嚴(yán)圣華 ，黃躍飛 ，熊 娟 ，何 燦 ，劉和濤，劉 海*

（1.湖北省城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，武漢430071；2.湖北大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，武漢430062）

引言

土地資源是由地球表面一定范圍立體空間的氣候、地貌、地質(zhì)、土壤、水文、生物等自然要素組成，同時(shí)又時(shí)刻受到社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件影響的一個(gè)復(fù)雜的自然、經(jīng)濟(jì)綜合體，是人類賴以生存的最基本的資源[1]。土地資源評(píng)價(jià)是土地用于規(guī)劃時(shí)對(duì)土地性能的評(píng)定[2，3]，也是土地在一定用途條件下評(píng)定土地質(zhì)量高低的過(guò)程[4]。科學(xué)進(jìn)行土地資源評(píng)價(jià)，有利于了解區(qū)域土地資源分布的特點(diǎn)，為更好地保護(hù)和利用土地資源提供科學(xué)依據(jù)和策略[5，6]。

國(guó)外最早的土地資源評(píng)價(jià)開(kāi)始于19世紀(jì)30年代，1834年英國(guó)成立土地測(cè)量師協(xié)會(huì)進(jìn)行土地評(píng)價(jià)和土地測(cè)量。隨后土地資源評(píng)價(jià)開(kāi)展快速的發(fā)展，其發(fā)展歷程大致可分為：土地分類定級(jí)階段、土地潛力評(píng)價(jià)階段、土地適宜性評(píng)價(jià)階段、土地資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)階段等[7]。

我國(guó)在土地資源評(píng)價(jià)方面起步較晚，在20世紀(jì)70年代，開(kāi)始借鑒學(xué)習(xí)國(guó)外土地適應(yīng)性評(píng)價(jià)理論和方法，主要包括參照聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（FAO）制定的《土地評(píng)價(jià)綱要》進(jìn)行我國(guó)的土地評(píng)價(jià)工作[8]。如張友焱等對(duì)黃土丘陵溝壑區(qū)典型小流域進(jìn)行了土地資源適宜性評(píng)價(jià)[9]。之后，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，信息技術(shù)逐步應(yīng)用到了土地資源評(píng)價(jià)中，既綜合了土地適宜性與土地潛力評(píng)價(jià)等，又提高了評(píng)價(jià)的精度以及評(píng)價(jià)結(jié)果的推廣。

資源環(huán)境承載能力和國(guó)土空間開(kāi)發(fā)適宜性評(píng)價(jià)，簡(jiǎn)稱“雙評(píng)價(jià)”，是國(guó)土空間規(guī)劃的基礎(chǔ)，而土地資源評(píng)價(jià)是資源環(huán)境承載能力評(píng)價(jià)眾多指標(biāo)中的核心指標(biāo)。資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)重點(diǎn)突出了資源環(huán)境承載力可利用空間，其結(jié)合經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)對(duì)資源的需求，形成資源環(huán)境對(duì)重點(diǎn)活動(dòng)的允許度[10-12]。目前我國(guó)資源環(huán)境承載力研究大多集中于省級(jí)等大尺度范圍[13，14]。市縣級(jí)等中小尺度土地資源評(píng)價(jià)作為資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)體系的重要組成部分的研究較少。市縣尺度土地資源評(píng)價(jià)可以為區(qū)縣的科學(xué)規(guī)劃與資源環(huán)境保護(hù)等提供支持，逐漸受到廣大學(xué)者的關(guān)注[15-17]，以市縣為單位的土地資源評(píng)價(jià)具有重要的意義。

大冶市是全國(guó)百?gòu)?qiáng)縣市之一，常年排名湖北省縣域經(jīng)濟(jì)第一，此外，大冶市位于平原與丘陵地區(qū)交錯(cuò)帶，對(duì)其土地資源進(jìn)行評(píng)價(jià)具有重要的理論探索與應(yīng)用實(shí)踐價(jià)值。

