基于GIS的西藏青稞生態(tài)適宜性評價因子體系構(gòu)建

張涪平， 周煉清， 喻 武

(1.西藏大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，西藏林芝 860000;2.浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)遙感與信息技術(shù)應(yīng)用研究所，浙江杭州 310086)

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基于GIS的西藏青稞生態(tài)適宜性評價因子體系構(gòu)建

張涪平1， 周煉清2， 喻 武1

(1.西藏大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，西藏林芝 860000;2.浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)遙感與信息技術(shù)應(yīng)用研究所，浙江杭州 310086)

摘要分析了西藏青稞生態(tài)適宜性限制因子，闡述了基于GIS進(jìn)行青稞適宜性評價因子體系的建立，并確定權(quán)重。結(jié)果表明：層次分析法能較好地確定各因子的權(quán)重；建立的評價因子能較好地評價西藏青稞的生態(tài)適宜性。

關(guān)鍵詞西藏青稞；生態(tài)適宜性；評價因子體系；GIS

青稞(HordeumvulgareL. var. nudum Hook.f)屬普通大麥種(HordeumvulgoreL)中的裸粒類群，是青藏高原特殊地理生態(tài)條件下特有的主要農(nóng)作物。西藏青稞主要分布在海拔1 900～4 200 m的河谷地區(qū)，是西藏第一大糧食作物[1]。據(jù)2010年《西藏統(tǒng)計年鑒》，截至2009年，西藏年產(chǎn)青稞59.52萬t，而同年總?cè)丝?90.03萬，約有5.73萬t的缺口,再加上食品、飼料等工業(yè)需求，西藏青稞供給缺口較大。隨著生活水平的提高，人們對食品保健功能需要增強(qiáng)，西藏周邊省份對高品質(zhì)西藏青稞的需求進(jìn)一步加大[1-2]。

通過提高單產(chǎn)和擴(kuò)大種植面積可以提高青稞產(chǎn)量，但依據(jù)現(xiàn)有科研水平和種植水平，這個單產(chǎn)有限度。因而，盡可能地擴(kuò)大青稞栽種面積來提高總產(chǎn)量在目前是行之有效的方法[3]。這就需要在國家有關(guān)西藏的宏觀政策框架下，堅持保護(hù)西藏生態(tài)環(huán)境，遵循西藏農(nóng)牧業(yè)發(fā)展自然規(guī)律，深入、廣泛調(diào)查適合青稞栽種的后備資源用地。目前，“3S”技術(shù)在野生動植物生境現(xiàn)狀分析和變化研究[4-5]、耕地后備資源調(diào)查[6]、植物生境適應(yīng)性[7-9]、種植區(qū)劃[10-11]、生境特征研究[12]等方面都有深入研究和應(yīng)用。筆者運(yùn)用GIS、遙感等3S技術(shù)，以西藏拉薩、山南、日喀則3個青稞主要產(chǎn)區(qū)為研究區(qū)，對西藏青稞生態(tài)適宜性評價因子體系進(jìn)行了初步研究，以期為尋找適合青稞綠色無公害生產(chǎn)區(qū)域及擴(kuò)大青稞種植面積提供科學(xué)依據(jù)。

1研究區(qū)域

以西藏拉薩、山南、日喀則3個青稞產(chǎn)區(qū)為研究區(qū)。

2研究數(shù)據(jù)

2.1遙感影像影像資料包括2012年覆蓋研究區(qū)Landsat8 ETM+的多光譜及全色影像數(shù)據(jù)，其中多光譜影像的分辨率為30 m，全色影像的分辨率為15 m。在ENVI遙感圖像處理軟件中對原始圖像進(jìn)行幾何糾正、重采樣等預(yù)處理后，應(yīng)用乘積法(Multiplicative)將全色和多光譜圖像融合成為分辨率15 m的影像，作為該項目的基礎(chǔ)影像資料。

2.290 m分辨率數(shù)字高程模型(DEM)及其次生數(shù)據(jù)該項目采用90 m分辨率數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)作為研究區(qū)域高程的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，計算出坡度、坡向等派生的地形參數(shù)，并以此為基礎(chǔ)確定具體的調(diào)查范圍。覆蓋3個研究區(qū)共9幅。

2.3其他資料收集了覆蓋3個研究區(qū)的行政邊界圖(DLG，1∶100萬)，土壤圖(1∶25萬)，部分覆蓋的土地利用現(xiàn)狀圖(1∶10萬)，局部地區(qū)的地形圖資料(1∶10萬)，70份土壤樣品分析數(shù)據(jù)，1978～2007年17個氣象站點(diǎn)氣象統(tǒng)計資料，統(tǒng)計年鑒、綜合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)統(tǒng)計資料等，作為輔助數(shù)據(jù)和資料。

