黔東玉屏縣山區(qū)土地質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)方法研究

吳 勇，鐘雪梅，李友謨

(桂林理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林 541004)

土地資源作為不可再生能源一直廣受社會(huì)重視，伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生產(chǎn)用地需求日益加大，人們不再滿足于土地面積上的廣，而更重視土地質(zhì)量的優(yōu)。因此將山區(qū)土地質(zhì)量進(jìn)行等級(jí)評(píng)價(jià)劃分，對(duì)土地管理和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有積極的作用。對(duì)于土地的質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)在國(guó)內(nèi)外一直都是關(guān)注的熱點(diǎn)，我國(guó)雖然起步晚但是成果多，以往成果主要在城鎮(zhèn)土地質(zhì)量等級(jí)劃分，而山區(qū)土地質(zhì)量等級(jí)劃分較少。自FAO(聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織)1976年頒布了《土地評(píng)價(jià)綱要》起，國(guó)外土地質(zhì)量評(píng)價(jià)進(jìn)入全球合作統(tǒng)一框架里程[2]，隨著遙感技術(shù)和3S技術(shù)的廣泛應(yīng)用土地質(zhì)量評(píng)價(jià)進(jìn)入了整體量化階段，評(píng)價(jià)的結(jié)果也越來越客觀有效。

黔東的玉屏侗族自治縣是一個(gè)以山地丘陵為主的農(nóng)業(yè)大縣，山區(qū)農(nóng)田伴隨著河谷分割而出現(xiàn)立體化的種植結(jié)構(gòu)。山區(qū)土地的坡度和坡向，直接影響了太陽光照對(duì)種植區(qū)域的時(shí)間和強(qiáng)度?，F(xiàn)階段分級(jí)管理的基本農(nóng)田保護(hù)只是進(jìn)行了基本的定性劃定，土地的質(zhì)量要求并沒有得到保證[1]，文通過提取山區(qū)土地坡度、坡向數(shù)據(jù)，利用GIS的空間分析功能，為山區(qū)土地質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)提供了定性定量的信息，對(duì)研究區(qū)合理利用土地資源有一定的參考應(yīng)用價(jià)值。

1 研究區(qū)概況

貴州玉屏侗族自治縣是全國(guó)五個(gè)侗族自治縣之一，素有“黔東門戶”稱謂。位于北緯27°7/～27°31′，東經(jīng)108°47′～109°09′之間(圖1)。土地總面積504.61km2，東西寬36km，南北長(zhǎng)42km。境內(nèi)土類主要為黃壤、石灰土、紅壤、紫色土、潮土和水稻土六類。受地形地貌和成土母質(zhì)影響，區(qū)域內(nèi)土壤區(qū)域具有水平分帶和垂直特征。研究區(qū)位于貴州高原東部，境內(nèi)西高東低，處于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)和華南褶皺帶過渡區(qū)域，伴隨北西發(fā)育的張節(jié)理和裂隙在地表附近發(fā)育成溶蝕溝谷[3]，研究區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，年平均氣溫16.5攝氏度，年降雨量1170.4mm，年日照時(shí)數(shù)1200h，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑。境內(nèi)多重晶石鉛鋅礦。

貴州省坡耕地主要集中在6°～25°之間，合理利用此類耕地成為貴州農(nóng)業(yè)開發(fā)的最優(yōu)選擇。銅仁市坡耕地(6°～25°)占總耕地的6成以上[4]，研究區(qū)全縣土地利用主要集中在耕地、草地和林地三個(gè)方面，面積分別為11980.71km2、15957.00km2和20135.79km2，分別占總面積的23.74%、31.62%、39.90%[5]。基于耕地緊張且坡度問題日益嚴(yán)峻，因此通過山區(qū)土地質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)指導(dǎo)坡耕地分級(jí)分區(qū)發(fā)展成為可行手段。

圖1 玉屏縣地形圖

2 山區(qū)土地質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

研究區(qū)所用地形數(shù)據(jù)來自于中國(guó)科學(xué)院地理空間數(shù)據(jù)云的GDEMDEM 30M 分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù)，使用ArcGIS軟件進(jìn)行坡向、坡度地形因子提取。利用重分類工具進(jìn)行區(qū)域柵欄圖像賦值，經(jīng)過權(quán)重系數(shù)疊加后利用柵格計(jì)算器得到山區(qū)土地質(zhì)量等級(jí)柵格圖像。