故本研究基于“雙評(píng)價(jià)”技術(shù)指南，構(gòu)建了市縣尺度土地資源評(píng)價(jià)方法，并以大冶市為研究區(qū)，借助空間信息技術(shù)，結(jié)合大冶市地形、土壤與土地利用等數(shù)據(jù)，從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與城鎮(zhèn)建設(shè)的可利用程度兩方面對(duì)大冶的土地資源進(jìn)行了評(píng)價(jià)，以期為科學(xué)合理的國(guó)土空間開(kāi)發(fā)提供參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

大冶市位于湖北省東南部，長(zhǎng)江中下游南岸，地跨東經(jīng) 114°31′～115°20′，北緯 29°40′～30°15′。武九鐵路、武黃城際鐵路、106國(guó)道、314和315省道貫穿境內(nèi)，大廣高速、黃咸高速在境內(nèi)交匯，與滬蓉、京珠、杭瑞等高速公路互聯(lián)互通。地處幕阜山脈北側(cè)的邊緣丘陵地帶，地形分布為南山北丘東西湖，南高北低東西平，海拔高度為120～200米，主要湖泊有大冶湖、保安湖和三山湖（圖1）。歷史上素以礦藏豐富、采冶發(fā)達(dá)而馳名中外。

1.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

地形數(shù)據(jù)采用中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)（http://www.gscloud.cn）的GDEM DEM數(shù)字高程產(chǎn)品，空間分辨率是30m，通過(guò)GIS獲取高程、坡度以及地形起伏度信息。土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)從耕地質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)成果中獲取，主要包括：土壤類型、土壤表層有機(jī)質(zhì)含量、表層土壤質(zhì)地、有效土層厚度和地表巖石露頭度等。土地利用數(shù)據(jù)采用土地利用變更數(shù)據(jù)。

2 研究方法

2.1 影響因子確定

根據(jù)“雙評(píng)價(jià)”技術(shù)指南，評(píng)價(jià)時(shí)先扣除水域的影響，然后針對(duì)農(nóng)業(yè)功能和城鎮(zhèn)功能指向，分別采用農(nóng)業(yè)耕作條件、城鎮(zhèn)建設(shè)條件作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，農(nóng)業(yè)耕作條件是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的土地資源可利用程度，需具備一定的坡度與土壤質(zhì)地等條件；城鎮(zhèn)建設(shè)條件是指城鎮(zhèn)建設(shè)的土地資源可利用程度，需具備一定的坡度、高程條件，對(duì)于地形起伏劇烈的地區(qū)，同時(shí)考慮地形起伏度。

2.2 評(píng)價(jià)方法

2.2.1 農(nóng)業(yè)功能指向的土地資源評(píng)價(jià)方法。農(nóng)業(yè)功能指向的土地資源評(píng)價(jià)在“雙評(píng)價(jià)”技術(shù)指南中，在全國(guó)與省域尺度上，考慮數(shù)據(jù)的獲取性與操作的方便性等因素，主要考慮了地形坡度與土壤質(zhì)地兩個(gè)因子，且土壤質(zhì)地僅考慮了土壤的粉砂含量；但影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的因素，地形方面的高程因素，土壤質(zhì)地方面的有效土層厚度與土壤有機(jī)質(zhì)含量等因素，也均對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有直接或間接的影響，故在市縣尺度評(píng)價(jià)農(nóng)業(yè)耕作條件，僅考慮地形坡度與土壤質(zhì)地，評(píng)價(jià)結(jié)果的精確性就顯得相對(duì)有限，故本研究基于“雙評(píng)價(jià)”技術(shù)指南，在參考《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》（GBT 28407-2012）與《土地復(fù)墾質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》（TD/T 1036-2013）的基礎(chǔ)上，制定了適合市縣尺度的農(nóng)業(yè)功能指向的土地資源評(píng)價(jià)方法如下：

