李妍均，周 川，鄭杰炳，孫 靜

(1.外生成礦與礦山環(huán)境重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院)，重慶 400042；2.重慶市地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測(cè)工程技術(shù)研究中心(重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院)，重慶 400042)

土地適宜性評(píng)價(jià)是指在對(duì)土地各構(gòu)成要素進(jìn)行全面分析的基礎(chǔ)上，以土地合理利用為目標(biāo)，根據(jù)特定的目的或針對(duì)一定的土地用途對(duì)土地的屬性進(jìn)行鑒定，并闡述土地的適宜性及適宜程度的過(guò)程[1]。廣義上說(shuō)，土地適宜性分析是根據(jù)特定的需求和優(yōu)先級(jí)，或?qū)δ承┗顒?dòng)的預(yù)測(cè)，來(lái)確定將來(lái)土地利用的合理空間分布和模式[2-3]。隨著煤炭等礦產(chǎn)資源大肆開(kāi)采引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)，我國(guó)開(kāi)始重視礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境及可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題，煤炭采空區(qū)土地適宜性評(píng)價(jià)見(jiàn)諸文獻(xiàn)：朱紫薇等運(yùn)用MATLAB對(duì)皖北煤電集團(tuán)采煤沉陷區(qū)復(fù)墾適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行了數(shù)值仿真[4]，張南等運(yùn)用GIS對(duì)鴨池鎮(zhèn)典型的喀斯特山區(qū)進(jìn)行了土地適宜性評(píng)價(jià)[5]，蔡利平等運(yùn)用疊置法得到了適合于采煤沉陷區(qū)的土地利用適宜性評(píng)價(jià)單元[6]。在丘陵山區(qū)，因坡度大、土層薄、肥力低、耕作困難等因素，加之煤炭采空擾動(dòng)，多數(shù)土地被撂荒，閑置未利用現(xiàn)象普遍存在，造成土地資源嚴(yán)重浪費(fèi)。以閑置未利用地為研究對(duì)象，進(jìn)行土地多目標(biāo)適宜性評(píng)價(jià)，是因地制宜、科學(xué)合理利用土地，實(shí)現(xiàn)未利用土地資源節(jié)約集約利用的最有效方式。

重慶市巴南區(qū)豐盛一礦位于川東平行嶺谷向南傾斜與盆地南緣山地交接地帶，地形起伏，溝壑縱橫，受區(qū)域地質(zhì)及巖溶影響，喀斯特地貌特征較為顯著。地下煤炭開(kāi)采擾動(dòng)，導(dǎo)致地表區(qū)域性缺水嚴(yán)重，從而引起土地利用結(jié)構(gòu)改變。本研究擬以豐盛一礦采空影響區(qū)的未利用地為評(píng)價(jià)對(duì)象，通過(guò)構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用Delphi法對(duì)未利用地進(jìn)行宜耕、宜林、宜建的適宜性評(píng)價(jià)，為采空影響區(qū)土地的優(yōu)化利用及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概括

雙河口鎮(zhèn)位于巴南區(qū)東北部，是豐盛一礦的主要采空影響區(qū)，介于E105°13′～110°18′、N28°06′～32°19′之間。羊鹿片區(qū)(北隘口村、塘灣村)位于雙河口鎮(zhèn)東南部，面積18.7 km2，是受采空影響最為嚴(yán)重的區(qū)域。研究區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候區(qū)，年平均氣溫18 ℃左右，冬季最低氣溫6～8 ℃，夏季平均氣溫27～29 ℃，冬暖夏熱，無(wú)霜期長(zhǎng)、雨量充沛、溫潤(rùn)多陰、雨熱同季，年均降水量1 000～1 400 mm，春夏之交夜雨較多。地貌以丘陵為主，出露地層為三疊系須家河組厚砂巖、嘉陵江組石灰?guī)r，土壤以水稻土和黃色石灰土為主。

1.2 多目標(biāo)適宜性評(píng)價(jià)

