基于GIS的黄山市屯溪区耕地地力评价研究

徐兵兵,何 方,邓新文,凌彬青

（1.安徽农业大学，安徽 合肥 230036；2.屯溪区农技推广中心，安徽 黄山 245000）

0 引 言

在黄山市旅游业快速发展之际，其农业生产也备受注重。通过研究分析耕地地力等级，可以因地制宜来发展当地农业生产，从而对优化农业种植布局起到引导作用，进而提高屯溪区的农业效益。对屯溪区的耕地地力进行的评价具有重要的意义，主要表现为：一是掌握该区的耕地地力的空间分布情况及生产的潜力；二是探索适宜山区的耕地地力评价模型，让评价结果更为精确，从而保证科学化的施肥；三是可以指导当地种植业结构的调整。

本文采用2012年的土壤调查分析数据，利用ArcGIS和县域耕地资源管理系统软件相结合，对耕地地力与养分状况进行综合性分析研究，针对屯溪区建立适宜山地的评价模型，通过层次分析法评价耕地地力等级情况，其结果用图表形式表达，从而更为直观地显示地力及养分状况的分布特点,为耕地的科学管理提供指导依据。

1 研究区概况

屯溪区是黄山市的中心城区，该区位于新安江上游与横江交汇处的徽州盆地南部，总面积249平方公里，耕地面积约2.40万亩。其农业生产主要种植的作物有水稻、油菜，其它作物有玉米、花生、芝麻、薯类、豆类、蔬菜及茶叶等，各种作物丰富了屯溪区的农业与自然景观相协调的格局。

2 评价分析方法

2.1 评价分析的调查方法

依据屯溪区的实际情况，该耕地地力评价调查样点的布设采取了如下原则。

1.代表性原则

本次调查的特点是在第二次土壤普查的基础上，结合不同土壤类型、土地利用方式以及土壤肥力和生产力的变化状况，具有代表性和分布均匀性。

2.典型性原则

样品的采集和调查必须能够正确反映样点的土壤肥力变化和土地利用方式的变化。因此，采样点必须布设在利用方式相对稳定，没有特殊干扰的地块，避免各种非调查因素的影响。

3.科学性原则

耕地地力的变化并不是无规律的，是土壤发生演变的综合反映。因此，调查和采样点必须按照土壤分布规律布设。

4.比较性原则

在上述原则的基础上，充分分析了屯溪区的土壤分布状况，收集并认真研究了第二次土壤普查的成果以及相关的试验研究和定点监测资料。通过野外勘察和室内图件分析，从而保证了调查和评价的高质量和高标准[1]。

2.2 评价信息获取及评价单元划分

耕地地力是在一定的生产管理水平下由立地条件、理化性状、养分状况和土壤管理等要素综合构成的耕地生产能力。因此对耕地地力的评价依据主要包括了3个方面。

1.立地条件，包括耕地所处的地形部位、成土母质、坡度、坡向等；

2.理化性状，包括土壤容重、剖面构型、耕层厚度、质地、有效土体厚度等物理性状，有机质、有效磷、速效钾、有效硫等养分元素及pH等化学性状；

3.土壤管理，包括耕地的灌溉保证率、排涝能力等。

根据评价的目的、任务、范围、方法和要求，收集准备与评价有关的各类自然条件、土壤、土地利用、行政区划等资料，整理耕地地力评价调查和实验室分析资料，进行资料的分析和处理，建立耕地性状基础数据库。

2.3 耕地地力等级的确定方法

屯溪区耕地地力评价单元的划分采用的是按照国家规程规定利用土壤图、土地利用现状图和屯溪区行政区划图叠置划分法，在指定的行政区域内以相同土种单元和相同土地利用方式的地块组成一个评价单元[2]。这种方法划分评价单元方法具有综合性、客观性，可以较容易地将评价结果落实到实地。据此将屯溪区的耕地地力划分为1068个评价单元[3]。

耕地是复杂的生态系统，系统内部各要素之间具有相互作用，因此在评价过程中需要采用模糊数学法对耕地地力等级的确定与划分[4]。通过模拟得到概念型、峰型、戒上型及戒下型4种类型的隶属函数，其中质地、地形部位、成土母质等属于概念型[5]；pH属于峰型；有机质、有效磷、速效钾等属于戒上型；容重属于戒下型。

