基于ArcGIS的浦江縣玉米種植適宜性評(píng)價(jià)

顧興麗 岑雨欣

（西華師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，四川 南充 637009）

0 引言

土地適宜性分析是一種土地評(píng)估方法，可以確定特定作物生產(chǎn)的主要限制因素，是制訂土地利用計(jì)劃、保護(hù)農(nóng)業(yè)用地和優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)的第一步。同時(shí)，開展土地適宜性分析使決策者能夠開發(fā)用于提高土地生產(chǎn)力的作物管理系統(tǒng)。近幾十年來(lái)，我國(guó)部分地區(qū)土地資源逐漸退化，因此，有必要評(píng)估和確定我國(guó)各地土地開發(fā)利用的潛力和局限性，以通過(guò)種植特定作物等方式提高土地生產(chǎn)力。

目前，國(guó)外諸多學(xué)者針對(duì)農(nóng)作物種植土地進(jìn)行了適宜性評(píng)價(jià)。例如，學(xué)者對(duì)伊朗北部Gonbad-Kavous地區(qū)的蠶豆種植適宜性評(píng)價(jià)，對(duì)伊朗西北部的油菜籽生產(chǎn)適宜性評(píng)價(jià)，以及對(duì)土耳其丘陵地帶的農(nóng)業(yè)適宜性評(píng)價(jià)。我國(guó)相關(guān)學(xué)者也對(duì)此開展了許多研究。例如，歐業(yè)寧等對(duì)貴州省福泉市典型喀斯特地區(qū)茶樹種植開展適宜性評(píng)價(jià)，建立了不受人為因素影響的數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)模型；蔣玉梅等對(duì)廣西壯族自治區(qū)桂林市羅漢果種植地的適宜性進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果表明桂林市半山坡和丘陵地帶更適宜種植羅漢果；習(xí)文勇等結(jié)合層次分析法和模糊數(shù)學(xué)方法，對(duì)湖北省通山縣柑橘種植適宜性建立了評(píng)估模型；陳蕾等運(yùn)用生態(tài)位適宜度模型對(duì)江西省土地的茶葉種植適宜性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

玉米是世界總產(chǎn)量最高的農(nóng)作物，可作為人類食物和動(dòng)物飼料。在伊朗等國(guó)家，大于15%的玉米用作人類食品，約85%用作動(dòng)物飼料。玉米粒含有約5%的脂肪、10%的蛋白質(zhì)、75%的淀粉、1%～3%的糖以及纖維和礦物質(zhì)。玉米是一種優(yōu)質(zhì)谷類作物，在世界范圍內(nèi)廣泛種植。然而，玉米種植需要一定的環(huán)境條件，包括土壤（鈣質(zhì)、鹽堿和鈉質(zhì)土壤）、氣候和地形。鈣質(zhì)、鹽堿和鈉質(zhì)土壤分別以高碳酸鈣當(dāng)量和pH值（pH值＞7.5）、高電導(dǎo)率（＞ 4 S/m）和高鈉（＞15%）而聞名。由此可見，玉米種植對(duì)環(huán)境條件要求較高。但其又因具有生長(zhǎng)周期短、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)，帶來(lái)的收入非?？捎^，因此，推廣種植玉米意義重大。

筆者以浦江縣為研究區(qū)域，根據(jù)水、肥、氧和侵蝕力4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)要素間的實(shí)際關(guān)系，計(jì)算得到各因子的權(quán)重和貢獻(xiàn)函數(shù)值，運(yùn)用ArcGIS進(jìn)行疊加分析和加權(quán)求和，對(duì)浦江縣各地玉米種植適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)。該研究對(duì)浦江縣的玉米種植地選取有一定的借鑒意義。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