[農(nóng)業(yè)耕作條件]＝f([坡度],[高程],[有效土層厚度]，[表層土壤質(zhì)地],[土壤有機(jī)質(zhì)含量],[土壤酸堿度],[地表巖石露頭度]) （1）

對(duì)表1中的各影響因子，進(jìn)行加權(quán)疊加，得到農(nóng)業(yè)耕作條件評(píng)估值，然后基于均分法對(duì)土地資源進(jìn)行等級(jí)劃分。

圖1 大冶市土地利用圖

表1 各參評(píng)因子權(quán)重

2.2.2 城鎮(zhèn)建設(shè)的土地資源評(píng)價(jià)方法。城鎮(zhèn)建設(shè)的土地資源評(píng)價(jià)參照“雙評(píng)價(jià)”技術(shù)指南，評(píng)價(jià)方法如下：

根據(jù)評(píng)價(jià)方法可知，坡度、高程、地形起伏度是城鎮(zhèn)建設(shè)條件的影響因子，根據(jù)表2對(duì)高程和坡度進(jìn)行疊加運(yùn)算，得到城鎮(zhèn)建設(shè)的土地資源分級(jí)情況，再將地形起伏度＞200m的區(qū)域，將評(píng)價(jià)結(jié)果降2級(jí)作為城鎮(zhèn)土地資源等級(jí)，地形起伏度在100～200m之間的，將評(píng)價(jià)結(jié)果降1級(jí)作為城鎮(zhèn)土地資源等級(jí)，得到最終的城鎮(zhèn)建設(shè)的土地資源分級(jí)圖。

2.3 評(píng)價(jià)過(guò)程

2.3.1 坡度、高程以及地形起伏度的提取與分級(jí)。坡度：對(duì)大冶市DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行坡度提取，并基于“雙評(píng)價(jià)”技術(shù)指南，依照 ＜3°、3°～8°、8°～15°、15°～25°、≥25°生成坡度分級(jí)圖。高程：根據(jù)大冶市DEM地形特點(diǎn)，結(jié)合垂直地帶性林草界線、農(nóng)牧界線、種植業(yè)熟制等確定地 形 高 程 分 級(jí) 閾 值 ， 按 ＜200m、200 m ～500m、500m～1000m、1000m～1500m、≥1500m生成海拔高度分級(jí)圖。地形起伏度：基于柵格精度為30m×30m的格網(wǎng)，通過(guò)柵格與鄰域柵格的高程差計(jì)算地形起伏度。按照＜100m、100m～200m、≥200m生成地形起伏度分級(jí)圖（如圖 2）。

表2 城鎮(zhèn)建設(shè)的土地資源基礎(chǔ)參考判別矩陣

圖2 地形地勢(shì)影響因子分級(jí)圖

2.3.2 土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)的分級(jí)。有效土層厚度：有效土層厚度是指土壤層和松散的母質(zhì)層之和，共分為5個(gè)等級(jí)。1級(jí)，有效土層厚度≥150cm；2級(jí)，有效土層厚度100cm～150cm；3級(jí)，有效土層厚度60cm～100cm；4級(jí)，有效土層厚度30cm～60cm；5級(jí)，有效土層厚度＜30cm。

表層土壤質(zhì)地：以表層30厘米的平均質(zhì)地為標(biāo)準(zhǔn)，將土壤質(zhì)地按照粘質(zhì)土（重壤、粘土）、壤土（輕壤、中壤）、砂壤土、沙土和礫質(zhì)土生成5級(jí)土壤質(zhì)地分類圖。

土壤有機(jī)質(zhì)含量：土壤有機(jī)質(zhì)含量分為6個(gè)級(jí)別：1級(jí)，土壤有機(jī)質(zhì)含量≥40g/kg；2級(jí)，土壤有機(jī)質(zhì)含量40g/kg～30g/kg；3 級(jí)，土壤有機(jī)質(zhì)含量 30g/kg～20g/kg；4級(jí)，土壤有機(jī)質(zhì)含量20g/kg～10g/kg；5級(jí)，土壤有機(jī)質(zhì)含量 10g/kg～6g/kg；6 級(jí)，土壤有機(jī)質(zhì)含量 ＜6g/kg。

