基于GIS和模糊綜合評(píng)判法的烤煙種植土地適宜性評(píng)價(jià)

劉英　鄧文

摘 要：烤煙種植的土地適宜性評(píng)價(jià)是針對(duì)烤煙作物在特定地域種植的適宜程度作出的結(jié)論性評(píng)價(jià)。筆者以湖南省安仁縣為研究區(qū)域，將GIS技術(shù)和模糊綜合評(píng)判法相結(jié)合，進(jìn)行烤煙種植的土地適宜性評(píng)價(jià)。研究表明，區(qū)劃結(jié)果與目前安仁縣的植煙布局實(shí)際情況基本吻合，該方法可作為縣域尺度精準(zhǔn)適宜性評(píng)價(jià)的一種重要方法。

關(guān)鍵詞：適宜性評(píng)價(jià)；GIS；模糊綜合評(píng)判法；縣域

中圖分類號(hào)：S572 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.06.008

Abstract： Land suitability assessment of tobacco-planting is a conclusion for adaptability-degree of tobacco planting in specific area. The combination of GIS and fuzzy comprehensive evaluation was applied to study the land suitability of Anren county. The results conformed to tobacco planting status of Anren county， so the method of evaluation can be used to accurate land suitability assessment at county scale.

Key words： land suitability assessment； GIS； fuzzy comprehensive evaluation； county scale

烤煙種植的土地適宜性評(píng)價(jià)是針對(duì)烤煙作物在特定地域種植的適宜程度作出的結(jié)論性評(píng)價(jià)。對(duì)烤煙作物在具體地域上能否適宜生長(zhǎng)作出定性、定量和定位的評(píng)價(jià)，是區(qū)域烤煙作物種植布局的重要依據(jù)。其基本原理是以土地自然要素作為評(píng)價(jià)因子，采用科學(xué)方法和綜合分析土地各構(gòu)成要素對(duì)烤煙生長(zhǎng)的適應(yīng)性與限制性，以此反映土地對(duì)烤煙生長(zhǎng)的適宜程度、質(zhì)量高低及其限制強(qiáng)度，從而對(duì)烤煙種植適宜性進(jìn)行分類定級(jí)。

目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者從不同角度對(duì)土地適宜性評(píng)價(jià)進(jìn)行了諸多有益的研究[1-4]。從研究尺度來(lái)看，主要集中在省級(jí)和市級(jí)層面，在縣級(jí)區(qū)域或更小區(qū)域的研究甚少，研究成果的指導(dǎo)性有限，需要進(jìn)一步進(jìn)行精細(xì)化研究。研究方法而言，有關(guān)數(shù)據(jù)量化處理，大多指標(biāo)由專家分區(qū)間賦分，難以保證研究過(guò)程的客觀性。

本研究以安仁縣為例，從縣域尺度，以最小耕地圖斑為評(píng)價(jià)單元，采用GIS技術(shù)和模糊綜合評(píng)判法相結(jié)合的研究方法，根據(jù)烤煙正常生長(zhǎng)對(duì)立地條件的要求以及縣域耕地資源的屬性和優(yōu)勢(shì)等進(jìn)行烤煙種植的土地適宜性評(píng)價(jià)。以期為區(qū)域的烤煙種植布局不斷優(yōu)化和現(xiàn)代煙草農(nóng)業(yè)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供科學(xué)支撐，為煙葉管理者實(shí)現(xiàn)煙葉管理信息化現(xiàn)代化提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí)，為其他縣域的烤煙種植土地適宜性評(píng)價(jià)提供參考和借鑒。

1 研究區(qū)域概況

安仁縣位于湖南省的東南部，郴州地區(qū)的東北角，東與茶陵、陵縣交界，南與資興、永興接壤，東與攸縣、衡東毗鄰，西與衡南、耒陽(yáng)相連，四鄰八縣。地理坐標(biāo)：北緯26°17′～26°50′，東經(jīng)113°5′～113°36′之間，南北相距約80 km，東西橫跨約30 km。全縣共轄6個(gè)鎮(zhèn)、15個(gè)鄉(xiāng)。國(guó)土總面積為146 115 hm2，其中耕地面積為30 793 hm2，2013年，全縣種植烤煙2 723.87 hm2。

2 烤煙種植土地適宜性評(píng)價(jià)

以土地適宜性評(píng)價(jià)理論做指導(dǎo)，以GIS為技術(shù)平臺(tái)，構(gòu)建適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用層次分析法確定各因子的權(quán)重。采用模糊綜合評(píng)價(jià)法和加權(quán)指數(shù)求和法計(jì)算各評(píng)價(jià)單元綜合分值。運(yùn)用等距法劃分烤煙種植的土地適宜性級(jí)別，得到適宜性評(píng)價(jià)等級(jí)圖[5]。

