基于地貌形態的湖南星級農莊空間分布

黃國林 曾斌 李衛東 張力 肖遠志 唐桂梅 何濤

摘要：通過研究星級農莊位點的地形數據，揭示出基于地貌形態的星級農莊空間分布特征。以30 m精度SRTM1 DEM數據為基礎，湖南地區971個星級農莊為樣本，采用GIS定量分析和GIS可視化技術對地貌形態和星級農莊地形數據進行測度，分析歸納星級農莊位點的地貌形態分布規律，劃分星級農莊類型。湖南省星級農莊在東部地區分布密度明顯高于西部地區，主要分布在湘北、湘中、湘南的低海拔丘陵平原，及東、西、南三面山區中海拔較低的山谷盆地;位于海拔500 m以下、坡度25°以下、起伏度200 m以下的星級農莊分別占比達92.07%、93.92%、96.71%;在北、東北、東、東南、南、西南、西、西北8個坡向區域，星級農莊分布數量占比在11.43%～13.39%之間。湖南省星級農莊空間分布受地貌形態影響明顯，整體呈現為“東密西疏、區域集聚、低海拔分布”的特點，趨向于集中分布在海拔較低、地勢平緩、適宜農業耕作的地形區域，在地形坡向上分布數量相對均衡。依據地貌形態星級農莊初步劃分為湖區平原型、平原臺地型、丘陵山崗型、低海拔山地型、高海拔山地型5種類型。該研究可宏觀上為休閑農業發展布局及休閑農莊建設選址提供借鑒與參考。

關鍵詞：地貌形態;高程;坡度;坡向;起伏度;星級農莊;空間分布特征;農莊類型;SRTM1 DEM;休閑農業;發展布局

中圖分類號： F327文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）21-0028-05

收稿日期：2019-07-11

基金項目：湖南省重點研發計劃（編號：2018NK2050、2018NK2051、2018NK2055）;湖南省農業科學院科技創新項目（編號：2017JC38）。

作者簡介：黃國林（1976—），男，湖南永興人，副研究員，研究方向為休閑農業與鄉村旅游、觀賞園藝。E-mail：44636692@qq.com。

通信作者：李衛東，研究員，研究方向為休閑農業與鄉村旅游。E-mail：228376749@qq.com。

地貌形態是地貌的基本要素之一，通過高程、坡度、坡向、起伏度等形態特征及其組合構成類型多樣的地表景觀，是地貌類型劃分的重要基礎[1-3]。數字高程模型（digital elevation model，DEM）是描述地表起伏形態特征的空間數據模型，記錄了精確的空間三維定位信息[4-5]，被廣泛應用于地貌調查、地貌形態特征分析、地貌類型劃分等研究[6-7]。以DEM為數據源的地貌形態定量分析技術已成為地理信息科學的研究熱點[8]，為農業生產、旅游開發、土地利用、森林保護、水土保持等地理環境資源開發提供了技術支持[9-12]。休閑農業是我國實施鄉村振興戰略，構建農村一二三產業融合發展體系的重要內容。作為一種以農業為基礎的新型產業形態和消費業態[13]，休閑農業發展受地理空間位置、地形地貌的影響非常明顯，很有必要開展基于地貌的空間分布特征研究。現有研究主要是利用地理計量學方法和輔助GIS系統工具，定量分析了湖南、陜西、山西、山東、福建、北京、上海等省（市）的休閑農業空間分布特征[14-20]，但與高程、坡度、坡向、起伏度等地貌形態相關的空間分布研究鮮有報道。因此，本研究以基于30 m精度的SRTM1 DEM數據為基礎，運用GIS系統等方法分析湖南省地貌形態和星級農莊的空間地形特征，以期揭示基于地貌形態星級農莊的空間分布特征，為今后休閑農莊建設選址及湖南省休閑農業發展布局提供數據支持。

