金正吉+王占岐+魏超+葉圣

摘要：運用ENVI與ARCGIS等先進方法，對朝鮮民主主義人民共和國黃海北道11個行政區(qū)的農(nóng)用地進行了適宜性評價。在綜合考慮研究區(qū)的自然、社會、經(jīng)濟條件下，選取了降水量、海拔、坡度、交通條件和水源等5個評價指標，綜合運用層次分析法和特爾菲法進行了指標權(quán)重確定。探討了在非市場條件下如何評價農(nóng)用地的優(yōu)劣，可以為土地資源的科學管理及合理利用提供一定的科學依據(jù)。研究結(jié)果表明：適宜性程度高的地區(qū)大部分位于研究區(qū)的西北，主要為Songlim市，Saliyuan市，Bongsan郡，Huangzu郡；西部地區(qū)的海拔和坡度條件較好，交通網(wǎng)也很發(fā)達，農(nóng)用地的適宜性水平也較好；北東部和東南部因地形與水源條件不佳，如Suan郡、Bongsan郡、Sehung郡，導致農(nóng)用地適宜性評價結(jié)果較低，但隨著灌溉水平提高，具有較好的農(nóng)業(yè)發(fā)展?jié)摿?。此外，還應對不適合耕種地區(qū)進行退耕還林、還草，并在適宜地區(qū)將旱地轉(zhuǎn)為水田。

關鍵詞：ARCGIS；農(nóng)用地；ENVI；適宜性評價

中圖分類號：

文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2017）14-0213-07

1 引言

土地資源是人類賴以生存的基本要素，因此，在任何地區(qū)任何時期，加強對土地資源的綜合利用，增強對土地資源合理優(yōu)化配置能力都顯得極為重要。土地適宜性評價是綜合考慮土地的社會、自然和經(jīng)濟情況，評價針對某種特殊用途的適宜性，評價結(jié)果的高低與適宜性成正比[1]。達到將土地針對某種特定用途，劃分成若干等適宜程度的目的，以判斷該土地作為建設用地、耕地、園地、林地、等的適宜性及限制性的大小，為土地利用總體規(guī)劃，耕地后備資源的開發(fā)一以及耕地資源的保護提供依據(jù)[2]。

在中國，對農(nóng)用地適宜性的研究較為成熟。吳燕輝、周勇在確定土地適宜性的評價指標時，除自然因子外，還選一些經(jīng)濟因素，如交通因素、土地利用規(guī)模效益、市場等[3]。在城鎮(zhèn)化和工業(yè)化快速發(fā)展的背景下，生態(tài)環(huán)境被破壞等建設用地與農(nóng)用地之間的矛盾日益突出，因此，在開展農(nóng)用地適宜性評價的過程中生態(tài)問題受到越來越多的關注。此外，相關研究者指出平原地區(qū)，由于人口密集，地形區(qū)位優(yōu)勢明顯，生態(tài)因素、區(qū)位因素、經(jīng)濟因素等這些因素必須綜合考慮[4]。袁成軍，朱紅蘇，何騰兵等在山區(qū)農(nóng)用地適宜性評價中，選取評價指標時傾向于選取自然因子[5]。隨著GIS和RS等技術(shù)方法集成運用越來越趨于成熟，寶魯?shù)壤眠b感影像及有關圖件資料，基于RS與GIS技術(shù)評價了半干旱區(qū)農(nóng)用地的適宜性[6]。呂云峰等應用RS技術(shù)，獲取遙感影像并進行處理，結(jié)合GIS技術(shù)建立土地利用數(shù)據(jù)庫，使土地適宜性評價的結(jié)果更加準確、科學[7]。姚丹丹，苗放等選取了如下評價指標：水源、交通、地形、坡向、海拔等評價了四川省農(nóng)用地適宜性，并在GIS的支持下，利用其空間分析功能得到了四川省耕地適宜等級的空間分布特征[8]。郜紅娟，張朝瓊等運用GIS技術(shù)，選取了如下適宜性評價指標：坡度、與河流距離、與公路距離、與城鎮(zhèn)距離、土地資源和耕作距離等6個因子，對農(nóng)村居民點用地適宜性進行了評價[9]。以上研究均表明，將GIS技術(shù)和RS技術(shù)相結(jié)合，能更快速、準確、科學地獲得土地利用信息。

