重慶市地表起伏度及其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響分析*

楊　吉，蘇維詞

(1.重慶師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院，重慶　401331； 2.貴州科學(xué)院山地資源研究所，貴陽　550001；3.重慶市三峽庫區(qū)地表過程與環(huán)境遙感實(shí)驗(yàn)室，重慶　401331)

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·研究報(bào)告·

重慶市地表起伏度及其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響分析*

楊吉1， 3，蘇維詞1， 2， 3※

(1.重慶師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院，重慶401331； 2.貴州科學(xué)院山地資源研究所，貴陽550001；3.重慶市三峽庫區(qū)地表過程與環(huán)境遙感實(shí)驗(yàn)室，重慶401331)

重慶地貌復(fù)雜多樣，地表起伏度大，通過對重慶各區(qū)縣地表起伏度研究和計(jì)算，可定量了解重慶山水起伏骨架指數(shù)。以空間分辨率為30m、投影為WGS84_UTM的ASTER GDEM V2全球數(shù)字高程數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在ArcGIS10.1中利用投影面積比法計(jì)算重慶各區(qū)縣地表起伏度指數(shù)，在此基礎(chǔ)上分析了地表起伏度與2008～2013年各區(qū)縣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)指標(biāo)之間的相關(guān)性并建立系列模型。結(jié)果表明： ①重慶西部較為平整，地表起伏度比中、東部地區(qū)低，地表起伏度最大的是東北部的城口、巫溪、巫山，最平整的是西部的榮昌、潼南、大足。②基于重慶市31個縣域的統(tǒng)計(jì)分析，地表起伏度標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)每增加0.1，糧食單產(chǎn)減少約0.37t/hm2，農(nóng)林水支出占財(cái)政支出比例增加約1.1%。③地表起伏度對耕播面積比例影響力最大，其可決系數(shù)R2達(dá)到0.8859。④農(nóng)業(yè)產(chǎn)出不變時，農(nóng)業(yè)投入隨地表起伏度的增加而增加，地表起伏度與綜合指標(biāo)(農(nóng)業(yè)產(chǎn)出投入比)所建指數(shù)模型的可決系數(shù)R2為0.8296。

地表起伏度糧食產(chǎn)量農(nóng)作物播種面積農(nóng)林水支出重慶市

0　引言

地表起伏度，即地表起伏程度和變化頻率[1]，它對交通、水利、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、社會服務(wù)、地質(zhì)災(zāi)害及生態(tài)治理等領(lǐng)域均有較大影響。國內(nèi)外目前對地表起伏度的研究主要集中在：DEM分辨率與地表起伏度計(jì)算最佳分析區(qū)域[2-7]； 不同耕作措施對地表起伏度的影響[8]； 地表起伏度對人口分布、地質(zhì)災(zāi)害、土地利用與覆蓋的影響等[9-12]； 在農(nóng)業(yè)方面只涉及地表起伏度對耕地生產(chǎn)潛力和農(nóng)業(yè)機(jī)械化的影響且以省域作為研究單元[13-14]。

中國是一個多山地丘陵的國家，農(nóng)村人口多[15]，農(nóng)業(yè)比重大[16]，地表起伏度對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境有較大影響[17]。但目前缺乏基于縣域尺度內(nèi)的地表起伏度對農(nóng)業(yè)支出、糧食產(chǎn)量、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、農(nóng)作物播種面積等方面的影響研究。

重慶地處三峽庫區(qū)，屬于典型的山區(qū)內(nèi)陸特大城市，具有大城市帶大農(nóng)村格局，除主城六區(qū)外，其它區(qū)縣如三峽庫區(qū)、渝東南地區(qū)的區(qū)縣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仍占有很大比重，受自然環(huán)境條件，尤其是地形、地貌和地表起伏度影響很大：如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局、生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)量和產(chǎn)值等均深受地表起伏度的影響。故選擇重慶作為研究對象，以區(qū)縣作為研究單元，計(jì)算重慶40個區(qū)縣的地表起伏度，并與2008～2013年《重慶統(tǒng)計(jì)年鑒》中各區(qū)縣的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行對比分析。通過此項(xiàng)研究可定量了解重慶市地表起伏情況和地表起伏度對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，為發(fā)揮山地農(nóng)業(yè)的優(yōu)勢、科學(xué)合理布局山地農(nóng)業(yè)，以及相關(guān)部門科學(xué)分配涉農(nóng)財(cái)政資金提供某些依據(jù)，也可為云貴川等周邊類似山區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間布局和立體農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供借鑒意義。