1研究區概括、數據來源與研究方法

1.1研究區概括

湖南省地處108°47′～114°15′E、24°38′～30°08′N的長江中游地區，屬大陸型中亞熱帶季風濕潤氣候。全省地貌類型齊全，呈現東、西、南三面山地環繞，東北開口的馬蹄形丘陵型盆地。東部有湘贛交界的幕阜山-羅霄山，西北部有武陵山脈，西南部有雪峰山脈，南部有南嶺山脈。西北角為湖南最高峰壺瓶山，海拔高度2 098.7 m[21]。湘中部除衡山外大多為丘陵、盆地和河流沖擊平原，湘北部為洞庭湖及湘、資、沅、澧四水河湖沖擊平原。優越的地理條件與多樣的地形地貌為湖南省的休閑農業發展提供了有利條件，各種類型的休閑農莊成為湖南省休閑農業發展的重要形式，截至2016年底全省規模農莊已達4 600多家，其中代表湖南省休閑農莊最高水準的省級星級農莊1 019家。

1.2數據來源與處理

DEM數據來源于http：//earthexplorer.usgs.gov網站提供的、精度為30 m的SRTM1 DEM數據，空間數據來源于國家基礎地理信息系統1 ∶400萬地形數據庫，借助ArcGIS 10.2軟件，利用行政區劃矢量邊界截取出湖南省范圍的DEM數據。星級農莊位點數據是基于湖南省農業農村廳公布的6批次星級農莊名單，通過百度地圖、360地圖、騰訊地圖、高德地圖、Google Earth等地圖軟件對農莊位置進行核實，獲得的百度坐標點位數據樣本為971個，利用ArcGIS 10.2軟件對樣本點位數據進行矢量化處理。

1.3研究方法

1.3.1地貌形態特征分析

利用ArcGIS 10.2軟件從SRTM1 DEM數據中提取出湖南省地貌形態的高程、坡度、坡向、起伏度數據，輔助運用GIS可視化技術繪制地形分層設色圖，直觀且定量分析湖南省地貌形態特征。

地形數據依據不同級別分層提取：高程以≤30、30～70、70～200、200～500、500～1 000、>1 000 m 6級提取繪制;坡度以≤2°、2°～6°、6°～15°、15°～25°、>25° 5個級別提取繪制;坡向以北（0°±22.5°）、東北（45°±22.5°）、東（90°±22.5°）、東南（135°±22.5°）、南（180°±22.5°）、西南（225°±22.5°）、西（270°±22.5°）、西北（315°±22.5°）、平坦（無）9個方向提取繪制[22];起伏度以平原（30 m以下）、臺地（30～70 m）、丘陵（70～200 m）、小起伏山地（200～500 m）、中起伏山地（500～1 000 m）、大起伏山地（1 000～2 500 m）和極大起伏山地（2 500 m以上）7個等級提取繪制[23]，其中起伏度提取采用的分析窗口須要確定最佳的分析窗口。本研究利用對數擬合人工判定與均值變點分析法[24-25]，計算得出以30 m精度SRTM1 DEM數據提取湖南省地形起伏度的最佳分析窗口大小為14×14網格，面積大小為0.198 4 km2。

1.3.2星級農莊空間分布特征分析

繪制基于SRTM1 DEM的湖南省星級農莊空間分布圖，直觀分析星級農莊空間總體分布狀況。提取星級農莊空間位點高程、坡度、坡向、起伏度地形數據，運用箱形圖與直方圖直觀分析地形數據的分布狀況，統計分析基于地形高程、坡度、坡向、起伏度的星級農莊空間分布特征。

基于高程、坡度、起伏度的星級農莊分布數量直方圖參照Sturges的經驗公式確定組數K：K=1+3.322 lgn，其中n為數據個數，組距的確定參照公式“組距=（最大極差值-最小極差值）/組數”[26]。本研究星級農莊樣本971個，確定組數K為11組，組距分別為158 m、4.40°、36 m。基于坡向的星級農莊分布數量直方圖則按組距45°分為9組，其中-45°～0°的組為位于平坦無坡向的星級農莊。

