三江平原大豆種植的土地適宜性評價*

卜 坤, 王治良,張樹文, 楊久春

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三江平原大豆種植的土地適宜性評價*

卜 坤1, 王治良2,3**,張樹文1, 楊久春1

(1. 中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所 長春 130012; 2. 齊齊哈爾大學(xué)理學(xué)院 齊齊哈爾 161006; 3. 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所/中國科學(xué)院陸地表層格局與模擬重點實驗室 北京 100101)

受全球氣候變化、二氧化碳施肥效應(yīng)以及市場需求的影響, 國內(nèi)一系列旨在促進大豆種植的政策, 可能導(dǎo)致三江平原大豆種植面積的增加。在此大背景下, 充分利用當(dāng)?shù)貧夂驐l件和肥厚的土壤資源, 促進農(nóng)業(yè)用地的合理配置的關(guān)鍵問題在于對大豆種植進行土地適宜性評價。作者依據(jù)FAO/IIASA發(fā)布的GAEZ研究框架: 首先根據(jù)大豆對氣候、土壤的需求, 對三江平原氣象資料進行氣候清查, 評價大豆種植的氣候適宜性; 再考慮地形因素對氣候條件的影響, 使用Fourier指數(shù)和坡度條件對評價結(jié)果進行修正; 然后, 進行土壤清查, 選取土層厚度、質(zhì)地、pH、排水級與淹水情況等作為評價指標(biāo), 對三江平原大豆種植進行土壤適宜性評價, 并對含白漿層的各類土壤進行適宜性降級處理; 最后, 在柵格像元尺度上進行圖層疊加, 得到三江平原大豆種植的土地適宜性評價結(jié)果。另外引入了適宜度指數(shù)(SI),對三江平原23個縣市大豆種植的土地適宜度進行了空間上的比較。結(jié)果表明: (1)除了坡度大于30%的山區(qū)外, 三江平原大部地區(qū)適宜大豆種植, 面積達8.5×104km2, 約占總面積的78.75%; (2)沿松花江、倭肯河、穆棱河等兩岸的平緩(2%~5%)和微起伏(5%~8%)地區(qū), 土壤質(zhì)地和排水狀況良好, 最適宜大豆種植; (3)勃利、依蘭、湯原、佳木斯、集賢、樺川、友誼、綏濱和富錦9個縣市, 適宜度指數(shù)均超過70%; 其次是同江、樺南、虎林、寶清、撫遠、七臺河、蘿北、雞東、饒河和雙鴨山10個縣市; 鶴崗、密山、雞西、穆棱4縣市, 適宜度一般; (4)GAEZ模型流程化評價方法能夠在區(qū)域尺度上有效實現(xiàn)大豆種植適宜性的空間差異分析, 為土地資源的合理配置提供科學(xué)依據(jù)。

GAEZ模型; 大豆種植; 土地適宜性; 三江平原

隨著我國國民生活水平的提高, 對非轉(zhuǎn)基因食用植物油和肉禽蛋奶等農(nóng)畜產(chǎn)品的需求日益強勁, 大大地刺激了大豆()壓榨加工業(yè)的快速發(fā)展, 導(dǎo)致國內(nèi)大豆需求量的急劇膨脹。張振華等[1]2009年分析并預(yù)測了我國2020年大豆供需缺口將達到1.38×108t, 可見未來幾年我國大豆供需缺口將不斷擴大。作為大豆主產(chǎn)區(qū), 黑龍江省三江平原大豆生產(chǎn)潛力位居全國首位[2-3]。隨著氣候暖干化趨勢加劇[4], 未來全球氣候變化及CO2濃度升高的肥效作用可能對黑龍江省大豆生產(chǎn)產(chǎn)生有利影響[5]。為了充分發(fā)揮三江平原的氣候、土壤資源優(yōu)勢, 對其大豆種植進行農(nóng)業(yè)土地適宜性評價, 指導(dǎo)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)和土地資源的合理配置, 具有重要的現(xiàn)實意義。

