方 炫, 劉德林, 李壁成

(1.南京師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院, 南京 210023; 2.河南理工大學(xué) 應(yīng)急管理學(xué)院,河南 焦作 454000; 3.中國科學(xué)院 水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心, 陜西 楊凌 712100)

黃土高原鄉(xiāng)級尺度土地利用適宜性評價
——以寧南山區(qū)河川鄉(xiāng)為例

方 炫1, 劉德林2, 李壁成3

(1.南京師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院, 南京 210023; 2.河南理工大學(xué) 應(yīng)急管理學(xué)院,河南 焦作 454000; 3.中國科學(xué)院 水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心, 陜西 楊凌 712100)

以寧南山區(qū)河川鄉(xiāng)為例，開展黃土高原鄉(xiāng)級尺度的土地利用適宜性研究。根據(jù)河川鄉(xiāng)自然與社會經(jīng)濟(jì)的實際情況，從土地利用的地形、土壤養(yǎng)分、土壤侵蝕、水源條件等方面建立土地利用適宜性評價指標(biāo)體系，采用層次分析法確定評價指標(biāo)權(quán)重，將GIS空間分析方法與綜合指數(shù)評價模型相結(jié)合，對河川鄉(xiāng)土地的適宜性與適宜程度進(jìn)行了定量評價。結(jié)果表明：河川鄉(xiāng)土地可以劃分為高度宜農(nóng)地、中度宜農(nóng)地、宜林地、宜林牧地和宜牧地，它們占總面積的比例分別為7.34%，13.49%，2.47%，41.37%，35.33%。評價結(jié)果可為河川鄉(xiāng)土地利用格局的優(yōu)化提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

土地利用; 適宜性評價; 黃土高原; 鄉(xiāng)級尺度; GIS; 河川鄉(xiāng)

土地利用適宜性評價是指對土地某種用途的適宜性和適宜程度進(jìn)行評價，旨在確定土地利用最合適的空間模式，是土地利用總體規(guī)劃的重要內(nèi)容之一[1-2]。黃土高原是我國乃至全球土壤侵蝕最為嚴(yán)重的地區(qū)之一，長期以來不合理的土地利用，加劇了土壤侵蝕和生態(tài)環(huán)境惡化[3-4]。在黃土高原地區(qū)開展土地利用適宜性評價，對于其土地資源的優(yōu)化配置以及水土保持與生態(tài)恢復(fù)有重要意義。目前，黃土高原的土地適宜性研究得到了不少學(xué)者的關(guān)注，總結(jié)已有研究成果可以看出，其研究內(nèi)容廣泛，包括針對某一土地用途或某一物種的單一土宜評價，也包括針對某一區(qū)域的多種土地用途綜合適宜性評價。單一土宜評價的代表性研究有何英彬等對生態(tài)脆弱區(qū)山西壽陽縣開展的糧食作物耕作適宜性評價[1]，思祖等[5]的黃土高原溝壑區(qū)杏樹林地土壤水分適宜性研究，姚小英等[6]對甘肅省黃土高原進(jìn)行的旱作玉米水分適宜性研究等。區(qū)域多土地用途的綜合適宜性評價研究，有張友焱等[7]以山西省中陽縣為例開展黃土丘陵溝壑區(qū)土地適宜性的綜合評價，魏宏安等[8]的延安市黃土丘陵溝壑區(qū)溝道土地整治適宜性評價，劉德林等[9]對黃土高原上黃試區(qū)開展的土地利用適宜性評價等。從研究對象的空間尺度來看，黃土高原土地適宜性研究涉及市、縣、村級等區(qū)域尺度，而鄉(xiāng)級尺度的研究相對缺乏。在研究方法上，地理信息系統(tǒng)由于其高效的空間分析及可視化等功能，已逐步成為區(qū)域土地資源評價的重要方法與手段[8-10]。

寧南山區(qū)氣候干旱、水土流失嚴(yán)重、自然災(zāi)害頻繁，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力低下，是黃土高原的縮影。徹底擺脫該地區(qū)落后局面和改善生態(tài)環(huán)境，必須對當(dāng)?shù)氐耐恋刭Y源進(jìn)行評價，根據(jù)土地自然屬性與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展要求，實現(xiàn)土地資源的合理配置。為此，本研究以寧南山區(qū)河川鄉(xiāng)為例，運用GIS技術(shù)，實現(xiàn)黃土高原鄉(xiāng)級尺度的土地利用適宜性評價，為研究區(qū)土地利用規(guī)劃提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

