李东颖，尤晓妮，周苏刚，高 慧，张 林

（天水师范学院 资源与环境工程学院，甘肃 天水 741000）

土地适宜性评价是指某种土地类型对特定用途或作物的适应状况，该过程通过对土地自然和社会经济属性的综合鉴定，阐明土地属性所具有的生产潜力以及对农、林、草等各业的适宜性、限制性及其程度差异的评定。[1-3]近年来，土地适宜性评价在指导土地资源利用方面起到积极的作用，人们越来越重视对特定用途的土地进行适宜性评价，其应用领域进一步拓展，评价体系更为丰富。[2－3]

苹果种植适宜性评价即通过对区域土地自然和社会特征的分析，评价土地资源对苹果种植的适宜性及适宜程度，并对适宜性结果进行等级划分的过程。对于苹果种植适宜性评价问题，国内许多学者做了大量的探讨与研究，如钟德燕等[4]借助GIS技术，综合运用层次分析法、模糊数学方法对安塞县耕地苹果适宜性定量评价，为该区的苹果种植起到了科学的指导；程振龙等[5]利用GIS空间分析与建模技术对烟台栖霞市苹果种植适宜性进行评价，分析了该地苹果种植适宜性的空间分布规律，并为该区苹果生产布局提出了优化建议；唐磊等[6]以沈阳市东陵区为研究区，采用GIS技术和模糊评价等方法相结合，对该区红树莓、寒富苹果适宜性及空间布局进行研究，为未来该区的红树莓、寒富苹果的科学种植提供依据。但是现有关于苹果种植适宜性评价研究普遍存在评价方法单一、确定、静态，且在分析过程中由于多因素复杂关系不利于快速有效的提取适宜区域。[7-10]基于此，本文以甘肃省天水市为例，在对天水市土地利用现状诊断基础之上，借助ArcGIS空间分析与建模技术优势，综合分析多种因素对苹果种植的影响，提取出苹果种植适宜性分级区域，为该区果树种植科学决策提供依据。

一、研究区概况与数据源

（一）研究区概况

天水市是全国北方落叶果树栽培的最适宜地区之一，也是国内公认的优质果品生产基地，所产苹果品质优良，[11]位于甘肃省东南部，总面积达14325 km2，属暖温带半湿润半干旱气候，年平均气温为11℃，年平均降水量为491.7mm，境内渭河纵贯东西，地势西北高东南低，土壤类型为黄绵土、黑垆土、褐土、棕壤、红粘土等12个土类，其中以黄绵土、黑垆土为主，土层深厚，有机质含量高，适宜苹果大面积种植。由于天水市地处陇中黄土高原腹地典型的季风带气候和陇东南地区北亚热带气候交汇区，南部的秦岭山地和东北部的陇山山地构成了天然屏障，光热充足，昼夜温差大，有利于苹果着色和糖分积累。

（二）数据源

气象与行政区划数据：从中国国家气象科学数据共享服务平台（http://data.cma.cn/）、天水市市志、各县区市志资料获取1981～2010年天水市30年间各气象站点年值数据及各县区乡镇数据。

土壤数据：从地球系统科学数据共享平台-寒区旱区科学数据中心获取甘肃省1:10万基础数据集，再依据天水市各乡镇区划图和高分辨率影像提取土壤质地、有机质、PH值、土层厚度等数据。

地形数据：从中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台（http://www.gscloud.cn）下载分辨率为30m的DEM数据。

二、研究方法及建模

（一）指标体系建立及权重确定

苹果生长对气候、土壤、地形等有较高的要求，苹果适宜气候凉爽、光照充足、昼夜温差大、土壤肥沃、土层深厚、水量较好的环境。研究者通过参阅各专家、学者对苹果种植适宜性因子范围的划分，在选择评价指标时，综合考虑苹果生长及天水市土地资源现状，结合实际情况，遵循主导性、空间变异性、稳定性和可获取性原则，运用文献关键词（苹果种植相关因子）排序法，最终选取了气候、土壤、地形3方面共12个指标作为评价因子，包括年均降水量、年均气温、日照时数、≥10℃积温、土壤质地、土层厚度、土壤有机质、土壤PH值、坡度、坡向、海拔高度，并通过研究区专家和果农经验打分得出指标权重，[12]将各因子的适宜等级划分为4个等级，最适宜、适宜、次适宜、不适宜，对应的符号分别为I、II、III、IV.划分各评价因子适宜范围如表1，为后续分析提供依据。

（二）模型构建及过程

在深入研究苹果种植适宜性问题的基础上，获取相关领域知识、数据和规则，基于土地现状诊断的《土地评价纲要》[13]（即改进FAO在1976年颁布的《土地评价纲要》）进行天水市苹果种植适宜性分析，实现主要过程为土地现状诊断分析和评价单元生成、研究区土地质量与苹果种植匹配、优化与种植区规划。

充分利用ArcGIS ModelBuilder模型构建器的优点（只需将数据、地理分析工具拖到模型构建器界面中，设置相应的参数，并有序的将其连接起来，点击验证模型，验证无误后即可运行模型，可实现空间问题的快速处理与分析[14-16]），实现研究区苹果种植适宜性的复杂数据处理与分析。

1.土地现状诊断分析和评价单元生成

土地现状诊断分析重点关注土地系统内部特殊情况，如荒漠化、自然灾害区等可以直接划分为不宜，作为后续优化处理结果的有力数据，还可作为匹配过程中的极限条件，能加快匹配速度；土地区域尺度判断分析可为后续评价单元确定服务；土地调查时段分析可帮助果农做短中长期的规划服务，是基于苹果种植对土地的适应是过程性的。

评价单元是对土地适宜性具有关键影响的各要素组成的空间实体，是适宜性评价的基本单位、和基础图斑。基于单元内部稳定性和一致性原则，选择以土地大类作为评价单元，需将土地类型按属性选择选出小类，将小类归为大类确定评价单元，模型如图1.

