基于GIS的豫南山區可利用土地資源質量評價
——以信陽市為例

王 麗，周 勇，顧 芬 蘭，劉 婧 儀

(1.華中師范大學 地理過程分析與模擬湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430079； 2.信陽學院，河南 信陽 464000)

近年來，隨著我國社會經濟的快速發展和人口的持續增加，人地矛盾日趨緊張，因此合理有效地開發可利用土地資源，緩解人地矛盾，協調人地關系，促進人類社會經濟可持續發展是當前需要迫切解決的難題[1]。由于受到自然環境、社會經濟條件和技術因素的影響，科學、合理、有效地開發土地資源，探索可靠的開發方案就顯得尤為重要[2]。在信息技術、計算機技術、測繪學、地理學等多門學科快速發展的推動下，近年來，地理信息系統(GIS)發展突飛猛進。空間分析技術是GIS的核心，可以高效地管理和分析海量的時空數據[3]。借助具有強大空間分析功能的GIS技術，對可利用土地資源的開發利用方案進行深入研究，不僅可以科學管理、有效保護和合理利用國土資源，而且可以優化國土空間秩序，推進國土資源的現代化、信息化建設，為政府制定相關政策提供理論基礎與技術支持。

針對土地資源評價的研究，學者主要集中在土地的適宜性、集約利用、可持續利用、承載力、土地利用變化動態監測等方面[4-5]。閆濰虹等[4]利用GIS的空間分析技術，結合坡度、海拔、土壤等指標，評價了煙臺市農用土地適宜性。白佳昆等[6]運用SPSS軟件的主成分分析和聚類分析，研究了陜西省土地集約利用情況及其影響因素。Nguyen 等[7]從農業生態、自然環境和社會經濟3個方面對土地的可持續利用進行了評價。郭艷紅[8]研究了北京市土地資源承載力狀態，并提出了土地資源可持續利用的戰略。張起明等[9]利用GIS空間分析技術，探討了江西省可利用土地資源的空間分布特征。周藝等[10]分析了中國絲綢之路經濟帶可利用水土資源的空間分布及其影響因素。周毅軍等[11]根據國家“多規合一”工作要求，對永安市可利用土地資源的數量進行了綜合評價。李思楠等[12]綜合運用GIS技術和統計學方法，分析了2005～2015年撫仙湖流域土地利用的結構變化特征、土地利用的變化速度和時空變化。目前，國內外學者集中研究了可利用土地資源的數量及其空間分布，但是關于可利用土地資源的質量評價尚不多見。因此，為了促進可利用土地資源的合理開發利用，開展可利用土地資源的質量評價具有重要的現實意義。

信陽市可以開發利用的土地資源總量嚴重不足。近年來，隨著信陽市城鎮化進程的加快和人口的持續增加，人地之間的矛盾日趨尖銳，社會經濟可持續發展的壓力逐漸增加。因此，本文利用 GIS 空間分析技術，以縣域為評價對象對信陽市可利用土地資源的質量進行評價，以期為政府科學管理國土資源，優化國土空間秩序，推進國土資源的現代化、信息化建設，提供理論基礎與技術支持。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

信陽市位于河南省的南部，114°01′～114°06′E，31°46′～31°52′N，東部毗鄰安徽，西部和南部接壤湖北，為鄂豫皖三省的通衢，是江淮河漢之間的戰略重地。信陽市地勢走向為南高北低，南部為山地，中部為丘陵，北部為平原，土地總面積18 925 km2。信陽屬亞熱帶氣候，四季分明，山清水秀。日照時長年均為1 900～2 100 h，氣溫年均15.1℃～15.3℃，無霜期年均220～230 d，降雨量年均900～1 400 mm，相對濕度年均77%，空氣濕潤。淮河的支流密集，水量豐富，信陽位于淮河上游，人均水資源儲量位居河南第一。

1.2 數據來源

本文的數據來源主要為統計資料數據和地理空間數據。統計資料數據為2017年信陽市統計年鑒、土壤志、土種志、農業生產統計資料等。地理空間數據為ASTGTM2 30m DEM數據(2017年，地理空間數據云獲取)、Landsat 8 OLI_TIRS遙感數據(2017年，地理空間數據云獲取)、信陽市行政區劃圖、土壤類型圖等。

