基于GIS的涼州區(qū)醇用型甜高粱適宜性等級預測研究
張德梅1,郭潤霞2#,張小葉3*,王祎4
(1.甘肅省武威市涼州區(qū)金沙鎮(zhèn)農技站,武威733000;2.甘肅省涼州區(qū)中壩鎮(zhèn)人民政府農業(yè)技術服務站,武威733000;3.甘肅省武威市涼州區(qū)清水鎮(zhèn)農技站,武威733000;4.甘肅省武威市涼州區(qū)農業(yè)技術推廣中心,武威733000)
以武威市涼州區(qū)土壤圖、土地利用現(xiàn)狀圖、行政區(qū)劃圖和地貌類型分區(qū)圖疊加形成評價對象單元,選取對研究區(qū)耕地生產力影響較大、與農業(yè)生產有密切關系,并且具有區(qū)域差異明顯、時間序列上相對穩(wěn)定特征的8個因子,建立評價指標體系;建立層次分析模型,進行綜合指數(shù)計算分析。預測研究結果表明:參評因子中,對研究區(qū)醇用型甜高粱種植適宜性等級的影響程度從大到小依次為:灌溉保證率、土壤類型、成土母質、灌溉模數(shù)、剖面構型、海拔、有機質、速效鉀。涼州區(qū)醇用型甜高粱適宜性評價為4個等級,分級標準取值(IFI)為0.7825、0.5356和0.4219,對應區(qū)域為一級適宜、二級適宜、三級適宜和四級適宜,其面積分別為43806 hm2、21207 hm2、16071 hm2和16198 hm2。
醇用型甜高粱;適宜性等級;層次模型分析;GIS
涼州區(qū)把推廣甜高粱作為發(fā)展節(jié)水高效農業(yè)、擴大畜牧業(yè)飼草料資源、促進農民增收的一項重要措施,從中科院近代物理研究所引進醇用型甜高粱品種,通過推廣前期試驗,據(jù)調查在研究區(qū)種植的醇用型甜高粱莖稈汁液平均含糖量達19.4%。為推廣甜高粱種植,涼州區(qū)通過爭取省財政項目資金,整合旱作農業(yè)、高效農田節(jié)水等農業(yè)項目,用于試驗示范、技術培訓和擴大種植面積,進一步發(fā)展甜高粱新興產業(yè)鏈。目前,國內運用GIS技術對于縣域內耕地等級評價、作物適宜性評價等的方法和體系已經廣泛應用。隨著農業(yè)生產和社會經濟的不斷發(fā)展,地方產業(yè)更新,種植業(yè)結構快速調整。在耕層尺度上對甜高粱的種植布局規(guī)劃研究國內報道有張文龍以山東省非糧土地作為研究對象,以地理信息系統(tǒng)和SPSS為主要數(shù)據(jù)處理工具,通過綜合專家經驗和相關研究資料,對山東省非糧土地甜高粱種植潛力進行評估[1];國內報道較多關于甜高粱的研究主要針對以下方面:甜高粱的生長特性,生物能源,不同條件下長勢等[2-9]。本研究逐步建立和完善甜高粱基地動態(tài)監(jiān)測與預警體系,探究不同甜高粱類型種植生產的土壤肥力演變與科學施肥規(guī)律,為農業(yè)決策者、基層農業(yè)技術人員和廣大農民提供決策參考,保障新興農業(yè)產業(yè)的持續(xù)發(fā)展。
涼州區(qū)地處甘肅省西北部,河西走廊東端,祁連山北麓,武威市中部。東經101°59′35″~103°23′40″,北緯37°23′54″~38°12′14″。南連天祝藏族自治縣、古浪縣;西鄰肅南裕固族自治縣;北抵民勤縣、永昌縣。東西長約122 km,南北寬約90 km。行政區(qū)劃面積5801km2。全區(qū)地形由西南向東北傾斜。西南和南部是祁連山區(qū),中部是走廊平原,有河灌區(qū)、井灌區(qū),是本區(qū)的農業(yè)區(qū),也是河西走廊重要的商品糧生產基地,東北和東部是八十里大沙和二十里大沙。
表1 涼州區(qū)醇用型甜高粱評價層次模型
2.1 確定評價單元
運用GIS系列軟件,涼州區(qū)醇用型甜高粱適宜性評價單元圖是由涼州區(qū)土壤圖、行政區(qū)劃圖、農用地地塊圖、灌溉分區(qū)圖和地貌類型分區(qū)圖相交以后生成的。土壤圖圖斑數(shù)1236個,行政圖圖斑數(shù)524個,農用地地塊圖圖斑數(shù)3482個,灌溉分區(qū)圖圖斑數(shù)8個,地貌類型分區(qū)圖7個,通過相交疊加,最終形成評價單元數(shù)12147個。
2.2 選取評價指標及建立層次模型
采用特爾斐法,遵循重要性、差異性和區(qū)域性等原則,選取了8項與醇用型甜高粱種植關系密切的因子作為評價指標,其中立地條件2項:土壤類型、海拔;剖面性狀2項:剖面構型和耕層厚度;耕層養(yǎng)分狀況2項:有機質、速效鉀;土壤管理2項:灌溉模數(shù)和灌溉保證率。在這8項評價因子中3項因子為概念型函數(shù),5項因子是數(shù)值型函數(shù)。層次模型及權重見表1、表2。