河川鄉(xiāng)位于寧夏南部固原市的原州區(qū)東南部，地處黃土高原西部寬谷丘陵區(qū)，地理位置為東經(jīng)106°18′43″—106°32′16″，北緯35°54′59″—36°06′05″，東西約20 km，南北約17 km，總面積約215.58 km2。該區(qū)屬于暖溫帶大陸性半干旱氣候區(qū)，年均降水量420 mm。土壤以黃綿土和黑壚土為主，海拔高度1 540～2 106 m，溝壑縱橫，梁峁起伏，水土流失嚴(yán)重。

河川鄉(xiāng)地屬我國有名的“西海固”老少邊窮地區(qū)，當(dāng)?shù)厝藗冊鵀榱双@得溫飽，在缺乏科學(xué)指導(dǎo)的情況下不斷地開墾土地，而生活水平并未得到明顯改善，甚至一度處于“愈墾愈窮、愈窮愈墾”的境地。至2002年退耕還林工程實施以前，耕地面積增加到總面積的約60%，在土地利用方式中占主導(dǎo)地位，同時本土植被天然草地急劇退化。退耕后土地利用方式與植被覆蓋發(fā)生重大變化，2008年，林地、草地和耕地占總面積比例分別為34.05%，31.92%和27.27%，構(gòu)成了河川鄉(xiāng)的土地利用基本格局。隨著退耕還林工程的實施及土地利用格局的變化，以種地和放牧維持生存的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式發(fā)生改變，果園、畜牧、外出務(wù)工等豐富了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)來源。2008年底，河川鄉(xiāng)總?cè)丝跒?6 245人，人口密度約76人/km2。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)獲取與處理方法

土地適宜性評價采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括數(shù)字高程模型、土壤數(shù)據(jù)、土壤侵蝕數(shù)據(jù)和土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)等。數(shù)字高程模型是通過將1∶5萬地形圖(數(shù)據(jù)來源于寧夏林業(yè)廳提供的林業(yè)普查用地形圖)數(shù)字化后進(jìn)行內(nèi)插得到[11]，分辨率為10 m。土壤數(shù)據(jù)是在中國黃土高原地區(qū)資源與環(huán)境遙感系列圖編委會的1990年1∶50萬黃土高原地區(qū)土壤圖的基礎(chǔ)上，通過2010年對河川鄉(xiāng)土壤實地調(diào)查更新得到。土壤侵蝕數(shù)據(jù)是按照水利部標(biāo)準(zhǔn)《全國土壤侵蝕調(diào)查技術(shù)規(guī)程》，對中科院遙感所提供的2000年1∶10萬土壤侵蝕數(shù)據(jù)進(jìn)行遙感更新獲得。土地利用數(shù)據(jù)是由2008年多光譜、10 m分辨率SPOT5影像經(jīng)過人機(jī)交互目視解譯得到，影像分類精度Kappa指數(shù)為0.89，符合最低允許判別精度Kappa指數(shù)≥0.70的要求[12]。為研究方便，所有數(shù)據(jù)均統(tǒng)一為GRID格式，并統(tǒng)一投影坐標(biāo)(Albers投影和Krasovsky-1940坐標(biāo)系統(tǒng))和柵格大小(10 cm×10 cm)。對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行地形分析和緩沖區(qū)分析等GIS空間分析，建立適宜性評價指標(biāo)數(shù)據(jù)。上述數(shù)據(jù)處理過程利用ArcView 3.2，ArcGIS 8.3及ERDAS軟件完成。

2.2 評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

根據(jù)綜合性和主導(dǎo)性相結(jié)合、因地制宜、針對性等土地適宜性評價指標(biāo)體系構(gòu)建的一般原則，綜合考察研究區(qū)自然、社會經(jīng)濟(jì)條件以及土地利用的實際情況，結(jié)合研究區(qū)鄉(xiāng)級空間尺度特征以及數(shù)據(jù)的可得性等因素，最終確定考慮地形、土壤養(yǎng)分、水源、土壤侵蝕4個方面的因素來評價河川鄉(xiāng)土地對農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)的適宜性。具體評價指標(biāo)包括海拔、坡度、坡向、土壤有機(jī)質(zhì)、距水域距離和土壤侵蝕強度(表1)。

2.3 評價指標(biāo)分級與權(quán)重的制定

根據(jù)研究區(qū)各評價指標(biāo)的變幅及其對于農(nóng)、林、牧三種土地用途的影響和限制強度，通過專家咨詢并參考相關(guān)研究報道[9-10]，確定分級等級及臨界值；然后根據(jù)各個指標(biāo)的每一個分級對于農(nóng)、林、牧適宜程度的大小，確定評價指標(biāo)的等級指數(shù)分值，分值越高說明適宜程度越強(表1)?？紤]到不同指標(biāo)在評價體系中的重要程度不同，即對土地適宜性的影響大小不同，本研究采用層次分析法來確定評價指標(biāo)的權(quán)重(表2)，即通過建立指標(biāo)兩兩判斷矩陣計算各指標(biāo)權(quán)重值，并通過一致性檢驗判斷權(quán)重是否合理，如果一致性檢驗值C.R<0.1，則表示通過一致性檢驗。

