基于GIS的漳州市土地的耕地適宜性分析

李宗梅， 周曉元， 滿 旺， 孫風(fēng)琴， 黃于同

(廈門理工學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院空間信息科學(xué)與工程系，福建廈門 361024)

隨著我國對土地適宜性評價(jià)的研究原理和技術(shù)方法了解的不斷加深[1-3]，并對其狀況進(jìn)一步的探討，很多土地適宜性的先進(jìn)方法和技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生[4-6]。當(dāng)今最常用的就是將土地資源適宜性評價(jià)與GIS、RS技術(shù)相結(jié)合[7-8]，并運(yùn)用土壤學(xué)、測量學(xué)、數(shù)學(xué)等多學(xué)科知識(shí)，以減少土地適宜性評價(jià)過程中的工作量，并簡化其復(fù)雜程度，同時(shí)也提高了評價(jià)結(jié)果的精確程度。史舟等在黃巖區(qū)柑橘種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整時(shí)，創(chuàng)新地利用了GIS與遙感技術(shù)相結(jié)合的方法，提高了對土地利用現(xiàn)狀調(diào)查的進(jìn)度和精確度[9]。Wang等也在對大馬士革玫瑰的生態(tài)適宜性評價(jià)的過程中結(jié)合了GIS和AEZ技術(shù)，大大提高了其研究結(jié)果的準(zhǔn)確性[10]。在評價(jià)方法方面，李曉靜等運(yùn)用土地資源評價(jià)與GIS結(jié)合的方法對硯山縣阿猛鎮(zhèn)進(jìn)行了研究，根據(jù)實(shí)際情況建立合適的評價(jià)因子指標(biāo)系統(tǒng)，并選擇了合適的確定權(quán)重的方法(層次分析法、模糊分析法)[11]?？滦吕冗\(yùn)用層次分析法確定湖北地區(qū)各因子權(quán)重后，再運(yùn)用綜合指數(shù)法進(jìn)行評價(jià)分析，最終得到研究區(qū)的土地適宜性等級[12]。陳守煜等則運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)評價(jià)方法對研究區(qū)進(jìn)行綜合分析，最終得出長樂市農(nóng)用地適宜等級[13]。另外還有研究基于土地適宜性評價(jià)生態(tài)環(huán)境效應(yīng)[14]。

國外相關(guān)學(xué)者對土地的耕地適宜性評價(jià)的理論和方法不斷向綜合化、精確化和定賦值發(fā)展。如Bagherzadeh等在聯(lián)合國糧食組織所發(fā)布的框架下結(jié)合GIS對伊朗東北部 Khorasan-Razavi 地區(qū)的小麥及大麥進(jìn)行土地適宜性評價(jià)[15]；Hadipour等結(jié)合GIS、AHP及MCDM等技術(shù)對伊朗霍爾木茲甘省沿海地區(qū)海水水產(chǎn)養(yǎng)殖發(fā)展進(jìn)行土地適宜性評價(jià)[16]。

本研究利用土壤數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)以及TM遙感影像，選取耕地適宜性評價(jià)因子，對漳州市的耕地適宜性進(jìn)行分析和評價(jià)，結(jié)合GIS技術(shù)，參考耕地適宜性分析以及評價(jià)的方法和步驟，構(gòu)建適宜性評價(jià)的指標(biāo)體系并劃定漳州市耕地適宜性等級。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

漳州市位于福建省東南沿海地區(qū)(117°～118°E、23.5°～25°N)，東瀕臺(tái)灣海峽與廈門隔海相望，東北與泉州接壤，西北與龍巖相接，西南與廣東的汕頭毗鄰。漳州全市陸地面積1.26萬km2，占福建省的10.4%，海域面積1.86萬km2。漳州市地勢由北西向東南傾斜，地貌依次為中低山、丘陵臺(tái)地和沖海積平原，有福建省最大的平原——漳州平原。

1.2 數(shù)據(jù)

