土地适宜性评价.docx

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土地适宜性评价

GIS技术下的渚洲土地适宜性评价

摘要

一、前言

1、问题的提出

2、研究现状

3、研究内容

4、研究流程

二、基础理论

1、基本概念

2、研究技术方法

I层次分析法

ngis与空间分析

（1）地理信息系统

（2）空间分析

三、研究区域概况

四、农用地适宜性评价技术与方法

1、评价目标的确定

2、评价体系的拟定

3、评价因子的选取

4、评价因子数据获取

（1）评价因子权重的确定

（2）评价因子专题数据生成.

五、评价分析模型与结果分析

1、评价分析模型

2、评价结果分析

（1）耕地适宜性评价结果分析

（2）园地适宜性评价结果分析

（3）林地适宜性评价结果分析

六、结论

参考文献

摘要：

土地适宜性评价就是评定土地对于某种用途是否适宜以及适宜的程度，它是进行土地利用决策，确定土地利用方向的基本依据，是近20年来土地资源研究的主要内容。

农用

地适宜性是土地适宜性评价的主要内容之一，通过对用于农业生产的土地进行适宜性等级的

划分，揭示其作为农用地的适宜性大小，从而为调整和优化土地利用结构，制定合理的土地

开发整理规划提供科学依据。

本次研究将地理信息系统和数学评价模型相结合，以莱西市渚洲地区的农用地（耕地、园地、林地）作为评价对象。

根据研究区域的实际情况，遵循评价因子选取的原则，选定了海拔、坡向、坡度、水源灌溉和交通通达性五个评价因子作为农用地适宜性的评价体系。

利

用地理信息系统的空间数据库技术建立了研究区域的土地适宜性评价数据库，在评价数据库

的基础上，借助GIS的叠加分析、栅格数据聚类分析、DEM地形分析和缓冲区分析等空间分

析功能，获取了研究区域的评价因子专题层。

利用层次分析法和加权指数和法与限制性因素

法对研究区域的农用地进行了适宜性等级的评价。

关键词：

适宜性评价；农用地；地理信息系统；空间分析

一、前言

1问题提出

土地资源是进行农业生产的最基本的物质条件。

农业生产同土地和自然环境的关系特别

密切，没有土地就没有农业生产。

在农业生产中，土地不仅被当作基地、立足点和空间操作

场所而发挥作用，而且被当作极其重要的劳动对象和劳动资料而发挥作用，是最重要的不可

替代的基本生产资料。

因此，“十分珍惜和合理利用每一寸土地，切实保护耕地”是我国一

项基本国策。

在农业生产发展的历史中，很大程度上就是人类利用和改造土地的历史。

在传

统农业向现代农业发展的转化过程中，农用地的土地利用方式是多样的，但是总体目标是寻

求一条符合客观规律和可持续发展的道路（关涛，2002）。

随着人口增加，大工业，大城市的发展，土地的有限性逐渐显露出来，产生了耕地锐减、

林地缩小、生态破坏、水土流失问题等土地利用问题。

土地资源作为资源的重要组成部分和

核心内容，在我国社会主义市场经济体制下，也将作为不可替代的生产要素趋于市场化。

土

地利用空间布局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，即

土地利用是否与土地自然要素的客观要求相一致，从这一点上来说，实现土地资源持续利用

便是保持土地利用适宜性在时间上的延续。

土地资源具有自然特性、社会特性和生态特性，并且它们互相交融，这就决定了土地资源系统是一个包含有庞大信息的巨大系统。

农用地作为土地资源系统的一个子系统，具有独

特的系统特征，用传统搜集和处理信息的技术段，已经不能满足农用地土地利用科学管理的

需求，计算机技术与GIS技术速发展为此提供了强有力的分析手段和决策辅助工具。

将GIS

技术与土地适评价相结合，不仅使得评价流程简单科学化，而且评价结果更加直观化。

2、研究现状

根据《中华人民共和国土地管理法》规定，农用地是指直接用于农业生产的土地，包括

耕地、园地、林地、草地、农田水利用地、养殖水面等。

“GB/T21010-2007土地利用现状分

类标准”中指出，耕地包括灌溉水田、水浇地、旱地；园地包括果园、茶园、其他园地；林地包括有林地、灌木林、其他林地；草地包括天然牧草地、人工牧草地、其他草地；其他农用地包括其他土地、水域及水利设施用地。

