章明 李玉華 曹蕾 鐘菲

摘 要 在GIS空間分析功能的支持下，利用數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）提取陽江農(nóng)場高程、坡度和坡向數(shù)據(jù)，計(jì)算橡膠林、農(nóng)用地及未利用地等3種土地利用類型的分級分布指數(shù)，準(zhǔn)確描述農(nóng)場主要用地類型的空間分布頻率，總結(jié)分布趨勢，為進(jìn)一步制定熱作區(qū)農(nóng)場發(fā)展規(guī)劃提供參考。

關(guān)鍵詞 DEM ；熱作區(qū) ；土地利用現(xiàn)狀

分類號 F301.2

土地利用類型的空間分布格局主要受到地形條件的制約[1]，地形條件又直接或間接的作用于光、熱、水、土等自然因素的再分配[2-3]，且呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。有學(xué)者以DEM為基礎(chǔ)探討了地形因子與土地利用的關(guān)系[4]，利用DEM揭示土地利用類型在高程、坡度和坡向上的分布[5-6]。利用指數(shù)模型分析區(qū)域地形條件對土地利用分布的影響和評價(jià)的研究方式也受到越來越廣泛的關(guān)注[7-9]。本文使用的高分辨率DEM（5 m），通過運(yùn)用地理信息空間分析方法得出陽江農(nóng)場土地利用類型在高程、坡度以及坡向的分級分布指數(shù)，準(zhǔn)確描述了陽江農(nóng)場膠園空間分布的變化特征，從而為熱帶作物地區(qū)土地資源利用優(yōu)化布置和熱作經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略設(shè)計(jì)提供重要的依據(jù)。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

海南省國營陽江農(nóng)場位于中國唯一具有熱帶海洋氣候的島嶼——海南島，東經(jīng)109°44′01″～109°55′20″，北緯19°17′02″～19°26′24″，年平均氣溫在25℃左右，該農(nóng)場是海南農(nóng)墾橡膠產(chǎn)膠大場之一，土地面積1.19萬hm2，0.513萬hm2橡膠園，年產(chǎn)干膠5 000 t。區(qū)域內(nèi)地形起伏不大，最高海拔465 m，最低海拔85 m，相對高差345 m，為淺丘陵地帶，植被覆蓋達(dá)到85%以上。

1.2 研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)源與數(shù)據(jù)處理

本研究采用海南省獨(dú)立坐標(biāo)系1∶1萬數(shù)字地形圖，陽江農(nóng)場1∶1萬土地利用現(xiàn)狀圖，并通過設(shè)置海南省獨(dú)立坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)，將以上數(shù)據(jù)從獨(dú)立坐標(biāo)系坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到北京1954坐標(biāo)系和1985高程系，以實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的疊加分析[10-11]。

（1）數(shù)字高程模型：將陽江農(nóng)場矢量等高線和離散高程點(diǎn)生成不規(guī)則三角網(wǎng)（Triangulated Irregular Network，TIN），后經(jīng)TIN柵格化獲得5m分辨率DEM[12]，由所得DEM提取高程、坡度與坡向等作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（2）土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)：將陽江農(nóng)場土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)柵格化，分辨率設(shè)定為與DEM相同的5m。由于陽江農(nóng)場主要以橡膠種植生產(chǎn)為主，其它如旱地、水田、菜地及其他熱作園所占面積較少，故將其歸并到為一種土地利用類型類——農(nóng)用地，將橡膠園和面積較大的未利用地作為獨(dú)立地類。

1.2.2 基于DEM的地形因子分級

高程分級：陽江農(nóng)場的海拔高程值處于85～465 m，地形起伏較為均勻，因此參考等間距分級法將陽江農(nóng)場DEM重分類為8個高程級，85～100 m為第1高程級，400～465 m為第8高程級，100～300 m按50 m等間隔分類為2至7高程級。

坡度分級：按照水土保持通用分級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級，共分13級，依次為0°～3°，3°～5°，5°～10°，10°～15°，15°～20°，20°～25°，25°～30°，30°～35°，35°～40°，40°～45°，45°～50°，50°～55°，>55°。

坡向：該定義為坡面法線水平面投影與正北方向的夾角，通常將正北方向定為0°，按順時針方向旋轉(zhuǎn)來劃分坡向，0°為平坡，0°～50°和320°～360°為陰坡，230°～320°為半陰坡，140°～230°為陽坡，50°～140°為半陽坡。

1.2.3 分級分布指數(shù)

本文采用分級分布指數(shù)[13]來描述不同土地利用類型在高程、坡度、坡向上的分布特征。分級分布指數(shù)是一個標(biāo)準(zhǔn)化、無量綱指數(shù)，該指數(shù)的引入將消除面積差異帶來的量綱影響[14]，計(jì)算公式如下。

