基于GIS的凉州区醇用型甜高粱适宜性等级预测研究

张德梅1，郭润霞2#，张小叶3*，王祎4

（1.甘肃省武威市凉州区金沙镇农技站，武威733000；2.甘肃省凉州区中坝镇人民政府农业技术服务站，武威733000；3.甘肃省武威市凉州区清水镇农技站，武威733000；4.甘肃省武威市凉州区农业技术推广中心，武威733000）

以武威市凉州区土壤图、土地利用现状图、行政区划图和地貌类型分区图叠加形成评价对象单元，选取对研究区耕地生产力影响较大、与农业生产有密切关系，并且具有区域差异明显、时间序列上相对稳定特征的8个因子，建立评价指标体系；建立层次分析模型，进行综合指数计算分析。预测研究结果表明：参评因子中，对研究区醇用型甜高粱种植适宜性等级的影响程度从大到小依次为：灌溉保证率、土壤类型、成土母质、灌溉模数、剖面构型、海拔、有机质、速效钾。凉州区醇用型甜高粱适宜性评价为4个等级，分级标准取值（IFI）为0.7825、0.5356和0.4219，对应区域为一级适宜、二级适宜、三级适宜和四级适宜，其面积分别为43806 hm2、21207 hm2、16071 hm2和16198 hm2。

醇用型甜高粱；适宜性等级；层次模型分析；GIS

凉州区把推广甜高粱作为发展节水高效农业、扩大畜牧业饲草料资源、促进农民增收的一项重要措施，从中科院近代物理研究所引进醇用型甜高粱品种，通过推广前期试验，据调查在研究区种植的醇用型甜高粱茎秆汁液平均含糖量达19.4%。为推广甜高粱种植，凉州区通过争取省财政项目资金，整合旱作农业、高效农田节水等农业项目，用于试验示范、技术培训和扩大种植面积，进一步发展甜高粱新兴产业链。目前，国内运用GIS技术对于县域内耕地等级评价、作物适宜性评价等的方法和体系已经广泛应用。随着农业生产和社会经济的不断发展，地方产业更新，种植业结构快速调整。在耕层尺度上对甜高粱的种植布局规划研究国内报道有张文龙以山东省非粮土地作为研究对象，以地理信息系统和SPSS为主要数据处理工具，通过综合专家经验和相关研究资料，对山东省非粮土地甜高粱种植潜力进行评估[1]；国内报道较多关于甜高粱的研究主要针对以下方面：甜高粱的生长特性，生物能源，不同条件下长势等[2-9]。本研究逐步建立和完善甜高粱基地动态监测与预警体系，探究不同甜高粱类型种植生产的土壤肥力演变与科学施肥规律，为农业决策者、基层农业技术人员和广大农民提供决策参考，保障新兴农业产业的持续发展。

1 研究区概况

凉州区地处甘肃省西北部，河西走廊东端，祁连山北麓，武威市中部。东经101°59′35″～103°23′40″，北纬37°23′54″～38°12′14″。南连天祝藏族自治县、古浪县；西邻肃南裕固族自治县；北抵民勤县、永昌县。东西长约122 km，南北宽约90 km。行政区划面积5801km2。全区地形由西南向东北倾斜。西南和南部是祁连山区，中部是走廊平原，有河灌区、井灌区，是本区的农业区，也是河西走廊重要的商品粮生产基地，东北和东部是八十里大沙和二十里大沙。

表1 凉州区醇用型甜高粱评价层次模型

2 材料与方法

2.1 确定评价单元

运用GIS系列软件，凉州区醇用型甜高粱适宜性评价单元图是由凉州区土壤图、行政区划图、农用地地块图、灌溉分区图和地貌类型分区图相交以后生成的。土壤图图斑数1236个，行政图图斑数524个，农用地地块图图斑数3482个，灌溉分区图图斑数8个，地貌类型分区图7个，通过相交叠加，最终形成评价单元数12147个。

2.2 选取评价指标及建立层次模型

采用特尔斐法，遵循重要性、差异性和区域性等原则，选取了8项与醇用型甜高粱种植关系密切的因子作为评价指标，其中立地条件2项：土壤类型、海拔；剖面性状2项：剖面构型和耕层厚度；耕层养分状况2项：有机质、速效钾；土壤管理2项：灌溉模数和灌溉保证率。在这8项评价因子中3项因子为概念型函数，5项因子是数值型函数。层次模型及权重见表1、表2。

