基于GIS技術(shù)的同仁市春小麥精細(xì)化農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究

摘要［目的］優(yōu)化同仁市春小麥種植結(jié)構(gòu)，提高作物產(chǎn)量，推動(dòng)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。［方法］在綜合考慮當(dāng)?shù)貧夂?、土壤、地形因素的基礎(chǔ)上，提取影響春小麥生長(zhǎng)的若干區(qū)劃因子，采用層次分析法對(duì)各區(qū)劃因子賦予不同權(quán)重，通過GIS技術(shù)得到同仁市春小麥精細(xì)化區(qū)劃圖。［結(jié)果］按照不適宜、一般適宜、適宜和最適宜劃分同仁市春小麥種植區(qū)。同仁市春小麥種植最適宜區(qū)和適宜區(qū)分布在黃乃亥鄉(xiāng)、年都乎鄉(xiāng)、隆務(wù)鎮(zhèn)、保安鎮(zhèn)西部、扎毛鄉(xiāng)東北部、曲庫(kù)乎鄉(xiāng)中部地區(qū)。［結(jié)論］同仁市春小麥適宜種植區(qū)域主要分布在中北部和西南部地區(qū)，約占全市總面積的25%；同仁市現(xiàn)有春小麥種植區(qū)基本與區(qū)劃結(jié)果適宜種植區(qū)一致，包括黃乃亥鄉(xiāng)、年都乎鄉(xiāng)、保安鎮(zhèn)西部、隆務(wù)鎮(zhèn)和曲庫(kù)乎鄉(xiāng)；當(dāng)前未種植春小麥的扎毛鄉(xiāng)東北部區(qū)域也適宜春小麥種植。

關(guān)鍵詞GIS；春小麥；精細(xì)化；農(nóng)業(yè)區(qū)劃；層次分析法

中圖分類號(hào)S512.1+2"文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A"文章編號(hào)0517-6611（2024）24-0216-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.24.046

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

StudyonFineAgriculturalRegionalizationofSpringWheatinTongrenCityBasedonGISTechnology

ZHAOXian-wei1，MUTian-hong1，WEIXiang-cheng2etal

（1.RemoteSensingCenterofAgricultureandAnimalHusbandryDivisionofQinghaiProvince，Xining，Qinghai810001;2.TongrenAgricultureandAnimalHusbandryComprehensiveServiceCenter，Tongren，Qinghai811300）

Abstract［Objective］TooptimizespringwheatplantingstructureinTongrenCity，"increasecropyield，andpromotehigh-qualitydevelopmentoflocalagriculture.［Method］Basedonthecomprehensiveconsiderationoflocalclimate，soilandterrainfactors，severalregionalfactorsaffectingspringwheatgrowthwereextracted，anddifferentweightswereassignedtoeachregionalfactorbyanalytichierarchyprocess.［Result］Accordingtounsuitable，generallysuitable，suitableandmostsuitable，theunsuitableareaandsuitableareaarethelargest，followedbythegeneralsuitablearea，andthemostsuitableareaisthesmallest.TheresultsshowedthatthemostsuitableareasandsuitableareasofspringwheatplantinginTongrenCityweredistributedinHuangnaihaiTownship，NianduhuTownship，LongwuTownship，westofBaoanTownship，northeastofZamaoTownshipandcentralareaofQukuhuTownship.［Conclusion］ThesuitableplantingareaofspringwheatinTongrenCityismainlydistributedinthenorthandsouthwestofthecity，accountingforabout25%ofthetotalareaofthecity.TheexistingspringwheatplantingareasinTongrenCityarebasicallyconsistentwiththesuitableplantingareas，includingHuangnaihaiTownship，NianduhuTownship，westofBaoanTownship，LongwuTownshipandQukuhuTownship.TheareathatneedstomakeproperadjustmentismainlyZamaoTownship，andthelocalagriculturaldepartmentcanappropriatelyexpandthespringwheatplantingareainthenortheastofZamaoTownshipaccordingtotheactualsituation.