2結果與分析

2.1湖南省地貌形態特征分析

湖南省地貌形態呈現為“東西南3面高、中北部低”的特點，以海拔200 m以上的地形為主，面積占比62.25%，最低處位于湘北洞庭湖流域中心區域，海拔30 m以下（圖1-A）。以坡度25°以下適合農業耕作的平坡、緩坡、斜坡地形為主[27-28]，面積占比達81.60%，最平緩區域主要分布在湘北洞庭湖流域（圖1-B）。北、東北、東、東南、南、西南、西、西北8個坡向的地形整體分布相對均衡，面積占比分別為1182%、11.58%、12.64%、13.49%、11.99%、12.12%、1231%、12.82%，平坦無坡向地形只占1.22%，同時在海拔較高的山地具有明顯的連續色塊，表明局部高海拔山地地形坡向分布較不均衡，存在較大面積的同坡向地形（圖2-A）。依據地形起伏度對地貌類型進行劃分，湖南省地貌形態以平原、臺地、丘陵為主，面積占比達89.75%，山地以小起伏山地為主，中起伏山地分布極少，無大起伏山地與極大起伏山地（圖2-B）。

2.2基于地貌形態的星級農莊空間分布特征分析

2.2.1星級農莊空間分布總體特征

從圖3可知，湖南省星級農莊在東部地區分布密度明顯高于西部地區，主要分布在湘北、湘中、湘南的低海拔丘陵平原及東、西、南3面山區中海拔較低的山谷盆地。地貌形態對星級農莊分布影響明顯，特別是在武陵山脈、 雪峰山脈、南嶺山脈、羅霄山-幕阜山等山區，星級農莊沿山谷盆地形成群落或帶狀分布。總體呈現為“東密西疏、區域集聚、低海拔分布”的特點。

2.2.2星級農莊空間分布的地貌形態特征

從圖4可知，星級農莊的高程、坡度、起伏度數據中位數都位于較低位置，在低海拔、小坡度、低起伏度區域集中趨勢明顯，星級農莊隨海拔、坡度、起伏度的增加分布數量快速減少，表明湖南省星級農莊主要分布在低海拔、小坡度、低起伏度地形區域。湖南省星級農莊分布在海拔22～1 754 m、坡度0°～48.26°、起伏度0～395 m之間，平均海拔206.79 m、坡度8.77°、起伏度57.20 m; 其中?位于海拔500 m以下、坡度25°以下、起伏度200 m以下的星級農莊分別占比達92.07%、93.92%、96.71%，而同時滿足以上條件分布的星級農莊也達到608個，占比62.26%（圖4）。進一步證明了星級農莊主要趨向于分布在低海拔和起伏度小的平原、臺地和丘陵區域，主要為適宜農業耕作坡度較小的平坡、緩坡、斜坡區域。

坡向數據在0°～360°區間呈現均衡分布特征，在北、東北、東、東南、南、西南、西、西北8個坡向區域，星級農莊分布數量占比在11.43%～13.39%之間，呈現均衡分布特征，無坡向星級農莊9個（表1），表明星級農莊在各個坡向的分布數量較為均衡。

2.3基于地貌形態星級農莊類型劃分

依據地貌形態可以把湖南省的星級農莊劃分為湖區平原型、平原臺地型、丘陵山崗型、低海拔山地型、高海拔山地型。湖區平原型農莊主要位于海撥低地勢平緩的湖區平原區域;平原臺地型農莊主要位于海拔較低、起伏度較小、地勢較為平緩的平原和臺地區域;丘陵山崗型農莊主要位于海拔較低、有一定起伏的丘陵區域;低海拔山地型農莊主要是位于海拔較低、起伏度較大的山地;高海拔山地型農莊主要位于海拔較高、地勢起伏度較大的山地。從表2可知，湖南省的星級農莊以丘陵山崗型農莊最多，為367個;低海拔山地型農莊次之，為279個;湖區平原型農莊最少，為38個。

