基于GIS的土地營養(yǎng)評價方法研究
——以山東省東營市黃河三角洲地區(qū)為例

羅傳文1，殷曉偉1，倪春迪2*，梁 浩1，韓吉燁1，姜士輝1

(1.東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040；2.黑龍江工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150000)

摘要介紹了在GIS支持下的土地適宜性評價的基本原理與一般方法，以及GIS在評價中的應(yīng)用。并以山東省東營市黃河三角洲地區(qū)為研究區(qū)域，建立了土地評價方案進行分析。著重闡述了應(yīng)用地理信息系統(tǒng)軟件ArcGIS Desktop 9.2對研究區(qū)土地土壤成分(包括有機質(zhì)、鉀、鹽的含量)進行的處理和分析。利用軟件將原始點位數(shù)據(jù)生成面數(shù)據(jù)，再針對生成的數(shù)據(jù)進行裁剪、轉(zhuǎn)換及綜合分析等處理，對研究區(qū)土地資源的適宜性進行評價，為土地資源的合理開發(fā)利用提供科學(xué)根據(jù)。

關(guān)鍵詞適宜性評價；評價因子；ArcGIS

中圖分類號S127

基金項目國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項(201204715)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項(2572015BC19)。

作者簡介羅傳文(1962-)，男，四川成都人，教授，從事3S技術(shù)與應(yīng)用方面的研究。*

收稿日期2015-06-04

Nutritional Assessment of Land GIS-based Approach—A Case Study of the Yellow River Delta, Dongying City, Shandong Province

LUO Chuan-wen1,YIN Xiao-wei1, NI Chun-di2*et al (1. Forestry School, Northeast Forestry University, Harbin, Heilongjiang 150040; 2. Heilongjiang Institute of Technology, Harbin, Heilongjiang 150000)

AbstractThis paper introduces the fundamental and the general method of land suitability evaluation with support of GIS, and applications of GIS in land evaluation. And then, Shandong Province Dongying City Huanghe Delta region was selected as study area in this paper. The plan of land evaluation was established to analyze. And it emphasizes to process and analyze soil constituent (including organic matter, content of potassium and salt) with ArcGIS Desktop 9.2. The initial point position data generate the plane data with the software, and then, using the software to cut, convert and analyze on the new data. Following, the land suitability was evaluated roughly, which will provide scientific basis for the rational development and utilization of land resources.

Key words Suitability evaluation; Evaluation factors; ArcGIS

土地適宜性評價是利用相關(guān)的自然資源、經(jīng)濟與社會資源及技術(shù)數(shù)據(jù)對土地開展最佳利用或者特殊目的的土地利用評價。土地適應(yīng)性評價不但可以科學(xué)地挖掘土地的生產(chǎn)潛力，而且能夠有針對性地評價某種土地，揭示出土地適宜性的程度和未來改良利用的趨勢，可見，土地適應(yīng)性評價是土地利用總體規(guī)劃的重要內(nèi)容[1-2]。近年來，我國為使土地資源得到合理利用，確保土地適宜性評價的準確性和科學(xué)性，應(yīng)用了很多先進的技術(shù)，如計算機技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)、遙感技術(shù)及全球衛(wèi)星定位技術(shù)等，使得我國的土地適宜性評價工作在各地市都獲得了較快的發(fā)展[3-4]。筆者以山東省東營市黃河三角洲地區(qū)的土地適宜性評價為例，利用ArcGIS Desktop 9.2軟件對獲得的數(shù)據(jù)進行初步處理。

1 數(shù)據(jù)來源及處理軟件

1.1獲取數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是GIS最基本和最重要的組成部分，利用GIS進行土地營養(yǎng)性評價工作首先要準備好一些必需的數(shù)據(jù)，如現(xiàn)狀圖、土壤圖、地貌圖、坡度圖等圖紙或者相關(guān)的文字資料，并將整理獲得的數(shù)據(jù)輸入電腦中供給GIS分析調(diào)用。圖1為獲得的原始點屬性表數(shù)據(jù)。

