基于GIS的涼州區(qū)醇用型甜高粱適宜性等級預(yù)測研究

張德梅1，郭潤霞2#，張小葉3*，王祎4

（1.甘肅省武威市涼州區(qū)金沙鎮(zhèn)農(nóng)技站，武威733000；2.甘肅省涼州區(qū)中壩鎮(zhèn)人民政府農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)站，武威733000；3.甘肅省武威市涼州區(qū)清水鎮(zhèn)農(nóng)技站，武威733000；4.甘肅省武威市涼州區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，武威733000）

以武威市涼州區(qū)土壤圖、土地利用現(xiàn)狀圖、行政區(qū)劃圖和地貌類型分區(qū)圖疊加形成評價(jià)對象單元，選取對研究區(qū)耕地生產(chǎn)力影響較大、與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有密切關(guān)系，并且具有區(qū)域差異明顯、時間序列上相對穩(wěn)定特征的8個因子，建立評價(jià)指標(biāo)體系；建立層次分析模型，進(jìn)行綜合指數(shù)計(jì)算分析。預(yù)測研究結(jié)果表明：參評因子中，對研究區(qū)醇用型甜高粱種植適宜性等級的影響程度從大到小依次為：灌溉保證率、土壤類型、成土母質(zhì)、灌溉模數(shù)、剖面構(gòu)型、海拔、有機(jī)質(zhì)、速效鉀。涼州區(qū)醇用型甜高粱適宜性評價(jià)為4個等級，分級標(biāo)準(zhǔn)取值（IFI）為0.7825、0.5356和0.4219，對應(yīng)區(qū)域?yàn)橐患夁m宜、二級適宜、三級適宜和四級適宜，其面積分別為43806 hm2、21207 hm2、16071 hm2和16198 hm2。

醇用型甜高粱；適宜性等級；層次模型分析；GIS

涼州區(qū)把推廣甜高粱作為發(fā)展節(jié)水高效農(nóng)業(yè)、擴(kuò)大畜牧業(yè)飼草料資源、促進(jìn)農(nóng)民增收的一項(xiàng)重要措施，從中科院近代物理研究所引進(jìn)醇用型甜高粱品種，通過推廣前期試驗(yàn)，據(jù)調(diào)查在研究區(qū)種植的醇用型甜高粱莖稈汁液平均含糖量達(dá)19.4%。為推廣甜高粱種植，涼州區(qū)通過爭取省財(cái)政項(xiàng)目資金，整合旱作農(nóng)業(yè)、高效農(nóng)田節(jié)水等農(nóng)業(yè)項(xiàng)目，用于試驗(yàn)示范、技術(shù)培訓(xùn)和擴(kuò)大種植面積，進(jìn)一步發(fā)展甜高粱新興產(chǎn)業(yè)鏈。目前，國內(nèi)運(yùn)用GIS技術(shù)對于縣域內(nèi)耕地等級評價(jià)、作物適宜性評價(jià)等的方法和體系已經(jīng)廣泛應(yīng)用。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，地方產(chǎn)業(yè)更新，種植業(yè)結(jié)構(gòu)快速調(diào)整。在耕層尺度上對甜高粱的種植布局規(guī)劃研究國內(nèi)報(bào)道有張文龍以山東省非糧土地作為研究對象，以地理信息系統(tǒng)和SPSS為主要數(shù)據(jù)處理工具，通過綜合專家經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)研究資料，對山東省非糧土地甜高粱種植潛力進(jìn)行評估[1]；國內(nèi)報(bào)道較多關(guān)于甜高粱的研究主要針對以下方面：甜高粱的生長特性，生物能源，不同條件下長勢等[2-9]。本研究逐步建立和完善甜高粱基地動態(tài)監(jiān)測與預(yù)警體系，探究不同甜高粱類型種植生產(chǎn)的土壤肥力演變與科學(xué)施肥規(guī)律，為農(nóng)業(yè)決策者、基層農(nóng)業(yè)技術(shù)人員和廣大農(nóng)民提供決策參考，保障新興農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

