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泰安市耕地质量评价及保护分区

2024-07-08 22 上传者：管理员

摘要：研究耕地质量遥感评价对实现耕地质量实时有效管护、推进我国现代高效农业发展和保障国家粮食安全具有重要意义。本文结合泰安市相关耕地质量报告，采用Arc GIS对数据进行可视化，利用空间自相关分析法、面积加权平均法等算法，从不同尺度对泰安市耕地质量空间分布特征进行建模，并提出耕地分区保护方案。

关键词：
农业生产
国家粮食安全
泰安
空间分布
耕地
耕地质量
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耕地是农村最宝贵的资源，是国家粮食安全的基石。耕地是农业生产最宝贵的自然资源，其质量与粮食产量密切相关，耕地质量的好坏直接影响到粮食安全及农业的可持续发展。目前，全国各地都开展了耕地质量方面的研究，姜芸等人构建了基于遥感技术的耕地质量监测体系框架。为快速、动态获取耕地养分状况，大量学者通过对不同养分含量的土壤光谱曲线分析，尝试通过裸土期遥感影像定量反演有机质、全氮。方琳娜等利用SPOT遥感数据获取耕地质量部分评价指标，开展了市级耕地质量评价。姚赫男等从耕地状态指数、生产压力指数和社会响应指数来表征耕地质量。耕地质量影响因素如田间施肥、灌溉等人为因素和土壤理化性质在作物生长期变化明显。多年作物生长期的植被净初级生产力体现了多年影响耕地质量的各因素对作物的贡献程度，间接评价了耕地质量。但当前以遥感技术为核心，其他数据为辅助的耕地质量综合评价研究较少，特别是针对精细化地块尺度研究更少。目前，针对耕地质量空间分布特征的研究已取得了一定的成果，但从研究方法上看，大多采用空间自相关和景观生态学的技术手段，如陈颖等运用空间自相关分析方法揭示了县域耕地质量空间分异特征；马培云等运用经济学中的洛伦次曲线和基尼系数对重庆忠县耕地质量的空间分布差异进行了定量分析。

一、数据来源及研究方法

（一）研究区概况。

泰安市位于山东省中部，地处东经116°02′至117°59′、北纬35°38′至36°28′之间，东西长约176.6公里，南北宽约93.5千米，城市位于泰山脚下，依山而建，总面积336.86平方公里。

（二）数据来源。

本研究数据主要包括泰安市耕地质量等别更新评价数据库数据以及泰安市各县、各乡镇、各村的行政区划数据。

（三）研究方法

1、全局自相关。

本研究选取全局Moran's I指数来测度泰安市自然村耕地面积比例（耕地面积占自然村面积的比例）的全局空间自相关程度。

式中，n为空间自然村单元总数，xi、xj分别为耕地面积比例在空间地域单元i和j上的观测值，为泰安市耕地面积比例，wij为空间权重矩阵。标准化Z值常用于检验全局Moran's I指数的显著水平。

式中，E(I）、VAR(I）分别表示Moran's I的期望值和方差。当Zscore>1.96或Zscore<-1.96(α=0.05）时，表明空间单元的耕地面积比例在空间上存在显著的空间自相关性。

2、局部自相关。

全局空间自相关是对整个区域耕地分布的空间自相关程度进行描述。

式中，S2为空间单元耕地面积比例的方差，n为自然村个数，m为空间单元i的邻近单元个数。通常在给定的显著水平下（通常取α=0.05），如果局部Moran's I>0，则表示耕地分布空间差异小，说明存在空间集聚现象；若局部Moran's I<0，则说明耕地分布存在空间显著性差异。

3、耕地质量指数面积加权平均法。

基于泰山区耕地质量图斑面积分别加权平均3类耕地质量指数，得到各自然村的耕地质量指数。

式中，Xi为i自然村的耕地质量指数，Xij和Sij分别为i自然村j图斑的耕地质量指数及其面积，i和j分别为自然村和图斑序号，m为图斑总个数。

二、研究结果与分析

（一）泰安市耕地质量等级空间分布特征。

2023年泰安市耕地425.50万亩，占全市总面积的36.54%，区域内耕地整体分布均匀，以旱地、水浇地为主。此次耕地质量等级评价中，泰安市耕地质量自然等级分为4～15等，平均自然等别为9.5。将全国耕地按照1～4等、5～8等、9～12等、13～15等划分为优等地、高等地、中等地和低等地，泰安市耕地质量处于中等偏上水平，其中优等地仅占耕地总面积的0.16%，零星分布在东北、西南区域；中等地中12等级耕地分布范围最广，面积为810.48hm2，占比最大；10等地次之，面积为611.69hm2，占全区耕地面积的14.87%。全区耕地分布相对较均匀，西南及中部地区耕地集中度高。

（二）耕地质量全局空间自相关结果分析。

泰安市区级尺度耕地质量自然等指数（IZRDZS）、利用等指数（ILYDZS）、经济等指数（IPZS）的全局自相关Moran's I值分别为0.8633、0.8321、0.8157，说明耕地质量具有较强的空间正相关性。村级尺度的耕地质量指数的Moran's I值与区域尺度的有一定差距。不同尺度的耕地质量自然等指数正相关显著程度有一定差异。