基于文獻綜述可知，關于農(nóng)用地適宜性評價的研究較為豐富，但大都是以中國國情下的市場體制為背景，而對非市場經(jīng)濟條件下土地適宜性評價研究卻無人涉及，因此本文以朝鮮民主主義人民共和國黃海北都的11個郡為研究對象，主要探索在非市場條件下如何評價農(nóng)用地的適宜性。本文在充分考慮研究區(qū)獨特的自然地理的特征基礎上，采用ENVI 5.1軟件對Landsat遙感衛(wèi)星影像進行監(jiān)督分類，提取研究區(qū)的土地利用現(xiàn)狀分類圖。在此基礎之上選取降水量、海拔、坡度、交通運輸條件、水源作為評價指標。利用ARCGIS10.2軟件的空間分析功能，評價了研究區(qū)農(nóng)用地適宜性等級。本研究填補了朝鮮相關研究領域的空白，研究結(jié)果可以為土地資源的科學管理及合理利用提供一定的科學依據(jù)，尤其對研究區(qū)土地資源的掌握和優(yōu)化管理具有重要的意義。

2 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)處理

2.1 研究區(qū)概況

本文選取朝鮮民主主義人民共和國黃海北道的11個郡為研究對象（圖1）。研究區(qū)位于朝鮮西南部，人口約211萬人，面積為8，157 km²，位于內(nèi)陸。研究區(qū)的東北部為阿虎飛嶺，西南為丘陵性山地，西北部為載寧江沖積平原，中間有禮成江沖積平原。本研究運用ENVI軟件得到的土地利用現(xiàn)狀圖（圖2）。經(jīng)統(tǒng)計可知（表1），研究區(qū)范圍內(nèi)水田僅占區(qū)域總面積的7.98%，而旱地則達到了48.18%。區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)以旱田為主，主要種植各種雜糧和棉花、煙葉等經(jīng)濟作物。黃海北道地勢由東北向西南傾斜，地形以海拔500 m以下的低地為主。年平均氣溫9～10℃，同全國年平均氣溫相近；年平均降水量800～1200 mm之間，為全國年平均降水量較多的地區(qū)之一，有較明顯的地域差異。該道水利化成就突出，建有大型人工湖銀波湖和燕灘水庫，水陸交通較發(fā)達。自然地理特征來看，區(qū)域內(nèi)較好的水利化條件、地形和氣候條件是區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)發(fā)展的基本保障。

2.2 數(shù)據(jù)處理

2.2.1 數(shù)據(jù)來源

采用的數(shù)據(jù)為2009年6月24日Landsat遙感衛(wèi)星拍攝的TM影像（30 m×30 m）和DEM資料（30 m×30 m），以及研究區(qū)道路網(wǎng)和河流網(wǎng)的shape資料、研究區(qū)16個觀測地點的降水量資料（28年間）、行政界線圖等。

2.2.2 數(shù)據(jù)處理

遙感技術(shù)能夠提供多時相、多光譜的土地利用信息，因此能夠很好地進行土地分類[10～15]。本文中首先對TM資料對象分為六大類，即山林、水田、旱地、建設用地、水體、云彩，利用ENVI軟件的ROI工具定義了對應樣本，樣本之間的分離度值大于1.99（最大2.0）以上：地物可分離度很好。然后根據(jù)定義的6個樣本（圖3），運用ENVI的一種監(jiān)督分類方法進行對象分類分析。ENVI提供了多種監(jiān)督分類方法，本文利用神經(jīng)網(wǎng)絡分析方法得到土地利用分類圖（圖4）。

