基于GIS的種植棗樹耕地適宜性評價與品種區劃

2015-09-10 16:01:46唐雪香王桂保劉軒

江蘇農業科學 2015年8期

唐雪香+王桂保+劉軒

摘要：以河南省新鄭市紅棗的核心主產區孟莊鎮為研究區域，利用GIS技術和空間插值方法，建立土壤適宜性評價模型，并將評價結果與空間模擬數據進行疊置分析，對耕地種植棗樹適宜性進行評價。結果表明：孟莊鎮耕地種植棗樹適宜性綜合指數最大值為87，最小值為38。綜合考慮坡度、地貌類型等限制性因素，將孟莊鎮耕地適宜種植棗樹地區依次劃分為最適宜、較適宜、次適宜。將適宜性評價結果與土壤pH值、硝態氮、可溶性總氮含量空間模擬數據進行多圖層疊置分析，孟莊鎮灰棗、雞心棗、冬棗種植適宜區面積分別為2 323 78、1 785 42、2 233 99 hm2，分別占耕地總面積比例為36 63%、28 15%、35 22%。

關鍵詞：土地適宜性評價；空間插值；種植適宜區；棗樹

中圖分類號：S665 104 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）08-0179-03

土地適宜性評價指對特定區域一定土地相對于某種利用方式，評估其利用適宜程度高低的特性。它是確定最適宜的土地利用方式、充分發揮土地生產潛力以及科學編制土地利用規劃的基本依據 [1]。河南省新鄭市是“中國紅棗之鄉”，新鄭大棗以其皮薄、肉厚、核小、味甜倍受人們青睞，成為棗類中的佼佼者。近年來，新鄭市充分挖掘紅棗的經濟價值、文化價值，制定了符合地區實際的政策、發展規劃，形成了育種、種植、加工、銷售、生態旅游為一體的完整產業鏈。孟莊鎮是新鄭大棗的主要種植區域，是原生態棗樹種植區，因此，探討該鎮種植棗樹的土地適宜性，有利于充分利用土地資源、開發土地潛力、實現棗樹增產高產、優化棗樹種植總體布局。近年來，GIS技術 [2]、RS技術 [3]在土地評價中得到廣泛應用，許多學者對耕地適宜性評價進行了研究，取得了一定的研究成果。楊奇勇等以山東省禹城市為例，采用灰色關聯分析法與Delphi法結合篩選參評因素，建立土壤適宜性綜合評價模型，進行了鹽漬土改良區耕地土壤適宜性評價研究 [4]。楊洋等基于GIS空間分析技術，綜合考慮普洱茶樹的自然立地條件與大規模種植的便利條件，建立種植栽培型普洱茶樹用地適宜性評價模型，劃分適宜性等級，分析統計適宜地區的土地數量和空間分布規律 [5]。王江思等基于GIS空間分析技術，運用SPSS軟件進行主成分分析，依據因子的貢獻率調整BP神經網絡初始權值，建立評價模型，對中原城市群的農用地適宜性評價方法進行研究 [6]。但是多數學者在綜合評價指標的篩選方面不夠重視。由于影響耕地適宜性的指標很多，評價指標對耕地適宜性的影響程度也不同，因此，在選擇評價指標時，應該根據地區實際，選擇具有代表性的評價指標，從而使耕地適宜性更具實際意義。本研究結合耕地地力調查結果，以孟莊鎮為研究區域，利用ArcGIS等相關軟件，對耕地種植棗樹適宜性進行評價，將適宜性評價結果與插值分析進行疊置分析，旨在為孟莊鎮棗樹種植的總體布局與區域劃分提供參考。

1 材料與方法

1 1 研究區概況

孟莊鎮位于新鄭市東北部，東臨鄭州市新鄭綜合保稅區，北靠鄭州市區，西接龍湖宜居教育城，是新鄭市加快城市化進程的重點鎮。全鎮總面積76 km2，耕地總面積6 343 2 hm2，轄23個行政村，35個自然村，總人口3 3萬。孟莊鎮是新鄭紅棗的核心主產區，紅棗主要品種為灰棗、雞心棗、冬棗，是著名的“優質大棗基地”和“紅棗之鄉”，棗林面積2 800 hm2，年產大棗15 000 t。

1 2 數據來源

1 2 1 圖件與空間數據采用2012年新鄭市測土配方施肥項目耕地調查獲得的地形數據、基本耕種情況、城鎮中心、道路數據等資料以及2012年年底新鄭市土地利用變更調查數據、土壤圖、DEM高程圖。

1 2 2 方法選擇孟莊鎮不同村的10塊不同類型棗樹地，每20 cm為1個層次，采集0～100 cm土層土壤樣品，每個點共5個層次。將采集樣品在實驗室進行化驗，測定土壤有機質含量、有效磷含量、速效鉀含量、pH值、可溶性總氮含量、硝態氮含量。采用Excel軟件分析數據。

