基于地貌形態(tài)的湖南星級農(nóng)莊空間分布

黃國林 曾斌 李衛(wèi)東 張力 肖遠(yuǎn)志 唐桂梅 何濤

摘要：通過研究星級農(nóng)莊位點的地形數(shù)據(jù)，揭示出基于地貌形態(tài)的星級農(nóng)莊空間分布特征。以30 m精度SRTM1 DEM數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，湖南地區(qū)971個星級農(nóng)莊為樣本，采用GIS定量分析和GIS可視化技術(shù)對地貌形態(tài)和星級農(nóng)莊地形數(shù)據(jù)進(jìn)行測度，分析歸納星級農(nóng)莊位點的地貌形態(tài)分布規(guī)律，劃分星級農(nóng)莊類型。湖南省星級農(nóng)莊在東部地區(qū)分布密度明顯高于西部地區(qū)，主要分布在湘北、湘中、湘南的低海拔丘陵平原，及東、西、南三面山區(qū)中海拔較低的山谷盆地;位于海拔500 m以下、坡度25°以下、起伏度200 m以下的星級農(nóng)莊分別占比達(dá)92.07%、93.92%、96.71%;在北、東北、東、東南、南、西南、西、西北8個坡向區(qū)域，星級農(nóng)莊分布數(shù)量占比在11.43%～13.39%之間。湖南省星級農(nóng)莊空間分布受地貌形態(tài)影響明顯，整體呈現(xiàn)為“東密西疏、區(qū)域集聚、低海拔分布”的特點，趨向于集中分布在海拔較低、地勢平緩、適宜農(nóng)業(yè)耕作的地形區(qū)域，在地形坡向上分布數(shù)量相對均衡。依據(jù)地貌形態(tài)星級農(nóng)莊初步劃分為湖區(qū)平原型、平原臺地型、丘陵山崗型、低海拔山地型、高海拔山地型5種類型。該研究可宏觀上為休閑農(nóng)業(yè)發(fā)展布局及休閑農(nóng)莊建設(shè)選址提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：地貌形態(tài);高程;坡度;坡向;起伏度;星級農(nóng)莊;空間分布特征;農(nóng)莊類型;SRTM1 DEM;休閑農(nóng)業(yè);發(fā)展布局

中圖分類號： F327文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）21-0028-05

收稿日期：2019-07-11

基金項目：湖南省重點研發(fā)計劃（編號：2018NK2050、2018NK2051、2018NK2055）;湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新項目（編號：2017JC38）。

作者簡介：黃國林（1976—），男，湖南永興人，副研究員，研究方向為休閑農(nóng)業(yè)與鄉(xiāng)村旅游、觀賞園藝。E-mail：44636692@qq.com。

通信作者：李衛(wèi)東，研究員，研究方向為休閑農(nóng)業(yè)與鄉(xiāng)村旅游。E-mail：228376749@qq.com。

地貌形態(tài)是地貌的基本要素之一，通過高程、坡度、坡向、起伏度等形態(tài)特征及其組合構(gòu)成類型多樣的地表景觀，是地貌類型劃分的重要基礎(chǔ)[1-3]。數(shù)字高程模型（digital elevation model，DEM）是描述地表起伏形態(tài)特征的空間數(shù)據(jù)模型，記錄了精確的空間三維定位信息[4-5]，被廣泛應(yīng)用于地貌調(diào)查、地貌形態(tài)特征分析、地貌類型劃分等研究[6-7]。以DEM為數(shù)據(jù)源的地貌形態(tài)定量分析技術(shù)已成為地理信息科學(xué)的研究熱點[8]，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、旅游開發(fā)、土地利用、森林保護(hù)、水土保持等地理環(huán)境資源開發(fā)提供了技術(shù)支持[9-12]。休閑農(nóng)業(yè)是我國實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，構(gòu)建農(nóng)村一二三產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展體系的重要內(nèi)容。作為一種以農(nóng)業(yè)為基礎(chǔ)的新型產(chǎn)業(yè)形態(tài)和消費(fèi)業(yè)態(tài)[13]，休閑農(nóng)業(yè)發(fā)展受地理空間位置、地形地貌的影響非常明顯，很有必要開展基于地貌的空間分布特征研究。現(xiàn)有研究主要是利用地理計量學(xué)方法和輔助GIS系統(tǒng)工具，定量分析了湖南、陜西、山西、山東、福建、北京、上海等?。ㄊ校┑男蓍e農(nóng)業(yè)空間分布特征[14-20]，但與高程、坡度、坡向、起伏度等地貌形態(tài)相關(guān)的空間分布研究鮮有報道。因此，本研究以基于30 m精度的SRTM1 DEM數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用GIS系統(tǒng)等方法分析湖南省地貌形態(tài)和星級農(nóng)莊的空間地形特征，以期揭示基于地貌形態(tài)星級農(nóng)莊的空間分布特征，為今后休閑農(nóng)莊建設(shè)選址及湖南省休閑農(nóng)業(yè)發(fā)展布局提供數(shù)據(jù)支持。