2 評價指標體系

2.1 選取評價指標的原則

(1)綜合性。評價指標的選取需要綜合考慮影響可利用土地質量的自然、社會、經濟等因素。

(2)科學性。選擇的指標必須具有科學性、合理性和公正性，以確保評價結果的精度。

(3)層次性。指標體系的構建應具有清晰的層次結構，各個層次應反映可利用土地質量不同的屬性特征。

(4)主導性。選取典型的具有主導地位的評價因子，以達到評價結果的科學性。

(5)定量化。選取的指標數據應該可以量化，減少主觀人為因素的影響，提高評價結果的精度。

(6)經濟適用性。選擇指標時，應考慮經濟上是否可行，以確保評價順利完成。

2.2 評價指標體系的構建

可利用土地資源的質量受到土地自然、社會和經濟綜合因素的影響。本文遵循選取指標的原則，結合信陽市的實際狀況，綜合運用德菲爾法和層次分析法，從自然、社會、經濟3個方面，選取了地形地貌、氣候、土壤、區位、經濟5項指標，共8個因子，構建了信陽市可利用土地資源質量評價指標體系，如圖1所示。

圖1 信陽市可利用土地質量評價指標體系

2.3 評價指標權重的確定

根據信陽市的實際情況，本文采用德菲爾法和層次分析法確定評價指標的權重。構建的判斷矩陣如圖2所示，采用方根法計算準則層(B)和評價因子(C)的權重。通過計算得到：A的特征向量為(0.258，0.062，0.129，0.034，0.517)T；B1的特征向量為(0.674，0.324)T；B2的特征向量為(0.387，0.615)T，最大特征根為 3.0536；B4的特征向量為(0.615，0.387)T。

對單層進行一致性檢驗，CR(A)=0.019<0.1，CR(B1)=0.0<0.1，CR(B2)=0.0<0.1，CR(B4)=0.0<0.1，表明通過單層一致性檢驗。對總層進行一致性檢驗，CR=0.019<0.1，通過一致性檢驗。最終得到評價因子的權重如表1所示。

圖2 信陽市可利用土地資源質量評價指標構造矩陣

表1 信陽市可利用土地資源質量評價指標權重

2.4 評價指標的量化

由于評價指標的數據量綱各不相同，指標之間不具有可比性。因此，在評價之前，需要對指標數據進行標準化處理，本文采用指標分值的方法對可利用土地資源質量評價指標進行量綱統一化處理。總分值為10分,分值越高，表明土地的質量越好。

2.4.1地形地貌指標

(1)海拔。人類傾向居住在地勢比較平坦的地方，隨著海拔的升高，人類生存愈加困難。根據信陽市的海拔分布，按照自然斷裂法將其分為5個等級：<86,86～204,204～387,387～646,>646 m，依次賦10,8,6,4,2分。

(2)坡度。坡度的大小影響土地開發利用的程度。坡度越大，工程建設的成本越高。根據坡度對土地開發利用的難易程度劃分為5個等級：0°～3°,3°～8°,8°～15°,15°～25°,>25°，分別賦10,8,6,4,2分。

2.4.2氣候指標

根據信陽市氣象統計資料，統計得到信陽市年均氣溫、年均降水量的數據(表2)。由于信陽市各個縣區氣溫相差不大，采用等間距法把氣溫劃分5個等級：15.1℃～15.3℃,15.3℃～15.5℃,15.5℃～15.7℃,15.7℃～15.9℃,15.9℃～16.0℃，依次賦10,8,6,4,2分；降水量劃分5個等級：946～1 046,1 046～1 146,1146～1 246,1 246～1 346,1 346～1450 mm，分別賦2,4,6,8,10分。

2.4.3土壤指標

土壤類型對可利用土地資源的開發利用具有重要的影響。根據土壤的物理化學性質，把信陽的土壤類型分為5個等級，分別賦10,8,6,4,2分，如表3所示。

表3 信陽市土壤類型量化分級

2.4.4區位指標

采用同心圓等分級方法，根據可利用土地與主要道路的距離，將交通區位劃分為5級：<1,1～5,5～10,10～15,>15 km，依次賦10，8，6，4，2分。河流區位劃分為5級：<5,5～10,10～15,15～20,>20 km，依次賦10，8，6，4，2分。

2.4.5經濟指標

采用等間距法，將人均可利用土地資源劃分5個等級[13]：0.000 1～0.007 1,0.007 1～0.014 2,0.013 4～0.021 2,0.021 2～0.028 3,0.028 3～0.035 3 hm2/人，分別賦2，4，6，8，10分。

3 評價單元及方法

3.1 評價單元

目前，關于土地評價單元劃分的方法主要有兩種[13-14]：多邊形法和柵格單元法。本文根據研究區域的概況、經濟、地形地貌和氣候指標采用多邊形法，以縣(區)為評價單元。土壤和區位指標采用柵格法，以30 m×30 m柵格為評價單元。