2.研究区土地质量与苹果种植条件匹配

通过对研究区现状诊断的土地质量数据（地形、土壤、气候气象等）和苹果种植条件（即指标体系）进行匹配，主要运用差值法和比值法根据指标权重加权得出基于研究区现状诊断土地的苹果种植适宜性分级结果。

图1 现状土地分析与评价单元生成模型

在匹配之前需要进行基础数据处理，首先对30m分辨率的DEM数据进行镶嵌、裁剪、投影转换得到天水市高程，再利用slope、Aspect工具提取出坡度、坡向；并将1:10万土壤类型、土层厚度、有机质含量、PH值、全磷矢量图层进行栅格转换，便于后续进行叠加分析；最后对天水市1981～2010年各气象站点降水、温度、日照时数、≥10℃积温数据进行反距离权重插值（IDW），得到所需图层。

苹果种植各影响因子在特定范围内的适宜程度不同，运用匹配工具对评价单元适宜性范围进行划分。例如将坡度按5～15度为最适宜、＜5度为适宜、15～30度为次适宜、＞30度为不适宜进行匹配，将有机质含量按1.5～2为最适宜、1～1.5为适宜、0.6～1为次适宜、＜0.6为不适宜等进行匹配（图2为气象数据匹配模型），由于每个影响因子对评价内容的贡献大小和适宜程度不同分别得出气候适宜等级结果图、地形适宜等级图、土壤适宜等级图，在此基础上对气候、地形、土壤适宜等级图进行叠加得到基于研究区现状诊断土地的苹果种植适宜性分级结果，分析过程如图3.

3.精度分析与模型优化

图2 气象数据匹配模型

图3 基于现状诊断的苹果种植土地适宜性加权匹配模型

图4 精度结果图

通过结果精度分析和进一步优化可使得研究结果更加准确。因评价单元是基于土地类型生成的，故分析评价结果与之呈正向关联，在栅格计算器里用公式“%适宜性等级%”/“%评价单元面积%”得到初步精度图（图4），其中精度值为0、1、2的区域精度较高，占总区域的92%，精度值为3、4、5精度较低，占比8%，据此在栅格计算器工具中用公式选取“%结果精度%”＞=3即精度小的区域进一步优化，得出较高精度适宜性分级结果，精度优化模型如图5.

三、结果与分析

（一）各适宜等级面积统计

结合研究结果表2、表3和研究区行政区划可以看出：最适宜区面积为3395.1km2，占总面积的24.40%；适宜区面积为4379.8 km2，占区域面积的31.48%；次适宜区面积为4102.6 km2，占区域面积的29.49%；不适宜区面积为2035.6 km2，占区域面积的14.63%.最适宜区分布在水热条件较好、土壤肥力较高的河谷地区；适宜区和次适宜区分布在土壤肥力、水热条件一般的低山丘陵地区，该区域应做好土壤追肥、引水灌溉，加强果园管理；不适宜区分布在土壤质地过沙、过黏造成的土壤水汽、肥力不协调的河谷滩涂区域，以及海拔过高的山地。总之，天水市绝大部分区域适宜苹果种植，其适宜面积达80%以上。

图5 精度优化模型

表2 各适宜等级面积统计

（二）各适宜等级行政区域分布

各县区苹果适宜性如表3所示。最适宜苹果种植区主要位于麦积区、甘谷县、秦州区，其中以麦积区和甘谷县最大，分别有739.4km2、611.8 km2、609.8 km2，其中张家川分布面积最小，仅有95.2 km2.各县区最适宜苹果种植的面积比例均不大，其中武山县、张家川县分布面积在该等级面积中不足10%；各县区适宜苹果种植区域差异较小，主要位于麦积区、秦州区、清水县，面积为873.3 km2、754.1 km2、657.4 km2，张 家 川 县面积最小，不到总面积的10%，其他各县区在10%～20%之间；次适宜苹果种植区域差异较大，麦积区次适宜区域最多，有1155 km2，占次适宜面积的28.18%，其余各县次适宜面积在300～700 km2之间，秦安县和甘谷县面积最少，不到该等级的10%；不适宜区主要为麦积区、武山县、秦州区、张家川县，面积为607.9 km2、343.9 km2、321.8 km2、318.9 km2，其 中麦积区分布最多，占该等级的29.84%，甘谷县面积最小，为55.9 km2，仅占该等级的2.75%.

四、结语和讨论

本研究以天水市苹果种植作为评价对象，应用GIS数据处理和空间分析工具，基于天水市土地利用现状进行了苹果种植适宜性决策分析。本研究创新之处首先在于在遥感影像上提取了苹果种植适宜区域并获取了各分区对应面积，其研究结果与天水市实际种植区域基本相符，能够相互印证，再有运用ArcGIS建模工具可实现较高效率的自动化数据决策分析，可指导多地苹果种植规划；本研究不足之处在于分析尺度为县级行政区划，对于指导细节种植有待做更多补充研究，苹果种植影响因素众多且动态可变，多因素之间关系较为复杂，因此需通过长时间的实践对结果模型进行优化。

表3 各县区适宜性等级面积