KeywordsGIS;Springwheat;Refinement;Agriculturalregionalization;Analytichierarchyprocess

同仁市地貌復(fù)雜多樣，日照時(shí)數(shù)長(zhǎng)，氣溫日較差大，降水量差異大^［1］，春小麥作為同仁市最重要的農(nóng)作物之一，其產(chǎn)量與質(zhì)量對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展會(huì)有一定影響，在統(tǒng)籌考慮多種區(qū)劃因素的基礎(chǔ)上研究同仁市春小麥綜合區(qū)劃^［2］可以進(jìn)一步對(duì)當(dāng)?shù)刈魑锷a(chǎn)進(jìn)行合理規(guī)劃，科學(xué)安排農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)牧民增收，推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向高產(chǎn)、高效、高精準(zhǔn)化的方向發(fā)展^［3］。

近年來，國(guó)內(nèi)外針對(duì)農(nóng)作物種植區(qū)劃的研究不斷發(fā)展，美國(guó)、法國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的農(nóng)業(yè)區(qū)劃工作經(jīng)歷了相當(dāng)長(zhǎng)的發(fā)展過程，已經(jīng)形成了一套相對(duì)成熟的理論方法體系和經(jīng)驗(yàn)做法^［4］。國(guó)內(nèi)許多學(xué)者對(duì)農(nóng)作物精細(xì)化區(qū)劃進(jìn)行了深入研究，目前主流的區(qū)劃方法是通過對(duì)氣候因子、地形因子、土壤因子等區(qū)劃因子分別進(jìn)行分析，篩選出適宜性區(qū)劃指標(biāo)，利用層次分析法對(duì)影響作物種植的因子賦予不同權(quán)重，結(jié)合GIS技術(shù)完成農(nóng)作物適宜性區(qū)劃^［5-12］。此外，也有部分學(xué)者在綜合考慮多種區(qū)劃因子的基礎(chǔ)上通過建立數(shù)學(xué)模型，利用GIS技術(shù)對(duì)作物進(jìn)行適宜性分區(qū)^［13-16］。綜合來看，全方位考慮農(nóng)作物區(qū)劃因素，尤其是在高原地區(qū)地形破碎，不適宜大規(guī)模耕種的區(qū)域內(nèi)開展農(nóng)作物精細(xì)化區(qū)劃的研究相對(duì)較少。同仁市具備典型的河谷農(nóng)業(yè)特征，也是青海典型的農(nóng)牧交錯(cuò)地帶，因此，選擇在青海省同仁市開展春小麥精細(xì)化農(nóng)業(yè)區(qū)劃，對(duì)于進(jìn)一步做好青海省農(nóng)業(yè)適宜種植區(qū)劃具有開創(chuàng)工作和典型借鑒意義。

1研究方法

1.1研究區(qū)概況

同仁市地處青藏高原和黃土高原的過渡地帶，地理坐標(biāo)為108°38′～102°27′E，35°01′～35°47′N。地勢(shì)南高北低，隆務(wù)河縱貫全境南北，形成東西部山區(qū)和中部河谷地區(qū)。同仁大部分地區(qū)屬?zèng)鰷?、冷溫半干旱氣候區(qū)。年平均氣溫5.2℃，年降水量425.7mm，無霜期61～150d，年日照時(shí)數(shù)2413.1～2634.9h。氣候特點(diǎn)是地區(qū)差異顯著，氣溫日較差大，光照充足，日照強(qiáng)，雨水略缺，降水變率大。

