牡丹江市土地利用適宜性評價

馬泉來， 高鳳杰， 侯大偉， 劉 洋， 姜 晗， 韓文文， 單培明

(東北農業大學 資源與環境學院, 黑龍江 哈爾濱 150030)

牡丹江市土地利用適宜性評價

馬泉來， 高鳳杰， 侯大偉， 劉 洋， 姜 晗， 韓文文， 單培明

(東北農業大學 資源與環境學院, 黑龍江 哈爾濱 150030)

摘要：[目的] 評價牡丹江市退耕還林地區土地利用效益，對土地利用結構進行優化，為該區進一步土地開發利用及結構調整提供科學依據與支持。 [方法] 選取牡丹江市的坡度、高程、土壤類型、水資源系數、降水量和≥10 ℃積溫6個因素作為評價因子，通過模型計算及GIS空間分析，得出研究區內宜農用地、宜林用地適宜性等級。 [結果] 處于適宜級以上的農業用地總面積約9 300 km2，占研究區面積的22.9%，主要分布于坡度小于5°、海拔500 m以下的區域；處于適宜級以上的林業用地總面積約28 000 km2，占研究區總面積的69.0%，主要分布于海拔高、坡度大、多水土流失的山區丘陵地帶。 [結論] 土地利用現狀分析結果表明，在農林交錯地帶存在過度退耕、造成耕地浪費的現象。

關鍵詞：自然因子； 適宜性評價； 牡丹江市

土地利用研究是當前土地科學的熱點問題，土地利用空間布局的合理與否取決于土地利用方式與土地自然構成要素空間分布的合理程度[1]，土地資源的合理、可持續的利用關系到社會文明、經濟發展、生態安全等諸多方面。采取科學恰當的研究方法與技術，對區域范圍內的土地資源進行適宜性評價對于土地資源的可持續性利用、土地生態安全都具有十分重要的意義。現有的土地適宜性評價較多地從土地利用的社會經濟效益的角度選取指標評價[2]，如杜鵬飛等[3]以貴陽市為例，構建建設用地適宜性評價模型，在GIS技術支持下進行了喀斯特地區建設用地適宜性評價，促進了區域內土地資源的合理有效利用；劉德林等[4]對黃土高原上黃試區的耕地、草地、林地的適宜性進行了評價，為上黃試區土地資源的合理開發利用提供科學依據；王繁等[5]通過利用現狀對海涂土地資源適宜性進行了空間分析與研究；鄭文武等[6]在GIS環境下對南方丘陵生態脆弱區的土地利用適宜性進行了相關研究。以退耕還林典型區域為研究范圍以及針對區域范圍內土地資源自身結構系統的適宜性分析較為少見，從區域土地資源自然結構角度,選取自然屬性因子進行適宜性分析還有待進一步發展[2,7-10]。本文以黑龍江省典型山地丘陵地區——牡丹江市為研究實例，首先通過對研究區的自然結構進行分析選取合適的評價指標，利用指標計算和空間分析進行適宜性評價，得出研究區土地資源利用的自然適宜性；其次，在自然適宜性研究的基礎上結合研究區退耕還林前后兩個時間點的土地利用現狀，進行比較分析，對當前土地利用結構給予評價，得出土地利用不合理的地方，以期為未來土地利用格局優化提供理論支持。

1研究區概況

牡丹江市位于黑龍江省東南部(128°02′—131°18′E，43°24′—45°59′N)，地處張廣才嶺、老爺嶺山脈，地形以山地和丘陵為主，區域總面積4.06×104km2。其中，山地總面積占86.3%(中山占13.4%，低山72.9%)，丘陵占8.6%，平原(包括內陸水域)占5.5%[14]。氣候屬半濕潤中溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫4.9～6.1 ℃，年降水量500～600 mm，無霜期115～152 d。土壤類型主要有暗棕壤、白槳土、草甸土、沼澤土和泥炭土以及水稻土等6個土類，其中以暗棕壤分布最廣。主要自然植物屬于長白山植物區系，地帶性植被為針闊混交林，主要分布在海拔500～900 m的山地和局部丘陵的頂部；落葉闊葉林分布較廣，主要分布在200～700 m的低山丘陵地帶。社會經濟發展與資源供給間的長期矛盾，使區域土地利用存在諸多問題，不尊重自然規律，不考慮土地適宜性，隨意確定土地用途，毀林開荒、超坡開墾、用宜農土地營造速生豐產林、擠占牧場等現象時有發生，盡管于黑龍江省率先實行退耕還林工程，由于政策不完善、利益驅使和執行中的偏頗，在退耕還林中把本不該退耕的耕地還林，造成耕地的浪費，同時對研究區生態安全產生危害[11-12]。因此，在后退耕還林時期，確定土地利用適宜用途，從研究區土地本底適宜性上對退耕還林區的林地與耕地間的矛盾進行評價，為今后的土地利用結構調整與規劃提供科學依據。

