武汉市远城区耕地质量空间格局分析

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摘 要：定量掌握区域耕地质量空间格局及其分布特征，对保护优质耕地，实现耕地数量与质量的双重管理起到重要作用。本文采用GIS技术、地统计学和景观生态学相结合的方法，基于武汉市农用地分等数据，对武汉市耕地的自然等指数、利用等指数和综合等指数的空间格局进行了研究，分析了反映武汉市耕地质量和利用水平的各指数空间格局分布特征和空间分异产生的原因。研究结果表明：从分析结果来看，武汉市各个远城区中，东西湖区和汉南区的耕地质量集中程度最高，且以高质量的耕地为主；新洲区和黄陂区耕地质量多样性明显，且质量分布均匀；蔡甸区和江夏区在6个区中处于过渡位置；从方法选择上，景观指数、洛伦兹曲线、组合系数法以及GIS空间分析功能都能对耕地质量空间格局进行有效分析，同时相互验证，使分析结果更加合理可靠。

关键词：耕地 空间格局 景观指数 洛伦兹曲线 武汉市

中图分类号：F301.24 文献标识码：A

耕地是人类赖以生存的基本资源和条件，耕地质量的好坏关系到国家的粮食安全和农业的可持续发展。目前关于耕地质量的研究主要集中在耕地质量评价[1，2]、耕地现状分析[3]、耕地动态监测和预警研究、耕地质量变化研究等方面[4，5，6]及从国家、区域和农户层次的耕地质量保护研究。耕地质量空间格局方面的研究相对较少，2008年以来相继有学者对农用地资源质量的空间格局及其影响机制进行了研究[7，8，9]，但多数是对省级范围进行的较大范围的研究，本文在其研究成果的基础上尝试将其应用到县市范围，同时从数量结构、类型构成和空间分布3个方面分别进行分析，进而全面了解区域耕地的空间格局特征。通过对武汉市耕地空间格局的定量和定性分析研究可以全面掌控其耕地现状，为保护耕地和提高耕地质量提供服务。

1 研究区概况

武汉又称“江城”，是湖北省省会，位于江汉平原东缘，长江与汉水交汇处，介于东经113°41′～115°05′，北纬29°58′～31°22′之间，东与黄冈市、鄂州市、大冶市接壤，南与咸宁市、嘉鱼县、洪湖市相连，西与仙桃市、汉川市毗邻，北与孝感市、红安县、麻城市相接。土地总面积854908.83 hm2，其中耕地面积336107.85 hm2，占总面积的39.32%。武汉市现辖13个区，其中耕地的98.45%都集中在东西湖区、汉南区、蔡甸区、江夏区、黄陂区、新洲区。考虑到其他7个区属于武汉市核心区，且耕地垦殖率均小于1%，分布零散，空间结构表征不明显，因而不纳入本文研究范围，即以6个远城区的耕地为基础数据进行研究。

2 数据来源

农用地分等作为全国国土资源大调查的重要内容之一，武汉市根据《农用地分等规程》，建立的适合自身特点的武汉市农用地分等技术路线（图1）。通过建立完整的评价指标体系，对武汉市的农用地进行了系统的质量分等工作，并建立了武汉市的农用地分等数据库，是本文研究耕地质量空间格局的数据来源，包括武汉市6个典型区的110227个评价单元，总评价面积为330897.50hm2。其中，耕地300879.67 hm2，可调整地类30017.83 hm2；根据分等成果统计各级别面积（表1）。

3 研究思路与方法

本文采用地统计学、景观生态学和GIS技术相结合的方法对武汉市远城区耕地质量的空间分布格局进行研究。首先基于景观格局的定量分析方法、以区为评价单元，分别计算并得到全市及各远城区耕地自然等指数、利用等指数及综合等指数的空间分布格局的多样性指数（H）、集中化指数（I）、优势度指数（D）、均匀度指数（E），同时绘制出各个区的洛伦兹曲线，在此基础上分析武汉市耕地质量的多样性和集中程度；接着借助威弗-托马斯（ Weaver Tomas） 组合系数法确定研究区耕地质量等别的空间组合类型，获得耕地质量等别的类型特征和主要类型[10]；通过对武汉市6个远城区的自然、利用和综合质量等的空间分布的综合分析，总结出武汉市耕地整体分布特征并提出应用建议等。

