黃土高原鄉級尺度土地利用適宜性評價
——以寧南山區河川鄉為例

方 炫, 劉德林, 李壁成

(1.南京師范大學 地理科學學院, 南京 210023; 2.河南理工大學 應急管理學院,河南 焦作 454000; 3.中國科學院 水土保持與生態環境研究中心, 陜西 楊凌 712100)

黃土高原鄉級尺度土地利用適宜性評價
——以寧南山區河川鄉為例

方 炫1, 劉德林2, 李壁成3

(1.南京師范大學 地理科學學院, 南京 210023; 2.河南理工大學 應急管理學院,河南 焦作 454000; 3.中國科學院 水土保持與生態環境研究中心, 陜西 楊凌 712100)

以寧南山區河川鄉為例，開展黃土高原鄉級尺度的土地利用適宜性研究。根據河川鄉自然與社會經濟的實際情況，從土地利用的地形、土壤養分、土壤侵蝕、水源條件等方面建立土地利用適宜性評價指標體系，采用層次分析法確定評價指標權重，將GIS空間分析方法與綜合指數評價模型相結合，對河川鄉土地的適宜性與適宜程度進行了定量評價。結果表明：河川鄉土地可以劃分為高度宜農地、中度宜農地、宜林地、宜林牧地和宜牧地，它們占總面積的比例分別為7.34%，13.49%，2.47%，41.37%，35.33%。評價結果可為河川鄉土地利用格局的優化提供理論依據和數據基礎。

土地利用; 適宜性評價; 黃土高原; 鄉級尺度; GIS; 河川鄉

土地利用適宜性評價是指對土地某種用途的適宜性和適宜程度進行評價，旨在確定土地利用最合適的空間模式，是土地利用總體規劃的重要內容之一[1-2]。黃土高原是我國乃至全球土壤侵蝕最為嚴重的地區之一，長期以來不合理的土地利用，加劇了土壤侵蝕和生態環境惡化[3-4]。在黃土高原地區開展土地利用適宜性評價，對于其土地資源的優化配置以及水土保持與生態恢復有重要意義。目前，黃土高原的土地適宜性研究得到了不少學者的關注，總結已有研究成果可以看出，其研究內容廣泛，包括針對某一土地用途或某一物種的單一土宜評價，也包括針對某一區域的多種土地用途綜合適宜性評價。單一土宜評價的代表性研究有何英彬等對生態脆弱區山西壽陽縣開展的糧食作物耕作適宜性評價[1]，思祖等[5]的黃土高原溝壑區杏樹林地土壤水分適宜性研究，姚小英等[6]對甘肅省黃土高原進行的旱作玉米水分適宜性研究等。區域多土地用途的綜合適宜性評價研究，有張友焱等[7]以山西省中陽縣為例開展黃土丘陵溝壑區土地適宜性的綜合評價，魏宏安等[8]的延安市黃土丘陵溝壑區溝道土地整治適宜性評價，劉德林等[9]對黃土高原上黃試區開展的土地利用適宜性評價等。從研究對象的空間尺度來看，黃土高原土地適宜性研究涉及市、縣、村級等區域尺度，而鄉級尺度的研究相對缺乏。在研究方法上，地理信息系統由于其高效的空間分析及可視化等功能，已逐步成為區域土地資源評價的重要方法與手段[8-10]。

寧南山區氣候干旱、水土流失嚴重、自然災害頻繁，農業生產力低下，是黃土高原的縮影。徹底擺脫該地區落后局面和改善生態環境，必須對當地的土地資源進行評價，根據土地自然屬性與經濟社會發展要求，實現土地資源的合理配置。為此，本研究以寧南山區河川鄉為例，運用GIS技術，實現黃土高原鄉級尺度的土地利用適宜性評價，為研究區土地利用規劃提供理論依據。

1 研究區概況

河川鄉位于寧夏南部固原市的原州區東南部，地處黃土高原西部寬谷丘陵區，地理位置為東經106°18′43″—106°32′16″，北緯35°54′59″—36°06′05″，東西約20 km，南北約17 km，總面積約215.58 km2。該區屬于暖溫帶大陸性半干旱氣候區，年均降水量420 mm。土壤以黃綿土和黑壚土為主，海拔高度1 540～2 106 m，溝壑縱橫，梁峁起伏，水土流失嚴重。

河川鄉地屬我國有名的“西海固”老少邊窮地區，當地人們曾為了獲得溫飽，在缺乏科學指導的情況下不斷地開墾土地，而生活水平并未得到明顯改善，甚至一度處于“愈墾愈窮、愈窮愈墾”的境地。至2002年退耕還林工程實施以前，耕地面積增加到總面積的約60%，在土地利用方式中占主導地位，同時本土植被天然草地急劇退化。退耕后土地利用方式與植被覆蓋發生重大變化，2008年，林地、草地和耕地占總面積比例分別為34.05%，31.92%和27.27%，構成了河川鄉的土地利用基本格局。隨著退耕還林工程的實施及土地利用格局的變化，以種地和放牧維持生存的傳統生產方式發生改變，果園、畜牧、外出務工等豐富了當地的經濟來源。2008年底，河川鄉總人口為16 245人，人口密度約76人/km2。