2研究方法

2.1　研究技術路線

根據研究區為典型的山區半山區特點，篩選能夠表征研究區特征的適宜性評價指標構建評價體系，收集相關數據并處理，通過構建數學模型進行基于自然屬性的土地適宜性評價，在此基礎上利用GIS技術實現研究區適應性評價結果的空間展布，結合研究區退耕前后土地利用現狀，評價土地利用合理性狀況，為將來土地利用規劃提供決策支持，技術路線如圖1所示。

圖1　牡丹江市土地利用適宜性評價技術路線

2.2　評價指標選取與數據處理

人口的迅速膨脹以及社會經濟發展對資源環境的開發與掠奪加劇，導致山區半山區人地關系矛盾劇烈，尋求經濟發展與資源保護之間的平衡點是山區經濟可持續發展的關鍵。農業是國民經濟的基礎，而森林景觀是區域生態環境安全的重要保障。在影響區域范圍內土地利用的諸多自然因子中，坡度和高程對水土流失影響最大，于農林業用地的開發利用起到關鍵作用；其次，水資源分布及土壤類型直接決定了地表土地利用景觀的空間分布；降水及≥10 ℃積溫對農業生產及植被的生長關系密切，對地域間的土地利用影響更為明顯[4,6,13]。在已有研究基礎上，從研究區自然狀態角度選取影響土地利用的坡度、高程、土壤類型、降水量、水資源分布系數，≥10 ℃積溫等自然因素作為研究區土地利用適宜性評價因子。

坡度與高程因子由研究區30 m DEM直接提取；土壤類型由黑龍江省1∶100萬土壤類型圖獲取；降水量、水資源分布密度及≥10 ℃積溫通過黑龍江省氣象站點及相關市縣統計資料獲取數據，并在ArcGIS平臺經過克里格(Kriging)空間插值并裁剪獲得，各自然因子如圖2所示。退耕還林前后土地利用現狀分別采用2000年Landsat TM影像和2013年Landsat OLI影像，經影像融合、配準，經目視解譯及野外GPS點屬性校驗修正獲得(圖3)

圖2　研究區土地利用評價指標因子分布圖

圖3　研究區退耕前(2000年)和退耕后(2013年)土地利用現狀圖

2.3　數據標準化及因子權重計算

采用區間映射法對數據進行歸一化處理，以消除量綱及指標性質的影響。其中，按評價因子的性質，將其分為正向評價因子和負向評價因子，正向評價因子采用公式(1)進行標準化處理：

U=(xi-xmin)/(xmax-xmin)

(1)

式中：U——歸一化后的指標值；xi——評價因子值；xmax,xmin——數據中的最大值與最小值。下同。

負向評價因子采用公式(2)處理：

U=1-(xi-xmin)/(xmax-xmin)

(2)

其中，在所選的評價因子中，土壤類型屬于定性的因子，根據王宗明等[14]在土壤類型對三江平原土地利用/覆被變化的影響的分析結果予以量化處理，賦予不同的分值，這樣所有參與評價的因子都有了統一的標準，進一步提高評價結果的可靠性。

評價因子權重的確定直接影響了該評價的科學性與合理性，結合所選取的評價因子，本文通過問卷調查獲取相關的基礎數據，采用層次分析法(AHP)確定不同評價因子對研究區適宜性評價的權重值(表1)。

表1　土地利用適宜性評價指標及權重

注：表示為正向評價因子；-表示為負向評價因子；

采用簡單加權求和法〔公式(3)〕求得土地利用的適宜性評價綜合值：

(3)