3評價因子的選取

青稞種植用地后備資源的開發(fā)利用受諸多因素的影響，這些因素包括自然屬性方面和社會屬性方面(圖1)。

圖1　青稞種植生態(tài)適宜性評價因子Fig. 1　Ecological suitability evaluation factor of hulless barley planting

3.1高程氣溫和日照隨著高度的增高而不同，高程條件限制了作物的生長。3.2坡度坡度因子是青稞種植用地后備資源開發(fā)的重要限制性因素，根據(jù)國家有關(guān)規(guī)定，25°以上坡地不適合開發(fā)(表1)。

表1　坡度分類統(tǒng)計表

3.3坡向坡向因子決定了作物的日照時間和采光，在一定程度上影響開發(fā)方向。

3.4年均氣溫溫度是否適宜，直接決定青稞能否正常生長。年均溫度是重要的衡量指標(biāo)之一。

3.5年降水量水分是青稞生長的必需條件，降水量直接決定青稞是否能正常生長。

3.6≥0 ℃積溫≥0 ℃積溫決定了青稞的正常生育期、生長期及正常的產(chǎn)量。

3.7區(qū)位主要是優(yōu)先開發(fā)離城鎮(zhèn)距離較近的區(qū)域，盡量不開發(fā)地質(zhì)條件差、生態(tài)保護(hù)、旅游景點(diǎn)、水源涵養(yǎng)等區(qū)域。

3.8圖斑面積從經(jīng)濟(jì)利益的角度出發(fā)，面積越大，開發(fā)成本相對較小，而且利于規(guī)?；土Ⅲw式農(nóng)業(yè)發(fā)展。

4評價指標(biāo)體系建立原則

4.1系統(tǒng)性原則指標(biāo)體系必須能夠反映青稞種植用地后備資源開發(fā)評價內(nèi)容的各個方面。

4.2動態(tài)性原則指標(biāo)體系應(yīng)反映青稞種植用地后備資源的發(fā)展趨勢和空間分布特點(diǎn)。

4.3科學(xué)性原則指標(biāo)的物理意義明確，測定方法標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計計算方法規(guī)范。

4.4可操作性原則要考慮到指標(biāo)的量化及數(shù)據(jù)采集難易程度和可靠性,盡量利用現(xiàn)有統(tǒng)計資料的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

4.5區(qū)域性原則指標(biāo)體系應(yīng)能反映區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的階段性和特點(diǎn)。

5青稞種植生態(tài)適宜性評價模型

5.1評價因子權(quán)重的確定選取層次分析法(Analytical Hierarchy Process,AHP)確定各因子的權(quán)重,進(jìn)行青稞種植適宜性評價。采用專家征詢法，共發(fā)放征詢表30份，征詢對象包括土壤學(xué)、資源與環(huán)境科學(xué)、土地管理和規(guī)劃領(lǐng)域的專家、學(xué)者，共回收問卷30份，回收率為100%。通過問卷處理得出9分制判斷矩陣(表2)。

表2　各評價因子判斷矩陣

得到判斷矩陣后利用和積法，將每一列元素進(jìn)行歸一化處理，其元素的一般項為：

bij=bij/∑bij

(i,j=1,2,3，…,n)

然后將每一列進(jìn)行歸一化處理后的判斷矩陣按行相加為：

得其向量Wi{0.100 859，0.126 288，0.053 745，0.333 096, 0.149 011 1，0.189 793，0.027 012，0.020 195}

對向量W=(W1，W2，…，Wn)t進(jìn)行歸一化處理：

計算判斷矩陣最大特征根λmax：

根據(jù)以上條件得出判斷矩陣一致性指標(biāo)CI(Consistency Index)：CI=0.045 575。

對于多階判斷矩陣，引入平均一致性隨機(jī)指標(biāo)RI(Random Index)，判斷矩陣一致性指標(biāo)CI，與同階平均一致性隨機(jī)指標(biāo)RI之比稱為隨機(jī)一致性比率CR(Consistency Ratio)：

CR=CI/RI

當(dāng)CR<0.10時，認(rèn)為判斷矩陣具有可以接受的一致性；反之，則需要調(diào)整和修正判斷矩陣，使其滿足CR<0.10,從而具有滿意的一致性，該判斷矩陣的CR= 0.032 322,具有滿意的一致性。

5.2各參評因素分值的確定以不同評價單元和參評因素的實(shí)際狀況值為基礎(chǔ)，進(jìn)行不同評價單元各參評因素的分值確定。在該評價中,采用了4、3、2、1的賦分辦法，即適宜開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)值區(qū)間賦“4”，允許開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)值區(qū)間賦“3”，限制開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)值區(qū)間賦“2”，禁止開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)值區(qū)間賦“1”。評價因子分級標(biāo)準(zhǔn)見表3。

