衡阳县农业开发适宜性评价

罗改改，陆 禹

（1.湖南省第一测绘院，湖南 长沙 410118；2.国家林业和草原局 中南调查规划院，湖南 长沙 410014）

土地是有限的自然资源[1]，开发利用前有必要开展适宜性评价[2-3]。改革开放之初，土地开发适宜性评价并未得到重视，导致土地开发利用盲目而粗放[4]。人们开始反思土地开发利用机制，意识到适宜性评价的重要性[5]。农业开发适宜性是指土地资源适合农业开发、农作物生长的适宜程度[6-7]，直接影响农业发展成效[8]，关乎我国粮食安全。以往的研究思路主要有2种[9]，分别从农业生产活动特点和组成要素、区域空间功能性的角度进行评价，注重农业生产过程和农业发展空间结构，对于生态安全考虑较少[9-10]。2020年自然资源部印发了《资源环境承载力和国土空间开发适宜性评价指南（试行）》（以下简称《指南》），从环境承载力和土地资源的耦合关系进行农业开发适宜性评价[3]，强调生态安全和农业开发与环境的耦合关系，更多地从因地制宜和可持续发展的角度探讨农业开发适宜性[11]，符合生态文明建设要求。

衡阳县地处五岭上升和洞庭湖下陷的过渡地带，中部地势平坦，是重要的商品粮生产基地。“十四五”发展新时期，一方面要求农业高质量发展，保障粮食安全，另一方面生态文明建设上升到新高度。如何兼顾农业发展和生态保护是衡阳县实现持续高质量发展的前提，这需要科学评价土地资源的农业开发适宜性，为农业发展决策提供依据。

1 研究区概况

衡阳县地处衡阳市西北部、湘江中游，介于东经110°52′~112°45′，北纬26°52′~27°23′，总面积 25 5861.30 hm2。中部受蒸水冲积影响，地势平坦、土壤肥沃，东、西、北部属于丘陵地带，地形复杂，生物多样性丰富。气候为亚热带季风气候，严寒期短，夏热期长，四季分明，年降水量1 452 mm，年蒸发量 1 489.3 mm，年均气温 17.9 ℃。衡阳县水资源丰富，多年平均地表水总量为19.65×108m3，蒸水和武水分别为湘江的一级支流和二级支流，为农业发展提供了有利条件。全县属中亚热带常绿阔叶林区，植物种类达1 000多种，有珍稀动物340余种，动植物资源丰富。衡阳县地质灾害种类少但分布广，以滑坡崩塌为主。

2 数据与方法

2.1 数据来源及处理

《2014—2020年统计年鉴》来源于衡阳县统计局；2020年国土变更调查数据，耕地质量、土壤类型及厚度、水资源可利用量、地形地貌等数据来源于衡阳县自然资源局；地理国情数据和2020年遥感影像数据来源于湖南省第一测绘院；2020年林地变更数据来源于衡阳县林业局。

在Arcgis中以大地2000坐标系配准基础矢量数据，根据《指南》分等定级。

2.2 研究方法

2.2.1 评价指标体系及指标分级

从生态安全和土地开发环境两个方面构建农业开发适应性评价体系。生态安全包括生态重要性、生态敏感性、水资源可利用量和地质灾害易发程度4个测定指标，土地开发环境包括坡度、土层厚度、土壤质地、微观地貌和耕地质量5个测定指标。根据《指南》的分级标准对测定指标的农业开发适宜性进行分级并赋值[12]，不适宜、低度适宜、中度适宜、高度适宜和极度适宜分别赋值为1，3，5，7和9。

测定指标彼此独立而又存在一定关联，这是评价体系的基本原则，也是多角度评价目标对象的要求。在评价之前，应分析测定指标的相关性，确保测定指标符合选取原则。

2.2.2 评价指标计算方法

（1）生态重要性。根据分级条件筛选相应条件的图斑进行农业开发适宜性等级赋值。

（2）生态敏感性。分别计算水土流失敏感性(M1)和石漠化敏感性(M2)，各图斑的适宜性为二者中适宜程度低的。计算公式如下：

式中：R为降雨侵蚀力因子，K为土壤可蚀性因子，L为地形起伏度因子，C为植被覆盖因子；D为碳酸岩出露面积比例；P为坡度。

各计算因子分级赋值见表1。

表1 生态敏感性测算因子分级赋值表Table 1 Grading assignment table of ecological sensitivity factors

（3）水资源环境。利用水文分析将研究区划分为若干流域盆地，根据地表水、地下水资源可利用量计算各流域盆地的水资源的可利用量。计算公式如下：

式中：QZ为水资源可利用总量，Q1为地表水资源可利用量，Q2为浅层地下水资源可开采量，ρ为可开采量与地下水资源量的比值，Q3为渠系渗漏补给量，Q4为田间地表水灌溉入渗补给量。

