基于AHP+ArcGIS 县域内党参栽培适宜性区划*

陈玉玲，谢爱萍

（甘肃林业职业技术学院，甘肃 天水 741020）

党 参[Codonopsis pilosula（Franch.）Nannf.]为 传统中草药，桔梗科党参属，多年生草本植物，主要药用价值为根部，具有养血生津、健脾益肺等功效，在中药处方中广泛使用，为常用大宗药材。目前，市场供应党参主要为栽培品种，产地主要分布在我国西北和西南地区[1]。党参以根条粗长、气味香甜、皮细肉紧、质柔润为佳，市场对党参的品质主要通过根部粗度和长度评价[2-3]，而且品质的优劣对农民的经济收入影响较大，所以，如何选择适宜地块栽培出高品质的党参，对每一个党参种植者尤为重要。以往研究是大范围研究，精细程度不够，在小区域内，由于受地形、土壤等小环境因素的影响，地块的种植适宜性也存在较大差异。所以，研究精准到每一农户的每个地块，对栽培出高品质的药材是很重要的。借助地理信息系统（GIS）和多层次分析法（AHP）以地块为基本单元展开研究，能够科学评估每个地块党参生长的适宜性，为农民选地、种植党参提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

甘谷县隶属甘肃省天水市，地处104°58′～105°31′E，34°31′～35°03′N，海拔1 220～2 716.9 m，全县可耕作土地面积841.76 km2。县域全境渭河自西向东横穿，形成南北两山，中间河谷，地表沟谷密布，地形破碎，属陇中黄土丘陵区。气候属北温带，大陆性季风气候，年平均日照2 350 h，年日照率50%；年平均气温11.5 ℃，活动积温3 000～3 350 ℃，极端最低气温为-19.2 ℃，无霜期190 d 左右；年平均降水量478.1 mm，平均变化率14%，综合条件适宜党参生长。

1.2 数据来源

地形数据来自地理空间数据云GDEMV2 30M分辨率数字高程数据，地块数据为2016 年甘谷县农村土地承包经营权确权登记数据库，土壤数据来自县农业局土壤调查数据，党参栽植样本数据来自2019 年、2020 年野外实地调查。

1.3 研究方法

（1）评价方法的选取。党参产量的高低及品质的好坏与生长环境密切相关，一般由光、温、水、肥等因素决定。适宜性评价模型通常有Maxent、层次分析法（AHP）、CLIMEX 模型和GAM 模型等。Maxent模型需要自然条件下优质植物的较多分布点，本研究区党参都进行施肥，样本缺乏自然状态，预测结果误差大，而AHP 法是根据植物生长的适宜性因素进行评价，不需要样本，准确性也较高［4-5］。通过分析对党参生长的光、温、水、肥条件产生影响的环境因素，确定坡向、坡度、海拔、地块类型（平地、坡地）、土壤有机质、质地、厚度、pH 等为生长适宜性评价的影响因子，建立敏感度等级体系，采用AHP 法，确定党参生长适宜性影响因子的权重值，利用GIS 技术进行空间分析，因子加权叠置综合分析，将甘谷县党参适宜栽培区分为高适宜区、适宜区、低适宜区和不适宜区4 个等级。最后，与实地栽培的党参调查数据进行比较，验证结果在研究区党参生长适宜性区划的准确性。

（2）评价因子及其分级。县域范围内，受地形坡向、坡度、海拔、地块类型和土壤条件等影响，露地栽培党参光照、温度、降水和土壤条件存在差异性。党参喜凉爽温湿气候，成苗虽喜阳，但光不能太强，所以，半阴半阳坡更适宜生长；高温对党参生长不利，一般海拔1 700～3 000 m 的高山地区更适宜生长；党参喜水又不耐涝，一般要求年降水量500～650 mm适宜区。本区域为半干旱地区，保水能力强也是重要因素。党参适宜在土质疏松、土层深厚、有机质高、pH 为6.5～7.0 最佳[6]。根据以上分析，结合党参栽培专家咨询，建立对光、温、水、肥因素影响的二级因子敏感度等级体系（表1）。

表1 甘谷县党参生长适宜性因子类别及等级体系

（3）AHP 法确定影响因子的权值。将党参生长的光、温、水、肥因素作为一级影响因子，对其一级影响因子产生作用的坡向、坡度、海拔、地块类型、厚度、有机质、质地、pH 等作为二级因子，依据因子层次关系，建立两级层次结构党参生长适宜性因子评估模型，根据当地党参栽培专家打分，采用AHP 法，确定单一准则下影响因子的相对重要性，计算各单一层次影响因子的权值，并对各层次计算结果进行检验，其单层次CR 均小于0.1，通过一致性检验，最后，根据层次结构计算各因子的总权重[7]，结果见表2。

