顺序组合,将耕地划分为6个耕地保护分区,并提出了相应的保护措施。研究结果可为区域高标准基本农田建设、耕地质量监测和耕地保护与管理分区提供借鉴参考。     

基于国土空间"三线"划定与耕地质量自相关的耕地空间布局优化

结合国土空间规划与耕地质量自相关属性优化耕地保护空间布局，对于耕地质量提升、保障粮食安全具有重要意义。该研究采用改进空间自相关模型，将生态环境作为耕地质量空间相关性分析框架的"第四维"，从地块尺度模拟位于"三线"内地块耕地质量指数的空间自相关性，据此提出优化耕地保护空间布局的方案。结果表明：1）高淳区高质量耕地呈现出东部集中连片、西部零散分布的特征，低质量耕地集中分布在高淳东部，各耕地自然指数均呈现出"西高东低"的特征。2）各耕地质量指数正、负相关型分别与高、低质量耕地的空间高度吻合，均表现出较强正相关性的空间聚集特征。自然质量、利用管理、经济价值及生态环境指数的Moran''s I值分别为0.79、0.92、0.89、0.77，空间集聚性从大到小的顺序为利用管理、经济价值、自然质量与生态环境指数。3）结合国土空间规划与耕地质量自相关优化耕地布局，永久基本农田新增968.15hm2，等级提升0.94，确定永久基本农田保护区、城镇发展缓冲区、生态环境保护区及综合调节区4个一级类与14个二级类。其中，永久基本农田保护区综合质量最优，耕地质量表现出较强的空间扩散效应，应禁止非农建设；城镇发展缓冲区耕地质量较差但区位优势突出，是城镇建设理想区；生态环境保护区耕地综合质量较差但生态优势明显，应开展生态防护工程，形成生态保护格网；综合调节区应判明耕地障碍因素的作用机理，有序开展田间整治，实现向永久基本农田的跃迁。     

溧阳市耕地质量空间分布特征与保护分区研究

为进一步分析县域耕地质量空间分布格局,研究耕地保护的空间相关性,选取江苏省溧阳市为研究区,运用空间自相关分析方法,以耕地质量指数为空间变量,从县级和乡镇级尺度探讨耕地质量的空间分异规律及产生这一规律的原因,构建了耕地保护分区。结果表明:(1)整体上,溧阳市耕地质量的各属性都具有较强的空间正相关性;全局Moran’s I值和局部空间自相关指标值均表明,耕地经济质量等空间自相关性最强,利用质量等次之,自然质量等最弱;局部空间上呈现较强的变异特征,正相关类型(HH和LL型)多以组团形式存在,负相关类型(HL和LH)以点状形态零星存在。(2)空间尺度的变化对耕地质量指数空间相关性影响较大。县级尺度空间自相关水平普遍高于镇级平均水平,而且大部分乡镇的Moran’s I值均低于县级整体水平。(3)综合考虑3类耕地质量指数的空间分布特征,将溧阳市耕地划分为4类保护区,提出相应的保护措施。     

县域尺度耕地生产能力的空间变异

研究河北省雄县耕地生产能力空间变异性特征及其主控因素,为黑龙港典型区耕地质量等级与生产能力提升及可持续利用提供指导。该文在分析县域和景观尺度耕地生产能力变异性特征的基础上,引用分类回归树模型探讨耕地自然属性因素和耕地管理因素对不同尺度耕地生产能力的影响。结果表明：县域尺度上耕地生产能力差异显著,呈现出西南部和东部高,东南部和中西部低的空间分布格局。5种景观尺度上耕地生产能力由高到低依次为：轻壤蒙金型小二坡地＞轻壤均质型小二坡地>黏壤均质型小低平地>砂壤蒙金型准缓岗>砂壤均质型准缓岗;耕地管理因素较耕地自然属性因素更能解释县域耕地生产能力空间变异性,主控因素依次是灌溉保证率、氮肥施用量、耕地速效氮和耕地有机质,贡献率总计51%。耕地自然属性因素是不同景观尺度间的主控因素,依次为阳离子交换量、有机质、速效钾和速效氮含量,贡献率总计55%;不同景观尺度上耕地生产能力主要受耕地管理因素所主控。因此,要想维持区域高水平耕地生产能力应注意调整耕地管理措施,包括节约集约用水,控制氮肥施用量（不宜超过240.34 kg/hm2）和加强耕地培肥管理。     