1　研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)

1.1研究區(qū)概況

重慶地處中國西南部(東經(jīng)105°17′～110°11′、北緯28°10′～32°13′)，是內(nèi)陸山水城市，俗稱“山城”，境內(nèi)山水縱橫交錯，地貌類型復(fù)雜多樣、地表起伏度大。研究范圍是重慶市內(nèi)所有區(qū)縣，包括渝中區(qū)、大渡口區(qū)、江北區(qū)、沙坪壩區(qū)、九龍坡區(qū)、南岸區(qū)、北碚區(qū)、渝北區(qū)、巴南區(qū)、涪陵區(qū)、長壽區(qū)、江津區(qū)、合川區(qū)、永川區(qū)、南川區(qū)、綦江區(qū)、大足區(qū)、潼南縣、銅梁縣、榮昌縣、璧山縣、萬州區(qū)、梁平縣、城口縣、豐都縣、墊江縣、忠縣、開縣、云陽縣、奉節(jié)縣、巫山縣、巫溪縣、黔江區(qū)、武隆縣、石柱縣、秀山縣、酉陽縣、彭水縣、雙橋區(qū)、萬盛區(qū)，共計(jì)40個區(qū)縣城市。重慶市的農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、糧食單產(chǎn)、人均糧食產(chǎn)量、農(nóng)民人均純收入在中國處于中等偏下位置(表1)。

表1　農(nóng)業(yè)生產(chǎn)指標(biāo)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)指標(biāo)農(nóng)業(yè)產(chǎn)值(億元)糧食單產(chǎn)(t/hm2)人均糧食產(chǎn)量(kg)農(nóng)民人均純收入(元)中國51497.405.384438895.90重慶909.205.093888331.97

1.2數(shù)據(jù)來源

地表起伏度計(jì)算采用的是空間分辨率為30m，投影為WGS84_UTM的ASTER GDEM V2全球數(shù)字高程數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)是由日本METI和美國NASA聯(lián)合研制。ASTER GDEM數(shù)據(jù)產(chǎn)品基于“先進(jìn)屋載熱發(fā)射和反輻射計(jì)(ASTER)數(shù)據(jù)計(jì)算生成”，是目前唯一覆蓋全球陸地表面的高分辨率高程影像數(shù)據(jù)。自2009年6月29日V1版ASTER GDEM數(shù)據(jù)發(fā)布以來，在全球?qū)Φ赜^測研究中取得廣泛應(yīng)用， 2015年1月6日正式發(fā)布了ASTER GDEM V2全球數(shù)字高程數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)是在V1版的基礎(chǔ)上改進(jìn)后得到，比V1版更加精確。

研究中的農(nóng)業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)源于《重慶統(tǒng)計(jì)年鑒》，選取數(shù)據(jù)為2008～2013年逐年各區(qū)縣級地方財(cái)政支出、農(nóng)林水支出、農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值指數(shù)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、農(nóng)作物播種面積、糧食播種面積、糧食產(chǎn)量這7項(xiàng)指標(biāo)。

1.3DEM數(shù)據(jù)預(yù)處理

研究范圍包括重慶40個區(qū)縣，故需下載30幅空間分辨率為30m的ASTER GDEM V2全球數(shù)字高程數(shù)據(jù)作為計(jì)算地表起伏度的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1.3.1拼接DEM柵格數(shù)據(jù)

利用ENVI Classic中的基礎(chǔ)工具(Basic Tools)模塊，用拼接(Mosaicking)中的Georeferenced工具。將30幅DEM拼接成一幅DEM數(shù)據(jù)，拼接后空間分辨率為30m，投影為WGS84_UTM，并保存為TIF格式。

1.3.2提取各區(qū)縣DEM

采用ArcMap中的空間分析(Spatial Analyst Tool)模塊，用裁剪(Extraction)中的Extract by Mask工具。將人工矢量的重慶市40個區(qū)縣的矢量數(shù)據(jù)作為掩膜，從TIF格式的DEM中分別裁剪出40個區(qū)縣的DEM。

