基于GIS的桂林市羅漢果種植土地適宜性評價

賈艷紅，謝明翅

(廣西師范大學 a.環境與資源學院，b.可持續發展創新研究院，廣西 桂林 541006)

被譽為“神仙果”的羅漢果(Siraitiagrosvenorii)在我國湖南、廣東、廣西和貴州等地均有種植，但以廣西桂林為主產地。羅漢果在桂林已有近三百年的種植歷史，是廣西桂林代表性土特產之一[1]。隨著“十九大”鄉村振興戰略的實施，農產品“質量增優”需求增加，為了科學合理規劃農產品種植區域，促進農業產業持續向好發展，針對農產品種植適宜性條件的研究工作逐漸增多。將地理信息系統(GIS)技術與傳統評價方法有機結合，對農產品種植地進行生境評價，已成為農產品種植適宜性評價研究的有效途徑。陳濤和徐瑤[2]利用RS和GIS技術建立綜合評價模型評定四川區域生態環境綜合等級。謝國雪等[3]通過選取影響農作物種植適宜性因子，采用GIS和層次分析法對廣西崇左市江州區甘蔗種植地進行了適宜性評價。曾欽文等[4]在GIS技術支持下，采用層次分析法和加權指數求和法，構建評價指標體系，對廣東省河源市獼猴桃種植土地進行了評價。此外，也出現了針對柑橘、玉米和茉莉花等作物種植適宜性的評價，根據評價結果將作物種植適宜性劃分為不同等級，為調整農業產業布局提供了科學依據[5-7]。截至目前，國內外學者對羅漢果種植的土地適宜性研究甚少，多數為羅漢果種植現狀的調查與分析，如寧錦嵩[8]調查了羅漢果野生資源現狀，提出相應的保護建議。在羅漢果生態適宜性研究方面，魏小琴等[9]采用藥用植物全球產地生態適宜性信息系統分析羅漢果全球產地生態適宜性。以往學者的研究尺度較廣，對局部尤其是縣域尺度的羅漢果種植的指導作用有限。為更加科學合理地規劃桂林羅漢果種植區域，使桂林羅漢果產業持續向好發展，本研究結合羅漢果種植的自然屬性指標，綜合地形和土壤環境要素，借助GIS平臺對桂林羅漢果種植土地適宜性進行評價，以期為進一步擴大羅漢果種植面積和提高種植品質提供科學依據。

1 方 法

1.1 研究區概況

桂林市為廣西壯族自治區地級市，地處109°36′50″—111°29′30″E，24°15′23″—26°23′30″N，下轄6個區11個縣(市)(圖1)。北接湖南省，西南臨靠柳州市，東至賀州市。桂林市位于南嶺山系西南部，地處湘桂走廊南端，以中山、低中山地形為主，西部、北部及東南部高，中部較低。緯度較低，屬亞熱帶季風氣候，熱量豐富，無霜期長，光照充足，夏長冬短。土壤類型屬紅壤土帶，以紅壤為主。森林資源豐富，森林覆蓋率70.91%，各縣森林覆蓋率達55.30%～78.80%。

1.2 數據來源

地形數據下載自地理空間數據云(http://www.gscloud.cn/)平臺中的ASTER GDEM 30 m分辨率數字高程數據，并利用ArcGIS軟件完成拼接。研究區行政區劃矢量數據下載自全國地理信息資源目錄服務系統(http://www.webmap.cn/)，并轉換坐標系。研究區土壤質地、土壤類型以及土壤侵蝕度數據來自于中國科學院資源環境科學與數據中心(http://www.resdc.cn/)。利用研究區行政區劃矢量數據對數字高程數據、土壤質地、土壤類型以及土壤侵蝕度數據進行配準及研究區范圍提取，利用研究區DEM數據獲取坡度與坡向數據。

1.3 研究方法

1.3.1 評價因子選取

通過實地調研獲取桂林市羅漢果種植適宜性條件資料，并通過文獻檢索查閱羅漢果相關背景資料。考慮到評價因子的相關性與穩定性及各因子數據的可獲得性[10]，選取海拔、坡度、坡向、土壤質地、土壤類型、土壤侵蝕度與土壤酸堿度作為評價因子。經采樣分析得知，桂林市各地土壤pH差別較小，平均值為6.06，標準差為0.032。因此，最終選取海拔、坡度、坡向、土壤質地、土壤類型與土壤侵蝕度為桂林市羅漢果種植土地適宜性評價因子。

1.3.2 層次分析法

考慮到各因子對羅漢果種植的土地適宜性影響程度不同，需要確定各因子權重。采用AHP層次分析法[11-13]通過建立層次結構、成對比較構建判斷矩陣、對權重進行單排序、總排序及一致性檢驗，最終確定各評價因子權重[14]。在層次分析法確定權重過程中，聘請從事植物生態與植物地理、國土資源與區域發展等研究領域的教授及桂林市羅漢果專業種植人員30余人對各評價因子重要性進行打分。根據專家打分結果構建判斷矩陣，利用和積法進行歸一化處理，獲得特征向量值(CW)，并計算最大特征根(λmax)。為避免由于主觀判斷造成的前后矛盾，需要對判斷矩陣進行一致性檢驗。將一致性指標(IC)與隨機一致性指標(IR)進行比較，計算一致性比率RC=IC/IR，若計算得到非負數RC<0.1，該判斷矩陣滿足一致性檢驗，計算所得具有一致性，可作為權向量用于表示指標權重；否則，未通過一致性檢驗，不可作為指標權向量，需重新構造判斷矩陣。

