基于GIS的桂林市罗汉果种植土地适宜性评价

贾艳红，谢明翅

(广西师范大学 a.环境与资源学院，b.可持续发展创新研究院，广西 桂林 541006)

被誉为“神仙果”的罗汉果(Siraitiagrosvenorii)在我国湖南、广东、广西和贵州等地均有种植，但以广西桂林为主产地。罗汉果在桂林已有近三百年的种植历史，是广西桂林代表性土特产之一[1]。随着“十九大”乡村振兴战略的实施，农产品“质量增优”需求增加，为了科学合理规划农产品种植区域，促进农业产业持续向好发展，针对农产品种植适宜性条件的研究工作逐渐增多。将地理信息系统(GIS)技术与传统评价方法有机结合，对农产品种植地进行生境评价，已成为农产品种植适宜性评价研究的有效途径。陈涛和徐瑶[2]利用RS和GIS技术建立综合评价模型评定四川区域生态环境综合等级。谢国雪等[3]通过选取影响农作物种植适宜性因子，采用GIS和层次分析法对广西崇左市江州区甘蔗种植地进行了适宜性评价。曾钦文等[4]在GIS技术支持下，采用层次分析法和加权指数求和法，构建评价指标体系，对广东省河源市猕猴桃种植土地进行了评价。此外，也出现了针对柑橘、玉米和茉莉花等作物种植适宜性的评价，根据评价结果将作物种植适宜性划分为不同等级，为调整农业产业布局提供了科学依据[5-7]。截至目前，国内外学者对罗汉果种植的土地适宜性研究甚少，多数为罗汉果种植现状的调查与分析，如宁锦嵩[8]调查了罗汉果野生资源现状，提出相应的保护建议。在罗汉果生态适宜性研究方面，魏小琴等[9]采用药用植物全球产地生态适宜性信息系统分析罗汉果全球产地生态适宜性。以往学者的研究尺度较广，对局部尤其是县域尺度的罗汉果种植的指导作用有限。为更加科学合理地规划桂林罗汉果种植区域，使桂林罗汉果产业持续向好发展，本研究结合罗汉果种植的自然属性指标，综合地形和土壤环境要素，借助GIS平台对桂林罗汉果种植土地适宜性进行评价，以期为进一步扩大罗汉果种植面积和提高种植品质提供科学依据。

1 方 法

1.1 研究区概况

桂林市为广西壮族自治区地级市，地处109°36′50″—111°29′30″E，24°15′23″—26°23′30″N，下辖6个区11个县(市)(图1)。北接湖南省，西南临靠柳州市，东至贺州市。桂林市位于南岭山系西南部，地处湘桂走廊南端，以中山、低中山地形为主，西部、北部及东南部高，中部较低。纬度较低，属亚热带季风气候，热量丰富，无霜期长，光照充足，夏长冬短。土壤类型属红壤土带，以红壤为主。森林资源丰富，森林覆盖率70.91%，各县森林覆盖率达55.30%～78.80%。

1.2 数据来源

地形数据下载自地理空间数据云(http://www.gscloud.cn/)平台中的ASTER GDEM 30 m分辨率数字高程数据，并利用ArcGIS软件完成拼接。研究区行政区划矢量数据下载自全国地理信息资源目录服务系统(http://www.webmap.cn/)，并转换坐标系。研究区土壤质地、土壤类型以及土壤侵蚀度数据来自于中国科学院资源环境科学与数据中心(http://www.resdc.cn/)。利用研究区行政区划矢量数据对数字高程数据、土壤质地、土壤类型以及土壤侵蚀度数据进行配准及研究区范围提取，利用研究区DEM数据获取坡度与坡向数据。

1.3 研究方法

1.3.1 评价因子选取

通过实地调研获取桂林市罗汉果种植适宜性条件资料，并通过文献检索查阅罗汉果相关背景资料。考虑到评价因子的相关性与稳定性及各因子数据的可获得性[10]，选取海拔、坡度、坡向、土壤质地、土壤类型、土壤侵蚀度与土壤酸碱度作为评价因子。经采样分析得知，桂林市各地土壤pH差别较小，平均值为6.06，标准差为0.032。因此，最终选取海拔、坡度、坡向、土壤质地、土壤类型与土壤侵蚀度为桂林市罗汉果种植土地适宜性评价因子。

1.3.2 层次分析法

考虑到各因子对罗汉果种植的土地适宜性影响程度不同，需要确定各因子权重。采用AHP层次分析法[11-13]通过建立层次结构、成对比较构建判断矩阵、对权重进行单排序、总排序及一致性检验，最终确定各评价因子权重[14]。在层次分析法确定权重过程中，聘请从事植物生态与植物地理、国土资源与区域发展等研究领域的教授及桂林市罗汉果专业种植人员30余人对各评价因子重要性进行打分。根据专家打分结果构建判断矩阵，利用和积法进行归一化处理，获得特征向量值(CW)，并计算最大特征根(λmax)。为避免由于主观判断造成的前后矛盾，需要对判断矩阵进行一致性检验。将一致性指标(IC)与随机一致性指标(IR)进行比较，计算一致性比率RC=IC/IR，若计算得到非负数RC<0.1，该判断矩阵满足一致性检验，计算所得具有一致性，可作为权向量用于表示指标权重；否则，未通过一致性检验，不可作为指标权向量，需重新构造判断矩阵。

