基于GIS的射洪縣退耕還林決策分析

摘要：基于GIS平臺，利用射洪縣的土地利用調查數據，并結合該縣的DEM、聚落、水域和道路數據，建立一、二級退耕還林決策模型。結果表明，射洪縣可以退耕還林的總面積為8 907.86 hm2，其中一級退耕還林的對象為坡度大于25°的旱地，退耕面積為6 314.23 hm2，占退耕總面積的70.9%，占旱地總面積的10.5%，占耕地總面積的7.8%；二級退耕還林的對象為坡度在15°～25°，且在聚落500 m和道路1 000 m范圍外與水域1 000 m范圍內的耕地，退耕面積為2 593.63 hm2，占退耕總面積的29.1%，占耕地總面積的3.2%。本研究通過構建退耕還林決策模型，可以快速準確地獲取退耕還林數據，為新一輪的退耕還林還草工程提供決策依據。

關鍵詞：退耕還林；GIS；DEM；空間疊加分析；決策模型

中圖分類號：P208 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）15-4048-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.15.062

Abstract： Based on GIS platform，this paper set up primary and secondary decision models of conversion from farmland to forests by using the data of land use survey and the data combination of DEM，settlements，water area and roads in Shehong county. The results show that the total area of giving farmland back to the forest is 8 907.86 hm2 in Shehong county，in which 6 314.23 hectare area can be regarded as the object of the primary model and 2 593.63 hectare area can be regarded as the object of the second model. The former area of which the slope is greater than 25 degree accounts for 70.9 percent of the reforesting area，10.5 percent of dry land area and 7.8 percent of total cultivated area. The latter area of which slope is between 15 degree and 25 degree accounts for 29.1 percent of the reforesting area，3.2 percent of the arable land area. The reforesting land area of the second model is 500 meter away from the villages and towns， and is beyond 1000 meter of the roads，and is within 1 000 meter of the rivers. In this study，through the construction of decision model of returning farmland into forest，people can quickly and accurately obtain the data in demand. Thus， it would provide some references for the implement of the new project of returning cultivated land into forest and grass.

Key words： conversion from farmland to forests； GIS； DEM； spatial overlay analysis； decision model

生態(tài)文明建設是社會、經濟、資源可持續(xù)發(fā)展的必然選擇[1]， 良好的生態(tài)環(huán)境是人與社會走可持續(xù)發(fā)展道路的根基。四川省屬于多山地區(qū)，地形復雜、起伏大，耕地的坡度一般較大，進而導致耕作難度偏大和耕作效率低下。又由于人們長期的盲目開墾，水土流失較為嚴重，這不僅給局部地區(qū)造成了生態(tài)安全威脅，也給生態(tài)文明建設提出了巨大挑戰(zhàn)[2-4]。鑒于坡耕地和陡坡耕地的水土保持能力較差，生產力較低，生產成本較高，中國存在大量可用于退耕還林還草的坡耕地和沙化耕地[5]。

傳統(tǒng)的地面調查和統(tǒng)計方式確定退耕還林耕地的面積及空間范圍分布比較耗費人力、物力、財力和時間，而且受地面地形條件的限制和人為不確定性因素的影響，使得退耕耕地定位的精準性不高?；?S技術的研究應用，科學退耕還林的生態(tài)建設方法已經在研究和實踐中逐步應用，如楊存建等[6，7]、楊鑫等[8]利用GIS和RS技術對四川省和云南省構建了退耕還林還草決策模型，并定量地分析出適合退耕還林、還草的具體類型和范圍；湯國安等[9]、周丹等[10]、郭建英等[11]利用GIS技術對研究區(qū)的土地利用和坡度等級狀況進行快速獲取；王黎明等[12]利用GIS技術，設計了基于GRID的坡耕地退耕人口壓力指數模型，揭示了坡耕地與周圍耕地的關系。這些研究采用了不同的研究尺度和技術方法，但受數據來源和遙感影像分類精度的影響，對于退耕還林還草的精確性還有待于進一步研究提高。本文利用GIS技術結合DEM和土地利用現狀數據，能夠快速、準確地分析出精確到各級行政區(qū)的退耕耕地圖斑，實現退耕還林還草工程的科學規(guī)劃、高效實施和自動化管理。