3 研究方法

3.1 指標選擇和權(quán)重確定方法

3.1.1 指標選擇方法

農(nóng)用地是自然和人類勞動的聯(lián)合產(chǎn)品，一個復雜的生態(tài)經(jīng)濟體系。農(nóng)用地評價是根據(jù)農(nóng)用地自然與社會屬性，對其質(zhì)量優(yōu)劣進行綜合評定。在具體評價工作之前，必須對區(qū)域內(nèi)的自然和社會經(jīng)濟因素進行宏觀角度的分析。在不同的自然地理條件、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特點和利用方式下，對農(nóng)用地質(zhì)量影響起主導作用的因素是不同的。農(nóng)用地評價工作當中評價因子的選取主要遵循差異性、主導性、綜合性、針對性、現(xiàn)實性、獨立性等的原則[8]。

在充分考慮研究區(qū)的自然地理條件的基礎上，結(jié)合研究區(qū)的特殊性和數(shù)據(jù)的可獲得性，本文選取降水量、海拔、坡度、交通和水源等五個評價要素，以自然角度為切入點來評價農(nóng)用地的適宜性。

研究區(qū)土地適宜性評價的地形因素有海拔和坡度條件，坡度在25°以上地區(qū)不適合耕地的利用，另外地表起伏越大，它的農(nóng)用地適宜性也越差。對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來說保證灌溉條件最重要，從研究區(qū)氣候?qū)嶋H情況來看，區(qū)域內(nèi)的基本水源來源于河川網(wǎng)（包含湖和水庫）和自然降水，這些來源也構(gòu)成了研究區(qū)農(nóng)用地灌溉水的主體，所以水源的分布條件也屬于重要評價要素。其實對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來說，最關鍵要素就是水，本文為農(nóng)用地適宜性評價的選擇指標時，選取了降水量和水源兩項指標。交通條件是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的要素之一，因此交通是一項重要評價指標。通過以上考察，本文確定了如下五項評價指標：降水量、海拔、坡度、交通、水源。

3.1.2 權(quán)重確定方法

選擇評價因素方法有層次分析法、主成分分析法、特爾斐法等，每種方法都有各自的優(yōu)缺點。鑒于研究區(qū)的特殊性，數(shù)據(jù)獲取存在較大難度，若采用客觀確定權(quán)重方法，必然會給權(quán)重結(jié)果帶來明顯的誤差。因此，本文選取層次分析法（表2），結(jié)合特爾菲法綜合確定各評價指標的權(quán)重。

3.1.2.1 層次分析法

層次分析法（AHP）是將與決策有關的元素分解成目標、準則、方案等層次，在此基礎之上進行定性和定量分析的決策方法[16，17]。層次分析法的優(yōu)點是決策者可以根據(jù)各層次之間的相對重要性來得到各層次相對上一層的權(quán)重。層次分析法的結(jié)構(gòu)分為：最高層（要達到的目的）、中間層（約束及準則層）、最低層（解決問題的措施）。

根據(jù)本文指標選取，準則層：降水量C（1）、海拔C（2）、坡度C（3）、河流C（4）、交通運輸條件C（5），構(gòu)造成對比較矩陣如下：通過一致性檢驗，其一致性比率CI=0.025，均小于0.1。

3.1.2.2 特爾斐法（均方差計算法）。

特爾斐法是一種常用的指標權(quán)重確定方法，具有簡單易行的特點。均方差決策法是一種經(jīng)典的多屬性決策方法，主要優(yōu)點體現(xiàn)在原理直觀、計算較為簡單等[18～20]，權(quán)重ai超過（E-2δ）（E+2δ）的范圍時，就易除該賦權(quán)，并給出各因素的權(quán)重范圍，如此進行二到三輪后專家的賦權(quán)結(jié)果基本趨于一致（表面現(xiàn)象）。