表1 土地適宜性評價指標(biāo)體系及等級指數(shù)

表2 土地適宜性評價各指標(biāo)權(quán)重

2.4 適宜性評價模型與等級確定

本研究采用綜合指數(shù)法進(jìn)行土地利用適宜性評價，其公式為：

式中：S——各評價單元的適宜性得分；Wi——第i個評價指標(biāo)的權(quán)重值；n——評價指標(biāo)的個數(shù)；Uij——第i個評價指標(biāo)第j個等級的得分。該評價過程在ArcView軟件支持下完成，即利用地圖運算功能進(jìn)行空間加權(quán)疊加分析得到評價單元的適宜性得分。根據(jù)研究區(qū)實際情況，將宜農(nóng)、宜林、宜牧的適宜等級分值劃分為4個等級，具體見表3。

表3 宜農(nóng)、宜林、宜牧適宜等級分值

3 評價結(jié)果分析

根據(jù)表1中評價指標(biāo)分級的具體要求，利用重分類功能，建立各評價指標(biāo)分級圖層，結(jié)果見圖1。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)表1中針對不同土地用途的評價指標(biāo)分級量化值，對各指標(biāo)分級進(jìn)行重新賦值即0～100分值，從而利用評價模型進(jìn)行適宜性評價。土地資源具有多宜性，因此首先進(jìn)行單宜性評價即分別評價土地的宜農(nóng)、宜林及宜牧程度，然后根據(jù)研究區(qū)土地生產(chǎn)力的實際情況、農(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)等要求，按照農(nóng)、林、牧順序優(yōu)先選擇，最終確定研究區(qū)的宜農(nóng)、宜林、宜牧分布范圍[9]，結(jié)果見表4和圖2。

3.1 高度宜農(nóng)地

高度宜農(nóng)地的土地面積有158 083 hm2，占河川鄉(xiāng)總面積的7.34%，這部分土地分布在地勢最為平坦、土壤侵蝕最弱的河灘地和河臺地，是區(qū)域內(nèi)土壤水肥條件最好、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的地段。20世紀(jì)90年代以后，中科院水土保持研究所專家們在此推行以早酥梨、紅梅杏等優(yōu)良果樹為中心的庭園經(jīng)濟(jì)高效農(nóng)業(yè)技術(shù)，果園從此成為當(dāng)?shù)厝藗兘?jīng)濟(jì)收入的主要來源之一，原來水肥條件好的臺耕地被用來發(fā)展果園產(chǎn)業(yè)。目前，這部分土地最主要利用方式是果園，耕地其次。

3.2 中度宜農(nóng)地

中度宜農(nóng)地土地面積為290 343 hm2，占河川鄉(xiāng)總面積的13.49%，其土地利用條件僅次于高度宜農(nóng)地，也主要集中分布在海拔較低、坡度較為平緩的、土壤侵蝕相對較輕的人工梯田和部分河溝臺地。該地段生產(chǎn)潛力較大，土地利用主要受水分條件限制，是區(qū)域內(nèi)糧食生產(chǎn)潛力所在。

圖1 適宜性評價指標(biāo)分級

高度宜農(nóng)中度宜農(nóng)宜林宜林牧宜牧面積/hm215808329034353136890687760540比例/%7.3413.492.4741.3735.33

圖2 河川鄉(xiāng)土地適宜性評價結(jié)果

3.3宜林地

宜林地是高度宜林地去除高度和中度宜農(nóng)地的部分。面積為53 136 hm2，所占比例最小，僅占河川鄉(xiāng)土地的2.47%，這部分主要位于峁頂和峁坡，土地質(zhì)量較好，是可以作為發(fā)展經(jīng)濟(jì)林的主要用地。但由于坡度較緩、土壤侵蝕不嚴(yán)重等原因，這部分土地實際利用方式多為耕地。

3.4 宜林牧地

宜林牧地屬于中度宜林地和高度宜牧地。面積為890 687 hm2，占河川鄉(xiāng)總面積的41.37%，分布最廣。這部分林牧皆宜，可以種植檸條、沙棘、山杏等人工灌木和以苜蓿為代表的人工草被。有研究表明，灌木與比人工草地相比，對增加土壤有機(jī)碳氮儲量的貢獻(xiàn)更大，多種植灌木更有利于土壤生態(tài)環(huán)境。相反，人工草地是當(dāng)?shù)匦竽琉B(yǎng)殖的重要飼料來源，多種植人工草被可以節(jié)約農(nóng)民開支。因此，林牧面積比例可根據(jù)實際需要來確定。

