基于GIS的黃山市屯溪區(qū)耕地地力評(píng)價(jià)研究

徐兵兵,何 方,鄧新文,凌彬青

（1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230036；2.屯溪區(qū)農(nóng)技推廣中心，安徽 黃山 245000）

0 引 言

在黃山市旅游業(yè)快速發(fā)展之際，其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也備受注重。通過(guò)研究分析耕地地力等級(jí)，可以因地制宜來(lái)發(fā)展當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)，從而對(duì)優(yōu)化農(nóng)業(yè)種植布局起到引導(dǎo)作用，進(jìn)而提高屯溪區(qū)的農(nóng)業(yè)效益。對(duì)屯溪區(qū)的耕地地力進(jìn)行的評(píng)價(jià)具有重要的意義，主要表現(xiàn)為：一是掌握該區(qū)的耕地地力的空間分布情況及生產(chǎn)的潛力；二是探索適宜山區(qū)的耕地地力評(píng)價(jià)模型，讓評(píng)價(jià)結(jié)果更為精確，從而保證科學(xué)化的施肥；三是可以指導(dǎo)當(dāng)?shù)胤N植業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整。

本文采用2012年的土壤調(diào)查分析數(shù)據(jù)，利用ArcGIS和縣域耕地資源管理系統(tǒng)軟件相結(jié)合，對(duì)耕地地力與養(yǎng)分狀況進(jìn)行綜合性分析研究，針對(duì)屯溪區(qū)建立適宜山地的評(píng)價(jià)模型，通過(guò)層次分析法評(píng)價(jià)耕地地力等級(jí)情況，其結(jié)果用圖表形式表達(dá)，從而更為直觀地顯示地力及養(yǎng)分狀況的分布特點(diǎn),為耕地的科學(xué)管理提供指導(dǎo)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

屯溪區(qū)是黃山市的中心城區(qū)，該區(qū)位于新安江上游與橫江交匯處的徽州盆地南部，總面積249平方公里，耕地面積約2.40萬(wàn)畝。其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要種植的作物有水稻、油菜，其它作物有玉米、花生、芝麻、薯類、豆類、蔬菜及茶葉等，各種作物豐富了屯溪區(qū)的農(nóng)業(yè)與自然景觀相協(xié)調(diào)的格局。

2 評(píng)價(jià)分析方法

2.1 評(píng)價(jià)分析的調(diào)查方法

依據(jù)屯溪區(qū)的實(shí)際情況，該耕地地力評(píng)價(jià)調(diào)查樣點(diǎn)的布設(shè)采取了如下原則。

1.代表性原則

本次調(diào)查的特點(diǎn)是在第二次土壤普查的基礎(chǔ)上，結(jié)合不同土壤類型、土地利用方式以及土壤肥力和生產(chǎn)力的變化狀況，具有代表性和分布均勻性。

2.典型性原則

樣品的采集和調(diào)查必須能夠正確反映樣點(diǎn)的土壤肥力變化和土地利用方式的變化。因此，采樣點(diǎn)必須布設(shè)在利用方式相對(duì)穩(wěn)定，沒(méi)有特殊干擾的地塊，避免各種非調(diào)查因素的影響。

3.科學(xué)性原則

耕地地力的變化并不是無(wú)規(guī)律的，是土壤發(fā)生演變的綜合反映。因此，調(diào)查和采樣點(diǎn)必須按照土壤分布規(guī)律布設(shè)。

4.比較性原則

在上述原則的基礎(chǔ)上，充分分析了屯溪區(qū)的土壤分布狀況，收集并認(rèn)真研究了第二次土壤普查的成果以及相關(guān)的試驗(yàn)研究和定點(diǎn)監(jiān)測(cè)資料。通過(guò)野外勘察和室內(nèi)圖件分析，從而保證了調(diào)查和評(píng)價(jià)的高質(zhì)量和高標(biāo)準(zhǔn)[1]。

2.2 評(píng)價(jià)信息獲取及評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐?/h3>

耕地地力是在一定的生產(chǎn)管理水平下由立地條件、理化性狀、養(yǎng)分狀況和土壤管理等要素綜合構(gòu)成的耕地生產(chǎn)能力。因此對(duì)耕地地力的評(píng)價(jià)依據(jù)主要包括了3個(gè)方面。

1.立地條件，包括耕地所處的地形部位、成土母質(zhì)、坡度、坡向等；

2.理化性狀，包括土壤容重、剖面構(gòu)型、耕層厚度、質(zhì)地、有效土體厚度等物理性狀，有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、有效硫等養(yǎng)分元素及pH等化學(xué)性狀；

3.土壤管理，包括耕地的灌溉保證率、排澇能力等。

根據(jù)評(píng)價(jià)的目的、任務(wù)、范圍、方法和要求，收集準(zhǔn)備與評(píng)價(jià)有關(guān)的各類自然條件、土壤、土地利用、行政區(qū)劃等資料，整理耕地地力評(píng)價(jià)調(diào)查和實(shí)驗(yàn)室分析資料，進(jìn)行資料的分析和處理，建立耕地性狀基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.3 耕地地力等級(jí)的確定方法

屯溪區(qū)耕地地力評(píng)價(jià)單元的劃分采用的是按照國(guó)家規(guī)程規(guī)定利用土壤圖、土地利用現(xiàn)狀圖和屯溪區(qū)行政區(qū)劃圖疊置劃分法，在指定的行政區(qū)域內(nèi)以相同土種單元和相同土地利用方式的地塊組成一個(gè)評(píng)價(jià)單元[2]。這種方法劃分評(píng)價(jià)單元方法具有綜合性、客觀性，可以較容易地將評(píng)價(jià)結(jié)果落實(shí)到實(shí)地。據(jù)此將屯溪區(qū)的耕地地力劃分為1068個(gè)評(píng)價(jià)單元[3]。

