黄土高原区苹果种植适宜性评价——以陕西省永寿县为例

陈鹏羽，朱陇强，王紫薇，高义民

(西北农林科技大学 资源环境学院, 陕西 杨凌 712100)

土地适宜性评价是根据土地的自然和社会经济属性，研究土地对预定用途的适宜与否、适宜程度及其限制状况[1,2]。在当前经济快速发展、人地矛盾日益突出的现状下，科学合理的开展相关适宜性种植评价，不仅有利于提高土地的利用效率而且可以科学合理配置土地资源。

黄土高原地区气候干燥、土壤质地疏松，是中国最适宜苹果种植的地区，苹果面积达到了7.83 000 hm2(包括陕西、山西、青海、宁夏和甘肃)，大约占黄土高原耕地总面积的4.7%[3～5]。但由于黄土高原面积广阔、自然生态条件复杂多变，不同地区由于地形、气候等生态条件的巨大差异，引起苹果生产条件及产量、品质存在明显的不同。传统的果树种植规划[6]由于对优质苹果生产所需的自然生态条件难以做到精确、定量的描述而存在很大的盲目性，导致很多地区的苹果种植分布很不合理，造成苹果品质良莠不齐现象普遍存在，苹果产业的可持续发展深受影响。

目前随着信息技术的快速发展，GIS被普遍应用在耕地质量评价及作物适宜性评价研究中[7～9]，并取得了显著的进步。如王丽、李阳煦等利用GIS的分析功能并结合生态位和模糊数学建立了冬小麦适宜性的新型评价方法[10]；国外作者Seffino等在GIS空间决策支持系统的支持下，对圣保罗州的甘蔗种植进行适宜性评价[11]；程振龙等在GIS技术的支持下，对山东栖霞市苹果种植进行合理布局及定量评价，对相关部门提供参考[12]；常庆瑞等人则对商南县小麦进行种植适宜性评价[13]。

笔者以黄土高于地区的陕西省永寿县为例，应用GIS技术，定量评价该县域范围内基于地形、土壤及肥力状况等自然资源状况的优质苹果种植适宜性程度，从而为因地制宜发展苹果产业和资源的优化配置提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

永寿县地处陕西省中部偏西，渭北高原南缘。地理位置介于107°56′-108°21′E、34°29′-34°85′N之间，总面积898 km2，南北长52.7 km，东西宽37.3 km，境内沟谷纵横，山、塬、沟、川地貌类型俱全，地形整体北高南低。土壤类型主要为黄土母质上发育的黄土性土(黄绵土、黄缮土)，土层深厚，质地结构良好，容易培肥。永寿县属暖温带大陆性半干旱季风气候区，全年总日照时数2 166.2 h，多年平均降水为606.1 mm。

1.2 所需数据及处理过程

本研究所需数据主要分为空间数据、属性数据和果园调查数据三大部分。其中，空间数据包括1：5万永寿县土壤类型图(来源于农业局)、1：5万永寿县地形图(测绘局)、1：5万永寿县土地利用现状图(规划局)、行政区划图(村级)等相关基础地理图件，所有图件经扫描后数字化，形成矢量图。属性数据主要是研究区域的土壤采样点属性数据(带GPS定位)，共采集土壤样点4 351个(采样点分布如图1所示)。果园调查数据来源于部分土壤采样点所处果园的苹果产量和苹果品质调查结果，共计300个果园。

图1 土壤采样点分布图

1.3 评价方法

1.3.1 评价单元的确定 评价单元是承载各项地理要素及其属性，进行作物种植适宜性的基本空间实体，本研究以2016年永寿县土地利用现状图中的旱地、水浇地和园地图斑为基础评价单元，本文中统称为农用地，结合村级行政区划图及土壤类型图进行GIS空间叠置分析，最终获得13 805个评价单元。

