基于模糊數(shù)學(xué)法的涼州區(qū)高原夏菜種植適宜性評(píng)價(jià)

賈曉娟，韓　梅，袁政祥，王吉彪，蘇　斌，張正鵬，王　祎

（甘肅省武威市涼州區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，甘肅　武威　733000）

基于模糊數(shù)學(xué)法的涼州區(qū)高原夏菜種植適宜性評(píng)價(jià)

賈曉娟，韓梅，袁政祥，王吉彪，蘇斌，張正鵬，王祎

（甘肅省武威市涼州區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，甘肅武威733000）

摘要：將地理信息系統(tǒng)軟件與縣域耕地資源管理系統(tǒng)（CLRMIS）相結(jié)合，選取8個(gè)分區(qū)評(píng)價(jià)因子，構(gòu)建了用于評(píng)價(jià)適宜性的層次模型，在CLRMIS中進(jìn)行適宜性級(jí)別劃分、評(píng)價(jià)結(jié)果分析、面積量算及成果圖的輸出。評(píng)價(jià)結(jié)果將涼州區(qū)高原夏菜種植區(qū)劃分為4個(gè)適宜性區(qū)域，高度適宜性種植面積占耕地面積的51.51%，適宜性種植面積占23.5%，勉強(qiáng)適宜性種植面積占14.17%，不適宜種植區(qū)域面積占11.52%。

關(guān)鍵詞：模糊數(shù)學(xué)法；層次模型分析；高原夏菜；涼州區(qū)；地理信息系統(tǒng)

縣域耕地資源管理信息系統(tǒng)（CLRMIS）是用于管理耕地資源信息的工具軟件，系統(tǒng)以縣級(jí)區(qū)域內(nèi)的耕地資源為管理對(duì)象，以土地利用類型圖和土壤圖疊加形成管理單元，為合理安排作物布局提供決策支持。目前在耕層尺度上對(duì)高原夏菜的種植布局規(guī)劃研究報(bào)道較為罕見，大多報(bào)道是基于生產(chǎn)對(duì)策和市場(chǎng)對(duì)策，如楊永崗、張俊科等研究了甘肅高原夏菜優(yōu)化栽培模式［1 -2］，才吉安等對(duì)蘭州高原夏菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、問題及前景進(jìn)行了分析［3］，張桂芬對(duì)中國(guó)高原夏菜生產(chǎn)銷售及其發(fā)展做了對(duì)策研究［4］。西北高原夏季日照充足，晝夜溫差大等自然條件，比較適宜種植高原夏菜［5-8］。我們借助涼州區(qū)耕地資源管理系統(tǒng)建立過程中積累的大量空間數(shù)據(jù)和土壤資源屬性信息，應(yīng)用地理信息系統(tǒng)技術(shù)和方法，對(duì)涼州區(qū)高原夏菜種植適宜性區(qū)域做出分區(qū)評(píng)價(jià)研究，旨在科學(xué)的確定種植區(qū)域，提高種植水平。

1　數(shù)據(jù)與方法

1.1研究區(qū)概況

涼州區(qū)位于武威市中部，轄19鎮(zhèn)18鄉(xiāng)，448個(gè)行政村，總面積5 081 km2，總?cè)丝?02.2萬人，是甘肅省人口最多的縣級(jí)行政區(qū)。涼州地勢(shì)西南高而東北低，平均海拔1 632 m，氣候?qū)倮錅貛Ц珊祬^(qū)，是典型的大陸性氣候，日照充足，溫差大，無霜期156 d，自然資源比較豐富。境內(nèi)的祁連山北坡有水源林和天然草場(chǎng)8萬hm2。有西營(yíng)、金塔、雜木、黃羊河等四條內(nèi)陸河，均發(fā)源于祁連山，年徑流量8億～9億m3。地下水儲(chǔ)量近6億m3。

1.2數(shù)據(jù)資料

研究數(shù)據(jù)來源于涼州區(qū)耕地資源管理信息系統(tǒng)，數(shù)據(jù)和文本資料主要有：第二次土壤普查成果資料，區(qū)劃統(tǒng)計(jì)資料，田間記載及化驗(yàn)結(jié)果資料，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村近3 a種植面積、糧食單產(chǎn)、總產(chǎn)統(tǒng)計(jì)資料，歷年土壤測(cè)試資料，測(cè)土配方施肥土壤采樣點(diǎn)所有化驗(yàn)數(shù)據(jù)及GPS定位數(shù)據(jù)、農(nóng)村及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基本情況資料、土壤類型代碼表、行政區(qū)劃代碼表等。圖件資料主要有地形圖、土壤圖、耕地地力調(diào)查點(diǎn)位圖、土地利用現(xiàn)狀圖、行政區(qū)劃圖、地貌類型分區(qū)圖。

