马泉来， 高凤杰， 侯大伟， 刘 洋， 姜 晗， 韩文文， 单培明

(东北农业大学 资源与环境学院, 黑龙江 哈尔滨 150030)

牡丹江市土地利用适宜性评价

马泉来， 高凤杰， 侯大伟， 刘 洋， 姜 晗， 韩文文， 单培明

(东北农业大学 资源与环境学院, 黑龙江 哈尔滨 150030)

摘要：[目的] 评价牡丹江市退耕还林地区土地利用效益，对土地利用结构进行优化，为该区进一步土地开发利用及结构调整提供科学依据与支持。 [方法] 选取牡丹江市的坡度、高程、土壤类型、水资源系数、降水量和≥10 ℃积温6个因素作为评价因子，通过模型计算及GIS空间分析，得出研究区内宜农用地、宜林用地适宜性等级。 [结果] 处于适宜级以上的农业用地总面积约9 300 km2，占研究区面积的22.9%，主要分布于坡度小于5°、海拔500 m以下的区域；处于适宜级以上的林业用地总面积约28 000 km2，占研究区总面积的69.0%，主要分布于海拔高、坡度大、多水土流失的山区丘陵地带。 [结论] 土地利用现状分析结果表明，在农林交错地带存在过度退耕、造成耕地浪费的现象。

关键词：自然因子； 适宜性评价； 牡丹江市

土地利用研究是当前土地科学的热点问题，土地利用空间布局的合理与否取决于土地利用方式与土地自然构成要素空间分布的合理程度[1]，土地资源的合理、可持续的利用关系到社会文明、经济发展、生态安全等诸多方面。采取科学恰当的研究方法与技术，对区域范围内的土地资源进行适宜性评价对于土地资源的可持续性利用、土地生态安全都具有十分重要的意义。现有的土地适宜性评价较多地从土地利用的社会经济效益的角度选取指标评价[2]，如杜鹏飞等[3]以贵阳市为例，构建建设用地适宜性评价模型，在GIS技术支持下进行了喀斯特地区建设用地适宜性评价，促进了区域内土地资源的合理有效利用；刘德林等[4]对黄土高原上黄试区的耕地、草地、林地的适宜性进行了评价，为上黄试区土地资源的合理开发利用提供科学依据；王繁等[5]通过利用现状对海涂土地资源适宜性进行了空间分析与研究；郑文武等[6]在GIS环境下对南方丘陵生态脆弱区的土地利用适宜性进行了相关研究。以退耕还林典型区域为研究范围以及针对区域范围内土地资源自身结构系统的适宜性分析较为少见，从区域土地资源自然结构角度,选取自然属性因子进行适宜性分析还有待进一步发展[2,7-10]。本文以黑龙江省典型山地丘陵地区——牡丹江市为研究实例，首先通过对研究区的自然结构进行分析选取合适的评价指标，利用指标计算和空间分析进行适宜性评价，得出研究区土地资源利用的自然适宜性；其次，在自然适宜性研究的基础上结合研究区退耕还林前后两个时间点的土地利用现状，进行比较分析，对当前土地利用结构给予评价，得出土地利用不合理的地方，以期为未来土地利用格局优化提供理论支持。

1研究区概况

牡丹江市位于黑龙江省东南部(128°02′—131°18′E，43°24′—45°59′N)，地处张广才岭、老爷岭山脉，地形以山地和丘陵为主，区域总面积4.06×104km2。其中，山地总面积占86.3%(中山占13.4%，低山72.9%)，丘陵占8.6%，平原(包括内陆水域)占5.5%[14]。气候属半湿润中温带大陆性季风气候，年平均气温4.9～6.1 ℃，年降水量500～600 mm，无霜期115～152 d。土壤类型主要有暗棕壤、白桨土、草甸土、沼泽土和泥炭土以及水稻土等6个土类，其中以暗棕壤分布最广。主要自然植物属于长白山植物区系，地带性植被为针阔混交林，主要分布在海拔500～900 m的山地和局部丘陵的顶部；落叶阔叶林分布较广，主要分布在200～700 m的低山丘陵地带。社会经济发展与资源供给间的长期矛盾，使区域土地利用存在诸多问题，不尊重自然规律，不考虑土地适宜性，随意确定土地用途，毁林开荒、超坡开垦、用宜农土地营造速生丰产林、挤占牧场等现象时有发生，尽管于黑龙江省率先实行退耕还林工程，由于政策不完善、利益驱使和执行中的偏颇，在退耕还林中把本不该退耕的耕地还林，造成耕地的浪费，同时对研究区生态安全产生危害[11-12]。因此，在后退耕还林时期，确定土地利用适宜用途，从研究区土地本底适宜性上对退耕还林区的林地与耕地间的矛盾进行评价，为今后的土地利用结构调整与规划提供科学依据。

