衡陽(yáng)縣農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)

羅改改，陸 禹

（1.湖南省第一測(cè)繪院，湖南 長(zhǎng)沙 410118；2.國(guó)家林業(yè)和草原局 中南調(diào)查規(guī)劃院，湖南 長(zhǎng)沙 410014）

土地是有限的自然資源[1]，開發(fā)利用前有必要開展適宜性評(píng)價(jià)[2-3]。改革開放之初，土地開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)并未得到重視，導(dǎo)致土地開發(fā)利用盲目而粗放[4]。人們開始反思土地開發(fā)利用機(jī)制，意識(shí)到適宜性評(píng)價(jià)的重要性[5]。農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性是指土地資源適合農(nóng)業(yè)開發(fā)、農(nóng)作物生長(zhǎng)的適宜程度[6-7]，直接影響農(nóng)業(yè)發(fā)展成效[8]，關(guān)乎我國(guó)糧食安全。以往的研究思路主要有2種[9]，分別從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)特點(diǎn)和組成要素、區(qū)域空間功能性的角度進(jìn)行評(píng)價(jià)，注重農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程和農(nóng)業(yè)發(fā)展空間結(jié)構(gòu)，對(duì)于生態(tài)安全考慮較少[9-10]。2020年自然資源部印發(fā)了《資源環(huán)境承載力和國(guó)土空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)指南（試行）》（以下簡(jiǎn)稱《指南》），從環(huán)境承載力和土地資源的耦合關(guān)系進(jìn)行農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)[3]，強(qiáng)調(diào)生態(tài)安全和農(nóng)業(yè)開發(fā)與環(huán)境的耦合關(guān)系，更多地從因地制宜和可持續(xù)發(fā)展的角度探討農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性[11]，符合生態(tài)文明建設(shè)要求。

衡陽(yáng)縣地處五嶺上升和洞庭湖下陷的過(guò)渡地帶，中部地勢(shì)平坦，是重要的商品糧生產(chǎn)基地?！笆奈濉卑l(fā)展新時(shí)期，一方面要求農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，保障糧食安全，另一方面生態(tài)文明建設(shè)上升到新高度。如何兼顧農(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)是衡陽(yáng)縣實(shí)現(xiàn)持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展的前提，這需要科學(xué)評(píng)價(jià)土地資源的農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性，為農(nóng)業(yè)發(fā)展決策提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

衡陽(yáng)縣地處衡陽(yáng)市西北部、湘江中游，介于東經(jīng)110°52′~112°45′，北緯26°52′~27°23′，總面積 25 5861.30 hm2。中部受蒸水沖積影響，地勢(shì)平坦、土壤肥沃，東、西、北部屬于丘陵地帶，地形復(fù)雜，生物多樣性豐富。氣候?yàn)閬啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，嚴(yán)寒期短，夏熱期長(zhǎng)，四季分明，年降水量1 452 mm，年蒸發(fā)量 1 489.3 mm，年均氣溫 17.9 ℃。衡陽(yáng)縣水資源豐富，多年平均地表水總量為19.65×108m3，蒸水和武水分別為湘江的一級(jí)支流和二級(jí)支流，為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了有利條件。全縣屬中亞熱帶常綠闊葉林區(qū)，植物種類達(dá)1 000多種，有珍稀動(dòng)物340余種，動(dòng)植物資源豐富。衡陽(yáng)縣地質(zhì)災(zāi)害種類少但分布廣，以滑坡崩塌為主。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

《2014—2020年統(tǒng)計(jì)年鑒》來(lái)源于衡陽(yáng)縣統(tǒng)計(jì)局；2020年國(guó)土變更調(diào)查數(shù)據(jù)，耕地質(zhì)量、土壤類型及厚度、水資源可利用量、地形地貌等數(shù)據(jù)來(lái)源于衡陽(yáng)縣自然資源局；地理國(guó)情數(shù)據(jù)和2020年遙感影像數(shù)據(jù)來(lái)源于湖南省第一測(cè)繪院；2020年林地變更數(shù)據(jù)來(lái)源于衡陽(yáng)縣林業(yè)局。

在Arcgis中以大地2000坐標(biāo)系配準(zhǔn)基礎(chǔ)矢量數(shù)據(jù)，根據(jù)《指南》分等定級(jí)。

2.2 研究方法

2.2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及指標(biāo)分級(jí)

從生態(tài)安全和土地開發(fā)環(huán)境兩個(gè)方面構(gòu)建農(nóng)業(yè)開發(fā)適應(yīng)性評(píng)價(jià)體系。生態(tài)安全包括生態(tài)重要性、生態(tài)敏感性、水資源可利用量和地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度4個(gè)測(cè)定指標(biāo)，土地開發(fā)環(huán)境包括坡度、土層厚度、土壤質(zhì)地、微觀地貌和耕地質(zhì)量5個(gè)測(cè)定指標(biāo)。根據(jù)《指南》的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)定指標(biāo)的農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性進(jìn)行分級(jí)并賦值[12]，不適宜、低度適宜、中度適宜、高度適宜和極度適宜分別賦值為1，3，5，7和9。