3結論與討論

3.1結論

運用DEM數字高程模型、GIS定量分析、GIS可視化技術，對基于地貌形態的湖南省星級農莊空間分布特征進行研究?得出以下結論：湖南省星級農莊空間分布呈現為“東密西疏、區域集聚、低海拔分布”的特點;高程、坡度、起伏度對星級農莊空間分布影響明顯，星級農莊趨向分布在海拔較低、地勢平緩、適宜農業耕作的平原、臺地和丘陵地區，海拔較高、起伏度較大、坡度較大的山地分布數量少;坡向對星級農莊空間分布影響不大，在北、東北、東、東南、南、西南、西、西北8個坡向區域星級農莊分布數量較為均衡;依據地貌形態把湖南省星級農莊劃分為湖區平原型、平原臺地型、丘陵山崗型、低海拔山地型、高海拔山地型5種類型。

3.2討論

基于地貌形態對星級農莊空間分布進行研究，是對側重于集聚類型、均衡程度、分布密度等空間分布研究的有益補充。本研究通過對星級農莊位點的地形數據進行探討?分析現有星級農莊的地貌特征，歸納出星級農莊位點的地貌形態分布規律，劃分出星級農莊的類型。這在一定程度上可為從宏觀上指導休閑農莊建設選址及休閑農業發展布局提供借鑒與參考。本研究發現，星級農莊絕大多數分布在海拔500 m以下、坡度25°以下、起伏度200 m以下的區域，海拔高且起伏度大的山區、坡度大于25°的地形不適宜農業開墾，這符合休閑農業“以農為本”的特點，可以進一步研究利用地貌形態對星級農莊空間分布影響劃分出休閑農業發展適宜區域。

目前，運用地理計量學與GIS系統定量分析休閑農業空間分布特征研究，多采用地圖軟件定位樣本的空間坐標，但休閑農業示范點、休閑農業園區、休閑農莊、休閑農業景點等樣本都具有較大空間面積，因而存在因地圖軟件不同或實地采樣位置不同而導致提取的地形數據有一定偏差。同時，DEM數據來源不同、精度不同都會造成研究結果具有一定的差異性。前人對中國區域地貌形態特征開展研究，大多采用90 m精度SRTM3 DEM和30 m精度ASTER GDEM V2數據，國內30 m精度SRTM1 DEM數據近幾年才開放，相關研究較少。雖然武文嬌等研究表明在垂直精度上SRTM1 DEM明顯高于ASTER GDEM V2，總體上對地形表達更準確[29]，但其地形表達的準確性與可靠性方面還有待進一步研究。

高程與起伏度都是反映地貌形態的重要指標，是劃分平原、臺地、丘陵、山地等基本地貌類型的主要依據，但由于地貌形態類型復雜多樣，分類方法多樣，未形成一個公認的地貌分類體系[30]。本研究中基于起伏度200 m以下劃分的平原、臺地與丘陵區域面積占比89.75%，而基于高程500 m以下劃分的平原、丘陵區域面積占比74.01%，因而建立一種統一的地貌基本形態劃分體系值得進一步研究與探討。

參考文獻：

[1]周成虎，程維明，錢金凱，等. 中國陸地1 ∶100萬數字地貌分類體系研究[J]. 地球信息科學學報，2009，11（6）：707-724.

[2]王雷，朱杰勇，周燕. 基于1 ∶25萬DEM昆明地區地貌形態特征分析[J]. 昆明理工大學學報（理工版），2007，32（1）：6-9.

[3]李炳元，潘保田，韓嘉福. 中國陸地基本地貌類型及其劃分指標探討[J]. 第四紀研究，2008，28（4）：535-543.

[4]楊昕，湯國安，劉學軍，等. 數字地形分析的理論、方法與應用[J]. 地理學報，2009，64（9）：1058-1070.

[5]王玲，呂新. 基于DEM的新疆地勢起伏度分析[J]. 測繪科學，2009，34（1）：113-116.

[6]趙洪壯，李有利，楊景春，等. 基于DEM數據的北天山地貌形態分析[J]. 地理科學，2009，29（3）：445-449.