1研究區(qū)概括、數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1研究區(qū)概括

湖南省地處108°47′～114°15′E、24°38′～30°08′N的長江中游地區(qū)，屬大陸型中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候。全省地貌類型齊全，呈現(xiàn)東、西、南三面山地環(huán)繞，東北開口的馬蹄形丘陵型盆地。東部有湘贛交界的幕阜山-羅霄山，西北部有武陵山脈，西南部有雪峰山脈，南部有南嶺山脈。西北角為湖南最高峰壺瓶山，海拔高度2 098.7 m[21]。湘中部除衡山外大多為丘陵、盆地和河流沖擊平原，湘北部為洞庭湖及湘、資、沅、澧四水河湖沖擊平原。優(yōu)越的地理條件與多樣的地形地貌為湖南省的休閑農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了有利條件，各種類型的休閑農(nóng)莊成為湖南省休閑農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要形式，截至2016年底全省規(guī)模農(nóng)莊已達(dá)4 600多家，其中代表湖南省休閑農(nóng)莊最高水準(zhǔn)的省級星級農(nóng)莊1 019家。

1.2數(shù)據(jù)來源與處理

DEM數(shù)據(jù)來源于http：//earthexplorer.usgs.gov網(wǎng)站提供的、精度為30 m的SRTM1 DEM數(shù)據(jù)，空間數(shù)據(jù)來源于國家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)1 ∶400萬地形數(shù)據(jù)庫，借助ArcGIS 10.2軟件，利用行政區(qū)劃矢量邊界截取出湖南省范圍的DEM數(shù)據(jù)。星級農(nóng)莊位點數(shù)據(jù)是基于湖南省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳公布的6批次星級農(nóng)莊名單，通過百度地圖、360地圖、騰訊地圖、高德地圖、Google Earth等地圖軟件對農(nóng)莊位置進(jìn)行核實，獲得的百度坐標(biāo)點位數(shù)據(jù)樣本為971個，利用ArcGIS 10.2軟件對樣本點位數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量化處理。

1.3研究方法

1.3.1地貌形態(tài)特征分析

利用ArcGIS 10.2軟件從SRTM1 DEM數(shù)據(jù)中提取出湖南省地貌形態(tài)的高程、坡度、坡向、起伏度數(shù)據(jù)，輔助運(yùn)用GIS可視化技術(shù)繪制地形分層設(shè)色圖，直觀且定量分析湖南省地貌形態(tài)特征。

地形數(shù)據(jù)依據(jù)不同級別分層提?。焊叱桃浴?0、30～70、70～200、200～500、500～1 000、>1 000 m 6級提取繪制;坡度以≤2°、2°～6°、6°～15°、15°～25°、>25° 5個級別提取繪制;坡向以北（0°±22.5°）、東北（45°±22.5°）、東（90°±22.5°）、東南（135°±22.5°）、南（180°±22.5°）、西南（225°±22.5°）、西（270°±22.5°）、西北（315°±22.5°）、平坦（無）9個方向提取繪制[22];起伏度以平原（30 m以下）、臺地（30～70 m）、丘陵（70～200 m）、小起伏山地（200～500 m）、中起伏山地（500～1 000 m）、大起伏山地（1 000～2 500 m）和極大起伏山地（2 500 m以上）7個等級提取繪制[23]，其中起伏度提取采用的分析窗口須要確定最佳的分析窗口。本研究利用對數(shù)擬合人工判定與均值變點分析法[24-25]，計算得出以30 m精度SRTM1 DEM數(shù)據(jù)提取湖南省地形起伏度的最佳分析窗口大小為14×14網(wǎng)格，面積大小為0.198 4 km2。

1.3.2星級農(nóng)莊空間分布特征分析

繪制基于SRTM1 DEM的湖南省星級農(nóng)莊空間分布圖，直觀分析星級農(nóng)莊空間總體分布狀況。提取星級農(nóng)莊空間位點高程、坡度、坡向、起伏度地形數(shù)據(jù)，運(yùn)用箱形圖與直方圖直觀分析地形數(shù)據(jù)的分布狀況，統(tǒng)計分析基于地形高程、坡度、坡向、起伏度的星級農(nóng)莊空間分布特征。