1 研究區(qū)概況

本研究區(qū)是地處四川盆地中部，涪江中游的遂寧市射洪縣。該區(qū)介于30°38′-31°10′N，105°10′-105°39′E之間，海拔299.0-674.4 m，西北高，東南低，全縣地貌類型以丘陵為主，丘陵占地區(qū)總面積的89.1%。射洪縣位于成渝經濟區(qū)腹心，屬于全省“一極一軸一區(qū)塊”規(guī)劃中的成都都市圈增長極，其耕地面積有80 580.24 hm2，耕地包括旱地、水田和水澆地，以旱地為主，占耕地總面積的75%。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

研究數據主要有射洪縣2013年土地利用變更調查數據，覆蓋全縣的1∶1萬地形圖數據，利用GIS軟件派生出格網大小為5 m×5 m的DEM和坡度數據，以及射洪縣的行政區(qū)劃界線矢量數據。

2.2 數據處理

將坡度分級數據與耕地數據疊加分析得到耕地坡度分級數據，并在此基礎上結合射洪縣的耕地類型和聚落、水域與道路緩沖區(qū)數據，建立分級退耕決策模型，具體的研究技術路線如圖1所示。在ARCGIS 10.1軟件平臺中，采用DEM數據逐格網計算坡度生成坡度柵格數據，依據第二次全國土地調查耕地坡度分級標準（表1），利用工具箱3D Analyst Tools-Raster Reclass中的Reclassify工具，對坡度數據進行重新分類，生成坡度分級圖，其中：一級平坡；二級緩坡；三級斜坡；四級陡坡；五級急、險坡。

將坡度分級數據與耕地圖斑進行疊加，為保證耕地圖斑的幾何和屬性的完整性、一致性，利用工具箱Spatial Analyst Tools-Zonal中的Zonal Statistics as Table工具統(tǒng)計每個耕地圖斑中各坡度級的權重，以權重值最高的坡度級作為該圖斑的坡度級。

2.3 不同坡度級耕地面積分析

統(tǒng)計各級坡度的耕地面積（表2）。射洪縣1～4級坡度耕地面積為74 192.18 hm2，占耕地總面積的92.08%，其中以3級坡度耕地為主，占耕地總面積的50.64%，5級坡度耕地占耕地總面積的7.92%。

對耕地中的旱地進行分類統(tǒng)計分析（表3）。由表3可知，1～4級坡度旱地面積為54 058.07 hm2，占旱地總面積的89.54%，其中以3級坡度旱地為主，占旱地總面積的63.71%，5級坡度旱地占旱地總面積的10.46%。

3 退耕還林決策分析

本研究根據射洪縣退耕還林實際情況，采用分級退耕還林決策的方法，分為一級退耕還林的空間決策分析和二級退耕還林的空間決策分析。

3.1 一級退耕還林的空間決策分析

根據國家退耕還林還草相關政策規(guī)定，確定一級退耕還林的對象為坡度大于25°的耕地，由于25°以上的耕地基本為旱地，水田和水澆地較少，又考慮到旱地的耕地質量、水土保持性、土壤侵蝕程度和生態(tài)環(huán)境效益等因素，本研究確定射洪縣一級退耕還林對象為坡度大于25°的旱地。在ARCGIS軟件中將坡度分級數據與耕地數據進行疊加分析，根據耕地坡度大于25°且耕地類型為旱地的退耕要求，建立一級退耕決策模型，得出退耕旱地面積為 6 314.23 hm2，占旱地總面積的10.5%。

3.2 二級退耕還林的空間決策分析

二級退耕還林是指在一級退耕還林完成退耕的基礎上，根據改善生態(tài)環(huán)境的需要可選擇退耕的對象[6]。二級退耕還林對象主要考慮15°<坡度≤25°的耕地?？紤]到勞動力成本和耕地澆灌難度隨著耕地與居民地間距離的增加而增加，且距離河流較近的耕地土壤侵蝕嚴重，容易造成水土流失，河道泥沙堆積、堵塞，因此本研究結合射洪縣耕地與地形的實際情況，確定二級退耕還林對象為4級坡度耕地與該縣村莊和建制鎮(zhèn)、河流水庫面數據和道路線數據的緩沖區(qū)疊加分析得到的耕地。