面向青藏高原地区耕地资源质量评估的空间抽样方法对比与应用

充分认识青藏高原地区耕地资源质量的空间格局与时间变化特征,是探索区域性耕地资源保护与可持续利用路径的重要基础,对维护青藏高原地区的粮食安全和社会稳定具有重要意义。设计空间抽样方案,利用较少的样点尽可能全面地表征区域耕地质量的总体特征,对于开展耕地资源质量长期观测与机理研究具有重要意义。该研究以青海省互助土族自治县为研究区开展基于耕地质量指标数据驱动的空间抽样实证研究,从信息熵、Kullback–Leibler散度、相似度距离、样本对总体耕地质量空间异质性的表征能力、样本空间分布均匀性等视角,对比分析随机抽样法（random sampling method,RSM）,空间覆盖随机抽样法（spatial coverage sampling and random sampling,SPCOSA）,条件拉丁超立方体法（conditioned latin hypercube sampling,CLHS）,加入平面坐标的条件拉丁超立方体法（CLHS with x and y coordinates as covariates,XY_CLHS）,空间覆盖随机抽样与条件拉丁超立方体抽样的混合抽样法（spatial coverage sampling and random sampling–conditioned latin hypercube sampling,SPCOSA_CLHS）5种空间抽样方法在青藏高原县级区域耕地质量指标调查观测点位布局应用中的优劣特征与适用性,并探索了研究区适宜的观测点位数量。结果表明：SPCOSA_CLHS可以以较低空间约束的方式将SPCOSA指示的空间异质性特征集成到CLHS模型中,在表达总体的耕地质量指标属性特征和空间异质性特征方面更具优势;当抽样数量缩减到40～50时,抽样结果对总体耕地质量指标属性信息量的表征能力与抽样数量为100～200时近似;且SPCOSA_CLHS方法在表达耕地质量指标空间异质性、设计样点分布的空间均匀性、模拟总体耕地质量特征的准确性方面具有明显优势。该研究可以为青藏高原地区耕地资源质量调查监测工作提供方法支持,进而对理解该地区耕地资源质量变化过程、探索耕地可持续利用路径具有支持作用。     

基于限制因子改良与耕地质量潜力耦合的耕地整治分区

科学划定耕地整治重点区对于实现区域土地资源可持续利用具有重要意义。该研究以内蒙古河套-土默川平原为研究区，从农用地可改良限制因子角度出发，采取自然等提升潜力指数模型和局部空间自相关模型划分耕地质量提升潜力区，在耦合限制因子改良程度分级的基础上，确定耕地整治分区。研究结果：1）研究区耕地质量提升主要受限于土壤有机质含量和盐渍化程度，耕地整治难度整体呈现两边高中间低的趋势。2）研究区自然等提升潜力指数呈现西高东低的分布趋势，且耕地质量提升潜力空间差异明显，潜力提升呈现"低-低"聚集特征的耕地多分布在东部，呈现"高-高"聚集特征以及无聚集特征的耕地多分布在西部。3）研究区耕地共划分为4种整治类型，其中重点整治型耕地为0.84万hm2，是实施耕地整治的重点区域；选择整治型耕地为22.22万hm2，应选择其质量提升潜力相对较高且集中连片的地块进行整治；保护整治型耕地为54.98万hm2，应当被划入到基本农田保护区内；不宜整治型耕地为26.46万hm2，应当进行有选择地退出还林还草。该研究提出的研究方法可为细化限制因子在耕地整治分区中的应用提供参考，同时研究成果对半干旱区耕地整治具有现实指导意义。     

基于质量指数和空间自相关分析的耕地保护分区研究

以河南省漯河市为例,从耕地质量综合评价视角出发,分别计算各图斑的土壤条件、立地条件、管理水平质量指数,借助空间转换方法将耕地图斑转换为村级行政区作为质量指数空间评价单元,用空间自相关方法分析耕地质量的空间相关性和集聚特征,并据此划分耕地保护区。研究结果表明:（1）就全局而言,漯河市耕地质量指数具有一定的聚类特征,表现为较强的空间正相关性,且相关程度为管理水平指数 > 立地条件指数 > 土壤条件指数;（2）就局部而言,研究区内临近村庄间耕地质量空间属性以正相关为主,多为块状、条状集中分布;负相关仅占极小比重,呈零星分散分布;（3）基于耕地质量指数集聚性特征和耕地质量限制因子,将漯河市耕地划分为优质农田保护区、单一限制因子改良区、复合限制因子提升区和综合整治提升区,针对各保护区特点提出具体管护措施。     