1.2.1 劃分評(píng)價(jià)單元

評(píng)價(jià)單元是土地自然質(zhì)量性狀基本一致的獨(dú)立土地單元，它既是完整反映自身特性的最基本地塊，也是評(píng)價(jià)中獲取數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)工作單元。采空影響區(qū)環(huán)境復(fù)雜，且受開(kāi)采活動(dòng)的持續(xù)影響，礦區(qū)土地性質(zhì)變化大、速率快，且各地塊變化情況各異。本研究評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐植捎枚嘁蛩丿B置法[7]，將土壤圖、坡度圖、土地利用現(xiàn)狀圖進(jìn)行疊置，對(duì)面積過(guò)小，不具有實(shí)際物理意義的圖斑進(jìn)行歸并，形成的閉合圖斑即為一個(gè)評(píng)價(jià)單元。

1.2.2 指標(biāo)選取

遵循主導(dǎo)因素、穩(wěn)定性、差異性、獨(dú)立性、易獲取性等原則，通過(guò)綜合分析手段，構(gòu)建基于特爾菲法(Delphi)的專家征詢系統(tǒng)，綜合應(yīng)用多個(gè)行業(yè)權(quán)威專家的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)影響因子的篩選與優(yōu)化。

指標(biāo)按照選取到強(qiáng)烈建議不選取的原則進(jìn)行賦值(從5分到0分)。運(yùn)用Delphi法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行篩選。篩去得分平均值較小且方差較大(專家爭(zhēng)議較大)的指標(biāo)，具體公式為

(1)

(2)

式中：E為指標(biāo)評(píng)分平均值；m為專家總?cè)藬?shù)(m=5)；ai為第i位專家的評(píng)分值；δ2為方差。

根據(jù)評(píng)價(jià)目標(biāo)的不同，選取了不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)，詳見(jiàn)表1。

表1 評(píng)價(jià)因子匯總

1.2.3 指標(biāo)分級(jí)

為提高適宜性評(píng)價(jià)的科學(xué)性和可靠性，針對(duì)未利用地開(kāi)發(fā)實(shí)際，進(jìn)一步采用Delphi法對(duì)確立的14個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)并確定其對(duì)應(yīng)的等級(jí)指數(shù)，詳見(jiàn)表2。具體處理過(guò)程為：①基于煤炭采空影響區(qū)調(diào)查數(shù)據(jù)，界定評(píng)價(jià)指標(biāo)的分值范圍；②設(shè)計(jì)討論問(wèn)卷，請(qǐng)專家對(duì)初步的分值范圍及等級(jí)指數(shù)進(jìn)行討論；③確定分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及對(duì)應(yīng)的等級(jí)指數(shù)。

1.2.4 確定權(quán)重

權(quán)重是表征評(píng)價(jià)因子對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象影響程度或貢獻(xiàn)率的指標(biāo)，是使評(píng)價(jià)結(jié)果符合實(shí)際評(píng)價(jià)過(guò)程中不可缺少的環(huán)節(jié)[8]。評(píng)價(jià)因子權(quán)重確定的主要步驟為：匯集專家意見(jiàn)，對(duì)指標(biāo)的重要程度進(jìn)行兩兩比較并逐層平方，構(gòu)建判斷矩陣；對(duì)矩陣進(jìn)行歸一化處理，求解該判

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及得分

斷矩陣的特征向量和最大特征值，依據(jù)所求特征值向量進(jìn)行層次總排序；對(duì)結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，利用同一層中所有層次排序的結(jié)果，計(jì)算針對(duì)上一層次而言的本層中所有因子的重要性權(quán)重；對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)和隨機(jī)性檢驗(yàn)，縮小誤差，檢驗(yàn)公式為

Q=(Umax-N)/[D×(N-1)]

(3)

式中：Q為判斷矩陣的隨機(jī)一致性比率；Umax為判斷矩陣的最大特征根；N為判斷矩陣的階數(shù)；(Umax-N)為判斷矩陣的一致性指標(biāo)；D為判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，根據(jù)所構(gòu)建的矩陣階數(shù)，取1.12。

當(dāng)Q<0.1時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性，說(shuō)明權(quán)數(shù)分配合理。評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重賦值結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重賦值