土壤酸堿度（土壤pH值）：土壤pH值按照其對(duì)作物生長(zhǎng)的影響程度分為6個(gè)等級(jí)：1級(jí)，土壤pH值6.0～7.9；2 級(jí)，土壤 pH 值 5.5～6.0，7.9～8.5；3 級(jí)，土壤pH 值 5.0～5.5，8.5～9.0；4 級(jí)，土壤 pH 值 4.5～5.0；5級(jí)，土壤 pH 值＜4.5，9.0～9.5；6 級(jí)，pH≥9.5。

障礙層距地表深度（cm）：土壤障礙層指在耕層以下出現(xiàn)白姜層、石灰漿石層、礫石層、粘土磬和鐵磬等阻礙耕系伸展或影響水分滲透的層次。根據(jù)其距地表的距離分為 3 個(gè)級(jí)別，1 級(jí)，60cm～90cm；2 級(jí)，30cm～60cm；3級(jí)，≤30cm。大冶市障礙層距地表深度均小于30cm，故等級(jí)均為3級(jí)。大冶市各土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)的分級(jí)如圖3。

2.3.3 疊加分析。首先對(duì)坡度、高程以及地形起伏度分級(jí)數(shù)據(jù)、土壤質(zhì)地分級(jí)數(shù)據(jù)進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換，統(tǒng)一至國(guó)家2000平面坐標(biāo)系統(tǒng)。再扣除不適宜開(kāi)發(fā)的水域等區(qū)域，保留剩下部分，然后對(duì)各個(gè)因子進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，通過(guò)對(duì)各個(gè)因子的疊加分析，將農(nóng)業(yè)功能指向和城鎮(zhèn)建設(shè)的土地資源分為5個(gè)等級(jí)。

圖3 土壤質(zhì)地影響因子分級(jí)圖

3 結(jié)果與分析

3.1 農(nóng)業(yè)功能指向的土地資源分析

根據(jù)提取的高程、坡度分級(jí)數(shù)據(jù)，以及土壤質(zhì)地分級(jí)數(shù)據(jù)，利用公式（1）和表1中各因子的權(quán)重因子參數(shù)，計(jì)算得到大冶市農(nóng)業(yè)功能指向的土地資源等級(jí)圖（圖 4）。

通過(guò)圖4可以看出大冶市農(nóng)業(yè)功能指向的較高等級(jí)土地資源分布在大冶市的大部分地區(qū)，占大冶市土地資源的58.37%；其次分布較多的是中等級(jí)、較低等級(jí)土地資源，分別占大冶市土地資源的15.73%、11.71%；然后是低等級(jí)、高等級(jí)土地資源分布較少，分別占大冶市土地資源的5.30%、8.90%。

農(nóng)業(yè)功能指向的較高等級(jí)土地資源主要分布在大冶市的北部、西部、東部大部分地區(qū)；較高等級(jí)的土地資源主要分布在大冶市西部的金牛鎮(zhèn)、北部的保安鎮(zhèn)、金山店鎮(zhèn)以及東部的汪仁鎮(zhèn)；中等級(jí)、較低等級(jí)、低等級(jí)土地資源均主要分布在大冶市的南部大部分地區(qū)。

圖4 大冶市農(nóng)業(yè)功能指向的土地資源等級(jí)圖

3.2 城鎮(zhèn)建設(shè)的土地資源分析

根據(jù)提取的高程、坡度和地形起伏度分級(jí)數(shù)據(jù)，利用公式（2）和表2中基礎(chǔ)參考判別矩陣，計(jì)算得到大冶市城鎮(zhèn)建設(shè)的土地資源等級(jí)圖（圖5）。