表2 甘谷县党参生长适宜性因子权重表

（4）建立研究区党参生长适宜性区划GIS 数据库。根据研究区2016 年农村土地承包经营权确权调查数据，以地块为区划基本单元，在ArcGIS 平台建立党参生长适宜性评价区划数据库，选择保留权属、面积、地块类型等字段，添加评估二级因子得分字段；根据DEM 应用ArcGIS 3D 分析和空间分析获得坡度、坡向、海拔分级值，根据土壤调查数据，获得土壤的有机质、厚度、pH、质地分布图数据，统一坐标系统，利用ArcGIS 的空间连接和属性连接功能，将各因子分值赋值到区划单元。

（5）党参生长适宜性区划分级。应用因子加权叠置综合分析法，计算适宜性评价综合指数，计算公式为：

式中：F 为适宜性评价单元综合指数，Wi为第i项评价因子权重值，Xi为第i 项因子的等级值。

利用ArcGIS 在党参生长适宜性区划图层的属性表中添加综合评价指数F 字段，计算出各地块的F 值。根据计算结果，结合相关资料和规定，对甘谷县区党参生长适宜性指数进行综合评判，将其区划为四级，F≥8 为高适宜区，6≤F＜8 为适宜区，3＜F＜6为低适宜区，F≤3 为不适宜区[7]，然后生成区划图，如图1 所示。

图1 甘谷县党参生长适宜性区划图

2 结果与分析

甘谷县耕地总面积为84 072.47 hm2，党参种植高适宜区面积为24 323.20 hm2，适宜区面积为45 063.73 hm2，低适宜区面积为14 685.54 hm2，没有不适宜区，分别占地块总面积的28.93%、53.60%和17.47%。GIS 数据库可查询每一地块栽培党参的适宜程度，也可以查询每个地块的影响因子得分，据此改善环境条件，提高栽培质量。

2.1 研究区种植点调查数据对比分析

甘谷县党参种植历史悠久，栽培面积受市场影响变化较大。2019—2020 年实地调查，两年共调查样地154 块，主要调查地理位置、降水情况、施肥情况、鼢鼠危害、党参质量分级产量[8]，剔除2019 年降水不均衡地块13 块，施肥差异较大样本11 块，2020 年降水不均衡6 块，施肥差异较大样本9，形成有效样本115 块。对有效样本党参质量根据市场分为大、中、小三级[9]，扣除鼢鼠危害面积，分别计算产量，根据历年市场价格均值，计算每公倾的经济效益，将样地经济效益分为三级，每公顷7.5 万元以上的为高收益样地，每公顷在4.5 万～7.5 万元的为中收益样地，每公顷4.5 万元以下的为低收益样地。最后，根据位置将样地点位展绘在区划图上，结果汇总见表3。

表3 野外调查样点分布情况

通过表3 分析，高收益样点分布在高适宜区的占比为86.3%，中收益样点分布在适宜区的占比为73.5%，低收益样点分布在低适宜区的占比为80.0%，外业调查数据与区划结果基本吻合。

2.2 党参生长适宜性地域分析

通过地形与区划的叠置，甘谷县党参种植高适宜区主要分布在北山区海拔1 500～2 000 m 以内的半阳坡和半阳坡区域，海拔2 000～2 400 m 以上的土壤状况较好的阳坡区域；适宜区主要分布在南北山海拔2 000～2 400 m 以内的半阳坡、半阳坡和阴坡区域以及海拔1 500～2 000 m 以内阴坡和阳坡区域；低适宜区主要分布在海拔1 600 m 以下的山谷下部和渭河河谷、散渡河河谷地带，甘谷全境范围没有不适宜种植党参的耕地区域。

2.3 区划影响因子分析

从各区划影响因子及其等级透视分析表（表4）看出，研究区地形坡度在6°～25°，占耕地75.1%，其中高适宜区占23.33%，适宜区占39.31%，是选择栽培的坡度适合区间。坡向为阳坡地块占耕地面积的11.88%，其中，高适宜区为0，适宜区占6.43%，低适宜区占5.45%，所以，不建议在阳坡和山梁地块栽培党参。县区主要耕地海拔在2 000 m 以下占总耕地面积的98.14%，其中高适宜区占28.81%,适宜区占52.62%，低适宜区占16.71%。海拔在1 700 m 以下低适宜区占12.67%，主要分布在渭河两岸的川区，一般不推荐栽培党参。从土壤情况看，甘谷县主要在黄土丘陵区，土层厚度较厚，pH 差异小，均适宜党参栽培，但存在部分黏土和砾质土，不建议栽培，县区土壤有机质含量普遍较低，栽培党参的地块应加强施肥管理，尤其是有机肥。

表4 影响因子分级与适宜性种植区划的分布情况占比表

3 结语

应用AHP+ArcGIS 对县区党参栽培适宜性进行区划，通过成果与实地调查对比，数据基本吻合，分析结果基本符合客观事实，该方法具有一定的可行性。

基于GIS 的县区党参栽培适宜性区划成果可精准到每一个地块，为农民选地栽培党参提供科学依据，也可以根据栽培地块查询每个地块的影响因子得分，补齐弱项，为栽培管理提出建议。

AHP 法在影响因子选择、因子分值和权重等方面主观因素较强，在研究过程中，应选择多名党参栽培技术能手和专家参与分析，力求数据客观、准确，以获得正确的区划结果。