P=（）·（）

P代表分布指數(shù)，e代表地形因子， 代表e地形因子特定等級下的i地類的面積，Si是i地類的面積，Se是整個區(qū)域地形因子特定等級下的總面積，S是整個區(qū)域面積。P值越大，說明某土地利用類型出現(xiàn)頻率越高。

1.2.4 研究流程圖

利用DEM可以自動提取地形因子，并與土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析，具有快速、科學(xué)、客觀等特點(diǎn)，大大方便了對土地利用的地形格局特征進(jìn)行的研究[15]。本研究基本流程見圖1。

2 結(jié)果與分析

2.1 分級分布指數(shù)處理結(jié)果

利用地理信息技術(shù)空間分析（Spatial Analyst）方法，將橡膠園、農(nóng)用地和未利用地柵格數(shù)據(jù)與所提取的地形因子進(jìn)行疊加分析[16]。

2.2 高程分布指數(shù)

從圖2中可以看出，膠園、農(nóng)用地、未利用地在不同高程級別中的分布趨勢。在第1高程等級（<100 m）上的分布指數(shù)均小于1。在第2、3級（100～200 m）上膠園和農(nóng)用地分布最多，即在這兩個高程級上，農(nóng)用地和膠園的出現(xiàn)頻率是最大的，但隨著高程的增加，分布逐漸下降。由于作為農(nóng)場主產(chǎn)業(yè)的橡膠和農(nóng)用產(chǎn)品主要分布在海拔低的地區(qū)，故絕大多數(shù)土地都得到了很好的開發(fā)和利用。因此，在這兩個區(qū)域未利用地的分布就很小，而多數(shù)也是屬于那種利用投入過大，且不利于耕作的地塊。在第4級高程區(qū)，膠園和農(nóng)用地的分布已經(jīng)降到了0.5的水平，而未利用地開始占據(jù)主導(dǎo)地位，膠園和農(nóng)用地的分布降到了最低點(diǎn)，且在6、7、8三個等級中，沒有膠園的分布，農(nóng)用地利用也從第7等級開始，沒有分布。

2.3 膠園分布隨坡度的變化

從圖3可以看出，膠園主要分布于1～4坡度級，農(nóng)用地主要分布在1～3級，坡度分布指數(shù)均接近和超過1。隨著坡度的增加，膠園分布逐漸增加，農(nóng)用地分布逐漸減小，未利用地呈現(xiàn)出明顯增多的趨勢。由于不同坡度坡面，物質(zhì)交流與能量轉(zhuǎn)換的方式與效率有著明顯的差異，并且直接影響到土壤的母質(zhì)組成、土層厚度、土壤水分、無機(jī)鹽淋失和土壤酸堿度等土壤的基本屬性，坡度不同，也產(chǎn)生了坡面接受太陽輻射量的差異，這些都將進(jìn)一步影響到該坡面的植被類型與分布頻度。

2.4 膠園分布隨坡向的變化

坡面的朝向，決定了該坡面接受太陽輻射以及地面水分的量值與變化程度，因而在很大程度上影響植被的類型與分布，在陰陽坡之間出現(xiàn)明顯的差異。但是由于陽江農(nóng)場地處熱帶，主要以低丘為主，而日照和降雨充足，這點(diǎn)從圖4也反映出來。坡向?qū)δz園及農(nóng)用地分布影響不大，即使在陰坡中分布指數(shù)達(dá)到1，且在半陽坡出現(xiàn)頻度更大。說明橡膠樹這種高度在20～40 m的高大的喬木樹種，對坡向的因子并不敏感，可以利用這一特點(diǎn)，排除該因子在新建橡膠園規(guī)劃中的權(quán)重。

3 結(jié)論與討論

（1）本文以DEM和土地利用數(shù)據(jù)為主要信息源，在地理信息空間分析技術(shù)的支持下，較準(zhǔn)確的評價(jià)了熱作區(qū)農(nóng)場空間格局。熱作區(qū)有效土地利用類型分布主要受高程和坡度的影響，基本可不考慮坡向影響；陽江農(nóng)場膠園和農(nóng)用地主要集中于300 m高程以下，坡度小于25°，分布較為均勻，且利用程度較好；隨著高程的增加和坡度的提高，未利用地分布頻度逐漸增加。

（2）結(jié)合對陽江農(nóng)場的實(shí)際調(diào)查表明，陽江農(nóng)場土地利用類型空間分布特征結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性較高，驗(yàn)證了橡膠樹這種高度在20～40 m的高大的喬木樹種對坡向的因子影響并不敏感，可以利用這一特點(diǎn)，排除該因子在新建橡膠園規(guī)劃中的布局權(quán)重。

（3）通過對陽江農(nóng)場土地利用空間分布特征研究，可以看出，人工開墾農(nóng)場受地形因子中高程和坡度的限制較為明顯，應(yīng)在現(xiàn)有土地利用空間格局的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)橡膠種植區(qū)的合理布局，提高植膠面積，實(shí)現(xiàn)熱作區(qū)農(nóng)場的可持續(xù)發(fā)展。

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