對于黑龍江省大豆種植用地適宜性評價, 劉東輝[6]1991年建立了大豆氣候適宜性評價指標(biāo)體系。隨著評價技術(shù)手段的發(fā)展, 近年來劉丹等[7]、何英彬等[8]、李竑積等[9]分別采用層次分析法、模糊數(shù)學(xué)等方法對黑龍江省大豆種植生態(tài)適宜性進行了評價, 并利用GIS技術(shù)對種植區(qū)進行了合理地劃分。但評價指標(biāo)體系方法, 主觀性影響大, 各指標(biāo)權(quán)重大都以專家打分的方式獲得, 針對不同區(qū)域其評價指標(biāo)體系也各異。20世紀(jì)末, 聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)和國際應(yīng)用系統(tǒng)分析所(IIASA)共同研發(fā)了農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)劃(agro-ecological zone, AEZ)模型, 并被各國廣泛用于評估本國的土地生產(chǎn)潛力[10-11]。2009年, IIASA推出了該模型的最新版本Global AEZ(GAZE 3.0), 由于其計算過程嚴(yán)謹(jǐn), 機理性強, 已成為目前對氣候條件變化和農(nóng)作物產(chǎn)量變化間關(guān)系表達最好的模型之一, 已被大量應(yīng)用于相關(guān)研究[3,12-16]。但模型研究尺度多以全球、洲際或國家尺度為主, 缺乏在典型研究區(qū)針對氣候變化如何影響土地生產(chǎn)力的研究[17]。本文選取三江平原為研究靶區(qū), 在區(qū)域尺度上探討GAZE模型在大豆種植土地適宜性評價上的應(yīng)用, 為三江平原農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、土地資源的合理配置和可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

三江平原位于中國東北隅, 黑龍江省的東部, 是由黑龍江、松花江、烏蘇里江沖積而成的低平原和完達山以南烏蘇里江及其支流與興凱湖形成的沖積湖積平原組成(129°11￠202E~135°05￠102E, 43°49￠552N~ 48°27￠402N), 面積為10.8×104km2。三江平原具有典型的河谷平原特點, 除西部和西南部邊界的小興安嶺、老爺嶺、張廣才嶺和橫亙中部的完達山為森林覆蓋的山區(qū)外, 其他地區(qū)主要分布有廣闊的沖積平原和河流階地。河漫灘上廣泛發(fā)育著沼澤和沼澤化草甸, 土壤成土母質(zhì)多為黏土或亞黏土, 在土壤形成過程中廣泛發(fā)育了暗棕壤、黑土、白漿土、草甸土、沼澤土、泥炭土、石質(zhì)土、新積土和水稻土9種類型。

三江平原屬溫帶濕潤半濕潤大陸性季風(fēng)氣候, 年平均降水量為500~600 mm, 區(qū)域多年降水量為556 mm。冬、春季降水少, 夏、秋季雨水豐沛, 6~9月降水總量為400 mm左右, 占全年降水量的70%以上。水面、陸面蒸發(fā)分別為750~850 mm和300~ 500 mm; 10 ℃以上積溫為2 400~2 700 ℃。土地資源豐富,雨熱同季,適宜小麥()、大豆、玉米()、水稻()等多種作物生長。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究用到的數(shù)據(jù)主要有三江平原的氣象數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)以及DEM數(shù)據(jù)等。

氣象數(shù)據(jù)來源于黑龍江省氣象局提供的1971— 2010年三江平原及鄰接各縣市20個氣象觀測站點的逐日觀測數(shù)據(jù), 包括平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量、風(fēng)速、光照時間和云量等7個指標(biāo)。