（三）耕地质量局部空间自相关结果分析

1、耕地镇级指数局部空间自相关。

泰安市自然等指数呈正相关的HH和LL型的耕地总面积和图斑总个数为710.63km2和20个，分别占耕地总面积的17.27%和图斑总个数的22.99%；负相关型HL和LH的耕地面积和图斑总个数为79.06km2和1个，分别占耕地总面积和图斑总个数的1.92%和1.15%。耕地质量显著高值集聚区主要分布在宫里、禹村一带，少量零星碎片化分布在潮泉、东平等区域。耕地镇级利用指数呈正相关的HH和LL型的耕地总面积和图斑总个数为643.43km2和16个，分别占耕地总面积的15.64%和图斑总个数的18.39%；负相关的HL和LH型的耕地面积和图斑总个数为79.06km2和1个，分别占耕地总面积和图斑总个数的1.92%和1.15%。耕地质量显著高值集聚区主要分布在泉沟全域、东平和宁阳部分地区等。泰安市经济等指数呈正相关的HH和LL型的耕地总面积和图斑总个数为540.2km2和16个，分别占耕地总面积的13.13%和图斑总个数的18.39%；负相关的HL和LH型的耕地面积和图斑总个数为30.81km2和1个，分别占耕地总面积和图斑总个数的0.75%和1.15%。（图1)

图1泰安市镇级耕地质量指数LISA集聚图

图2泰安市村级耕地质量指数LISA集聚图

2、耕地村级指数局部空间。

泰安市耕地村级自然等指数的HH型分别分布在新泰市西北部、宁阳县西部、东平县南部、岱岳区南部、大部分肥城区域，面积为1,844.65km2，占土地总面积的44.84%,LL型主要分布在新泰市东南部、宁阳东部和南部、东平北部、泰山区西北部、岱岳区西部和东部；利用等指数的HH型分别分布在新泰市西北部、宁阳县西部及东平县南部、肥城市西部和南部、岱岳区和泰山区的南部部分区域，面积为1,600.8km2，占土地总面积的38.91%,LL型主要分布在新泰市东南部、宁阳县东南部、东平县北部、岱岳区及泰山区北部区域；经济等指数的HH型分别分布在新泰市西北部、东平县南部、肥城市西部和南部、岱岳区南部及泰山区南部区域，面积为1,550.58km2，占土地总面积的37.69%,LL型主要分布在新泰市东南部、宁阳县东南部、东平县北部、岱岳区和泰山区北部部分区域。3类指数的正相关HH和LL型均表现出明显的聚集特征。（图2)

（四）耕地保护分区结果。

本研究将泰安市耕地质量村级的自然等指数、利用等指数、经济等指数的局部自相关LISA集聚图在ArcGIS软件中利用分析工具进行顺序叠加分析，共得到74种组合。根据泰安市的实际情况，将其划分为4种分区类型，分别为重点保护区、综合改良区、土地整治区、结构调整区。（图3)

三、结论与讨论

本研究将耕地质量村级的自然等指数、利用等指数、经济等指数的局部自相关LISA集聚图在ArcGIS软件中利用分析工具进行顺序叠加分析，共得到74种组合。根据泰安市的实际情况将其划分为4种分区类型：重点保护区、综合改良区、土地整治区、结构调整区。HH型是耕地质量指数高值集聚区，耕地质量高，需要重点保护，严禁非农建设；LL型是耕地质量指数低值集聚区，耕地质量差，可进行综合改良，例如进行退耕还林等非农化整治，该区域是较为理想的区域；HL/LH型呈空间异常分布，易受到空间极化效应的影响，划分为土地整治区；NS型呈空间随机分布，根据当地的实际情况，需要适度进行农业结构的调整优化。（1）重点保护区。该区面积约为1,959km2，占土地面积的47.6%，主要分布在泰安市湖屯镇、石横镇、桃源镇、王庄镇、大汶口、天宝镇、宫里镇、泗店镇等泰山脚下和泰安西南区域。该区的土壤肥沃，耕地自然条件优越，应维持现有的耕地质量水平，并加强耕地保护，同时能够对周边耕地质量低的区域产生扩散效应和生态保护的效果。（2）综合改良区。该区面积约为1,632km2，占土地面积的39.7%，主要分布在银山镇、斑鸠店、乡引乡、龙延镇等泰安最西、南、东部边缘区域。该区耕地质量低下，海拔落差大，农业自然生产条件较差，当地应结合实际情况进行一些非农业化综合改良，例如退耕还林、旅游观光等。（3）土地整治区。该区面积约为490km2，占土地面积的11.9%，主要零星分布在泰安中部和东部等区域。该区耕地质量异常，有的区域与高值区相交，有的与低值区相交，在实际整治过程中，保护耕地质量高的区域的同时，应继续改善耕地质量低的区域，防止耕地质量低的区域向外扩散。（4）结构调整区。该区面积约为33km2，占土地面积的0.8%，主要分布在化马湾乡、省庄镇西部等区域。该区可根据当地的实际情况，优化农业产业结构，因地制宜，发展特色农业，突出优势农业，从而实现最大化产投比，间接达到提高耕地质量的目的。

图3 泰安市耕地保护分区图

参考文献:

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文章来源:宫志宇,王新春,周逸萱,等.泰安市耕地质量评价及保护分区[J].合作经济与科技,2024(18):13-15.