通过求各判断矩阵的特征向量就可以得到准则层和指标层的权重系数，同时可以求得每个评价指标对适宜性等级的组合权重，即每个指标对相应准则层的权重系数乘以准则层对适宜性等级的权重系数，层次总排序一致性检验：CI=－4．675E－06，RI=0，CR=CI/RI= 0．000000001＜0．1，总排序一致性检验通过。由层次分析结果可以看出，各评价因子对研究区醇用型甜高粱适宜性等级的影响程度从大到小依次为：灌溉保证率、土壤类型、成土母质、灌溉模数、剖面构型、海拔、有机质、速效钾。

2.3 模糊数学法确定因子隶属度

隶属函数分为概念型和数值型两种函数类型。凉州区醇用型甜高粱参评因子数值型隶属函数包括有机质、速效钾、海拔、灌溉模数和灌溉保证率，概念型隶属函数包括土壤类型、成土母质、剖面构型。各评价因子的隶属度是通过专家运用特尔斐法评分得到，隶属度见表3和表4。

表2 层次模型权重值

表3 数值型因子的隶属度

表4 概念型因子隶属度

2.4 适宜性等级综合指数计算

在地理信息系统软件中，按照累计曲线分级法，调节比例划分等级，其中计算醇用型甜高粱适宜性等级的公式为：IFI=∑Fi×Ci，式中：IFI代表适宜性等级综合指数；F=第i个因素评语；Ci=第i个因素的组合权重。

表5 凉州区醇用型甜高粱适宜性等级预测指数

3 结果与分析

3.1 分级结果

经过层次模型建立及其系统的综合指数计算，凉州区醇用型甜高粱适宜性等级预测分级标准取值为0．7825、0．5356、0．4219。根据每个评价单元的综合指数标准（NYPT 309－1996），将凉州区醇用型甜高粱适宜性划分为4个适宜级别（表5）。

为了提高制图的效率和准确性，在ArcGIS的支持下，编辑点、线、面→点、线、面校正处理→统一坐标系→根据计算的适宜性属性，编辑并对其赋相应属性→根据适宜性赋颜色→根据适宜性加注记→图幅整饰输出，生成凉州区醇用型甜高粱适宜性等级图（图1）。

3.2 等级分布

综合表5和图1，从等级预测评价结果数据表中可以看出，一级适宜区域综合评价指数IFI＞0．7825，耕地面积43806hm2，占总耕地面积的45．03%，灌溉保证率好，灌溉水质好，地势平坦，无明显障碍层，土层深厚，耐旱，土质肥沃，土壤水、热状况协调，土壤理化性状良好。二级适宜区域综合评价指数IFI为0．7825～0．5356，面积21207hm2，占总耕地面积的21．80%，主要分布在以山前洪积冲积倾斜平原和洪积冲击细土平原，土壤pH8．0～8．5，呈微碱性，主要土种有灰黄平土、淡灰黄平土，底青泥灰黄平土、浅位漏沙土，土壤质地构型以均质中壤、均质轻壤和粘身中壤为主。三级适宜综合评价指数IFI在0．5356～0．4219之间，区域面积16071hm2，占总耕地面积的16．52%，主要以砂质黄立土、流动风沙土、淡灰黄平土和立土为主；土壤质地构型以均质中壤和均质砂壤为主，土层浅，土壤熟化度低，肥力不高，耕层土壤养分含量有机质13．88g/kg，全氮1．0g/kg，速效钾156mg/kg。四级适宜区域综合评价指数IFI＜0．4219，耕地面积16198hm2，占总耕地面积的16．65%，主要以流动风沙土、中位青泥淡灰黄平土、栗土、砂壤土、砂砾灰漠土为主，土壤养分含量有机质12．6g/kg，全氮0．96g/kg，速效钾136mg/kg，生态条件脆弱，土壤保水供肥能力极差。