土壤數(shù)據(jù)的來源是《黑龍江土壤》提供的《黑龍江省土壤圖》[18]。首先, 將紙質(zhì)的《黑龍江省土壤圖》三江平原部分依次進行掃描數(shù)字化、幾何校正、土壤圖斑矢量化, 以土類為成圖單元, 得到三江平原土壤圖; 再次, 通過對三江平原各種土壤資料的收集、整理與分析(如表1), 按土類賦上相應(yīng)屬性(包括土壤類型A層土壤厚度、質(zhì)地、有機質(zhì)含量、pH以及土壤容重等數(shù)據(jù)), 生成研究區(qū)土壤類型矢量數(shù)據(jù)。

表1 三江平原各類型土壤的理化性質(zhì)

DEM數(shù)據(jù)來源于美國宇航局(NASA)和美國國防部國家測繪局(NIMA)聯(lián)合測量的SRTM(Shuttle Radar Topography Mission)數(shù)據(jù), 下載于http://srtm. csi.cgiar.org/SELECTION/inputCoord.asp。按研究區(qū)范圍, 利用ArcGIS軟件拼接、填洼處理后, 生成坡度、坡長等要素圖件。

2.2 研究方法及評價流程

2.2.1 研究方法

農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)劃方法(AEZ, agro-ecological zone methodology), 是1977年Kassam為聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)的農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)劃研究項目制定的計算作物光溫生產(chǎn)潛力的一種方法[19]。面對發(fā)展中國家4~5億人口的營養(yǎng)不良和人口過度增長, FAO試圖通過AEZ研究項目的建立和實施來協(xié)助人類解決糧食安全問題。30多年來, 已經(jīng)被用來解決許多全球性及區(qū)域性的問題, 尤其是發(fā)展中國家, 如中國、孟加拉國、泰國等的土地承載力、糧食生產(chǎn)、作物適宜性、水土流失退化問題, 取得了良好的效果[20-22]。

2009年, IIASA推出了AEZ模型的最新版本Global AEZ(GAEZ3.0), 該模型是在原有AEZ模型基礎(chǔ)上改進了作物生產(chǎn)潛力模擬、土地適宜性評價和水分管理方式等計算過程, 并對全球土壤和土地利用等數(shù)據(jù)進行了更新, 關(guān)于GAZE模型的詳細技術(shù)資料, 參考相關(guān)文獻[23-25]。但GAEZ模型作為一個應(yīng)用于大尺度(國家、全球或大洲)的評價方法, 針對具體小尺度區(qū)域, 某些指標(biāo)的設(shè)定不一定合理[26]。

相對于氣候條件決定著植物在大范圍內(nèi)是否可以生存與適應(yīng)[27], 農(nóng)作物生長對氣候、地形、土壤等立地條件具有選擇性, 不同立地環(huán)境下的作物生長具有差異性[28], 據(jù)此對農(nóng)作物進行土地適宜性評價, 一定程度上決定著評價模型的精度。GAEZ模型能夠詳盡地給出土地適宜性評價的各種指標(biāo)以及各種作物對不同的氣候、地形、土壤等要素的適應(yīng)范圍, 對于眾多的科研工作者來講, 實際變成了一套土地評價的框架[25]。

2.2.2 評價流程

我們根據(jù)GAEZ方法的研究框架[29], 設(shè)計評價流程如圖1示: 首先根據(jù)大豆對氣候、土壤的需求, 對三江平原氣象資料(熱量、輻射、水分等)進行氣候清查, 評價大豆種植的氣候適宜性; 再考慮地形因素對氣候條件的影響, 使用Fourier指數(shù)和坡度對評價結(jié)果進行修正; 通過土壤清查, 合理選取土層厚度、質(zhì)地、pH值、排水級與淹水情況等作為評價指標(biāo), 進行大豆種植的土壤適宜性評價; 然后, 針對具有限制性土層(白漿層)的各類土壤, 將其適宜性評價級別降一級處理; 最后, 在柵格像元尺度上(30 m× 30 m), 利用GIS技術(shù)對上述評價結(jié)果進行圖層疊加, 按適宜性最低級附像元值, 最終得到三江平原大豆種植土地適宜性評價結(jié)果。