1.4農(nóng)業(yè)指標(biāo)數(shù)據(jù)預(yù)處理

研究選取2008～2013年重慶各區(qū)縣級地方財(cái)政支出、農(nóng)林水支出、農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值指數(shù)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、農(nóng)作物播種面積、糧食播種面積、糧食產(chǎn)量這7項(xiàng)指標(biāo)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，由于沙坪壩、江北、渝中、南岸、大渡口、九龍坡為重慶老主城六區(qū)，渝北和雙橋?yàn)楣I(yè)新區(qū)，萬盛區(qū)作為老工礦區(qū)，這9個區(qū)的農(nóng)業(yè)比重很小，故選取除這9區(qū)(沙坪壩、江北、渝中、南岸、大渡口、九龍坡、渝北、雙橋、萬盛)外剩下的31個區(qū)縣作為地表起伏與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相關(guān)分析的研究區(qū)域(表2)。對各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行如下運(yùn)算：

單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值=農(nóng)業(yè)產(chǎn)值可比價/農(nóng)作物播種面積

(1)

農(nóng)業(yè)產(chǎn)值可比價=上一年農(nóng)業(yè)產(chǎn)值×農(nóng)林漁業(yè)總產(chǎn)值指數(shù)/100

(2)

糧食單產(chǎn)=糧食產(chǎn)量/糧食播種面積

(3)

農(nóng)林水支出比=農(nóng)林水支出/財(cái)政支出

(4)

耕播面積比=農(nóng)作物播種面積/總面積

(5)

其中農(nóng)林水漁業(yè)總產(chǎn)值指數(shù)是農(nóng)林水漁業(yè)GDP指數(shù)(上年= 100)計(jì)算農(nóng)業(yè)產(chǎn)值可比價是為了消除價格變動因素的影響，便于對不同時期進(jìn)行對比，此次計(jì)算得到的農(nóng)業(yè)產(chǎn)值均以2008年的價格作為標(biāo)準(zhǔn)。按照以上公式分別得到2008～2013年的單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、糧食單產(chǎn)、農(nóng)林水支出比、耕播面積比數(shù)據(jù)，再分別對這4項(xiàng)指標(biāo)6年數(shù)據(jù)進(jìn)行多相關(guān)樣本檢驗(yàn)[18]，其漸近顯著性均為0.00，遠(yuǎn)小于0.05，表明這6年指標(biāo)數(shù)據(jù)變化趨勢相同，可相互替代。因此將取各項(xiàng)指標(biāo)6年平均值(表2)與地表起伏度值進(jìn)行對比分析，這樣可消除偶然性，且更真實(shí)，更具代表性。

表2　重慶市40個區(qū)縣地表起伏度值與對應(yīng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)指標(biāo)

區(qū)縣名稱地表起伏度標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)(LDj)地表起伏度指數(shù)(3D/2D)投影面積(hm2)2D地表面積(hm2)3D糧食單產(chǎn)(t/hm2)單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值(萬元/hm2)耕播面積比農(nóng)林水支出比農(nóng)業(yè)產(chǎn)出投入比指數(shù)(TCj)農(nóng)業(yè)產(chǎn)出投入比標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)(LTj)城口縣1.001.22753282104028883.120.470.120.200.030.02巫溪縣0.971.22074010854895963.290.700.170.180.070.05巫山縣0.781.17742942533464553.720.860.260.160.140.09奉節(jié)縣0.651.14784089174693664.811.200.270.140.250.17云陽縣0.591.13423629344116474.301.110.320.150.240.16武隆縣0.581.13162886603266343.491.020.250.190.140.09開 縣0.551.12573958184455774.701.200.380.140.350.23酉陽縣0.551.12425158995799804.210.790.220.170.110.07黔江區(qū)0.531.12162384342674224.390.760.330.150.170.11彭水縣0.531.12113891014362063.661.000.260.180.150.10石柱縣0.531.11973008343368554.731.130.260.160.190.13萬盛區(qū)0.521.11735589262445秀山縣0.461.10432447072702405.801.030.360.170.230.15南川區(qū)0.451.10302588342854896.011.580.320.130.420.28萬州區(qū)0.421.09503450023777934.591.400.450.090.760.51綦江區(qū)0.411.09232184492386055.261.420.480.090.770.51豐都縣0.401.09102897703161434.521.000.340.160.230.15涪陵區(qū)0.311.06952943403147954.511.360.540.080.980.66江津區(qū)0.291.06613224343437506.482.070.440.091.030.69忠 縣0.291.06492178512319915.101.470.450.130.520.35巴南區(qū)0.281.06471823351941315.742.400.490.111.140.76渝北區(qū)0.271.0623145640154719梁平縣0.261.05921886081997675.151.690.480.140.610.41北碚區(qū)0.251.056574962791984.822.420.410.081.340.89江北區(qū)0.241.05442180722994長壽區(qū)0.221.05031419471490905.391.530.580.091.070.71渝中區(qū)0.221.050322772392南岸區(qū)0.221.05002616527473大渡口區(qū)0.171.03921014510543墊江縣0.171.03891513401572276.001.540.530.130.650.43合川區(qū)0.161.03662345012430805.931.650.670.081.350.90沙坪壩區(qū)0.161.03643946740905雙橋區(qū)0.151.033042124352銅梁縣0.141.03271341401385255.931.470.600.120.750.50璧山縣0.141.031691468943616.011.530.540.081.040.69永川區(qū)0.131.03061581341629807.202.190.620.091.501.00九龍坡區(qū)0.131.03034287544176大足區(qū)0.131.02931392441433186.861.830.690.101.360.90潼南縣0.121.02711584681627666.171.780.800.151.020.68榮昌縣0.081.01831077561097246.241.630.740.111.110.74