1.2.5 綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)以上確定的各參評(píng)因子權(quán)重及各因子分級(jí)的等級(jí)指數(shù)，建立目標(biāo)評(píng)價(jià)方向的適宜性評(píng)價(jià)綜合分值數(shù)學(xué)計(jì)算模型

(4)

式中：Cj為第j個(gè)評(píng)價(jià)單元的綜合分值；Aji為第j個(gè)評(píng)價(jià)單元第i個(gè)因子的等級(jí)指數(shù)；Bi為第i個(gè)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重；n為評(píng)價(jià)因子的總數(shù)；t為評(píng)價(jià)單元的總數(shù)。

基于上式，以獨(dú)立的單個(gè)地類圖斑為評(píng)價(jià)單元，借助GIS平臺(tái)，對(duì)評(píng)價(jià)單元的各個(gè)因子的等級(jí)指數(shù)與相應(yīng)權(quán)重的乘積進(jìn)行加和，得到評(píng)價(jià)單元的綜合分值，進(jìn)而根據(jù)各評(píng)價(jià)單元綜合分值的頻數(shù)分布直方圖來(lái)確定目標(biāo)評(píng)價(jià)方向的適宜性等級(jí)。結(jié)合丘陵山區(qū)未利用地現(xiàn)狀及專家綜合意見(jiàn)，Cj值結(jié)果處理見(jiàn)表4。

表4 適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果處理

1.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

研究數(shù)據(jù)來(lái)自巴南區(qū)2015年土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)、DEM影像圖、水系分布圖和地質(zhì)災(zāi)害中、高易發(fā)區(qū)分布圖?；诂F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、室內(nèi)分析測(cè)試和ArcGIS

10.2軟件，獲取評(píng)價(jià)指標(biāo)的屬性數(shù)據(jù)，并建立相應(yīng)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)空間疊加獲取評(píng)價(jià)單元分值，對(duì)不同目標(biāo)下未利用地的適宜性程度進(jìn)行判定劃分。

2 結(jié)果與分析

2.1 評(píng)價(jià)體系模擬

采用疊置法將土壤圖、坡度圖、土地利用現(xiàn)狀圖進(jìn)行疊置，篩選出研究區(qū)32個(gè)未利用地評(píng)價(jià)單元，見(jiàn)圖1。

圖1 適宜性評(píng)價(jià)單元示意

基于上述指標(biāo)因子體系，分別對(duì)評(píng)價(jià)單元進(jìn)行宜耕、宜林、宜建的適宜性獨(dú)立評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)綜合得分詳見(jiàn)表5。

表5數(shù)據(jù)顯示， 宜耕評(píng)價(jià)綜合得分介于3.86～

表5 適宜性評(píng)價(jià)綜合得分匯總

7.46之間，宜林評(píng)價(jià)綜合得分介于4.10～8.52之間，且分值呈現(xiàn)同高同低現(xiàn)象，與指標(biāo)因子選取關(guān)系一致。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果返回單元各項(xiàng)因子探析得分差異，綜合得分低的原因：一是距離水源較遠(yuǎn)，多數(shù)單元距離水源在400 m以上，分級(jí)得分1分，單個(gè)因子得分0.08；二是地表裂縫較大，<3、3～6、>6 mm/m的各一處，分級(jí)得分6、2、0，單個(gè)因子得分0.48、0.16、0.08；三是塌陷坑面積大，塌陷坑面積<10、10～20、>20 m2的各一處，分級(jí)得分6、4、1，單個(gè)因子得分0.36、0.24、0.06。部分有機(jī)質(zhì)含量低于12 g/kg，分級(jí)得分1，綜合得分0.16。宜耕、宜林園適宜性評(píng)價(jià)中，塌陷坑面積(X4)、裂縫(X5)、到水源距離(X6)、有機(jī)質(zhì)含量(X2)低分是拉低綜合評(píng)價(jià)總得分的主要限制因素。結(jié)合表4評(píng)價(jià)，根據(jù)Cj值評(píng)價(jià)結(jié)果，得出如下評(píng)價(jià)結(jié)果(表6)。