(1)氣候適宜性評價

1)大豆品種及氣候條件需求分析: 大豆是短日照喜溫作物, 對溫度有較寬的適應(yīng)范圍, 對水分反應(yīng)敏感, 是旱田作物中需水最多的作物。黑龍江省活動積溫年際間差異較大, 為了充分利用熱量資源, 高永剛等[30]對黑龍江省大豆主栽品種和新育品種的熱量指標(biāo)進行重新標(biāo)定, 以80%保證率下穩(wěn)定通過8 ℃為各地播種期, 以氣溫穩(wěn)定通過10 ℃的終日或者日最低氣溫1 ℃霜凍出現(xiàn)日期(二者中的較早值)作為生長季結(jié)束的日期。據(jù)此研究發(fā)現(xiàn), 除了三江平原東北部穩(wěn)定通過8 ℃積溫在1 900~2 100 ℃·d, 僅有少量品種可以成熟外, 三江平原內(nèi)大豆各品種廣泛分布(表2)。

表2 三江平原大豆品種及生長條件

根據(jù)宛敏渭等[31]1979年研究, 黑龍江省主要農(nóng)區(qū)80%保證率下穩(wěn)定通過8 ℃的積溫與穩(wěn)定通過10 ℃的積溫差平均值為70.6 ℃。一般習(xí)慣上, 使用80%保證率下穩(wěn)定通過10 ℃的積溫和持續(xù)日數(shù)作為作物不同熟型的熱量劃分指標(biāo)。本文為了兼顧使用習(xí)慣, 按大豆生長期修正大豆氣候適宜性評價指標(biāo), 如下表 3。

表3 大豆各生長季氣候適宜性評價指標(biāo)

S1表示非常適宜; S2表示適宜; S3表示次適宜; S4表示邊際適宜; N表示不適宜。S1: very suitable; S2: suitable; S3: moderately suitable; S4: marginally suitable; N: not suitable.

通過氣候清查, 三江平原日平均氣溫穩(wěn)定通過≥10 ℃的初終日數(shù)為135~146 d(圖2 A), 積溫在2 411~2 778 ℃·d(圖2 B), 其分布均呈明顯的由北向南依次增加的緯向分布趨勢, 同一緯度隨著地形海拔高度而呈一定的垂直地帶性[32]。可見, 三江平原氣候條件完全滿足大豆生長需要。但在局部地區(qū), 因地形因素或不同氣候年份造成的水分豐缺是大豆產(chǎn)量的決定因素。因此, 大豆種植適宜性評價需要進行坡度和水分條件的修正。

2)坡度修正: 在較大坡度上進行農(nóng)業(yè)耕種, 需要考慮上層土壤的侵蝕和土壤肥力的下降。不進行充分的保護措施將會導(dǎo)致土壤侵蝕的加速, 嚴(yán)重影響可持續(xù)性農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。在相似的農(nóng)作物覆被、土壤侵蝕度和農(nóng)作物、土壤管理條件下, 土壤侵蝕則主要取決于降雨的數(shù)量和強度。因此, 在GAEZ方法中, 通過建立不同的降水變率指數(shù), 分別對旱地和灌溉地的作物, 應(yīng)用不同的適宜性評價規(guī)則進行評價[33]。

為了利用已有數(shù)據(jù), 清晰地解釋該區(qū)降雨總量和年內(nèi)分布狀況, 利用修改了的Fournier指數(shù)來反映降雨總量和年內(nèi)分布的聯(lián)合影響[34], 如下式:

式中:m為Fournier指數(shù)(無量綱),P表示月降水量,ann表示年總降水量。m的值表征了降水總量和降水的分布, 并且限制在ann≤m≤12ann。在GAEZ方法中,m的結(jié)果被分成6類, 即:m≤1 300、1 300~ 1 800、1 800~2 200、2 200~2 500、2 500~2 700和m>2 700, 并且區(qū)分不同的投入水平。