1.3.2 评价指标的选取及赋值 苹果健康生长所需的最适自然条件包括光、温、水、土壤、地形等生态因子[14]，地形特征、土壤条件和小气候等皆是影响苹果生长的重要因素[11]。在县域空间尺度下，宏观气候条件相对单调，同时，局部微域的气象因子主要受到海拔高度、坡度、坡向的影响存在一定的差异，依据科学性和主导性原则[15],从影响苹果生长的主要因子出发，参照相关研究结果[12,16]，确定了3个主导因素9个评价因子，包括立地条件(坡度、坡向、海拔高度)、土壤条件(pH值、土壤类型)、肥力状况(土壤有机质、碱解氮、速效钾、有效磷)，建立研究区县域级别的苹果适宜性评价指标体系。然后将各因素赋值给评价单元，其中土壤类型直接赋值给评价单元，坡度、坡向采用“面积优先”方法，赋值给评价单元，土壤有机质、碱解氮、速效钾、有效磷及pH采用空间插值法将点位数据转为栅格数据，再叠加到评价单元，海拔高度通过等高线生成的DEM与评价因子叠加提取给各评价单元。

1.3.3 评价指标的权重确定 影响苹果种植的因具有多样性、复杂性[17]，不同因子对苹果适宜性影响和重要性不同，为增加结果的科学性和合理性，在查阅文献与实地调查的基础上，采用AHP法建立评价指标的层次分析模型，通过各层次矩阵运算及检验，对准则层和指标层的权重进行确定，最终获得各评价因子的组合权重(表1)。

表1 优质苹果适宜性评价的因子组合权重

1.3.4 各评价指标的隶属度的确定 按照模糊数学的理论，依据定性及定量特征将选定的9个评价指标与苹果产量及品质的关系分为数值型和概念型2种类型的隶属函数，其中土壤有机质等含量采用戒上型隶属函数，土壤pH和坡度采用负直线型隶属函数，海拔高度采用正直线型隶属函数(表2)，坡向和土壤类型采用特尔斐法，由专家打分直接获得隶属度(表3)。

表2 数值型评价指标的隶属函数

注：Y为评价指标的评价得分，C为评价指标标准值，U1和U2分别为指标的上限值和下限值。

表3 概念型评价指标的隶属度

1.3.5 优质苹果种植适宜性综合指数的计算及分级 为了综合考虑各个影响因子对评价单元的影响程度，采用加权累加模型计算最终的适宜性综合得分。模型如下：

其中，G为最终适宜性得分，Wi为第i个因子的权重，Si为第i个因子的隶属度，n为影响因子的个数。

最终计算结果显示，永寿县农用地的优质苹果种植适宜性综合指数得分最大值为0.72，最小值0.38。以此为依据采用自然断点法，同时结合部分实地调查结果及当地优质苹果产区的实际分布等现实情况，将苹果适宜性划分为高度适宜、适宜、勉强适宜、不适宜四个等级[17]，划分结果见表4。

表4 基于综合性指数的优质苹果适宜性级别划分标准

2 结果与分析

2.1 永寿县优质苹果种植适宜性的评价结果

根据评价结果，永寿县农用地中优质苹果各适宜性等级的面积及其占全县农用地面积百分比统计结果列于表4。从表4可以看出，永寿县高度适宜和适宜种植苹果的地区面积分别为6 835 km2和8 656 km2，占比分别为18.50%和23.43%，合计占41.93%；勉强适宜面积为17 308 km2，面积占比为46.85%，不适宜面积为4 141 km2，面积占比为11.21%。截至目前，全县实际苹果种植面积为26 700 km2，可见永寿县适宜优质苹果种植的农用地面积占比较高，且仍有较大的发展空间和潜力。

表5 苹果适宜性级别面积及百分比

2.2 永寿县优质苹果种植适宜性的分布特征

永寿县优质苹果种植适宜性的空间分布特征和乡镇分布统计结果分别列于图2和表6，下文按照不同适宜性等级分别进行叙述。

最适宜种植区：由图2和表6可知，永寿县苹果最适宜种植区域主要位于西南区域，包括店头镇、仪井镇以及永平乡和马坊镇。该区域地貌类型主要为破碎塬区，海拔高度低于1 000 m。该区域光照充足，热量适宜；6月至入冬前的气温适宜苹果花芽分化。本区是苹果的重点发展区应该加大保护力度防止面积缩小。

