基于GIS的黑龍江省大豆種植區(qū)劃分

摘 要：本文基于生態(tài)適宜性評價的基本理論，利用GIS技術(shù)及層次分析等方法，通過對黑龍江大豆種植區(qū)生理生態(tài)特性與環(huán)境關(guān)系的分析，篩選出大豆生態(tài)適應(yīng)性評價指標(biāo)，構(gòu)建其生態(tài)適宜性評價模型，對其進(jìn)行種植格局細(xì)化的研究。從而實現(xiàn)了黑龍江省大豆種植格局的劃分，為地區(qū)種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和種植模式的優(yōu)化提供了更為客觀的，更具靈活性的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：大豆；種植；劃分

1 引言

目前對大豆的生態(tài)適宜性評價和種植區(qū)劃分前人做了大量的研究工作，但多數(shù)評價往往局限于某一個或幾個生態(tài)因子，且多數(shù)集中于氣候因素上，而影響大豆生長發(fā)育的其它因子還有很多。本文基于生態(tài)適宜性評價的基本理論，利用GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)，以我國最大的商品糧生產(chǎn)基地——黑龍江省為研究對象，通過對研究區(qū)大豆生理生態(tài)特性與環(huán)境關(guān)系的分析，篩選出各自的生態(tài)適應(yīng)性評價指標(biāo)，并對大豆種植格局進(jìn)行細(xì)化研究。

2 基于GIS的大豆種植區(qū)劃分

2.1 大豆單生態(tài)因子的量化

生物在生長發(fā)育過程中適應(yīng)所處的特定環(huán)境并形成一定的生態(tài)幅，也就是說生物對每一種生態(tài)因子都有其耐受的上限和下限，上下限之間就是生物對這種生態(tài)因子的耐受范圍，其中包括最適生存區(qū)。生態(tài)學(xué)上將最大上下限閾值和最適區(qū)的兩端點稱為作物的生態(tài)三基點。對于沒有明顯的最高或最低閾值的因子（如天空生理輻射），其閾值分別取地球上相應(yīng)作物適宜性最好或最差地域的水平。對于某些定性生態(tài)因子（如土壤質(zhì)地）需按照一定規(guī)則將不同質(zhì)的特征進(jìn)行數(shù)量化描述。如根據(jù)黑龍江省土壤質(zhì)地，參照陳立亭的土壤肥力評分標(biāo)準(zhǔn)[1]，將黑土、黑鈣土、草甸土、白漿土、暗棕壤、沼澤土、棕色針葉林土、鹽土分別依次賦予級別數(shù)值8，7，6，…，1，水體賦予數(shù)值為0。如被評價地域土壤為黑鈣土，則該生態(tài)因子取值7。

大豆各項因子指標(biāo)均以4月下旬開始種植為基準(zhǔn)進(jìn)行量化的，本文中的大豆生態(tài)適宜性評價方法模型是同時評價多種在多個地區(qū)的生態(tài)適宜性，因此，在生態(tài)因子的量化上也采取統(tǒng)一的格式，以便于在計算機(jī)上的運(yùn)行，這是本方法區(qū)別以往其他評價模型之處，同時也是定量地描述大豆的生產(chǎn)和分布與環(huán)境條件的關(guān)系， 大豆生態(tài)因子量化如表1。

2.2 氣候因子插值

由于本文所收集的氣象數(shù)據(jù)只是單點氣象測站的觀測數(shù)據(jù)，只能代表其周圍小范圍氣象要素數(shù)據(jù)，而黑龍江省土地面積較大，氣象觀測站相對稀少，要獲得任意區(qū)域內(nèi)局部的氣象要素數(shù)據(jù)，利用鄰近該區(qū)域氣象站點的資料，通過插值生成研究區(qū)氣象要素的空間分布圖，是一種有效的解決方法[2]。