1.2.1 遙感數(shù)據(jù) 遙感數(shù)據(jù)為2009年11月Landsat TM數(shù)據(jù)假彩色合成影像(圖1)。

1.2.2 DEM數(shù)據(jù) DEM數(shù)據(jù)為SRTM DEM數(shù)據(jù)，SRTM(shuttle radar topography mission，分辨率90 m)主要是由美國太空總署(NASA)和國防部國家測繪局(NIMA)聯(lián)合測量。

1.2.3 土壤數(shù)據(jù) 本研究土壤數(shù)據(jù)是全國土壤數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)平臺(tái)，通過插值分析得到土壤酸堿度和土壤厚度的專題數(shù)據(jù)。圖2為漳州土壤pH值的專題數(shù)據(jù)圖和土壤厚度的專題數(shù)據(jù)圖。

1.3 技術(shù)路線

在收集土壤數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)以及遙感數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，選取合適的耕地適宜性評價(jià)因子并建立合理的評價(jià)指標(biāo)，應(yīng)用ArcGIS軟件提取評價(jià)因子的信息，參考相關(guān)文獻(xiàn)運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)法確定評價(jià)因子的權(quán)重并實(shí)現(xiàn)賦值分級。然后對各個(gè)評價(jià)因子進(jìn)行疊加分析并加權(quán)求和，在得到各單元的總分值后進(jìn)行分析，最后在此基礎(chǔ)上得出各評價(jià)單元的耕地適宜性等級。技術(shù)路線圖見圖3，評價(jià)指標(biāo)體系見圖4。

2 結(jié)果與分析

2.1 評級體系的確定

在耕地適宜性評價(jià)中，需要充分考慮到影響漳州市土地的耕地適應(yīng)性的各種因素。本研究選取的耕地適宜性評價(jià)因子主要是地形因素、土壤因素、水利因素。然后根據(jù)《土地評價(jià)綱要》以及《土地分等定級規(guī)程》將漳州市耕地適宜性分析結(jié)果分為高度適宜、一般適宜、條件適宜以及不適宜4個(gè)等級。對于這4個(gè)適宜性等級的劃分標(biāo)準(zhǔn)如下：

高度適宜：高度適宜區(qū)內(nèi)各項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)分值都比較高，各評價(jià)因子都具有使耕地能夠長久利用下去的特征。

一般適宜：一般適宜區(qū)是土地利用適宜度相對較低的地區(qū)。在該區(qū)內(nèi)各種評價(jià)因子分值較高，該區(qū)的土地基本符合耕地利用的特征和條件。

條件適宜：條件適宜區(qū)是土地利用適宜度很低，但能勉強(qiáng)用作耕地的區(qū)域，所以該區(qū)的土地利用具有較強(qiáng)的限制性。

不適宜：不適宜區(qū)是土地不適宜用作耕地的地區(qū)。

2.2 評價(jià)因子的選取

土地的耕地適宜性評價(jià)的關(guān)鍵在于評價(jià)因子的選取，評價(jià)因子選取的合理性直接關(guān)系到結(jié)果的合理性與科學(xué)性。參考《土地評價(jià)綱要》以及評價(jià)因子選定原則，結(jié)合漳州市的自然條件、土壤條件等情況，選取以下評價(jià)因子。

2.2.1 地形地貌 地形地貌是耕地適宜性分析必須考慮的因子，直接影響到農(nóng)作物的生長狀況以及土地質(zhì)量的優(yōu)劣。本研究選取了坡度和坡向作為評價(jià)因子，并根據(jù)這些因子來綜合分析漳州市土地的耕地適宜性。

2.2.1.1 坡度 坡度是單元的陡峭程度，是一個(gè)地面陡峭程度的定量表示。坡度影響到一個(gè)地區(qū)的水土流失狀況、土壤地表起伏狀況，所以是耕地適宜分析的一個(gè)重要因子。本研究設(shè)定坡度>25°的地區(qū)為不適宜區(qū)。

2.2.1.2 坡向 坡向?yàn)槠旅娣ň€在水平面上的投影方向，坡向?qū)τ谏降厣鷳B(tài)有較大的作用。漳州市很大一片區(qū)域?yàn)樯降?，所以選取坡向作為耕地適宜性分析的因子。本研究設(shè)定坡向?yàn)楸逼乱约拔鞅逼碌牡貐^(qū)為不適宜區(qū)。