2研究方法

2.1　研究技术路线

根据研究区为典型的山区半山区特点，筛选能够表征研究区特征的适宜性评价指标构建评价体系，收集相关数据并处理，通过构建数学模型进行基于自然属性的土地适宜性评价，在此基础上利用GIS技术实现研究区适应性评价结果的空间展布，结合研究区退耕前后土地利用现状，评价土地利用合理性状况，为将来土地利用规划提供决策支持，技术路线如图1所示。

图1　牡丹江市土地利用适宜性评价技术路线

2.2　评价指标选取与数据处理

人口的迅速膨胀以及社会经济发展对资源环境的开发与掠夺加剧，导致山区半山区人地关系矛盾剧烈，寻求经济发展与资源保护之间的平衡点是山区经济可持续发展的关键。农业是国民经济的基础，而森林景观是区域生态环境安全的重要保障。在影响区域范围内土地利用的诸多自然因子中，坡度和高程对水土流失影响最大，于农林业用地的开发利用起到关键作用；其次，水资源分布及土壤类型直接决定了地表土地利用景观的空间分布；降水及≥10 ℃积温对农业生产及植被的生长关系密切，对地域间的土地利用影响更为明显[4,6,13]。在已有研究基础上，从研究区自然状态角度选取影响土地利用的坡度、高程、土壤类型、降水量、水资源分布系数，≥10 ℃积温等自然因素作为研究区土地利用适宜性评价因子。

坡度与高程因子由研究区30 m DEM直接提取；土壤类型由黑龙江省1∶100万土壤类型图获取；降水量、水资源分布密度及≥10 ℃积温通过黑龙江省气象站点及相关市县统计资料获取数据，并在ArcGIS平台经过克里格(Kriging)空间插值并裁剪获得，各自然因子如图2所示。退耕还林前后土地利用现状分别采用2000年Landsat TM影像和2013年Landsat OLI影像，经影像融合、配准，经目视解译及野外GPS点属性校验修正获得(图3)

图2　研究区土地利用评价指标因子分布图

图3　研究区退耕前(2000年)和退耕后(2013年)土地利用现状图

2.3　数据标准化及因子权重计算

采用区间映射法对数据进行归一化处理，以消除量纲及指标性质的影响。其中，按评价因子的性质，将其分为正向评价因子和负向评价因子，正向评价因子采用公式(1)进行标准化处理：

U=(xi-xmin)/(xmax-xmin)

(1)

式中：U——归一化后的指标值；xi——评价因子值；xmax,xmin——数据中的最大值与最小值。下同。

负向评价因子采用公式(2)处理：

U=1-(xi-xmin)/(xmax-xmin)

(2)

其中，在所选的评价因子中，土壤类型属于定性的因子，根据王宗明等[14]在土壤类型对三江平原土地利用/覆被变化的影响的分析结果予以量化处理，赋予不同的分值，这样所有参与评价的因子都有了统一的标准，进一步提高评价结果的可靠性。

评价因子权重的确定直接影响了该评价的科学性与合理性，结合所选取的评价因子，本文通过问卷调查获取相关的基础数据，采用层次分析法(AHP)确定不同评价因子对研究区适宜性评价的权重值(表1)。

表1　土地利用适宜性评价指标及权重

注：表示为正向评价因子；-表示为负向评价因子；

采用简单加权求和法〔公式(3)〕求得土地利用的适宜性评价综合值：

(3)

