基于GIS的土地营养评价方法研究——以山东省东营市黄河三角洲地区为例

基于GIS的土地营养评价方法研究
——以山东省东营市黄河三角洲地区为例

罗传文1，殷晓伟1，倪春迪2*，梁 浩1，韩吉烨1，姜士辉1

(1.东北林业大学林学院，黑龙江哈尔滨 150040；2.黑龙江工程学院，黑龙江哈尔滨 150000)

摘要介绍了在GIS支持下的土地适宜性评价的基本原理与一般方法，以及GIS在评价中的应用。并以山东省东营市黄河三角洲地区为研究区域，建立了土地评价方案进行分析。着重阐述了应用地理信息系统软件ArcGIS Desktop 9.2对研究区土地土壤成分(包括有机质、钾、盐的含量)进行的处理和分析。利用软件将原始点位数据生成面数据，再针对生成的数据进行裁剪、转换及综合分析等处理，对研究区土地资源的适宜性进行评价，为土地资源的合理开发利用提供科学根据。

关键词适宜性评价；评价因子；ArcGIS

中图分类号S127

基金项目国家林业公益性行业科研专项(201204715)；中央高校基本科研业务费专项(2572015BC19)。

作者简介罗传文(1962-)，男，四川成都人，教授，从事3S技术与应用方面的研究。*

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

土地适宜性评价是利用相关的自然资源、经济与社会资源及技术数据对土地开展最佳利用或者特殊目的的土地利用评价。土地适应性评价不但可以科学地挖掘土地的生产潜力，而且能够有针对性地评价某种土地，揭示出土地适宜性的程度和未来改良利用的趋势，可见，土地适应性评价是土地利用总体规划的重要内容[1-2]。近年来，我国为使土地资源得到合理利用，确保土地适宜性评价的准确性和科学性，应用了很多先进的技术，如计算机技术、地理信息系统技术、遥感技术及全球卫星定位技术等，使得我国的土地适宜性评价工作在各地市都获得了较快的发展[3-4]。笔者以山东省东营市黄河三角洲地区的土地适宜性评价为例，利用ArcGIS Desktop 9.2软件对获得的数据进行初步处理。

1 数据来源及处理软件

1.1获取数据数据是GIS最基本和最重要的组成部分，利用GIS进行土地营养性评价工作首先要准备好一些必需的数据，如现状图、土壤图、地貌图、坡度图等图纸或者相关的文字资料，并将整理获得的数据输入电脑中供给GIS分析调用。图1为获得的原始点属性表数据。

图1　原始点属性数据

1.2处理软件ArcGIS Desktop是ArcGIS Family的桌面端软件产品，ArcGIS Desktop可以实现任何从简单到复杂的GIS任务，包括制图、地理分析、数据编辑、数据管理、可视化和空间处理等。它包括：①ArcView。提供复杂的制图、数据使用、分析以及简单的数据编辑和空间处理工具。②ArcEditor。除了包括ArcView中的所有功能之外，还包括对Shape file和Geo database的高级编辑功能。③ArcInfo。它扩展了ArcView和ArcEditor的高级空间处理功能，还包括传统的ArcInfo Workstation应用程序(Arc，ArcPlot，ArcEdit，AML等)。它们常用的应用程序有ArcMap和ArcCatalog。 ArcMap是ArcGIS Desktop中1个主要的应用程序，具有基于地图的所有功能，包括地图制图、数据分析和编辑等。它提供2种类型的地图视图，即数据视图和版面视图。在数据视图中，可以对图层进行符号化、分析和编辑GIS数据集；在版面视图中，可以进行地图出图排版、添加地图元素，比如比例尺、图例、指北针等[5-6]。ArcCatalog用来组织、管理和使用GIS数据，同时也使用标准化的元数据来描述数据。