农用土地适宜性评价是土地资源评价的一种类型，其基本原理是在现有生产力经营水平和农业耕作利用方式条件下，以土地自然要素与社会经

济要素相结合作为评价因子，采用科学方法和综合分析土地各构成要素对作物生长的适应性与限制性，以此反映土地对作物的适宜程度、质量高低及其限制强度，从而对农用地进行分

类定级。

早在1961年F.R.吉本斯就明确指出：

“对土地不能简单地按从’最好’至’最差’的尺度上进行分等，而不考虑到它的利用方式”（倪绍祥，1999）。

FAO经过多次讨论和大量

实践后，于1976年颁布了《土地评价纲要》，该纲要主要是作为各类土地适宜性评价的纲式指南。

这一系统的发布，大大促进了国际土地资源评价的研究。

近20多年来，农用地适宜

性评价主要围绕评价因子体系建立、评价模型及评价方法、评价单元、评价技术手段以及评

价结果应用进行研究。

（1）评价因子体系的构建及权重的确定

参评因子的选取是土地适宜性评价的关键，它直接影响评价结果的可靠性和准确性。

综

合许多学者在对土地适宜性评价研究时在因子选取方面遵循的原则，归纳有以下几点：

①选

取评价区内差异较大，相关性较小的因子，如海拔高度与热量条件之间的相关性极为显著，考虑到海拔高度的数据比较容易获取，故选择前者；②选取那些对研究区农用地生产力起长

期、主导作用的因子但是对农用生产影响大、变化规律明显的不稳定性因子也应该考虑；③

要考虑数据的可得性，为实现定量评价，尽可能选择可测量的因子，同时还要考虑国家当前

的土地利用政策，如一般不宜毁林开荒。

农用地适宜性因子的构建主要以影响生产力的自然条件和社会经济条件作为参评因子；④土地各构成因素有定量和定性因素之分，评价因子应

该尽量选择可量化的因素，以减少主观成分对评价结果的影响。

在因子权重确定方面，主要采用的方法有专家分析法和层次分析法。

专家征询法，又称

特尔菲（Delphi）测定法，是一种定性与定量研究相结合的方法，最突出的优点在于他能对于大量非技术性的无法定量分析的因素作出概率估算，并将概率估算结果告诉专家，充分发