2 結果與分析

本研究以新鄭市耕地地力調查項目為基礎，應用GIS技術，對新鄭市土地利用變更調查數據、土壤圖進行數字化，從中提取有效數據。結合耕地地力調查項目實地農田采樣點的養分值以及相關的地圖資料，進行空間內插，得到土壤有機質等養分分布柵格圖。將養分分布柵格圖與新鄭市DEM高程數據相疊加，取得高程、坡度等數據。最后確定評價單元，建立評價體系，對種植棗樹土地進行耕地種植適宜性評價，探明耕地種植棗樹適宜性與各影響因素之間的關系。

2 1 評價單元確定

耕地適宜性評價單元是對耕地質量影響較大的要素構成的空間實體，是土地評價的最基本單位 [7-8]。確定評價單元是否合理，決定了工作量大小并直接影響評價結果質量 [9]。綜合考慮各影響因素數據間的統一性、研究區域面積大小，本研究利用ArcGIS 10 2軟件的Intersect功能，將土地利用變更調查數據和土壤圖進行疊加，提取空間屬性為耕地的地塊作為評價單元，共生成2 704個評價單元。

2 2 評價指標體系構建

由于研究區域為鄉鎮范圍，氣候要素大致相同，因此，本研究根據新鄭市棗樹種植實際情況，在充分利用現有資料的基礎上，綜合考慮對棗樹生長栽培具有長期且直接影響的主要因素，確定了立地條件、土壤性質、土壤養分、土壤管理4個方面共10個評價指標，從而揭示其潛在生產力水平。在土壤性質指標選取方面，選用土壤pH值、可溶性總氮含量、硝態氮含量3項指標。

2 3 評價指標權重計算

目前，關于適宜性評價指標確定權重的方法較多，如回歸分析法、層次分析法、Delphi法、關聯度分析法、模糊綜合評判法等 [10-12]。本研究針對孟莊鎮棗樹種植條件，采用專家打分法、層次分析法結合求取各指標因子的權重，依據所選取的10個評價指標間的相互關系，通過建立層次結構，構造判斷矩陣、層次單排序、層次總排序及其一致性檢驗，得到評價指標的組合權重（表1）。

由表1可見，組合權重值最高的是坡度，其次是地貌、灌溉能力、土壤pH值、有機質含量、硝態氮含量。這6項的組合權重和占組合總權重的84 85%。其他評價指標的組合權重較低。

2 4 評價模型

評價模型是否科學合理，對于整個評價結果的可靠性、準確性有較大影響 [13]。結合孟莊鎮實際情況，選擇加權指數和模型作為評價分析模型。加權指數和法評價的實質是將評價單元各指標權重值累加求和的過程，依據求得的評價單元總分值進行適宜性等級劃分 [14-15]。

N=∑[DD（]m[]i=1[DD）]wiEij。[JZ）]

式中：N為評價單元最終的指數和；Eij為第i個因素中第j個等級的評分值；wi為第i項評價指標權重；m為評價指標的數量。

將10個評價指標量化分級賦權值后的圖層疊加，對各因子權重進行累加求和，最終求得各評價單元的總分值。在該模型基礎上，采用等差序列法確定各適宜性等級的臨界值，并依據臨界值對評價單元進行分級評價。采用等差序列法劃分耕地種植棗樹適宜性等級臨界值，具體方法如下：

首先，確定各評價區間的平均值：

計算結果顯示，孟莊鎮耕地種植棗樹適宜性綜合指數最大值為87，最小值為38。綜合考慮限制性因素如坡度、地貌類型等，將種植適宜性劃分為3級，分別是最適宜、較適宜、次適宜。灰棗、雞心棗是新鄭棗區的主栽品種，其中灰棗適合大面積種植，故將其定為最適宜；雞心棗則為較適宜；冬棗是引進品種，適應性強，因此將其劃分為次適宜。

2 5 空間插值分析

土壤pH值、硝態氮含量、可溶性總氮含量對大棗品質影響較大。其中，土壤pH值對灰棗生長影響較大，硝態氮含量、可溶性總氮含量分別對雞心棗、冬棗生長影響較大。因此，首先將土壤類型圖與采樣點分布圖疊置，計算落在同一土壤類型斑塊內各采樣點的土壤pH值、硝態氮含量平均值、可溶性總氮含量平均值，生成1 km×1 km柵格數據。分別對土壤pH值、硝態氮含量、可溶性總氮含量進行cokriging插值分析，得到1 km×1 km分辨率的土壤pH值、硝態氮含量、可溶性總氮含量空間模擬數據。

3 評價結果與分區

將耕地種植棗樹適宜性評價結果與土壤pH值、硝態氮含量、可溶性總氮含量空間模擬數據進行多圖層疊置分析，得到孟莊鎮耕地種植棗樹品種分區圖（圖1）。對圖1中各分區面積進行統計，結果表明，孟莊鎮灰棗、雞心棗、冬棗適宜種植面積分別為2 323 78、1 785 42 、2 233 99 hm2，占耕地總面積比例分別為36 63%、28 15%、35 22%（表2）。