表6 土地適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果處理一覽

各地塊適宜的地類情況匯總見(jiàn)表7。

表7 適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果匯總

分析表7可知，在對(duì)32個(gè)評(píng)價(jià)單元進(jìn)行農(nóng)用地適宜評(píng)價(jià)中，有24個(gè)單元適宜復(fù)墾為耕地。在16個(gè)適宜復(fù)墾為建設(shè)用地的單元中，包含15個(gè)同時(shí)適宜復(fù)墾為耕地的單元，僅僅適宜作為建設(shè)用地的單元只有1個(gè)。32個(gè)評(píng)價(jià)單元均適宜作為林地，扣除同時(shí)適宜復(fù)墾為耕地的24個(gè)單元和1個(gè)適宜復(fù)墾為林地的單元，適宜復(fù)墾為林地的單元為7個(gè)，其中3處基礎(chǔ)條件稍差，建議輔以必要的工程措施用以填補(bǔ)塌陷坑、裂縫，后可選種耐瘠耐旱的灌木。遵循土地開(kāi)發(fā)利用優(yōu)先復(fù)墾為耕地的原則，建議32個(gè)待開(kāi)發(fā)利用單元中，羊鹿口-1119、堡上-575等24個(gè)單元復(fù)墾為耕地，占評(píng)價(jià)單元總數(shù)的75.00%；桂花-891、雙魚塘-544等7個(gè)單元復(fù)墾為林地，占評(píng)價(jià)單元總數(shù)的21.88%；石板-503可作為建設(shè)用地，占評(píng)價(jià)單元總數(shù)的3.13%。

2.2 評(píng)價(jià)結(jié)果驗(yàn)證

在對(duì)32個(gè)評(píng)價(jià)單元的現(xiàn)狀利用情況和評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行逐一對(duì)比后發(fā)現(xiàn)： 由于區(qū)內(nèi)有琵琶洞和大茶園山，通過(guò)旅游帶動(dòng)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展，除主井口和辦公樓仍然保留外，其他附屬用地及零星荒草地中24個(gè)適宜復(fù)墾為耕地的單元中，有13個(gè)已被當(dāng)?shù)剞r(nóng)民恢復(fù)為耕地，種植的作物包括蔬菜、大豆、鮮食糯玉米、脆李，6個(gè)單元生長(zhǎng)著約2米高的灌木，另有5個(gè)單元因面積偏小(<50 m2)，零星分散，目前生長(zhǎng)著茅草。經(jīng)與當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)服務(wù)技術(shù)人員交流，認(rèn)為只要農(nóng)產(chǎn)品有銷路，同時(shí)政府出資將生產(chǎn)路連接到田間，通過(guò)大戶流轉(zhuǎn)，這11塊土地恢復(fù)為耕地是完全可能的。

7個(gè)適宜復(fù)墾為林地的單元中，5個(gè)生長(zhǎng)著茂密的松樹(shù)，一些松樹(shù)胸徑甚至已經(jīng)達(dá)到10 cm，另有2處由業(yè)主種植黑麥草作為梅花鹿的草料。

適宜作為建設(shè)用地的石板503地塊，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看，目前生長(zhǎng)著茅草。

3 結(jié) 語(yǔ)

研究區(qū)未利用地整體條件較好，24處可以復(fù)墾為耕地，16處可以復(fù)墾為建設(shè)用地，既適合復(fù)墾為耕地又適合復(fù)墾為建設(shè)用地的有15處，全部單元均可復(fù)墾為林地，且現(xiàn)場(chǎng)回訪結(jié)果與適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果表現(xiàn)一致，表明本研究提出的土地優(yōu)化利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系基本反映了采煤沉陷區(qū)的特征，提出的評(píng)價(jià)指標(biāo)科學(xué)合理，評(píng)價(jià)方法也是可行的，可以此評(píng)價(jià)指標(biāo)體系確定最佳土地利用方案，進(jìn)行土地利用分區(qū)，從而使土地資源得到合理利用。