适宜种植区：适宜种植区域主要集中在永寿县的中部地区，包括监军镇、马坊镇、御驾宫乡。这些地区自然资源充沛。但主要处在中部残垣沟壑区，其中有些地区沟壑较多容易发生水土侵蚀，不利于果树的生长。由于海拔高度相对较高，1 月气温较低、霜冻天数较多，易造成大面积的果实冻灾。所以，本区种植苹果时，应选择地势相对平坦，向阳山坡。

图2 永寿县优质苹果适宜性分布

表6 永寿县优质苹果种植适宜等级的乡镇分布统计结果

勉强适宜区：勉强适宜区所占比例最大并且分布范围较广，包括中部残垣沟壑区的甘井镇、监军镇、御驾宫乡、渡马乡、马坊镇；东部梁源沟壑区的永太乡、渠子乡、常宁镇、上邑乡、豆家镇。该区东北部冬季寒冷干燥，降水稀少；夏季炎热干旱，易诱发灾害，不利于作物正常生长。苹果各个物候期对不同生态因子反应敏感，因此，该区应该因地制宜，合理科学利用自然条件开展种植。

不适宜区：由图2和表6可知，永寿县苹果不适宜种植区主要分布于东北部地区的渠子乡、常宁镇、永泰乡等。该区地貌类型为梁塬沟壑区，由于永寿梁的阻隔，初春有极端寒冷天气出现，容易造成苹果授花传粉受到阻碍，且夏季易发冰雹或高温灾害，影响苹果的生长。气候条件不适宜苹果生长。

3 讨论与结论

本文中关于优质苹果种植的适宜性因子评价分级是根据永寿县的调查和采样情况并参照了前人的研究成果[12,17]，由于调查数据的有限性和客观情况的复杂性，在权重赋值等方面可能存在一定的主观和人为因素影响；另一方面，随着对优质苹果的标准及要求的变化，各指标分级标准及分级因子可能随着时代发展会有一些变化，因此评价结果可能会有相应的变化。

由于不同等级适宜区域面临的问题不同，所以应当因地制宜采用针对性的措施来保护以及提高苹果的生产水平[17]。对于高度适宜区域，由于面积较少应该加大保护力度防止面积缩小，并且应当加大高产优质苹果示范园建设，引进先进人才进行指导，因地制宜，从施肥到灌溉到全方位管理，形成一套较为完善的苹果规范化高产种植体系[18]，并积极进行推广。对于适宜以及勉强适宜种植区，应当稳定或者逐步减少苹果种植面积，积极采取苹果规范化高产种植技术，加大精准施肥[18]，和耕地质量保护的投入，以提高苹果种植效益。对于不适宜种植区域，要放弃种植苹果，调整农业结构。其次，要进一步提高永寿县苹果的产品质量，建议应将今后的管理重点放在土壤的管理，采取土壤质量保育措施[19]，从而提高黄土高原地区土地的优质苹果适宜性水平。

本研究选取的9个评价因子，可以较客观地反映苹果适宜性空间分布的特点。运用GIS技术并通过各因子加权叠加方法实现对永寿县苹果适宜性的分析，揭示整个地区苹果适宜性的空间格局[20]，为未来永寿县苹果的种植布局提供了科学依据。

综上所述，笔者得到以下结论：

(1)本研究以永寿县耕地、园地为评价单元，建立了基于立地条件(坡度、坡向、海拔高度)、土壤条件(pH值、土壤类型)、肥力状况(土壤有机质、碱解氮、速效钾、有效磷)的黄土高原地区优质苹果种植适宜性评价体系，评价结果较为客观、有效，为县域空间尺度和复杂地形条件下土地资源的高效利用和合理规划提供了较好的途径。

(2)评价结果表明，永寿县适宜种植优质苹果的农用地面积达到15 491 hm2，占总农用地总面积的41.9%，其中最适宜区主要分布在店头镇与仪景镇，而不适宜区主要分布在渠子乡，该县优质苹果种植仍有较大的发展潜力。