雄安新区耕地质量空间分布特征与建设占用推荐分区

为识别雄安新区耕地质量现状空间特征,以2016年雄县、容城县、安新县的耕地质量等级补充完善成果作为基础数据,应用面积加权平均法、等别均值二分法、局部自相关分析法,揭示新区耕地等别的空间分布特征,分析不同尺度的耕地等别特征、平均等别、质量差异以及新区耕地质量空间聚集特征,并以此作为建设用地占用耕地分区的基础。研究表明雄安新区耕地质量分布在6~14等之间,平均等别为9.42等,总体上以中等地为主;耕地质量离差在–3.42~4.58之间,质量离散程度较低耕地主要分布在新区北部和东部,离散程度较高的耕地主要分布在中部和南部;耕地质量在空间分布上表现出较强的正相关性,LL型(高等地聚集型)耕地主要分布在新区东北部和西南部,HH型(低等地聚集型)耕地主要分布在新区西北部、东部及南部的部分区域。根据耕地局部空间自相关类型制定了建设占用耕地区域划定规则,将新区耕地划分为建设优先占用区、建设后备占用区、耕地保持区和水系调控区等建设占用耕地推荐分区,并对其合理性进行了分析。基于以上结果以及新区建设不可避免会占用耕地的现实,建议优先安排占用建设优先占用区耕地,尽量保护耕地保持区和水系调控区的现状。     

基于GIS和空间自相关模型的耕地空间分布 格局及变化特征分析——以成都市龙泉驿区为例

耕地资源是人类生存和发展的基础性资源,科学判定耕地空间分布格局及其变化特征,对促进耕地保护及空间优化布局等方面具有重要意义。本文利用四川省成都市龙泉驿区2005年、2009年及2013年土地利用数据提取耕地数据,运用核密度计算、耕地集中度指数、空间自相关等研究方法开展耕地空间分布格局及其变化特征研究。研究结果表明:1)2005—2013年龙泉驿区耕地空间分布密度呈现出集聚态势,耕地整体呈现出西北及北部密集、中部及南部稀疏的空间分布特征,其中耕地分布密度高值区域呈现出由西北向西南扩张的趋势,低值区域则以城镇为中心有零星扩散的情况。2)从耕地面积分布情况来看,整体呈现出北高南低的空间分布特征,耕地分布相对集中,而且在时间序列上有进一步增强的趋势,但耕地空间变化区域差异较为显著。3)耕地空间分布存在显著的全局空间正相关性,但局部空间异质性有所增强,耕地面积比例较高的空间单元集中分布在北部、西北部一带,并呈现出向西缩减的趋势,耕地面积比例较低的空间单元分布在以城镇为中心的建成区及边缘地带,并经历扩张与收缩两个阶段;2005—2013年因城镇建设占用耕地和农村土地整治影响而出现局部异质性"热点"与"冷点"区域。该研究结果在一定程度上为掌握区域耕地空间变化趋势、制定耕地保护与优化布局政策提供理论方法和参考借鉴。     

云南乌蒙山片区耕地自然质量等空间分布特征

依据云南省农用地分等成果,服务农业产业化及精准扶贫工作,通过采用空间叠加分析与统计的方法,基于县域尺度的耕地自然质量等和平均自然质量等分析了该片区的空间分布特征。结果表明:(1)耕地自然质量总体等别偏低,以5~9等为主,平均等8.14等;(2)耕地自然质量等级偏低,以中、低等地为主,所占比例高达92.11%,涉及236个乡镇,占该片区乡镇总数的90.42%,包括21个民族乡镇,占8.04%;(3)耕地自然质量等在指标区、县域尺度下的空间分布存在差异。滇东北山原区的平均自然质量等高于滇中高原盆地区;仅1个县分布优等地,3个县全为中等地,3个县除优等地外均有分布,8个县分布低等地和中等地,依据上述特征划分4个区并选取典型县,表明等别较好的耕地主要集中于光热资源充裕及土壤质地良好的地区。该研究为云南乌蒙山片区高标准基本农田建设和精准扶贫工作等提供参考。     

集成"质量-格局-功能"的中国耕地整治潜力综合分区

面向新时期耕地资源多功能综合保护的新要求,科学评价耕地整治潜力,合理确定整治分区是聚焦"新三农"、服务国土综合整治的有力抓手。该研究围绕耕地自然资源禀赋、空间格局、要素功能等3方面,构建了集成"质量-格局-功能"的耕地整治潜力评价指标体系,在对全国耕地进行整治潜力综合评价的基础上,采用k-means聚类方法划定耕地整治潜力综合分区,得到以下主要研究结果:1)通过构建集成"质量-格局-功能"的耕地整治潜力评价框架,采用"一级区-二级区-三级区"3个层级的潜力分区体系,并结合"聚类区域+农业格局+整治类型"的分区方法开展耕地整治潜力综合分区,对因地制宜布局农业生产格局、差别化开展新时期国土综合整治具有积极作用;2)中国耕地资源整治潜力在质量、格局及功能之间存在显著的空间分异,质量改善潜力区主要分布于长江流域、海河流域和淮河流域等地区;格局优化潜力区主要集中于黄河流域、东南诸河流域、内陆河流域及长江中下游等地区;功能提升潜力区主要分布于长江流域、珠江流域及内陆河流域等地区;3)采用k-means空间聚类分析方法,从整治潜力视角将中国耕地资源划分为7个一级分区、38个二级分区和409个三级类型区。研究结果有利于因地制宜推进以全要素整合为核心的耕地综合整治,提高耕地资源供给服务能力及区域农业资源配置效率。     