3.5 宜牧地

宜牧地35.33%的土地為宜牧地，立地條件交叉，不適宜農(nóng)、林業(yè)的發(fā)展，可以作為牧用地。為了草地生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展，在適度利用的同時，結(jié)合草地生態(tài)恢復(fù)措施，防止水土流失與土地退化。

4 結(jié)論與討論

本文根據(jù)研究區(qū)的自然與社會經(jīng)濟(jì)實際情況，從地形、土壤養(yǎng)分、土壤侵蝕、水源4個方面篩選出海拔、坡度、坡向、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤侵蝕和距水域距離6個指標(biāo)，構(gòu)建了鄉(xiāng)級尺度土地利用適宜性評價模型。利用GIS技術(shù)、層次分析法和綜合指數(shù)法，按照農(nóng)、林、牧順序優(yōu)先原則，對河川鄉(xiāng)土地利用適宜性進(jìn)行評價，將河川鄉(xiāng)土地利用類型劃分為高度宜農(nóng)地、中度宜農(nóng)地、宜林地、宜林牧地和宜牧地5類。該結(jié)果可為河川鄉(xiāng)土地利用的規(guī)劃與管理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與理論依據(jù)。例如，評價結(jié)果顯示宜農(nóng)地(高度宜農(nóng)地和中度宜農(nóng)地之和)所占比例為20.83%，這與2008年河川鄉(xiāng)耕地的實際比例27.27%進(jìn)行比較，可以得出，河川鄉(xiāng)土地不合理利用情況仍然存在，退耕還林(草)等生態(tài)恢復(fù)工程還需進(jìn)一步推進(jìn)。同時，結(jié)合實時變化的遙感數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)及時有效地土地利用監(jiān)督。

本研究采用柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行評價運算，在評價精度上明顯優(yōu)于以地塊為評價單元的評價，但在指導(dǎo)土地利用的實踐中操作性相對較差。以地塊為研究對象得到的適宜性評價結(jié)果對土地利用的指導(dǎo)更具可操作性。然而，研究區(qū)梁、峁、塬等地貌類型復(fù)雜多樣，進(jìn)行土地類型分類制圖是一項復(fù)雜工程。借助于GIS與遙感等現(xiàn)代技術(shù)開展黃土高原地貌單元的自動提取研究，對于土地利用的評價、規(guī)劃與管理具有重要的理論與現(xiàn)實意義。

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AssessmentofLandUseSuitabilityatTownScaleonLoessPlateau—ACaseinHechuanTown,GuyuanCity,NingxiaHuiAutonomousRegion

FANG Xuan1, LIU De-lin2, LI Bi-cheng3

(1.SchoolofGeographyScience,NanjingNormalUniversity,Nanjing223800,China; 2.SchoolofEmergencyManagement,He′nanPolytechnicUniversity,Jiaozuo,He′nan454000,China; 3.ResearchCenterofSoilandWaterConservationandEcologicalEnvironment,ChineseAcademyofSciences,Yangling,Shaanxi712100,China)

The land use suitability at town scale on Loess Plateau was evaluated in this study by taking Hechuan Town of Guyuan City in Ningxia Hui Autonomous Region as an example. The assessment index system of land use suitability including terrain, soil nutrient, soil erosion, water factors was established based on considering the natural and social economic situation of of Hechuan Town. The index weight of suitability assessment was determined by the analytic hierarchy, the spatial analysis method on GIS and the comprehensive index method were conducted to assessment the land use suitability. The results showed that the land of Hechuan Town was classified into five categories which were the land highly suitable for agriculture, moderately suitable for agriculture, suitable for forestry, suitable for forestry and stockbreeding, suitable for stockbreeding, and accounted for 7.34%, 3.49%, 2.47%, 41.37% and 35.33%, respectively. This assessment results could provide data basis to determine the best land use plan of the study area.

land use; suitability assessment; Loess Plateau; Town Scale; GIS; Hechuan Town

2013-11-25

：2013-12-25

江蘇省高校自然科學(xué)研究面上項目“基于GIS的駱馬湖生態(tài)預(yù)警系統(tǒng)及評價應(yīng)用研究“(13KJB610015);“十一五”國家科技支撐計劃重大項目“半干旱黃土丘陵區(qū)退化生態(tài)系統(tǒng)綜合管理技術(shù)和模式“(2006BCA01A07)

方炫(1982—),女,江蘇沭陽人,博士,講師,主要從事水土資源管理與3S應(yīng)用方面的研究。E-mail:fangxuan1982@163.com

F301.24

：A

：1005-3409(2014)05-0174-05