測(cè)定指標(biāo)彼此獨(dú)立而又存在一定關(guān)聯(lián)，這是評(píng)價(jià)體系的基本原則，也是多角度評(píng)價(jià)目標(biāo)對(duì)象的要求。在評(píng)價(jià)之前，應(yīng)分析測(cè)定指標(biāo)的相關(guān)性，確保測(cè)定指標(biāo)符合選取原則。

2.2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算方法

（1）生態(tài)重要性。根據(jù)分級(jí)條件篩選相應(yīng)條件的圖斑進(jìn)行農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性等級(jí)賦值。

（2）生態(tài)敏感性。分別計(jì)算水土流失敏感性(M1)和石漠化敏感性(M2)，各圖斑的適宜性為二者中適宜程度低的。計(jì)算公式如下：

式中：R為降雨侵蝕力因子，K為土壤可蝕性因子，L為地形起伏度因子，C為植被覆蓋因子；D為碳酸巖出露面積比例；P為坡度。

各計(jì)算因子分級(jí)賦值見表1。

表1 生態(tài)敏感性測(cè)算因子分級(jí)賦值表Table 1 Grading assignment table of ecological sensitivity factors

（3）水資源環(huán)境。利用水文分析將研究區(qū)劃分為若干流域盆地，根據(jù)地表水、地下水資源可利用量計(jì)算各流域盆地的水資源的可利用量。計(jì)算公式如下：

式中：QZ為水資源可利用總量，Q1為地表水資源可利用量，Q2為淺層地下水資源可開采量，ρ為可開采量與地下水資源量的比值，Q3為渠系滲漏補(bǔ)給量，Q4為田間地表水灌溉入滲補(bǔ)給量。

（4）耕地質(zhì)量。通過(guò)長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，耕地地塊的生產(chǎn)力多處于區(qū)域平均水平的2倍以內(nèi)。以平均耕地質(zhì)量為參照，將生產(chǎn)力差異均分為5個(gè)層級(jí)，分別對(duì)應(yīng)不同的適宜性。

（5）地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度、坡度、土層厚度、土壤質(zhì)地和微觀地貌，通過(guò)直接引用現(xiàn)有成果和參考相關(guān)研究[6,11]，對(duì)各測(cè)定指標(biāo)進(jìn)行適宜性分級(jí)。

2.2.3 空間主成分分析法

空間主成分分析法是利用降維的思想，采用GIS分析技術(shù)，將多個(gè)原始空間變量對(duì)應(yīng)相應(yīng)的矩陣，將空間變量的影響程度分配到相應(yīng)主成分因子上，形成少數(shù)相互關(guān)聯(lián)且可以反映原始指標(biāo)總體特征的綜合指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)分析方法[13]。與空間主成分分析法相比，《指南》提供的計(jì)算方法具有較多的層次性，但存在同一測(cè)定指標(biāo)參與多層次運(yùn)算的情況，可能對(duì)分析結(jié)果造成影響?？臻g主成分分析法中各測(cè)定指標(biāo)處于同一運(yùn)算層次，對(duì)結(jié)果的影響程度由測(cè)定指標(biāo)自身空間特征決定，計(jì)算過(guò)程具有客觀性。本研究采用空間主成分分析法，以總荷載85%為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性。計(jì)算公式為：

式中：F為農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果，F(xiàn)i為第i個(gè)主成分，xi為第i個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率，i為主成分?jǐn)?shù)量。

3 結(jié)果與分析

各測(cè)定指標(biāo)的農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性如圖1所示，不同測(cè)定指標(biāo)的適宜性存在類似的空間分布特征，即衡陽(yáng)縣中部、南部地勢(shì)平坦，以河流沖積平原為主，東部、西部和北部以丘陵山地為主，地形起伏度大，地形地貌的差異造成了光、溫、水、土資源分配不平衡，生態(tài)系統(tǒng)功能性差異明顯以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)程度不同等現(xiàn)狀，進(jìn)而影響農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性程度。由此可知，地形地貌是造成衡陽(yáng)市農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性空間分異的主要原因。

圖1 單因子農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)Fig.1 Agricultural development suitability evaluation of single factor

表2所示為測(cè)定指標(biāo)相關(guān)系數(shù)矩陣。由表2可見：測(cè)定指標(biāo)之間的相關(guān)性均未達(dá)到顯著與極顯著相關(guān)，且相互之間相關(guān)性不等于0，表明測(cè)定指標(biāo)選取合理。利用空間主成分分析法對(duì)測(cè)定指標(biāo)進(jìn)行分析，共選取5個(gè)空間主成分，形成綜合農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性空間分布結(jié)果，總荷載高達(dá)87.005%，表明結(jié)果能夠反映原始測(cè)定指標(biāo)87.005%的空間特征，具有良好的可信度。