由圖1可以看出，孟莊鎮適宜種植灰棗的耕地集中分布在鎮西南部區域，適宜種植雞心棗的耕地區域主要分布在西北部，適宜種植冬棗主要集中分布在鎮東部。總體來看，所采用的分區方法較為合理，符合研究區域實際。

3 1 灰棗適宜種植區

孟莊鎮種植灰棗適宜區耕地面積為2 323 78 hm2，主要分布在鎮西北部地區的城后馬村、常口村、唐河村等8個村。該區域為沖積平原，地勢平坦，土層厚達80 cm以上，土壤疏松，澆灌、排水條件良好，土質為沙壤土、黏壤土，土壤pH值為8 1左右，有機質含量大于1%。

3 2 雞心棗適宜種植區

該區域面積為1 785 42 hm2，主要分布在鎮東部中劉村、谷莊村、寺后張村等10個村。該區域與灰棗適宜種植區地形相似，土層厚76 cm左右，土壤比較肥沃，土質多為壤土、黏壤土，土壤pH值略低于灰棗種植區，硝態氮含量最高，有機質含量0 9%左右，較為適宜種植雞心棗。

3 3 冬棗適宜種植區

冬棗適宜種植區面積為2 233 99 hm2，主要分布在鎮西南栗園史村、洪府村、曹莊村等9個村。該區域為山坡、丘陵地帶，地勢略高，壤土、沙壤土占大部分，土層厚72 cm以上。土壤疏松，澆灌、排水條件好，土壤pH值接近雞心棗適宜種植區，可溶性總氮含量最高，有機質含量0 8%左右，適宜種植冬棗。

4 結論

本研究利用GIS技術和空間插值方法，結合棗樹種植的實際需要，綜合考慮影響其生長的自然立地條件、土壤性質、土壤養分、土壤管理等，建立土壤適宜性評價模型，對新鄭市孟莊鎮耕地種植棗樹進行適宜性評價，并將適宜性評價結果與空間模擬數據進行多圖層疊置分析，劃分孟莊鎮耕地種植棗樹品種適宜性分區。結果表明，孟莊鎮耕地種植棗樹適宜性綜合指數最大值為87，最小值為38。綜合考慮坡度、地貌類型等限制性因素，將孟莊鎮耕地適宜種植棗樹地區依次劃分為最適宜、較適宜、次適宜。將適宜性評價結果與土壤pH值，硝態氮、可溶性總氮含量空間模擬數據進行多圖層疊置分析，孟莊鎮灰棗、雞心棗、冬棗種植適宜區面積分別為2 323 78、1 785 42、2 233 99 hm2，分別占耕地總面積比例為36 63%、28 15%、35 22%。孟莊鎮適宜種植灰棗的耕地集中分布在鎮西北部區域，適宜種植雞心棗的耕地區域主要分布在鎮東部，適宜種植冬棗主要集中分布在鎮西南部。總體來看，所采用的分區方法較為合理，符合研究區域實際。

參考文獻：

[1] 史同廣，鄭國強，王智勇，等中國土地適宜性評價研究進展[J] 地理科學進展，2007，26（2）：106-115

[2]何英彬，陳佑啟，楊鵬，等國外基于GIS土地適宜性評價研究進展及展望[J] 地理科學進展，2009，28（6）：898-904

[3]聶倩，閆利，蔡元波基于遙感和GIS的土地適宜性評價[J] 地理空間信息，2009，7（2）：28-30

[4]楊奇勇，楊勁松，李曉明，等基于GIS的鹽漬土改良區耕地土壤適宜性評價[J] 自然資源學報，2011，26（3）：477-485

[5] 楊洋，何春陽，李曉兵基于GIS的云南栽培型普洱茶樹大規模種植適宜性評價[J] 北京林業大學學報，2010，32（3）：33-40

[6]王江思，馬傳明，王文梅，等基于SPSS和GIS的BP神經網絡農用地適宜性評價[J] 地質科技情報，2013，32（2）：138-143

[7] 彭曉鵑，趙克飛基于GIS的山地城鎮空間拓展土地適宜性評價——以大埔縣為例[J] 熱帶地理，2013，33（4）：480-488

[8]類淑霞，郝晉珉，王麗敏生態脆弱區宜耕未利用土地開發適宜性評價——以山西省大同市為例[J] 中國生態農業學報，2011，19（6）：1417-1423

[9]賈樹海，白靜，邰日晶，等基于GIS的瓦房店市農用地適宜性評價研究[J] 土壤通報，2009，40（5）：987-992

[10] 任玲，馬蓉，蘆帥，等基于GIS的棉花土地適宜性評價——以新疆兵團農八師148團8連為例[J] 石河子大學學報：自然科學版，2012，30（2）：193-197

[11]郭月婷，廖和平，徐建剛三峽庫區農村居民點用地適宜性評價[J] 農業工程學報，2012，28（5）：252-259