浦江縣位于我國(guó)浙江省中部（119°42′～120°07′E，29°21′～29°41′N），面積920 km，北部以低山丘陵為主，南部以河谷、盆地為主，地形整體由西北向東南傾斜。浦江縣為亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均溫 16.8 ℃，全年光照充足，年平均無(wú)霜期248 d，年平均日照時(shí)間1 762.1 h。該地最冷月平均氣溫4.6 ℃，最熱月平均氣溫28.6 ℃；降水較為充足，年均降水量 1 470.4 mm；但由于季風(fēng)交替，干濕季較為明顯，雨季為3—9月，雨季降水量占全年總降水量的76%，年平均蒸發(fā)量為1 306.3 mm。此外，浦江縣耕地面積共 8 604.32 hm，其 中 水 田 最 多，占81.13%，面 積 約 6 980.73 hm；旱地占18.87%，面積約1 623.59 hm。該地現(xiàn)有葡萄、山地蔬菜、茶葉、桃形李、香榧等五大產(chǎn)值過(guò)億農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，有“江南吐魯番”之稱。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

該研究中使用的浦江縣高程數(shù)據(jù)來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)（http://www.gscloud.cn），土地分析數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心（http://www.resdc.cn）。

1.3 研究方法

1.3.1 確定評(píng)價(jià)對(duì)象的影響因素和因子。根據(jù)玉米生長(zhǎng)特點(diǎn)，選取水源、土層厚度、有機(jī)質(zhì)含量、土壤孔隙度、土壤質(zhì)地和地形坡度作為供水、供肥、供氧和抗侵蝕力等評(píng)價(jià)對(duì)象的影響因子，如圖1所示。

1.3.2 計(jì)算各因素的權(quán)重和貢獻(xiàn)函數(shù)值。

1.3.2 .1 因素權(quán)重計(jì)算。因?yàn)楦饔绊懸蜃樱?1，2，3，4）對(duì)評(píng)估目標(biāo)的貢獻(xiàn)大小和適用性是不同的，所以可以認(rèn)為各個(gè)級(jí)別的因子對(duì)于評(píng)估目標(biāo)的貢獻(xiàn)函數(shù)值（P）也是不同的。權(quán)重（）的計(jì)算方法是將4個(gè)因素按重要性排隊(duì)，、、、按倍數(shù)關(guān)系比較相互之間的重要性：即令的重要性為1；的重要性同，為1；的重要性是重要性的2倍；的重要性是重要性的4倍。即各影響因子F對(duì)應(yīng)的權(quán)重：=0.67，=0.17，=0.08，=0.08。

1.3.2 .2 貢獻(xiàn)函數(shù)值計(jì)算。根據(jù)不同的影響因子，可以確定貢獻(xiàn)函數(shù)的數(shù)值。通常把最適合指標(biāo)的函數(shù)貢獻(xiàn)值設(shè)為100，把最不適合指標(biāo)的函數(shù)貢獻(xiàn)值設(shè)為0，則各個(gè)等級(jí)的分值分別為：=100，=67，=33，=0。例如，對(duì)供肥因素，按照上面4個(gè)等級(jí)，最適合的土壤有機(jī)質(zhì)貢獻(xiàn)函數(shù)值是100，最不適合的土壤有機(jī)質(zhì)貢獻(xiàn)函數(shù)值是0。也就是，土壤為水稻土的最適合，指標(biāo)貢獻(xiàn)函數(shù)為=100（供肥為一級(jí)）；土壤為黃壤、紫色土的較適合，指標(biāo)貢獻(xiàn)函數(shù)為=67（供肥為二級(jí)）；土壤為紅壤、石灰?guī)r土的勉強(qiáng)適合，指標(biāo)貢獻(xiàn)函數(shù)為=33（供肥為三級(jí)）；土壤為粗骨土的不適合，指標(biāo)貢獻(xiàn)函數(shù)為=0（供肥為四級(jí)），如表1所示。

表1 各因素的賦值等級(jí)

圖1 評(píng)價(jià)對(duì)象的影響因素和因子

1.3.2.3 土地適宜性評(píng)價(jià)計(jì)算。根據(jù)各因素的賦值等級(jí)對(duì)應(yīng)的指標(biāo)，將不同土地質(zhì)量數(shù)據(jù)R劃分為相應(yīng)的等級(jí)，就可以計(jì)算出基于柵格單元的評(píng)價(jià)分值，如公式1所示。