依據(jù)公式（1）、（2）、（3），得到指標權(quán)重值如表4所示。

3.1.2.3 層次分析——特爾斐法獲取評價指標復合權(quán)重

本文將運用層次分析法獲取的權(quán)重W1與運用特爾斐法獲取的權(quán)重W2進行耦合從而獲取復合權(quán)重值。公式如下：

本文θ取值0.5，求得最終復合權(quán)重指標體系（表5）。

3.2 基于ARCGIS平臺的空間分析

ARCGIS是一套完整的GIS應用平臺。基于該應用平臺可以完成土地評價體系的開發(fā)、瀏覽、編輯、分析和存儲以及信息的發(fā)布等基本的地理信息功能。ARCGIS具備土地評價數(shù)據(jù)的顯示和發(fā)布、各種關聯(lián)地圖的編輯、數(shù)據(jù)的查詢和管理、分析處理等完整功能框架[10， 21]。本文基于ARCGIS的空間分析功能，建立了因素因子的影響計算模型和級別評價模型，利用ARCGIS強大的空間分析功能，如Raster Reclassify、Raster surface、Euclidean Distance、Weighted Overlay功能等可評價農(nóng)用地適宜性。評價技術(shù)路線如圖5所示。

3.3 適宜性評價量化標準體系

聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）提出了農(nóng)業(yè)土地適宜性四個等級，高度適宜 （S1）、一般適宜（s2）、勉強適宜（S3）和不適宜（N）。在研究區(qū)內(nèi)，絕大部分地區(qū)為海拔500m以下起伏緩和的低山丘陵，少量地區(qū)坡度較大，具有山地特征，年平均降水量在800～1200 mm之間。本文分別將海拔500 m以下、降水量800 mm以下、坡度25°以下的條件分成4個等級，超過這些數(shù)值范圍的另算一個等級。綜上所述，根據(jù)研究區(qū)自然地理特征和聯(lián)合國糧農(nóng)組織對農(nóng)業(yè)土地適宜性級別的定義，制出了各評價因子量化分級綜合表（表6）。

3.4 農(nóng)用地適宜性評價

3.4.1 海拔、坡度分布分析

對研究區(qū)的數(shù)字高程模型（DEM）應用Arcmap的Reclassify工具，處理得出其海拔、坡度空間分析數(shù)據(jù)，如圖6、圖7所示。

從海拔與坡度級別分布圖可以看出，海拔100m以下及坡度5°以下的大部分地區(qū)位于研究區(qū)的西部—Songlim、Zonghua、Huangzu、Saliyuan、Unpa，這說明了西部地區(qū)具有為農(nóng)業(yè)發(fā)展的地形條件。在研究區(qū)海拔500m以上的地區(qū)很小，基本上位于北東部和東中部、南部的山地，如阿虎飛嶺山脈。坡度25°以上地區(qū)也大體上占據(jù)北東部和南部的山區(qū)。通過考察海拔高和坡度要素分布，可知研究區(qū)在地形條件有明顯的地域差異，這就影響到農(nóng)用地適宜性評價級別。

3.4.2 交通運輸、水源條件分析

依據(jù)應用Arcmap的Euclidean Distance功能，得到緩沖分析圖（圖8、9）。

從研究區(qū)交通緩沖分析圖中可以看出，道路總體呈網(wǎng)格狀分布，分布較為均勻，但西北部Songlim、Zonghua、Saliyuan郡的交通狀況在整個研究區(qū)處于最優(yōu)狀態(tài)，整體處于2 km以內(nèi)。其次，Huangzu、Unpa、Sehung郡也具有較好的水平，交通條件較差的地區(qū)是研究區(qū)的中心部和南部，如Bongsan郡和Linsan郡的南部地區(qū)。