1.2數(shù)據(jù)來源

地形數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云（https：∥www.gscloud.cn/search）。土壤數(shù)據(jù)來源于世界土壤數(shù)據(jù)庫(kù)（HarmonizedWorldSoilDatabase，HWSD）的中國(guó)土壤數(shù)據(jù)集（v1.1），從國(guó)家青藏高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：∥data.tpdc.ac.cn/zh-hans/）下載。積溫、日平均氣溫、太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)來源于地理遙感生態(tài)網(wǎng)（http：∥www.gisrs.cn/index.html），年降水量、年日照時(shí)數(shù)來源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心（https：∥www.resdc.cn/Default.aspx）。

1.3評(píng)價(jià)方法

1.3.1層次分析法。

層次分析法（analytic hierarchy process，AHP）是指將與決策總是有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行定性和定量分析的決策方法。該方法較適用于難以完成定量化分析的問題，尤其是對(duì)一些較為復(fù)雜、較為模糊的問題可以迅速作出決策。采用9標(biāo)度法對(duì)各影響因素的重要性進(jìn)行比較，構(gòu)造判斷矩陣，通過一致性檢驗(yàn)后確定不同因素的權(quán)重^［17］。該研究將同仁市春小麥綜合區(qū)劃作為最終目標(biāo)層，分別選取氣候、地形、土壤作為區(qū)劃因子構(gòu)建評(píng)價(jià)模型。

1.3.2加權(quán)綜合評(píng)價(jià)。

各影響因素在總體區(qū)劃評(píng)價(jià)中的影響程度不盡相同，需要對(duì)不同因素賦予不同權(quán)重，并綜合考慮各因素的影響程度，進(jìn)行加權(quán)平均，得到最終的加權(quán)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。其表達(dá)式為

Cvj=ni=1（Qvij×Wci）（1）

式中：Cvj為評(píng)價(jià)因子的總值，Qvij表示因子j的指標(biāo)i（Qij）≥0，Wci為指標(biāo)i的權(quán)重值（0≤Wci≤1），n為評(píng)價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)。

1.3.3反距離權(quán)重插值。

反距離權(quán)重法（inversedistanceweighting，IDW）是一種在空間數(shù)據(jù)分析中常用的插值方法，該方法允許數(shù)據(jù)有各向異性，計(jì)算速度快且易于實(shí)現(xiàn)，其前提是假設(shè)彼此距離較近的事物要比彼此距離較遠(yuǎn)的事物更相似，根據(jù)數(shù)據(jù)點(diǎn)與待插值的位置距離賦予不同權(quán)重，然后進(jìn)行加權(quán)平均。在計(jì)算氣候因子的空間分布時(shí)需要用反距離權(quán)重法計(jì)算差值。其計(jì)算過程如下：

計(jì)算未知點(diǎn)到所知點(diǎn)的距離

di=（x-xi）2+（y-yi）2（2）

計(jì)算權(quán)重

wi=1/dini1/di（3）

計(jì)算插點(diǎn)的值

Z0=ni=1wi×（Zi，Yi）（4）

式中：di為未知點(diǎn)到所知點(diǎn)的距離；x，y為已知點(diǎn)的坐標(biāo)；xi，yi為第i個(gè)未知點(diǎn)的坐標(biāo)；wi為第i個(gè)點(diǎn)的權(quán)重；Zi，Yi為第i個(gè)插值點(diǎn)的坐標(biāo)；Z0為插值點(diǎn)的值。

2區(qū)劃因子及權(quán)重指標(biāo)確定

2.1氣候因子

2.1.1全生育期≥10℃積溫。

積溫是影響農(nóng)作物生長(zhǎng)與發(fā)育的主要因素，積溫的多少?zèng)Q定了農(nóng)作物生長(zhǎng)期的長(zhǎng)短，能直接影響作物長(zhǎng)勢(shì)和生長(zhǎng)季節(jié)，同仁市春小麥生育期內(nèi)≥10℃平均積溫為2232.6℃，最高值為3144.9℃，最低值為1291.0℃。