本研究以中等投入進行分析, 根據(jù)多年平均月降水情況計算的三江平原各個站點Fournier指數(shù)的空間化結(jié)果(圖3), 計算中只考慮了作物生長期5— 10月份降雨時段的情況。

從圖中可以看出, 三江平原的Fournier指數(shù)可分為m≤1 300與1 300

(2)土壤適宜性評價

1)土壤適宜性評價指標(biāo): GAEZ模型的農(nóng)業(yè)-土壤適宜性分類系統(tǒng), 是依照FAO90分類體系, 在充分分析農(nóng)作物對土壤的需求和主要土壤條件的基礎(chǔ)上建立的。而本研究中使用的土壤數(shù)據(jù)來自于黑龍江省土壤普查數(shù)據(jù), 它所采用的土壤分類體系與GAEZ方法所采用的明顯不同。因此, GAEZ所提供的不同作物在不同土壤類型中的適宜情況, 不能直接拿來作為三江平原土壤適宜性的評價標(biāo)準(zhǔn)。但可以采用GAEZ方法的評價框架和基本思想, 以如下步驟進行三江平原大豆種植的土壤適宜性評價:

表4 三江平原不同F(xiàn)ournier指數(shù)下大豆種植坡度適宜性分級標(biāo)準(zhǔn)

S1表示非常適宜; S2表示適宜; S3表示次適宜; S4表示邊際適宜; N表示不適宜。S1: very suitable; S2: suitable; S3: moderately suitable; S4: marginally suitable; N: unsuitable.

首先, 依據(jù)FAO90的農(nóng)業(yè)-土壤適宜性分類系統(tǒng), 確立與土壤相關(guān)的土層厚度(cm)、質(zhì)地(A層)、土壤容重(g·cm-3)、有機質(zhì)含量(g·kg-1)、pH、排水級以及淹水情況7個指標(biāo), 作為判定標(biāo)準(zhǔn)(表5)。

再次, 對三江平原各種土壤的屬性進行統(tǒng)計分析, 發(fā)現(xiàn)各種土壤類型的土壤容重以及土壤養(yǎng)分對本研究中的大豆種植都是適宜的。因此, 在實際工作中只是針對土層厚度、質(zhì)地、pH、排水級以及淹水情況進行了適宜級別的判定。

然后, 根據(jù)實地情況, 采用專家判斷和半定量化的方法, 確定作物對土壤條件的需求。表5為大豆的土壤條件需求, 其中的數(shù)值是最佳及邊界適宜時要求的土壤特性。

不同農(nóng)作物在不同土壤類型上的適宜性評價, 是將作物對土壤的需求與每一種土壤制圖單元的對應(yīng)性質(zhì)相比較獲取的, 將其落到土壤類型圖上, 得到大豆種植的土壤適宜性分級圖, 如圖5。

2)土壤限制因素修正: GAEZ方法中其他要素的修正主要根據(jù)土壤中的粗粒物質(zhì)和土相這兩個因素。根據(jù)世界土壤圖, GAEZ方法共區(qū)分了石質(zhì)、石化碳酸鈣、石化硫酸鈣、石化鐵化物、脆盤、硬盤、鹽、堿等12種土相, 來對農(nóng)業(yè)土地適宜性進行修正。三江平原土壤質(zhì)地較好, 一般沒有粗粒物質(zhì), 只有白漿土的白漿層在某些地區(qū)是限制性土層。因此, 針對凡具有對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有限制作用的白漿層的各類土壤, 將其適宜性級別降一級處理。

(3)土地適宜性評價

最后, 在柵格像元尺度上(30 m×30 m)對上述評價結(jié)果進行圖層疊加, 按適宜性最低級附像元值, 最終得到三江平原大豆種植土地適宜性評價結(jié)果, 如圖6。

表5 大豆在最佳和適宜邊界時對土壤條件的需求

MS: 中砂土; L: 壤土; CL: 黏壤土; KC: 高嶺黏土。I: 不完全排水; MW: 中等良好排水; W: 良好排水; SE: 微過量排水。F0: 不淹水; F1: 偶然淹水。MS: moderately sand; L: loan; CL: clay loam; KC: Kaolin clay; I: imperfectly drained; MW: moderately well drained; W: well drained; SE: somewhat excessively drained; F0: mot drowned; F1: occasionally drowned.