圖1　原始點屬性數(shù)據(jù)

1.2處理軟件ArcGIS Desktop是ArcGIS Family的桌面端軟件產(chǎn)品，ArcGIS Desktop可以實現(xiàn)任何從簡單到復(fù)雜的GIS任務(wù)，包括制圖、地理分析、數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)管理、可視化和空間處理等。它包括：①ArcView。提供復(fù)雜的制圖、數(shù)據(jù)使用、分析以及簡單的數(shù)據(jù)編輯和空間處理工具。②ArcEditor。除了包括ArcView中的所有功能之外，還包括對Shape file和Geo database的高級編輯功能。③ArcInfo。它擴展了ArcView和ArcEditor的高級空間處理功能，還包括傳統(tǒng)的ArcInfo Workstation應(yīng)用程序(Arc，ArcPlot，ArcEdit，AML等)。它們常用的應(yīng)用程序有ArcMap和ArcCatalog。 ArcMap是ArcGIS Desktop中1個主要的應(yīng)用程序，具有基于地圖的所有功能，包括地圖制圖、數(shù)據(jù)分析和編輯等。它提供2種類型的地圖視圖，即數(shù)據(jù)視圖和版面視圖。在數(shù)據(jù)視圖中，可以對圖層進行符號化、分析和編輯GIS數(shù)據(jù)集；在版面視圖中，可以進行地圖出圖排版、添加地圖元素，比如比例尺、圖例、指北針等[5-6]。ArcCatalog用來組織、管理和使用GIS數(shù)據(jù)，同時也使用標準化的元數(shù)據(jù)來描述數(shù)據(jù)。

2方法及操作步驟

2.1單因素評價層的生成即進行各因子適宜度的確定及各單元因素適宜性的評價。

2.2矢量點數(shù)據(jù)的生成 打開ArcMap軟件環(huán)境，應(yīng)用菜單欄中Tools中的Add XY Data，添加圖1中的數(shù)據(jù)即生成矢量點數(shù)據(jù)(圖2)。

圖2　山東省東營市黃河三角洲點數(shù)據(jù)圖

2.3生成單因素圖層利用ArcGIS地統(tǒng)計分析模塊(Geo statistical Analyst)中的地統(tǒng)計分析向?qū)?Geo statistical Wizard)功能，選擇克里格方法(Kriging)進行克里格插值。統(tǒng)計分析的重點是分析采樣獲得的數(shù)據(jù)、對采樣區(qū)地理特征的認識選擇合適的空間內(nèi)插方法創(chuàng)建表面。克里格方法是將未知樣點有限臨域內(nèi)的若干已知樣本點數(shù)據(jù)，在考慮了樣本點的形狀、大小和空間方位與未知樣點的相互空間位置關(guān)系以及變異函數(shù)提供的結(jié)構(gòu)信息之后，對未知樣點進行線性無偏最優(yōu)估計[7-9]。

2.4邊界的裁剪用已確定的邊界數(shù)據(jù)(圖3)來裁剪各個單因素圖層。利用工具箱內(nèi)空間分析中的裁切功能，確定每個圖層的邊界。

圖3　山東省東營市黃河三角洲邊界數(shù)據(jù)圖

2.5數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換 以grid格式進行柵格地圖代數(shù)運算， 首先GIS中的單因子矢量圖層就要轉(zhuǎn)化為grid格式。在矢量圖層向柵格圖層轉(zhuǎn)換時，需確定數(shù)據(jù)精度、評價結(jié)果要求、磁盤容量、期望的響應(yīng)時間等諸方面的因素以便確定柵格單元尺寸，確保各參評因子層?xùn)鸥癯叽绫３忠恢隆?/p>

利用空間分析數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的功能，將裁剪好的矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)(圖4～6)。