利用累加法模型计算耕地生产性能综合的综合指数，公式为：

式中IFI代表耕地地力综合指数；Fi代表第i个评价因子的隶属度；Ci代表的是第i个因素的组合权重。[6]

计算获得耕地地力综合指数后，在耕地资源管理系统中选择累计曲线法进行评价，结合实地耕地地力等级评价进行准确度校验，最终确立将屯溪区耕地地力共划分为6个等级[7，8]。

3 结果分析

3.1 耕地地力等级的分析

改造中低产耕地，加强农田基本建设，是提高农业综合生产能力、建设优良生态环境的基础。为了摸清该区耕地地力等级及分布情况，根据2008-2012年测土配方施肥项目野外调查及化验结果，选择了该区16个适宜评价耕地生产潜力的评价因子并确定相应的权重[7]，对耕地生产潜力进行了评价，评价结果如表1所示。

表1 屯溪区耕地地力分级表（累积曲线分级法）

通过分析各等级耕地地力状况,一、二等地为耕地地力良好级,该区域自然环境条件良好,土壤养分含量较高,灌排条件好,较好保持了耕地的原始性状。三、四、五等地为地力较好级，土壤养分含量中等,利用类型多为水浇地和菜地。六等地为耕地地力较差级,该区域耕地利用程度较高，受制约因素较多。该区耕地地力等级分布图如图1所示。

图1 屯溪区耕地地力分级图

3.2 耕地养分状况分析

屯溪区土壤碱解氮含量范围在12-546mg/kg，平均含量为162mg/kg；土壤有效磷含量范围在2-151.3mg/kg，平均含量为25.64mg/kg；土壤速效钾含量范围在5-650mg/kg，平均含量为88.76mg/kg；土壤全氮含量范围在0.37-12.5g/kg，平均含量为1.50g/kg；土壤有机质含量范围在1.76-97.68g/kg，平均含量为25.12g/kg。

该区的的养分矢量图的空间分析采用的是地统计学插值法，即克吕金(Kriging)插值法又称空间自协方差最佳插值法[9]。

Z*(x0)克里格法是将邻域的每一个样点赋予计算的权系数，然后再对这些测样点求加权平均值。设 x1，x2...xn为区域上的一系列观测点，Z (xi)(i=1，2，…，n)为相应的观测值。

区域化变量在x0处的值Z*(x0)可采用线性组合来估计：

无偏性和估计方差最小被作为λi选取的标准，可得克里格方程组：

其中，C(xi-xj)为测试样点之间的协方差，C(x0－xj)为测试样点与空间插值点之间的协方差，μ为拉格朗日乘子。通过方程组计算即可得到权重λi从而可求得待估点的值Z*(x0)。[9]根据安徽省养分等级的统一标准划分，屯溪区土壤的全氮、有效磷、速效钾的含量等级分别如图2-4所示。

图2 全氮含量等级图

图3 有效磷含量等级图

图4 速效钾含量等级图

4 结 语

通过对屯溪区的耕地地力等级的评价,取得了理想的研究结果。一方面探索GIS技术的应用与山地的地力评价的技术方法,为科学评价皖南山区的耕地质量状况提供了一种新的思路与方法。另一方面得到了整个区域的耕地地力分布状况及养分含量情况,从而摸清了耕地利用对作物生产量的影响,为以后保护和利用耕地打下了良好的基础，通过科学合理的配方施肥，可达到种植效益的最大化，同时又能避免过多施肥对当地土壤及河流等造成的污染。

[1]刘永文，樊燕．丘陵山地耕地地力评价研究[J]．中国农学通报，2009,（18)：420-425．

[2]董雪莲．富裕县耕地地力评价与种植业布局探讨[J]．现代农业科技，2011,(2)：311-312．

[3]方灿华，马友华，钱国平，等．基于GIS的明光市耕地地力评价[J]．中国农学通报，2008,(12)．：183-189.

[4]朱求安,张万昌,余钧辉.基于GIS的空间插值方法的研究[J]．江西师范大学学报，2004,(2)：308-312．

[5]鲁明星，贺立源，吴礼树．中国耕地地力评价研究进展[J]．生态环境，2006，15(4)：866-871．

[6]刘洁，李宏，高敏华．农用地定级与基准地价评估研究[J]．中国农业资源与区划，201l,(2)：277-281．

[7]胡辉，谢梅生,等．GIS技术在县级土地利用总体规划修编基本农田划定中的应用——以江西省安义县为例[J]．中国土地科学，2009,(23)：28-32．