對(duì)山區(qū)進(jìn)行土地質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)因子選擇因考慮易獲取性原則，通常由于獨(dú)特的地理結(jié)構(gòu)限制，一般采用遙感圖像解譯分析來獲取質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)因子。采用的評(píng)價(jià)因子[6]應(yīng)滿足以下原則：①客觀可行。選取因子因科學(xué)客觀，能客觀真實(shí)反應(yīng)其對(duì)整體評(píng)價(jià)的影響。②穩(wěn)定性。指標(biāo)不能在評(píng)價(jià)服務(wù)年限發(fā)生較大變化，因具有實(shí)用價(jià)值。③可比性原則。評(píng)價(jià)因子因考慮在空間分布上具有可比性和時(shí)效性。研究區(qū)質(zhì)量評(píng)價(jià)因子選取了坡向和坡度為評(píng)價(jià)因子卻沒有選擇海拔，主要因?yàn)樯降貎?nèi)坡度越大地塊平整度越差，但是和海拔之間沒有明顯的聯(lián)系，有的地區(qū)海拔達(dá)到600m，但仍屬土地平整的平壩且適合農(nóng)業(yè)耕作。坡度也與農(nóng)用地等級(jí)存在著一定的相關(guān)性，隨著地形從平壩轉(zhuǎn)向丘陵和橫斷山區(qū)，坡度不斷增大，農(nóng)用地等級(jí)也隨著由高轉(zhuǎn)低[7]。云南省山區(qū)糧食產(chǎn)量與坡度與坡向呈顯著相關(guān)性，對(duì)糧食產(chǎn)量具有顯著的負(fù)向影響[8]。

2.1 山區(qū)質(zhì)量等級(jí)評(píng)量模型

將坡向、坡度指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行五分賦值，將指標(biāo)因子代入綜合指標(biāo)模型并通過權(quán)重系數(shù)分配，得到的加權(quán)疊加值反映了山區(qū)土地質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)分值。公式1如下：

公式中：P為山區(qū)土地質(zhì)量評(píng)價(jià)分值；n為評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)；i為評(píng)價(jià)項(xiàng)目；bi為第i個(gè)指標(biāo)的量化分值；wi為第i個(gè)指標(biāo)權(quán)重。

2.2 耕地坡向的評(píng)量指標(biāo)

坡向影響植物的日照時(shí)間，研究區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，坡向的北面較南面日照時(shí)間變少，受陽光輻射也相對(duì)較少。將耕地坡向按照坡度分為北(0°～22.5°、337.5°～360°)、西北(292.5°～337.5°)和東北(22.5°～67.5°)、東(67.5°～112.5°)和西(247.5°～292.5°)、西南(202.5°～247.5°)和東南(112.5°～157.5°)、南(157.5°～202.5°)，量化分值為1、2、3、4、5。

2.3 耕地坡度的評(píng)價(jià)指標(biāo)

在重慶地區(qū)的土壤質(zhì)量研究評(píng)價(jià)指標(biāo)中，坡度與pH相關(guān)性[9]顯著(P<0.005)，坡度可以在一定程度上作為衡量土壤理化指標(biāo)的替代。坡度是山區(qū)水土流失的直接原因，可以通過土壤侵蝕降低表層土壤厚度導(dǎo)致土壤肥力下降[10]。伴隨著坡度的增大，水土流失和土壤侵蝕強(qiáng)度和發(fā)生率也隨之顯著變大[11]，其通過局部地表傾斜程度改變從而影響地表對(duì)日照能力的轉(zhuǎn)換，制約了生產(chǎn)力布局[12]。

根據(jù)《GBT28407-2012農(nóng)用地質(zhì)量等級(jí)分等規(guī)程》對(duì)于山地丘陵地區(qū)坡度的分類，將山地的坡度分為陡坡(≥25°)、急坡(15°～25°)、漫坡(6°～15°)、緩坡(2°～6°)、≤2°，量化分值為1、2、3、4、5。

2.4 指標(biāo)權(quán)重選擇及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

確定指標(biāo)權(quán)重的方法主要有因素法、層次分析法、主成分分析法、熵權(quán)法和專家推薦法，本次參與評(píng)價(jià)指標(biāo)較少，采用專家推薦。權(quán)重選擇參考同山區(qū)地形地區(qū)[13]，坡向和坡度的權(quán)重為0.35和0.65。坡度和坡向的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

山地質(zhì)量等級(jí)按照分值分為不宜區(qū)域、一般區(qū)域和最佳區(qū)域，其分值分別為0～3、3～4、4～5。

表1 指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3 山區(qū)土地質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)分析

3.1 玉屏縣土地坡向特征

通過ArcGIS的Spatial Analyst工具對(duì)DEM(數(shù)字高程模型)圖重分類后得到坡向圖2。坡向是相對(duì)于平地任何一點(diǎn)的最大高程變化方位，坡向值為0°則表示為正北方位角，按順時(shí)針方向360°定性劃分方位角[14]。

