基于gis的耕地适宜性评价栅格数据支持下的耕地适宜性评价研究以山东省章丘市为例

基于gis的耕地适宜性评价栅格数据支持下的耕地适宜性评价研究以山东省章丘市为例

1土地适宜性评价土地适应性评估是对土地特定用途的适应性进行评估的过程，通过对影响土地利用的自然因素和社会经济因素的综合分析，根据指定使用方式的适应性，将土地分为几个等级，以显示各种用途的适应性和局限性。土地适宜性评价应用领域非常广泛,包括农业、工业、商业、城市规划等方面。土地适宜性研究尺度多样,早期主要是大尺度的适宜性评价,目的主要在于摸清家底[1~4],也出现了较多的小尺度的适宜性评价研究。围绕特定用途的土地适宜性评价一直受到重视[7~11]。耕地是土地的精华,是人类社会赖以生存和发展的基础资源。耕地适宜性评价是评定土地用于农作物种植的适宜性程度的过程。自联合国粮农组织(FAO)公布《土地评价纲要》以及其他的有关耕地适宜性评价指南以来,人们对耕地适宜性评价日趋重视,有关评价的理论和方法也不断完善。有学者对耕地进行过适宜性评价或耕地地力评价[16~18],当前研究基本上多是在矢量格式上进行的。GIS栅格数据模型是一种高精度的数据载体,其优势在易于表达变化连续的情况,相对矢量格式更细致和易于计算机存储、操作和显示,给大批量数据处理带来极大的方便,其强大的空间分析等功能更有利于数据计算和分析,因此,栅格数据在各个研究领域都有较为广泛的应用,特别是在气温数据、DEM数据的处理等方面[19~23],在对土地的各种评价中也有较多应用。本文以山东省章丘市为例,以耕地为研究对象,进行了基于栅格数据的耕地适宜性评价研究,以期在对区域耕地进行适宜性评价基础上全面了解区域的耕地资源状况,确定耕地资源的重点保护对象,调整农业资源开发方向,从而有利于耕地的合理利用和保护,维持区域的可持续发展。2研究区域的概况和数据来源2.1地形地貌及地形章丘市位于山东省中部、济南市区东50km处。地理位置处于36°25′N~37°09′N,东经117°10′E~117°35′E之间。章丘市地处泰沂山区北麓,与华北平原接壤,地形自东南向西北倾斜,自南向北依次为山区、丘陵、平原、洼地,分别占全市总面积的30.8%、25.9%、30.7%和12.6%。章丘境内北部主要为平原,海拔为40~100m,山地多在南部、东南部,有大小山头2547座,海拔高程200~800m。章丘市土地总面积18.55×104hm2,其中耕地面积7.62×104hm2,占土地总面积的41.08%。2.2地形地貌、土壤图土地利用数据来源于2006年章丘市土地利用现状详查变更数据库及图形库;高程、坡度和坡向数据由1∶5万DEM生成;地形地貌数据来自对章丘市地形地貌图矢量化;土壤图来自于章丘市l∶5万土壤图和土壤志等资料得到;土壤养分含量分布图来自章丘市土壤采样数据,由ARCGIS中插值得到。所有数据最后都由ARCGIS转化为50m×50m栅格数据。3评价因子的选择和定量处理3.1评价因素和评价方法耕地适宜性是指土地本身所提供的各种条件对耕地利用的适宜程度。影响耕地适宜性的因素很多,包括地貌条件、土壤养分含量等。根据章丘市的实际情况,本研究选取了影响耕地适宜性的多项评价因素并进行了归纳总结,主要包括3个方面的指标:(1)立地条件,包括高程、坡度、坡向及地貌类型4个指标;(2)土壤物理性状:包括土壤耕层质地、有效土层厚度2个指标;(3)土壤化学性状:包括有机质、有效氮、速效磷、速效钾含量4个指标。本研究采用层次分析法结合专家打分法确定各参评因素的综合权重。各评价指标的综合权重计算方法为指标一级权重系数与其对应的二级权重系数相乘得到。参评因素的指标体系和权重如表1所示。3.2土地利用评价的量化方法本研究采用赋值法对评价因子进行量化处理,各因素的量化方法遵循《山东省耕地地力调查与质量评价技术规程》,并根据章丘市的实际情况进行了适当的调整。3.2.1dem模型的建立首先利用MAPGIS软件对章丘市等高距为10m的1∶5万地形图进行矢量化,投影转化后完成图幅的拼接;然后生成50m×50m栅格格式的DEM模型(图1)。然后,以数字高程模型(DEM)为基础,提取坡度分级(图2)和坡向分级(图3),并进行相应的量化处理(表2)。3.2.2地貌类型地形地貌数据为对章丘市1∶5万地形地貌图矢量化得到,章丘市有低岭山坡、山前平地、微斜平地、水平梯田、沙溜、河漫滩、沿河阶地、浅平洼地、近山阶地9种地貌类型。根据不同的地貌类型对耕地适宜性的影响,赋予其相应的分值(图4,表3)。3.2.3层的厚度和土壤的厚度根据章丘市l∶5万土壤图和土壤志等资料得到该区域土壤耕层质地图和土层厚度图并进行量化处理(表4)。3.2.4数据的建立与插值对于土壤有机质、氮磷钾等养分数据,首先按照野外实际调查点进行整理,建立了以养分为字段,以调查点为记录的数据库。之后,进行了土壤采样样点图与分析数据库的连接,在此基础上在ARCGIS中对有机质等养分数据进行插值处理。最后对各个养分含量进行量化处理(图5,表5)。4评价结果分析运用ARCGIS对各因子进行加权求和,并对研究区域评价单元综合分值进行频率直方图统计,以频率突变点为等级划分的主要依据,并结合实地调查资料的验证,进行等级划分,得到章丘市耕地适宜性评价结果(表6,图6)。5选择适宜耕地章丘市耕地适宜性状况分为5个等级:高度宜耕、中度宜耕、低度宜耕、勉强宜耕和不宜耕。分别对5种状况的耕地进行分析。(1)高度适宜性耕地:本等级耕地占耕地总面积的22.07%。该等级耕地主要分布在章丘市北部平原地区,地形平缓,坡度较小,土层深厚,耕层质地主要为中壤、轻壤,养分含量丰富,为高产和稳产农田和设施蔬菜生产基地。应切实加强对该等土地的保护,严格控制建设用地占用,做到用地养地,持续利用。(2)中度适宜性耕地:本等级耕地占耕地总面积的21.40%,主要分布在章丘中部偏北方向,地势平缓,坡度小,但部分土壤质地偏砂,养分含量充足,基本为优质农田。应注意增施有机肥料,培肥地力,采取深耕等措施,改良土壤质地及构型,建设高产稳产农田。(3)低度适宜性耕地:本等级耕地占耕地总面积的28.66%,是占比例最大的部分。主要分布在中度偏南的近山地区,小部分分布在北部地区。该部分耕地主要为中产农田,虽然土层深厚,但质地偏粘或偏砂,耕性差,物理形状不好,耕地养分含量不足,要注意增施有机肥或施绿肥来改良质地和提高地力。(4)勉强适宜性耕地:本等级耕地占耕地总面积的22.35%,主要分布在南部山区,利用方式多为梯田。土壤大多为坡积洪积褐土,一般分布于近山阶地上。坡度