基于高程、坡度、起伏度的星級農(nóng)莊分布數(shù)量直方圖參照Sturges的經(jīng)驗公式確定組數(shù)K：K=1+3.322 lgn，其中n為數(shù)據(jù)個數(shù)，組距的確定參照公式“組距=（最大極差值-最小極差值）/組數(shù)”[26]。本研究星級農(nóng)莊樣本971個，確定組數(shù)K為11組，組距分別為158 m、4.40°、36 m?；谄孪虻男羌夀r(nóng)莊分布數(shù)量直方圖則按組距45°分為9組，其中-45°～0°的組為位于平坦無坡向的星級農(nóng)莊。

2結(jié)果與分析

2.1湖南省地貌形態(tài)特征分析

湖南省地貌形態(tài)呈現(xiàn)為“東西南3面高、中北部低”的特點，以海拔200 m以上的地形為主，面積占比62.25%，最低處位于湘北洞庭湖流域中心區(qū)域，海拔30 m以下（圖1-A）。以坡度25°以下適合農(nóng)業(yè)耕作的平坡、緩坡、斜坡地形為主[27-28]，面積占比達(dá)81.60%，最平緩區(qū)域主要分布在湘北洞庭湖流域（圖1-B）。北、東北、東、東南、南、西南、西、西北8個坡向的地形整體分布相對均衡，面積占比分別為1182%、11.58%、12.64%、13.49%、11.99%、12.12%、1231%、12.82%，平坦無坡向地形只占1.22%，同時在海拔較高的山地具有明顯的連續(xù)色塊，表明局部高海拔山地地形坡向分布較不均衡，存在較大面積的同坡向地形（圖2-A）。依據(jù)地形起伏度對地貌類型進(jìn)行劃分，湖南省地貌形態(tài)以平原、臺地、丘陵為主，面積占比達(dá)89.75%，山地以小起伏山地為主，中起伏山地分布極少，無大起伏山地與極大起伏山地（圖2-B）。

2.2基于地貌形態(tài)的星級農(nóng)莊空間分布特征分析

2.2.1星級農(nóng)莊空間分布總體特征

從圖3可知，湖南省星級農(nóng)莊在東部地區(qū)分布密度明顯高于西部地區(qū)，主要分布在湘北、湘中、湘南的低海拔丘陵平原及東、西、南3面山區(qū)中海拔較低的山谷盆地。地貌形態(tài)對星級農(nóng)莊分布影響明顯，特別是在武陵山脈、 雪峰山脈、南嶺山脈、羅霄山-幕阜山等山區(qū)，星級農(nóng)莊沿山谷盆地形成群落或帶狀分布?？傮w呈現(xiàn)為“東密西疏、區(qū)域集聚、低海拔分布”的特點。

2.2.2星級農(nóng)莊空間分布的地貌形態(tài)特征

從圖4可知，星級農(nóng)莊的高程、坡度、起伏度數(shù)據(jù)中位數(shù)都位于較低位置，在低海拔、小坡度、低起伏度區(qū)域集中趨勢明顯，星級農(nóng)莊隨海拔、坡度、起伏度的增加分布數(shù)量快速減少，表明湖南省星級農(nóng)莊主要分布在低海拔、小坡度、低起伏度地形區(qū)域。湖南省星級農(nóng)莊分布在海拔22～1 754 m、坡度0°～48.26°、起伏度0～395 m之間，平均海拔206.79 m、坡度8.77°、起伏度57.20 m; 其中?位于海拔500 m以下、坡度25°以下、起伏度200 m以下的星級農(nóng)莊分別占比達(dá)92.07%、93.92%、96.71%，而同時滿足以上條件分布的星級農(nóng)莊也達(dá)到608個，占比62.26%（圖4）。進(jìn)一步證明了星級農(nóng)莊主要趨向于分布在低海拔和起伏度小的平原、臺地和丘陵區(qū)域，主要為適宜農(nóng)業(yè)耕作坡度較小的平坡、緩坡、斜坡區(qū)域。

坡向數(shù)據(jù)在0°～360°區(qū)間呈現(xiàn)均衡分布特征，在北、東北、東、東南、南、西南、西、西北8個坡向區(qū)域，星級農(nóng)莊分布數(shù)量占比在11.43%～13.39%之間，呈現(xiàn)均衡分布特征，無坡向星級農(nóng)莊9個（表1），表明星級農(nóng)莊在各個坡向的分布數(shù)量較為均衡。

2.3基于地貌形態(tài)星級農(nóng)莊類型劃分

依據(jù)地貌形態(tài)可以把湖南省的星級農(nóng)莊劃分為湖區(qū)平原型、平原臺地型、丘陵山崗型、低海拔山地型、高海拔山地型。湖區(qū)平原型農(nóng)莊主要位于海撥低地勢平緩的湖區(qū)平原區(qū)域;平原臺地型農(nóng)莊主要位于海拔較低、起伏度較小、地勢較為平緩的平原和臺地區(qū)域;丘陵山崗型農(nóng)莊主要位于海拔較低、有一定起伏的丘陵區(qū)域;低海拔山地型農(nóng)莊主要是位于海拔較低、起伏度較大的山地;高海拔山地型農(nóng)莊主要位于海拔較高、地勢起伏度較大的山地。從表2可知，湖南省的星級農(nóng)莊以丘陵山崗型農(nóng)莊最多，為367個;低海拔山地型農(nóng)莊次之，為279個;湖區(qū)平原型農(nóng)莊最少，為38個。