挥信息反馈和信息控制的作用，使分散的评估意见逐次收敛，最后集中在协调一致的评价结

果上。

但是该方法的缺点在于很难同时找到20-30人的专家为鉴定因素的指标值及其权重

做概率估计。

专家分析法有些受专家的个人主观看法影响，而层次分析法在适宜性评价中的

应用，使评价因子权重的决定较为客观与准确。

层次分析法可把相互关联的因素按隶属关系

分出层次，逐层次进行比较，对各关联因素的相对重要性给出定量指标，从而将定性分析转

成定量计算。

层次分析法要求将问题条理话、层次化，构建层次分析模型，一般分为最高层、

中间层和最低层。

最高层为目标层，表示要达到的目的，这一层只是一个元素。

中间层为因

素层，表示对目标有直接影响的重要因素，这一层有几个元素。

最低层为因子层，表示对各

个因素有直接影响的若干因子，这一层元素最多。

（2）评价方法及模型

土地适宜性评价的方法有很多种。

联合国粮农组织专门制定了一套比较系统的土地适宜性评价方法和程序，但主要是偏重于定性评价。

这种评价方法是通过选定样区进行试验，在

相同的投入和技术、经营、管理条件下，根据作物产量的高低评定各类土地资源对某种土地利用用途的适宜性及适宜程度。

此方法虽然有很多优点，但是最大的缺点是容易“以点代面”，特别是进行大规模地区的土地适宜性评价时，不容易进行展开。

80年代末，随着计算机技

术、地理信息系统、遥感和专家系统等技术的发展，将传统的评级方法进行发展和应用，在土地适宜性评价上取得了很大的进步，同时数理统计方法也开始应用于土地资源的评价，使

得土地适宜性评价的方法走向定量化、信息化和精确化。

现在常用的评价方法有加权指数和

法、主成分分析法、关联度分析法、聚类分析法、物元分析法等。

加权指数和法：

在土地适宜性评价中，最经典的、最常采用的评价方法。

加权指数和法

是在确定各参评因子权重的基础上，将每个单元针对各不同适宜类所得到各参评因子等级指数分别乘以各自的权重值，然后进行累加分别得到每个评价单元的适宜类和适宜级别。

主成分分析法：

土地适宜性评价往往涉及大量的相互关联的自然和社会经济要素，众多

的要素常常给评价模型的构造带来很大的困难，因此我们在选择评价要素的时候，有必要删

减某些数据而保留必要的信息。

主成分分析是通过数理统计分析，求得各要素之间线性关系

的实质上有意义上的表达式，将众多要素的信息压缩表达为若干具有代表性的合成变量，这

就克服了变量选择时的冗余和相关，然后选择信息最丰富的少数因子进行聚类分析，构造应

用模型。

聚类分析：

聚类分析是研究“物以类聚”的数学方法，常用于土壤等级的划分。

聚类分析的基本思想是将所有研究的每个样品各自看成是一类，然后根据样品间的相似程度，每次

将最相似的两类加以合并，并计算新类与其他类之间的相似程度，再选择最相似的加以合并，

这样每合并一次，就减少一类，继续这一过程，直到将所有样品合并成一类。

物元分析法：

物元分析是系统科学、思维科学与数学交叉的边缘学科，是贯穿自然科学

和社会科学应用广泛的横断学科。

它可以将复杂问题抽象为形象化模型，并利用这些模型研

究基本理论，提出相应的应用方法。

利用物元分析法可以建立多指标性能参数的质量评定模型，并能以定量的数值表示评定结果从而较完整的反映事物质量的综合水平。

（3）评价单元的划分

土地评价单元是性状比较一致的独立的土地单元，是各个评价因子综合迭加而成的最基

本单元。

目前土地适宜性评价中评价单元的划分方法较常见的主要有四种：

一是以土壤类型

图斑为评价单元，二是以土地类型图图斑为评价单元，三是以土地利用现状图图斑为评价单

元，四是以一定大小的栅格作为一个基本的评价单元，四种方法有可取之处和不同程度的缺

陷。

土壤类型图图斑保证了各单元的土壤类型的一致性，但是不能保证各评价单元在气候、地形、水文等方面的一致性；土地类型图图斑综合的考虑了土壤、气候、地形、水文等因素，

但是没有考虑土地利用因素，而土地适宜性评价恰恰是针对土地特定用途展开的，因此这方

法不尽科学，以土地利用类型为评价单元，虽然综合的考虑了上述因素，保证了评价单元的

界线在地面上与地块完全分布一致，但是一些大面积的耕地、林地、园地等内部差异较大，只能保证其利用类型的一致性，而图斑所需要的土地特殊信息量不足。

这三种都是基于矢量