2.2.2 土壤性狀 土壤性狀是影響土地質(zhì)量的重要因素。本研究根據(jù)土壤數(shù)據(jù)提取出土壤pH值、土壤厚度為耕地適宜性分析因子。

2.2.2.1 土壤pH值 不同的pH值對不同作物生長狀況的影響會(huì)不同。土壤pH值為6.5～7.5的中性范圍內(nèi)是耕地高度適宜的地區(qū)。

2.2.2.2 土壤深度 土壤的深度直接影響到土壤的含水量以及有機(jī)質(zhì)含量。土地最適宜耕地的深度為30～40 cm。

2.2.3 水利條件 水源是影響農(nóng)作物生長的主要限制因素。水源的遠(yuǎn)近程度在一定程度上決定了土地的適宜度，本研究利用遙感影像圖提取出河流信息并進(jìn)行距離分析，根據(jù)距離進(jìn)行分級。

2.2.4 評價(jià)因子權(quán)重的確定 綜合分析研究區(qū)的各類數(shù)據(jù)并參考相關(guān)文獻(xiàn)，通過適應(yīng)性評價(jià)指標(biāo)中選定的3類影響因素的5個(gè)評價(jià)因子建立分析模型，在此基礎(chǔ)上確定各評價(jià)因子的權(quán)重(表1)。

表1 各因素權(quán)重

2.3 評價(jià)因子專題數(shù)據(jù)的生成

確定各因子的權(quán)重后需要對各因子進(jìn)行賦值分級。各專題數(shù)據(jù)圖層以及分級賦值結(jié)果如下。

2.3.1 坡度 利用DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行坡度分析并提取漳州市的坡度信息，再結(jié)合評價(jià)因子的賦值分級表并根據(jù)其屬性值對坡度因子進(jìn)行賦值分級(表2、圖5)。

表2 坡度賦值分級

2.3.2 坡向 利用DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行坡向分析并提取漳州市的坡向信息，再結(jié)合評價(jià)因子的賦值分級表并根據(jù)其屬性值對坡向因子進(jìn)行賦值分級(表3、圖6)。

2.3.3 土壤pH值 對土壤數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理，并對其結(jié)果進(jìn)行分析處理，獲取其pH值信息圖。最后，利用評價(jià)因子賦值分級表進(jìn)行賦值分級。表4、圖7分別為土壤pH值賦值和土壤pH值。

2.3.4 土壤深度 對土壤數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理，并對其結(jié)果進(jìn)行分析，獲取其土壤深度信息圖。最后，利用評價(jià)因子賦值分級表進(jìn)行賦值分級。表5與圖8分別為分級表和土壤深度圖。

2.3.5 水利條件 基于處理好的遙感影像運(yùn)用矢賦值的方法提取研究區(qū)內(nèi)主要的河流，對提取后的數(shù)據(jù)進(jìn)行距離分析并進(jìn)行賦值分級。表6為賦值分級表，圖9為水體的賦值分級圖。

表3 坡向賦值分級

2.4 評價(jià)結(jié)果分析

根據(jù)漳州市土地的耕地適宜性分析中選定的評價(jià)因子的權(quán)重，將坡度、坡向、水利、土壤pH值以及土壤深度進(jìn)行加權(quán)求和得到綜合分析的結(jié)果。將得到的結(jié)果進(jìn)行重分類，綜合分值≥90的為高度適宜區(qū)；80～<90的為一般適宜區(qū)；70～<80到的為條件適宜區(qū)；<70的為不適宜區(qū)。其中，高度適宜耕作地區(qū)的土地面積約為1 267.65 km2，一般適宜耕作地區(qū)的土地面積約為884.02 km2，條件適宜耕作地區(qū)的土地面積約為3 123.36 km2，不適宜地區(qū)的土地面積約為 6 043.41 km2(圖10、表7)。

表4 土壤pH值賦值分級

表5 土壤深度賦值分級

表6 水體賦值分級

表7 土地分級面積統(tǒng)計(jì)

