基于GIS的西藏青稞生態適宜性評價因子體系構建

張涪平， 周煉清， 喻 武

(1.西藏大學農牧學院，西藏林芝 860000;2.浙江大學農業遙感與信息技術應用研究所，浙江杭州 310086)

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基于GIS的西藏青稞生態適宜性評價因子體系構建

張涪平1， 周煉清2， 喻 武1

(1.西藏大學農牧學院，西藏林芝 860000;2.浙江大學農業遙感與信息技術應用研究所，浙江杭州 310086)

摘要分析了西藏青稞生態適宜性限制因子，闡述了基于GIS進行青稞適宜性評價因子體系的建立，并確定權重。結果表明：層次分析法能較好地確定各因子的權重；建立的評價因子能較好地評價西藏青稞的生態適宜性。

關鍵詞西藏青稞；生態適宜性；評價因子體系；GIS

青稞(HordeumvulgareL. var. nudum Hook.f)屬普通大麥種(HordeumvulgoreL)中的裸粒類群，是青藏高原特殊地理生態條件下特有的主要農作物。西藏青稞主要分布在海拔1 900～4 200 m的河谷地區，是西藏第一大糧食作物[1]。據2010年《西藏統計年鑒》，截至2009年，西藏年產青稞59.52萬t，而同年總人口290.03萬，約有5.73萬t的缺口,再加上食品、飼料等工業需求，西藏青稞供給缺口較大。隨著生活水平的提高，人們對食品保健功能需要增強，西藏周邊省份對高品質西藏青稞的需求進一步加大[1-2]。

通過提高單產和擴大種植面積可以提高青稞產量，但依據現有科研水平和種植水平，這個單產有限度。因而，盡可能地擴大青稞栽種面積來提高總產量在目前是行之有效的方法[3]。這就需要在國家有關西藏的宏觀政策框架下，堅持保護西藏生態環境，遵循西藏農牧業發展自然規律，深入、廣泛調查適合青稞栽種的后備資源用地。目前，“3S”技術在野生動植物生境現狀分析和變化研究[4-5]、耕地后備資源調查[6]、植物生境適應性[7-9]、種植區劃[10-11]、生境特征研究[12]等方面都有深入研究和應用。筆者運用GIS、遙感等3S技術，以西藏拉薩、山南、日喀則3個青稞主要產區為研究區，對西藏青稞生態適宜性評價因子體系進行了初步研究，以期為尋找適合青稞綠色無公害生產區域及擴大青稞種植面積提供科學依據。

1研究區域

以西藏拉薩、山南、日喀則3個青稞產區為研究區。

2研究數據

2.1遙感影像影像資料包括2012年覆蓋研究區Landsat8 ETM+的多光譜及全色影像數據，其中多光譜影像的分辨率為30 m，全色影像的分辨率為15 m。在ENVI遙感圖像處理軟件中對原始圖像進行幾何糾正、重采樣等預處理后，應用乘積法(Multiplicative)將全色和多光譜圖像融合成為分辨率15 m的影像，作為該項目的基礎影像資料。

2.290 m分辨率數字高程模型(DEM)及其次生數據該項目采用90 m分辨率數字高程模型(DEM)數據作為研究區域高程的基礎數據，計算出坡度、坡向等派生的地形參數，并以此為基礎確定具體的調查范圍。覆蓋3個研究區共9幅。

2.3其他資料收集了覆蓋3個研究區的行政邊界圖(DLG，1∶100萬)，土壤圖(1∶25萬)，部分覆蓋的土地利用現狀圖(1∶10萬)，局部地區的地形圖資料(1∶10萬)，70份土壤樣品分析數據，1978～2007年17個氣象站點氣象統計資料，統計年鑒、綜合農業生產統計資料等，作為輔助數據和資料。

3評價因子的選取

青稞種植用地后備資源的開發利用受諸多因素的影響，這些因素包括自然屬性方面和社會屬性方面(圖1)。

圖1　青稞種植生態適宜性評價因子Fig. 1　Ecological suitability evaluation factor of hulless barley planting

3.1高程氣溫和日照隨著高度的增高而不同，高程條件限制了作物的生長。3.2坡度坡度因子是青稞種植用地后備資源開發的重要限制性因素，根據國家有關規定，25°以上坡地不適合開發(表1)。

