基于GIS的华北_辽南土地潜力区土地适宜性评价

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资 源 科 学
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以及流域等中 、小尺度的研究为主 ,特别是县域尺度 评价占据了主流 ,而宏观区域乃至全国范围的评价 研究则基本没有 《, 中国 1∶100 万土地资源图》仍然 是反映全国范围土地资源适宜性的唯一研究成果 。
20 世纪 80 年代以来 ,气候变化和人为因素对土地 资源施加了广泛而深刻的影响 ,而经济社会发展和 大规模生态建设等对土地利用方式的要求也发生了
施。
华南区 ,四川盆地长江中 下游区 ,云贵高原区 ,华北 辽南区 ,黄土高原区 ,东北 区 ,内蒙古半干旱区 ,西北 干旱区 ,青藏高原区
土地适 宜类
反映土地对农 、林 、牧三业的 生态适宜性 ,是在土地潜力 区的范围内依据土地对农林 牧业 生 产 的 适 宜 性 进 行 划 分。
宜农类 ,宜农林类 ,宜农牧 类 ,宜林牧类 ,宜农林牧 类 ,宜林类 , 宜牧类 , 不宜 类
我国在土地资源适宜性评价方面最重要的成就 是 20 世纪 80 年代初中国科学院自然资源综合考察 委员会编制的《中国 1∶100 万土地资源图》,该图集 是全国范围土地资源评价的代表性成果 ,详细反映 了我国 80 年代初期的土地资源适宜性 ,具有举足轻 重的地位[1 ,9 ,20] 。近年来 ,我国的土地资源评价研究 有很多新的发展和特点 ,取得了很多新成绩 ,针对特 定目 标 或 对 象 的 土 地 适 宜 性 评 价 得 到 了 更 快 发 展[2] ,但是区域土地适宜性评价研究方面 ,以县 、省
GIS 是本研究最基本的技术 ,用于对各种空间 数据进行管理 、分析和信息挖掘等 ,是空间分析技
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术 、数理统计和数学模型方法应用的基础平台 ; GIS 技术满足了主要研究过程的系统化和自动化 ,与传 统技术相比 ,其优势在于快速 、高效 、简便和准确等 。
基础数据包括两大类 (表 2) ,即评价因子基础 数据和评价过程辅助数据 。
表 2 研究所需的基础数据 Table 2 Essential database for the study
基础数据
数据介绍
评价因子 基础数据
气候类 ( ≥10 ℃积温) ,地形类 (坡度 、裸岩) ,灌排水 (水文与排水条件 、灌溉条件) ,土壤类 (土壤侵蚀 、土 层厚度 、土壤质地 、土壤盐碱化) , 植被类 ( 植被指 数) ;共 5 类 10 个指标 。
国际上 ,FAO 于 1976 年公布的《土地评价纲要》 是非常有影响力的土地适宜性评价方案 。其基本思
路是从土地的适宜性出发 ,按纲 、类 、亚类和单元四 级逐级评价 ,形成了比较完整的土地适宜性评价理 论体系 ,并且得到了广泛的应用[1 ,6～9] 。另外 ,美国 农业部土壤保持局的土地潜力分级方法 , FAO 的可 持续土地利用评价纲要和 AEZ 评价方法与模型 ,经 济合作发展组织与联合国环境发展署发展的 PSR 土地评价模型 , FAO 、UNDP、UNEP 和 World Bank 共 同研制的土地质量指标计划 ,UNDP 等国际组织提 出的生态系统方法 ,以及联合国提出并推动实施的 千年生态系统评价等都代表了土地评价研究的不断 发展[9～19] ,并在一定程度上促进了土地适宜性评价 的发展 。
空间分析技术是 GIS 技术的核心和灵魂 ,也是 GIS 区别于一般信息系统和 CAD 的主要标志之一 ; 本研究充分发挥矢量空间数据字段运算和栅格空间 数据地图代数运算的优势 ,基础数据准备与整理多 以矢量数据为主 ,而具体评价过程及评价结果则以 栅格数据为主 。