表2 測(cè)定指標(biāo)相關(guān)系數(shù)矩陣Table 2 The correlation coefficient matrix of indexes

衡陽(yáng)縣農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果見表3。農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性受地形影響顯著，極度適宜區(qū)和高度適宜區(qū)主要分布在中部和南部地勢(shì)平坦的蒸水沖積平原，地形起伏度小，生態(tài)敏感性低，水土資源豐富，地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度低，耕地質(zhì)量好。該區(qū)是衡陽(yáng)縣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的核心區(qū)，長(zhǎng)期農(nóng)業(yè)發(fā)展建設(shè)已形成完善的基礎(chǔ)設(shè)施，是衡陽(yáng)縣作為“農(nóng)業(yè)大縣”的基礎(chǔ)。中度適宜區(qū)和低度適宜區(qū)主要位于西北部平原—丘陵地帶，屬于蒸水中游兩側(cè)，地勢(shì)相對(duì)平緩，坡度多在10°~20°，土壤較肥沃，生態(tài)敏感性和地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度中等，適宜以梯田的形式開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。不適宜區(qū)主要位于東部和西部，屬于丘陵山地地形地貌，坡度較陡，森林景觀豐富，分布有大面積的自然保護(hù)地，是衡陽(yáng)縣重要的生態(tài)源地，具有較高的生態(tài)保護(hù)價(jià)值。該區(qū)應(yīng)以生態(tài)保護(hù)為主，可結(jié)合鄉(xiāng)村振興在自然保護(hù)地之外發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)和林下經(jīng)濟(jì)。

表3 農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性面積統(tǒng)計(jì)表Table 3 Area statistical table of the suitability of agricultural development

從農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性涉及的鄉(xiāng)鎮(zhèn)來(lái)看（圖2），渣江鎮(zhèn)、臺(tái)源鎮(zhèn)、欄垅鄉(xiāng)、長(zhǎng)安鄉(xiāng)、西渡鎮(zhèn)、樟樹鄉(xiāng)、板市鄉(xiāng)和峴山鎮(zhèn)是衡陽(yáng)縣農(nóng)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，建議以蒸水為主軸，聯(lián)動(dòng)沿線鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)展高新生態(tài)農(nóng)業(yè)，打造衡陽(yáng)縣的重點(diǎn)農(nóng)業(yè)發(fā)展帶。同時(shí)，農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性中等及以上的區(qū)域主要分布在蒸水兩側(cè)，表明蒸水對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展有重要影響。但蒸水的生態(tài)保護(hù)地位明顯，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)結(jié)合蒸水沿岸生態(tài)保護(hù)開展，可建設(shè)林帶降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)干擾，防治農(nóng)業(yè)污染。

圖2 農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性空間分布圖Fig.2 Spatial distribution map of agricultural development suitability

4 結(jié)論

（1）從生態(tài)安全和土地開發(fā)環(huán)境的角度選取9個(gè)測(cè)定指標(biāo)，構(gòu)建了農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)體系，評(píng)價(jià)衡陽(yáng)縣的農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性，突出了生態(tài)保護(hù)對(duì)農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性的影響。

（2）評(píng)價(jià)結(jié)果明顯反映出生態(tài)區(qū)位的空間分異特征，農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性較低的地區(qū)位于東部、西南部和北部，其生態(tài)重要性和生態(tài)敏感性高，水資源可利用量相對(duì)較少，地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)程度高，這與衡陽(yáng)縣農(nóng)業(yè)發(fā)展特征是一致的，表明利用空間主成分分析法基于生態(tài)安全和土地開發(fā)環(huán)境測(cè)定指標(biāo)分析農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性是合理有效的。

（3）衡陽(yáng)縣農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性存在明顯的空間分布特征，總體中部、南部農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性高，東部、西南部和北部農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性低。極度適宜區(qū)和高度適宜區(qū)主要集中連片地分布在中部和南部，是衡陽(yáng)縣農(nóng)業(yè)發(fā)展的核心區(qū)域。中度適宜區(qū)集中分布在東南部湘江北側(cè)和西部，主要受土地開發(fā)利用條件的限制。低適宜區(qū)和不適宜區(qū)主要集中分布在東部、西南部和北部3個(gè)區(qū)域?？傮w來(lái)看，衡陽(yáng)縣農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性良好。

（4）地形地貌是造成衡陽(yáng)縣農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性空間分異的根本原因。地形地貌的空間分異，造成了各影響因子在空間上差異顯著，進(jìn)而影響農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性空間分布。水資源也是影響農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性的重要因素。蒸水兩側(cè)區(qū)域的農(nóng)業(yè)開發(fā)適宜性較高，極度適宜區(qū)和高度適宜區(qū)集中連片分布，為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了良好基礎(chǔ)。但從本質(zhì)上看，蒸水流域的水資源空間分配同樣是地形地貌影響的結(jié)果。