基于GIS的四川省農業土地適宜性評價研究

姚丹丹，苗 放，b，2＊，楊文暉，陳 軍，盧涵宇

（1．成都理工大學a地球探測與信息技術教育部重點實驗室，b地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室，成都610059；2．成都大學信息科學與技術學院，成都610106；3．成都信息工程學院資源環境學院，成都610225；4．貴州大學大數據與信息工程學院，貴陽550025）

基于GIS的四川省農業土地適宜性評價研究

姚丹丹1a，苗 放1a，b，2＊，楊文暉1a，陳 軍3，盧涵宇4

（1．成都理工大學a地球探測與信息技術教育部重點實驗室，b地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室，成都610059；2．成都大學信息科學與技術學院，成都610106；3．成都信息工程學院資源環境學院，成都610225；4．貴州大學大數據與信息工程學院，貴陽550025）

土地的適宜性評價是土地合理利用與規劃的前提。以四川省為研究區域，選取海拔、坡度、坡向、水源保證條件和交通條件等五個評價因子，通過ArcGIS進行單因子評價，運用層次分析法計算各評價因子的權重，然后根據評價模型對單因子評價分析圖進行空間疊加分析，生成耕地適宜性等級分布專題圖，最終得到四川省耕地適宜等級的空間分布以及各適宜等級所占總評價面積的比例，為四川省土地利用規劃提供了科學依據。研究結果表明，利用GIS的空間分析功能并結合評價模型對耕地適宜性進行評價是一種快速、可行的方法。

四川省；適宜性評價；農業土地；GIS；AHP

0 引言

隨著人口的增多、社會經濟的持續發展，土地資源的供求矛盾關系日益嚴重并引發一系列生態環境的問題，如耕地銳減、農業物資儲備不足、自然災害頻發等［1－2］。我國人多地少，土地資源科學高效、可持續的使用受到政府部門和相關研究者們的高度重視。解決人口與資源的問題，堅持可持續發展道路，需要對土地適宜性進行研究探討以及科學實踐［3－5］。因此開展土地的農業適宜性評價研究，具有重要的現實意義。

傳統的土地適宜性分析手段費時費力，且易受評價者的主觀影響，已不能滿足農業土地科學管理的需求。國內近十幾年，隨著農業土地適宜性評價不斷深入展開，土地適宜性評價方法也有了新的發展，尤其是GIS在土地適宜性評價應用上得到迅速發展，GIS強有力的空間分析功能使得對土地空間復雜系統的評價分析更具科學性［6－10］。作者基于GIS技術對四川省進行農業土地適宜性評價分析，充分發揮了GIS強大的空間分析功能，通過五個評價因子對耕地適宜性進行科學的評價，為土地利用規劃提供依據。

1 基于GIS的評價分析

1．1 技術路線

首先根據選擇評價因子的原則確定四川省農業土地資源適應性評價的5個評價因素：海拔、坡度、坡向、水源保證、道路通達度；其次5個評價因子分別做土地適宜性單因子評價分析；然后應用層次分析法（AHP法）確定各因子的權重，采用綜合制圖單元為評價單元，利用GIS軟件進行疊加分析，即多因子綜合評價，生成農業土地適宜性評價圖；最后得到該區域宜耕地空間分布專題圖并進行分析評價。具體的技術流程圖見圖1。

圖1 技術流程圖Fig．1 Technology flow chart

1．2 確定評價目標

通過對四川省農業土地適宜性的評價分析，得到該區域耕地適宜等級的空間分布以及各適宜等級區域占總評價面積的比例，為該區域土地利用規劃提供依據。

1．3 選取評價因子

影響土地適宜性的因子復雜多樣，評價因子的選取是研究土地適宜性的關鍵。土地適宜性評價因子的選取主要遵循以下原則：差異性、主導性、綜合性、針對性、現實性、獨立性等原則。根據研究區域的實際情況和評價因子選取原則，經過比較分析，最后確定以下五個評價因子：

1）海拔高程。海拔高度主要反映的是熱量和水分的狀況，不同的海拔高度具有不同的水熱組合特征，它們對耕地制度和農作物的生長、布局都有很大的影響。

2）坡度對農業生產的影響主要體現在地表侵蝕程度與農田基本建設條件、灌溉條件、機耕條件等方面。地表起伏越大，坡度越陡，土壤侵蝕作用越明顯，水土流失越嚴重。另外坡度大于25°的不宜農業用地；反之，地形起伏越小，對農田水利化和機械化越有利。