5.3綜合指標(biāo)值計算青稞種植生態(tài)適宜性評價的綜合指標(biāo)值采用指數(shù)和法計算，公式為:

表3　參評因子分級標(biāo)準(zhǔn)

式中,Pi為第i個評價單元的開發(fā)利用潛力評價的綜合指標(biāo)值；Wj為第j個參評因素的權(quán)重;Aij為第i個評價單元,第j個參評因素的分值；n為參評因素的總個數(shù)。

5.4青稞種植適宜性等次的界限值確定青稞種植用地后備資源開發(fā)利用潛力評價的界線值通過定點(diǎn)考察、典型調(diào)查、反復(fù)驗(yàn)證，經(jīng)過多次討論，將綜合指標(biāo)值界限確定為:適宜開發(fā)(Ⅰ)≥3.5；允許開發(fā)(Ⅱ)3.2～3.5；限制開發(fā)(Ⅲ)2.8～3.2；禁止開發(fā)(Ⅳ)<2.8。

6結(jié)語

初步確定了西藏青稞種植高程、坡度、坡向、年均氣溫、年降水量、≥0 ℃積溫、區(qū)位及土地利用現(xiàn)狀圖圖斑面積八大因子作為評價西藏青稞生態(tài)適宜性的評價因子，利用層次分析法確定了各因子的權(quán)重；初步確定了各參評因子的分級標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)的研究奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 強(qiáng)小林,遲德釗,馮繼林.青藏高原區(qū)域青稞生產(chǎn)與發(fā)展現(xiàn)狀[J].西藏科技,2008(3):11-17.

[2] 馮繼林,甲干,向明華,等.藏區(qū)青稞考察與思考[J]. 大麥與谷類科學(xué),2007(3):6-8.

[3] 中國食品科技網(wǎng).青稞高產(chǎn)栽培技術(shù)[EB/OL].(2010-05-27)[2016-02-25].http://www.tech-food.com/kndata/1026/0052005_2.htm.

[4] 王金亮,陳姚.3S 技術(shù)在野生動物生境研究中的應(yīng)用[J].地理與地理信息科學(xué)，2004,20(6)：44-47.

[5] 饒箐,王金亮，郭樹榮.維西野生蓮瓣蘭生境變化研究初探[J].中國野生植物資源,2008，27(4):17-19.

[6] 田淑梅.3S技術(shù)在黑龍江省耕地后備資源調(diào)查評價中的應(yīng)用[J].國土資源信息化,2003(4)：22-26,41.

[7] 潘永地,陶正明,吳志剛.基于GIS的溫郁金適宜種植區(qū)分析[J].中藥材,2010,33(4):511-514.

[8] 周衛(wèi)紅,楊正英,萬帆,等.基于GIS的中國春小麥(TriticumaestivumL.)潛在適宜區(qū)分布研究[J].蘭州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2009，45(S1):1-5.

[9] 盧穎.基于GIS技術(shù)的藥用甘草適生環(huán)境及其影響因子的分析[D].北京：北京中醫(yī)藥大學(xué)，2007.

[10] 焦偉華,何熒彬,張小栓,等.基于GIS的保護(hù)性耕作技術(shù)適宜性區(qū)劃方法[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報,2010,41(2)：47-51,67.

[11] 龍俐，田鵬舉，王備，等.貴基于GIS貴州省法國特細(xì)青刀豆適生種植區(qū)劃[J].貴州氣象,2008,32(4):12-14.

[12] 王小明 ,周本智 ,曹永慧,等.GIS支持下的會稽山區(qū)香榧種群生境特征[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2010，32(3)：523-527.

基金項目西藏自治區(qū)科技廳地區(qū)自然科學(xué)基金項目。

作者簡介張涪平(1962- )，男，重慶人，研究員，副教授，博士，從事農(nóng)業(yè)生態(tài)與環(huán)境研究。

收稿日期2016-03-22

中圖分類號S 181

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)13-119-03

Construction of Factor System of Ecological Suitability Evaluation of Hulless Barley in Tibet Based on GIS

ZHANG Fu-ping1，ZHOU Lian-qing2，YU Wu1

(1. College of Agricultural and Animal Husbandry，Tibet University，Nyingchi，Tibet 860000; 2. Institute of Agricultural Remote Sensing and Information Technology Application，Hangzhou，Zhejiang 310086)

AbstractWe analyzed the limiting factor for ecological suitability of hulless barley in Tibet，and elaborated the establishment and weight of factor system of ecological suitability evaluation of hulless barley in Tibet based on GIS. Results showed that ① Analytical Hierarchy Process(AHP) method was good to confirm the weights of all indexes;② the established index system could better evaluate the ecological suitability of hulless barley in Tibet.

Key wordsHulless barley in Tibet; Ecological suitability; Evaluation factor system; GIS