主要根据评价对象之间的相互关系 ,设计了“要 素数据”“、原则标准”与“分析技术”相结合 、逐级递 进为基本特征的评价技术流程 ,如图 1 。具体过程 基本都编写人机交互的 ARC Macro Language (AML)
29 卷第 4 期 2007 年 7 月
文章编号 :1007 - 7588 (2007) 04 - 0201 - 07
资 源 科 学 RESOURCES SCIENCE
Vol. 29 ,No. 4 Jul. ,2007
基于 GIS 的华北 - 辽南土地潜力区土地适宜性评价
侯西勇 ,岳燕珍 ,于贵瑞 ,何洪林
土地质 反映土地适宜类范围内土地 1 、2 、3 等宜农 ,1 、2 、3 等宜 量等 对农 、林 、牧三业的适宜程度 林和 1 、2 、3 等宜牧 ; 多宜
和生产潜力的高低程度 。 类据此排列组合
土地限 制型
按照限制因素种类及其强度 在土地质量等范围内的进一 步划分 ;同一土地限制型内 的土地具有相同的主要限制 因素 ,并要求相同的主要改 造措施 。
无限制 ,水文与排水条件 , 土壤盐碱化 ,有效土层厚 度 ,土壤质地 , 基岩裸露 , 地形坡度 ,土壤侵蚀 ,水 分 ,温度
土地资 基层分类单位 ,是一组具有较为一致的植被 、土壤及中等 源单位 地形 ,或经营管理与改造措施比较接近的土地 ,同时反映
土地的自然属性与社会属性 。
本研究基于栅格数据空间分析技术 ,基本空间 分析单元为 1km2 方格 ,因此每个 1km2 方格就相当 于分类系统中的“土地资源单位”;以“华北 - 辽南土 地潜力区”为案例区进行研究 ,所以核心的研究内容 包括“土地适宜类 - 土地质量等 - 土地限制型”3 级 分类系统 。所遵循的评价原则包括生态学原则 、因 地制宜原则 、综合性原则 、主导因素原则等 。强调土 地资源的生态 、经济 、社会三方面效益相统一 ;土地 的适宜性与土地利用方向一致 ,土地的限制性与土 地的改造 、保护措施一致 ,土地利用现状与土地最佳 利用方向相结合 ;评价结果既要通过自然地理多要 素特征反映土地质量 ,又要通过当时的社会经济状 况 ,即土地利用类型 ,反映土地质量 。 212 基础数据
南土地潜力区自然地理特征出发 ,确定评价因子质 量分等定级的标准 (表 3) ,并对各要素基础数据进 行融合与集成 ,得到 10 个因子质量分级的 1km2 分 辨率栅格数据集 。
表 3 评价因子质量分等定级标准 Table 3 Grading standards of land evaluation factors
(中国科学院地理科学与资源研究所 ,北京 100101)
摘 要 :以华北 - 辽南土地潜力区为案例区 ,研究了 GIS 技术支持下基于多要素空间数据进行土地适宜性评 价的方法与技术 ,评价对象包括土地限制因子 、土地限制型 、土地质量等和土地适宜类 。根据研究区的自然地理和 土地资源系统特征 ,选取气候 、地形 、灌排水 、土壤和植被等五大类 10 个指标为评价因子 ;应用基于栅格数据模型 的空间分析技术在 1km2 尺度建立评价因子基础数据库 ,并将评价原则用地图代数语言加以表达 ,形成了“要素数 据”“、原则标准”与“分析技术”相结合的 、逐级递进的评价技术流程 。案例区实证研究表明 :评价方法与技术切实 可行 ,高质量的基础数据 、合理的评价方法和有效的分析技术共同保证了评价过程的准确与高效 ;案例区的土地限 制因子以土壤质地 、水文与排水条件 、坡度和灌溉条件为主 ,而土地适宜类则以宜农类 、宜林牧类和宜农林牧类为 主。 关键词 :适宜性 ;限制因子 ;限制型 ;质量等 ;适宜类 ;华北 - 辽南土地潜力区
图 1 土地评价的技术流程 Fig11 Flow chart of land evaluation
程序来完成 ,以便于过程重复 、数据检验和错误查证 等 ,既提高了研究的效率 ,又保证了结果的科学性 。
3 土地限制型分析
311 土地限制因子质量分级 评价因子分级量化需要因地制宜 。从华北 - 辽
因子及其分级
因子及其分级
