基于ArcGIS的高陵縣農作物產地適宜性評價

摘要：以陜西省高陵縣為研究區域，在分析其土壤分布規律和地形地貌特征的基礎上，結合其農業種植特點，利用ＧＰＳ技術進行空間定位，對１１９個土壤點和４１個灌溉水點進行采樣統計，采用污染指數法，就土壤中多種污染因子對農產品的影響進行定量分析。結果表明，高陵縣的土壤重金屬含量北部和南部較低，東部和西部較高。北部和南部的灌溉水的綜合污染程度較輕，由西向東污染程度逐漸增大。高陵縣小麥的適宜性較廣泛，鮮食葡萄和草莓的適宜性相似，胡蘿卜僅在通遠鎮和灣子鄉、涇渭鎮的交界處有少量不適宜種植，其他大部分地區都適宜種植。

關鍵詞：ＡｒｃＧＩＳ；適宜性評價；空間分析；高陵縣

中圖分類號：Ｘ８２５．０２；Ｓ３１５；Ｐ２０８ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０11）11－2210-04

Assessment on the Suitability of Crop Producing in Gaoling County Based on ArcGIS

ＢＡＩ Ｔｉａｎ－ｌｕ

（Ｈｅｎａｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｒｖｅｙ ＆ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００７， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔａｋｉｎｇ Ｇａｏｌｉｎｇ Ｃｏｕｎｔｙ ｏｆ Ｓｈａｎｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ａｓ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ， ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ， ｌａｎｄｓｃａｐｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ， ａｎｄ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｃｒｏｐｐｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ， ｓｏｉｌ ｓａｍｐｌｅｓ ｆｒｏｍ １１９ ｓｏｉｌ ｐｏｉｎｔｓ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｓａｍｐｌｅｓ ｆｒｏｍ ４１ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ｗａｔｅｒ ｐｏｉｎｔｓ ｗｅｒｅ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ asistant ｏｆ ＧPＳ space location． ｐＨ value ａｎｄ ５ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｓｏｉｌ ｓａｍｐｌｅｓ ａｎｄ １１ ｔｅｓｔ ｉｔｅｍｓ （ｓｕｃｈ ａｓ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｏｘｙｇｅｎ ｄｅｍａｎｄ） ｏｆ ｗａｔｅｒ ｓａｍｐｌｅｓ ｗｅｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｔｏ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｎ ｃｒｏｐ ｂｙ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ ｍｅｔｈｏｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌｓ ｗｅｒｅ ｒｉｃｈ ｉｎ ｔｈｅ ｅａｓｔ ａｎｄ ｗｅｓｔ ｏｆ Ｇａｏｌｉｎｇ， ｗｈｅｒｅａｓ ｐｏｏｒ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｕｔｈ ａｎｄ ｎｏｒｔｈ． Ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｒｒｉｇａｔｉｏｎ ｗａｔｅｒ ｉｎ ｎｏｒｔｈ ａｎｄ ｓｏｕｔｈ ｗａｓ ｓｌｉｇｈｔ， ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｆｒｏｍ ｗｅｓｔ ｔｏ ｅａｓｔ． Ｔｈｅ ｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｗｈｅａｔ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｗａｓ ｗｉｄｅ ｉｎ Ｇａｏｌｉｎｇ Ｃｏｕｎｔｙ； ａｎｄ ｔｈｅ ｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｇｒａｐｅ ａｎｄ ｓｔｒａｗｂｅｒｒｙ ｗａｓ ｓｉｍｉｌａｒ． Ｃａｒｒｏｔ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｐｌａｎｔｅｄ ｉｎ ｍｏｓｔ ａｒｅａ ｂｕｔ ｉｎ ｂｏｒｄｅｒ ｏｆ Ｔｏｎｇｙｕａｎ ｔｏｗｎ， Ｗａｎｚｉ ｃｏｕｎｔｙ ａｎｄ Ｊｉｎｇｗｅｉ ｔｏｗｎ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ＡｒｃＧＩＳ； ｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ； ｓｐａｔｉａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ； Ｇａｏｌｉｎｇ Ｃｏｕｎｔｙ

“無公害食品行動計劃”自２００１年４月啟動以來，受到國家政府部門的高度重視，逐漸成為當前全國農產品質量安全工作的重點。

眾多學者就數字農業和精準農業做了許多研究，陳楠［１］將傳統數據與ＤＥＭ數據相結合，制作了西安市土壤理想化性質模型，并進行了土壤景觀方面的研究。張蕾［２］通過對周至縣土壤采樣點養分數據進行插值分析，探索了區域土壤養分的空間變異規律，并結合專家模型和經驗模型對周至縣獼猴桃種植區進行土壤養分質量評價；根據以上研究及獼猴桃種植的技術要點，建立了含有土壤養分信息的數學模型，設計完成了周至縣果樹施肥信息系統。段玉琪［３］通過分析周至縣采樣點數據，建立了土壤養分數據庫，探索出土壤各種養分因子的分布規律并制作成地圖；使用ＡｒｃＩＭＳ進行網絡發布，并加入專業分析功能。李冬梅［４］通過對西安市蔬菜基地土壤中ＰＯＰＳ進行檢測，分析了幾種污染物的影響程度。

