基于GIS的豫南山区可利用土地资源质量评价——以信阳市为例

王 丽，周 勇，顾 芬 兰，刘 婧 仪

(1.华中师范大学 地理过程分析与模拟湖北省重点实验室，湖北 武汉 430079； 2.信阳学院，河南 信阳 464000)

近年来，随着我国社会经济的快速发展和人口的持续增加，人地矛盾日趋紧张，因此合理有效地开发可利用土地资源，缓解人地矛盾，协调人地关系，促进人类社会经济可持续发展是当前需要迫切解决的难题[1]。由于受到自然环境、社会经济条件和技术因素的影响，科学、合理、有效地开发土地资源，探索可靠的开发方案就显得尤为重要[2]。在信息技术、计算机技术、测绘学、地理学等多门学科快速发展的推动下，近年来，地理信息系统(GIS)发展突飞猛进。空间分析技术是GIS的核心，可以高效地管理和分析海量的时空数据[3]。借助具有强大空间分析功能的GIS技术，对可利用土地资源的开发利用方案进行深入研究，不仅可以科学管理、有效保护和合理利用国土资源，而且可以优化国土空间秩序，推进国土资源的现代化、信息化建设，为政府制定相关政策提供理论基础与技术支持。

针对土地资源评价的研究，学者主要集中在土地的适宜性、集约利用、可持续利用、承载力、土地利用变化动态监测等方面[4-5]。闫潍虹等[4]利用GIS的空间分析技术，结合坡度、海拔、土壤等指标，评价了烟台市农用土地适宜性。白佳昆等[6]运用SPSS软件的主成分分析和聚类分析，研究了陕西省土地集约利用情况及其影响因素。Nguyen 等[7]从农业生态、自然环境和社会经济3个方面对土地的可持续利用进行了评价。郭艳红[8]研究了北京市土地资源承载力状态，并提出了土地资源可持续利用的战略。张起明等[9]利用GIS空间分析技术，探讨了江西省可利用土地资源的空间分布特征。周艺等[10]分析了中国丝绸之路经济带可利用水土资源的空间分布及其影响因素。周毅军等[11]根据国家“多规合一”工作要求，对永安市可利用土地资源的数量进行了综合评价。李思楠等[12]综合运用GIS技术和统计学方法，分析了2005～2015年抚仙湖流域土地利用的结构变化特征、土地利用的变化速度和时空变化。目前，国内外学者集中研究了可利用土地资源的数量及其空间分布，但是关于可利用土地资源的质量评价尚不多见。因此，为了促进可利用土地资源的合理开发利用，开展可利用土地资源的质量评价具有重要的现实意义。

信阳市可以开发利用的土地资源总量严重不足。近年来，随着信阳市城镇化进程的加快和人口的持续增加，人地之间的矛盾日趋尖锐，社会经济可持续发展的压力逐渐增加。因此，本文利用 GIS 空间分析技术，以县域为评价对象对信阳市可利用土地资源的质量进行评价，以期为政府科学管理国土资源，优化国土空间秩序，推进国土资源的现代化、信息化建设，提供理论基础与技术支持。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

信阳市位于河南省的南部，114°01′～114°06′E，31°46′～31°52′N，东部毗邻安徽，西部和南部接壤湖北，为鄂豫皖三省的通衢，是江淮河汉之间的战略重地。信阳市地势走向为南高北低，南部为山地，中部为丘陵，北部为平原，土地总面积18 925 km2。信阳属亚热带气候，四季分明，山清水秀。日照时长年均为1 900～2 100 h，气温年均15.1℃～15.3℃，无霜期年均220～230 d，降雨量年均900～1 400 mm，相对湿度年均77%，空气湿润。淮河的支流密集，水量丰富，信阳位于淮河上游，人均水资源储量位居河南第一。

1.2 数据来源

本文的数据来源主要为统计资料数据和地理空间数据。统计资料数据为2017年信阳市统计年鉴、土壤志、土种志、农业生产统计资料等。地理空间数据为ASTGTM2 30m DEM数据(2017年，地理空间数据云获取)、Landsat 8 OLI_TIRS遥感数据(2017年，地理空间数据云获取)、信阳市行政区划图、土壤类型图等。