通過求各判斷矩陣的特征向量就可以得到準則層和指標層的權重系數(shù),同時可以求得每個評價指標對適宜性等級的組合權重,即每個指標對相應準則層的權重系數(shù)乘以準則層對適宜性等級的權重系數(shù),層次總排序一致性檢驗:CI=-4.675E-06,RI=0,CR=CI/RI= 0.000000001<0.1,總排序一致性檢驗通過。由層次分析結果可以看出,各評價因子對研究區(qū)醇用型甜高粱適宜性等級的影響程度從大到小依次為:灌溉保證率、土壤類型、成土母質、灌溉模數(shù)、剖面構型、海拔、有機質、速效鉀。
2.3 模糊數(shù)學法確定因子隸屬度
隸屬函數(shù)分為概念型和數(shù)值型兩種函數(shù)類型。涼州區(qū)醇用型甜高粱參評因子數(shù)值型隸屬函數(shù)包括有機質、速效鉀、海拔、灌溉模數(shù)和灌溉保證率,概念型隸屬函數(shù)包括土壤類型、成土母質、剖面構型。各評價因子的隸屬度是通過專家運用特爾斐法評分得到,隸屬度見表3和表4。
表2 層次模型權重值
表3 數(shù)值型因子的隸屬度
表4 概念型因子隸屬度
2.4 適宜性等級綜合指數(shù)計算
在地理信息系統(tǒng)軟件中,按照累計曲線分級法,調節(jié)比例劃分等級,其中計算醇用型甜高粱適宜性等級的公式為:IFI=∑Fi×Ci,式中:IFI代表適宜性等級綜合指數(shù);F=第i個因素評語;Ci=第i個因素的組合權重。
表5 涼州區(qū)醇用型甜高粱適宜性等級預測指數(shù)
3.1 分級結果
經過層次模型建立及其系統(tǒng)的綜合指數(shù)計算,涼州區(qū)醇用型甜高粱適宜性等級預測分級標準取值為0.7825、0.5356、0.4219。根據(jù)每個評價單元的綜合指數(shù)標準(NYPT 309-1996),將涼州區(qū)醇用型甜高粱適宜性劃分為4個適宜級別(表5)。
為了提高制圖的效率和準確性,在ArcGIS的支持下,編輯點、線、面→點、線、面校正處理→統(tǒng)一坐標系→根據(jù)計算的適宜性屬性,編輯并對其賦相應屬性→根據(jù)適宜性賦顏色→根據(jù)適宜性加注記→圖幅整飾輸出,生成涼州區(qū)醇用型甜高粱適宜性等級圖(圖1)。
3.2 等級分布
綜合表5和圖1,從等級預測評價結果數(shù)據(jù)表中可以看出,一級適宜區(qū)域綜合評價指數(shù)IFI>0.7825,耕地面積43806hm2,占總耕地面積的45.03%,灌溉保證率好,灌溉水質好,地勢平坦,無明顯障礙層,土層深厚,耐旱,土質肥沃,土壤水、熱狀況協(xié)調,土壤理化性狀良好。二級適宜區(qū)域綜合評價指數(shù)IFI為0.7825~0.5356,面積21207hm2,占總耕地面積的21.80%,主要分布在以山前洪積沖積傾斜平原和洪積沖擊細土平原,土壤pH8.0~8.5,呈微堿性,主要土種有灰黃平土、淡灰黃平土,底青泥灰黃平土、淺位漏沙土,土壤質地構型以均質中壤、均質輕壤和粘身中壤為主。三級適宜綜合評價指數(shù)IFI在0.5356~0.4219之間,區(qū)域面積16071hm2,占總耕地面積的16.52%,主要以砂質黃立土、流動風沙土、淡灰黃平土和立土為主;土壤質地構型以均質中壤和均質砂壤為主,土層淺,土壤熟化度低,肥力不高,耕層土壤養(yǎng)分含量有機質13.88g/kg,全氮1.0g/kg,速效鉀156mg/kg。四級適宜區(qū)域綜合評價指數(shù)IFI<0.4219,耕地面積16198hm2,占總耕地面積的16.65%,主要以流動風沙土、中位青泥淡灰黃平土、栗土、砂壤土、砂礫灰漠土為主,土壤養(yǎng)分含量有機質12.6g/kg,全氮0.96g/kg,速效鉀136mg/kg,生態(tài)條件脆弱,土壤保水供肥能力極差。
圖1 涼州區(qū)醇用型甜高粱適宜性等級圖
本研究在GIS技術支持下,結合縣域耕地資源管理信息系統(tǒng),建立空間圖件數(shù)據(jù)庫和農業(yè)生產屬性數(shù)據(jù)庫,選取評價因子,綜合采用層次分析法、模糊數(shù)學法、綜合指數(shù)法等方法對研究區(qū)的醇用型甜高粱適宜性評價出4個等級:一級適宜、二級適宜、三級適宜、四級適宜;其面積分別為43806 hm2、21207 hm2、16071 hm2、16198 hm2。醇用型甜高粱種植適宜性評價涉及到相互關聯(lián)的定量的和不定量的,許多自然要素和部分人為因素(如灌溉)。在評價時,概念型因素的描述是通過專家的經驗或應用某種數(shù)量化方法轉換為定量的描述。由于專家認識上的分歧和數(shù)學方法的局限,評價結果在相應范圍內是一定的,在不同因子和不同專家團隊下的適宜等級及其區(qū)域面積是有差別的;與研究區(qū)域耕地的實際生產能力也會有偏差。評價工作完成后在不同鄉(xiāng)村抽樣調查300戶農戶地塊,根據(jù)農戶反映,高度符合地塊100個,占33.3%,符合地塊196個,占65.3%,不符合地塊4個,占1.4%,基本符合當?shù)貙嶋H情況。本研究為涼州區(qū)不同尺度的耕地資源分析、農業(yè)結構調整、甜高粱新興產業(yè)發(fā)展、農業(yè)效益及其節(jié)水效應研究等提供科學依據(jù)。