1.3研究方法

綜合考慮影響涼州區(qū)高原夏菜種植的特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況，依據(jù)針對(duì)性、主導(dǎo)性、穩(wěn)定性、可操作性等選取原則，運(yùn)用專家經(jīng)驗(yàn)法，最終選取了8個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)作為高原夏菜種植適宜性分區(qū)評(píng)價(jià)的因子，即海拔、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、耕層厚度、灌溉模數(shù)、pH、障礙層厚度。依據(jù)8項(xiàng)指標(biāo)要素間的關(guān)系，構(gòu)造層次結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系見表1。

表1　涼州區(qū)高原夏菜評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

圖1　函數(shù)隸屬度模型建立過程示意

在縣域耕地資源管理系統(tǒng)中，運(yùn)行層次分析模型編輯菜單，系統(tǒng)根據(jù)所構(gòu)建的判別矩陣，首先獲得各判別矩陣的權(quán)重值，然后計(jì)算同一層次所有因素對(duì)于總目標(biāo)相對(duì)排序權(quán)值，即進(jìn)行層次總排序，最終得到高原夏菜適宜性評(píng)價(jià)因子的權(quán)重值。參評(píng)因子賦值采用隸屬函數(shù)模型，根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的理論，用特爾斐法對(duì)一組實(shí)測(cè)值評(píng)估出相應(yīng)的一組隸屬度，通過擬合建立函數(shù)關(guān)系見表2，其過程見圖1，最終求得高原夏菜各個(gè)評(píng)價(jià)因子隸屬函數(shù)見表3。

1.4適宜性分級(jí)與制圖方法

計(jì)算適宜性區(qū)域綜合指數(shù)的方法很多，通常有加法模型、乘法模型等，本研究采用加法模型計(jì)算涼州區(qū)高原夏菜適宜性的綜合指數(shù)。加法模型是將所有參評(píng)因素的單因素評(píng)價(jià)指數(shù)相加得到適宜性區(qū)域綜合指數(shù)，其函數(shù)關(guān)系如下式，

式中IFI為適宜性區(qū)域綜合指數(shù)，F(xiàn)i為第i個(gè)因素評(píng)語（隸屬度）；Ci為第個(gè)因素的組合權(quán)重，即為該參評(píng)因素對(duì)耕地地力的貢獻(xiàn)率，采用層析分析法結(jié)合專家評(píng)估法求得。

在ArcGIS軟件制圖模塊中，進(jìn)行高原夏菜適宜性分區(qū)專題圖的制作。具體步驟表達(dá)如下。

2　結(jié)果與分析

表2　常用隸屬函數(shù)

表3　隸屬函數(shù)

由10位研究區(qū)域的農(nóng)藝師通過特爾斐法按照準(zhǔn)層次結(jié)構(gòu)的相對(duì)性原則，對(duì)于各個(gè)層次結(jié)構(gòu)給出確定的數(shù)量化評(píng)估。5個(gè)判斷矩陣的系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果為CI=9.99995000050546E-06；RI=0；CR=CI/RI= 0.00000000＜0.1；偏離一致性CI與平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI比值小于0.1，說明判斷矩陣具有滿意的一致性，表明一致性檢驗(yàn)通過。運(yùn)行層次分析模型編輯菜單，系統(tǒng)根據(jù)所構(gòu)建的判別矩陣，首先獲得各判別矩陣的權(quán)重值，然后計(jì)算同一層次所有因素對(duì)于總目標(biāo)相對(duì)排序權(quán)值，即進(jìn)行層次總排序，最終所得到的組合權(quán)重即為各適宜性評(píng)價(jià)因子的權(quán)重值。權(quán)重比例見表4。

表4　評(píng)價(jià)因子權(quán)重

通過建立的涼州區(qū)高原夏菜種植適宜性評(píng)價(jià)的層次分析模型和隸屬函數(shù)模型，關(guān)聯(lián)涼州區(qū)耕地資源管理單元的屬性數(shù)據(jù)，采用累積曲線分級(jí)法對(duì)涼州區(qū)區(qū)域內(nèi)所有耕地進(jìn)行高原夏菜種植適宜性評(píng)價(jià)。在劃分等級(jí)過程中，充分考慮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況，結(jié)合高級(jí)農(nóng)藝師的建議，確定將涼州區(qū)高原夏菜適宜性評(píng)價(jià)定為四個(gè)等級(jí)，其高度適宜區(qū)的IFI值區(qū)間為0.782 1以上，適宜區(qū)的IFI值區(qū)間為（0.758 2～0.782 1），勉強(qiáng)適宜區(qū)的IFI值為（0.623 5～0.758 2），不適宜區(qū)的IFI值為（0.623 5以下）。四個(gè)部分所占的評(píng)價(jià)單元個(gè)數(shù)依次為602 2、255 9、221 6、174 6。