3）坡向影響著日照時數和土壤水分的再分布，因而對農業用地和園地等土地利用類型來說具有研究意義。

4）水源條件：農業的主要限制因素就是水，而水源優勢能彌補這一劣勢，使原本少雨的地方能夠通過水源的灌溉發展農業。研究區域的灌溉主要依靠地表徑流，因此我們將水系流經多的地方作為農業土地利用的高度適宜區。

5）交通條件是經濟發展的重要因素之一，是區域物質產品與外界交換的渠道，對于產品的流通、土地資源優化具有重要的作用，道路通達度是交通條件優劣的具體體現。

1．4 數據準備與預處理

1）地形、坡度、坡向數據。在國際科學數據服務平臺下載四川省90m分辨率的DEM數據，四川省的坡度、坡向數據由DEM數據提取。

2）基礎矢量數據主要包括四川主要河流、四川省邊界和主要公路。

1．5 評價分類標準的確定

參照聯合國糧農組織FAO提出的農業土地適宜性四個等級，高度適宜（S1）、一般適宜（S2）、勉強適宜（S3）和不適宜（N），將這四個適宜度等級分別量化為4、3、2、1。根據四川地形地勢以及土地利用的實際情況，制出了各評價因子量化分級綜合表見表1。

表1 評價因子量化分級綜合表Tab．1 Evaluate factor quantitative classification table

1．6 單因子評價分析

1．6．1 海拔因子評價等級圖

按照海拔因子量化分級表，在ArcMap中，利用Spatial Analyst／Reclassify／Reclassify對四川省DEM進行重分類，得到宜耕地的海拔因子等級分布圖（圖2）。

圖2 宜耕地海拔等級圖Fig．2 Altitude grade figure of suitable cultivated land

1．6．2 坡度因子評價等級圖

在ArcMap中，利用ArcToolbox中Spatial Analyst工具／Surface（表面分析）／slope（坡度），提取坡度數據Slope＿四川，將得到的Slope＿四川數據按照評價因子量化分級表1利用Spatial Analyst／Reclassify／Reclassify進行重分類，得到宜耕地的坡度因子等級圖（圖3）。

圖3 宜耕地坡度等級圖Fig．3 Slope grade figure of suitable cultivated land

1．6．3 坡向因子評價等級圖

在ArcMap中，利用ArcToolbox中Spatial Analyst工具／Surface（表面分析）／Aspect，提取四川省坡向數據Aspect＿四川，并進行重分類（具體量化值見表1），得到宜耕地坡向因子等級分布圖（圖4）。

圖4 宜耕地坡向等級圖Fig．4 Aspect grade figure of suitable cultivated land

1．6．4 水源保證因子評價等級圖

在ArcMap中，對river＿四川．shp進行緩沖區分析，水源保證的具體量化分界為：有較好的水源保證，量化為4；基本有水源保證，量化為3；較差水源保證，量化為2；無水源保證，量化為1，得到宜耕地水源保證等級分布圖（圖5）。

圖5 宜耕地水源保證等級圖Fig．5 Headwaters grade figure of suitable cultivated land

1．6．5 交通條件因子評價等級圖

在ArcMap中，對四川省主要公路．shp進行緩沖區分析，將交通條件分為四個等級，交通方便、交通較方便、交通較不方便、交通不便，分別量化為4、3、2、1（具體量化標準見表1）。得到宜耕地道路通達度等級分布圖（圖6）。

圖6 宜耕地交通條件等級圖ig．6 Transportation grade figure of suitable cultivated land

2 土地適宜性評價模型構建及多因子疊加分析

2．1 計算因子權重

采用層次分析法，確定各評價因子權重。首先構建層次結構模型（圖7），然后需對準則層各評價因子的重要程度做出判斷，對比各評價因子的重要性，構造出宜耕地的判斷矩陣并賦值，矩陣列向量歸一化處理，計算出宜耕地的海拔（B1）、坡度（B2）、坡向（B3）、水源保證（B4）、道路通達（B5）的權重值w。宜耕地的判斷矩陣如表2所示。

2．2 多因子綜合評價分析

本文采用加權指數和法作為農用地適宜性評價的模型，評價模型的表達式為：

其中：S為農用地適宜性的綜合總分值；n為評價因子個數；Wk為第k個評價因子的權重；Vk為第k個評價因子的量化值。加權指數和法將各個評價因子的權重和量化值的乘積求和，得到綜合評價分值。該方法原理簡單，同時考慮了各個因子的權重，實現了整體的綜合評價。