2　研究方法

2.1地表起伏度計(jì)算

地表起伏度的計(jì)算方法有局地高差法[19]、RUGN[20]、RDLS[21]、局地標(biāo)準(zhǔn)差[22]、矢量法[22]、投影面積比法等。由于不同地區(qū)，算法適用性不同，針對重慶投影面積比法適用性高于其他幾種算法[22]。計(jì)算公式為：

RDLS=SL/SD

(6)

(7)

其中RDLS是地表起伏度，SL是地表面積，SD是投影面積，D是積分區(qū)間，fx是對函數(shù)f求x的偏導(dǎo)數(shù)，fy是對函數(shù)f求y的偏導(dǎo)數(shù)。利用ArcMap中的3D分析(3D Analyst Tool)模塊，用地表分析(Functional Surface)中的Surface Volume工具。以30m×30m為計(jì)算單元，分別計(jì)算40個區(qū)縣地表面積(3D)和投影面積(2D)，并將結(jié)果輸入Excel表格中，按公式(6)計(jì)算出各區(qū)縣的地表起伏度指數(shù)(表2)，再將其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，公式如下：

(8)

公式中，DBj為第j個縣(區(qū))的地表面積與投影面積比； 1為理想化狀態(tài)下地表面積與投影面積比； DBmax為各縣(區(qū))的地表面積與投影面積比的最大值，LDj是地表起伏度標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)。

2.2建立農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綜合指標(biāo)

在前面已闡述的反映農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的4項(xiàng)單項(xiàng)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，為綜合反映農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與地表起伏的關(guān)系，需集成一個能反映農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的綜合指標(biāo)。其中4項(xiàng)單項(xiàng)指標(biāo)中的單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值反映了單位面積土地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力(已經(jīng)包含糧食單產(chǎn)這一指標(biāo))，因此決定保留單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值這項(xiàng)指標(biāo)，去除糧食單產(chǎn)這項(xiàng)指標(biāo)。耕播面積比表示地區(qū)農(nóng)作物播種面積占該區(qū)總面積比例，農(nóng)林水支出比表示農(nóng)林水支出占財(cái)政總支出的比例。由于只考慮單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值或耕播面積比，不能反映該縣域總的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力，故將公式(9)進(jìn)行改進(jìn)，得到公式(10)。

農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值=單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值×農(nóng)業(yè)耕播面積

(9)

農(nóng)業(yè)產(chǎn)出指數(shù)=單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)×耕播面積比標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)

(10)

農(nóng)業(yè)投入指數(shù)=農(nóng)林水支出比標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)

(11)

按公式(12)將單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值標(biāo)準(zhǔn)化，按公式(13)將耕播面積比標(biāo)準(zhǔn)化，按公式(14)將農(nóng)林水支出比標(biāo)準(zhǔn)化。

(12)

(13)

(14)

公式中，NCj、NZj和NSj分別為第j個縣(區(qū))的單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、耕播面積比和農(nóng)林水支出比； 0為理想化狀態(tài)下單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、耕播面積比和農(nóng)林水支出比； NCmax、NZmax和NSmax分別為各縣(區(qū))單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值最大值、耕播面積比最大值和農(nóng)林水支出比的最大值，LCj、LZj和LSj分別是單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)、耕播面積比標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)和農(nóng)林水支出比標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)。

