基于多因子空間疊加法的環(huán)洞庭湖流域土地適宜性評價

楊俊,邱鳳杰,胡文敏

摘 要 本文基于3S相關(guān)技術(shù)，以遙感影像數(shù)據(jù)、地形DEA數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源，利用多因子空間疊加法對環(huán)洞庭湖流域土地的農(nóng)業(yè)、生態(tài)環(huán)境等進行分析，探討環(huán)洞庭湖流域在生態(tài)保護、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、開發(fā)建設(shè)等不同功能指向下的土地適宜程度，為環(huán)洞庭湖流域土地建設(shè)開發(fā)的重點、方向以及土地資源管理工作提供科學依據(jù)和基本藍圖。

關(guān)鍵詞 土地適宜性評價;多因子空間疊加法;環(huán)洞庭湖流域;國土空間規(guī)劃

中圖分類號：P2 文獻標識碼：A

Land Suitability Evaluation in Dongting Lake Basin Based on Multi-Factor Spatial Superposition Method

Yang Jun ， Qiu Fengjie ， Hu Wenmin

（1. The second Surveying and Mapping Institute of Hunan Province， Changsha Hunan 410015;

2. Central South University of Forestry and Technology， Changsha Hunan 410004）

Abstract： Based on 3S technology， the remote sensing image data and terrain DEA data were taken as the main data sources， the method of superposition was used to analyze multiple factor space of the ring of Dongting Lake watershed land agriculture， ecological environment. Basin， ecological protection， agricultural production， development and construction in different functions， such as to the suitability of land were investigated. It provides scientific basis and basic blueprint for the key point， direction and land resource management of land construction and development around Dongting Lake basin.

Keywords： land suitability evaluation; multifactor space superposition method; surrounding Dongting Lake Basin; territorial space planning

土地適宜性是指土地對特定用途的滿足能力，是土地在用于某種用途時的決策有效性、土地可用性以及國土空間規(guī)劃可行性[1]。土地適宜性評價包括土地適宜類型與土地適宜等級的評價，首先進行土地適宜性類型的劃分，再根據(jù)同一適宜類型中土地的適宜程度和生產(chǎn)能力劃分等級，為研究區(qū)域的土地利用總體規(guī)劃在生態(tài)保護、農(nóng)業(yè)發(fā)展等方面提供科學的幫助[2]。土地利用適宜度評估工作量較大，采用GIS技術(shù)對土地功能、土地質(zhì)量、國土空間規(guī)劃等方面的適宜性開展綜合評價，具有較高的效率和精度。由于傳統(tǒng)單因子評價法僅適用于特定因子的分析與評價，得出結(jié)論較為單一，無法反映不同因子之間的關(guān)系，不具備綜合評價的能力[3]。因此，基于環(huán)洞庭湖流域復雜的生態(tài)環(huán)境情況，“多因子空間疊加法”能夠更全面地進行土地適宜性評價。國土空間開發(fā)適宜性評價是國土空間開發(fā)規(guī)劃的基礎(chǔ)，對城市可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[4]。

洞庭湖作為我國第二大淡水湖泊，位于長江中游南岸，是我國生物多樣性最為豐富的地域之一，被譽為“長江之腎”。目前，中國提出“建設(shè)環(huán)洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟圈”戰(zhàn)略，基于此，本文針對環(huán)洞庭湖流域的土地適應(yīng)性開展全面評價，為土地資源的優(yōu)化配置和利用提出合理建議，對周邊地區(qū)的國土空間規(guī)劃具有重要的現(xiàn)實意義。本文研究主要運用GIS技術(shù)，以《湖南省資源環(huán)境承載能力和國土空間開發(fā)適宜性評價技術(shù)指南》中的指標體系為基礎(chǔ)，進行環(huán)洞庭湖流域土地適宜性評價[5]，探討生態(tài)保護、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、開發(fā)建設(shè)等不同功能指向下環(huán)洞庭湖流域土地適宜程度，為流域內(nèi)土地資源管理工作提供科學依據(jù)和基本藍圖。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)源

環(huán)洞庭湖流域位于長江中下游平原地區(qū)，地理范圍為東經(jīng)111°25′～113°68′，北緯28°28′～30°39′，屬東亞季風氣候帶，春夏兩季以濕熱氣候為主。該區(qū)域地貌條件較為復雜，中北部以丘陵居多，平地較少，西部以山地為主，整體呈現(xiàn)以洞庭湖盆為中心的形態(tài)，周邊地貌高程大、中部高程低，丘陵與平原共同形成了主體地貌特征。

本研究根據(jù)資源環(huán)境本底數(shù)據(jù)對環(huán)洞庭湖流域的土地適宜性和因素敏感性進行評價，包括生態(tài)保護等級評價、農(nóng)業(yè)功能指向的承載等級評價及建設(shè)功能指向的承載等級評價。其中，農(nóng)業(yè)功能指向的承載等級評價需利用適宜性指標數(shù)據(jù)進行生態(tài)保護重要性評價、農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性評價以及建設(shè)開發(fā)適宜性評價。數(shù)據(jù)由國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)中心、國家生態(tài)科學數(shù)據(jù)中心、地理資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心三個國家公開數(shù)據(jù)中心的綜合性數(shù)據(jù)服務(wù)平臺提供。

