姚丹丹，苗 放，b，2＊，楊文暉，陳 軍，盧涵宇

（1．成都理工大學(xué)a地球探測(cè)與信息技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，b地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610059；2．成都大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都610106；3．成都信息工程學(xué)院資源環(huán)境學(xué)院，成都610225；4．貴州大學(xué)大數(shù)據(jù)與信息工程學(xué)院，貴陽(yáng)550025）

基于GIS的四川省農(nóng)業(yè)土地適宜性評(píng)價(jià)研究

姚丹丹1a，苗 放1a，b，2＊，楊文暉1a，陳 軍3，盧涵宇4

（1．成都理工大學(xué)a地球探測(cè)與信息技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，b地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610059；2．成都大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都610106；3．成都信息工程學(xué)院資源環(huán)境學(xué)院，成都610225；4．貴州大學(xué)大數(shù)據(jù)與信息工程學(xué)院，貴陽(yáng)550025）

土地的適宜性評(píng)價(jià)是土地合理利用與規(guī)劃的前提。以四川省為研究區(qū)域，選取海拔、坡度、坡向、水源保證條件和交通條件等五個(gè)評(píng)價(jià)因子，通過(guò)ArcGIS進(jìn)行單因子評(píng)價(jià)，運(yùn)用層次分析法計(jì)算各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重，然后根據(jù)評(píng)價(jià)模型對(duì)單因子評(píng)價(jià)分析圖進(jìn)行空間疊加分析，生成耕地適宜性等級(jí)分布專(zhuān)題圖，最終得到四川省耕地適宜等級(jí)的空間分布以及各適宜等級(jí)所占總評(píng)價(jià)面積的比例，為四川省土地利用規(guī)劃提供了科學(xué)依據(jù)。研究結(jié)果表明，利用GIS的空間分析功能并結(jié)合評(píng)價(jià)模型對(duì)耕地適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)是一種快速、可行的方法。

四川省；適宜性評(píng)價(jià)；農(nóng)業(yè)土地；GIS；AHP

0 引言

隨著人口的增多、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，土地資源的供求矛盾關(guān)系日益嚴(yán)重并引發(fā)一系列生態(tài)環(huán)境的問(wèn)題，如耕地銳減、農(nóng)業(yè)物資儲(chǔ)備不足、自然災(zāi)害頻發(fā)等［1－2］。我國(guó)人多地少，土地資源科學(xué)高效、可持續(xù)的使用受到政府部門(mén)和相關(guān)研究者們的高度重視。解決人口與資源的問(wèn)題，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展道路，需要對(duì)土地適宜性進(jìn)行研究探討以及科學(xué)實(shí)踐［3－5］。因此開(kāi)展土地的農(nóng)業(yè)適宜性評(píng)價(jià)研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

傳統(tǒng)的土地適宜性分析手段費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且易受評(píng)價(jià)者的主觀影響，已不能滿足農(nóng)業(yè)土地科學(xué)管理的需求。國(guó)內(nèi)近十幾年，隨著農(nóng)業(yè)土地適宜性評(píng)價(jià)不斷深入展開(kāi)，土地適宜性評(píng)價(jià)方法也有了新的發(fā)展，尤其是GIS在土地適宜性評(píng)價(jià)應(yīng)用上得到迅速發(fā)展，GIS強(qiáng)有力的空間分析功能使得對(duì)土地空間復(fù)雜系統(tǒng)的評(píng)價(jià)分析更具科學(xué)性［6－10］。作者基于GIS技術(shù)對(duì)四川省進(jìn)行農(nóng)業(yè)土地適宜性評(píng)價(jià)分析，充分發(fā)揮了GIS強(qiáng)大的空間分析功能，通過(guò)五個(gè)評(píng)價(jià)因子對(duì)耕地適宜性進(jìn)行科學(xué)的評(píng)價(jià)，為土地利用規(guī)劃提供依據(jù)。

1 基于GIS的評(píng)價(jià)分析

1．1 技術(shù)路線

首先根據(jù)選擇評(píng)價(jià)因子的原則確定四川省農(nóng)業(yè)土地資源適應(yīng)性評(píng)價(jià)的5個(gè)評(píng)價(jià)因素：海拔、坡度、坡向、水源保證、道路通達(dá)度；其次5個(gè)評(píng)價(jià)因子分別做土地適宜性單因子評(píng)價(jià)分析；然后應(yīng)用層次分析法（AHP法）確定各因子的權(quán)重，采用綜合制圖單元為評(píng)價(jià)單元，利用GIS軟件進(jìn)行疊加分析，即多因子綜合評(píng)價(jià)，生成農(nóng)業(yè)土地適宜性評(píng)價(jià)圖；最后得到該區(qū)域宜耕地空間分布專(zhuān)題圖并進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。具體的技術(shù)流程圖見(jiàn)圖1。