最后通過公式(15)集成一個綜合指標(biāo)，即農(nóng)業(yè)產(chǎn)出投入比指數(shù)。

(15)

(16)

其中公式(15)中分子為農(nóng)業(yè)產(chǎn)出指數(shù)，分母為農(nóng)業(yè)投入指數(shù)； TCj是第j個縣(區(qū))的農(nóng)業(yè)產(chǎn)出投入比指數(shù)， 0是為理想化狀態(tài)下農(nóng)業(yè)產(chǎn)出投入比指數(shù)，TCmax為各縣(區(qū))的農(nóng)業(yè)產(chǎn)出投入比指數(shù)的最大值，LTj是農(nóng)業(yè)產(chǎn)出投入比標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)(表2)。

3　結(jié)果與分析

3.1不同區(qū)縣的地表起伏度值

重慶市40個區(qū)縣中地表起伏度最大的3個區(qū)縣是城口、巫溪、巫山，其地表起伏度值分別為1.2275、1.2207、1.1774。最平整的是榮昌、潼南、大足，其地表起伏度值分別為1.0183、1.0271、1.0293(表2)。由此可見，重慶市地表起伏度最大的區(qū)域在東北部，最平整的區(qū)域在西部區(qū)縣城市(圖1)，地表起伏度小于1.05的區(qū)縣有12個，分別是榮昌、潼南、大足、九龍坡、永川、璧山、銅梁、雙橋、沙坪壩、合川、墊江、大渡口； 地表起伏度大于等于1.05小于1.10的區(qū)縣有14個，分別是南岸、渝中、長壽、江北、北碚、梁平、渝北、巴南、忠縣、江津、涪陵、豐都、綦江、萬州； 地表起伏度大于等于1.10小于1.15的區(qū)縣有11個，分別是南川、秀山、萬盛、石柱、彭水、黔江、酉陽、開縣、武隆、云陽、奉節(jié)； 地表起伏度大于等1.15小于1.20的區(qū)縣有1個，是巫山； 地表起伏度大于1.20小于1.25的區(qū)縣有2個，是巫溪、城口。

圖1　重慶市各區(qū)縣地表起伏度等級　　　　　　　　　圖2　重慶市各區(qū)縣投入產(chǎn)出比等級

3.2地表起伏度對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

對表2中31個區(qū)縣的糧食單產(chǎn)、單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、耕播面積比、農(nóng)林水支出比、農(nóng)業(yè)產(chǎn)出投入比指數(shù)按照表3分級，得到圖2和圖3，從中可以大致了解各農(nóng)業(yè)指標(biāo)受地表起伏度的影響在空間位置上的分布情況。為了定量了解地表起伏度對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，將地表起伏度標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)分別與各項(xiàng)農(nóng)業(yè)指標(biāo)進(jìn)行分析，并對所得模型進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)， 5個模型的顯著性水平均為0.00，小于0.05，即模型通過顯著性檢驗(yàn)。

表3　農(nóng)業(yè)指標(biāo)分級

指標(biāo)一級二級三級四級五級糧食單產(chǎn)(t/hm2)(0,4)(4,4.5)(4.5,5)(5,5.5)(5.5,∞)單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值(萬元/hm2)(0,0.5)(0.5,1)(1,1.5)(1.5,2)(2,∞)耕播面積比(0,0.3)(0.3,0.4)(0.4,0.5)(0.5,0.6)(0.6,1)農(nóng)林水支出比(0,0.1)(0.1,0.12)(0.12,0.14)(0.14,0.16)(0.16,∞)農(nóng)業(yè)產(chǎn)出投入比指數(shù)(0,0.25)(0.25,0.5)(0.5,0.75)(0.75,1)(1,∞)

圖3　重慶市各區(qū)縣農(nóng)業(yè)指標(biāo)等級注：從左往右依次為糧食單產(chǎn)分級(左一)、單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值分級(左二)、耕播面積比分級(右二)、農(nóng)林水支出比分級(右一)

3.2.1地表起伏度對農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的影響

根據(jù)表2，將糧食單產(chǎn)與地表起伏度標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)進(jìn)行線性回歸分析，得到模型1。

y1=-3.6726x+6.5662

(17)