1 研究區(qū)概況

涼州區(qū)地處甘肅省西北部，河西走廊東端，祁連山北麓，武威市中部。東經(jīng)101°59′35″～103°23′40″，北緯37°23′54″～38°12′14″。南連天祝藏族自治縣、古浪縣；西鄰肅南裕固族自治縣；北抵民勤縣、永昌縣。東西長約122 km，南北寬約90 km。行政區(qū)劃面積5801km2。全區(qū)地形由西南向東北傾斜。西南和南部是祁連山區(qū)，中部是走廊平原，有河灌區(qū)、井灌區(qū)，是本區(qū)的農(nóng)業(yè)區(qū)，也是河西走廊重要的商品糧生產(chǎn)基地，東北和東部是八十里大沙和二十里大沙。

表1 涼州區(qū)醇用型甜高粱評價(jià)層次模型

2 材料與方法

2.1 確定評價(jià)單元

運(yùn)用GIS系列軟件，涼州區(qū)醇用型甜高粱適宜性評價(jià)單元圖是由涼州區(qū)土壤圖、行政區(qū)劃圖、農(nóng)用地地塊圖、灌溉分區(qū)圖和地貌類型分區(qū)圖相交以后生成的。土壤圖圖斑數(shù)1236個，行政圖圖斑數(shù)524個，農(nóng)用地地塊圖圖斑數(shù)3482個，灌溉分區(qū)圖圖斑數(shù)8個，地貌類型分區(qū)圖7個，通過相交疊加，最終形成評價(jià)單元數(shù)12147個。

2.2 選取評價(jià)指標(biāo)及建立層次模型

采用特爾斐法，遵循重要性、差異性和區(qū)域性等原則，選取了8項(xiàng)與醇用型甜高粱種植關(guān)系密切的因子作為評價(jià)指標(biāo)，其中立地條件2項(xiàng)：土壤類型、海拔；剖面性狀2項(xiàng)：剖面構(gòu)型和耕層厚度；耕層養(yǎng)分狀況2項(xiàng)：有機(jī)質(zhì)、速效鉀；土壤管理2項(xiàng)：灌溉模數(shù)和灌溉保證率。在這8項(xiàng)評價(jià)因子中3項(xiàng)因子為概念型函數(shù)，5項(xiàng)因子是數(shù)值型函數(shù)。層次模型及權(quán)重見表1、表2。

通過求各判斷矩陣的特征向量就可以得到準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的權(quán)重系數(shù)，同時可以求得每個評價(jià)指標(biāo)對適宜性等級的組合權(quán)重，即每個指標(biāo)對相應(yīng)準(zhǔn)則層的權(quán)重系數(shù)乘以準(zhǔn)則層對適宜性等級的權(quán)重系數(shù)，層次總排序一致性檢驗(yàn)：CI=－4．675E－06，RI=0，CR=CI/RI= 0．000000001＜0．1，總排序一致性檢驗(yàn)通過。由層次分析結(jié)果可以看出，各評價(jià)因子對研究區(qū)醇用型甜高粱適宜性等級的影響程度從大到小依次為：灌溉保證率、土壤類型、成土母質(zhì)、灌溉模數(shù)、剖面構(gòu)型、海拔、有機(jī)質(zhì)、速效鉀。

2.3 模糊數(shù)學(xué)法確定因子隸屬度

隸屬函數(shù)分為概念型和數(shù)值型兩種函數(shù)類型。涼州區(qū)醇用型甜高粱參評因子數(shù)值型隸屬函數(shù)包括有機(jī)質(zhì)、速效鉀、海拔、灌溉模數(shù)和灌溉保證率，概念型隸屬函數(shù)包括土壤類型、成土母質(zhì)、剖面構(gòu)型。各評價(jià)因子的隸屬度是通過專家運(yùn)用特爾斐法評分得到，隸屬度見表3和表4。

表2 層次模型權(quán)重值

表3 數(shù)值型因子的隸屬度

表4 概念型因子隸屬度

2.4 適宜性等級綜合指數(shù)計(jì)算

在地理信息系統(tǒng)軟件中，按照累計(jì)曲線分級法，調(diào)節(jié)比例劃分等級，其中計(jì)算醇用型甜高粱適宜性等級的公式為：IFI=∑Fi×Ci，式中：IFI代表適宜性等級綜合指數(shù)；F=第i個因素評語；Ci=第i個因素的組合權(quán)重。