3.1洛伦兹曲线

洛伦兹曲线是指利用频率累计百分数绘制成的曲线来描述和刻画不公平集中或分散的程度[11]。本文中主要用来测度耕地质量在各个区的集中程度，根据武汉市耕地分等结果分别计算出某区耕地质量各等别的面积占该区土地总面积的百分比，并由大到小的进行排列，然后计算累计百分比并据此绘出洛伦兹曲线。

3.2空间组合分析

空间组合分析是为了确定耕地质量等别的组合特征和主要类型。其步骤为：把某个区的耕地质量各等别按面积相对比例从大到小排列；假设耕地质量只分配给一个等别，则这个等别的假设分布为100%，其他等别的假设分布为0%；若仅分配给前两个等别，这两个等别的假设分布为50%，其他等别的假设分布为0%；依此类推，如果耕地质量均匀分配给7或9个等别，则假设分布为14.29%或11.11%。假设分布的组合数等于该类耕地质量的等别数；计算每一种假设分布与实际分布之差的平方和，即为组合系数；选择组合系数最小的所对应的假设分布组合类型，该组合类型即为某区耕地质量等别的组合类型[10]。

4 结果与分析

4.1 空间异质性分析

4.1.1多样性分析

多样性指数计算结果见表2。江夏、黄陂、新洲的自然等指数的多样性指数均大于2.5，其它3个区自然等指数的多样性指数均小于2，多样性指数越大，表明区内的该类别质量差异越明显，多样化程度越高，因此江夏、黄陂和新洲区的自然等指数的多样化程度明显高于东西湖、汉南、蔡甸3个区，而多样化程度的大小和地形地貌的关系密切[12]，前者的耕地面积范围大、地形复杂，区内耕地自然质量差异明显。

利用等指数是在自然等指数的基础上乘以利用系数得到，即除了自然条件外，耕地利用质量同时受到人为利用程度的影响。可以看出各个区利用等指数的多样性指数分布规律和自然等指数基本相同，表明武汉市的耕地利用水平基本平衡，其中蔡甸区的多样性指数明显高于黄陂区，是因为蔡甸区地形平坦，更利于耕作，利用水平高，利用方式多样，黄陂区以低山和丘陵为主，耕地利用受到一定限制。综合等指数是在利用等指数的基础上进一步加上耕地投入成本的影响的结果，因此各区综合等指数的多样性指数分布规律和利用等指数基本一致。

4.1.2集中程度分析

集中化指数、优势度指数、均匀度指数和洛伦兹曲线的分析结果都是对区内耕地集中程度的表现，结果见表2和图3。由于篇幅有限，下面对自然等指数的各计算结果进行详细分析。

4.1.2.1集中化指 数计算结果中，按照汉南区、东西湖区、蔡甸区、黄陂区、江夏区、新洲区的顺序指数呈递减状态，集中化程度越来越低。从各区的坡度图（图2）中可以看出，集中性指数和坡度的分布规律有一定的相关性，呈现出明显的地带性特征，平原区的耕地自然条件较好，地势平坦，便于耕作管理，其耕地质量比较集中；山区的耕地坡度较大，耕地分散，耕作作业收到限制，不便于管理，因此耕地质量集中性较差。

4.1.2.2优势度指 数指数越高表示该区的优势度越明显，依次为汉南区>东西湖区>新洲区>江夏区>蔡甸区>黄陂区，表现出一定的差异性。东西湖、汉南区的优势度指数最高，说明该区内各耕地质量等别对区内耕地资源支配程度大，主要是因为该区内的耕地集中，以高等别的耕地为主；而在其它耕地等别多样的地区，每个等别的面积比例相差较小，对区内耕地资源支配程度教小，优势度指数较小。

4.1.2.3均匀度指 数计算结果中，黄陂区>新洲区>江夏区>汉南区>东西湖区>蔡甸区，黄陂区、新洲区耕地数量较多、耕地质量等别较多，各等别上分布均匀，均匀度指数计算的结果较大，均匀程度较高。汉南区耕地数量较少，且都集中在1、2、3等地，因此均匀程度也比较高，其他几个区均匀程度相对较低，但差别不大。