從水源緩沖分析圖來看，因受到載寧江及其支流、大型人工湖（銀波湖和燕灘水庫，瑞興湖等）的影響，研究區(qū)的西部、中心部、中北部的水源保證條件最好，尤其是songlim、saliyuan、unpa、sehung、yontan郡。水源條件較差的地區(qū)為中東部和南部地區(qū)。通過考察交通和水源因素緩沖分析，可知研究區(qū)具有較發(fā)達的交通網(wǎng)和充足的水源，尤其很多已建好的大型人工湖和水庫為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了有利條件，對研究區(qū)農(nóng)用地適宜性評價有著正向影響。

3.4.3 降水量分布分析

基于研究區(qū)15個觀測地點28年間的降水量資料（表7），利用Arcmap的Interpolation功能，生成年平均降水量級別圖（圖10）。從分布圖來看，研究區(qū)內(nèi)從西部到東部降水量逐漸增多，表明研究區(qū)東部（yonsan，suan，sehung郡）具有充足的降水。研究區(qū)的西部降水量較小，這與研究區(qū)的地形條件有很大關系。從西部刮來的濕氣海風和位于研究區(qū)東部山脈之間互相作用導致地形性降水，從而對研究區(qū)降水量分布造成影響。通過分析，可見研究區(qū)降水量分布與其他評價要素不同，西部和東部之間有明顯的差異。

3.4.4 適宜性綜合評價結(jié)果

依據(jù)海拔、坡度、交通條件、水源和降水量等5個評價指標的分布圖，結(jié)合前文求出的復合權(quán)重體系（表5），運用Arcmap的Overlay＼＼Weighted Sum功能得出了最終適宜性評價級別，如圖11所示。將適宜性評價級別圖與利用ENVI得到的土地利用現(xiàn)狀圖進行對比分析，基于ARCGIS平臺的空間分析工具（Conversion Tools、Analysis Tools）得到各級別農(nóng)用地面積，見表8。可見評價結(jié)果能反映農(nóng)用地適宜類型的分布。

由圖1和表8可以看出，（1）適宜性評價1級的地區(qū)大部分位于研究區(qū)的西北部，總面積為61514.1 hm²，占研究區(qū)面積的18.18%，其中水田面積占研究區(qū)總水田面積的64%，這表明此區(qū)域有著較好的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，并具有較強的可持續(xù)發(fā)展?jié)摿?。究其原因，是因為該區(qū)域的海拔和坡度條件較好、交通網(wǎng)也很發(fā)達，具有較優(yōu)越的自然與經(jīng)濟條件，因此這些地區(qū)一直是黃海北都的主要糧食生產(chǎn)區(qū)。一級林地大部分位于研究區(qū)的西北部，該地區(qū)具有較好地土壤條件和其他條件，因此具備退林還耕的可能。

（2）從面積上看，適宜性評價2～3級農(nóng)用地為面積最多、分布最廣泛的農(nóng)用地，占有總農(nóng)用地的47.6%以上，主要分布在西北和東南部丘陵地域。從2～3級農(nóng)用地構(gòu)成來看，在除了山林以外土地中，旱地（95480.2 hm²）和水田（1951.7 hm²）的比例是約49：1，耕地的極大部分屬于旱地，這說明在這些地區(qū)基本耕作方式是旱地，可通過土整治與其他措施，將旱地改造成水田。這一級別的土地對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有一定的限制，主要原因是有輕度侵蝕威脅、降水量分布不均且交通較落后。

（3）屬于適宜性4級的農(nóng)用地大體位于研究區(qū)的北東部和南東部低山地，總面積約為61612.7 hm²，其中山林地面積最大，比例將近一半。此等級地區(qū)坡度與海拔條件較差、經(jīng)濟條件也不佳，屬于暫不利于農(nóng)用生產(chǎn)，但隨著灌溉水平提高，不僅有農(nóng)業(yè)發(fā)展?jié)摿?，也有營造山林的潛力。