為了更直觀地表達不同縣域之間大豆種植適宜性的空間差異, 參照GAEZ給出的計算公式, 給出適宜度指數(shù)S的計算方法, 并統(tǒng)計得到三江平原23個縣市大豆種植適宜度指數(shù)歸一化分級圖(如圖7)和統(tǒng)計結(jié)果(如圖8)。

式中: S為縣域土地適宜度指數(shù)(無量綱),為此縣的面積(km2),S(=1, 2, 3, 4)為縣域內(nèi)大豆種植不同適宜性等級的面積(km2)。

3 結(jié)果與分析

3.1 氣候適宜性評價及坡度修正結(jié)果

農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)劃(GAEZ)方法中, 作物氣候適宜性評價至關(guān)重要。通過氣候清查, 將大豆各生長階段的氣候需求與當(dāng)?shù)貧夂驐l件(熱量帶、生長期、積溫等)進行匹配, 然后對農(nóng)業(yè)氣候限制性因子(水分條件等)進行分析, 按坡度適宜性分級標(biāo)準(zhǔn)修正大豆種植的氣候適宜性評價結(jié)果, 得到三江平原大豆種植地形適宜性評價分級圖, 如圖4。由圖可見, 三江平原內(nèi)大部分地區(qū)適宜大豆生長, 但因地形、水分條件等因素制約, 如張廣才嶺、完達山、長白山和小興安嶺余脈坡度大于30%的陡峭坡地不太適宜大豆種植。

3.2 土壤適宜性評價結(jié)果

在大豆種植的氣候、地形適宜性評價結(jié)果的基礎(chǔ)上, 按照FAO90的農(nóng)業(yè)-土壤適宜性分類系統(tǒng), 根據(jù)實地情況和大豆生長對土壤條件的需求, 進行土壤清查和土壤適宜性級別標(biāo)準(zhǔn)劃分, 得到三江平原大豆種植的土壤適宜性分級圖, 如圖5所示, 相比地形適宜性評價結(jié)果, 三江平原內(nèi)大豆種植的適宜性, 因土壤條件差異而明顯不同。特別是在土壤質(zhì)地較黏重、排水狀況較差的別拉洪河、濃江河以及撓力河的沖積平原上, 大豆種植適宜性由非常適宜降為適宜; 坡度較大導(dǎo)致過量排水的山區(qū)坡地上, 其大豆種植適宜性則降為次適宜或邊際適宜。

3.3 土地適宜性評價結(jié)果

GAEZ土地評價程序, 是按照土地質(zhì)量隨著限制因素逐漸增多, 適宜等級遞減的原理進行的。本文針對含有對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有限制作用的白漿層的各類土壤, 將其適宜性級別降一級處理。在像元(30 m× 30 m)尺度上將上述評價結(jié)果進行圖層疊加, 按適宜性最低級附像元值, 得到三江平原大豆種植土地適宜性評價結(jié)果, 如圖6所示, 沿倭肯河、松花江、穆棱河等河流兩岸, 特別是在平緩(2%~5%)和微起伏(5%~8%)的地區(qū), 地形和緩、土壤肥厚、水分充足而排水良好的地區(qū), 非常適宜大豆種植; 因白漿層限制, 其他非常適宜地區(qū)則降為適宜或次適宜。

對三江平原大豆種植的農(nóng)業(yè)土地適宜性評價結(jié)果, 按適宜性等級進行統(tǒng)計分析: 非常適宜(S1)和適宜(S2)兩級面積約8.5×104km2, 占三江平原比例達78.75%(圖7)。

S1表示非常適宜; S2表示適宜; S3表示次適宜; S4表示邊際適宜; N表示不適宜。S1: very suitable; S2: suitable; S3: moderately suitable; S4: marginally suitable; N: unsuitable.