式中：Q——第i单元适宜性评价综合值；Ui——第i个评价因子的指标值；Vi——第i个评价因子的权重。

在加权计算得出的适宜性评价值的基础上，参照研究区实际利用情况及相关研究成果，建立研究区土地利用适宜性分级[15-17](表2)。

3结果与分析

为保证分析结果的准确性，参考已有研究成果[18]，确定90 m为研究区最佳分析粒度，然后，在ArcGIS环境中，利用公式(1)—(2)得到各评价因子去除量纲后的数据，并进行空间化处理。利用公式(3)进行评价因子的空间叠加运算，并结合表2分级参考值得到研究区农业用地与林地适宜性空间分布(图3)及数量(表3)。

表2　土地利用适宜性等级

图4　研究区农业用地/林业用地适宜性分级图

项目 农业用地面积/km2比重/%林业用地面积/km2比重/%适宜评价930022.92800069.0退耕前(2000年)943423.32704666.6退耕后(2013年)890021.92837270.0

3.1　农业用地适宜性及其分布

研究区处于山区半山区，同时是国家退耕还林工程率先实施地区，土地利用状况复杂，波动性大。由适宜性分析结果(图4，表3)可以看出，非常适宜、适宜农业发展的土地主要分布于牡丹江地区东北至西南走向的中心地带，总面积约9 300 km2，占研究区面积的22.9%。该地区大部分为沿江平原区，坡度集中于0°~5°之间，海拔高度在500 m以下，地势平坦，水资源较为丰富，是天然的适宜于农业发展的区域，为现代农业发展提供了自然条件优势。限制性适宜、不适宜农业用地主要分布于研究区四周的山地、丘陵地带，这些地区一般坡度陡峭、地势起伏较大。退耕前有134 km2不适宜发展农业的土地开垦为耕地，退耕还林工程实施后后，适宜于农业发展的土地缺口达到400 km2，造成耕地资源的严重浪费。结合研究区实际情况分析，造成这一差异的主要原因是，随着城市化进程的加快，城市建设占用了大量适宜农用耕地，另一方面，林地开垦为耕地后，土地利用的不经济性逐渐凸显，农田荒废并再次还林还草。其次，城市化以及农业收入不景气的条件下，大量农民外出打工，农业人口不断降低，农民为获得短期利益，将许多农用地转变为林地以争取国家退耕还林补贴，使得退耕后适宜农业耕作土地锐减，多方面原因造成了宜农用地缺口变大。

3.2　林业用地适宜性及其分布

林业发展在牡丹江地区占据主导地位，林业用地适宜性评价结果图4和表3表明，非常适宜、适宜林业用地约为28 000 km2，主要分布于研究区西部和东南部海拔较高的张广才岭和老爷岭一带的山地，其次分布于海拔在600 m以上、坡度在12°以上的地区，还有一些土质疏松、易造成水土流失的12°以下坡度的生态脆弱地区。退耕还林后林业用地明显增加，林业用地从还林前的27 046 km2增加至约28 372 km2，研究区森林覆盖度由退耕前的66.6%增加值现在的70.0%左右。这对于改善区域严重水土流失，增强生态安全具有重要意义。同时应该看到，由于政策的不完善、当地农民在短期利益驱动下，不尊重土地利用的适宜性，不能因地制宜地开发利用土地资源，在退耕还林实施中把部分优质农业用地、不该退耕的耕地还林，使得研究区人地关系矛盾愈加紧张。这种不尊重自然的土地利用模式，使得弊大于利，进而限制了研究区社会经济与生态环境的可持续发展。

在适宜性评价结果(图4)的基础上，与图3退耕还林前后(2000，2013年)土地利用现状进行比较分析可以得出，研究区坡度在15°以上的坡耕地应坚决全部还林还草；坡度在8°~15°的坡地水土流失较为严重[11,18]，且由于土地利用外部不经济的地方也是合理还林还草的重点区域；在耕地与林地交错地带，坡度处于8°，甚至5°以下的宜耕土地部分退耕但同时又存在过度退耕的矛盾情形，也是现有林地的空间分布数量比现有的宜林用地多出约372 km2的缺口所在，这也是后退耕还林时期的工作重点；可以得出，退耕还林行为发生于坡度大于15°地区；其次为农林业交错、距离居民点近、生产活动较方便的带状区域，该区域内坡度较为缓和、坡度多分布在6°~15°之间、高程和水资源处于中等适宜水平，同时交通便利，改变土地利用类型容易，这些形成了该区域内土地利用类型变化较大的原因。相关研究也证实农林交错区的高土地利用动态度特征。因此研究也证实了该区域是退耕还林工程实施的关键地，该区域也最容易因政策的疏松而造成退耕还林成果的反弹及资源的浪费。在后退耕还林时期加强该区域内的监管力度、政策执行度是进一步落实完善退耕还林工程的关键。

