基于GIS的涼州區(qū)耕地生產(chǎn)潛力評(píng)價(jià)

袁政祥，王 祎，蔡立群

（1.甘肅省武威市涼州區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心土肥站，甘肅 武威 733000；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

耕地生產(chǎn)潛力研究是科學(xué)配置耕地資源、提高耕地利用效率、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，我國(guó)許多學(xué)者對(duì)土地潛力進(jìn)行了大量的研究［1］。20世紀(jì)70年代，陳明榮在考慮溫度和水分條件下，探討了土地潛力［2］，后經(jīng)過(guò)眾多研究者的努力，逐漸形成了系統(tǒng)的指標(biāo)體系和研究方法［3］。近年來(lái)，許多學(xué)者將3S技術(shù)引入到土地潛力評(píng)價(jià)中［4～5］，進(jìn)一步完善了土地潛力評(píng)價(jià)體系，運(yùn)用GIS和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)信息的獲取、數(shù)據(jù)輸入及量化、評(píng)價(jià)單元的生成、評(píng)價(jià)因子分析、級(jí)別劃分、評(píng)價(jià)結(jié)果分析、面積量算及成果圖的輸出，乃至建成集成系統(tǒng)來(lái)支持評(píng)價(jià)工作的全過(guò)程，已成為當(dāng)前耕地生產(chǎn)潛力調(diào)查和質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要手段。

1 研究區(qū)概況

武威市涼州區(qū)地處甘肅省西北部，河西走廊東端，祁連山北麓，東經(jīng)101°59′35″～103°23′40″，北緯37°23′54″～38°12′14″。東西長(zhǎng)約122 km，南北寬約90 km。全區(qū)地形由西南向東北傾斜，西南和南部是祁連山區(qū)，海拔1 800～4 847m，面積2 407.34 km2，占總面積的38.97%；中部是走廊平原，有河灌區(qū)、井灌區(qū)，是該區(qū)的農(nóng)業(yè)區(qū)，也是河西走廊重要的商品糧生產(chǎn)基地，海拔1 440～1 800m，面積1 974.51 km2，占總面積的31.96%；東北和東部是沙漠地帶，海拔1 500～1 700m，面積1 795.49 km2，占總面積的29.07%。

2 資料與方法

2.1 研究資料

包括涼州區(qū)1∶5萬(wàn)比例尺地形圖及土壤圖、1∶10萬(wàn)行政區(qū)劃圖、1∶1萬(wàn)土地利用現(xiàn)狀圖，以及行政區(qū)基本情況數(shù)據(jù)、第二次土壤普查資料及相關(guān)資料、調(diào)查點(diǎn)基本情況及土壤化驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)、土壤典型剖面屬性數(shù)據(jù)、土地利用現(xiàn)狀地塊數(shù)據(jù)等。

2.2 研究方法

采用野外定點(diǎn)采樣。在涼州區(qū)范圍內(nèi)共獲取4 096個(gè)采樣點(diǎn)，室內(nèi)測(cè)試分析獲取包括pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀、有效磷等的十余種數(shù)據(jù)。將采樣點(diǎn)位圖與分析數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行鏈接，運(yùn)用Arcgis軟件的kriging插值法對(duì)各屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值，自動(dòng)生成各土壤養(yǎng)分屬性專(zhuān)題圖。對(duì)紙質(zhì)版的甘肅省涼州區(qū)第二次土壤普查報(bào)告進(jìn)行歸類(lèi)、分析和處理，采用微軟Access軟件錄入，建立mdb格式屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，并由該數(shù)據(jù)庫(kù)提取涼州區(qū)土壤分類(lèi)系統(tǒng)表，建立縣級(jí)土壤分類(lèi)系統(tǒng)和國(guó)家土壤分類(lèi)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)表。

2.2.1 評(píng)價(jià)單元的確定 在A(yíng)rcgis軟件中將土壤圖、土地利用圖和行政區(qū)劃圖進(jìn)行疊加求交，得到基礎(chǔ)管理單元圖?？紤]到系統(tǒng)的運(yùn)行效率和管理單元的破碎程度，將實(shí)體面積小于15 000m2的小多邊形與其相鄰的單元進(jìn)行合并，最終得到?jīng)鲋輩^(qū)耕地資源管理單元圖。經(jīng)系統(tǒng)計(jì)算，共生成21 210個(gè)管理單元，其中面積最小的管理單元為15 000.22m2，面積最大的為109 896 304.99m2，平均面積156 068.38m2。

2.2.2 評(píng)價(jià)因子及權(quán)重的確定 結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，選取對(duì)耕地生產(chǎn)潛力影響較大、區(qū)域內(nèi)變異明顯、在時(shí)間序列上具有相對(duì)穩(wěn)定性、與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有密切關(guān)系的10個(gè)因素，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)因子（圖1），進(jìn)一步采用層次分析法確定耕地生產(chǎn)潛力評(píng)價(jià)因子的權(quán)重（表1）。

圖1 涼州區(qū)耕地生產(chǎn)潛力評(píng)價(jià)因子層次結(jié)構(gòu)