高度適宜性種植面積占耕地面積的51.51%，主要為西營(yíng)、四壩、九墩、永昌、雙城、大柳、發(fā)放、松樹、高壩、韓佐等鄉(xiāng)鎮(zhèn)；適宜性種植面積占耕地面積23.50%，主要為康寧、新華、古城、河?xùn)|、清水、下雙、武南等鄉(xiāng)鎮(zhèn)；勉強(qiáng)適宜性種植面積占耕地面積14.17%，主要為豐樂、永豐、金山、長(zhǎng)城、謝河等鄉(xiāng)鎮(zhèn)；不適宜種植區(qū)域面積占耕地面積11.52%，主要為張義、九墩灘指揮部、鄧馬營(yíng)生態(tài)建設(shè)指揮部等區(qū)域；采用地理信息系統(tǒng)數(shù)字制圖技術(shù)生成的涼州區(qū)高原夏菜種植適宜性分區(qū)見圖2。

圖2　涼州區(qū)高原夏菜種植適宜性分區(qū)

3　小結(jié)與討論

利用地理信息系統(tǒng)軟件與縣域耕地資源管理系統(tǒng)（CLRMIS）相結(jié)合，對(duì)涼州區(qū)高原夏菜種植的適宜性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，高度適宜性種植面積占耕地面積的51.51%，適宜性種植面積占耕地面積23.50%，勉強(qiáng)適宜性種植面積占耕地面積14.17%，不適宜種植區(qū)域面積占耕地面積11.52%。評(píng)價(jià)結(jié)果分布圖可直觀地反映各個(gè)適宜性區(qū)域的分布和面積，便于指導(dǎo)合理利用耕地及高效種植蔬菜。

參考文獻(xiàn)：

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［2］張俊科，李正信，晉小軍.蘭州市高原夏菜生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)分析及發(fā)展建議［J］.農(nóng)業(yè)科技與信息，2007（12）：33-35.

［3］才吉安，柴銀軍，宋海慧，等.蘭州高原夏菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、問題及前景分析［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)信息，2010 （4）：37-40.

［4］張桂芬.中國(guó)高原夏菜生產(chǎn)銷售及其發(fā)展對(duì)策［J］.世界農(nóng)業(yè)，2006（3）：1-3.

［5］李亞莉，楊永崗，張化生.美洲斑潛蠅對(duì)高原夏菜寄主的選擇性［J］.中國(guó)蔬菜，2010（8）：65-69.

［6］馮毓琴，李國(guó)鋒，李梅.蘭州高原夏菜產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展思路［J］.中國(guó)蔬菜，2009（11）：9-12.

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［8］袁政祥，王祎.基于GIS的涼州區(qū)耕層土壤養(yǎng)分時(shí)空變化研究［J］.甘肅農(nóng)業(yè)科技，2013（4）：28-30.

（本文責(zé)編：楊杰）

Suitability Evaluation of Plateau Summer Vegetables in Liangzhou District Based on Fuzzy Mathematics Method

JIAXiaojuan，HANMei，YUANZhengxiang，WANGJibiao，SUBing，ZHANGZhengpeng，WANGYi
（Liangzhou District Agricultural Technology Promotion Center，Wuwei Gansu 733000，China）

Abstract：In this study，the geographic information system software（CLRMIS）with county cultivated land resources management system，the combination of considering influence plateau summer vegetable grown in liangzhou district，selected the eight evaluation factors，constructs the hierarchical model for evaluation of suitability，hierarchies in CLRMIS suitability，the evaluation results analysis，the area measurement and drawing output. The result shows that the liangzhou district plateau summer vegetables planting area is divided into four suitable areas，high suitability planting area accounts for 51.51% of arable land suitability planting area account for 23.5% of the arable land，barely planting area account for 14.17% of the arable land suitability，not suitable planting area account for 11.52% of the arable land.

Key words：Fuzzy mathematics method；The hierarchical model analysis；Plateau summer vegetable；Liangzhou district；Geographic information system

通訊作者：王祎（1986—），男，甘肅會(huì)寧人，農(nóng)藝師，主要從事農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣工作。E-mail：wangyi860518@qq.com

作者簡(jiǎn)介：賈曉娟（1981—），女，甘肅武威人，助理農(nóng)藝師，主要從事農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣工作。聯(lián)系電話：（0）13884599545。E-mail：njzxjxj@163.com

收稿日期：2015-04-09

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2015.09.005

中圖分類號(hào)：O159；S63

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-1463（2015）09-0012-04