3.2 評價方法

本文采用綜合因子指數分析方法進行可利用土地資源質量的評價，公式如下：

式中，F為可利用土地資源的質量總分；ωi為第i指標的權重；aij為i項指標第j個評價單元的分值。

根據評價單元定級指數，采用自然斷點法將信陽市可利用土地資源的質量級別劃分5級：一等地、二等地、三等地、四等地、五等地。其中，一等地質量最好，五等地質量最差。

4 可利用土地資源質量等級空間差異

在ArcGIS支持下，本文采用綜合因子指數評價法，計算得出信陽市可利用土地資源質量綜合分值，其質量評價結果如圖3所示。然后運用疊加分析方法，將信陽市可利用土地資源質量綜合分值圖與信陽市可利用土地資源空間分布圖進行疊加分析，得到信陽市可利用土地資源質量總體分布情況(圖4)。從圖4可以看出，信陽市可利用土地資源質量等級有顯著的集聚特征，主要集中在第一至第四等級中，這4個等級的可利用土地面積占全市可利用土地資源總面積的93.58%。

圖3 信陽市可利用土地資源質量評價結果

圖4 信陽市可利用土地資源質量不同等級面積比例

由圖5和表4可知，信陽市各縣(區)不同可利用土地質量等級所占可利用土地面積的比重差異較大。信陽市地勢走向為南高北低，南部為山地，中部為丘陵，北部為平原，形成了比較完整的可利用土地資源格局。質量等級相對較高的可利用土地資源主要分布在潢川縣、固始縣、光山縣。耕地質量等級相對較低的耕地主要分布在新縣、商城縣、浉河區。

圖5 信陽市各縣(區)可利用土地質量等級對比

(1)一等地。主要分布在淮濱縣、固始縣、潢川縣、羅山縣、平橋區、光山縣，面積共計347.29 km2，占該等級耕地總面積的83.24%。該等級的可利用土地坡度平緩，人均可利用土地資源豐富，土壤有機質含量豐富，距離河流近，交通便利。

(2)二等地。主要分布在固始縣、潢川縣、羅山縣、平橋區、光山縣面積為728.19 km2，占該等級所有耕地面積的85.55%。該等級下的可利用土地坡度較為平緩，人均可利用土地資源較為豐富，土壤有機質含量較為豐富，距離河流較近，交通較為便利。

(3)三等地。主要分布在新縣、商城縣、淮濱縣、息縣、浉河區、平橋區、光山縣，面積為245.87 km2，占該等級所有耕地面積的74.7%。該等級的可利用土地坡度較大，人均可利用土地資源一般，土壤有機質含量一般，距離河流較遠，交通不便。

(4)四等地。主要分布在浉河區、新縣、商城縣、羅山縣、息縣，面積為50.69 km2，占該等級所有耕地面積的67.61%。該等級的可利用土地坡度大，人均可利用土地資源較少，土壤有機質含量較低，距離河流遠，交通不便。

(5)五等地。主要分布在新縣、商城縣,面積為50.69 km2，占該等級所有耕地面積的65.35%。該等級的可利用土地坡度很大，人均可利用土地資源很少，土壤有機質含量非常低，距離河流很遠，交通非常不便。

表4 信陽市各縣(區)不同可利用土地質量等級面積統計

5 結 論

為了促進可利用土地資源的合理開發利用，本文以丘陵地區信陽市為例，利用 GIS 空間分析技術，以縣域為評價對象對信陽市可利用土地資源的質量進行評價。運用德菲爾法和層次分析法構建可利用土地資源質量評價指標體系，采用綜合因子指數法對信陽市可利用土地資源的質量進行評價，評價結果表明：信陽市可利用土地資源質量等級分為5級，質量等級由西南向東北逐步提高。其中，一等地和二等地主要分布在地形平坦、土壤條件優越、河流分布廣泛、人均可利用土地資源豐富的地區，包括淮濱縣、固始縣、潢川縣、羅山縣、平橋區、光山縣；三等地和四等地的自然條件一般，區位條件是影響土地質量的主導因素，包括浉河區、新縣、商城縣、羅山縣、息縣；五等地所處區域海拔較高，坡度很大，交通不便利，人均可利用土地資源貧乏，包括新縣、商城縣。

可利用土地資源因受到自然、社會、經濟多種因素的綜合影響，僅用單一指標不足以反映可利用土地資源的本底條件。由于數據獲取的難度，可利用土資源質量評價選取的指標不夠全面，對質量評價的精度造成一定影響。在確定評價指標的權重和量化方面，本文選取了定性的方法，下一步應綜合定性與定量方法，以減少偏差。