[7]仝遲鳴，周成虎，程維明，等. 基于DEM的黃土塬形態特征分析及發育階段劃分[J]. 地理科學進展，2014，33（1）：42-49.

[8]李婧晗，江嶺，左穎，等. 面向對象的安徽省基本地貌類型劃分方法[J]. 地理與地理信息科學，2018，34（5）：80-85.

[9]王琛智，張朝，張靜，等. 湖南省地形因素對水稻生產的影響[J]. 地理學報，2018，73（9）：1792-1808.

[10]崔步禮，李小雁，姜廣輝，等. 基于DEM的山地丘陵區土地利用覆被研究—以青海湖流域為例[J]. 自然資源學報，2011，26（5）：871-880.

[11]李仁杰，谷楓，郭風華，等. 基于DEM的交通線文化景觀感知與功能分段研究——紫荊關長城景觀的實證[J]. 地理科學，2015，35（9）：1086-1094.

[12]李照會，郭良，劉榮華，等. 基于DEM數字河網提取時集水面積閾值與河源密度關系的研究[J]. 地球信息科學學報，2018，20（9）：1244-1251.

[13]朱華武，張好記，傅志強，等. 湖南省休閑農業發展戰略與空間布局探討[J]. 經濟地理，2013，33（6）：132-134，154.

[14]夏贊才，唐月亮，殷章馨，等. 湖南省星級休閑農莊空間表征及影響因素[J]. 經濟地理，2018，38（6）：203-209.

[15]劉艷艷. 陜西省休閑農業空間布局與發展對策研究[D]. 西安：陜西師范大學，2013：17-40.

[16]劉真真，李盈昌. 山西省休閑農業與鄉村旅游景點空間結構的計量地理分析[J]. 中國農業資源與區劃，2017，38（7）：108-114.

[17]任開榮，董繼剛. 山東省休閑農業資源空間分布及影響因素分析[J]. 中國農業資源與區劃，2017，38（10）：185-191.

[18]林國華，鄭石. 福建省休閑農業示范點空間分布及其影響因素分析[J]. 福建農業學報，2017，32（6）：676-684.

[19]張穎，陳奕捷，王道龍. 北京市休閑農業園區空間分布特征研究[J]. 中國農業資源與區劃，2016，37（12）：209-219.

[20]胡亞丹，徐建華，李治洪. 上海市休閑農業布局及影響因素分析[J]. 長江流域資源與環境，2017，26（12）：2023-2031.

[21]湖南省統計局. 湖南省統計年鑒2017[M]. 北京：中國統計出版社，2018：1-30.

[22]牟懷義. 基于DEM的森林植被空間分析與變化檢測[J]. 地理空間信息，2018，16（7）：96-100.

[23]韓海輝，高婷，易歡. 基于變點分析法提取地勢起伏度——以青藏高原為例[J]. 地理科學，2012，32（1）：101-104.

[24]張偉，李愛農. 基于DEM的中國地形起伏度適宜計算尺度研究[J]. 地理與地理信息科學，2012，28（4）：8-12.

[25]陳學兄，張小軍，常慶瑞. 陜西省地形起伏度最佳計算單元研究[J]. 水土保持通報，2016，36（3）：265-270.

[26]賈振聲，駱永菊，徐文權. 關于正態分布的等距分組[J]. 數學的實踐與認識，2010，40（20）：238-244.

[27]國土資源部地籍管理司，中國土地勘測規劃院. 第二次全國土地調查技術規程：TD/T 1014—2007[S]. 北京：中國質檢出版社，2007：9-12.

[28]吳照柏. 森林資源規劃設計調查中地形因子自動提取初探[J]. 中南林業調查規劃，2007，26（3）：51-53.

[29]武文嬌，章詩芳，趙尚民. SRTM1 DEM與ASTER GDEM V2數據的對比分析[J]. 地球信息科學學報，2017，19（8）：1108-1115.

[30]程維明，周成虎. 多尺度數字地貌等級分類方法[J]. 地理科學進展，2014，33（1）：23-33.