表1 涼州區(qū)耕地生產(chǎn)潛力評(píng)價(jià)因子權(quán)重

2.2.3 評(píng)價(jià)因子隸屬度的確定 對(duì)于評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中概念性指標(biāo)隸屬度的確定不需要建立隸屬函數(shù)，依據(jù)這些指標(biāo)對(duì)耕地生產(chǎn)潛力的影響直接評(píng)分確定隸屬度。武威市涼州區(qū)概念性指標(biāo)包括灌溉模數(shù)、灌溉保證率、熟化層厚度、質(zhì)地構(gòu)型、障礙層類(lèi)型和地貌類(lèi)型，采用特爾斐法，直接對(duì)評(píng)價(jià)單元進(jìn)行模糊評(píng)價(jià)確定隸屬度。對(duì)其余5個(gè)數(shù)值型指標(biāo)采用特爾斐專(zhuān)家評(píng)估法，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)際值和代表生產(chǎn)力水平隸屬度（0～1值）間的隸屬函數(shù)關(guān)系，通過(guò)這種函數(shù)關(guān)系計(jì)算其隸屬度（表2）。

2.3 綜合指數(shù)的計(jì)算

耕地資源管理信息系統(tǒng)首先用加法模型計(jì)算得到每個(gè)管理單元的生產(chǎn)潛力評(píng)價(jià)得分IFI，然后提供了等距分級(jí)法和累計(jì)積曲線(xiàn)分級(jí)法來(lái)進(jìn)行耕地生產(chǎn)潛力的劃分。耕地生產(chǎn)潛力評(píng)價(jià)指數(shù)關(guān)系式為：IFI=b1X1+b2X2+b3X3…+bnXn

表2 涼州區(qū)耕地生產(chǎn)潛力數(shù)值性評(píng)價(jià)因子隸屬函數(shù)模型

圖2 涼州區(qū)耕地生產(chǎn)潛力等級(jí)

式中，IFI為耕地生產(chǎn)潛力指數(shù)；Xi為耕地自然屬性即參評(píng)因素；bi為該參評(píng)因素對(duì)耕地生產(chǎn)潛力的貢獻(xiàn)率，可采用層析分析法或?qū)＜以u(píng)估法求得。通過(guò)模糊評(píng)價(jià)每一個(gè)評(píng)價(jià)單元，求得每個(gè)評(píng)價(jià)單元的耕地生產(chǎn)潛力綜合指標(biāo)值，并依據(jù)綜合值確定了涼州區(qū)耕地生產(chǎn)潛力等級(jí)及其面積。

3 結(jié)果與分析

經(jīng)分析，涼州區(qū)耕地生產(chǎn)潛力評(píng)價(jià)的綜合指數(shù)分別是0.721、0.596、0.470、0.320，劃分為5個(gè)潛力區(qū)域，其對(duì)應(yīng)的潛力等級(jí)面積分別是：一級(jí)潛力耕地面積12510hm2，二級(jí)潛力耕地面積30300hm2，三級(jí)潛力耕地面積34560 hm2，四級(jí)潛力耕地面積12100 hm2，五級(jí)潛力耕地面積7860 hm2（表3）。

表3 涼州區(qū)耕地生產(chǎn)潛力等級(jí)綜合指數(shù)

采用地理信息系統(tǒng)數(shù)字制圖技術(shù)生成涼州區(qū)耕地生產(chǎn)潛力等級(jí)圖（圖2），可直觀(guān)地反映各潛力區(qū)域的分布和面積，便于指導(dǎo)合理利用耕地及作物生產(chǎn)。

4 小結(jié)與討論

1） 涼州區(qū)耕地生產(chǎn)潛力評(píng)價(jià)的綜合指數(shù)分別是0.721、0.596、0.470、0.320，其對(duì)應(yīng)的潛力等級(jí)面積分別是一級(jí)潛力耕地面積12510 hm2，二級(jí)潛力耕地面積30300 hm2，三級(jí)潛力耕地面積34560 hm2，四級(jí)潛力耕地面積12100 hm2，五級(jí)潛力耕地面積7860 hm2。

2）在涼州區(qū)，一到五級(jí)耕地均有分布，且各等級(jí)耕地地力存在顯著差異。不同地力等級(jí)的耕地限制因素不一樣，實(shí)踐中應(yīng)該根據(jù)各自的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，因地制宜采取具有針對(duì)性的措施，保證耕地資源的可持續(xù)利用。

［1］陳明榮.秦嶺的氣候與農(nóng)業(yè)［M］.西安：陜西人民出版社，1983.

［2］傅伯杰，陳利頂，馬 誠(chéng).土地可持續(xù)利用評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系與方法［J］.自然資源學(xué)報(bào)，1997，12（2）：112-118.

［3］ 史明昌，孫保平，孫立達(dá)，等.地理信息系統(tǒng)支持下土地評(píng)價(jià)專(zhuān)家模型的研究［J］.北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，18（4）：50-56.

［4］ 黨安榮，閻守琶，吳宏歧，等.基于GIS的中國(guó)土地生產(chǎn)潛力研究［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2000，20（6）：910-915.

［5］ 張 軍，陳 英，程文仕，等.榆中縣土地利用的景觀(guān)格局分析［J］.甘肅農(nóng)業(yè)科技，2008（6）：3-8.