圖1 技術(shù)流程圖Fig．1 Technology flow chart

1．2 確定評(píng)價(jià)目標(biāo)

通過(guò)對(duì)四川省農(nóng)業(yè)土地適宜性的評(píng)價(jià)分析，得到該區(qū)域耕地適宜等級(jí)的空間分布以及各適宜等級(jí)區(qū)域占總評(píng)價(jià)面積的比例，為該區(qū)域土地利用規(guī)劃提供依據(jù)。

1．3 選取評(píng)價(jià)因子

影響土地適宜性的因子復(fù)雜多樣，評(píng)價(jià)因子的選取是研究土地適宜性的關(guān)鍵。土地適宜性評(píng)價(jià)因子的選取主要遵循以下原則：差異性、主導(dǎo)性、綜合性、針對(duì)性、現(xiàn)實(shí)性、獨(dú)立性等原則。根據(jù)研究區(qū)域的實(shí)際情況和評(píng)價(jià)因子選取原則，經(jīng)過(guò)比較分析，最后確定以下五個(gè)評(píng)價(jià)因子：

1）海拔高程。海拔高度主要反映的是熱量和水分的狀況，不同的海拔高度具有不同的水熱組合特征，它們對(duì)耕地制度和農(nóng)作物的生長(zhǎng)、布局都有很大的影響。

2）坡度對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響主要體現(xiàn)在地表侵蝕程度與農(nóng)田基本建設(shè)條件、灌溉條件、機(jī)耕條件等方面。地表起伏越大，坡度越陡，土壤侵蝕作用越明顯，水土流失越嚴(yán)重。另外坡度大于25°的不宜農(nóng)業(yè)用地；反之，地形起伏越小，對(duì)農(nóng)田水利化和機(jī)械化越有利。

3）坡向影響著日照時(shí)數(shù)和土壤水分的再分布，因而對(duì)農(nóng)業(yè)用地和園地等土地利用類(lèi)型來(lái)說(shuō)具有研究意義。

4）水源條件：農(nóng)業(yè)的主要限制因素就是水，而水源優(yōu)勢(shì)能彌補(bǔ)這一劣勢(shì)，使原本少雨的地方能夠通過(guò)水源的灌溉發(fā)展農(nóng)業(yè)。研究區(qū)域的灌溉主要依靠地表徑流，因此我們將水系流經(jīng)多的地方作為農(nóng)業(yè)土地利用的高度適宜區(qū)。

5）交通條件是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素之一，是區(qū)域物質(zhì)產(chǎn)品與外界交換的渠道，對(duì)于產(chǎn)品的流通、土地資源優(yōu)化具有重要的作用，道路通達(dá)度是交通條件優(yōu)劣的具體體現(xiàn)。

1．4 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備與預(yù)處理

1）地形、坡度、坡向數(shù)據(jù)。在國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)下載四川省90m分辨率的DEM數(shù)據(jù)，四川省的坡度、坡向數(shù)據(jù)由DEM數(shù)據(jù)提取。

2）基礎(chǔ)矢量數(shù)據(jù)主要包括四川主要河流、四川省邊界和主要公路。

1．5 評(píng)價(jià)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的確定

參照聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織FAO提出的農(nóng)業(yè)土地適宜性四個(gè)等級(jí)，高度適宜（S1）、一般適宜（S2）、勉強(qiáng)適宜（S3）和不適宜（N），將這四個(gè)適宜度等級(jí)分別量化為4、3、2、1。根據(jù)四川地形地勢(shì)以及土地利用的實(shí)際情況，制出了各評(píng)價(jià)因子量化分級(jí)綜合表見(jiàn)表1。

表1 評(píng)價(jià)因子量化分級(jí)綜合表Tab．1 Evaluate factor quantitative classification table

1．6 單因子評(píng)價(jià)分析

1．6．1 海拔因子評(píng)價(jià)等級(jí)圖

按照海拔因子量化分級(jí)表，在ArcMap中，利用Spatial Analyst／Reclassify／Reclassify對(duì)四川省DEM進(jìn)行重分類(lèi)，得到宜耕地的海拔因子等級(jí)分布圖（圖2）。

圖2 宜耕地海拔等級(jí)圖Fig．2 Altitude grade figure of suitable cultivated land

1．6．2 坡度因子評(píng)價(jià)等級(jí)圖

在ArcMap中，利用ArcToolbox中Spatial Analyst工具／Surface（表面分析）／slope（坡度），提取坡度數(shù)據(jù)Slope＿四川，將得到的Slope＿四川數(shù)據(jù)按照評(píng)價(jià)因子量化分級(jí)表1利用Spatial Analyst／Reclassify／Reclassify進(jìn)行重分類(lèi)，得到宜耕地的坡度因子等級(jí)圖（圖3）。