1.2土地適宜性評價方法

多因子空間疊加法通過綜合指數(shù)法計算各因子的綜合評分，先計算不同指標的權(quán)重，再對土地適宜性進行加權(quán)疊加計算[6]，綜合指數(shù)法是目前最常見、最實用的一種對土地進行評估的方法。計算過程利用Arcgis10.2軟件將柵格數(shù)據(jù)疊加處理、幾何精校正、坐標系轉(zhuǎn)換、空間分布數(shù)據(jù)裁剪等，本研究評價過程統(tǒng)一采用WGS-84坐標系。

2 環(huán)洞庭湖流域土地適宜性評價結(jié)果

2.1 生態(tài)保護重要性評價

近年來環(huán)洞庭湖流域濕地退化、湖區(qū)水位減低及旱期時間延長等問題普遍存在，生態(tài)環(huán)境的局勢不容樂觀，防治工作仍需改善。生態(tài)保護重要性評價為推進環(huán)洞庭湖流域生態(tài)保護工作的順利開展提供參考。

人類活動影響生態(tài)系統(tǒng)及其自然環(huán)境，導致生態(tài)環(huán)境敏感性變化。生態(tài)環(huán)境敏感性越高，人類對生態(tài)環(huán)境造成的損害越嚴重，生態(tài)惡化程度越高。歸一化植被指數(shù)（NDVI）作為一個重要的參考指標，用于研究和評估作物的營養(yǎng)條件與生長情況。NDVI中包含土壤養(yǎng)分、溫室度、積雪狀況、植物枯葉量等植物冠層信息。蓄滯洪區(qū)可有效地降低江河洪峰水位，保證堤防安全，減輕洪災(zāi)損失并避免因防御能力不足造成巨大損失后的不良影響，保證區(qū)域內(nèi)生活生產(chǎn)，提高土地利用開發(fā)安全性?；诓煌蜃拥纳鷳B(tài)保護重要性評價如圖1至圖4所示。

通過對研究區(qū)數(shù)字高程分析可知：環(huán)洞庭湖流域大坡度分級多分布于西部、西南部區(qū)域;中部地區(qū)地形起伏較平緩且敏感性較低，東西部地區(qū)地形起伏較大且敏感性較大;斑塊集中度整體呈現(xiàn)較高趨勢，低集中度均勻分布。由圖 1至圖 4可知：區(qū)域內(nèi)沿河流附近NDVI敏感性較高;區(qū)域內(nèi)土壤質(zhì)地敏感性較高，生態(tài)敏感等級地區(qū)多分布于東西部邊緣;區(qū)域內(nèi)生態(tài)保護重要性呈高度重要。

2.2 農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性評價

農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性評價把土地作為一種重要的綜合性自然資源，以農(nóng)業(yè)開發(fā)利用為目的，對土地性狀進行評估，根據(jù)坡度等級、蓄滯洪區(qū)、土壤質(zhì)地、地形地貌等因子，結(jié)合生產(chǎn)安全、生產(chǎn)效率等方面對土地進行適宜性評價，為環(huán)洞庭湖流域農(nóng)業(yè)發(fā)展提供一定的理論指導。對每個指標進行適宜性評價，如圖5至圖8所示。

通過對研究區(qū)高程與蓄洪水分區(qū)分析可知：流域內(nèi)絕大部分區(qū)域為非蓄滯洪區(qū);農(nóng)業(yè)開發(fā)小坡度等級占較大比重，大坡度分級多位于東西部邊緣地區(qū);區(qū)域內(nèi)地貌多為平原、臺地，西部及東部部分地區(qū)為山地、背坡。由圖5至圖8可知：環(huán)洞庭湖流域農(nóng)業(yè)高度敏感地區(qū)為西部和東部;區(qū)域內(nèi)絕大部分土壤質(zhì)地為壤土及粉砂質(zhì)壤土;大部分地區(qū)為地質(zhì)災(zāi)害中高易發(fā)區(qū);區(qū)域內(nèi)沿河流地區(qū)農(nóng)業(yè)開發(fā)具有高適宜性。

2.3 建設(shè)用地開發(fā)適宜性評價

建設(shè)用地的開發(fā)應(yīng)當充分考慮資金、交通以及對當?shù)厣鷳B(tài)平衡的影響。本文在考慮環(huán)洞庭湖流域建設(shè)用地開發(fā)項目對土地承載力、交通壓力以及生態(tài)風險評估影響的前提下，為保證環(huán)洞庭湖流域農(nóng)業(yè)開發(fā)不受影響，將耕地質(zhì)量作為評價因子。同時，對地質(zhì)災(zāi)害風險、坡度等級以及交通線路分布等因子進行評價，得到建設(shè)開發(fā)生態(tài)敏感性與建設(shè)開發(fā)適宜性分級結(jié)果。建設(shè)用地開發(fā)適宜性評價如圖 9至圖10所示：環(huán)洞庭湖流域建設(shè)開發(fā)高度敏感性地區(qū)多分布于西部和東部，其他地區(qū)為不敏感或中度敏感區(qū)域;總體上看，區(qū)域內(nèi)整體建設(shè)開發(fā)適宜性高值分布較為集中，但多分布于環(huán)湖周邊或農(nóng)用種植區(qū)，因此建設(shè)開發(fā)需要綜合考慮當前土地的利用現(xiàn)狀。