2.1.2全生育期日平均氣溫。

春小麥的生長(zhǎng)發(fā)育在不同階段有不同的適宜溫度范圍。在最適溫度時(shí)，生長(zhǎng)最快，發(fā)育最好。春小麥種子發(fā)芽出苗的最適宜日平均氣溫為15～20℃；春麥根系生長(zhǎng)的適宜日平均氣溫為16～20℃，最低溫度為2℃，超過30℃則受到抑制。同仁市春小麥生育期內(nèi)日平均氣溫為15.9℃，中部河谷地帶較高，西部、東部、南部山區(qū)較低。

2.1.3全生育期≤0℃天數(shù)（低溫凍害）。

在生育期內(nèi)≤0℃天數(shù)是春小麥?zhǔn)艿降蜏貎龊Φ闹匾笜?biāo)，會(huì)直接影響春小麥的產(chǎn)量，近5年同仁市氣象觀測(cè)站未出現(xiàn)春小麥生育期內(nèi)氣溫低于0℃以下的情況。

2.1.4全生育期降水量。

同仁市春小麥全生育期降水量分布差異較大，中部河谷地帶降水量較小，年降水量約為450mm，西部、東部和南部山區(qū)降水量較大，年降水量約為750mm。

2.1.5日照時(shí)長(zhǎng)。

春小麥作為長(zhǎng)日照作物，需要滿足一定的日照條件才能獲得正常的產(chǎn)量。同仁市春小麥全生育期日照時(shí)長(zhǎng)從西北至東南逐步遞減，最長(zhǎng)日照時(shí)長(zhǎng)為2467h，最短日照時(shí)長(zhǎng)為2138h。

2.1.6太陽(yáng)輻射。

太陽(yáng)輻射對(duì)春小麥光合色素的合成速率、凈光合速率、蒸騰速率和水分利用率有明顯影響。同仁市太陽(yáng)輻射量最高值6597.23MJ/m2，最低值6417.78MJ/m2，自西向東逐漸降低。

2.2地形因子

2.2.1海拔。

同仁市海拔差異較大，自北向南逐漸增高，最低為2182m，最高為4955m。有研究表明，海拔越高對(duì)春小麥的生長(zhǎng)越不利，考慮到同仁市屬于高原地區(qū)，平均海拔較高，根據(jù)當(dāng)?shù)卮盒←湻N植的實(shí)際情況，對(duì)海拔按照一定閾值進(jìn)行適宜度分級(jí)：2182～lt;2875m賦值為1，2875～lt;3568m賦值為0.7，3568～lt;4261m賦值為0.4，4261～lt;4955m賦值為0。

2.2.2坡度。

一般情況下，春小麥適宜在坡度較平緩的區(qū)域生長(zhǎng)，如果坡度超過30°，則不適宜種植春小麥。同仁市坡度差異較大，最小坡度為0°，最大坡度為69°，其中坡度較平緩地區(qū)分布于中部河谷地帶，其余地區(qū)均為高山地，坡度較大。結(jié)合同仁地區(qū)春小麥實(shí)際種植情況，對(duì)坡度按照一定閾值進(jìn)行適宜度分級(jí)：0～lt;5°賦值為1，5°～lt;10°賦值為0.7，10°～lt;20°賦值為0.4，20°及以上賦值為0。

2.2.3坡向。

坡向向南日照條件好，平均溫度較高，有利于農(nóng)作物生長(zhǎng)，向北則反之，同仁市坡向向南向北分布基本均勻。根據(jù)同仁地區(qū)實(shí)際情況，對(duì)坡向按照一定閾值進(jìn)行適宜度分級(jí)：南向賦值為1.0，東南和東向0.8，西南和東北0.6，西向、北向、西北0.2。