圖3 宜耕地坡度等級(jí)圖Fig．3 Slope grade figure of suitable cultivated land

1．6．3 坡向因子評(píng)價(jià)等級(jí)圖

在ArcMap中，利用ArcToolbox中Spatial Analyst工具／Surface（表面分析）／Aspect，提取四川省坡向數(shù)據(jù)Aspect＿四川，并進(jìn)行重分類(lèi)（具體量化值見(jiàn)表1），得到宜耕地坡向因子等級(jí)分布圖（圖4）。

圖4 宜耕地坡向等級(jí)圖Fig．4 Aspect grade figure of suitable cultivated land

1．6．4 水源保證因子評(píng)價(jià)等級(jí)圖

在ArcMap中，對(duì)river＿四川．shp進(jìn)行緩沖區(qū)分析，水源保證的具體量化分界為：有較好的水源保證，量化為4；基本有水源保證，量化為3；較差水源保證，量化為2；無(wú)水源保證，量化為1，得到宜耕地水源保證等級(jí)分布圖（圖5）。

圖5 宜耕地水源保證等級(jí)圖Fig．5 Headwaters grade figure of suitable cultivated land

1．6．5 交通條件因子評(píng)價(jià)等級(jí)圖

在ArcMap中，對(duì)四川省主要公路．shp進(jìn)行緩沖區(qū)分析，將交通條件分為四個(gè)等級(jí)，交通方便、交通較方便、交通較不方便、交通不便，分別量化為4、3、2、1（具體量化標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1）。得到宜耕地道路通達(dá)度等級(jí)分布圖（圖6）。

圖6 宜耕地交通條件等級(jí)圖ig．6 Transportation grade figure of suitable cultivated land

2 土地適宜性評(píng)價(jià)模型構(gòu)建及多因子疊加分析

2．1 計(jì)算因子權(quán)重

采用層次分析法，確定各評(píng)價(jià)因子權(quán)重。首先構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型（圖7），然后需對(duì)準(zhǔn)則層各評(píng)價(jià)因子的重要程度做出判斷，對(duì)比各評(píng)價(jià)因子的重要性，構(gòu)造出宜耕地的判斷矩陣并賦值，矩陣列向量歸一化處理，計(jì)算出宜耕地的海拔（B1）、坡度（B2）、坡向（B3）、水源保證（B4）、道路通達(dá)（B5）的權(quán)重值w。宜耕地的判斷矩陣如表2所示。

2．2 多因子綜合評(píng)價(jià)分析

本文采用加權(quán)指數(shù)和法作為農(nóng)用地適宜性評(píng)價(jià)的模型，評(píng)價(jià)模型的表達(dá)式為：

其中：S為農(nóng)用地適宜性的綜合總分值；n為評(píng)價(jià)因子個(gè)數(shù)；Wk為第k個(gè)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重；Vk為第k個(gè)評(píng)價(jià)因子的量化值。加權(quán)指數(shù)和法將各個(gè)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重和量化值的乘積求和，得到綜合評(píng)價(jià)分值。該方法原理簡(jiǎn)單，同時(shí)考慮了各個(gè)因子的權(quán)重，實(shí)現(xiàn)了整體的綜合評(píng)價(jià)。

表2 宜耕地判斷矩陣表Tab．2 Judgment matrix table of suitable cultivated land

表3 耕地綜合評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)分級(jí)Tab．3 Classification of cultivated land evaluation points

利用ArcMap，運(yùn)用ArcToolbox中Spatial Analyst工具／Overlay（疊加）／Weighted Sum（加權(quán)疊加），根據(jù)層次分析法得到的各因子權(quán)重和評(píng)價(jià)模型，對(duì)海拔、坡度、坡向、水源保證、交通條件5個(gè)評(píng)價(jià)因子的等級(jí)柵格圖進(jìn)行疊加，得到綜合評(píng)價(jià)圖。最終的綜合評(píng)價(jià)柵格圖，每個(gè)柵格單元評(píng)價(jià)值即將5個(gè)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重和該柵格對(duì)應(yīng)的量化值一一對(duì)應(yīng)進(jìn)行乘積，然后求和。再根據(jù)疊加的綜合評(píng)價(jià)分值對(duì)土地適宜度進(jìn)行分區(qū)，分值越高，表示越適宜；分值越低，表示越不適宜。適宜等級(jí)為高度適宜、一般適宜、勉強(qiáng)適宜、不適宜。表3給出了耕地適宜度的分值。