其中y1是糧食單產(chǎn)；x是地表起伏度標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)，其取值范圍是[0， 1]； 該模型R2為0.6997。從圖4(左上)可知，隨著地表起伏度標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)不斷增加，糧食單產(chǎn)在逐漸減少，表現(xiàn)為地表起伏度標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)每增加0.1，糧食單產(chǎn)減少約0.37t/hm2。從圖3(左一)可知，糧食單產(chǎn)最高的區(qū)縣是巴南、秀山、銅梁、合川、墊江、璧山、南川、潼南、榮昌、江津、大足、永川； 而最低區(qū)縣是城口、巫溪、巫山、武隆、彭水。說明受地表起伏度影響，重慶多數(shù)區(qū)域山高坡陡，土地貧瘠，住戶分散，交通不便，高起伏地區(qū)農(nóng)民對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)缺乏積極性[24]，且有部分農(nóng)民只種和收，缺乏大田管理環(huán)節(jié)，讓作物在田間自生自滅，從而使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仍處于原始狀態(tài)，這種現(xiàn)狀必然影響糧食產(chǎn)量。

農(nóng)作物除了糧食，還包括蔬菜、水果等，因此需進(jìn)一步分析地表起伏度對單位農(nóng)作物播種面積的農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的影響。根據(jù)表2，將單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值與地表起伏度標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)進(jìn)行分析，得到模型2。

y2=2.2035e-1.306x

(18)

其中y2是單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值；x是地表起伏度標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)，其取值范圍是[0， 1]； 該模型R2為0.7035。從圖4(右上)可得出，單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值隨地表起伏度的增加呈指數(shù)減少。從圖3(左二)可知，單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值最高的區(qū)縣是北碚、巴南、永川、江津； 而最低的區(qū)縣是城口。

3.2.2地表起伏度對農(nóng)作物播種面積的影響

根據(jù)表2，將農(nóng)作物播種面積占總面積比例與地表起伏度標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)進(jìn)行指數(shù)分析，得到模型3。

y3=0.7869e-1.715x

(19)

其中y3是耕播面積比； x是地表起伏度標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)，其取值范圍是[0， 1]； 該模型R2為0.8859。從圖4(左下)可知，耕播面積比受地表起伏度的影響大，農(nóng)作物播種面積占總面積比例隨著地表起伏度的增加呈指數(shù)降低。從圖3(右二)可知，耕播面積比最高的區(qū)縣是潼南、榮昌、大足、合川、永川； 而最低的區(qū)縣是城口、巫溪、巫山、奉節(jié)、石柱、武隆、彭水、酉陽。說明地表起伏度大，造成山大溝深，偏僻封閉，自然條件惡劣，因而有很多坡地?zé)o法耕作，人均耕地較少地表變得更為破碎，必然會影響農(nóng)作物播種面積。

3.2.3地表起伏度對農(nóng)林水支出的影響

將表2中農(nóng)林水支出占財(cái)政支出比例與地表起伏度標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)進(jìn)行線性回歸分析，得到模型4。

y4=0.1104x+0.0864

(20)

其中y4是農(nóng)林水支出比；x是地表起伏度標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)，其取值范圍是[0， 1]； 該模型R2為0.5186，該指標(biāo)的決定系數(shù)較前3個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)指標(biāo)低，其原因是該指標(biāo)反映了農(nóng)林水支出指標(biāo)(不單是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)指標(biāo))。從圖4(右下)可看出，農(nóng)林水支出占財(cái)政支出比例隨著地表起伏度的增加呈線性增加，表現(xiàn)為地表起伏度標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)每增加0.1，農(nóng)林水支出占財(cái)政支出比例增加約1.1%。從圖3(右一)可知，農(nóng)林水支出最高的區(qū)縣是城口、巫溪、巫山、秀山、酉陽、武隆、彭水； 而最低的區(qū)縣是涪陵、北碚、璧山、合川、萬州、長壽、江津、綦江、永川、大足。說明地表起伏度越大，地質(zhì)地貌越復(fù)雜，地表坡度較大，山體的大小、數(shù)量也呈現(xiàn)復(fù)雜的態(tài)勢，因而坡耕地比重大，水資源利用困難，人工成本等各項(xiàng)成本均呈不同程度的增加，導(dǎo)致農(nóng)林水支出增大。這使得地表起伏度越大的區(qū)縣在農(nóng)林水方面支出越大，而在其他方面可利用資金越少，不利于該區(qū)縣其他行業(yè)的建設(shè)與發(fā)展。

