基于栅格数据空间分析的冀北地区马铃薯适宜性评价 基于栅格数据空间分析的冀北地区马铃薯适宜性评价田杰（承德市土壤肥料工作站，河北承德067065）摘要：以地理信息系统应用软件ArcGIS10.0为操作平台，选择≥10℃积温、坡度、有机质含量、灌溉条件、土层厚度、土壤质地、障碍层类型作为评价因子，应用栅格数据空间分析方法，对冀北地区马铃薯的适宜性进行评价，划分为高度适宜、中度适宜、临界适宜和不适宜四个等级，对当地马铃薯种植布局具有指导意义。关键词：冀北；马铃薯适宜性评价；栅格数据空间分析0引言进行大范围自然区域的马铃薯适宜性评价，涉及诸多的环境因子，需要大量的数据和分析工作，用常规的方法很难完成。GIS（地理信息系统）具有强大的空间分析和数据处理功能，并可以在空间数据库的基础上建立针对各类问题的应用模型，对空间信息和属性数据进行有效的加工处理、科学分析和决策管理。栅格数据结构简单、直观，非常利于计算机操作处理，是GIS常用的基础空间数据格式，利用栅格数据的GIS空间分析方法，能够快速、准确地完成针对某种特定利用方式的适宜性评价。1概述马铃薯是重要的粮食、蔬菜兼用作物。马铃薯传入我国只有一百多年的历史，主要在我国的东北、内蒙、华北和云贵等气候较凉的地区种植，现在我国马铃薯种植面积居世界第二位。受资源瓶颈收窄、环境压力加大、种植效益降低等影响，小麦、水稻等口粮品种继续增产的难度加大。马铃薯产量高，营养丰富，对环境的适应性较强，是耐寒、耐旱、耐瘠薄，属于“省水、省肥、省药、省劲儿”的“四省”作物，马铃薯种植和加工已成为一些地方脱贫致富的支柱产业。马铃薯性喜冷凉，是喜欢低温的作物。其地下薯块形成和生长需要疏松透气、凉爽湿润的土壤环境。马铃薯对温度的要求：块茎生长的适温是16～18℃，当地温高于25℃时，块茎停止生长；茎叶生长的适温是15～25℃，超过39℃停止生长，并且容易发生病害，影响产量和品质。只有在条件适宜的耕地种植马铃薯才能达到优质、高产、高效的目的。因此，进行马铃薯适宜性评价，有利于合理利用和优化配置土壤资源，有效地指导马铃薯的种植规划。2材料与方法2.1研究区域概况研究区位于河北省北部，行政区域属丰宁、围场、隆化三个县，总面积23255km2，地理坐标东经115°54′08″～118°20′20″、北纬40°53′13″～42°36′55″，海拔788m～1722m。属大陆性中温带季风型半湿润气候区，年均温度-2℃～7℃，≥10℃积温1330～3410℃，无霜期60～140天，年降水量400～550mm。耕地总面积285646hm2，土壤类型有棕壤、褐土、栗钙土、灰色森林土、潮土、草甸土等。2.2评价因子的确定根据马铃薯种植对环境条件的要求，按照针对性、比较性、区域性、综合性与系统性、主导性、生产性的原则，选定≥10℃积温、地面坡度、灌溉条件、障碍层类型、土壤质地、土层厚度等7项指标作为马铃薯适宜性评价因子。2.3数据处理与分析2.3.1基础数据。此项研究以地理信息系统应用软件ArcGIS10.0为操作平台，主要数据包括：①承德市数字高程模型（DEM），像元大小为30m。②承德市≥10℃积温栅格图，像元大小为30m，利用承德及周边气象站点多年观察平均值，经薄板张力样条法插值生成。③承德市耕地地力评价单元图，ESRIshape格式，其属性字段包括马铃薯适宜性评价的指标如土壤质地、土层厚度、灌溉条件、障碍层类型等。④分县有机质含量栅格图，利用近期采样测试数据，经地统计分析插值生成，像元大小为30m。≥10℃积温栅格图、有机质含量栅格图、耕地地力评价单元图为高斯克吕格投影，北京1954坐标系；DEM栅格数据为ESRIgrid格式，UTM投影，1984坐标系。2.3.2数据处理。①以研究区域为掩膜，分别从承德市DEM、承德市≥10℃积温栅格图、承德市耕地地力评价单元图提取研究区数据。②利用ArcGIS的要素转栅格工具，从耕地地力评价单元图的土壤质地、土层厚度、障碍层类型和灌溉条件字段向输出栅格分配值，生成相应的栅格数据集，像元大小为10m。③利用ArcGIS的栅格镶嵌工具，合并研究区分县的有机质含量栅格图。④利用ArcGIS的3D分析工具，从DEM栅格数据集生成研究区坡度图。2.3.3栅格数据重分类。由于分析计算的需要，必须对各种栅格数据用统一的等级体系重新归类，使各数据之间具有量值可比性。依据据每个栅格数据的单元属性对马铃薯适宜性的符合程度，将数据重分类为1～10的范围，适宜性好的单元赋予较大的值。对存在限制条件的类型值设置为NoData，以将其从后续的分析中移除。如坡度>30°、土层厚度<30cm、土壤质地为重壤质或粘质、障碍层类型为潜育层或盐积层的单元，根本不适合马铃薯种植，通过设置为NoData，将其删除。2.3.4栅格叠加计算。栅格重分类后，各个栅格数据集都统一到相同的等级体系内，利用栅格计算器工具，根据各种因素的不同权重，合并数据集，以进行适宜性划分。评价因子的权重确定，是根据每个参评因子对马铃薯生态适应性的贡献程度，赋予其不同的权数值。适宜性评价影响较大的数据集赋较高的权重。地理处理环境设置：输出坐标系为高斯克吕格投影，北京1954坐标系；像元大小为最小输入数，即10m。3评价结果3.1马铃薯适宜性评价等级利用栅格计算器合并数据集，按权重对所有栅格数据相对应单元作加法运算，进行叠加计算。计算结果：栅格值在3.3～9.7之间，平均值6.43。用自然断点划分为4类。>7.39为高度适宜，6.49～7.39为中度适宜，5.38～6.49为临界适宜，<5.38为不适宜。3.2马铃薯适宜区域分布研究区适宜马铃薯种植的耕地面积213221hm2，占耕地总面积的74.65%。其中高度适宜面积51632hm2，占总适宜面积的24.22%，主要分布在丰宁县坝上的大滩、鱼儿山、草原、万胜永、四岔口等乡镇，围场县的御道口、南山嘴、老窝铺、姜家店、山湾子、宝元栈、新拨等乡镇，其他乡镇仅有小面积分布；中度适宜面积72471hm2，占总适宜面积的33.99%，主要分布在接坝地区；临界适宜面积89118hm2，占总适宜面积的41.79%，主要分布在研究区东南部（图1）。4结论1）选择≥10℃积温、坡度、有机质含量、灌溉条件、土层厚度、土壤质地、障碍层类型作为评价因子，能够满足冀北地区马铃薯适宜性评价的需要。2）利用GIS栅格数据分析方法进行马铃薯适宜性评价，在栅格重分类时对限制条件的数据进行剔除，避免了累加分值较高的栅格中包含限制因子的可能性，使评价结果更加可靠。3）通过多点考察、检验，此项评价结果符合实际情况，对当地马铃薯种植布局具有指导意义。参考文献[1]潘剑君.土壤调查与制图[M].中国农业出版社，2010.[2]汤国安，杨昕.ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程[M].科学出版社，2012. -全文完-
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