表5 涼州區(qū)醇用型甜高粱適宜性等級預(yù)測指數(shù)

3 結(jié)果與分析

3.1 分級結(jié)果

經(jīng)過層次模型建立及其系統(tǒng)的綜合指數(shù)計(jì)算，涼州區(qū)醇用型甜高粱適宜性等級預(yù)測分級標(biāo)準(zhǔn)取值為0．7825、0．5356、0．4219。根據(jù)每個評價(jià)單元的綜合指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)（NYPT 309－1996），將涼州區(qū)醇用型甜高粱適宜性劃分為4個適宜級別（表5）。

為了提高制圖的效率和準(zhǔn)確性，在ArcGIS的支持下，編輯點(diǎn)、線、面→點(diǎn)、線、面校正處理→統(tǒng)一坐標(biāo)系→根據(jù)計(jì)算的適宜性屬性，編輯并對其賦相應(yīng)屬性→根據(jù)適宜性賦顏色→根據(jù)適宜性加注記→圖幅整飾輸出，生成涼州區(qū)醇用型甜高粱適宜性等級圖（圖1）。

3.2 等級分布

綜合表5和圖1，從等級預(yù)測評價(jià)結(jié)果數(shù)據(jù)表中可以看出，一級適宜區(qū)域綜合評價(jià)指數(shù)IFI＞0．7825，耕地面積43806hm2，占總耕地面積的45．03%，灌溉保證率好，灌溉水質(zhì)好，地勢平坦，無明顯障礙層，土層深厚，耐旱，土質(zhì)肥沃，土壤水、熱狀況協(xié)調(diào)，土壤理化性狀良好。二級適宜區(qū)域綜合評價(jià)指數(shù)IFI為0．7825～0．5356，面積21207hm2，占總耕地面積的21．80%，主要分布在以山前洪積沖積傾斜平原和洪積沖擊細(xì)土平原，土壤pH8．0～8．5，呈微堿性，主要土種有灰黃平土、淡灰黃平土，底青泥灰黃平土、淺位漏沙土，土壤質(zhì)地構(gòu)型以均質(zhì)中壤、均質(zhì)輕壤和粘身中壤為主。三級適宜綜合評價(jià)指數(shù)IFI在0．5356～0．4219之間，區(qū)域面積16071hm2，占總耕地面積的16．52%，主要以砂質(zhì)黃立土、流動風(fēng)沙土、淡灰黃平土和立土為主；土壤質(zhì)地構(gòu)型以均質(zhì)中壤和均質(zhì)砂壤為主，土層淺，土壤熟化度低，肥力不高，耕層土壤養(yǎng)分含量有機(jī)質(zhì)13．88g/kg，全氮1．0g/kg，速效鉀156mg/kg。四級適宜區(qū)域綜合評價(jià)指數(shù)IFI＜0．4219，耕地面積16198hm2，占總耕地面積的16．65%，主要以流動風(fēng)沙土、中位青泥淡灰黃平土、栗土、砂壤土、砂礫灰漠土為主，土壤養(yǎng)分含量有機(jī)質(zhì)12．6g/kg，全氮0．96g/kg，速效鉀136mg/kg，生態(tài)條件脆弱，土壤保水供肥能力極差。

圖1 涼州區(qū)醇用型甜高粱適宜性等級圖

4 結(jié)論與討論

本研究在GIS技術(shù)支持下，結(jié)合縣域耕地資源管理信息系統(tǒng)，建立空間圖件數(shù)據(jù)庫和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)屬性數(shù)據(jù)庫，選取評價(jià)因子，綜合采用層次分析法、模糊數(shù)學(xué)法、綜合指數(shù)法等方法對研究區(qū)的醇用型甜高粱適宜性評價(jià)出4個等級：一級適宜、二級適宜、三級適宜、四級適宜；其面積分別為43806 hm2、21207 hm2、16071 hm2、16198 hm2。醇用型甜高粱種植適宜性評價(jià)涉及到相互關(guān)聯(lián)的定量的和不定量的，許多自然要素和部分人為因素（如灌溉）。在評價(jià)時，概念型因素的描述是通過專家的經(jīng)驗(yàn)或應(yīng)用某種數(shù)量化方法轉(zhuǎn)換為定量的描述。由于專家認(rèn)識上的分歧和數(shù)學(xué)方法的局限，評價(jià)結(jié)果在相應(yīng)范圍內(nèi)是一定的，在不同因子和不同專家團(tuán)隊(duì)下的適宜等級及其區(qū)域面積是有差別的；與研究區(qū)域耕地的實(shí)際生產(chǎn)能力也會有偏差。評價(jià)工作完成后在不同鄉(xiāng)村抽樣調(diào)查300戶農(nóng)戶地塊，根據(jù)農(nóng)戶反映，高度符合地塊100個，占33．3%，符合地塊196個，占65．3%，不符合地塊4個，占1．4%，基本符合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況。本研究為涼州區(qū)不同尺度的耕地資源分析、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、甜高粱新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展、農(nóng)業(yè)效益及其節(jié)水效應(yīng)研究等提供科學(xué)依據(jù)。