圖4　地表起伏度與各農(nóng)業(yè)指標(biāo)的關(guān)系注：地表起伏度與糧食單產(chǎn)的關(guān)系(左上)、地表起伏度與單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的關(guān)系(右上)、地表起伏度與耕播面積比的關(guān)系(左下)、地表起伏度與農(nóng)林水支出比的關(guān)系(右下)

3.2.4地表起伏度對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的綜合影響

將表2中農(nóng)業(yè)產(chǎn)出投入標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)與地表起伏度標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)進(jìn)行分析，得到模型5。

圖5　地表起伏度與農(nóng)業(yè)產(chǎn)出投入比的關(guān)系

y=1.3362e-3.85x

(21)

其中y是反映農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綜合指標(biāo)，即農(nóng)業(yè)產(chǎn)出投入比標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)，x是地表起伏度標(biāo)準(zhǔn)化指數(shù)，y與x取值范圍均是[0， 1]。該模型R2為0.8296，說明擬合優(yōu)度高，能夠較好的反映農(nóng)業(yè)產(chǎn)出投入比與地表起伏度之間的關(guān)系。從圖5可知，地表起伏度越大，農(nóng)業(yè)產(chǎn)出投入比越小，具體表現(xiàn)為，當(dāng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)出不變時，農(nóng)業(yè)投入隨著地表起伏度的增加而增加； 當(dāng)農(nóng)業(yè)投入不變時，農(nóng)業(yè)產(chǎn)出隨著地表起伏度的增加而減少。從圖2可知，農(nóng)業(yè)產(chǎn)出投入比最低的區(qū)縣是城口、巫溪、巫山、云陽、奉節(jié)、石柱、豐都、武隆、彭水、黔江、酉陽、秀山，說明這些地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受地表起伏影響最大。

4　結(jié)論與討論

通過空間分辨率為30m的ASTER GDEM V2全球數(shù)字高程數(shù)據(jù)計(jì)算出重慶各區(qū)縣的地表起伏度指數(shù)，并研究地表起伏度與農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、糧食單產(chǎn)、農(nóng)林水支出比、耕播面積比和農(nóng)業(yè)產(chǎn)出投入比指數(shù)5項(xiàng)指標(biāo)的關(guān)系，得出以下結(jié)論：

(1)重慶地表起伏度從西部向東部逐漸變大，導(dǎo)致東部區(qū)縣城市比中、西部地區(qū)糧食單產(chǎn)低、單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值低、耕播面積比例低、農(nóng)林水支出比例高。其中地表起伏最大的城口縣與地表起伏最小的榮昌縣相比，地表起伏度指數(shù)增大0.2092，糧食單產(chǎn)降低3.12t/hm2，單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值減少1.02萬元/hm2，農(nóng)作物播種面積占總面積比例降低62%，農(nóng)林水支出占財(cái)政支出比例增高9%。

(2)隨著地表起伏度的增加，糧食單產(chǎn)減少，單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值減少，耕播面積比例減少，農(nóng)林水支出比例增高，其中地表起伏度對耕播面積比的影響最大(決定系數(shù)R2為0.8859)； 對單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的影響較大(決定系數(shù)R2為0.7035)； 對糧食單產(chǎn)影響較小(決定系數(shù)R2為0.6997)，對農(nóng)林水支出比最小(決定系數(shù)R2為0.5184)。

(3)重慶東部區(qū)縣城市農(nóng)林水支出占財(cái)政支出比例大于中西部，導(dǎo)致其他行業(yè)領(lǐng)域可利用資金比例相對減少，使得東部區(qū)縣在教育、水利、交通等城市建設(shè)上比中、西部差。因此建議重慶市相關(guān)部門在分配財(cái)政轉(zhuǎn)移支付份額時考慮地表起伏度對各區(qū)縣財(cái)政支出的影響。

(4)農(nóng)業(yè)產(chǎn)出投入比指數(shù)綜合的反映了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各項(xiàng)指標(biāo)。圖2中等級為一級的區(qū)縣農(nóng)業(yè)產(chǎn)出投入比最低，且地表起伏度指數(shù)大于1.15，不適合開展傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，該區(qū)域的渝東北地區(qū)既是三峽庫區(qū)，又是秦巴山連片特困地區(qū)，環(huán)境保護(hù)任務(wù)最重，發(fā)展壓力最大，屬于生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)； 而渝東南地區(qū)人均資源相對不足，地區(qū)差異較大，生態(tài)環(huán)境脆弱，生態(tài)環(huán)境惡化的趨勢仍未得到有效遏制，屬于生態(tài)保護(hù)區(qū)。圖2中等級為五級和四級的區(qū)縣農(nóng)業(yè)產(chǎn)出投入比最高，適合機(jī)械化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)值，該區(qū)域地表起伏度較小，也是城市發(fā)展新區(qū)，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上可同步推進(jìn)新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。