2.3土壤因子

2.3.1土壤類型。

同仁市土壤類型復(fù)雜多樣，主要包括淋溶灰褐土、灰性灰褐土、黑鈣土、淋溶黑鈣土、暗栗鈣土、栗鈣土、淡栗鈣土、灰鈣土、灌淤土、草氈土、棕草氈土、黑氈土、薄黑氈土和棕黑氈土14種土壤，草氈土和黑氈土分布面積較廣，其中黑鈣土、黑氈土、灰鈣土、灌淤土土壤肥力較好，春小麥產(chǎn)量高，賦值為1.0，栗鈣土、灰褐土次之，賦值為0.8和0.6，草氈土不適宜，賦值為0。

2.3.2土壤質(zhì)地。

同仁市土壤質(zhì)地主要包括輕質(zhì)黏土、粉砂壤土、壤土、砂質(zhì)壤土、壤砂土，分布最廣的分別為壤土和砂質(zhì)壤土，其中，粉砂壤土、砂質(zhì)壤土、壤土土肥含量高，透水透氣性好，最適宜春小麥種植，賦值為1.0，壤砂土和輕質(zhì)黏土分別賦值為0.8和0.6。

2.3.3土壤腐殖質(zhì)厚度。

土壤肥力的高低與腐殖質(zhì)層的厚度和腐殖質(zhì)的含量密切相關(guān)，腐殖質(zhì)越厚，土壤肥力越好，越有利于春小麥生長(zhǎng)。同仁大部分地區(qū)土壤腐殖質(zhì)厚度在5～20cm，部分河谷地區(qū)腐殖質(zhì)厚度大于30cm，賦值如下：5～lt;10cm賦值為0.2，10～lt;20cm賦值為0.4，20～lt;30cm賦值為0.6，30cm及以上賦值為0.8。

從氣候因子、地形因子、土壤因子中篩選出對(duì)春小麥生長(zhǎng)影響最大的12個(gè)區(qū)劃因子，根據(jù)各因子對(duì)春小麥生長(zhǎng)的影響程度采用層次分析法賦予不同權(quán)重，具體分配見表1。

3區(qū)劃結(jié)果分析

3.1氣候因子精細(xì)化區(qū)劃結(jié)果

選取全生育期≥10℃積溫、全生育期日平均氣溫、全生育期≤0℃天數(shù)、全生育期降水量、日照時(shí)長(zhǎng)和太陽(yáng)輻射這6個(gè)對(duì)春小麥生長(zhǎng)發(fā)育影響最大的氣候因子，經(jīng)過加權(quán)綜合，按照最適宜、適宜、一般適宜、不適宜劃分同仁市春小麥氣候適宜區(qū)，得到氣候因子精細(xì)化區(qū)劃圖（圖1），其中，一般適宜區(qū)面積最大，其次是適宜區(qū)、最適宜區(qū)，不適宜區(qū)面積最小。結(jié)果表明，同仁市春小麥氣候因子最適宜區(qū)和適宜區(qū)分布在黃乃亥鄉(xiāng)、年都乎鄉(xiāng)、隆務(wù)鎮(zhèn)、保安鎮(zhèn)西部、扎毛鄉(xiāng)中部大部分區(qū)域。

3.2地形因子精細(xì)化區(qū)劃結(jié)果

選取海拔、坡度、坡向3個(gè)地形因子進(jìn)行加權(quán)綜合，按照最適宜、適宜、一般適宜、不適宜劃分同仁市春小麥地形適宜區(qū)，得到地形因子精細(xì)化區(qū)劃圖（圖2），其中，不適宜區(qū)面積最大，其次是一般適宜區(qū)、適宜區(qū)，最適宜區(qū)面積最小。結(jié)果表明，同仁市春小麥地形因子最適宜區(qū)和適宜區(qū)分布在黃乃亥鄉(xiāng)、年都乎鄉(xiāng)、隆務(wù)鎮(zhèn)中東部、保安鎮(zhèn)、曲庫(kù)乎鄉(xiāng)中部，扎毛鄉(xiāng)北部。