2 研究方法

2.1 數據獲取與處理方法

土地適宜性評價采用的基礎數據包括數字高程模型、土壤數據、土壤侵蝕數據和土地利用現狀數據等。數字高程模型是通過將1∶5萬地形圖(數據來源于寧夏林業廳提供的林業普查用地形圖)數字化后進行內插得到[11]，分辨率為10 m。土壤數據是在中國黃土高原地區資源與環境遙感系列圖編委會的1990年1∶50萬黃土高原地區土壤圖的基礎上，通過2010年對河川鄉土壤實地調查更新得到。土壤侵蝕數據是按照水利部標準《全國土壤侵蝕調查技術規程》，對中科院遙感所提供的2000年1∶10萬土壤侵蝕數據進行遙感更新獲得。土地利用數據是由2008年多光譜、10 m分辨率SPOT5影像經過人機交互目視解譯得到，影像分類精度Kappa指數為0.89，符合最低允許判別精度Kappa指數≥0.70的要求[12]。為研究方便，所有數據均統一為GRID格式，并統一投影坐標(Albers投影和Krasovsky-1940坐標系統)和柵格大小(10 cm×10 cm)。對基礎數據進行地形分析和緩沖區分析等GIS空間分析，建立適宜性評價指標數據。上述數據處理過程利用ArcView 3.2，ArcGIS 8.3及ERDAS軟件完成。

2.2 評價指標體系的構建

根據綜合性和主導性相結合、因地制宜、針對性等土地適宜性評價指標體系構建的一般原則，綜合考察研究區自然、社會經濟條件以及土地利用的實際情況，結合研究區鄉級空間尺度特征以及數據的可得性等因素，最終確定考慮地形、土壤養分、水源、土壤侵蝕4個方面的因素來評價河川鄉土地對農業、林業、牧業的適宜性。具體評價指標包括海拔、坡度、坡向、土壤有機質、距水域距離和土壤侵蝕強度(表1)。

2.3 評價指標分級與權重的制定

根據研究區各評價指標的變幅及其對于農、林、牧三種土地用途的影響和限制強度，通過專家咨詢并參考相關研究報道[9-10]，確定分級等級及臨界值；然后根據各個指標的每一個分級對于農、林、牧適宜程度的大小，確定評價指標的等級指數分值，分值越高說明適宜程度越強(表1)。考慮到不同指標在評價體系中的重要程度不同，即對土地適宜性的影響大小不同，本研究采用層次分析法來確定評價指標的權重(表2)，即通過建立指標兩兩判斷矩陣計算各指標權重值，并通過一致性檢驗判斷權重是否合理，如果一致性檢驗值C.R<0.1，則表示通過一致性檢驗。

表1 土地適宜性評價指標體系及等級指數

表2 土地適宜性評價各指標權重

2.4 適宜性評價模型與等級確定

本研究采用綜合指數法進行土地利用適宜性評價，其公式為：

式中：S——各評價單元的適宜性得分；Wi——第i個評價指標的權重值；n——評價指標的個數；Uij——第i個評價指標第j個等級的得分。該評價過程在ArcView軟件支持下完成，即利用地圖運算功能進行空間加權疊加分析得到評價單元的適宜性得分。根據研究區實際情況，將宜農、宜林、宜牧的適宜等級分值劃分為4個等級，具體見表3。

表3 宜農、宜林、宜牧適宜等級分值

3 評價結果分析

根據表1中評價指標分級的具體要求，利用重分類功能，建立各評價指標分級圖層，結果見圖1。在此基礎上，根據表1中針對不同土地用途的評價指標分級量化值，對各指標分級進行重新賦值即0～100分值，從而利用評價模型進行適宜性評價。土地資源具有多宜性，因此首先進行單宜性評價即分別評價土地的宜農、宜林及宜牧程度，然后根據研究區土地生產力的實際情況、農業發展和生態保護等要求，按照農、林、牧順序優先選擇，最終確定研究區的宜農、宜林、宜牧分布范圍[9]，結果見表4和圖2。

3.1 高度宜農地

高度宜農地的土地面積有158 083 hm2，占河川鄉總面積的7.34%，這部分土地分布在地勢最為平坦、土壤侵蝕最弱的河灘地和河臺地，是區域內土壤水肥條件最好、高產穩產的地段。20世紀90年代以后，中科院水土保持研究所專家們在此推行以早酥梨、紅梅杏等優良果樹為中心的庭園經濟高效農業技術，果園從此成為當地人們經濟收入的主要來源之一，原來水肥條件好的臺耕地被用來發展果園產業。目前，這部分土地最主要利用方式是果園，耕地其次。

3.2 中度宜農地

中度宜農地土地面積為290 343 hm2，占河川鄉總面積的13.49%，其土地利用條件僅次于高度宜農地，也主要集中分布在海拔較低、坡度較為平緩的、土壤侵蝕相對較輕的人工梯田和部分河溝臺地。該地段生產潛力較大，土地利用主要受水分條件限制，是區域內糧食生產潛力所在。