圖4　山東省東營市黃河三角洲鉀元素柵格數(shù)據(jù)圖

圖5　山東省東營市黃河三角洲含鹽量柵格數(shù)據(jù)圖

圖6　山東省東營市黃河三角洲有機物含量柵格數(shù)據(jù)圖

3結(jié)果與分析

3.1 權(quán)重的確定運用層次分析法來確定評價因子的權(quán)重。將問題元素分解成目標、準則、方案等層次在此基礎(chǔ)上進行定性和定量分析決策。該做法是在對復(fù)雜決策問題的本質(zhì)、影響因素及其內(nèi)在關(guān)系等進行深入分析的基礎(chǔ)上，利用較少的定量信息使決策的思維過程數(shù)字化，從而為多目標、多準則或無結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜決策問題提供簡便的決策方法，利于土地利用規(guī)劃協(xié)同決策[11-13]。該研究運算后結(jié)果：鉀的權(quán)重為0.170，鹽的權(quán)重為0.462，有機物的權(quán)重為0.116，高程(圖7)的權(quán)重為0.250。

圖7　山東省東營市黃河三角洲高程柵格數(shù)據(jù)圖

圖8　山東省東營市黃河三角洲土地適宜性分析結(jié)果

3.2 評價因子的加權(quán)綜合利用柵格計算器運算符及函數(shù)完成數(shù)學(xué)運算、設(shè)置選擇查詢或鍵入地圖代數(shù)語句。輸入數(shù)據(jù)以格網(wǎng)數(shù)據(jù)集、柵格圖層、shape文件、coverage、表格、常數(shù)或數(shù)字為主。運用柵格計算器將各個已乘權(quán)重的要素因子層疊加，得到最后的分析結(jié)果(圖8)。結(jié)果顯示，山東省東營市黃河三角洲地區(qū)南部地區(qū)土地適宜性較高，土壤肥沃，適宜農(nóng)林等經(jīng)濟作物種植；中部地區(qū)土地營養(yǎng)性較差，土壤貧瘠，應(yīng)該加強土壤治理和改造；北部地區(qū)土地適宜性中等，土壤狀況一般，應(yīng)該加強土地改良和維護，防治土地養(yǎng)分流失，土壤惡化。

4結(jié)論與討論

該研究利用ArcGIS Desktop 9.2軟件的地統(tǒng)計分析模塊中地統(tǒng)計分析向?qū)Чδ苌闪擞袡C物、鉀和鹽含量這3個數(shù)據(jù)層，之后裁剪出邊界，再利用空間分析模塊的柵格計算器分析出適宜性評價圖，運用多種因素數(shù)據(jù)自動疊加處理，自動生成評價結(jié)果對研究區(qū)內(nèi)土地進行了土地適宜性評價。該研究的創(chuàng)新意義在于：一方面利用ArcGIS Desktop 9.2軟件的地統(tǒng)計分析模塊中的統(tǒng)計分析向?qū)Чδ?，生成了有機物、鉀和鹽含量這3個數(shù)據(jù)層；另一方面根據(jù)有機質(zhì)和無機離子含量對土地功能進行區(qū)劃。

土地適宜性評價涉及多學(xué)科以及龐大的數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)的處理方法也會相應(yīng)變化。該研究選取的適宜性評價因子不多，并且主要側(cè)重于土地的自然屬性，而幾乎沒有考慮分析社會因素，所以土地適宜性評價方法研究并不深入，因此為了使該研究工作更加精確、更具備應(yīng)用性和指導(dǎo)性，其研究深度還有待進一步加深[14]。

以地理信息系統(tǒng)為平臺的山東省東營市黃河三角洲適宜性評價實際上是以多學(xué)科為載體的多信息的綜合表達。因此，研究區(qū)土地適宜性的評價結(jié)果具有一定的科學(xué)性，可為土地資源的管理利用提供一定的參考。

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