3.3土壤因子精細(xì)化區(qū)劃結(jié)果

選取土壤類型、土壤質(zhì)地和土壤腐殖質(zhì)厚度3個(gè)土壤因子進(jìn)行加權(quán)綜合，按照最適宜、適宜、一般適宜、不適宜劃分同仁市春小麥土壤適宜區(qū)，得到土壤因子精細(xì)化區(qū)劃圖（圖3），其中，不適宜區(qū)和一般適宜區(qū)面積大，其次是適宜區(qū)，最適宜區(qū)面積最小。結(jié)果表明，同仁市春小麥土壤因子最適宜區(qū)和適宜區(qū)分布在黃乃亥鄉(xiāng)、年都乎鄉(xiāng)、保安鎮(zhèn)、隆務(wù)鎮(zhèn)中東部、加吾鄉(xiāng)北部、瓜什則鄉(xiāng)西部、扎毛鄉(xiāng)北部。

3.4精細(xì)化區(qū)劃結(jié)果

綜合考慮氣候因子、土壤因子和地形因子對(duì)同仁市春小麥生產(chǎn)的影響程度加權(quán)疊加，按照最適宜、適宜、一般適宜和不適宜劃分同仁市春小麥種植適宜區(qū)，得到同仁市春小麥精細(xì)化區(qū)劃圖（圖4），其中，不適宜區(qū)和適宜區(qū)面積大，其次是一般適宜區(qū)，最適宜區(qū)面積最小。結(jié)果表明，同仁市春小麥種植最適宜區(qū)和適宜區(qū)分布在黃乃亥鄉(xiāng)、年都乎鄉(xiāng)、隆務(wù)鎮(zhèn)、保安鎮(zhèn)西部、扎毛鄉(xiāng)東北部、曲庫(kù)乎鄉(xiāng)中部地區(qū)。

4結(jié)論與討論

4.1結(jié)論

以青海省黃南州同仁市為研究區(qū)域，在綜合考慮氣候、土壤和地形條件的基礎(chǔ)上結(jié)合GIS技術(shù)，采用層次分析法對(duì)春小麥適宜種植區(qū)進(jìn)行精細(xì)化區(qū)劃，得到同仁市春小麥精細(xì)化區(qū)劃圖。研究結(jié)論如下：

（1）同仁市春小麥適宜種植區(qū)域主要分布在中部河谷地區(qū)和西南地區(qū)，約占全市總面積的25%，不適宜區(qū)域主要分布在西部、東部和東南部，約占全市總面積的75%。

（2）綜合分析同仁市現(xiàn)有春小麥種植區(qū)和區(qū)劃圖，可以看出絕大部分現(xiàn)有種植區(qū)與適宜種植區(qū)一致，包括黃乃亥鄉(xiāng)、年都乎鄉(xiāng)、保安鎮(zhèn)西部、隆務(wù)鎮(zhèn)和曲庫(kù)乎鄉(xiāng)。

（3）區(qū)劃分析研究顯示，扎毛鄉(xiāng)東北部區(qū)域也適合春小麥種植，目前扎毛鄉(xiāng)該地區(qū)種植面積較小，建議根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)擴(kuò)大春小麥種植面積。

4.2討論

（1）該研究結(jié)果存在一些不足之處，未充分考慮水利因素的影響，因?yàn)橥适泄喔葏^(qū)與現(xiàn)有春小麥種植區(qū)、區(qū)劃適宜種植區(qū)一致，灌溉面積僅為中部河谷周邊地區(qū)，面積較小，但對(duì)區(qū)劃結(jié)果的準(zhǔn)確性仍有一定影響。

（2）該研究屬于農(nóng)業(yè)自然條件區(qū)劃，在一定程度上不具有全局性和代表性，往后的研究應(yīng)在考慮自然條件的基礎(chǔ)上，把當(dāng)?shù)厣鐣?huì)條件和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r也納入考慮范疇，進(jìn)行綜合農(nóng)業(yè)區(qū)劃，對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展會(huì)具有更加實(shí)際的指導(dǎo)意義。

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