1.3.3 評價體系建構

在確定各評價因子權重值后，應對各參評因子的影響程度進行分級，確定各參評因子的極限臨界值及中間值，據此劃分土地適宜性等級[15]。結合于浩然等[16]、溫慶元[17]、石天廣[18]的研究，并參考羅漢果種植產業園技術人員經驗，根據桂林市實際土壤性質和立地條件，對海拔、坡度、坡向、土壤質地、土壤類型及土壤侵蝕度6個因子進行等級劃分(表1)。

表1 桂林市羅漢果種植土地適宜性評價因子評分標準

根據聯合國糧農組織的《土地評價綱要》中對特定用途的土地適宜性程度評價等級劃分要求和桂林市羅漢果種植的自然條件[19]，將土地適宜性分為適宜、中度適宜和不適宜3個等級[20]，分級指標如表2所示。

表2 羅漢果種植土地適宜性分級標準

1.3.4 GIS空間分析法

利用ArcGIS軟件對各參評因子進行可視化處理，得到海拔、坡度、坡向、土壤質地、土壤類型及土壤侵蝕度指標空間分布圖。利用GIS加權疊加法并結合各評價因子評分標準與其權重，對羅漢果種植土地適宜性單評價因子的空間分布圖進行疊置分析，并按照適宜性分級指標進行重分類，獲得適宜性等級的綜合評價結果，將其與桂林市行政區劃矢量數據進行疊加。運用監督分類工具[21]將桂林遙感監測數據分為6大類，得到土地利用柵格數據并將其與評價結果進行運算，提取出水域及建設用地區域，獲得桂林市各縣區羅漢果種植土地適宜性等級分布圖。

利用GIS空間統計工具對綜合評價等級圖內的柵格數據進行自然斷點統計與分析，統計研究區內不同等級適宜種植羅漢果地區的地區，定量顯示桂林市羅漢果種植土地適宜性各等級類型空間面域占比信息。

2 結果與分析

2.1 羅漢果種植土地適宜性評價因子空間分布

按表2所示各評價因子劃分標準，利用ArcGIS軟件進行重分類，得到海拔、坡度、坡向、土壤質地、土壤類型及土壤侵蝕度的空間分布圖(圖2)。

2.2 羅漢果種植土地適宜性評價因子權重確定

由層次分析法計算可知，最大特征根值λmax=6.20，一致性比率RC為0.03<0.1，結果表明，計算所得CW具有一致性，可作為權向量用于表示指標權重。最終確定海拔、坡度、坡向、土壤質地、土壤類型以及土壤侵蝕度權重值如表3所示。

表3 桂林市羅漢果種植土地適宜性評價指標及權重

2.3 羅漢果種植土地綜合適宜性評價

經遙感數據提取得到2020年桂林市土地利用柵格數據如圖3所示。通過GIS加權疊加可獲得桂林市各縣區羅漢果種植土地適宜性等級分布圖(圖4)。對圖4內各等級區域進行統計分析可知各評價類型空間面域占比信息(表4)。結果顯示，研究區域面積為27 798 km2，與桂林實際面積(27 809 km2)基本吻合。研究區內適宜種植羅漢果的地區約為9 767 km2，占總面積的35.13 %；中度適宜種植地區的面積約為9 634 km2，占比34.66 %；不適宜種植地區的面積較小，約為7 689 km2，占比27.66 %。水域及建設用地面積約708 km2，占2.55%。

表4 研究區羅漢果種植土地適宜性統計結果

整體上，桂林市約有2/3的地區可種植羅漢果，并可獲得一定的經濟效益。桂林市適宜種植羅漢果的縣區為永福縣和興安縣的大部分地區、龍勝各族自治縣的西南部、靈川縣的北部地區、荔浦市和全州縣的西北部及平樂縣的西南部地區；不適宜種植羅漢果的縣區為桂林市區與陽朔縣的大部分地區、全州縣東部、灌陽縣的西部以及資源縣的西南部地區。

導致上述差異的原因主要是由羅漢果生態習性和種植區立地條件及土壤性質決定。陽朔縣多為喀斯特地貌，土壤腐殖質含量較低，土壤侵蝕較為嚴重；全州縣東南部與灌陽縣西部多為海拔達1 000 m以上的山地；桂林市區為城區，土地利用類型多為城鎮建設用地；在個別縣區內分布的小斑塊化土地——荔浦市中部地區，盡管海拔偏低，但土壤侵蝕較為嚴重，也不宜種植羅漢果。

3 結論與討論

研究借助GIS技術，對桂林市羅漢果種植土地適宜性進行了評價。研究表明，桂林市羅漢果種植環境較好，種植土地以適宜和中度適宜為主。經實地調查核實和對比分析，各適宜區的劃分符合當地實際[22]。針對不適宜種植羅漢果的地區，可考慮發展其他產業，使土地得到更合理的利用；對于羅漢果種植中度適宜地區，建議應開展相應土地工程，以培肥地力，提升土地質量；同時在適宜種植區，應完善現有羅漢果小鎮等種植園區，創新種植技術和生產模式，發展羅漢果深加工，延長產業鏈，增強輻射帶動作用，打造桂林市優勢突出和特色鮮明的羅漢果產業。本研究可為桂林市羅漢果種植產業土地利用合理規劃與開發提供技術支持，進而完善桂林市羅漢果種植標準體系，為桂林市羅漢果種植區劃及其可持續發展提供科學依據。

據后期實地調查對比發現，羅漢果產出質量還受到小氣候類型影響[23]，其銷售產業也同社會、經濟及交通等條件密切相關。種植適宜性評價是一個動態變化的過程。因此，應更加重視動態化研究和監督，在后續研究中，將致力于完善現有評價指標體系，加強對桂林市羅漢果種植區進行實時調研與監測，注重羅漢果種植動態科學管理，為提高桂林市羅漢果種植品質提供更為準確的科學依據。