本研究以陜西省高陵縣為研究對象，從農產品產地區域采集土壤和水分數據，檢測其重金屬含量及其他污染因子，結合ＧＰＳ空間定位和ＧＩＳ空間分析技術進行定量分析，對４種農產品進行產地適宜性評價，并生成適宜性評價示意圖。現將結果報道如下。

１研究區域特征

研究區域高陵縣地處陜西省關中平原腹地，東經１０８°５７′３４′′－１０９°１０′０８′′，北緯３４°２５′２４′′－３４°３５′５０′′，屬于渭北黃土高原第一階地，海拔３５７～４１４ ｍ。全縣大面積為涇渭河沖積平塬區，小面積為黃土殘塬及涇渭河道與河漫灘。涇渭河北川平地主要為淤土，灌溉積淤深，熟土層厚；涇渭河北岸和涇渭夾角主要為土婁土，上部為人工覆蓋層，下部為自然褐土；渭河南岸主要為潮土，土壤松散，性暖，地下水位高。現有土地總面積２．９萬ｈｍ２，耕地面積１．７萬ｈｍ２，其中小麥播種面積１．５萬ｈｍ２（實行復播）、玉米播種面積１．５萬ｈｍ２（實行復播）、豆類薯類不足２００ ｈｍ２。果樹總面積２ ６７３ ｈｍ２，其中酥梨３８７ ｈｍ２，鮮食棗１ ７０７ ｈｍ２。

２數據基礎

對高陵縣劃分取樣單元，合理采取樣點數據，利用ＧＰＳ進行定位。其中，土壤采樣點為１１９個，灌溉水樣點４１個，農產品樣品５６個，土壤采樣點分布如圖１所示。

對土壤采樣點進行ｐＨ值和５種重金屬污染指標檢測，統計結果見表１。

對４１個農業灌溉水樣品進行重金屬、化學需氧量等１１項指標的檢測，結果見表２。

對５６個農產品樣品進行農藥殘留狀況檢測，檢測結果見表３，本批次樣品農藥殘留情況不合格率為５．４％。采樣地點在高陵縣主要蔬菜種植地灣子鄉、通遠鎮、鹿苑鎮、耿鎮、高陵縣科技有限公司示范園、高陵縣農業技術推廣中心等均有分布。

將以上得到的采樣點的坐標數據和各類基礎數據、田間實驗數據和其他屬性數據疊加整合，在ＡｒｃＧＩＳ下統一構建農產品基礎資源數據庫。圖形數據存儲在Ｇｅｏｄａｔａｂａｓｅ統一管理，屬性數據分兩部分：一是以圖形數據的附帶屬性存儲；二是以單獨文件方式存儲在Ａｃｃｅｓｓ２００３數據庫中。數據處理流程圖如圖２所示。

３農作物適宜性評價

３．１評價數據準備

楊柳等［５］對我國種植業無公害農產品產地環境標準進行了詳細的分析，也提出了建立更加規范的標準體系建議。土壤質量各因子限值與土壤ｐＨ值有關，不同的ｐＨ值范圍有不同的限制要求，具體分為三類：ｐＨ值＜６．５、ｐＨ值６．５～７．５和ｐＨ值＞７．５，本研究區域的所有土壤采樣點的ｐＨ值范圍在７．５４～９．００之間，故采用的是“ｐＨ值＞７．５”的標準限值。土壤和灌溉水的質量影響因子如表４所示。

３．２農產品適宜性的定量評價

以土壤和灌溉水的實際檢測結果作為基礎數據，對整個研究區域進行插值分析，把污染因子的插值結果疊加得到土壤重金屬含量分布圖（圖３）和灌溉水綜合污染因子含量分布圖（圖４）。由圖３、圖４可知，高陵縣的土壤重金屬含量北部和南部較低，東部和西部較高，以涇渭鎮和鹿苑鎮的東部相對較高。南北方向越向中部靠攏，重金屬相對含量逐漸增大，東西方向越向中部靠攏，重金屬相對含量逐漸減少。灌溉水的綜合污染情況以榆楚鄉和張卜鄉較為嚴重，總體情況是北部和南部污染程度較輕，由西向東污染程度逐漸增大。

定量評價主要使用土壤及灌溉水污染評價模型對產地土壤環境和產地灌溉水環境各因子的超標與否進行判斷，未超標的確定其質量等級。土壤及灌溉水污染評價模型由兩個判別公式組成，即單因子污染指數法判別公式和多因子綜合污染指數法判別公式。具體評價過程分三步：嚴格控制指標評價（Ⅰ）、一般控制指標評價（Ⅱ）和多因子綜合污染指數法評價（Ⅲ），其中前兩步采用單因子污染指數法進行評價（圖５）。

