基于GIS的白山市江源區農用地的適宜性評價

張 帆，李 帥，劉家福

(吉林師范大學旅游與地理科學學院，吉林四平 136000)

土地是人類生活與發展的重要基礎，也是人類進行農牧耕作的重要組成部分。而土地適宜性評價是對土地進行評定，以確定該區域土地是否滿足所需要的特定用途以及適宜的程度[1]。在19世紀末20世紀初期，國外的景觀設計師對適宜性進行分析主要是經過疊加底圖并手工繪制，隨著21世紀的到來，計算機技術高速發展以及GIS技術的廣泛普及，通過GIS軟件進行疊加分析逐漸成為適宜性評價的首選方法[2]。適宜性評價方法發展至今，不僅致力于評價模型的構建與完善，更著重研究評價指標的選擇。分析農用地適應性現狀，對優化該地區土地使用方式、促進可持續發展有顯著作用[3]。

本文以白山市江源區為研究區域，選取絕對高度、坡度、坡向、地勢起伏度、NDVI及土壤侵蝕狀況6個評價因子，通過GIS的疊置分析功能，從多角度對江源區農用土地適宜性進行定量評價，以期推動江源區經濟發展[4]。

1 研究區概況

江源區為吉林省白山市西部城區，地處126°23′～127°11′E，41°48′～42°13′N。北接靖宇，南鄰臨江，東接撫松，西至渾江?？偯娣e為1.34×103km2，總人口數為2.68×105人。包括松樹鎮、石人鎮等6鎮4街道。江源區屬于北溫帶大陸性東亞季風氣候，夏季溫度較高，降水頻繁，冬季漫長，北風較強，結霜期早。年平均氣溫為4℃，年均降水量為910 mm。江源區森林覆蓋率為76%，是東北重要的林產品加工基地。野生動植物種類多樣，礦產資源豐富，被譽為“中國松花石之鄉”，整體以第二產業為主要經濟支柱，研究區行政區劃圖見圖1。

2 研究方法

2.1 數據來源及預處理

采用30 m分辨率的ASTER GDEM影像，于地理空間數據云(http://www.gscloud.cn/)進行下載。下載完成后通過吉林省水文局提供的2017年白山市江源區土地利用矢量數據為邊界進行剪裁、拼接及去空值等預處理操作，得到江源區DEM原始數據[5]。對矢量數據進行坐標轉換操作，使坐標與DEM數據匹配[6]。

圖1 江源區行政區圖

2.2 選定評價因子

適宜性評價的因子不僅受地形、地勢等自然因素影響，交通與勞動力等社會經濟因素也對其有所作用[7]。選取的評價因子過多，會對評價結果有干擾，而選擇的因子過少，則會導致評價結果不準確。所以要選擇具有主導性、現實性以及針對性的因子。本文選取絕對高度、坡度、坡向、地勢起伏度、NDVI及土壤侵蝕狀況6個評價因子[8]。各因子間等級可以依照實際情況進行劃分，不必數目一致。

2.3 劃分評價等級

根據江源區實際耕地現狀，結合相關文獻及經驗[9]，對絕對高度、坡度、坡向、地勢起伏度、NDVI及土壤侵蝕狀況6個評價因子進行分級[10]，詳見表1。

2.3.1 絕對高度

絕對高度即海拔高度。絕對高度關系到農作物對水分的汲取以及熱量的吸收，不同的高度會有分布差異，進而作用到農作物上，使其發生分布差異。不同的絕對高度下土地適宜性有很大差別[11]。依照江源區DEM現狀，將絕對高度劃分為：≤600 m，600～750 m，750～900 m，900～1100 m以及>1100 m。

2.3.2 坡度

坡度的陡峭程度與地表侵蝕度密切相關，坡度的陡峭程度越平緩，土地所經受的地表侵蝕度越低，反之則越高[12]。土地所經歷的地表侵蝕度增高，會導致水土流失現象的增生，最終使耕地越來越少，嚴重影響農業耕作。根據相關政府文件以及江源區土地現狀，將坡度分為：≤5°，5～10°，10～15°，15～20°以及>20°。

2.3.3 坡向

坡向直接關系到農作物所接受的日照程度以及太陽光輻射的強弱。并且，坡向還對降水、風速等影響較為顯著，而這幾種因素會直接影響農作物的生長[13]。按照東、南、西、北四個方向分布情況，將坡向分為：東67.5～112.5°，南157.5～202.5°，西247.5～292.5°，北0～22.5°、337.5～360°。