圖5 大冶市城鎮(zhèn)建設(shè)的土地資源等級(jí)圖

通過(guò)圖5可知，大冶市城鎮(zhèn)建設(shè)的高等級(jí)土地資源分布在大冶市的大部分地區(qū)，占大冶市土地資源的67.02%；其次分布較多的是低等級(jí)土地資源，占大冶市土地資源的13.91%；然后較低等級(jí)、中等級(jí)以及較高等級(jí)土地資源均分布較少，分別占大冶市土地資源的4.90%、6.29%、8.88%。

從圖中也可以看出，城鎮(zhèn)建設(shè)的高等級(jí)土地資源主要分布在大冶市的北部、西部、東部大部分地區(qū)；較高等級(jí)土地資源就零星分布在高等級(jí)土地資源區(qū)域附近。中等級(jí)、較低等級(jí)和低等級(jí)的土地資源均主要分布在南部大部分地區(qū)，如靈鄉(xiāng)鎮(zhèn)、劉仁八鎮(zhèn)、殷祖鎮(zhèn)、大箕鋪鎮(zhèn)以及金湖街道等地區(qū)。

3.3 農(nóng)業(yè)功能指向、城鎮(zhèn)建設(shè)的土地資源對(duì)比分析

通過(guò)圖4與圖5對(duì)比可以看出，大冶市農(nóng)業(yè)功能指向土地資源等級(jí)和城鎮(zhèn)建設(shè)的土地資源等級(jí)在空間分布上呈現(xiàn)較高的一致性，農(nóng)業(yè)功能指向的較高等級(jí)土地資源以及城鎮(zhèn)建設(shè)的高等級(jí)土地資源均主要分布在大冶市的北部、西部、東部大部分地區(qū)；農(nóng)業(yè)功能指向的較低等級(jí)土地資源以及城鎮(zhèn)建設(shè)指向的低等級(jí)土地資源則均主要分布在大冶市的南部大部分地區(qū)。原因在于，農(nóng)業(yè)耕作條件以及城鎮(zhèn)建設(shè)條件均需要具備一定的坡度高程條件，從圖2中地形地勢(shì)影響因子分級(jí)圖可以看出大冶市南部大部分地區(qū)坡度和高程均較高，不適宜發(fā)展農(nóng)業(yè)以及城鎮(zhèn)建設(shè)，故影響了農(nóng)業(yè)耕地條件和城鎮(zhèn)建設(shè)條件。

4 結(jié)論

基于“雙評(píng)價(jià)”技術(shù)指南，構(gòu)建了市縣尺度土地資源評(píng)價(jià)方法，并以大冶市為研究區(qū)，借助空間信息技術(shù)，結(jié)合多源數(shù)據(jù)，從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與城鎮(zhèn)建設(shè)的可利用程度兩方面對(duì)大冶的土地資源進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析。主要結(jié)論是以下幾點(diǎn)。

4.1 大冶市農(nóng)業(yè)功能指向的較高等級(jí)土地資源分布在大冶市的大部分地區(qū)，占大冶市土地資源的58.37%，主要分布在大冶市的北部、西部、東部大部分地區(qū)；農(nóng)業(yè)功能指向的中等級(jí)、較低等級(jí)、低等級(jí)土地資源主要分布較少，主要分布在大冶市的南部大部分地區(qū)。

4.2 大冶市城鎮(zhèn)建設(shè)的高等級(jí)土地資源分布在大冶市的大部分地區(qū)，占大冶市土地資源的67.02%，主要分布在大冶市的北部、西部、東部大部分地區(qū)；其次分布較多的是城鎮(zhèn)建設(shè)的低等級(jí)土地資源，占大冶市土地資源的13.91%，主要分布在大冶市的南部大部分地區(qū)。

4.3 大冶市農(nóng)業(yè)功能指向土地資源等級(jí)和城鎮(zhèn)建設(shè)的土地資源等級(jí)在空間分布上呈現(xiàn)較高的一致性，等級(jí)較高的主要分布在大冶市的北部、西部、東部大部分地區(qū)，等級(jí)較低的主要分布在大冶市的南部大部分地區(qū)。