[1]張文龍，郭陽耀．基于山東省非糧土地利用的甜高粱適宜種植區(qū)分布研究[J]．安徽農(nóng)業(yè)科技，2010，38（24）：13168－13171．

[2]黎大爵．甜高粱可持續(xù)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)研究[J]．中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2002，35（8）：1021－1024．

[3]鄒劍秋，宋仁本，盧慶善，等．新型綠色可再生能源作物－甜高粱及其育種策略[J]．雜糧作物，2003，23（3）：22－24．

[4]盧慶善．高粱學(xué)[M]．北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1999：381－415．

[5]王黎明．黑龍江省高粱生產(chǎn)及育種工作展望[J]．作物雜志，2007（3）：34－36．

[6]陸平．高粱種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[J]．北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2006：51－60．

[7]王黎明．黑龍江省能源作物——甜高粱的研究與發(fā)展[J]．黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007（4）：99－100．

[8]韓梅，王祎．基于GIS的武威市涼州區(qū)甜菜種植適宜性分區(qū)[J]．中國糖料，2015，37（5）：36－37．

[9]邢基勝，趙河文，常熙琳，等．黃南糖廠萬畝豐產(chǎn)高糖甜菜栽培技術(shù)[J]．中國糖料，1997（3）：52－54．

Study on Suitability Grade of Alcohol Type Sweet Sorghum in Liangzhou Area by GIS

ZHANG De－mei1,CUO Run－xia2#,ZHANG Xiao－ye3*,WANG Yi4
（1.Agrotechnical Station of Liangzhou District Jinsha Town,Wuwei733000,Gansu; 2.Agricultural Technology Service Station of Liangzhou District Zhongba Town People's Government,Wuwei733000,Gansu; 3.Agrotechnical Station of Liangzhou DistrictQingshui Town,Wuwei733000,Gansu; 4.Agricultural Science and Technology Extension Center of Liangzhou District,Wuwei733000,Gansu）

The soil map and present landuse map,administrative zoning map and landform zoning map of Liangzhou district of Wuwei city were overlaid forming evaluation object unit,eight factors with obvious area differences and relatively stable time series were used to establish evaluation index system and AHPmodel．The results showed that the prediction of the evaluating factors,the influence degree of study area on suitable planting alcohol type sweet sorghum was as follows:the guaranteed rate of irrigation＞soil type＞soil parentmaterial＞irrigation modulus＞profile configuration＞altitude＞organic matter＞available potassium．Suitability evaluation of alcohol type sweet sorghum are classified into four grades in Liangzhou district,and the standard values was 0．7825,0．5356 and 0．4219,corresponding to the suitable region of one,two,three and four degree,whose area was 43806 ha,21207 ha,16071 ha and 16198 ha,respectively．

alcohol type sweet sorghum;suitability level;hierarchicalmodel analysis;GIS

S566.5

A

1007－2624（2017）04－0025－03

10.13570/j.cnki.scc.2017.04.009

2017-03-30

張德梅（1978-），女，甘肅武威人，農(nóng)藝師，主要從事農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣工作。E-mail：lzqzdm2010@163.com

#執(zhí)筆人：郭潤霞（1987-），女，甘肅武威人，農(nóng)學(xué)專業(yè)，從事農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣工作。

張小葉（1976-），女，甘肅武威人，農(nóng)藝師，主要從事農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣工作。E-mail：wangyi860518@qq.com