(5)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局和農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整要嚴(yán)格遵守地表起伏規(guī)律。如在地表起伏度指數(shù)大于1.15的地區(qū)(圖1)不宜進(jìn)行糧食播種，可種栽種經(jīng)果林，以提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)值，其中的相對高差大于740m，坡度大于6度的面積占94%以上的區(qū)縣(如城口、巫溪、巫山)，不適合開展傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，可種植高山蔬菜或者中藥材、茶葉等。

該研究計(jì)算地表起伏度時只考慮了地表面積比投影面積，若要更加全面細(xì)致刻畫地表起伏狀況可考慮坡度、高程、高程差等因素。其次，空間數(shù)據(jù)分辨率的高低也是影響地表起伏度精度的重要因素，以重慶市武隆為例，在計(jì)算地表面積比投影面積時，采用30m空間分辨率的DEM得到的地表起伏度值為1.1316，而采用90m空間分辨率的DEM得到的地表起伏度值卻為1.0929。第三，地表起伏還對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的抗旱能力、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的脆弱性均有顯著影響，這些問題有待下一步深入開展工作。

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RELIEF DEGREE OF LAND SURFACE OF CHONGQING AND ITS INFLUENCE ON AGRICULTURAL PRODUCTION*

Yang Ji1， 3，Su Weici1， 2， 3※

(1.College of Geography and Tourism，Chongqing Normal University，Chongqing Shapingba 400047，China;2.Institute of Mountain Resource，Guizhou Academy of Sciences，Guizhou Guiyang 550001，China；3.Laboratory of Surficial Process and Environmental Remote Sensing of Three Gorges Reservoir Area of Chongqing，Chongqing Shapingba 401331，China)

The landform of Chongqing was complex and diverse, and relief degree of land surface was great in Chongqing. By researching and calculating of relief degree of land surface of each country of Chongqing,it can in-depth understand the topographic relief. Digital elevation model with 30 m spatial resolution and projected coordinateof WGS84_UTM was applied in this study. Relief degree of land surface of each country of Chongqing was calculated by ArcGIS10.1.The indexes of agricultural production of each country of Chongqing from 2008 to 2013 were the basic data which originated from the statistical yearbook of Chongqing. The models between the indexes of agricultural production and relief degree of land surface of Chongqing were built up. The results showed that:1) Western Chongqing was more smooth than Central and Eastern Chongqing. The largest relief area of surface was in Chengkou, Wuxi and Wushan, and the flat area was in Rongchang, Tongnan and Dazu.2) Based on the statistical analysisof 31 counties of Chongqing, the grain yield reduced 0.37 t/hm2, and the proportion of expenditure for agriculture, forestry and water conservancy in total expenditure increased by 1.1%, when the relief degree of land surface increase 0.1.3) The relief degree of land surface had the greatest influence on the proportion of sown area of the crops, and the determination coefficient(R2) was 0.8859. 4)Agricultural input increased with the increase of relief degree of land surface when agricultural output was constant. The exponential model (input-output ratio agriculture)between relief degree of land surface and aggregative indicator can be established with the determination coefficient (R2) of 0.8296.

relief degree of land surface; grain yield; sown area of the crops; expenditure for agriculture, forestry and water conservancy; Chongqing

10.7621/cjarrp.1005-9121.20160721

2016-01-20

楊吉(1991—)，女，重慶銅梁人，碩士研究生。研究方向：城鄉(xiāng)區(qū)域規(guī)劃。※通訊作者：蘇維詞(1965—)，男，湖南綏寧人，教授、研究員。研究方向：山區(qū)生態(tài)與區(qū)域發(fā)展。Email：suweici@sina.com

S159.2

A

1005-9121[2016]07-0140-10

*資助項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“喀斯特城市邊緣帶土地利用/覆蓋變化及其環(huán)境效應(yīng)”(41261038)； 重慶市研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目“典型喀斯特城市地域坡地利用變化對地表溫度的影響分析”(CYS14138)； 貴州省財(cái)政廳重點(diǎn)資助項(xiàng)目