圖2 玉屏縣土地坡向圖

3.2 玉屏縣土地坡度特征

通過ArcGIS對(duì)DEM(數(shù)字高程模型)圖重分類后得到坡向圖3。坡度是過該點(diǎn)的切平面與水平地面的夾角，指示著該點(diǎn)傾斜程度。本地區(qū)屬于云貴高原東延過渡區(qū)域，由坡度圖可以看出坡度<2°的地塊零星分布于全縣且受舞陽河水流動(dòng)力切割控制基本形狀。大部分區(qū)域?qū)儆诼潞图倍钙隆?/p>

3.3 玉屏縣山地質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)

按照上述土地的坡向和坡度指標(biāo)分值，建議對(duì)玉屏縣山地劃分為三類等級(jí)

(1)不宜區(qū)域：土地的坡向和坡度指標(biāo)分值為0～3分，此類區(qū)域在研究區(qū)分布廣泛，占土地面積的45%。坡度較大且多呈南面。植被覆蓋度小，生態(tài)環(huán)境較敏感。因注意其土壤質(zhì)量退化引起的石漠化問題。對(duì)此類地勢(shì)起伏較大且光照時(shí)間較差區(qū)域應(yīng)本著生態(tài)環(huán)境保護(hù)的原則適度開發(fā)利用，建議實(shí)行退耕還林還草。

(2)一般區(qū)域：其土地的坡向和坡度指標(biāo)分值為3～4分，此類區(qū)域約占半數(shù)，廣泛分布于全縣。屬于不宜區(qū)域與最佳區(qū)域的過渡地區(qū)。此類地區(qū)滿足日照要求，土地平整度較低，人口密度相對(duì)較大。但由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成的建設(shè)用地緊張和農(nóng)業(yè)集約化生產(chǎn)將用地需求主要投向該區(qū)域。將來本區(qū)域工作的重點(diǎn)應(yīng)以提升耕地平整度為主農(nóng)業(yè)化發(fā)展為抓手，促進(jìn)高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田農(nóng)田建設(shè)和產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)落地。

圖3 玉屏縣土地坡度圖

(3)最佳區(qū)域：其土地的坡向和坡度指標(biāo)分值為4～5分，此類區(qū)域占比較小為8%，零星分布于各鄉(xiāng)鎮(zhèn)。地形相對(duì)平坦且日照適合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，區(qū)域內(nèi)交通和水利基礎(chǔ)建設(shè)發(fā)達(dá)，適合以此類用地作為高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)示范區(qū)域，大力發(fā)展綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)。但需注意坡度較緩地區(qū)可能由于水分排泄不暢造成的土地次生鹽化[15]。

從圖4中柵格數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，不宜區(qū)域約占總面積的45%，一般區(qū)域約占總面積的47%，最佳區(qū)域約占總面積的8%。其中不宜區(qū)域主要分布于研究區(qū)西南部的新店鄉(xiāng)及平溪鎮(zhèn)，以及朱家廠鎮(zhèn)的東部區(qū)域。一般區(qū)域廣泛分布于全縣的各區(qū)域，其中海拔相對(duì)較其它地方高的東北部同樣也是該縣的水稻種植主產(chǎn)區(qū)。最佳區(qū)域位于亞魚鄉(xiāng)以及朱家廠鎮(zhèn)的西南部，同樣也是水稻種植優(yōu)產(chǎn)區(qū)。

圖4 玉屏縣山地質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)圖

4 結(jié)論

玉屏縣山區(qū)土地質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)顯示整體上適宜農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的區(qū)域較少，因此針對(duì)此次區(qū)劃作出一定農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展具有意義。對(duì)于一般區(qū)域采取在合適坡度周圍進(jìn)行喬木、灌木與草結(jié)合的種植模式，防治水土流失。對(duì)于不宜區(qū)域因警惕因坡度較大帶來的次生山地石漠化，多進(jìn)行低矮草本植物和灌木的種植，力爭(zhēng)建為生態(tài)恢復(fù)和水源涵養(yǎng)區(qū)。對(duì)于最佳區(qū)域因開發(fā)與保護(hù)雙結(jié)合，保護(hù)來之不易的優(yōu)質(zhì)土地資源。針對(duì)山區(qū)地區(qū)進(jìn)行的土地質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)，下階段可以考慮將土壤理化性質(zhì)和土壤重金屬的加入建成一個(gè)評(píng)價(jià)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，增加與同山地區(qū)域土地質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果的橫向比較，還可以通過大數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，避免因?yàn)樯襟w地質(zhì)災(zāi)害而導(dǎo)致的不確定性農(nóng)業(yè)損失。