圖1 適宜性評價指標分級

高度宜農中度宜農宜林宜林牧宜牧面積/hm215808329034353136890687760540比例/%7.3413.492.4741.3735.33

圖2 河川鄉土地適宜性評價結果

3.3宜林地

宜林地是高度宜林地去除高度和中度宜農地的部分。面積為53 136 hm2，所占比例最小，僅占河川鄉土地的2.47%，這部分主要位于峁頂和峁坡，土地質量較好，是可以作為發展經濟林的主要用地。但由于坡度較緩、土壤侵蝕不嚴重等原因，這部分土地實際利用方式多為耕地。

3.4 宜林牧地

宜林牧地屬于中度宜林地和高度宜牧地。面積為890 687 hm2，占河川鄉總面積的41.37%，分布最廣。這部分林牧皆宜，可以種植檸條、沙棘、山杏等人工灌木和以苜蓿為代表的人工草被。有研究表明，灌木與比人工草地相比，對增加土壤有機碳氮儲量的貢獻更大，多種植灌木更有利于土壤生態環境。相反，人工草地是當地畜牧養殖的重要飼料來源，多種植人工草被可以節約農民開支。因此，林牧面積比例可根據實際需要來確定。

3.5 宜牧地

宜牧地35.33%的土地為宜牧地，立地條件交叉，不適宜農、林業的發展，可以作為牧用地。為了草地生態的可持續發展，在適度利用的同時，結合草地生態恢復措施，防止水土流失與土地退化。

4 結論與討論

本文根據研究區的自然與社會經濟實際情況，從地形、土壤養分、土壤侵蝕、水源4個方面篩選出海拔、坡度、坡向、土壤有機質、土壤侵蝕和距水域距離6個指標，構建了鄉級尺度土地利用適宜性評價模型。利用GIS技術、層次分析法和綜合指數法，按照農、林、牧順序優先原則，對河川鄉土地利用適宜性進行評價，將河川鄉土地利用類型劃分為高度宜農地、中度宜農地、宜林地、宜林牧地和宜牧地5類。該結果可為河川鄉土地利用的規劃與管理提供數據基礎與理論依據。例如，評價結果顯示宜農地(高度宜農地和中度宜農地之和)所占比例為20.83%，這與2008年河川鄉耕地的實際比例27.27%進行比較，可以得出，河川鄉土地不合理利用情況仍然存在，退耕還林(草)等生態恢復工程還需進一步推進。同時，結合實時變化的遙感數據，可以實現及時有效地土地利用監督。

本研究采用柵格數據進行評價運算，在評價精度上明顯優于以地塊為評價單元的評價，但在指導土地利用的實踐中操作性相對較差。以地塊為研究對象得到的適宜性評價結果對土地利用的指導更具可操作性。然而，研究區梁、峁、塬等地貌類型復雜多樣，進行土地類型分類制圖是一項復雜工程。借助于GIS與遙感等現代技術開展黃土高原地貌單元的自動提取研究，對于土地利用的評價、規劃與管理具有重要的理論與現實意義。

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AssessmentofLandUseSuitabilityatTownScaleonLoessPlateau—ACaseinHechuanTown,GuyuanCity,NingxiaHuiAutonomousRegion

FANG Xuan1, LIU De-lin2, LI Bi-cheng3

(1.SchoolofGeographyScience,NanjingNormalUniversity,Nanjing223800,China; 2.SchoolofEmergencyManagement,He′nanPolytechnicUniversity,Jiaozuo,He′nan454000,China; 3.ResearchCenterofSoilandWaterConservationandEcologicalEnvironment,ChineseAcademyofSciences,Yangling,Shaanxi712100,China)

The land use suitability at town scale on Loess Plateau was evaluated in this study by taking Hechuan Town of Guyuan City in Ningxia Hui Autonomous Region as an example. The assessment index system of land use suitability including terrain, soil nutrient, soil erosion, water factors was established based on considering the natural and social economic situation of of Hechuan Town. The index weight of suitability assessment was determined by the analytic hierarchy, the spatial analysis method on GIS and the comprehensive index method were conducted to assessment the land use suitability. The results showed that the land of Hechuan Town was classified into five categories which were the land highly suitable for agriculture, moderately suitable for agriculture, suitable for forestry, suitable for forestry and stockbreeding, suitable for stockbreeding, and accounted for 7.34%, 3.49%, 2.47%, 41.37% and 35.33%, respectively. This assessment results could provide data basis to determine the best land use plan of the study area.

land use; suitability assessment; Loess Plateau; Town Scale; GIS; Hechuan Town

2013-11-25

：2013-12-25

江蘇省高校自然科學研究面上項目“基于GIS的駱馬湖生態預警系統及評價應用研究“(13KJB610015);“十一五”國家科技支撐計劃重大項目“半干旱黃土丘陵區退化生態系統綜合管理技術和模式“(2006BCA01A07)

方炫(1982—),女,江蘇沭陽人,博士,講師,主要從事水土資源管理與3S應用方面的研究。E-mail:fangxuan1982@163.com

F301.24

：A

：1005-3409(2014)05-0174-05