图1 凉州区醇用型甜高粱适宜性等级图

4 结论与讨论

本研究在GIS技术支持下，结合县域耕地资源管理信息系统，建立空间图件数据库和农业生产属性数据库，选取评价因子，综合采用层次分析法、模糊数学法、综合指数法等方法对研究区的醇用型甜高粱适宜性评价出4个等级：一级适宜、二级适宜、三级适宜、四级适宜；其面积分别为43806 hm2、21207 hm2、16071 hm2、16198 hm2。醇用型甜高粱种植适宜性评价涉及到相互关联的定量的和不定量的，许多自然要素和部分人为因素（如灌溉）。在评价时，概念型因素的描述是通过专家的经验或应用某种数量化方法转换为定量的描述。由于专家认识上的分歧和数学方法的局限，评价结果在相应范围内是一定的，在不同因子和不同专家团队下的适宜等级及其区域面积是有差别的；与研究区域耕地的实际生产能力也会有偏差。评价工作完成后在不同乡村抽样调查300户农户地块，根据农户反映，高度符合地块100个，占33．3%，符合地块196个，占65．3%，不符合地块4个，占1．4%，基本符合当地实际情况。本研究为凉州区不同尺度的耕地资源分析、农业结构调整、甜高粱新兴产业发展、农业效益及其节水效应研究等提供科学依据。

[1]张文龙，郭阳耀．基于山东省非粮土地利用的甜高粱适宜种植区分布研究[J]．安徽农业科技，2010，38（24）：13168－13171．

[2]黎大爵．甜高粱可持续农业生态系统研究[J]．中国农业科学，2002，35（8）：1021－1024．

[3]邹剑秋，宋仁本，卢庆善，等．新型绿色可再生能源作物－甜高粱及其育种策略[J]．杂粮作物，2003，23（3）：22－24．

[4]卢庆善．高粱学[M]．北京：中国农业出版社，1999：381－415．

[5]王黎明．黑龙江省高粱生产及育种工作展望[J]．作物杂志，2007（3）：34－36．

[6]陆平．高粱种质资源描述规范和数据标准[J]．北京：中国农业出版社，2006：51－60．

[7]王黎明．黑龙江省能源作物——甜高粱的研究与发展[J]．黑龙江农业科学，2007（4）：99－100．

[8]韩梅，王祎．基于GIS的武威市凉州区甜菜种植适宜性分区[J]．中国糖料，2015，37（5）：36－37．

[9]邢基胜，赵河文，常熙琳，等．黄南糖厂万亩丰产高糖甜菜栽培技术[J]．中国糖料，1997（3）：52－54．

Study on Suitability Grade of Alcohol Type Sweet Sorghum in Liangzhou Area by GIS

ZHANG De－mei1,CUO Run－xia2#,ZHANG Xiao－ye3*,WANG Yi4
（1.Agrotechnical Station of Liangzhou District Jinsha Town,Wuwei733000,Gansu; 2.Agricultural Technology Service Station of Liangzhou District Zhongba Town People's Government,Wuwei733000,Gansu; 3.Agrotechnical Station of Liangzhou DistrictQingshui Town,Wuwei733000,Gansu; 4.Agricultural Science and Technology Extension Center of Liangzhou District,Wuwei733000,Gansu）

The soil map and present landuse map,administrative zoning map and landform zoning map of Liangzhou district of Wuwei city were overlaid forming evaluation object unit,eight factors with obvious area differences and relatively stable time series were used to establish evaluation index system and AHPmodel．The results showed that the prediction of the evaluating factors,the influence degree of study area on suitable planting alcohol type sweet sorghum was as follows:the guaranteed rate of irrigation＞soil type＞soil parentmaterial＞irrigation modulus＞profile configuration＞altitude＞organic matter＞available potassium．Suitability evaluation of alcohol type sweet sorghum are classified into four grades in Liangzhou district,and the standard values was 0．7825,0．5356 and 0．4219,corresponding to the suitable region of one,two,three and four degree,whose area was 43806 ha,21207 ha,16071 ha and 16198 ha,respectively．

alcohol type sweet sorghum;suitability level;hierarchicalmodel analysis;GIS

S566.5

A

1007－2624（2017）04－0025－03

10.13570/j.cnki.scc.2017.04.009

2017-03-30

张德梅（1978-），女，甘肃武威人，农艺师，主要从事农业技术推广工作。E-mail：lzqzdm2010@163.com

#执笔人：郭润霞（1987-），女，甘肃武威人，农学专业，从事农业技术推广工作。

张小叶（1976-），女，甘肃武威人，农艺师，主要从事农业技术推广工作。E-mail：wangyi860518@qq.com