目前，國內(nèi)外較常用的方法是基于空間距離進(jìn)行插值，一般有3種常有方法：反距離加權(quán)法（Inverse distance weight tension）、樣條函數(shù)法（Spline）、普通克里格法（Ordinary Kriging）。在參考大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，再研究利用ARCGIS中的空間分析模塊，選擇研究區(qū)81個氣象測站為樣本，選用反距離加權(quán)平方法對氣溫進(jìn)行空間插值，選用普通克里格法方法對降水量進(jìn)行插值。

2.3 稀缺性指數(shù)分布

利用作物生長指標(biāo)的無量綱化公式和單生態(tài)因子的稀缺性指數(shù)計算公式，利用ARCVIEW軟件，得到大豆各單生態(tài)因子的分布。

2.4 模糊聚類

對滿足傳遞性的模糊關(guān)系R*進(jìn)行聚類處理，給定不同置信水平的，求Rλ*陣，找出R*的顯示，得到普通的分類關(guān)系。當(dāng)R*=1時，每個樣品自成一類，隨R*值的降低，由細(xì)到粗逐漸歸并，最后得到模糊聚類的譜系圖。

本研究疊置后根據(jù)新產(chǎn)生的疊置圖和屬性庫中的參數(shù)，根據(jù)模糊聚類計算，應(yīng)用參數(shù)所得的15個類型，在根據(jù)近似原理進(jìn)一步合并成生態(tài)適宜等級，形成大豆生態(tài)適宜性級別示意圖。圖中把作物的生態(tài)適宜性分為個級別，由高到低為：最適宜、適宜、較適宜和不適宜。

3 生態(tài)適宜性描述

根據(jù)大豆生態(tài)適宜性級別示意圖統(tǒng)計其在不同生態(tài)適宜區(qū)域的面積及其所占全省面積的比例（表2），可見大豆在全省最適宜種植的區(qū)域較大，占21.30%，說明大豆在黑龍江省較為適宜生長。

從大豆的生態(tài)適宜性級別分布的空間特征可見，最適宜種植大豆的區(qū)域主要分布在黑河地區(qū)南部、齊齊哈爾市東部和綏化地區(qū)東北部的部分縣（市），同時，哈爾濱東部、牡丹江北部和雞西西部少部分地區(qū)也很適宜種植大豆。具體縣（市）和面積比例如表3。

4 結(jié)論

本文基于生態(tài)適宜性評價的基本理論，利用GIS技術(shù)及層次分析等方法，通過對黑龍江大豆種植區(qū)生理生態(tài)特性與環(huán)境關(guān)系的分析，篩選出大豆生態(tài)適應(yīng)性評價指標(biāo)，構(gòu)建其生態(tài)適宜性評價模型，確定各指標(biāo)的權(quán)重，并對其進(jìn)行種植格局細(xì)化的研究。從而實現(xiàn)了黑龍江省大豆種植格局的劃分，為地區(qū)種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和種植模式的優(yōu)化提供了更為客觀的，更具靈活性的依據(jù)。主要結(jié)論如下：

（1）大豆適宜在黑龍江省種植。大豆在全省最適宜種植的區(qū)域較大，占21.30%，遠(yuǎn)高于除玉米以外的其他農(nóng)作物。

（2）根據(jù)大豆的生態(tài)適宜性級別分布的空間特征，最適宜種植大豆的區(qū)域主要分布在黑河地區(qū)南部、齊齊哈爾市東部和綏化地區(qū)東北部的部分縣（市），同時，哈爾濱東部、牡丹江北部和雞西西部少部分地區(qū)也非常適宜種植大豆。

參考文獻(xiàn)

[1]劉倩卉，王競紅，王瑞江，等.哈爾濱市三種冷季型草坪草滯塵能力的研究[J].森林工程，2011，03：24-26.

[2]顧弘宇，林濤，陳香君.楊樹栽植中沼氣應(yīng)用研究設(shè)計[J].森林工程，2012，05：23-25.

第一作者簡介：李 積（1981-），女，黑龍江省哈爾濱人，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，碩士，工程師。