單因子污染指數法判別公式為：Ｐｉ＝Ｃｉ／Ｓｉ。式中，Ｐｉ為污染物ｉ的污染指數，Ｃｉ為污染物ｉ的實測濃度，Ｓｉ為污染物ｉ的限量標準值。

多因子綜合污染指數法判別公式為：Ｐ＝

｛［（Ｃｉ／Ｓｉ）ｍａｘ２＋（Ｃｉ／Ｓｉ）ａｖｒ２］／２｝１／２。式中，Ｐ為污染物綜合污染指數，（Ｃｉ／Ｓｉ）ｍａｘ為污染物污染指數最大值，

（Ｃｉ／Ｓｉ）ａｖｒ為污染物污染指數平均值，當Ｐ（Ｐｉ）≤１時，污染未超標；Ｐ（Ｐｉ）＞１時，污染超標，且Ｐ（Ｐｉ）值越大則污染程度越大。

按照上述過程及公式對研究區各項因子的實際檢測值進行判別，其判別結果為：沒有污染超標情況（Ｐｉ≤１）的因子是Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｋ、Ｌ、Ｎ、Ｏ、Ｐ，有污染超標情況（Ｐｉ＞１）的因子是Ｄ、Ｊ、Ｍ，分別代表土壤鉛、六價鉻、灌溉水化學需氧量。

嚴格控制指標超標直接判定為不合格，嚴格控制指標未超標再對一般控制指標的超標情況進行判斷并據此計算綜合污染指數，得出適宜等級。表５為小麥、鮮食葡萄、草莓、胡蘿卜的評價結果，表中比例為相應適宜等級的面積占評價區域內耕地（包括園地）面積的百分比。其中，無數據區域面積

５ ７６１ ｈｍ２，占總面積的２０％。高陵縣農用地占全縣土地面積的７０％，耕地、園地占農用地面積的９５％，故耕地、園地占全縣土地面積的比例為６６．５％。

３．３農產品適宜性評價結果

涇渭鎮南半部分的涇河工業園與西安經濟技術開發區聯合共建，主要發展工業，所以不對其農業情況進行評述。而耿鎮全境位于渭河以南，與其他鄉鎮相比在地理位置上比較獨特，在胡蘿卜和草莓種植方面近年來也取得了不錯的經濟效益和社會效益，故本次高陵縣適宜性評價范圍主要是涇河和渭河以北的農業種植區，針對小麥、鮮食葡萄、草莓、胡蘿卜進行了污染因子的定量分析，在ＡｒｃＧＩＳ下作了適宜性評價，結果見圖６、圖７、圖８和圖９。根據評價結果顯示，小麥的適宜性比較廣泛，僅在灣子鄉南部和鹿苑鎮南部少量地方次適宜，絕大多數地區都適宜種植；鮮食葡萄和草莓的適宜性相似，在灣子鄉、涇渭鎮和通遠鎮的交界處，以及鹿苑鎮南部等少量地區不適宜種植，其他大部分地區都適宜種植；胡蘿卜僅在通遠鎮和灣子鄉、涇渭鎮的交界處有少量不適宜種植，其他大部分地區都適宜種植。

４結論

本研究以陜西省高陵縣為研究區域，利用ＧＰＳ對土壤、灌溉水和農產品采樣點進行空間定位，并對其ｐＨ值、重金屬、化學物質以及農藥殘留等因子做了檢測，利用ＧＩＳ插值方法對高陵縣的重金屬含量作分布示意圖。對研究對象的空間數據和屬性數據在ＧＩＳ下建立數據庫，根據定量評價方法利用ＧＩＳ的空間分析功能對４種農產品的產地適宜性作了分析，制作了適宜性種植區域分布圖，可為該地區農作物的種植提供一定的數據和指導。

研究結果表明，高陵縣的土壤重金屬含量北部和南部較低，東部和西部含量較高，以涇渭鎮和鹿苑鎮的東部含量相對較高。灌溉水的綜合污染情況是北部和南部污染程度較輕，由西向東污染程度逐漸增大。高陵縣小麥的適宜性比較廣泛，鮮食葡萄和草莓的適宜性相似，在灣子鄉、涇渭鎮和通遠鎮的交界處，以及鹿苑鎮南部等少量地區不適宜種植，其他大部分地區都適宜種植；胡蘿卜僅在通遠鎮和灣子鄉、涇渭鎮的交界處有少量不適宜種植，其他大部分地區都適宜種植。

參考文獻：

［１］ 陳楠． 基于ＧＩＳ的中尺度土壤空間分布規律研究——以西安市為例［Ｄ］． 西安：西北大學，２００２．

［２］ 張蕾． 基于ＧＩＳ的果樹施肥信息系統的研制與初步應用——以周至縣獼猴桃為例［Ｄ］． 西安：西北大學，２００５．

［３］ 段玉琪． 基于空間變異的土壤養分圖快速制圖及其網絡發布技術研究——周至縣獼猴桃土壤養分圖快速制圖［Ｄ］． 西安：西北大學，２００６．

［４］ 李冬梅． 西安市蔬菜基地持久性有機污染物（ＰＯＰｓ）殘留狀況研究［Ｄ］． 西安：陜西師范大學，２００８．

［５］ 楊柳，龍懷玉，劉鳴達，等． 我國種植業無公害農產品產地環境標準特征分析［Ｊ］． 農業環境科學學報，２００９，２８（６）：１３２５－１３３１．

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文