中国土地集约利用与区域生态效率耦合协调度时空格局

土地集约利用与区域生态效率的耦合协调发展对城市可持续发展和生态文明建设意义重大。该文采用熵权法和非期望产出的超效率SBM模型分别评价了2004—2016年中国284个地级市土地集约利用程度和区域生态效率;在此基础上,分别运用耦合协调度模型和空间自相关分析方法研究了两者耦合协调度及空间关联格局的时空演变特征。研究结果表明:当前中国城市土地集约利用与区域生态效率协调性整体处于轻度失调阶段,但耦合协调度随时间呈逐步增强态势。协调度空间分布整体呈现“东部和中部高,西部低”的格局,且随时间推移发生较小改变。全局空间自相关结果表明:耦合协调度存在显著空间正相关性,且随时间推移关联程度先增强后减弱。局部空间自相关结果显示:正相关类型高高集聚(HH)与负相关类型低高集聚(LH)主要分布在东部地区,而正相关类型低低集聚(LL)和负相关类型高低集聚(HL)主要分布在西部地区,其中,HH、LH和LL型主要以“组团”形式出现,聚集性强,HL型则散乱分布。随时间推移,除HL型外,其余类型空间分布的整体格局较为稳定。应制定科学的环境经济和环境技术政策,加强对城市的差异化监控与管理,合理进行分区管控并推进市域之间的技术与创新合作等来增强土地集约利用与区域生态效率的协调性,促进城市可持续发展。     

黄河西岸陕西各县市耕地质量时空变化特征及其分异规律

为推动黄河流域高质量发展,以黄河流域为地理单元,从县域层面系统分析黄河西岸陕西各县市耕地数量和质量时空变化特征及其分异规律。基于陕西省2005-2018年耕地质量等别评价成果,采用动态度模型法、面积加权平均法、耕地质量区位指数法、重心迁移模型法研究黄河西岸陕西各县市耕地质量变化。结果表明:(1)时间上,2005-2018年黄河西岸陕西各县市耕地资源数量上表现下降趋势,质量上平均利用等别不高且变化不大。数量方面:年平均下降率为5.86%,在2005-2010年、2010-2015年、2015-2018年为先下降、后上升、再下降的变化态势,平均年变化率分别为17.46%,3.58%,1.60%,耕地数量变化更加平稳;质量方面:2005年、2010年、2015年、2018年平均利用等别不高且变化不大,分别为12.46,12.60,12.50,12.50。相比全国平均耕地利用等9.96,黄河西岸陕西各县市耕地利用等处于较低水平,相比陕西省平均利用等11.34,耕地利用等约低于省内一个等。(2)空间上,2005-2018年黄河西岸陕西各县市耕地质量大致呈现自南向北逐渐降低的分异格局。区位指数角度:位于关中平原的潼关县和大荔县耕地利用等较高,为高等地的聚集区,但开展城市建设占用优质耕地,补充一般耕地,造成耕地质量有所下降。陕北地区耕地质量较差,中、低等地的区位指数较高,由于积极开展土地整治工程耕地利用等别均有提升。重心迁移角度:高等地重心在2005-2018年期间处于大荔县,中等地重心由合阳县向黄龙县迁移,低等地重心由佳县迁向米脂县,再迁回佳县。且中等地重心坐标迁移量>低等地重心坐标迁移量>高等地重心坐标迁移量。黄河西岸陕西各县市耕地数量、质量变化均愈加平稳,耕地质量大致呈现自南向北逐渐降低的格局,应保证潼关县和大荔县耕地质量不降低的同时保持黄河西岸陕北县市耕地质量增长趋势。本研究成果为黄河流域生态保护提供耕地管护支持,为基本农田划定、国土空间规划编制和耕地质量管理提供了基础支撑。     

大城市郊区农村土地利用格局及整治方向分析--以北京大兴区为例

利用景观格局和空间分析方法,以SPOT卫星影像为主要信息源,分析了北京大兴区农村土地利用格局及土地整治方向。结果表明:①该区后备耕地资源贫乏,土地破碎严重,不同地类镶嵌且分散分布,同类土地集聚度较低;②村庄用地总面积大,人均用地极高,斑块数量多,分布均匀,整理潜力和难度大;③设施农用地、园地和设施耕地等集约利用程度较高的农用地比例很大,但规模化程度较低;④畜禽养殖用地离村庄用地和道路太近,且用于消纳畜禽废弃物的农用地不足,防疫和污染风险较高;上述问题表明该区亟需开展土地综合整治,优化用地结构和空间布局。