数据模型进行的，共同的特点是矢量数据便于表现地理实体的完整信息，便于面向对象（土

壤类、土地利用单元等）的数据表示，但分析计算较为复杂。

第四种是对研究区进行逐点的

综合评价逐渐发展起来的，即将研究区域分成一定数据的栅格单元，每个栅格单元作为一个

基本的评价单元，逐栅格进行综合评价。

以栅格为评价单元采用的点对点的运算，可以方便

的进行加、减、乘、除、乘方等运算，结果只是栅格中数值发生变化，其相对位置保持相对不变，而且计算速度快。

此方法易于图形迭加和模型运算，评价结果比较客观。

（4）适宜性评价结果的应用

农用地的适宜性评价结果主要应用于土地的优化布局研究中。

土地资源优化配置的基本

任务之一就是对比分析土地利用现状与土地质量结构的对应匹配关系，确定土地利用调整对

象和重点，初步提出土地利用优化配置的目标。

因此土地适宜性评价的结果为土地资源的优

化配置提供了最根本的布局依据。

本文在研究农用地适宜性评价的时候根据研究区域的实际情况，综合其他各方面的因

素，选取层次分析法进行因子权重的确定，在GIS技术的支持下准确的获取评价数据和确定

评价单元，但是由于参评因子之间是相互独立的，某些指标在一定条件下可能对农用地的适

宜度为零，在GIS支持下进行图形叠加时候，若其他评价指标均适宜，可能最终得到的评价

结果为适宜或临界适宜，为避免这种情况的发生，我们在评价时将加权指数和法与限制性因素法相结合，选取莱西市渚洲地区为例，进行农用地适宜性评价。

3、研究内容

本文的研究内容主要包括以下几个方面：

（1）根据研究区域的实际情况和数据搜集的完备程度，建立研究区域农用地适宜性评价因子体系。

（2）利用层次分析法得到研究区域的评价因子的权重值。

（3）借助GIS技术构建农用地适宜性评价数据库，并在评价数据库的基础上采用空间分析方法，如空间查询法、缓冲区分析法、空间叠加分析等方法从评价数据库中提取评价因子专题数据。

（4）利用综合评价模型对研究区域的农用地进行适宜性评价。

4、研究流程

本文以莱西市渚洲地区耕地、园地、林地三种农用地对象，在GIS技术的支持下，建立

评价目标的适宜性评用层次分析法构建土地适宜性评价体系和确定因子权重，根据综合评价

适宜性评价结果可为政府部门进行

模型得到研究区域的耕地、林地、园地适宜性评价结果,土地利用调整提供参考信息，具体流程见图1-1。

确定评价H标

农用地适宜性评价结果

图1—1农用地适宜性评价技术流程

二、基础理论

1、基本概念

土地适宜性是指土地持续利用于某种特定用途时的适宜状况，包括适宜与否与适宜程度

的高低，用以反映土地的质量等级。

鉴于不同用地类型要求不同的土地条件，因此土地的适

宜性只能对特定的用地类型才有意义。

土地限制性是指土地对某种（或某些）土地利用类型

的局限性，这些局限性往往是由某种（或某些）不利的土地组成因素的特性所引起的。

土地

限制性是从与土地适宜性相立的角度揭示土地的特性，同样是用来表示质量状况的一种方法。

土地适宜性评价，是指某块土地针对某种特定利用方式是否适宜，如果适宜，其适宜程

度如何，作出的等级评价。

农用土地适宜性评价是土地资源评价的一种类型。

其基本原理是

在现有生产力经营水平和农业耕作利用方式条件下，以土地自然要素与社会经济要素相结合

作为评价因子，采用科学方法和综合分析土地各构成要素对作物生长的适应性与限制性，以

此反映土地对作物的适宜程度、质量高低及其限制强度，从而对农用地进行分类定级。

2、研究技术方法

I层次分析法

层次分析法（AnalyticalHierarchyProcess，简称AHp是美国运筹学家A.L.Saaty

教授于二十世纪80年代提出的一种实用的多方案或多目标的决策方案方法。

它的基本思想是运用系统分析方法建立层次根系模型，根据决策判定量化原则，对评价指标进行两两比较

和重要性评分，建立判断矩阵，用方根法或乘幕法对评价指标向量归一化处理后，用一致性

指标CR检验评价指标权重判断矩阵有无逻辑混乱，无则具有满意的一致性，有则需要调整判断矩阵。

层次分析法的基本步骤包涵以下几个过程：

（1）明确问题：

首先弄清楚研究问题的范围、目的、要求和所能掌握的原始信息，其中最主要的两点是决策者要求分析者回答什么问题和分析者从决策者和其他来源能够获取什么样的资料和数据等原始信息。