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Study on Suitability Grade of Alcohol Type Sweet Sorghum in Liangzhou Area by GIS
ZHANG De-mei1,CUO Run-xia2#,ZHANG Xiao-ye3*,WANG Yi4
(1.Agrotechnical Station of Liangzhou District Jinsha Town,Wuwei733000,Gansu; 2.Agricultural Technology Service Station of Liangzhou District Zhongba Town People's Government,Wuwei733000,Gansu; 3.Agrotechnical Station of Liangzhou DistrictQingshui Town,Wuwei733000,Gansu; 4.Agricultural Science and Technology Extension Center of Liangzhou District,Wuwei733000,Gansu)
The soil map and present landuse map,administrative zoning map and landform zoning map of Liangzhou district of Wuwei city were overlaid forming evaluation object unit,eight factors with obvious area differences and relatively stable time series were used to establish evaluation index system and AHPmodel.The results showed that the prediction of the evaluating factors,the influence degree of study area on suitable planting alcohol type sweet sorghum was as follows:the guaranteed rate of irrigation>soil type>soil parentmaterial>irrigation modulus>profile configuration>altitude>organic matter>available potassium.Suitability evaluation of alcohol type sweet sorghum are classified into four grades in Liangzhou district,and the standard values was 0.7825,0.5356 and 0.4219,corresponding to the suitable region of one,two,three and four degree,whose area was 43806 ha,21207 ha,16071 ha and 16198 ha,respectively.
alcohol type sweet sorghum;suitability level;hierarchicalmodel analysis;GIS
S566.5
A
1007-2624(2017)04-0025-03
10.13570/j.cnki.scc.2017.04.009
2017-03-30
張德梅(1978-),女,甘肅武威人,農藝師,主要從事農業(yè)技術推廣工作。E-mail:lzqzdm2010@163.com
#執(zhí)筆人:郭潤霞(1987-),女,甘肅武威人,農學專業(yè),從事農業(yè)技術推廣工作。
張小葉(1976-),女,甘肅武威人,農藝師,主要從事農業(yè)技術推廣工作。E-mail:wangyi860518@qq.com