2方法及操作步骤

2.1单因素评价层的生成即进行各因子适宜度的确定及各单元因素适宜性的评价。

2.2矢量点数据的生成 打开ArcMap软件环境，应用菜单栏中Tools中的Add XY Data，添加图1中的数据即生成矢量点数据(图2)。

图2　山东省东营市黄河三角洲点数据图

2.3生成单因素图层利用ArcGIS地统计分析模块(Geo statistical Analyst)中的地统计分析向导(Geo statistical Wizard)功能，选择克里格方法(Kriging)进行克里格插值。统计分析的重点是分析采样获得的数据、对采样区地理特征的认识选择合适的空间内插方法创建表面。克里格方法是将未知样点有限临域内的若干已知样本点数据，在考虑了样本点的形状、大小和空间方位与未知样点的相互空间位置关系以及变异函数提供的结构信息之后，对未知样点进行线性无偏最优估计[7-9]。

2.4边界的裁剪用已确定的边界数据(图3)来裁剪各个单因素图层。利用工具箱内空间分析中的裁切功能，确定每个图层的边界。

图3　山东省东营市黄河三角洲边界数据图

2.5数据格式的转换 以grid格式进行栅格地图代数运算， 首先GIS中的单因子矢量图层就要转化为grid格式。在矢量图层向栅格图层转换时，需确定数据精度、评价结果要求、磁盘容量、期望的响应时间等诸方面的因素以便确定栅格单元尺寸，确保各参评因子层栅格尺寸保持一致。

利用空间分析数据转换的功能，将裁剪好的矢量数据转换为栅格数据(图4～6)。

图4　山东省东营市黄河三角洲钾元素栅格数据图

图5　山东省东营市黄河三角洲含盐量栅格数据图

图6　山东省东营市黄河三角洲有机物含量栅格数据图

3结果与分析

3.1 权重的确定运用层次分析法来确定评价因子的权重。将问题元素分解成目标、准则、方案等层次在此基础上进行定性和定量分析决策。该做法是在对复杂决策问题的本质、影响因素及其内在关系等进行深入分析的基础上，利用较少的定量信息使决策的思维过程数字化，从而为多目标、多准则或无结构特性的复杂决策问题提供简便的决策方法，利于土地利用规划协同决策[11-13]。该研究运算后结果：钾的权重为0.170，盐的权重为0.462，有机物的权重为0.116，高程(图7)的权重为0.250。

图7　山东省东营市黄河三角洲高程栅格数据图

图8　山东省东营市黄河三角洲土地适宜性分析结果

3.2 评价因子的加权综合利用栅格计算器运算符及函数完成数学运算、设置选择查询或键入地图代数语句。输入数据以格网数据集、栅格图层、shape文件、coverage、表格、常数或数字为主。运用栅格计算器将各个已乘权重的要素因子层叠加，得到最后的分析结果(图8)。结果显示，山东省东营市黄河三角洲地区南部地区土地适宜性较高，土壤肥沃，适宜农林等经济作物种植；中部地区土地营养性较差，土壤贫瘠，应该加强土壤治理和改造；北部地区土地适宜性中等，土壤状况一般，应该加强土地改良和维护，防治土地养分流失，土壤恶化。

4结论与讨论

该研究利用ArcGIS Desktop 9.2软件的地统计分析模块中地统计分析向导功能生成了有机物、钾和盐含量这3个数据层，之后裁剪出边界，再利用空间分析模块的栅格计算器分析出适宜性评价图，运用多种因素数据自动叠加处理，自动生成评价结果对研究区内土地进行了土地适宜性评价。该研究的创新意义在于：一方面利用ArcGIS Desktop 9.2软件的地统计分析模块中的统计分析向导功能，生成了有机物、钾和盐含量这3个数据层；另一方面根据有机质和无机离子含量对土地功能进行区划。

土地适宜性评价涉及多学科以及庞大的数据，而数据的处理方法也会相应变化。该研究选取的适宜性评价因子不多，并且主要侧重于土地的自然属性，而几乎没有考虑分析社会因素，所以土地适宜性评价方法研究并不深入，因此为了使该研究工作更加精确、更具备应用性和指导性，其研究深度还有待进一步加深[14]。

以地理信息系统为平台的山东省东营市黄河三角洲适宜性评价实际上是以多学科为载体的多信息的综合表达。因此，研究区土地适宜性的评价结果具有一定的科学性，可为土地资源的管理利用提供一定的参考。

参考文献

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