式（1）中：為因素；為因子。計(jì)算過(guò)程如表2。

表2 各因素的權(quán)重和貢獻(xiàn)函數(shù)值

1.4 技術(shù)路線

在收集浦江縣相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用專家經(jīng)驗(yàn)法選取土地適宜性評(píng)價(jià)的指標(biāo)，運(yùn)用ArcGIS軟件計(jì)算評(píng)價(jià)因子數(shù)據(jù)，對(duì)每個(gè)評(píng)價(jià)因子進(jìn)行疊加分析和加權(quán)求和，最后得到浦江縣各單元的適宜性評(píng)價(jià)總分。技術(shù)路線見圖2。

2 結(jié)果與分析

根據(jù)浦江縣土地的耕地適宜性分析中選定的評(píng)價(jià)因子的權(quán)重，對(duì)供水、供肥、供氧與抗侵蝕4個(gè)因子進(jìn)行加權(quán)求和并進(jìn)行重分類，綜合分值≥60的等級(jí)為較好，即高度適宜區(qū)；位于［40，60）區(qū)間的等級(jí)為優(yōu)良，即一般適宜區(qū)；位于［20，40）區(qū)間的等級(jí)為中等，即條件適宜區(qū)；＜20的等級(jí)為差，即不適宜區(qū)。

由表3可知，浦江縣旱地玉米種植適宜性評(píng)價(jià)差的為0.16 km，占旱地總面積的1%；中等的為 5.29 km，占旱地總面積的41%；優(yōu)良的為6.50 km，占旱地總面積的51%；較好的為0.87 km，占旱地總面積的7%。總體來(lái)說(shuō)，浦江縣旱地適合種植玉米。

表3 浦江縣旱地面積玉米種植適宜性

圖2 研究框架

耕地高度適宜地區(qū)主要集中在浦江縣東南部仙華街道、鄭家塢鎮(zhèn)的平原地區(qū)及花橋鄉(xiāng)西南部地區(qū)，像元個(gè)數(shù)為38個(gè)，共計(jì)0.87 km，占旱地總面積的7%。該地區(qū)地勢(shì)平坦，便于開展農(nóng)業(yè)活動(dòng)，土壤肥沃，可為玉米的生長(zhǎng)提供充足的養(yǎng)分；且位于東南季風(fēng)的迎風(fēng)坡向，水熱條件佳，所以適宜進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

耕地一般適宜地區(qū)主要集中在北部的檀溪鎮(zhèn)、中余鄉(xiāng)以及東南部的巖頭鎮(zhèn)、鄭宅鎮(zhèn)和白馬鎮(zhèn)，像元個(gè)數(shù)為360個(gè)，共計(jì)6.50 km，占旱地總面積的51%。該地區(qū)面積較大，地勢(shì)也較為平坦，較適合農(nóng)田開墾，水熱條件也都較好，適宜玉米等農(nóng)作物的生長(zhǎng)，可作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)地區(qū)。

耕地條件適宜地區(qū)主要集中在東南部渭南街道和黃宅鎮(zhèn)，像元個(gè)數(shù)為293個(gè)，共計(jì)5.29 km，占旱地總面積的41%。該地區(qū)土壤條件合適，但地塊較為破碎，不適宜開展農(nóng)業(yè)活動(dòng)，所以耕地適宜性較低。

不適宜地區(qū)主要集中在浦江縣西北部山地，涉及虞宅鄉(xiāng)和大畈鄉(xiāng)，像元個(gè)數(shù)為9個(gè)，共計(jì)0.16 km，占旱地總面積的1%。該地區(qū)地形起伏較大，距離水源地較遠(yuǎn)，作物灌溉成本較高，不宜用作耕地。

3 結(jié)論

浦江縣旱地玉米種植適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果為差的面積為0.16 km，占旱地總面積的1%；中等的為5.29 km，占旱地總面積的41%；優(yōu)良的為6.50 km，占旱地總面積的51%；較好為0.87 km，占旱地總面積的7%?？傮w來(lái)說(shuō)，浦江縣旱地適合種植玉米。此外，評(píng)價(jià)因子的選取還有待補(bǔ)充，評(píng)價(jià)因子的量化還有待進(jìn)一步研究與討論。