3.4 土地適宜度指數(shù)統(tǒng)計結(jié)果

通過對三江平原23個市縣計算適宜度指數(shù)計算, 得到三江平原大豆適宜度指數(shù)歸一化分級圖和統(tǒng)計結(jié)果(圖8)。從總體情況來看, 三江平原各市縣的適宜度歸一化指數(shù)都超過了58%, 三江平原地區(qū)比較適宜發(fā)展大豆生產(chǎn)。根據(jù)適宜度歸一化指數(shù), 可將大豆種植區(qū)分為3類: 其中沿倭肯河和松花江分布的勃利、依蘭、湯原、佳木斯、集賢、樺川、友誼、綏濱、富錦共9個縣市的適宜度歸一化指數(shù)超過70%, 為最適宜大豆種植的縣市; 同江、樺南、虎林、寶清、撫遠、七臺河、蘿北、雞東、饒河、雙鴨山共10個縣市的適宜度歸一化指數(shù)介于60%~70%; 鶴崗、密山、雞西、穆棱4個縣市的適宜度歸一化指數(shù)則介于58%~60%。

4 討論與結(jié)論

根據(jù)GAEZ方法中的土地適宜性評價流程, 在柵格像元尺度上(30 m×30 m), 對三江平原大豆種植的土地適宜性進行精細評價, 結(jié)果顯示:

1)從氣候條件來看, 三江平原適宜大豆種植。但因地形、水分條件等因素制約, 如張廣才嶺、完達山、長白山和小興安嶺余脈坡度大于30%的陡峭坡地, 大豆種植適宜性降為次適宜或邊際適宜。

2)從土壤條件來看, 因土壤質(zhì)地黏重、排水狀況較差或坡度較大導(dǎo)致過量排水的地區(qū), 其大豆種植適宜性則降為次適宜或邊際適宜。沿松花江、倭肯河、穆棱河等兩岸的平緩(2%~5%)和微起伏(5%~8%)的地區(qū), 最適宜大豆種植。非常適宜和適宜種植面積達8.5×104km2, 約占三江平原總面積的78.75%。

3)從適宜度歸一化指數(shù)來看: 沿倭肯河和松花江分布的勃利、依蘭、湯原、佳木斯、集賢、樺川、友誼、綏濱、富錦共9個縣市適宜度歸一化指數(shù)均超過70%, 為最適宜大豆種植的縣市; 其次是同江、樺南、虎林、寶清、撫遠、七臺河、蘿北、雞東、饒河、雙鴨山10個縣市, 也適宜大豆種植; 最后是鶴崗、密山、雞西、穆棱4個縣市, 適宜度一般。

4)從不同區(qū)域的空間比較結(jié)果來看, GAEZ方法能夠有效地區(qū)分大豆種植適宜性的空間差異性, 能夠?qū)θ皆蠖狗N植和區(qū)域農(nóng)業(yè)規(guī)劃提供合理的科學(xué)依據(jù)。與指標(biāo)體系評價方法不同, GAEZ流程化評價程序不僅避免了主觀因素的干擾, 評價結(jié)果更客觀真實, 而且易于不同地區(qū)間推廣應(yīng)用和比較。

但是, 為了更為準(zhǔn)確地估算三江平原大豆種植的現(xiàn)實土地生產(chǎn)力, 僅靠土地適宜性評價結(jié)果來修正大豆種植的氣候生產(chǎn)潛力是不夠的, 還需考慮當(dāng)?shù)剞r(nóng)地耕種、灌溉比例、農(nóng)業(yè)投入水平和經(jīng)營管理方法等具體限制條件。礙于搜集到的數(shù)據(jù)資料限制, 本文未能就三江平原大豆種植的生產(chǎn)力進行評估, 希望今后研究能夠進行氣候和現(xiàn)實生產(chǎn)力的評估。

