黔东玉屏县山区土地质量等级评价方法研究

吴 勇，钟雪梅，李友谟

(桂林理工大学地球科学学院，广西 桂林 541004)

土地资源作为不可再生能源一直广受社会重视，伴随着社会经济发展和生产用地需求日益加大，人们不再满足于土地面积上的广，而更重视土地质量的优。因此将山区土地质量进行等级评价划分，对土地管理和经济发展具有积极的作用。对于土地的质量等级评价在国内外一直都是关注的热点，我国虽然起步晚但是成果多，以往成果主要在城镇土地质量等级划分，而山区土地质量等级划分较少。自FAO(联合国粮食及农业组织)1976年颁布了《土地评价纲要》起，国外土地质量评价进入全球合作统一框架里程[2]，随着遥感技术和3S技术的广泛应用土地质量评价进入了整体量化阶段，评价的结果也越来越客观有效。

黔东的玉屏侗族自治县是一个以山地丘陵为主的农业大县，山区农田伴随着河谷分割而出现立体化的种植结构。山区土地的坡度和坡向，直接影响了太阳光照对种植区域的时间和强度。现阶段分级管理的基本农田保护只是进行了基本的定性划定，土地的质量要求并没有得到保证[1]，文通过提取山区土地坡度、坡向数据，利用GIS的空间分析功能，为山区土地质量等级评价提供了定性定量的信息，对研究区合理利用土地资源有一定的参考应用价值。

1 研究区概况

贵州玉屏侗族自治县是全国五个侗族自治县之一，素有“黔东门户”称谓。位于北纬27°7/～27°31′，东经108°47′～109°09′之间(图1)。土地总面积504.61km2，东西宽36km，南北长42km。境内土类主要为黄壤、石灰土、红壤、紫色土、潮土和水稻土六类。受地形地貌和成土母质影响，区域内土壤区域具有水平分带和垂直特征。研究区位于贵州高原东部，境内西高东低，处于扬子准地台和华南褶皱带过渡区域，伴随北西发育的张节理和裂隙在地表附近发育成溶蚀沟谷[3]，研究区属于亚热带季风性湿润气候，年平均气温16.5摄氏度，年降雨量1170.4mm，年日照时数1200h，冬无严寒，夏无酷暑。境内多重晶石铅锌矿。

贵州省坡耕地主要集中在6°～25°之间，合理利用此类耕地成为贵州农业开发的最优选择。铜仁市坡耕地(6°～25°)占总耕地的6成以上[4]，研究区全县土地利用主要集中在耕地、草地和林地三个方面，面积分别为11980.71km2、15957.00km2和20135.79km2，分别占总面积的23.74%、31.62%、39.90%[5]。基于耕地紧张且坡度问题日益严峻，因此通过山区土地质量等级评价指导坡耕地分级分区发展成为可行手段。

图1 玉屏县地形图

2 山区土地质量评价方法

研究区所用地形数据来自于中国科学院地理空间数据云的GDEMDEM 30M 分辨率数字高程数据，使用ArcGIS软件进行坡向、坡度地形因子提取。利用重分类工具进行区域栅栏图像赋值，经过权重系数叠加后利用栅格计算器得到山区土地质量等级栅格图像。

对山区进行土地质量等级评价因子选择因考虑易获取性原则，通常由于独特的地理结构限制，一般采用遥感图像解译分析来获取质量等级评价因子。采用的评价因子[6]应满足以下原则：①客观可行。选取因子因科学客观，能客观真实反应其对整体评价的影响。②稳定性。指标不能在评价服务年限发生较大变化，因具有实用价值。③可比性原则。评价因子因考虑在空间分布上具有可比性和时效性。研究区质量评价因子选取了坡向和坡度为评价因子却没有选择海拔，主要因为山地内坡度越大地块平整度越差，但是和海拔之间没有明显的联系，有的地区海拔达到600m，但仍属土地平整的平坝且适合农业耕作。坡度也与农用地等级存在着一定的相关性，随着地形从平坝转向丘陵和横断山区，坡度不断增大，农用地等级也随着由高转低[7]。云南省山区粮食产量与坡度与坡向呈显著相关性，对粮食产量具有显著的负向影响[8]。

2.1 山区质量等级评量模型

将坡向、坡度指标数据进行五分赋值，将指标因子代入综合指标模型并通过权重系数分配，得到的加权叠加值反映了山区土地质量等级评价分值。公式1如下：

公式中：P为山区土地质量评价分值；n为评价指标个数；i为评价项目；bi为第i个指标的量化分值；wi为第i个指标权重。

2.2 耕地坡向的评量指标

坡向影响植物的日照时间，研究区属于亚热带季风气候，坡向的北面较南面日照时间变少，受阳光辐射也相对较少。将耕地坡向按照坡度分为北(0°～22.5°、337.5°～360°)、西北(292.5°～337.5°)和东北(22.5°～67.5°)、东(67.5°～112.5°)和西(247.5°～292.5°)、西南(202.5°～247.5°)和东南(112.5°～157.5°)、南(157.5°～202.5°)，量化分值为1、2、3、4、5。