（4）耕地质量。通过长期统计分析发现，耕地地块的生产力多处于区域平均水平的2倍以内。以平均耕地质量为参照，将生产力差异均分为5个层级，分别对应不同的适宜性。

（5）地质灾害易发程度、坡度、土层厚度、土壤质地和微观地貌，通过直接引用现有成果和参考相关研究[6,11]，对各测定指标进行适宜性分级。

2.2.3 空间主成分分析法

空间主成分分析法是利用降维的思想，采用GIS分析技术，将多个原始空间变量对应相应的矩阵，将空间变量的影响程度分配到相应主成分因子上，形成少数相互关联且可以反映原始指标总体特征的综合指标的统计分析方法[13]。与空间主成分分析法相比，《指南》提供的计算方法具有较多的层次性，但存在同一测定指标参与多层次运算的情况，可能对分析结果造成影响。空间主成分分析法中各测定指标处于同一运算层次，对结果的影响程度由测定指标自身空间特征决定，计算过程具有客观性。本研究采用空间主成分分析法，以总荷载85%为标准，计算农业开发适宜性。计算公式为：

式中：F为农业开发适宜性评价结果，Fi为第i个主成分，xi为第i个主成分的贡献率，i为主成分数量。

3 结果与分析

各测定指标的农业开发适宜性如图1所示，不同测定指标的适宜性存在类似的空间分布特征，即衡阳县中部、南部地势平坦，以河流冲积平原为主，东部、西部和北部以丘陵山地为主，地形起伏度大，地形地貌的差异造成了光、温、水、土资源分配不平衡，生态系统功能性差异明显以及基础设施建设程度不同等现状，进而影响农业开发适宜性程度。由此可知，地形地貌是造成衡阳市农业开发适宜性空间分异的主要原因。

图1 单因子农业开发适宜性评价Fig.1 Agricultural development suitability evaluation of single factor

表2所示为测定指标相关系数矩阵。由表2可见：测定指标之间的相关性均未达到显著与极显著相关，且相互之间相关性不等于0，表明测定指标选取合理。利用空间主成分分析法对测定指标进行分析，共选取5个空间主成分，形成综合农业开发适宜性空间分布结果，总荷载高达87.005%，表明结果能够反映原始测定指标87.005%的空间特征，具有良好的可信度。

表2 测定指标相关系数矩阵Table 2 The correlation coefficient matrix of indexes

衡阳县农业开发适宜性评价结果见表3。农业开发适宜性受地形影响显著，极度适宜区和高度适宜区主要分布在中部和南部地势平坦的蒸水冲积平原，地形起伏度小，生态敏感性低，水土资源丰富，地质灾害易发程度低，耕地质量好。该区是衡阳县农业生产的核心区，长期农业发展建设已形成完善的基础设施，是衡阳县作为“农业大县”的基础。中度适宜区和低度适宜区主要位于西北部平原—丘陵地带，属于蒸水中游两侧，地势相对平缓，坡度多在10°~20°，土壤较肥沃，生态敏感性和地质灾害易发程度中等，适宜以梯田的形式开展农业生产。不适宜区主要位于东部和西部，属于丘陵山地地形地貌，坡度较陡，森林景观丰富，分布有大面积的自然保护地，是衡阳县重要的生态源地，具有较高的生态保护价值。该区应以生态保护为主，可结合乡村振兴在自然保护地之外发展生态农业和林下经济。

表3 农业开发适宜性面积统计表Table 3 Area statistical table of the suitability of agricultural development

从农业开发适宜性涉及的乡镇来看（图2），渣江镇、台源镇、栏垅乡、长安乡、西渡镇、樟树乡、板市乡和岘山镇是衡阳县农业发展的重点乡镇，建议以蒸水为主轴，联动沿线乡镇发展高新生态农业，打造衡阳县的重点农业发展带。同时，农业开发适宜性中等及以上的区域主要分布在蒸水两侧，表明蒸水对农业发展有重要影响。但蒸水的生态保护地位明显，农业生产应结合蒸水沿岸生态保护开展，可建设林带降低农业生产干扰，防治农业污染。

图2 农业开发适宜性空间分布图Fig.2 Spatial distribution map of agricultural development suitability

4 结论

（1）从生态安全和土地开发环境的角度选取9个测定指标，构建了农业开发适宜性评价体系，评价衡阳县的农业开发适宜性，突出了生态保护对农业开发适宜性的影响。

（2）评价结果明显反映出生态区位的空间分异特征，农业开发适宜性较低的地区位于东部、西南部和北部，其生态重要性和生态敏感性高，水资源可利用量相对较少，地质灾害易发程度高，这与衡阳县农业发展特征是一致的，表明利用空间主成分分析法基于生态安全和土地开发环境测定指标分析农业开发适宜性是合理有效的。

（3）衡阳县农业开发适宜性存在明显的空间分布特征，总体中部、南部农业开发适宜性高，东部、西南部和北部农业开发适宜性低。极度适宜区和高度适宜区主要集中连片地分布在中部和南部，是衡阳县农业发展的核心区域。中度适宜区集中分布在东南部湘江北侧和西部，主要受土地开发利用条件的限制。低适宜区和不适宜区主要集中分布在东部、西南部和北部3个区域。总体来看，衡阳县农业开发适宜性良好。

（4）地形地貌是造成衡阳县农业开发适宜性空间分异的根本原因。地形地貌的空间分异，造成了各影响因子在空间上差异显著，进而影响农业开发适宜性空间分布。水资源也是影响农业开发适宜性的重要因素。蒸水两侧区域的农业开发适宜性较高，极度适宜区和高度适宜区集中连片分布，为农业发展提供了良好基础。但从本质上看，蒸水流域的水资源空间分配同样是地形地貌影响的结果。