耕地是復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間具有相互作用，因此在評(píng)價(jià)過(guò)程中需要采用模糊數(shù)學(xué)法對(duì)耕地地力等級(jí)的確定與劃分[4]。通過(guò)模擬得到概念型、峰型、戒上型及戒下型4種類型的隸屬函數(shù)，其中質(zhì)地、地形部位、成土母質(zhì)等屬于概念型[5]；pH屬于峰型；有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀等屬于戒上型；容重屬于戒下型。

利用累加法模型計(jì)算耕地生產(chǎn)性能綜合的綜合指數(shù)，公式為：

式中IFI代表耕地地力綜合指數(shù)；Fi代表第i個(gè)評(píng)價(jià)因子的隸屬度；Ci代表的是第i個(gè)因素的組合權(quán)重。[6]

計(jì)算獲得耕地地力綜合指數(shù)后，在耕地資源管理系統(tǒng)中選擇累計(jì)曲線法進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)合實(shí)地耕地地力等級(jí)評(píng)價(jià)進(jìn)行準(zhǔn)確度校驗(yàn)，最終確立將屯溪區(qū)耕地地力共劃分為6個(gè)等級(jí)[7，8]。

3 結(jié)果分析

3.1 耕地地力等級(jí)的分析

改造中低產(chǎn)耕地，加強(qiáng)農(nóng)田基本建設(shè)，是提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力、建設(shè)優(yōu)良生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)。為了摸清該區(qū)耕地地力等級(jí)及分布情況，根據(jù)2008-2012年測(cè)土配方施肥項(xiàng)目野外調(diào)查及化驗(yàn)結(jié)果，選擇了該區(qū)16個(gè)適宜評(píng)價(jià)耕地生產(chǎn)潛力的評(píng)價(jià)因子并確定相應(yīng)的權(quán)重[7]，對(duì)耕地生產(chǎn)潛力進(jìn)行了評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果如表1所示。

表1 屯溪區(qū)耕地地力分級(jí)表（累積曲線分級(jí)法）

通過(guò)分析各等級(jí)耕地地力狀況,一、二等地為耕地地力良好級(jí),該區(qū)域自然環(huán)境條件良好,土壤養(yǎng)分含量較高,灌排條件好,較好保持了耕地的原始性狀。三、四、五等地為地力較好級(jí)，土壤養(yǎng)分含量中等,利用類型多為水澆地和菜地。六等地為耕地地力較差級(jí),該區(qū)域耕地利用程度較高，受制約因素較多。該區(qū)耕地地力等級(jí)分布圖如圖1所示。

圖1 屯溪區(qū)耕地地力分級(jí)圖

3.2 耕地養(yǎng)分狀況分析

屯溪區(qū)土壤堿解氮含量范圍在12-546mg/kg，平均含量為162mg/kg；土壤有效磷含量范圍在2-151.3mg/kg，平均含量為25.64mg/kg；土壤速效鉀含量范圍在5-650mg/kg，平均含量為88.76mg/kg；土壤全氮含量范圍在0.37-12.5g/kg，平均含量為1.50g/kg；土壤有機(jī)質(zhì)含量范圍在1.76-97.68g/kg，平均含量為25.12g/kg。

該區(qū)的的養(yǎng)分矢量圖的空間分析采用的是地統(tǒng)計(jì)學(xué)插值法，即克呂金(Kriging)插值法又稱空間自協(xié)方差最佳插值法[9]。

Z*(x0)克里格法是將鄰域的每一個(gè)樣點(diǎn)賦予計(jì)算的權(quán)系數(shù)，然后再對(duì)這些測(cè)樣點(diǎn)求加權(quán)平均值。設(shè) x1，x2...xn為區(qū)域上的一系列觀測(cè)點(diǎn)，Z (xi)(i=1，2，…，n)為相應(yīng)的觀測(cè)值。

區(qū)域化變量在x0處的值Z*(x0)可采用線性組合來(lái)估計(jì)：

無(wú)偏性和估計(jì)方差最小被作為λi選取的標(biāo)準(zhǔn)，可得克里格方程組：

其中，C(xi-xj)為測(cè)試樣點(diǎn)之間的協(xié)方差，C(x0－xj)為測(cè)試樣點(diǎn)與空間插值點(diǎn)之間的協(xié)方差，μ為拉格朗日乘子。通過(guò)方程組計(jì)算即可得到權(quán)重λi從而可求得待估點(diǎn)的值Z*(x0)。[9]根據(jù)安徽省養(yǎng)分等級(jí)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)劃分，屯溪區(qū)土壤的全氮、有效磷、速效鉀的含量等級(jí)分別如圖2-4所示。

圖2 全氮含量等級(jí)圖

圖3 有效磷含量等級(jí)圖

圖4 速效鉀含量等級(jí)圖

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)屯溪區(qū)的耕地地力等級(jí)的評(píng)價(jià),取得了理想的研究結(jié)果。一方面探索GIS技術(shù)的應(yīng)用與山地的地力評(píng)價(jià)的技術(shù)方法,為科學(xué)評(píng)價(jià)皖南山區(qū)的耕地質(zhì)量狀況提供了一種新的思路與方法。另一方面得到了整個(gè)區(qū)域的耕地地力分布狀況及養(yǎng)分含量情況,從而摸清了耕地利用對(duì)作物生產(chǎn)量的影響,為以后保護(hù)和利用耕地打下了良好的基礎(chǔ)，通過(guò)科學(xué)合理的配方施肥，可達(dá)到種植效益的最大化，同時(shí)又能避免過(guò)多施肥對(duì)當(dāng)?shù)赝寥兰昂恿鞯仍斐傻奈廴尽?/p>

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