2.3 耕地坡度的评价指标

在重庆地区的土壤质量研究评价指标中，坡度与pH相关性[9]显著(P<0.005)，坡度可以在一定程度上作为衡量土壤理化指标的替代。坡度是山区水土流失的直接原因，可以通过土壤侵蚀降低表层土壤厚度导致土壤肥力下降[10]。伴随着坡度的增大，水土流失和土壤侵蚀强度和发生率也随之显著变大[11]，其通过局部地表倾斜程度改变从而影响地表对日照能力的转换，制约了生产力布局[12]。

根据《GBT28407-2012农用地质量等级分等规程》对于山地丘陵地区坡度的分类，将山地的坡度分为陡坡(≥25°)、急坡(15°～25°)、漫坡(6°～15°)、缓坡(2°～6°)、≤2°，量化分值为1、2、3、4、5。

2.4 指标权重选择及分级标准

确定指标权重的方法主要有因素法、层次分析法、主成分分析法、熵权法和专家推荐法，本次参与评价指标较少，采用专家推荐。权重选择参考同山区地形地区[13]，坡向和坡度的权重为0.35和0.65。坡度和坡向的分级标准见表1。

山地质量等级按照分值分为不宜区域、一般区域和最佳区域，其分值分别为0～3、3～4、4～5。

表1 指标分级标准

3 山区土地质量等级评价分析

3.1 玉屏县土地坡向特征

通过ArcGIS的Spatial Analyst工具对DEM(数字高程模型)图重分类后得到坡向图2。坡向是相对于平地任何一点的最大高程变化方位，坡向值为0°则表示为正北方位角，按顺时针方向360°定性划分方位角[14]。

图2 玉屏县土地坡向图

3.2 玉屏县土地坡度特征

通过ArcGIS对DEM(数字高程模型)图重分类后得到坡向图3。坡度是过该点的切平面与水平地面的夹角，指示着该点倾斜程度。本地区属于云贵高原东延过渡区域，由坡度图可以看出坡度<2°的地块零星分布于全县且受舞阳河水流动力切割控制基本形状。大部分区域属于漫坡和急陡坡。

3.3 玉屏县山地质量等级评价

按照上述土地的坡向和坡度指标分值，建议对玉屏县山地划分为三类等级

(1)不宜区域：土地的坡向和坡度指标分值为0～3分，此类区域在研究区分布广泛，占土地面积的45%。坡度较大且多呈南面。植被覆盖度小，生态环境较敏感。因注意其土壤质量退化引起的石漠化问题。对此类地势起伏较大且光照时间较差区域应本着生态环境保护的原则适度开发利用，建议实行退耕还林还草。

(2)一般区域：其土地的坡向和坡度指标分值为3～4分，此类区域约占半数，广泛分布于全县。属于不宜区域与最佳区域的过渡地区。此类地区满足日照要求，土地平整度较低，人口密度相对较大。但由于经济发展造成的建设用地紧张和农业集约化生产将用地需求主要投向该区域。将来本区域工作的重点应以提升耕地平整度为主农业化发展为抓手，促进高标准基本农田农田建设和产业基地建设落地。

图3 玉屏县土地坡度图

(3)最佳区域：其土地的坡向和坡度指标分值为4～5分，此类区域占比较小为8%，零星分布于各乡镇。地形相对平坦且日照适合农业生产，区域内交通和水利基础建设发达，适合以此类用地作为高标准基本农田建设示范区域，大力发展绿色生态农业。但需注意坡度较缓地区可能由于水分排泄不畅造成的土地次生盐化[15]。

从图4中栅格数据统计表明，不宜区域约占总面积的45%，一般区域约占总面积的47%，最佳区域约占总面积的8%。其中不宜区域主要分布于研究区西南部的新店乡及平溪镇，以及朱家厂镇的东部区域。一般区域广泛分布于全县的各区域，其中海拔相对较其它地方高的东北部同样也是该县的水稻种植主产区。最佳区域位于亚鱼乡以及朱家厂镇的西南部，同样也是水稻种植优产区。

图4 玉屏县山地质量等级评价图

4 结论

玉屏县山区土地质量等级评价显示整体上适宜农业生产的区域较少，因此针对此次区划作出一定农业结构调整对当地环境保护和可持续发展具有意义。对于一般区域采取在合适坡度周围进行乔木、灌木与草结合的种植模式，防治水土流失。对于不宜区域因警惕因坡度较大带来的次生山地石漠化，多进行低矮草本植物和灌木的种植，力争建为生态恢复和水源涵养区。对于最佳区域因开发与保护双结合，保护来之不易的优质土地资源。针对山区地区进行的土地质量等级评价，下阶段可以考虑将土壤理化性质和土壤重金属的加入建成一个评价的统计数据库，增加与同山地区域土地质量评价结果的横向比较，还可以通过大数据进行预测，避免因为山体地质灾害而导致的不确定性农业损失。