（2）划分和选定有关因素：

在明确问题的基础上，弄清所要决策的问题将要涉及到的主要因素。

（3）建立系统的递接层次结构：

将所面临的问题中包涵的因素划分为不同的层次，如目标层、准则层、指标层、方案层、措施层等等，用框图形式说明层次的递接结构和因素的从属关系。

（4）构造判断矩阵：

在同一层次上的各因素，按照优良程度或重要性程度可以划分为若干等级，赋以定量值。

一般采用5级定量法进行赋值，即相等、弱、强、很强、极强，相应的赋值也可以是1,3，5，7，9,。

有时候采用的5级定量赋值精度不是很高，有时候还可以考虑进行内插，形成1—9级分级。

表2~2判斷矩阵

素

Aj

a2

…4…

An

Aj

au

a”

■F¥*

aLi

»9-I-

邑临

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赳El

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…

…

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««■-

3-HU

至于一个元素比另一个元素为次要，则其定量赋值可取上述1、3、5、7、9的倒数。

进

行定量分级后，建立判断矩阵。

对某一层次的因素比如有A1,A2,,,An,于是就可以建

立一个判断矩阵，见表2—2。

矩阵中的赋值aij表示甲因素对乙因素的重要程度的赋值。

这些赋值的根据或者来源，可以是有决策者直接提供，或由决策者同分析者对话来确定，或

由分析者通过各种技术咨询获取，或者通过其他合适的途径来酌定。

（5）检验判断矩阵的一致性并修正判断矩阵：

第一步求出检验的体验指标CI[CI=（入max-n）

/（n-1）],其中n为判断矩阵的维数；入max为判断矩阵的最大特征值。

第二步：

求出平均

随机一致性指标RI，单层次判断矩阵的平均一致性指标随矩阵的维数而变动，取值如表2

表随机一致性指标取值

毎阵

维数

1

2

3

4

5

6

了

B

g

RI

0.00

0.00

0.58

0.90

1.12

1.24

1.32

L41

1.45

—3（赵焕臣，1986）。

第三步：

求出相对一致性指标CR[CR=CI/RI],CR值小于0.1则一致性好；如果大于0.1则不好，需要重新调整判断矩阵。

（6）确定各层中各因素的优先次序：

在通过一致性检验后的判断矩阵基础上就可以得到表征各个因素A1,A2，,，An优先次序的权系数。

nGIS与空间分析

1、地理信息系统

地理信息是有关地理实体的性质、特征和运动状态的表征，它是对表征地理特征与地理

现象之间的地理数据的解释。

地理数据包括空间位置、属性特征及时域特征三部分。

GIS是

指在计算机软、硬件系统的支持下，对地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、存贮、

管理、分析、显示和描述的技术系统和决策支持系统。

GIS系统具备数据获取、空间数据分

析、空间信息推导、结果表示等功能。

2、空间分析

空间分析是地理信息系统的核心功能之一，它特有的对地理信息（特别是隐含信息）的

提取、表现和传输功能，是地理信息系统区别于一般信息系统的主要功能特征。

空间分析是

分析空间数据有关技术的统称，根据作用数据的不同可以分为：

（1）基于空间图形数据的分

析运算；

（2）基于非空间属性数据运算；（3）空间和非空间数据的联合运算。

空间分析的目的是解决某类与地理空间相关的问题，以地理空间数据库为基础，运用包括几何的逻辑运算、

数理统计分析与代数运算等手段，提取和传输地理空间信息，特别是隐含信息，以辅助决策。

下面介绍几种在本研究中应用的主要的几种空间分析方法。

（1）空间查询

图形与属性互查是最常用的查询，主要有两类：

第一类是按属性信息的要求来定位空间

位置，称为“属性查图形”。

第二类是根据对象的空间位置查询有关属性信息，称为“图形查属性”该查询通常分为两步，首先借助空间索引，在地理信息系统数据库中快速检索出被选间实体，然后根据空间实体与属性的连接关系即可得到所查询空间实体的属性列表。