（4）在適宜性為5級的農(nóng)用地中旱地面積為4600.5 hm²，大部分分布在研究區(qū)的中部和最南部，該區(qū)域的自然與經(jīng)濟條件很差，不適宜耕作，適于造林。

基于前文研究，本文得到了研究區(qū)11個行政區(qū)的農(nóng)用地適宜性級別面積表（表9），其中，1代表Songlim，2代表Zonghua，3代表Huangzu，4代表Yonsan，5代表Yontan，6代表Suan，7代表Saliyuan，8代表Bongsan，9代表Unpa，10代表Sehung，11代表Linsan。

由表9可知，在Songlim、Saliyuan、Zonghua、Unpa、Huangzu區(qū)域內(nèi)水田和旱地的耕作水平高，對食糧安全生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要的意義。區(qū)域內(nèi)坡度在5°以下的林地面積達到了3434.7 hm²，通過改良土壤和其他條件，具有將其改造城耕地的潛力。

農(nóng)用地耕作水平較差的地區(qū)為Suan、Bongsan、Yontan、Sehung、Linsan，其中Suan，Bongsan，Sehung三個地區(qū)內(nèi)存在較多適宜性等別5級的旱地，大部分位于中東部，其中約有196.1 hm²的旱地分布在坡度25°以上的地區(qū)，意味著這些地區(qū)不合適耕作，尤其是在3個郡（Suan、Bongsan、Sehung）坡度25°以上的耕地面積較大，應對不適合耕種地區(qū)進行退耕還林、還草。沒有屬于5級的行政區(qū)是2個郡（Songlim、Unpa）Songlim和Unpa兩個郡中不存在適宜性為5級的耕地，因此，這兩個郡對耕地利用變更的迫切性較弱。

在3、4級等別地區(qū)的農(nóng)用地中，坡度在5°～15°范圍內(nèi)的山林地面積分別是3級-11865.1 hm²、4級-10713.9 hm²，為提高農(nóng)用地的食糧生產(chǎn)水平，可通過完善交通與其他條件，進行退林還耕。具備這種可能性的地區(qū)是Yontan、Suan、Bongsan郡。

4 結(jié)論與討論

土地資源是人類要永久依靠的寶貴資源之一，需要制定土地供應、保護、開發(fā)、集約和節(jié)約利用政策。而土地適宜性分類結(jié)果是土地管理決策的重要依據(jù)。本文運用ENVI和ARCGIS技術(shù)，對朝鮮黃海北道11行政區(qū)的農(nóng)用地適宜性進行了評價。從研究結(jié)果來看，適宜性程度高的地區(qū)大部分位于研究區(qū)的西北，主要為Songlim市，Saliyuan市，Bongsan郡，Huangzu郡。而西部地區(qū)的海拔和坡度條件較好，交通網(wǎng)也很發(fā)達，農(nóng)用地的適宜性水平也較好。研究區(qū)的北東部和東南部因地形與水源條件不佳，導致農(nóng)用地適宜性評價結(jié)果較低，但隨著灌溉水平提高，不僅有農(nóng)業(yè)發(fā)展?jié)摿?，也有營造山林地的潛力。為了使研究地區(qū)能夠更好地滿足人民物質(zhì)生活需求，使投入的勞動能收獲更多成果。建議將25°以上的坡地退耕還林、退更換草。此外，還應結(jié)合地形、灌溉條件等因素將旱地因地制宜“升級”成水田，從而帶來更高的產(chǎn)出，保證農(nóng)業(yè)的糧食安全。

由于研究區(qū)域比較特殊，資料獲取受限。因此，本文農(nóng)用地適宜性評價指標主要考慮了區(qū)域內(nèi)的自然因素，如地形、水源、氣候等，對社會經(jīng)濟因素的研究只選取了交通因素。在之后的研究中可結(jié)合其他社會因素，如工業(yè)與農(nóng)業(yè)的關系完善農(nóng)用地適宜性評價。

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