式中：Q——第i單元適宜性評價綜合值；Ui——第i個評價因子的指標值；Vi——第i個評價因子的權重。

在加權計算得出的適宜性評價值的基礎上，參照研究區實際利用情況及相關研究成果，建立研究區土地利用適宜性分級[15-17](表2)。

3結果與分析

為保證分析結果的準確性，參考已有研究成果[18]，確定90 m為研究區最佳分析粒度，然后，在ArcGIS環境中，利用公式(1)—(2)得到各評價因子去除量綱后的數據，并進行空間化處理。利用公式(3)進行評價因子的空間疊加運算，并結合表2分級參考值得到研究區農業用地與林地適宜性空間分布(圖3)及數量(表3)。

表2　土地利用適宜性等級

圖4　研究區農業用地/林業用地適宜性分級圖

項目 農業用地面積/km2比重/%林業用地面積/km2比重/%適宜評價930022.92800069.0退耕前(2000年)943423.32704666.6退耕后(2013年)890021.92837270.0

3.1　農業用地適宜性及其分布

研究區處于山區半山區，同時是國家退耕還林工程率先實施地區，土地利用狀況復雜，波動性大。由適宜性分析結果(圖4，表3)可以看出，非常適宜、適宜農業發展的土地主要分布于牡丹江地區東北至西南走向的中心地帶，總面積約9 300 km2，占研究區面積的22.9%。該地區大部分為沿江平原區，坡度集中于0°~5°之間，海拔高度在500 m以下，地勢平坦，水資源較為豐富，是天然的適宜于農業發展的區域，為現代農業發展提供了自然條件優勢。限制性適宜、不適宜農業用地主要分布于研究區四周的山地、丘陵地帶，這些地區一般坡度陡峭、地勢起伏較大。退耕前有134 km2不適宜發展農業的土地開墾為耕地，退耕還林工程實施后后，適宜于農業發展的土地缺口達到400 km2，造成耕地資源的嚴重浪費。結合研究區實際情況分析，造成這一差異的主要原因是，隨著城市化進程的加快，城市建設占用了大量適宜農用耕地，另一方面，林地開墾為耕地后，土地利用的不經濟性逐漸凸顯，農田荒廢并再次還林還草。其次，城市化以及農業收入不景氣的條件下，大量農民外出打工，農業人口不斷降低，農民為獲得短期利益，將許多農用地轉變為林地以爭取國家退耕還林補貼，使得退耕后適宜農業耕作土地銳減，多方面原因造成了宜農用地缺口變大。

3.2　林業用地適宜性及其分布

林業發展在牡丹江地區占據主導地位，林業用地適宜性評價結果圖4和表3表明，非常適宜、適宜林業用地約為28 000 km2，主要分布于研究區西部和東南部海拔較高的張廣才嶺和老爺嶺一帶的山地，其次分布于海拔在600 m以上、坡度在12°以上的地區，還有一些土質疏松、易造成水土流失的12°以下坡度的生態脆弱地區。退耕還林后林業用地明顯增加，林業用地從還林前的27 046 km2增加至約28 372 km2，研究區森林覆蓋度由退耕前的66.6%增加值現在的70.0%左右。這對于改善區域嚴重水土流失，增強生態安全具有重要意義。同時應該看到，由于政策的不完善、當地農民在短期利益驅動下，不尊重土地利用的適宜性，不能因地制宜地開發利用土地資源，在退耕還林實施中把部分優質農業用地、不該退耕的耕地還林，使得研究區人地關系矛盾愈加緊張。這種不尊重自然的土地利用模式，使得弊大于利，進而限制了研究區社會經濟與生態環境的可持續發展。

在適宜性評價結果(圖4)的基礎上，與圖3退耕還林前后(2000，2013年)土地利用現狀進行比較分析可以得出，研究區坡度在15°以上的坡耕地應堅決全部還林還草；坡度在8°~15°的坡地水土流失較為嚴重[11,18]，且由于土地利用外部不經濟的地方也是合理還林還草的重點區域；在耕地與林地交錯地帶，坡度處于8°，甚至5°以下的宜耕土地部分退耕但同時又存在過度退耕的矛盾情形，也是現有林地的空間分布數量比現有的宜林用地多出約372 km2的缺口所在，這也是后退耕還林時期的工作重點；可以得出，退耕還林行為發生于坡度大于15°地區；其次為農林業交錯、距離居民點近、生產活動較方便的帶狀區域，該區域內坡度較為緩和、坡度多分布在6°~15°之間、高程和水資源處于中等適宜水平，同時交通便利，改變土地利用類型容易，這些形成了該區域內土地利用類型變化較大的原因。相關研究也證實農林交錯區的高土地利用動態度特征。因此研究也證實了該區域是退耕還林工程實施的關鍵地，該區域也最容易因政策的疏松而造成退耕還林成果的反彈及資源的浪費。在后退耕還林時期加強該區域內的監管力度、政策執行度是進一步落實完善退耕還林工程的關鍵。