3 環(huán)洞庭湖土地利用適宜性特點與分區(qū)討論

本研究以縣級區(qū)域為單元，運用多因子空間疊加法對各種因子數(shù)據(jù)單獨評分，得出不同數(shù)據(jù)權(quán)重，對土地適宜性進行概括，以反映環(huán)洞庭湖流域土地開發(fā)適宜性情況，如圖11至圖13所示。

農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性的高值區(qū)占流域的絕大部分，集中分布在中部地區(qū);中適宜性類型主要分布在西部和東部地區(qū);低適宜性類型所占比重較小，安化縣和津市較為顯著;不適宜農(nóng)業(yè)開發(fā)的地區(qū)集中分布在西部地區(qū)，以石門縣尤為顯著。

生態(tài)保護重要性的高值區(qū)占流域的絕大部分，主要分布在西南地區(qū)和東南地區(qū);中度重要和一般重要占比較低，主要分布在北部和中部地區(qū)，其中以公安縣、沅江市、南縣等最為顯著。

建設(shè)開發(fā)適宜性的高值區(qū)主要分布在流域內(nèi)中部偏北地區(qū);中適宜性類型呈東西部零散分布，占比最低;低適宜性類型占流域內(nèi)絕大部分地區(qū)，主要分布在中東部地區(qū);不適宜建設(shè)開發(fā)的區(qū)域主要分布在西部及中南部地區(qū)，以石門縣、安化縣和湘陰縣最為顯著。

基于此，洞庭湖流域應(yīng)以國土空間開發(fā)適宜性綜合評價為依據(jù)，科學劃分各類開發(fā)區(qū)域，統(tǒng)籌優(yōu)化地區(qū)分工，確定不同區(qū)域的功能導向，促進生態(tài)環(huán)境保護與土地等自然資源的合理分配及發(fā)展，實現(xiàn)環(huán)洞庭流域的一體化和區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展。各類型土地匯總?cè)绫?至表3所示。

4 結(jié)論

（1）根據(jù)環(huán)洞庭湖流域地形地貌、土壤質(zhì)地等的實際情況，運用多因子空間疊加法及空間統(tǒng)計分析方法對環(huán)洞庭湖流域進行土地適宜性評價，可得生態(tài)保護重要性評級較低及高適宜性的建設(shè)開發(fā)區(qū)域集中在研究區(qū)的中部和東北部;研究區(qū)中度和高度適宜農(nóng)業(yè)開發(fā)的土地占比較大;環(huán)洞庭湖流域農(nóng)業(yè)高度敏感地區(qū)為西部和東部，中部少數(shù)地區(qū)呈不敏感性;區(qū)域內(nèi)沿河流地區(qū)農(nóng)業(yè)開發(fā)具有高適宜性，西部及西南部少數(shù)地區(qū)不適宜農(nóng)業(yè)開發(fā);環(huán)洞庭湖流域建設(shè)開發(fā)高度敏感性地區(qū)分布于西部和東部，中部多呈中度敏感或不敏感;區(qū)域內(nèi)整體建設(shè)開發(fā)適宜性較高，中部及邊緣少部分地區(qū)不適宜建設(shè)開發(fā)。

（2）從評估的面積占比可知：生態(tài)保護重要性中，高適宜類型面積占比最大，達到68.53%，不適宜區(qū)域面積占比最小，僅有6.55%，農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性中，不適宜、中適宜、高適宜面積占比近似，均超過30%，建設(shè)開發(fā)適宜性中，低適宜面積占比最高，達到54.58%?？傊?，環(huán)洞庭湖流域生態(tài)環(huán)境良好，土地資源豐富，適合農(nóng)業(yè)為主，開發(fā)建設(shè)為輔的發(fā)展方向。

（3）環(huán)洞庭湖流域土地資源的開發(fā)利用應(yīng)參照土地適宜性評價的結(jié)果，順應(yīng)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，遵循該區(qū)域的自然發(fā)展規(guī)律，以保護當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境、不造成資源的閑置和浪費為前提。

（4）環(huán)洞庭湖流域的研究集中于濕地、需水量、洪旱災(zāi)等自然環(huán)境現(xiàn)象，但此類研究鮮少被運用到環(huán)洞庭湖流域的土地適宜性評價中?；诖耍磥硇杓訌妼ν恋厣鷳B(tài)環(huán)境的整治保護，合理充分利用和科學配置現(xiàn)有土地等自然資源，加強對洞庭湖保護。

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