1.3.3 评价体系建构

在确定各评价因子权重值后，应对各参评因子的影响程度进行分级，确定各参评因子的极限临界值及中间值，据此划分土地适宜性等级[15]。结合于浩然等[16]、温庆元[17]、石天广[18]的研究，并参考罗汉果种植产业园技术人员经验，根据桂林市实际土壤性质和立地条件，对海拔、坡度、坡向、土壤质地、土壤类型及土壤侵蚀度6个因子进行等级划分(表1)。

表1 桂林市罗汉果种植土地适宜性评价因子评分标准

根据联合国粮农组织的《土地评价纲要》中对特定用途的土地适宜性程度评价等级划分要求和桂林市罗汉果种植的自然条件[19]，将土地适宜性分为适宜、中度适宜和不适宜3个等级[20]，分级指标如表2所示。

表2 罗汉果种植土地适宜性分级标准

1.3.4 GIS空间分析法

利用ArcGIS软件对各参评因子进行可视化处理，得到海拔、坡度、坡向、土壤质地、土壤类型及土壤侵蚀度指标空间分布图。利用GIS加权叠加法并结合各评价因子评分标准与其权重，对罗汉果种植土地适宜性单评价因子的空间分布图进行叠置分析，并按照适宜性分级指标进行重分类，获得适宜性等级的综合评价结果，将其与桂林市行政区划矢量数据进行叠加。运用监督分类工具[21]将桂林遥感监测数据分为6大类，得到土地利用栅格数据并将其与评价结果进行运算，提取出水域及建设用地区域，获得桂林市各县区罗汉果种植土地适宜性等级分布图。

利用GIS空间统计工具对综合评价等级图内的栅格数据进行自然断点统计与分析，统计研究区内不同等级适宜种植罗汉果地区的地区，定量显示桂林市罗汉果种植土地适宜性各等级类型空间面域占比信息。

2 结果与分析

2.1 罗汉果种植土地适宜性评价因子空间分布

按表2所示各评价因子划分标准，利用ArcGIS软件进行重分类，得到海拔、坡度、坡向、土壤质地、土壤类型及土壤侵蚀度的空间分布图(图2)。

2.2 罗汉果种植土地适宜性评价因子权重确定

由层次分析法计算可知，最大特征根值λmax=6.20，一致性比率RC为0.03<0.1，结果表明，计算所得CW具有一致性，可作为权向量用于表示指标权重。最终确定海拔、坡度、坡向、土壤质地、土壤类型以及土壤侵蚀度权重值如表3所示。

表3 桂林市罗汉果种植土地适宜性评价指标及权重

2.3 罗汉果种植土地综合适宜性评价

经遥感数据提取得到2020年桂林市土地利用栅格数据如图3所示。通过GIS加权叠加可获得桂林市各县区罗汉果种植土地适宜性等级分布图(图4)。对图4内各等级区域进行统计分析可知各评价类型空间面域占比信息(表4)。结果显示，研究区域面积为27 798 km2，与桂林实际面积(27 809 km2)基本吻合。研究区内适宜种植罗汉果的地区约为9 767 km2，占总面积的35.13 %；中度适宜种植地区的面积约为9 634 km2，占比34.66 %；不适宜种植地区的面积较小，约为7 689 km2，占比27.66 %。水域及建设用地面积约708 km2，占2.55%。

表4 研究区罗汉果种植土地适宜性统计结果

整体上，桂林市约有2/3的地区可种植罗汉果，并可获得一定的经济效益。桂林市适宜种植罗汉果的县区为永福县和兴安县的大部分地区、龙胜各族自治县的西南部、灵川县的北部地区、荔浦市和全州县的西北部及平乐县的西南部地区；不适宜种植罗汉果的县区为桂林市区与阳朔县的大部分地区、全州县东部、灌阳县的西部以及资源县的西南部地区。

导致上述差异的原因主要是由罗汉果生态习性和种植区立地条件及土壤性质决定。阳朔县多为喀斯特地貌，土壤腐殖质含量较低，土壤侵蚀较为严重；全州县东南部与灌阳县西部多为海拔达1 000 m以上的山地；桂林市区为城区，土地利用类型多为城镇建设用地；在个别县区内分布的小斑块化土地——荔浦市中部地区，尽管海拔偏低，但土壤侵蚀较为严重，也不宜种植罗汉果。

3 结论与讨论

研究借助GIS技术，对桂林市罗汉果种植土地适宜性进行了评价。研究表明，桂林市罗汉果种植环境较好，种植土地以适宜和中度适宜为主。经实地调查核实和对比分析，各适宜区的划分符合当地实际[22]。针对不适宜种植罗汉果的地区，可考虑发展其他产业，使土地得到更合理的利用；对于罗汉果种植中度适宜地区，建议应开展相应土地工程，以培肥地力，提升土地质量；同时在适宜种植区，应完善现有罗汉果小镇等种植园区，创新种植技术和生产模式，发展罗汉果深加工，延长产业链，增强辐射带动作用，打造桂林市优势突出和特色鲜明的罗汉果产业。本研究可为桂林市罗汉果种植产业土地利用合理规划与开发提供技术支持，进而完善桂林市罗汉果种植标准体系，为桂林市罗汉果种植区划及其可持续发展提供科学依据。

据后期实地调查对比发现，罗汉果产出质量还受到小气候类型影响[23]，其销售产业也同社会、经济及交通等条件密切相关。种植适宜性评价是一个动态变化的过程。因此，应更加重视动态化研究和监督，在后续研究中，将致力于完善现有评价指标体系，加强对桂林市罗汉果种植区进行实时调研与监测，注重罗汉果种植动态科学管理，为提高桂林市罗汉果种植品质提供更为准确的科学依据。