4.1.2.4洛伦兹曲 线中越接近均匀分布线（对角线），代表各等别面积分布越均匀[10]。洛伦兹曲线绘制结果见图2，由图3可以看出，各区各类质量等别的曲线都超出均匀分布线，呈现集中分布态势，其中东西湖区和汉南区离对角线最远，表示其质量等别分布最集中，和集中性分析结果一致；新洲区、江夏区等的曲线最接近均匀分布线，等别分布接近均匀状态，与均匀度指数分析结果相对应。

以上应用景观指数和洛伦兹曲线的分析结果对武汉市远城区耕地的集中程度都做出了图表分析，结果表明这2种分析方法都可行，且结果相互验证，可信度高。

4.2 空间组合分析

组合类型分析结果见表3。自然质量等组合数最高为5种，其中江夏、黄陂、新洲三个区的耕地等别组合数最高，这和江夏、黄陂、新洲3个区内地形地貌复杂的情况向吻合，地形地貌复杂的地区，自然质量的差异也相对比地形平坦的地区的质量差异大，组合数也就比较复杂；为汉南区、东西湖区和蔡甸区，等别齐全度相对较低，这和3个区的平坦的地形相关。而从组合类型上来说，自然等的组合等别集中在5等及以上，东西湖区、汉南区主要是集中在2、3、4等上，其他4个区集中在4、5、6等，和农用地分等结果数据分析一致。

利用质量等组合数最高为6种，蔡甸区和江夏区的利用质量等组合数最高；其次新洲区和黄陂区为5中，东西湖区和汉南区的利用质量等的组合数最小，这与多样性指数高分析结果是相对应。综合质量等的组合类型数最高的是蔡甸区和新洲区为6种；最低的是东西湖区。综上所述，武汉市各区的各类型质量等别的组合类型复杂，差异明显。

4.3武汉耕地质量空间分布

借助Arcmap中Geostatistical Analyst模块对6个区的自然等、利用等和经济等分别采用普通克里格法进行空间插值分析，得到武汉市耕地的各类型质量空间分布图（图4）。

武汉市自然质量等分为9个等别，主要集中在3、4、5、6等，总比例达到80%以上，可见武汉市耕地自然质量整体处于中等偏上水平，其中东西湖区、汉南区耕地质量最好，1-3等占耕地总面积的50%以上，其次为蔡甸区和新洲区，江夏区和黄陂区的整体水平相对偏低。从空间分布上来看，全市的自然质量等别在空间上基本呈现由近城区向递增的趋势，即越靠近武汉市耕地质量越高，其中东西湖和汉南区的自然质量等别多集中在1-5等，质量整体偏高。

利用等和综合等呈现出与自然质量等基本相同的地域分异，在一些近城区或者较偏远的地区与自然质量等结果有所差异，主要是由于这些地区受到耕地与建设用地比较利益、耕作生产水平等因素。

5 结论与讨论

5.1综合分析 武汉市耕地资源的自然等、利用等、综合等的空间分布，以及对6个远城区的耕地质量的多样性、集中度、优势度、均匀度、洛伦兹曲线和组合系数等的分布特点来看，武汉市耕地质量表现出由近城区向递减的趋势，而其中东西湖区和汉南区的耕地质量水平明显高于其它几个区。耕地质量的分布主要受到地带性因素、非地带性因素以及人类活动干扰等因素的影响[8]。

5.2应用景观 生态学和地统计学方法所分析的结果基本上是一致的且与实际情况相符，说明地统计学、景观生态学等方法是耕地质量空间分布格局定量化研究的有效方法。

5.3从分析结 果的应用角度来看，可从基本农田保护、土地整治和建设用地扩张等几个方面考虑[13]。对于东西湖区、汉南区以及蔡甸区东北部等几个耕地质量高且集中连片的地区应该作为基本农田重点保护对象；对一些耕地质量中等，分布较分散的地区可以考虑对田块进行“水、田、路、林”的综合整治，如黄陂区南部地区；而城镇建设用地扩张需尽量避开耕地质量集中分布，质量相对较差的地区。

参考文献

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