根據該縣的二級退耕還林對象，將其二級退耕還林分為3種情況：①利用村莊、建制鎮(zhèn)數據在ARCGIS軟件中生成500 m緩沖區(qū)數據，與4級坡度耕地數據進行疊加分析，根據耕地坡度在15°～25°且距離村莊、建制鎮(zhèn)500 m范圍外的退耕要求，建立聚落退耕模型，得出退耕耕地面積為255.96 hm2；②利用河流、水庫面數據生成1 000 m緩沖區(qū)數據，與4級坡度耕地數據進行疊加分析，根據耕地坡度在15°～25°且距離河流、水庫1 000 m范圍內的退耕要求，建立水域退耕模型，得出退耕耕地面積為3 413.38 hm2；③利用道路數據生成1 000 m緩沖區(qū)數據，與4級坡度耕地數據進行疊加分析，根據耕地坡度在15°～25°且距離道路1 000 m范圍外的退耕要求，建立道路退耕模型，得出退耕耕地面積為6 463.21 hm2。

基于聚落、水域和道路退耕模型得到的耕地地塊存在重疊的現象，需要對以上3種類型的疊加結果進行復合疊加處理，在此基礎上，根據耕地坡度在15°～25°的條件下，且在村莊、建制鎮(zhèn)500 m和道路1 000 m范圍外與河流、水庫1 000 m范圍內的退耕條件，建立二級退耕決策模型，得出退耕耕地面積為2 593.63 hm2，占耕地總面積的3.2%。再將一、二級退耕數據與射洪縣的行政區(qū)劃界線數據進行疊加統(tǒng)計分析，即可得到各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的一、二級退耕還林地塊和面積數據，統(tǒng)計結果見表4，空間分布見圖2。

4 結論與討論

1）射洪縣退耕還林總面積為8 907.86 hm2，其中一級退耕還林的對象為坡度大于25°的旱地，退耕面積為6 314.23 hm2，占旱地總面積的10.5%，占耕地總面積的7.8%，占退耕總面積的70.9%，主要分布于射洪縣的西北角；二級退耕還林的對象為坡度在15°～25°，且在村莊、建制鎮(zhèn)500 m和道路1 000 m范圍外與水域1 000 m范圍內的耕地，退耕面積為2 593.63 hm2，占耕地總面積的3.2%，占退耕總面積的29.1%。

2）在射洪縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，金華鎮(zhèn)的一級退耕面積和退耕總面積最多，一級退耕面積為784.59 hm2，占全縣一級退耕總面積的12.4%，退耕總面積為872.56 hm2，占全縣退耕總面積的9.8%；伏河鄉(xiāng)的一級退耕面積和退耕總面積最少，一級退耕面積為35.19 hm2，占全縣一級退耕總面積的0.6%，退耕總面積為50.23 hm2，占全縣退耕總面積的0.6%；柳樹鎮(zhèn)的二級退耕面積最多，二級退耕面積為205.99 hm2，占全縣二級退耕總面積的7.9%；青堤鄉(xiāng)的二級退耕面積最少，二級退耕面積為11.09 hm2，占全縣二級退耕總面積的0.4%。

本研究利用已有的土地利用數據成果在GIS平臺可以快速、準確地構建科學、合理的退耕還林決策模型，得到精確到地形、地類、各行政級別以及地塊圖斑的退耕還林數據，從而極大地提高退耕還林工程的工作、經濟效率。由于本研究采用的分析數據較少，無法進行具體有效的還林還草決策分析，可以結合研究區(qū)的土壤侵蝕數據、土壤類型數據、氣候數據、植被類型數據、林業(yè)經濟數據等定量數據以及相關的林業(yè)規(guī)劃政策，建立精確到分析出各柵格單元的退耕還林還草決策模型，從而提出更加科學的退耕還林還草決策，也可以為其他地區(qū)的退耕還林還草工程提供參考依據。

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