4結 論

(1) 研究區屬典型山區半山區，林木業是該區域傳統的發展途徑。2000年以前，社會經濟、農林業持續發展，森林砍伐，農田開墾，耕地面積持續增加，研究區森林覆蓋度下降，引發一系列的水土流失等生態安全問題，土地利用間的矛盾愈加明顯。

(2) 國家退耕還林工程的實施，使牡丹江市土地利用的不合理行為得到控制，區域內生態環境得到恢復與改善。截止2013年，進行還林還草的耕地面積達到534 km2，坡度15°以上耕地堅決全部還林還草，超坡耕種行為被制止，林業用地所占比重進一步擴大，農林交錯、生態脆弱等土地利用變化大的地區的土地利用行為趨于規范，退耕還林還草使牡丹江市土地利用結構更加科學合理，適宜性程度比2000年明顯提高，但需要警惕退耕過程中產生的過度還林還草行為，即在低坡度、地勢平坦宜耕區域還林還草，造成耕地資源的浪費；農林用地交錯及距離居民點近的坡度在5°以上、高程、水資源等適中的地帶，作為退耕還林工程的主要區域，同時是后退耕還林時期，嚴格政策實施，加強監管力度，鞏固并完善退耕成果的主戰場，也是今后工作的重點所在。

(3) 土地資源的開發利用要尊重區域自然規律，既不可盲目開發利用，也不能造成資源閑置浪費，在土地開發利用過程中能夠及時依據區域的自然適宜性特點進行土地利用結構的再調整，使土地利用效益最大。

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Assessment on Land Use Suitability of Mudanjiang City

MA Quanlai， GAO Fengjie， HOU Dawei， LIU Yang， JIANG Han, HAN Wenwen, SHAN Peiming

(SchoolofResourceandEnvironment,NortheastAgriculturalUniversity,Harbin，Heilongjiang150030,China)

Abstract：[Objective] The land use benefits from grain-for-green project in Mudanjiang City were evaluated, and we expected to propose some scientific bases for rational land exploitation and structural adjustment of land use. [Methods] Based GIS spatial analysis, six natural indicators, including slope gradient, elevation, soil type, coefficient of water resource, precipitation, and ≥10 ℃ accumulated temperature were calculated. They were used as evaluation factors to assess the suitability of lands in Mudangjiang City for cultivated land and forestry land. [Results] The results showed that the land area assessed suitable to cultivation was about 9 300 km2, accounting for 22.9% of the study area. The slope gradient of these lands is below 5° and the elevation is below 500 m. Lands assessed with forestry suitability grade had about 28 000 km2, covered 69.0% of the study area and mainly located at mountainous region, where both the elevation and slope gradient are great and the soil is vulnerable and erosive. [Conclusion] In forest-agriculture zone, present land use exists a phenomenon of overly returning farming land to forestry. This might cause the waste of suitable cultivation lands.

Keywords:natural factors; suitability assessment; Mudanjiang City

文獻標識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)06-0285-06

中圖分類號：P208， F293.2

通信作者：高鳳杰(1981—),女(漢族),河北省遷西縣人,副教授,主要從事資源環境遙感研究。E-mail:gaojiecumt@126.com。

收稿日期：2014-08-21修回日期：2014-09-26

資助項目：黑龍江省教育廳科學技術研究項目“寒地山區退耕還林前后土地生態安全演變”(12541037)； 寒地黑土利用與保護省級重點實驗室開放基金項目(ht2012-09)

第一作者：馬泉來(1992—),男(漢族),河南省禹州市人,碩士研究生,研究方向為3S技術。E-mail:mql1992@126.com。