在大

多数GIS中，提供的空间查询方式有：

①基于空间关系查询；②基于空间关系和属性特征查询；③地址匹配查询。

在研究过程中，通过对空间和属性数据库的联合查询和检索，可以由原始属性数据派生出新的属性数据或者新的图层信息（黄杏元，2001）。

（2）空间叠加分析

叠加分析是将两层或多层地图要素进行叠加产生一个新要素层的操作，其结果将原来要

素通过分割或合并等生成新的要素，新要素综合了原来两层或多层要素所具有的属性。

叠加

分析不仅包含空间关系的比较，还包含属性关系的比较。

空间叠加分析包括矢量数据的叠加

分析和栅格数据的叠加分析。

矢量数据的叠加分析包括：

点与多边形叠加，线与多边形叠加，

多边形叠加。

栅格数据的叠加分析分为基于单层栅格数据的分析和多层栅格数据的分析。

单

层栅格数据运算分为：

布尔逻辑运算、重分类、滤波运算、特征参数计算、相似运算。

多层

栅格数据的叠置分析是指将不同图幅或不同数据层的栅格数据叠置在一起，在叠置地图的相

应位置上产生新的属性的分析方法。

（3）栅格数据聚类聚合分析

栅格数据的聚类、聚合分析方法均是将一个单一层面的栅格数据系统经某种变换而得到具有新含义的栅格数据系统的数据处理过程。

栅格数据聚类是根据设定的聚类条件对原有栅

数据系统进行选择而建立新的栅格数据系统的方法。

栅格数据聚合分析是指根据空间分辨率

分类表，进行栅格数据类型的合并或转换以实现空间地域的兼并。

空间聚合的结果往往将复

杂的类别转换为较简单的类别，此方法是在进行适宜性分类合并时采用的一种主要方法（黄

杏元，2001）。

（4）DEM地形分析

数字地形分析是随着数字高程模型发展起来的。

数字地形模型是地形表面形态属性信息

的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述。

数字地形模型中地形属性为

高程时称为数字高程模型（DigitalElevationModel，简称DEM。

高程是地理空间中的第三维坐标。

DEM在地形分析中的应用主要有两点：

一是GIS中的三维可视化，二是进行基本

地形因子的计算，包括：

坡度、坡向、坡度变化率和坡向变化率的计算，DEM还可以进行特

征提取，特征提取包括地形特征提取和水系特征的提取。

（5）缓冲区分析

缓冲区分析是GIS空间分析的重要功能之一，是对空间特性进行度量的一种重要方法。

它是

指在地理实体或空间物体周围建立一定距离的带状区，用以识别这些物体对周围的邻近性或

影响度。

三、研究区域概况

渚洲村坐落于莱西市，邻村有刘家村，程家村，物华天宝，气候宜人，空气好。

村内主要

企业有骨粒厂，轴承仪，饲料公司，玻璃钢制品厂。

主要农产品：

无花果，脆甜，香菜，菠萝，小胡萝卜。

村内资源：

脆银矿，海泡石，石膏。

村里单位：

渚洲村信用社，渚洲村村委会。

气候环境：

地处温带半湿润季风气候区，四季分明，干湿显著，雨热同季。

年平均气温

11.3°C,气温年温差较小；月平均气温最高24.9°C,最低-3.8°C;年平均降雨量732毫

米；历年平均风速2-3级，海陆风较明显。

环境优美，大气质量、水质和噪音等环境质量指标达国家标准。

四、农用地适宜性评价技术与方法

1、评价目标的确定

研究区域的农用地包括的类型有耕地、林地、园地，其中耕地又包括农田、平沙地、旱田、菜园。

经过对数据的分析，农用地中的耕地、林地、园地占农用地利用总面积较大，同时由于农用地中的居民点、工矿用地、交通、水域等用地，因用途已经明确，而且较为稳定，

短时期内不可能改变利用方式，因此我们本次研究选取的评价目标是耕地、园地、林地。

2、评价体系的拟定

将参林、耕地和园地在分为四等（S1,S2,S3,S4）:

高度适宜（S1）：

土地质量最好，土地利用高度适宜。

土地质量评价的各项因子均处于最优或较优的状态。

土地对所定用途可持续利用且无明显限制，土