基于GIS的河西走廊沿山冷涼區(qū)甜菜適宜性評價

王俊蓮，張 柏

(1.甘肅省涼州區(qū)韓作鄉(xiāng)人民政府農技站，甘肅 武威 733000；2.甘肅省武威市涼州區(qū)農業(yè)技術推廣中心，甘肅 武威 733000)

河西綠洲灌區(qū)近年來隨著經濟作物的大力發(fā)展以及新型經營主體的規(guī)模擴大，甜菜種植面積逐年擴大。本文旨在通過GIS技術手段，摸清研究區(qū)的甜菜生產適宜性區(qū)域，提高甜菜種植的利用效率，促進糖料經濟作物在石羊河流域的科學、高效、生態(tài)發(fā)展。為河西冷涼灌區(qū)農業(yè)方案決策者、基層農業(yè)技術人員、糖料經濟作物經營合作社、糖料經濟作物種植大戶、糖料經濟作物家庭農場、廣大糖料經濟作物散戶提供決策參考，保障甜菜等糖料作物的健康持續(xù)發(fā)展[1-5]。

1 研究區(qū)概況

韓佐鄉(xiāng)位于涼州城區(qū)南部，距市區(qū)22 km，平均海撥1 679 m，鄉(xiāng)域面積31.4 km2，轄7個行政村、58個村民小組、2 223戶、10 050人，耕地面積21 438畝，人均耕地2.13畝，農民人均純收入達5 238元。屬于冷涼山水灌區(qū)，農民收入主要以種植、養(yǎng)殖和勞務輸出為主。

2 材料與方法

2.1 研究資料

運用GIS軟件和GIS方法，以最小8 000 m2為最小單元單位，疊加合并空間圖件和屬性數據(表1)計算生成韓佐鄉(xiāng)的甜菜評價對象單元圖。

表1 空間資料和屬性數據情況表

2.2 層次模型建立

選定灌溉條件、耕層厚度、速效鉀、質地、坡度、有機質、成土母質、海拔8個因子做為韓佐鄉(xiāng)甜菜生產適宜性評價的指標，然后根據各自的屬性和特點，將它們分別歸入到人為管理、土壤養(yǎng)分、立地條件、剖面狀況四個準則層中。按照層次判斷矩陣標度，通過特爾斐法按照目標層、準則層、指標層順序給出數量化的評估，構造韓佐鄉(xiāng)甜菜適宜性評價層次模型如表2所示。

表2 韓佐鄉(xiāng)甜菜生產評價指標體系

2.3 因子權重計算

在GIS軟件模塊中運行層次分析模型編輯菜單，系統(tǒng)根據所構建的判別矩陣，首先獲得各判別矩陣的權重值，然后計算同一層次所有因素對于總目標相對排序權值，最終所得到的組合權重即為各甜菜生產適宜性評價因子的權重值(表3)。在軟件系統(tǒng)檢測，層次總排序一致性檢驗：CR=CI/RI=0.000 000 001<0.1，總排序一致性檢驗通過！對韓佐鄉(xiāng)甜菜生產適宜性的影響程度從大到小依次為：灌溉條件、耕層厚度、速效鉀、質地、降雨量、有機質、成土母質、海拔。

表3 韓佐鄉(xiāng)適宜性評價各因素的組合權重計算結果

2.4 隸屬函數模型建立及其適宜性預測計算

量化數據類型采用模糊數學方法；概念因子，采用多專家打分(詳見表4)。構造隸屬函數時，用特爾斐法對單個參評要素的一組實測值評估出相應的一組隸屬度，然后建立該組實測值與評定的隸屬度之間函數關系，要求兩者之間的差值平方和最小，即滿足最小二乘法要求的函數關系為該參評因素的隸屬函數[4-5]。

表4 評價因子隸屬度專家賦值表

利用累加模型計算韓佐鄉(xiāng)甜菜適宜性指數(IFI)，

IFI=∑Fi×CiBi，i=1，2，3，…，n，式中：IFI(Integrated Fertility Index)Fi表示第i個因子隸屬度；CiBi表示第i個因素的組合權重。[1-4]

3 結果與分析

由預測結果的表5、表6和圖1可知，研究區(qū)甜菜高度適宜區(qū)域面積為111.2 hm2，占全鎮(zhèn)總耕地面積的4%，區(qū)域相對由大到小的是陽畦村、宏化村、韓佐村、禪樹村，其面積分別為65.24 hm2、22.67 hm2、13.57hm2、9.72 hm2，此模型評價下，二畦莊村、高壩溝村、頭畦村三個行政村沒有分布；適宜等級區(qū)域面積為2 514.45 hm2，占全鎮(zhèn)總耕地面積的90.5%，該等級全鄉(xiāng)所有行政村均有分布，面積相對較大的三個行政村是韓佐村、頭畦村、宏化村，其面積分別為561.44 hm2、493.94 hm2、397.35 hm2，面積相對較小的四個行政村是禪樹村、二畦莊村、高壩溝村、陽畦村，其面積分別為296.16 hm2、256.38 hm2、291.77 hm2、217.41 hm2；勉強適宜等級區(qū)域面積為154.01 hm2，占全鄉(xiāng)總耕地面積的5.5%，該適宜等級有3個行政村沒有分布，分別為二畦莊村、韓佐村、頭畦村，其余四個行政村分布面積都相對很小：宏化村83.33 hm2、陽畦村54.86 hm2、高壩溝村11.13 hm2、禪樹村4.69 hm2。

表5 韓佐鄉(xiāng)甜菜種植適宜性等級預測結果表

表6 韓佐鄉(xiāng)甜菜生產適宜性面積分布表

圖1 韓佐鄉(xiāng)甜菜適宜性預測分區(qū)圖

4 結論與討論

(1)次研究的層次模型中，目標層A為韓佐鄉(xiāng)甜菜適宜性評價，準則層次B為剖面、管理、養(yǎng)分、立地，其組合權重值分別為：0.198 5、0.414 9、0.227 3、0.159 3；因子層C權重值從大到小依次為灌溉條件、耕層厚度、速效鉀、質地、降雨量、有機質、成土母質、海拔；因子選取遵循依據為灌溉保證農業(yè)發(fā)展、耕層厚度保證土壤發(fā)育環(huán)境、速效鉀為塊莖作物的所需元素。

(2)高度適宜區(qū)域面積為111.2 hm2，占全鎮(zhèn)總耕地面積的4%，適宜等級區(qū)域面積為2 514.45 hm2，占全鎮(zhèn)總耕地面積的90.5%，勉強適宜等級區(qū)域面積為154.01 hm2，占全鄉(xiāng)總耕地面積的5.5%，由于因子賦值權重理解、專家見解認識、從事行業(yè)限制等分歧和數學方法的局限，評價結果與甜菜的實際生產能力難免會發(fā)生一定的偏差。根據評價結果及其近年來河西地區(qū)甜菜種植情況，沿山冷涼區(qū)域的氣候、海拔、土壤等條件能夠保證高度適宜區(qū)域的甜菜高產。

(3)此研究方法基于鄉(xiāng)鎮(zhèn)級尺度的區(qū)域評價使得管理單元范圍變小，更能切合實際到行政村范圍評價適宜性，更為注重屬性數據的精確化，能為河西灌區(qū)糖料作物適宜性預測作為參考；評價結果在量化上更為準確，且適宜性分區(qū)專題圖形象直觀，可直接為冷涼區(qū)域發(fā)展甜菜產業(yè)的新型主體、大戶、農戶的提供依據。