2 评价指标体系

2.1 选取评价指标的原则

(1)综合性。评价指标的选取需要综合考虑影响可利用土地质量的自然、社会、经济等因素。

(2)科学性。选择的指标必须具有科学性、合理性和公正性，以确保评价结果的精度。

(3)层次性。指标体系的构建应具有清晰的层次结构，各个层次应反映可利用土地质量不同的属性特征。

(4)主导性。选取典型的具有主导地位的评价因子，以达到评价结果的科学性。

(5)定量化。选取的指标数据应该可以量化，减少主观人为因素的影响，提高评价结果的精度。

(6)经济适用性。选择指标时，应考虑经济上是否可行，以确保评价顺利完成。

2.2 评价指标体系的构建

可利用土地资源的质量受到土地自然、社会和经济综合因素的影响。本文遵循选取指标的原则，结合信阳市的实际状况，综合运用德菲尔法和层次分析法，从自然、社会、经济3个方面，选取了地形地貌、气候、土壤、区位、经济5项指标，共8个因子，构建了信阳市可利用土地资源质量评价指标体系，如图1所示。

图1 信阳市可利用土地质量评价指标体系

2.3 评价指标权重的确定

根据信阳市的实际情况，本文采用德菲尔法和层次分析法确定评价指标的权重。构建的判断矩阵如图2所示，采用方根法计算准则层(B)和评价因子(C)的权重。通过计算得到：A的特征向量为(0.258，0.062，0.129，0.034，0.517)T；B1的特征向量为(0.674，0.324)T；B2的特征向量为(0.387，0.615)T，最大特征根为 3.0536；B4的特征向量为(0.615，0.387)T。

对单层进行一致性检验，CR(A)=0.019<0.1，CR(B1)=0.0<0.1，CR(B2)=0.0<0.1，CR(B4)=0.0<0.1，表明通过单层一致性检验。对总层进行一致性检验，CR=0.019<0.1，通过一致性检验。最终得到评价因子的权重如表1所示。

图2 信阳市可利用土地资源质量评价指标构造矩阵

表1 信阳市可利用土地资源质量评价指标权重

2.4 评价指标的量化

由于评价指标的数据量纲各不相同，指标之间不具有可比性。因此，在评价之前，需要对指标数据进行标准化处理，本文采用指标分值的方法对可利用土地资源质量评价指标进行量纲统一化处理。总分值为10分,分值越高，表明土地的质量越好。

2.4.1地形地貌指标

(1)海拔。人类倾向居住在地势比较平坦的地方，随着海拔的升高，人类生存愈加困难。根据信阳市的海拔分布，按照自然断裂法将其分为5个等级：<86,86～204,204～387,387～646,>646 m，依次赋10,8,6,4,2分。

(2)坡度。坡度的大小影响土地开发利用的程度。坡度越大，工程建设的成本越高。根据坡度对土地开发利用的难易程度划分为5个等级：0°～3°,3°～8°,8°～15°,15°～25°,>25°，分别赋10,8,6,4,2分。

2.4.2气候指标

根据信阳市气象统计资料，统计得到信阳市年均气温、年均降水量的数据(表2)。由于信阳市各个县区气温相差不大，采用等间距法把气温划分5个等级：15.1℃～15.3℃,15.3℃～15.5℃,15.5℃～15.7℃,15.7℃～15.9℃,15.9℃～16.0℃，依次赋10,8,6,4,2分；降水量划分5个等级：946～1 046,1 046～1 146,1146～1 246,1 246～1 346,1 346～1450 mm，分别赋2,4,6,8,10分。

2.4.3土壤指标

土壤类型对可利用土地资源的开发利用具有重要的影响。根据土壤的物理化学性质，把信阳的土壤类型分为5个等级，分别赋10,8,6,4,2分，如表3所示。

表3 信阳市土壤类型量化分级

2.4.4区位指标

采用同心圆等分级方法，根据可利用土地与主要道路的距离，将交通区位划分为5级：<1,1～5,5～10,10～15,>15 km，依次赋10，8，6，4，2分。河流区位划分为5级：<5,5～10,10～15,15～20,>20 km，依次赋10，8，6，4，2分。

2.4.5经济指标

采用等间距法，将人均可利用土地资源划分5个等级[13]：0.000 1～0.007 1,0.007 1～0.014 2,0.013 4～0.021 2,0.021 2～0.028 3,0.028 3～0.035 3 hm2/人，分别赋2，4，6，8，10分。

3 评价单元及方法

3.1 评价单元

目前，关于土地评价单元划分的方法主要有两种[13-14]：多边形法和栅格单元法。本文根据研究区域的概况、经济、地形地貌和气候指标采用多边形法，以县(区)为评价单元。土壤和区位指标采用栅格法，以30 m×30 m栅格为评价单元。