2.3.4 地勢起伏度

在所研究的區域中，最高點海拔與最低點海拔的差值為地勢起伏度。它可以宏觀地表示出一個區域的地勢情況，地勢起伏度關系著土地的使用用途以及穩定程度，對于不同的地物，地勢起伏度有著不同且嚴格的要求[14]。結合江源區的實際地勢情況，將地勢起伏度分為：≤30 m，30～50 m，50～70 m，70～100 m以及>100 m。

2.3.5 NDVI

歸一化植被覆蓋指數(NDVI)，可反映農作物長勢與營養狀況，通常用于觀測植物生長狀態，植被在地表的覆蓋程度及消除部分大氣輻射誤差[15]。NDVI值在-1～1之間。NDVI值為0時，表示有巖石或裸地；NDVI值為負時，表示被雨、雪、水等覆蓋；NDVI值越大，代表植被覆蓋程度越高。結合江源區實際植被覆蓋情況，將NDVI分為：≤0.2，0.2～0.4，0.4～0.6，0.6～0.8以及>0.8。

2.3.6 土壤侵蝕狀況

在一定區域內，土壤在外力作用下被侵蝕、破壞的現象稱為土壤侵蝕。江源區境內土壤侵蝕多是由于水力侵蝕作用產生的。土壤侵蝕會導致土壤表層被破壞，土壤肥力流失，致使土地適宜性下降，不利于糧食耕作。根據研究區現狀及《土壤侵蝕分級分類標準》，將土壤侵蝕狀況分為：微度(≤1000 t·km-2a-1)、輕度(1000～2500 t·km-2a-1)、中度(2500～5000 t·km-2a-1)、強烈(5000～8000 t·km-2a-1)和極強烈(8000～15000 t·km-2a-1)侵蝕。

基于江源區DEM數據，通過ArcGIS空間分析模塊進行評價因子的提取，生成各評價因子的空間分布圖。根據表1的評價因子劃分原則，再通過ArcGIS重分類功能根據評價因子等級生成江源區絕對高度、坡度、坡向、地勢起伏度、NDVI及土壤侵蝕狀況6個土地適宜性評價因子等級圖(圖2)。其中NDVI信息提取于地理數據云下載的ASTER GDEM數據，經過ENVI軟件中MODIS Conversion Toolkit插件進行提取分析，得到研究區NDVI數據。土壤侵蝕狀況來源自吉林省松遼委提供的數據。由圖2可以看出，江源區絕對高度普遍較高，中部區域海拔超過1000 m，西部土地平緩，坡度不高，坡向分布較均勻，南部區域地勢起伏度較高，植被覆蓋程度一般，土壤侵蝕狀況較少。

表1 評價因子劃分原則

圖2 土地適宜性評價因子等級圖

2.4 確定各因子權重

由于每個因子對土地適宜性的影響不盡相同，所以在計算各評價因子的數據后，需對各評價因子賦予不同的權重值。采用專家打分法來構建層次分析法的指標，通過評價因子之間的比較分析，按照其各自的重要性大小，構建判別矩陣。經過多次比對后，將通過一致性檢驗的結果加和，最終得到6種評價因子的權重值。如表2所示。

表2 評價因子權重值

2.5 評價結果

依照江源區實際情況，參考《土地評價綱要》，將江源區耕地的土地適宜性分為高度適宜、中度適宜、基本適宜、不適宜4類。高度適宜表示該區域土地適宜性好，非常適合農作物生長，無限制因素；中度適宜表示該區域土地適宜性一般，農作物生長狀況正常，但有限制情況；基本適宜表示該地區土地適宜性勉強合格，農作物可以生長，但限制因素較多，收益很低；不適宜表示該區域土地適宜性很差，不適合農作物生長。