其中關(guān)鍵步驟包括空間數(shù)據(jù)的獲得，采用地塊法從土地利用現(xiàn)狀圖中提取耕地圖斑作為評(píng)價(jià)單元。屬性數(shù)據(jù)的錄入，通過(guò)圖斑ID號(hào)關(guān)鍵字段，將屬性數(shù)據(jù)（excel格式）與空間數(shù)據(jù)連接。

2.1 參評(píng)因子的選取原則

為確保評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性和科學(xué)性，本研究綜合考慮烤煙的生態(tài)特點(diǎn)、立地條件和管理?xiàng)l件，遵循主導(dǎo)性、區(qū)域分異性、可操作性和實(shí)際性等原則，篩選參評(píng)因子[6]。

2.2 評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

根據(jù)上述因子篩選原則，結(jié)合烤煙的一般生長(zhǎng)要求，立足區(qū)域烤煙生長(zhǎng)實(shí)際情況，參考中國(guó)煙草種植區(qū)劃和湖南煙草種植區(qū)劃中采用的評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行因子篩選。最終提取了3類12個(gè)評(píng)價(jià)因子。評(píng)價(jià)體系由土壤條件（耕層厚度、質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)、pH值、堿解氮、有效磷、速效鉀）、立地條件（地貌、坡度）和管理?xiàng)l件（排澇排潛能力、農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施）構(gòu)成（表1）。

2.3 因子權(quán)重確定

農(nóng)作物土地適宜性評(píng)價(jià)中，需要根據(jù)各參評(píng)因子對(duì)適宜性的貢獻(xiàn)確定權(quán)重。本研究采用專家咨詢法和層次分析法（AHP）來(lái)確定各參評(píng)因子的權(quán)重。AHP是一種系統(tǒng)分析方法，通過(guò)定性方法評(píng)價(jià)后進(jìn)行定量確定各因素的相對(duì)重要性。該方法是將專家經(jīng)驗(yàn)思維數(shù)量化，來(lái)檢驗(yàn)決策者判斷的一致性，有利于實(shí)現(xiàn)較為準(zhǔn)確的定量化評(píng)價(jià)[7]（表3）。

2.4 評(píng)價(jià)因子屬性數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各要素與生態(tài)適宜性存在極為復(fù)雜的關(guān)系。而土地適宜性評(píng)價(jià)也有較多的模糊性和不嚴(yán)格的概念[6]。為此，本研究引入模糊數(shù)學(xué)，對(duì)烤煙種植的土地適宜性評(píng)價(jià)采用模糊評(píng)價(jià)方法來(lái)確定。

該方法在處理不確定性、非線性復(fù)雜系統(tǒng)方面具有優(yōu)勢(shì)，已被廣泛應(yīng)用于不同的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域[8-10]，并取得了良好的成果。由于影響煙草的品質(zhì)和產(chǎn)量的因素眾多，且因素之間具有明顯的不確定性和不精確性。因此，這一特征決定了模糊評(píng)價(jià)法在烤煙的土地適宜性綜合評(píng)價(jià)中的適用性。在模糊數(shù)學(xué)中，一個(gè)評(píng)價(jià)因素指標(biāo)實(shí)測(cè)值屬于某一級(jí)別的程度稱為隸屬度，其值在0～1之間，越接近1，隸屬于這一級(jí)別的程度就越大。這樣，每給一個(gè)評(píng)價(jià)因素指標(biāo)實(shí)測(cè)值，就對(duì)應(yīng)一個(gè)隸屬度，我們把這種對(duì)應(yīng)關(guān)系稱為隸屬函數(shù)[11]。拋物線型、升梯型、降梯型和散點(diǎn)型為常用的4種隸屬函數(shù)類型。

借鑒相關(guān)研究成果[12]，結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)法和理論分析確定各參評(píng)因子隸屬函數(shù)，使土地適宜性指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為0.1～1的數(shù)值。

隸屬函數(shù)為拋物線型，函數(shù)表達(dá)式為：

隸屬函數(shù)為升梯型，函數(shù)表達(dá)式為：

隸屬函數(shù)為降梯型，函數(shù)表達(dá)式為：

隸屬函數(shù)為散點(diǎn)型，函數(shù)表達(dá)式為：

已有研究表明[13]，植煙土壤的pH值、有機(jī)質(zhì)、堿解氮等指標(biāo)的隸屬函數(shù)為拋物線型。植煙土壤耕層厚度、有效磷、速效鉀含量的隸屬函數(shù)為升梯型；坡度在一定的范圍內(nèi)與煙草產(chǎn)質(zhì)量成負(fù)相關(guān)，隸屬函數(shù)為降梯型。各因子的隸屬函數(shù)拐點(diǎn)如表4所示。