表2 宜耕地判斷矩陣表Tab．2 Judgment matrix table of suitable cultivated land

表3 耕地綜合評價分數分級Tab．3 Classification of cultivated land evaluation points

利用ArcMap，運用ArcToolbox中Spatial Analyst工具／Overlay（疊加）／Weighted Sum（加權疊加），根據層次分析法得到的各因子權重和評價模型，對海拔、坡度、坡向、水源保證、交通條件5個評價因子的等級柵格圖進行疊加，得到綜合評價圖。最終的綜合評價柵格圖，每個柵格單元評價值即將5個評價因子的權重和該柵格對應的量化值一一對應進行乘積，然后求和。再根據疊加的綜合評價分值對土地適宜度進行分區，分值越高，表示越適宜；分值越低，表示越不適宜。適宜等級為高度適宜、一般適宜、勉強適宜、不適宜。表3給出了耕地適宜度的分值。

3 評價結果與分析

根據多因子分析的評價模型，得到耕地的海拔、坡度、坡向、水源保證以及交通條件五個評價因子的綜合評價分數。將綜合評價分數按高度適宜、勉強適宜、一般適宜、不適宜四個等級來劃分，制成耕地適宜性等級分布圖（圖8）。

根據圖8及耕地各等級單元個數分析得出，①四川省高度適宜耕地占總評價面積的22%，從總體上看，高度適宜耕地比較集中，其中省東部地區宜耕地最多，主要是因為這些地區地勢低且坡度小，水資源豐富而且交通便利，高度適宜農耕業生產；②一般適宜耕地占總評價面積的27%，分散的分布在省內各個地區，這些地區各項評價指標都中等偏上，較適宜農耕業；③勉強適宜耕地占總評價面積的39%，主要是沒有很好的水源保證且離主要公路較遠；④不適宜耕地占總評價面積的12%，主要分布在省西部地區，由于地勢高、山路崎嶇，交通不便又沒有水源保證，不適宜農耕業的發展。

圖7 層次模型圖Fig．7 Hierarchical model figure

圖8 耕地適宜性等級分布圖Fig．8 Cultivated land suitability rank distribution

4 結論

土地的適宜性評價是土地合理利用與規劃的前提。通過對四川省實際自然地理情況分析研究，選取有效評價因子，結合ArcGIS，運用層次分析法確定評價因子的權重，并結合評價模型，生成耕地適宜性等級分布專題圖，最終得到四川省耕地適宜等級的空間分布以及各適宜等級所占總評價面積的比例，為四川省土地利用規劃提供了科學依據。研究結果表明：四川省適宜農耕業發展的土地資源豐富；利用GIS的空間分析功能并結合評價模型對耕地適宜性進行評價是快速、可行的一種方法。

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Research on agricultural land suitability assessment based on GIS in Sichuan

YAO Dan-dan1a，MIAO Fang1a，b，2＊，YANG Wen-hui1a，CHEN Jun3，LU Han-yu4
（1．Chengdu University of Technology，a．Key Lab of Earth Exploration ＆Information Techniques of Ministry of Education，b．State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu 610059，China；2．Chengdu College，Chengdu 610106，China；3．College of Resources and Environment，Chengdu University of Information Technology，Chengdu 610225，China；4．College of Bigdata and Information Engineering，Guizhou University，Guiyang 550025，China）

Land suitability evaluation is the precondition for rational using and planning of land．This paper taking Sichuan province as study area，choosing five evaluation factors as altitude，slope，slope assured，water conditions，traffic conditions and so on，single factor was evaluated in study area respectively using ArcGIS software．Analytic hierarchy process（AHP）was introduced to calculate the weight of each evaluation factor．Spatial comprehensive analyzed on single factor evaluation analysis map according to the evaluation model，and then got the cultivated land suitability level distribution thematic map，and the spatial distribution of cultivated land and the proportion of the total evaluation area of Sichuan province．It provided scientific basis for land use planning in Sichuan．The research results show that using spatial analysis function of GIS with evaluation model to evaluate cultivated land suitability is one fast and feasible method．

Sichuan province；suitable evaluation；agricultural land；GIS；AHP

P 208

A

10．3969／j．issn．1001-1749．2015．03．20

1001-1749（2015）03-0403-06

2014-11-22 改回日期：2015-04-10

國家自然科學基金（61071121）

姚丹丹（1987－），女，博士，從事空間信息技術及應用、智能信息處理方向的研究，E-mail：ydd0108＠126．com。

＊通信作者：苗放（1958－），男，教授，從事空間信息技術及應用、計算機技術及應用方向的研究，E-mail：mf＠cdut．edu．cn。