2.4.1 高度適宜區(qū) 根據(jù)分析結(jié)果，耕地的高度適宜區(qū)的像元個(gè)數(shù)為1 565個(gè)，面積為1 267.65 km2，占漳州市總面積的11.20%。耕地高度適宜區(qū)分布在漳州市中東部地區(qū)，涉及長泰縣與漳州市區(qū)的交界區(qū)域、漳浦縣的東部地區(qū)和云霄縣的南部地區(qū)。

2.4.2 一般適宜區(qū) 根據(jù)分析結(jié)果，耕地的一般適宜區(qū)的像元個(gè)數(shù)為1 042個(gè)，面積為884.02 km2，占漳州市總面積的7.81%。耕地一般適宜區(qū)主要分布在漳州市南部地區(qū)，涉及漳浦縣的西北部地區(qū)以及長泰縣的南部地區(qū)。

2.4.3 條件適宜區(qū) 根據(jù)分析結(jié)果，耕地的條件適宜區(qū)的像元個(gè)數(shù)為3 856個(gè)，面積為3 123.36 km2，占漳州市總面積的27.60%。耕地條件適宜區(qū)主要分布在漳州市的北部地區(qū)以及部分沿海地區(qū)，涉及平和縣的中部地區(qū)、南靖縣的東部地區(qū)以及華安縣的北部地區(qū)。

2.4.4 不適宜區(qū) 根據(jù)分析結(jié)果，耕地的不適宜區(qū)的像元個(gè)數(shù)為7 461個(gè)，面積為6 043.41 km2，占漳州市總面積的53.39%。耕地條件適宜區(qū)主要分布在漳州市西北部、東北部以及西南部沿海地區(qū)，涉及詔安縣西部、平和縣的西北部、南靖縣的北部以及長泰縣的西部和東部。

3 討論與結(jié)論

在對漳州市土地的耕地適宜性分析中，本研究選取的主要因素有坡度、坡向、水體、土壤pH值、土壤深度信息，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行賦值分級，然后賦予評價(jià)因子權(quán)重，通過疊加分析得出漳州市的耕地適宜分級圖。結(jié)果表明，耕地高度適宜地區(qū)主要集中在長泰縣與漳州市區(qū)的平原地區(qū)以及漳浦縣的東部和云霄縣的南部地區(qū)，共計(jì)1 267.65 km2，占漳州市總體面積的11.20%，該地區(qū)地勢平坦，水系發(fā)達(dá)，土壤條件適宜，最適宜作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。耕地一般適宜地區(qū)主要集中在漳浦縣的西北部以及長泰縣的南部地區(qū)，共計(jì)884.02 km2，占漳州市總面積的7.81%，該地區(qū)地勢較平坦，水系發(fā)達(dá)，土壤條件較適宜，可作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)地區(qū)。耕地條件適宜地區(qū)主要集中在漳州市的北部以及部分沿海地區(qū)，涉及平和縣的中部、南靖縣的東部以及華安縣的北部地區(qū)，共計(jì)3 123.36 km2，占漳州市總面積的27.60%，雖然該地區(qū)土壤條件合適，但該地區(qū)多為丘陵，所以耕地適宜性較低。不適宜地區(qū)主要集中在漳州市西北部、東北部以及西南部沿海地區(qū)，涉及詔安縣西部、平和縣的西北部、南靖縣的北部以及長泰縣的西部和東部，共計(jì) 6 043.41 km2，占漳州市總面積的53.39%，該地區(qū)地勢高，坡度大，河流流經(jīng)區(qū)較少，不宜用作耕地。

在漳州市耕地適宜性分析的試驗(yàn)過程中存在一些問題，適宜性分析的因子較少，后續(xù)考慮增加其他因素。定性和定量的方法貫穿于大多數(shù)耕地適宜性評價(jià)的過程，權(quán)重指數(shù)和法、層次分析法、模糊綜合評價(jià)法等數(shù)學(xué)模型的使用，3S技術(shù)的廣泛使用以及各種技術(shù)和方法相結(jié)合將會(huì)共同推動(dòng)耕地適宜分析的發(fā)展。