質(zhì)地、地貌、排澇排潛能力、灌溉能力、農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施屬于散點(diǎn)型評(píng)價(jià)因子，其隸屬度根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)直接進(jìn)行賦值（表5）。

3 評(píng)價(jià)結(jié)果

采用等間距法劃分適宜性級(jí)別，把（0.50，0.60]分為不適宜級(jí)別，（0.60，0.70]分為次適宜級(jí)別，（0.70，0.80]分為適宜級(jí)別，（0.80，0.90]分為最適宜級(jí)別。全縣最適宜區(qū)為3 576 hm2，占全區(qū)的13%，主要分布在安平鎮(zhèn)、永樂(lè)江鎮(zhèn)、龍海鎮(zhèn)、牌樓鄉(xiāng)、平背鄉(xiāng)、華王鄉(xiāng)、渡口鄉(xiāng)、坪上鄉(xiāng)、竹山鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。適宜區(qū)為18 582 hm2，占全區(qū)的66%，主要分布于永樂(lè)江鎮(zhèn)、牌樓鄉(xiāng)、安平鎮(zhèn)、渡口鄉(xiāng)、龍海鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。次適宜區(qū)5 481 hm2，占全區(qū)的19%，不適宜區(qū)很小，僅占全區(qū)的2%。

4 結(jié) 語(yǔ)

選取耕層厚度、質(zhì)地、pH值、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀、地貌、坡度、排澇排潛能力、灌溉能力、農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施等12個(gè)指標(biāo)進(jìn)行烤煙種植的土地適宜性評(píng)價(jià)，其區(qū)劃結(jié)果與目前安仁縣植煙布局的實(shí)際情況基本吻合。

基于GIS平臺(tái)，利用土地利用現(xiàn)狀圖進(jìn)行空間分析，以最小耕地圖斑為評(píng)價(jià)單元，實(shí)現(xiàn)了小區(qū)域的精準(zhǔn)煙草種植區(qū)劃，可滿足選擇最佳植煙區(qū)域的需要。評(píng)價(jià)結(jié)果客觀反映了煙草可種植區(qū)域，對(duì)指導(dǎo)煙草布局提供了科學(xué)支撐。

遵循生態(tài)指標(biāo)的模糊性特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)各類指標(biāo)進(jìn)行量化，提高了綜合評(píng)判的準(zhǔn)確性。研究表明，模糊綜合評(píng)判法進(jìn)行烤煙種植的土地適宜性評(píng)價(jià)是科學(xué)且可行的。該方法中，隸屬函數(shù)的構(gòu)建、拐點(diǎn)的設(shè)置、權(quán)重的確定是關(guān)鍵所在，它們將嚴(yán)重影響評(píng)價(jià)結(jié)果。

適宜性級(jí)別的劃分方法通常有3種：等間距法、數(shù)軸法、總分值頻率曲線法[12，14]。不同級(jí)別劃分方法的運(yùn)用，得到的評(píng)價(jià)結(jié)果會(huì)有一定出入。

從烤煙種植的土地適宜性評(píng)價(jià)圖上顯示，各適宜區(qū)圖斑較為集中連片，但仍然存在插花式的圖斑。由于此類圖斑的綜合分值可能出在分界線附近，導(dǎo)致區(qū)域分布有突變的現(xiàn)象。如何使適宜區(qū)更具地域差異性，適宜區(qū)之間平穩(wěn)過(guò)渡，是今后研究中需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題。

此評(píng)價(jià)方法可以拓展運(yùn)用到其他農(nóng)作物種植的土地適宜性評(píng)價(jià)當(dāng)中。根據(jù)各類農(nóng)作物生理生態(tài)特性，綜合考慮氣候因子以及經(jīng)濟(jì)因素（交通便利度、與當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)發(fā)展相關(guān)度）、社會(huì)因素（勞動(dòng)力分布情況、種植作物的積極性）、技術(shù)因素（相關(guān)技術(shù)推廣程度）、市場(chǎng)因素（市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力）等，選擇參評(píng)因子，構(gòu)建隸屬函數(shù)和不同農(nóng)作物種植的土地適宜性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)模型，從而建設(shè)區(qū)域型農(nóng)作物種植適宜性數(shù)據(jù)庫(kù)。這一新課題的開展將推動(dòng)農(nóng)業(yè)信息化的進(jìn)程，為當(dāng)?shù)胤N植業(yè)的布局提供科學(xué)依據(jù)。

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