3.2 评价方法

本文采用综合因子指数分析方法进行可利用土地资源质量的评价，公式如下：

式中，F为可利用土地资源的质量总分；ωi为第i指标的权重；aij为i项指标第j个评价单元的分值。

根据评价单元定级指数，采用自然断点法将信阳市可利用土地资源的质量级别划分5级：一等地、二等地、三等地、四等地、五等地。其中，一等地质量最好，五等地质量最差。

4 可利用土地资源质量等级空间差异

在ArcGIS支持下，本文采用综合因子指数评价法，计算得出信阳市可利用土地资源质量综合分值，其质量评价结果如图3所示。然后运用叠加分析方法，将信阳市可利用土地资源质量综合分值图与信阳市可利用土地资源空间分布图进行叠加分析，得到信阳市可利用土地资源质量总体分布情况(图4)。从图4可以看出，信阳市可利用土地资源质量等级有显著的集聚特征，主要集中在第一至第四等级中，这4个等级的可利用土地面积占全市可利用土地资源总面积的93.58%。

图3 信阳市可利用土地资源质量评价结果

图4 信阳市可利用土地资源质量不同等级面积比例

由图5和表4可知，信阳市各县(区)不同可利用土地质量等级所占可利用土地面积的比重差异较大。信阳市地势走向为南高北低，南部为山地，中部为丘陵，北部为平原，形成了比较完整的可利用土地资源格局。质量等级相对较高的可利用土地资源主要分布在潢川县、固始县、光山县。耕地质量等级相对较低的耕地主要分布在新县、商城县、浉河区。

图5 信阳市各县(区)可利用土地质量等级对比

(1)一等地。主要分布在淮滨县、固始县、潢川县、罗山县、平桥区、光山县，面积共计347.29 km2，占该等级耕地总面积的83.24%。该等级的可利用土地坡度平缓，人均可利用土地资源丰富，土壤有机质含量丰富，距离河流近，交通便利。

(2)二等地。主要分布在固始县、潢川县、罗山县、平桥区、光山县面积为728.19 km2，占该等级所有耕地面积的85.55%。该等级下的可利用土地坡度较为平缓，人均可利用土地资源较为丰富，土壤有机质含量较为丰富，距离河流较近，交通较为便利。

(3)三等地。主要分布在新县、商城县、淮滨县、息县、浉河区、平桥区、光山县，面积为245.87 km2，占该等级所有耕地面积的74.7%。该等级的可利用土地坡度较大，人均可利用土地资源一般，土壤有机质含量一般，距离河流较远，交通不便。

(4)四等地。主要分布在浉河区、新县、商城县、罗山县、息县，面积为50.69 km2，占该等级所有耕地面积的67.61%。该等级的可利用土地坡度大，人均可利用土地资源较少，土壤有机质含量较低，距离河流远，交通不便。

(5)五等地。主要分布在新县、商城县,面积为50.69 km2，占该等级所有耕地面积的65.35%。该等级的可利用土地坡度很大，人均可利用土地资源很少，土壤有机质含量非常低，距离河流很远，交通非常不便。

表4 信阳市各县(区)不同可利用土地质量等级面积统计

5 结 论

为了促进可利用土地资源的合理开发利用，本文以丘陵地区信阳市为例，利用 GIS 空间分析技术，以县域为评价对象对信阳市可利用土地资源的质量进行评价。运用德菲尔法和层次分析法构建可利用土地资源质量评价指标体系，采用综合因子指数法对信阳市可利用土地资源的质量进行评价，评价结果表明：信阳市可利用土地资源质量等级分为5级，质量等级由西南向东北逐步提高。其中，一等地和二等地主要分布在地形平坦、土壤条件优越、河流分布广泛、人均可利用土地资源丰富的地区，包括淮滨县、固始县、潢川县、罗山县、平桥区、光山县；三等地和四等地的自然条件一般，区位条件是影响土地质量的主导因素，包括浉河区、新县、商城县、罗山县、息县；五等地所处区域海拔较高，坡度很大，交通不便利，人均可利用土地资源贫乏，包括新县、商城县。

可利用土地资源因受到自然、社会、经济多种因素的综合影响，仅用单一指标不足以反映可利用土地资源的本底条件。由于数据获取的难度，可利用土资源质量评价选取的指标不够全面，对质量评价的精度造成一定影响。在确定评价指标的权重和量化方面，本文选取了定性的方法，下一步应综合定性与定量方法，以减少偏差。