GIS技術支持的土地資源可持續利用度評價

摘要：將土地生態系統作為復合的大系統，結合研究區域土地資源可持續利用的實際情況，確立了環境支撐度、社會經濟可行度、土地資源退化度以及資源支撐度四個集成指標，以及水源涵養支撐度、生物多樣性維護支撐度、經濟發展水平、區域人口密度、區位優勢度、潛在地質危害危險性、土壤侵蝕敏感性、土地資源可利用度八項基礎指標的多級別比較完整的指標體系。通過各集成指標模型的相互關系及其對目標層的貢獻作用，在全網格技術的支持下，建立了土地資源可持續利用度指數模型。以山西省天鎮縣為研究對象，對集成指標指數模型與技術方法進行了實例研究，天鎮縣實際土地資源可持續利用狀況與此模型的評價結果基本吻合，結果表明該模型與技術方法是切實可行的。

關鍵詞：GIS技術；網格單元；模型；土地資源可持續利用度

中圖分類號：X24 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）19-4831-05

隨著社會經濟的快速發展與人口的持續增長，土地荒漠化、水土流失、環境污染等問題日益嚴重[1]，土地資源可持續利用的研究成為全球可持續發展研究的熱點問題。目前國內外學者主要考慮資源與環境的本質不同與內涵差異，從經濟、社會與環境可持續發展的思路上對土地資源可持續利用進行了評價研究，而以社會經濟、環境、土地退化及資源為指標進行土地資源可持續利用度研究的很少，且未能進行較為全面的分析與量化。為此，本文建立了土地資源可持續利用度綜合指數模型，首次提出了基于全網格的土地資源可持續利用度集成技術，實現土地資源可持續利用定量化研究的目的。

1 土地資源可持續利用度評價的方法與模型

1.1 評價指標體系的建立

土地資源可持續利用度評價指標的選擇以土壤環境質量、人們對事物或現象的理解與分析為原則，且應具有空間性和可操作性。本文以可持續發展、環境承載力理論為基礎，采用理論分析、經驗借鑒和專家咨詢相結合的方法，以“社會經濟-環境-資源-土地資源退化”為模型，全面考慮區域的自然地形地貌、社會經濟發展、土地退化情況、土地資源利用狀況，建立評價指標體系如圖1。

1.2 評價單元的確定

本研究選擇能夠反映自然特征連續變化的網格為計算單元，網格的大小可根據研究區域的空間幾何尺度、影響土地資源可持續利用度的各方面數據源信息的特征、精度合理地選取。

1.3 評價指標權重的確定

確定權重的方法有很多[2-4]，現根據研究的具體情況，選用層次分析法確定各個指標的權重[5]。

1.4 土地資源可持續利用度綜合指數模型的建立

1.4.1 社會經濟可行度綜合指數模型 從區域人口密度、經濟發展狀況以及區位優勢度三個方面建立了社會經濟可行度綜合指數模型。

1）人口密度模型。以村莊或鄉鎮為單元進行的區域人口數量統計往往與所屬區域的空間特征脫節[6]，為實現空間網格密度賦值，擬采用以基本圓為單位的賦值法，即以每個待計算網格為中心確定基本圓域，按圓域內人口（TP）與土地面積（AREA）比值作為網格密度值。具體模型如下：

同理，利用GIS空間分析功能可計算得到土地資源可持續利用度評價圖。

2 應用實例

2.1 數據來源與分析處理

遙感數據：選用2010年美國Landsat TM遙感影像數據。其他數據：主要包括天鎮縣1∶50 000 DEM（數字高程模型），用于獲取地貌類型、地形起伏度、坡度等信息[13]；社會、經濟、自然、資源等方面的文字與圖件資料。

采用ERDAS遙感影像處理系統對各單波段圖像進行融合，將融合后遙感圖像進行計算機非監督分類處理，并輔以目視等人機交互解譯，進行區域景觀分類，得到土地利用類型圖。并運用GIS分析處理技術及其相應工具得到居民點、河流水域等矢量數據[14]。

2.2 土地資源可持續利用度綜合計算

利用上文確定的模型與各因子的計算方法，基于網格技術與GIS技術得到社會經濟可行度、資源支撐度、環境支撐度、土地資源退化度評價結果，均進行歸一化后按式（11）得到研究區域土地資源可持續利用度綜合評價結果，閾值范圍為[-1，1]，進一步對網格單元的屬性進行4級分類，最終得到天鎮縣土地資源可持續利用度綜合評價圖（圖2）。