4结 论

(1) 研究区属典型山区半山区，林木业是该区域传统的发展途径。2000年以前，社会经济、农林业持续发展，森林砍伐，农田开垦，耕地面积持续增加，研究区森林覆盖度下降，引发一系列的水土流失等生态安全问题，土地利用间的矛盾愈加明显。

(2) 国家退耕还林工程的实施，使牡丹江市土地利用的不合理行为得到控制，区域内生态环境得到恢复与改善。截止2013年，进行还林还草的耕地面积达到534 km2，坡度15°以上耕地坚决全部还林还草，超坡耕种行为被制止，林业用地所占比重进一步扩大，农林交错、生态脆弱等土地利用变化大的地区的土地利用行为趋于规范，退耕还林还草使牡丹江市土地利用结构更加科学合理，适宜性程度比2000年明显提高，但需要警惕退耕过程中产生的过度还林还草行为，即在低坡度、地势平坦宜耕区域还林还草，造成耕地资源的浪费；农林用地交错及距离居民点近的坡度在5°以上、高程、水资源等适中的地带，作为退耕还林工程的主要区域，同时是后退耕还林时期，严格政策实施，加强监管力度，巩固并完善退耕成果的主战场，也是今后工作的重点所在。

(3) 土地资源的开发利用要尊重区域自然规律，既不可盲目开发利用，也不能造成资源闲置浪费，在土地开发利用过程中能够及时依据区域的自然适宜性特点进行土地利用结构的再调整，使土地利用效益最大。

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Assessment on Land Use Suitability of Mudanjiang City

MA Quanlai， GAO Fengjie， HOU Dawei， LIU Yang， JIANG Han, HAN Wenwen, SHAN Peiming

(SchoolofResourceandEnvironment,NortheastAgriculturalUniversity,Harbin，Heilongjiang150030,China)

Abstract：[Objective] The land use benefits from grain-for-green project in Mudanjiang City were evaluated, and we expected to propose some scientific bases for rational land exploitation and structural adjustment of land use. [Methods] Based GIS spatial analysis, six natural indicators, including slope gradient, elevation, soil type, coefficient of water resource, precipitation, and ≥10 ℃ accumulated temperature were calculated. They were used as evaluation factors to assess the suitability of lands in Mudangjiang City for cultivated land and forestry land. [Results] The results showed that the land area assessed suitable to cultivation was about 9 300 km2, accounting for 22.9% of the study area. The slope gradient of these lands is below 5° and the elevation is below 500 m. Lands assessed with forestry suitability grade had about 28 000 km2, covered 69.0% of the study area and mainly located at mountainous region, where both the elevation and slope gradient are great and the soil is vulnerable and erosive. [Conclusion] In forest-agriculture zone, present land use exists a phenomenon of overly returning farming land to forestry. This might cause the waste of suitable cultivation lands.

Keywords:natural factors; suitability assessment; Mudanjiang City

文献标识码：A

文章编号：1000-288X(2015)06-0285-06

中图分类号：P208， F293.2

通信作者：高凤杰(1981—),女(汉族),河北省迁西县人,副教授,主要从事资源环境遥感研究。E-mail:gaojiecumt@126.com。

收稿日期：2014-08-21修回日期：2014-09-26

资助项目：黑龙江省教育厅科学技术研究项目“寒地山区退耕还林前后土地生态安全演变”(12541037)； 寒地黑土利用与保护省级重点实验室开放基金项目(ht2012-09)

第一作者：马泉来(1992—),男(汉族),河南省禹州市人,硕士研究生,研究方向为3S技术。E-mail:mql1992@126.com。