收稿日期 :2007 - 01 - 12 ;修订日期 :2007 - 03 - 30 基金项目 :中国博士后科学基金项目 ( 编号 : 20060390509) ; 国家杰出青年基金项目 ( 编号 : 30225012) ; 国家自然科学基金项目 ( 编号 : 3057034) 。 作者简介 :侯西勇 ,男 ,山东泰安人 ,博士后 ,从事 LUCC、土地资源评价 、水土保持等方面研究 。 E2mail :houxy @cern. ac. cn
显著的变化 ,因此 ,基于全国范围近期的多要素空间 数据对土地适宜性进行重新评价和再认识 ,其在实 践与研究方面的意义都是不言而喻的 。本文选择 《中国 1∶100 万土地资源图》中的华北 - 辽南土地潜 力区为例 ,进行实证研究 ,探索 GIS 技术支持下基于 多要素空间数据对宏观区域土地资源适宜性进行评 价的具体方法与技术等 。
评价过程 辅助数据
地貌类型 、土地利用 、SRTM2DEM、SPOT2VGT、1 ∶100 万土地资源图 、1∶100 万水系分布 、1∶100 万土壤类 型 、土壤剖面属性等 。
从案例区的自然地理和土地系统特征出发 ,因 地制宜 ,确定 10 个评价因子 。其中 , ≥10 ℃积温数 据直接来自于中国科学院地理科学与资源研究所中 国生态系统研究网络 ( CERN) 综合研究中心[21] ; 坡 度与土壤侵蚀 (沟壑密度) 由 SRTM2DEM[22] 计算得 到 ;裸岩与土壤盐碱化数据来自于中国科学院地理 科学与资源研究所资源环境科学数据中心的 2000 年 1km2 土地利用比例成分数据库 ; 水文与排水条 件 、土壤质地信息自 1∶100 万中国土地资源图数字 化数据中提取而得到 ;灌溉条件 (与水体的距离) 数 据由 1∶100 万水系数据计算得到 ;土层厚度数据由 1 ∶100 万土壤类型 、土壤剖面属性数据根据土壤代码 建立 关 联 而 得 到 ; 植 被 指 数 来 自 于 SPOT2VGT (http :ΠΠfree1vgt1vito1beΠ) 信息 ,是 2000 年 36 旬最大 值合成数据 ,空间分辨率为 1km2 。 213 评价技术
Land Resource Atlas of China
分类级别
说明
包括的类型
土地潜 力区
主要依据气候和水热条件划
分 ,反映区域间生产潜力对 比 ;同一区内具有大致相同 的土地生产潜力 ,包括适宜 的农作物 、牧草和林木的种 类 、组成 、熟制和产量 , 以及 主要 的 土 地 利 用 方 向 和 措
1 引言
土地是人类最基本的生产资料和最重要的劳动 对象 ,是自然与人文要素组成的自然历史综合体[1] 。 为农林牧业服务的土地适宜性评价一直是国内外土 地科学和土地资源评价研究的传统和主流之一[2] 。 土地适宜性评价主要是根据土地系统固有的生态条 件 ,评价其对某类土地利用方式的适宜程度和限制 特征 ,划分适宜等级 ,摸清土地资源的数量 、质量及 当前生产条件下土地生态系统的功能状况 ,明确限 制因素 、限制程度及改良措施 ,以便建立土地生态系 统的最佳结构[1 ,3] 。土地适宜性评价是土地潜力评 价的进一步发展 ,针对性与实用性都较强[1] ;在县域 开发与规划中 ,土地资源评价既是开发项目选择及 其可行性论证的依据 ,又是农业生产布局和土地利 用规划决策的基础[4] 。近年来 ,土地适宜性评价强 调了生态学和可持续发展的原则 ,发展成为土地生 态评价的重要内容 ,以及土地生态规划 、生态整治和 生态管理的重要基础 ,并逐渐促进了土地生态学的 发展[3 ,5] 。
2 研究方法
211 评价方法 《中国 1∶100 万土地资源图》确立了“土地潜力
区 - 土地适宜类 - 土地质量等 - 土地限制型 - 土地 资源单位”5 级分类系统 (表 1) ,本研究基本遵循这 一评价系统 ,并根据 GIS 技术的特点 ,在评价过程中 做出某些必要的调整 。
表 1 《中国 1∶100 万土地资源图》的 5 级分类系统 Table 1 The classification system of the 1∶1 000 000