2.3 土地資源可持續利用度綜合分析

由圖2可知，天鎮縣土地資源可持續利用度高的區域主要分布在中西部地區，結合圖3所示，該區域的土地利用類型主要為地形坡度平緩的耕地。而土地資源可持續利用度低的區域由圖3對比分析可知多為林地與灌木，地形坡度大且地形較為復雜。根據上述結論并結合天鎮縣土地利用現狀調查與實際資料，不僅驗證了本文所建模型的正確性與合理性，而且所得結論與當地實際情況符合性高。

3 結論

本研究以土地資源可持續利用度評價為研究對象，依據相應的理論與原則對指標因子進行篩選，確立了土地資源可持續利用度評價指標體系，并最終建立了綜合評價模型，實現了地理信息系統技術與遙感技術在土地資源可持續利用度評價中的應用與初步探討，具有一定的理論價值和現實意義。

1）從社會、經濟、資源、環境以及土地資源退化等方面，篩選確定具有代表性、涵蓋性、獨立性等的特征因素，依據目標層—準則層—要素層的層次結構，構建了土地資源可持續利用度評價指標體系。

2）基于評價指標體系，確立了社會經濟可行度、資源支撐度、環境支撐度、土地資源退化度模型以及四者結合的土地資源可持續利用度模型，應用層次分析法確定了各單因子指標的權重。

3）基于全網格技術進行了土地資源可持續利用度指標因子的評價，采用“網格重心法”實現了交通、人口等社會經濟指標的網格表達，避免了以往以行政區域為單元進行數據統計以及在空間上“強制平均”的缺點與不足。

4）以山西省天鎮縣為例，應用統計技術與GIS技術對所確定模型及方法進行了驗證研究，其研究結果與實際情況基本符合，驗證了模型的正確性與方法的可行性，評價結果也可為天鎮縣土地資源規劃與合理利用以及縣域內生態環境的保護提供一定的科學依據與技術支持。

在下一步的研究中，還將在以下方面對模型進行改進與完善：①考慮將微觀土壤理化性質與宏觀生態環境相結合，對土地資源可持續利用度評價進行深入研究。②在土地資源退化度模型中將進一步考慮農藥、化肥、農膜覆蓋等要素因子對土壤環境質量的影響與破壞，以及從土壤環境中污染物遷移的角度進行更為具體的探討與研究。

參考文獻：

[1] 王 丹，趙 源，倪長健.土地資源可持續利用評價研究概述[J].安徽農業科學，2011，39（16）：10034-10037.

[2] 賈德峰，張翠萍，方 佳.基于矢量空間數據的陵水海濱風景名勝規劃區生態敏感性評價[J].環境科學與管理，2009，34（5）：123-125.

[3] 趙躍龍，張玲娟.脆弱生態環境定量評價方法的研究[J].地球科學進展，1998，17（1）：67-72.

[4] 鐘曉娟，孫保平，趙 巖.基于主成分分析的云南省生態脆弱性評價[J].生態環境學報，2011，20（1）：109-113.

[5] 楊育武，湯 潔，麻素挺.脆弱生態環境指標庫的建立及其定量評價[J].環境科學研究，2002，15（4）：360-364.

[6] 閆慶武，卞正富，張 萍， 等.基于居民點密度的人口密度空間化[J].地理與地理信息科學，2011，27（5）：95-98.

[7] 徐明德，王 森.基于道路和城鎮的區域優勢度分析[J].世界地理研究，2009，18（4）：91-98.

[8] 韓永偉，高馨婷，高吉喜，等.重要生態功能區典型生態服務及其評估指標體系的構建[J].生態環境學報，2010，19（12）： 2986-2992.

[9] ZHANG Y，LIU B Y，ZHANG Q C，et al. Effect of different vegetation types on soil erosion by water[J]. Acta Botanica Sinica，2003，45（10）：1204-1209.

[10] 王炳興，蘇為華.總體幾何均值的參數估計及其在社會和諧度評價中的應用研究[J].統計研究，2006（10）：36-39.

[11] 鈕 健.GIS技術支持的土地資源可持續利用度評價[D].太原：太原理工大學，2011.

[12] 劉 飛，范建容，郭芬芬，等.藏北高原區DEM高程與坡度值提取的誤差分析[J].水土保持通報，2011，6（31）：148-151.

[13] 曹 露.基于網格單元和灰色聚類法的生態環境敏感性研究[D].太原：太原理工大學，2011.

[14] 徐明德，李 靜，彭 靜，等.基于RS和GIS的生態系統健康評價[J].生態環境學報，2010，19（8）：1809-1814.