致謝 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集過程中得到地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺(http://www.geodata.cn/)的支持, 在此表示感謝。

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Evaluation of agricultural land suitability for soybean cultivation in the Sanjiang Plain, Northeast China*

BU Kun1, WANG Zhiliang2,3**, ZHANG Shuwen1, YANG Jiuchun1

(1. Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130012, China; 2. College of Science, Qiqihar University, Qiqihar 161006, China; 3. Key Laboratory of Land Surface Pattern and Simulation, Chinese Academy of Sciences / Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China)

The Sanjiang Plain is one of the most important grain production base in China. The importance of the plain could increase with the promulgation of policies that encourage farmers to cultivate soybean to adapt to the global climate change and CO2concentration rise. In order to make full use of the advantages in climate and soil conditions, there is the need for rational allocation of soybean cultivation areas in the Sanjiang Plain. In this paper, firstly, we carried out climate suitability evaluation for the cultivation of soybean based on climate and soil inventory with the GAEZ framework of FAO/IIASA. Then, we used soil thickness, soil texture, soil pH, land drainage and flooding conditions as indicators of soil suitability evaluation and the results of the analysis were degraded by Albic bleach soil in the Sanjiang Plain. Finally, the results of the agricultural land suitability evaluation were obtained by overlapping layers in GIS at the grid scale (30 m × 30 m) and Suitability Index (SI) calculated to geospatially compare soybean cultivation in the study area. The results showed that: 1) most parts of the Sanjiang Plain was suitable for soybean cultivation, except for areas with slope ≥30%. 2) About 8.5 × 104km2(78.75% of the plain) was suitable for soybean cultivation, especially gentle slope (2%-5%) and undulating slope (5%-8%) areas along the bank of Songhua, Woken and Muleng Rivers with good soil texture and high drainage. 3) Nine counties with the highest SI(≥ 70%) included Boli, Yilan, Tangyuan, Jamusi, Jixian, Huachuan, Youyi, Suibin and Fujin. Then 10 counties (Tongjiang, Huanan, Hulin, Baoqing, Fuyuan, Qitaihe, Luobei, Jidong, Raohe and Shuangyashan) had higher SI(60%-70%); Hegang, Mishan, Jixi and Muleng counties had the lowest SI(SI≤ 60%). 4) For its simple and objective evaluation procedure, the GAEZ framework was applicable in locally distinguishing spatial differences in soybean cultivation areas needed in rational land allocation.

GAEZ model; Soybean cultivation; Land ecological suitability; Sanjiang Plain

10.13930/j.cnki.cjea.160342

S314

A

1671-3990(2017)03-0419-10

2016-04-19 接受日期: 2016-11-09

* 國家自然科學(xué)基金項目(41301510)、國家科技基礎(chǔ)性工作專項(2011FY110400, 2013FY114600)、齊齊哈爾市科技局軟課題(RKX-201406)和黑龍江省哲學(xué)社會科學(xué)研究規(guī)劃青年項目(16JLC01)資助

* This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (41301510), the National Program on Basic Research Project of China (2011FY110400, 2013FY114600), the Soft Scientific Topics of Qiqihar Science and Technology Bureau (RKX-201406), and the Philosophy and Social Sciences Research Plan of Heilongjiang Province (16JLC01).

** Corresponding author, E-mail: jodver@163.com

**通訊作者:王治良, 主要研究方向為資源環(huán)境遙感調(diào)查與評估。E-mail: jodver@163.com

卜坤, 主要研究方向為GIS開發(fā)與應(yīng)用。E-mail: bukun@osgeo.cn

Apr. 19, 2016; accepted Nov. 9, 2016