3 評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

根據(jù)多因子分析的評(píng)價(jià)模型，得到耕地的海拔、坡度、坡向、水源保證以及交通條件五個(gè)評(píng)價(jià)因子的綜合評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)。將綜合評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)按高度適宜、勉強(qiáng)適宜、一般適宜、不適宜四個(gè)等級(jí)來(lái)劃分，制成耕地適宜性等級(jí)分布圖（圖8）。

根據(jù)圖8及耕地各等級(jí)單元個(gè)數(shù)分析得出，①四川省高度適宜耕地占總評(píng)價(jià)面積的22%，從總體上看，高度適宜耕地比較集中，其中省東部地區(qū)宜耕地最多，主要是因?yàn)檫@些地區(qū)地勢(shì)低且坡度小，水資源豐富而且交通便利，高度適宜農(nóng)耕業(yè)生產(chǎn)；②一般適宜耕地占總評(píng)價(jià)面積的27%，分散的分布在省內(nèi)各個(gè)地區(qū)，這些地區(qū)各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)都中等偏上，較適宜農(nóng)耕業(yè)；③勉強(qiáng)適宜耕地占總評(píng)價(jià)面積的39%，主要是沒(méi)有很好的水源保證且離主要公路較遠(yuǎn)；④不適宜耕地占總評(píng)價(jià)面積的12%，主要分布在省西部地區(qū)，由于地勢(shì)高、山路崎嶇，交通不便又沒(méi)有水源保證，不適宜農(nóng)耕業(yè)的發(fā)展。

圖7 層次模型圖Fig．7 Hierarchical model figure

圖8 耕地適宜性等級(jí)分布圖Fig．8 Cultivated land suitability rank distribution

4 結(jié)論

土地的適宜性評(píng)價(jià)是土地合理利用與規(guī)劃的前提。通過(guò)對(duì)四川省實(shí)際自然地理情況分析研究，選取有效評(píng)價(jià)因子，結(jié)合ArcGIS，運(yùn)用層次分析法確定評(píng)價(jià)因子的權(quán)重，并結(jié)合評(píng)價(jià)模型，生成耕地適宜性等級(jí)分布專(zhuān)題圖，最終得到四川省耕地適宜等級(jí)的空間分布以及各適宜等級(jí)所占總評(píng)價(jià)面積的比例，為四川省土地利用規(guī)劃提供了科學(xué)依據(jù)。研究結(jié)果表明：四川省適宜農(nóng)耕業(yè)發(fā)展的土地資源豐富；利用GIS的空間分析功能并結(jié)合評(píng)價(jià)模型對(duì)耕地適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)是快速、可行的一種方法。

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Research on agricultural land suitability assessment based on GIS in Sichuan

YAO Dan-dan1a，MIAO Fang1a，b，2＊，YANG Wen-hui1a，CHEN Jun3，LU Han-yu4
（1．Chengdu University of Technology，a．Key Lab of Earth Exploration ＆Information Techniques of Ministry of Education，b．State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu 610059，China；2．Chengdu College，Chengdu 610106，China；3．College of Resources and Environment，Chengdu University of Information Technology，Chengdu 610225，China；4．College of Bigdata and Information Engineering，Guizhou University，Guiyang 550025，China）

Land suitability evaluation is the precondition for rational using and planning of land．This paper taking Sichuan province as study area，choosing five evaluation factors as altitude，slope，slope assured，water conditions，traffic conditions and so on，single factor was evaluated in study area respectively using ArcGIS software．Analytic hierarchy process（AHP）was introduced to calculate the weight of each evaluation factor．Spatial comprehensive analyzed on single factor evaluation analysis map according to the evaluation model，and then got the cultivated land suitability level distribution thematic map，and the spatial distribution of cultivated land and the proportion of the total evaluation area of Sichuan province．It provided scientific basis for land use planning in Sichuan．The research results show that using spatial analysis function of GIS with evaluation model to evaluate cultivated land suitability is one fast and feasible method．

Sichuan province；suitable evaluation；agricultural land；GIS；AHP

P 208

A

10．3969／j．issn．1001-1749．2015．03．20

1001-1749（2015）03-0403-06

2014-11-22 改回日期：2015-04-10

國(guó)家自然科學(xué)基金（61071121）

姚丹丹（1987－），女，博士，從事空間信息技術(shù)及應(yīng)用、智能信息處理方向的研究，E-mail：ydd0108＠126．com。

＊通信作者：苗放（1958－），男，教授，從事空間信息技術(shù)及應(yīng)用、計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用方向的研究，E-mail：mf＠cdut．edu．cn。