3結(jié)論與討論

3.1結(jié)論

運(yùn)用DEM數(shù)字高程模型、GIS定量分析、GIS可視化技術(shù)，對基于地貌形態(tài)的湖南省星級農(nóng)莊空間分布特征進(jìn)行研究?得出以下結(jié)論：湖南省星級農(nóng)莊空間分布呈現(xiàn)為“東密西疏、區(qū)域集聚、低海拔分布”的特點;高程、坡度、起伏度對星級農(nóng)莊空間分布影響明顯，星級農(nóng)莊趨向分布在海拔較低、地勢平緩、適宜農(nóng)業(yè)耕作的平原、臺地和丘陵地區(qū)，海拔較高、起伏度較大、坡度較大的山地分布數(shù)量少;坡向?qū)π羌夀r(nóng)莊空間分布影響不大，在北、東北、東、東南、南、西南、西、西北8個坡向區(qū)域星級農(nóng)莊分布數(shù)量較為均衡;依據(jù)地貌形態(tài)把湖南省星級農(nóng)莊劃分為湖區(qū)平原型、平原臺地型、丘陵山崗型、低海拔山地型、高海拔山地型5種類型。

3.2討論

基于地貌形態(tài)對星級農(nóng)莊空間分布進(jìn)行研究，是對側(cè)重于集聚類型、均衡程度、分布密度等空間分布研究的有益補(bǔ)充。本研究通過對星級農(nóng)莊位點的地形數(shù)據(jù)進(jìn)行探討?分析現(xiàn)有星級農(nóng)莊的地貌特征，歸納出星級農(nóng)莊位點的地貌形態(tài)分布規(guī)律，劃分出星級農(nóng)莊的類型。這在一定程度上可為從宏觀上指導(dǎo)休閑農(nóng)莊建設(shè)選址及休閑農(nóng)業(yè)發(fā)展布局提供借鑒與參考。本研究發(fā)現(xiàn)，星級農(nóng)莊絕大多數(shù)分布在海拔500 m以下、坡度25°以下、起伏度200 m以下的區(qū)域，海拔高且起伏度大的山區(qū)、坡度大于25°的地形不適宜農(nóng)業(yè)開墾，這符合休閑農(nóng)業(yè)“以農(nóng)為本”的特點，可以進(jìn)一步研究利用地貌形態(tài)對星級農(nóng)莊空間分布影響劃分出休閑農(nóng)業(yè)發(fā)展適宜區(qū)域。

目前，運(yùn)用地理計量學(xué)與GIS系統(tǒng)定量分析休閑農(nóng)業(yè)空間分布特征研究，多采用地圖軟件定位樣本的空間坐標(biāo)，但休閑農(nóng)業(yè)示范點、休閑農(nóng)業(yè)園區(qū)、休閑農(nóng)莊、休閑農(nóng)業(yè)景點等樣本都具有較大空間面積，因而存在因地圖軟件不同或?qū)嵉夭蓸游恢貌煌鴮?dǎo)致提取的地形數(shù)據(jù)有一定偏差。同時，DEM數(shù)據(jù)來源不同、精度不同都會造成研究結(jié)果具有一定的差異性。前人對中國區(qū)域地貌形態(tài)特征開展研究，大多采用90 m精度SRTM3 DEM和30 m精度ASTER GDEM V2數(shù)據(jù)，國內(nèi)30 m精度SRTM1 DEM數(shù)據(jù)近幾年才開放，相關(guān)研究較少。雖然武文嬌等研究表明在垂直精度上SRTM1 DEM明顯高于ASTER GDEM V2，總體上對地形表達(dá)更準(zhǔn)確[29]，但其地形表達(dá)的準(zhǔn)確性與可靠性方面還有待進(jìn)一步研究。

高程與起伏度都是反映地貌形態(tài)的重要指標(biāo)，是劃分平原、臺地、丘陵、山地等基本地貌類型的主要依據(jù)，但由于地貌形態(tài)類型復(fù)雜多樣，分類方法多樣，未形成一個公認(rèn)的地貌分類體系[30]。本研究中基于起伏度200 m以下劃分的平原、臺地與丘陵區(qū)域面積占比89.75%，而基于高程500 m以下劃分的平原、丘陵區(qū)域面積占比74.01%，因而建立一種統(tǒng)一的地貌基本形態(tài)劃分體系值得進(jìn)一步研究與探討。

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