參考有關文鑒及文獻，結合江源區自然現狀，確定適宜性指標范圍，通過ArcGIS進行處理并分級，得出白山市江源區土地適宜性分級圖(圖3)。

圖3 江源區土地適宜性分級圖

3 結果與分析

3.1 江源區農用地綜合適宜性評價

從圖2及表3可以看出，江源區適宜性等級為Ⅰ級的區域面積最小，為7.45 km2，約占總面積的0.56%，多分布在江源區西南部區域?？梢钥闯鼋磪^西南部區域是最適宜耕作的區域，坡度大多小于5°，地勢起伏度也多小于20 m，NDVI指數小于0.2，土壤侵蝕狀況較低，小于1000 t·km-2a-1，坡向多為南坡，絕對高度小于600 m。適宜性等級為Ⅱ級的區域所占面積遠大于Ⅰ級的區域，為278.5 km2，約占總面積的20.99%。Ⅱ級區域多分布在研究區西部區域，東部區域有少量存在。此部分與Ⅰ級區域相比，絕對高度較高，坡向大多為東坡，坡度大于Ⅰ級區域5°以內，并且地勢起伏度大概大于20°以內。植被覆蓋程度及土壤侵蝕狀況較I級區域有所增加。適宜性等級為Ⅲ級的區域面積最大，幾乎存在于研究區所有區域，除研究區中部分面積較少外，東部及西部都有大量的分布，面積占總面積的53.46%，約為709.11 km2。Ⅲ級區域基本上是不建議種植作物的耕地，限制作物生長的條件過多，即使強行種植，所獲得的經濟收益很少。而適宜性等級為Ⅳ級的區域所占面積略大于Ⅱ級區域，為331.48 km2，占總面積的24.99%，在研究區南部區域分布較為集中，其余地區也有分布。綜合來看，江源區西南部地區適宜耕作，在此處耕作，收益較高，遠勝于其他區域；而江源區南部、中部及北部區域，不適宜進行農牧耕作，這些地方大多坡度或地表起伏度過高，或者由于坡向、絕對高度、植被覆蓋、土壤侵蝕等問題，導致接受到的太陽輻射較少，農作物很難生長。

表3 各適應性等級面積值

3.2 江源區農用地適宜性差異成因分析

影響江源區土地適宜性差異的原因有很多，但是歸結起來為兩部分：自然因素和人文因素。自然因素包括氣候、土壤、植被、地貌地形等；而人文因素則包括人口數量、科技發展水平、經濟結構、政策因素等。在以農業為主的社會中，土地利用變化主要受自然因素影響，隨著人類生產能力的不斷提高以及人類對自然界認識的不斷深入，人文因素在土地使用變化過程中的作用越來越高。

3.2.1 自然因素

3.2.1.1 氣候因素

氣候和降水決定了土質自然發展的潛能。江源區屬于北溫帶大陸性東亞季風氣候，四季分明，雨季伴隨高溫，風力較大。受氣候限制，秋季較短，平均氣溫較低，初霜出現較早，在這些氣候因素干擾下，江源區大部分土地并不適宜耕作。值得注意的是，受氣候變暖影響，降雨量逐年減少，且不夠穩定，河流干涸情況逐年加劇，總體變化趨向干旱。種植方式以旱田為主，水田近乎消失殆盡。

3.2.1.2 地形地貌

江源區位于長白山腹地，山峰林立高聳，連綿起伏。靖宇熔巖臺地與長白熔巖臺地覆蓋在境內大部分區域。龍崗山脈海拔在800～1200 m，老嶺山脈海拔在1000～1300 m。鴨綠江與松花江為境內兩大水系，礦泉水與溫泉水資源較為豐富。雖然此區域植被覆蓋度較高，但地形起伏不定，因此不利于糧食耕作。

3.2.2 人為因素

3.2.2.1 人口與社會經濟的發展

在工業革命之前，人類對土地的使用多以有限度的農墾及畜牧業為主。隨著工業化的不斷發展，人類對土地可使用能源的需求量也日益增加，城市建筑用地及基礎設施用地面積不斷增加。社會經濟的發展影響著土地使用構成，同時，經濟的發展為土地資源開發提供了大量的資本支撐，加快了土地使用種類的變化。近幾十年來，江源區人口急速增加，促進了江源區城鎮化的進程，使城鎮建筑用地面積不斷增加。

3.2.2.2 技術因素

近年來，隨著社會科學技術水平的提高，江源區不斷對農業生產進行產業升級改造，以創造更多的經濟利益，形成比較完善的基礎生產與配套加工產業格局，帶動地區的發展。但另一方面，經濟生產也同樣加大了對土地資源和水資源的開發，如果不能平衡好經濟發展和土地使用之間的關系，對于整個地區的可持續發展是非常不利的。

3.2.2.3 制度和政策因素

社會文化和社會經濟制度不斷影響和制約著人們對土地資源的使用形式和程度，優秀的文化與制度可以加深人們對自然資源重要性的認識，這對資源開發與區域可持續發展都會起到積極推進的作用。而一些資源的開發將在其相對應政策的引導中變得更加積極有效，土地資源也不例外。所以，要制定并完善土地使用相關的法律政策與制度，創造良好的土地開發環境，合理開發使用，積極保護土地資源。

4 結論

本文利用ArcGIS對白山市江源區DEM影像進行分析提取，得出了江源區農用土地適宜性評價分級圖。選取適宜性評價因子，劃分評價等級，確定各評價因子的權重大小，生成江源區農用地適宜性評價等級圖，分析適宜種植農作物的區域分布。從總體上看，江源區西南部區域適宜進行農耕活動，該區域條件適宜，在此處進行農業生產會有較高的經濟回報，而南部、中部及北部區域則不適宜，即使在這些區域進行耕作，也會所獲甚少。