表1　坡度分類統計表

3.3坡向坡向因子決定了作物的日照時間和采光，在一定程度上影響開發方向。

3.4年均氣溫溫度是否適宜，直接決定青稞能否正常生長。年均溫度是重要的衡量指標之一。

3.5年降水量水分是青稞生長的必需條件，降水量直接決定青稞是否能正常生長。

3.6≥0 ℃積溫≥0 ℃積溫決定了青稞的正常生育期、生長期及正常的產量。

3.7區位主要是優先開發離城鎮距離較近的區域，盡量不開發地質條件差、生態保護、旅游景點、水源涵養等區域。

3.8圖斑面積從經濟利益的角度出發，面積越大，開發成本相對較小，而且利于規模化和立體式農業發展。

4評價指標體系建立原則

4.1系統性原則指標體系必須能夠反映青稞種植用地后備資源開發評價內容的各個方面。

4.2動態性原則指標體系應反映青稞種植用地后備資源的發展趨勢和空間分布特點。

4.3科學性原則指標的物理意義明確，測定方法標準，統計計算方法規范。

4.4可操作性原則要考慮到指標的量化及數據采集難易程度和可靠性,盡量利用現有統計資料的規范標準。

4.5區域性原則指標體系應能反映區域社會經濟發展的階段性和特點。

5青稞種植生態適宜性評價模型

5.1評價因子權重的確定選取層次分析法(Analytical Hierarchy Process,AHP)確定各因子的權重,進行青稞種植適宜性評價。采用專家征詢法，共發放征詢表30份，征詢對象包括土壤學、資源與環境科學、土地管理和規劃領域的專家、學者，共回收問卷30份，回收率為100%。通過問卷處理得出9分制判斷矩陣(表2)。

表2　各評價因子判斷矩陣

得到判斷矩陣后利用和積法，將每一列元素進行歸一化處理，其元素的一般項為：

bij=bij/∑bij

(i,j=1,2,3，…,n)

然后將每一列進行歸一化處理后的判斷矩陣按行相加為：

得其向量Wi{0.100 859，0.126 288，0.053 745，0.333 096, 0.149 011 1，0.189 793，0.027 012，0.020 195}

對向量W=(W1，W2，…，Wn)t進行歸一化處理：

計算判斷矩陣最大特征根λmax：

根據以上條件得出判斷矩陣一致性指標CI(Consistency Index)：CI=0.045 575。

對于多階判斷矩陣，引入平均一致性隨機指標RI(Random Index)，判斷矩陣一致性指標CI，與同階平均一致性隨機指標RI之比稱為隨機一致性比率CR(Consistency Ratio)：

CR=CI/RI

當CR<0.10時，認為判斷矩陣具有可以接受的一致性；反之，則需要調整和修正判斷矩陣，使其滿足CR<0.10,從而具有滿意的一致性，該判斷矩陣的CR= 0.032 322,具有滿意的一致性。

5.2各參評因素分值的確定以不同評價單元和參評因素的實際狀況值為基礎，進行不同評價單元各參評因素的分值確定。在該評價中,采用了4、3、2、1的賦分辦法，即適宜開發標準值區間賦“4”，允許開發標準值區間賦“3”，限制開發標準值區間賦“2”，禁止開發標準值區間賦“1”。評價因子分級標準見表3。

5.3綜合指標值計算青稞種植生態適宜性評價的綜合指標值采用指數和法計算，公式為:

表3　參評因子分級標準

式中,Pi為第i個評價單元的開發利用潛力評價的綜合指標值；Wj為第j個參評因素的權重;Aij為第i個評價單元,第j個參評因素的分值；n為參評因素的總個數。

5.4青稞種植適宜性等次的界限值確定青稞種植用地后備資源開發利用潛力評價的界線值通過定點考察、典型調查、反復驗證，經過多次討論，將綜合指標值界限確定為:適宜開發(Ⅰ)≥3.5；允許開發(Ⅱ)3.2～3.5；限制開發(Ⅲ)2.8～3.2；禁止開發(Ⅳ)<2.8。

6結語

初步確定了西藏青稞種植高程、坡度、坡向、年均氣溫、年降水量、≥0 ℃積溫、區位及土地利用現狀圖圖斑面積八大因子作為評價西藏青稞生態適宜性的評價因子，利用層次分析法確定了各因子的權重；初步確定了各參評因子的分級標準，為后續的研究奠定了基礎。

參考文獻

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基金項目西藏自治區科技廳地區自然科學基金項目。

作者簡介張涪平(1962- )，男，重慶人，研究員，副教授，博士，從事農業生態與環境研究。

收稿日期2016-03-22

中圖分類號S 181

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)13-119-03

Construction of Factor System of Ecological Suitability Evaluation of Hulless Barley in Tibet Based on GIS

ZHANG Fu-ping1，ZHOU Lian-qing2，YU Wu1

(1. College of Agricultural and Animal Husbandry，Tibet University，Nyingchi，Tibet 860000; 2. Institute of Agricultural Remote Sensing and Information Technology Application，Hangzhou，Zhejiang 310086)

AbstractWe analyzed the limiting factor for ecological suitability of hulless barley in Tibet，and elaborated the establishment and weight of factor system of ecological suitability evaluation of hulless barley in Tibet based on GIS. Results showed that ① Analytical Hierarchy Process(AHP) method was good to confirm the weights of all indexes;② the established index system could better evaluate the ecological suitability of hulless barley in Tibet.

Key wordsHulless barley in Tibet; Ecological suitability; Evaluation factor system; GIS