浙师大数字图像处理期末论文

数字图像处理课程论文

题目：基于GIS的安吉市玉米种植适宜性评价学院：地理与环境科学学院

班级：地理科学122班

学号：

姓名：

联系方式：

上交时间： 2015年1月8日

分数：

地理与环境科学学院制

基于GIS的安吉市玉米种植适宜性评价

（浙江师范大学地理科学学院）

摘要：中国可利用人均耕地面积小于世界水平，通过对土地的适宜性评价可以提高作物的产量和合理的布局，GIS技术被广泛用于土地农作物适宜性评价。本文通过模糊数学函数模型和自然要素评价指数，采用arcgis技术和安吉市土壤利用类型和土壤类别对安吉市玉米种植适宜分布地进行相关分析。选取土壤孔隙度、土壤肥力、供水能力、坡度四个参评因子，计算得出安吉市最适宜、适宜、轻适宜、不适宜的旱地面积分别为

9.27Km2，8.65 Km2，8.71 Km2，14.88 Km2，最适宜和适宜区面积大于已种植面积。并根

据玉米种植适宜和不适宜区分布位置提出针对性的措施，以期提高玉米的产量和合理布局。

关键词：安吉；玉米；gis；适宜性

1 引言

土地评价是农业科学领域一项重要的基础工作，国内在其理论和方法上进行了较多的介绍，也开展了大量的研究。近年来，GIS技术被广泛用于农业用地作物种植适宜性评价，并已成为土地适宜性评价中重要的技术手段。

目前对于玉米种植适宜性的研究主要集中北方地区，根据贾超杰的研究，我国玉米种植最适宜区位分布在东北三省、内蒙古自治区以及黄淮海平原，对于北方来说，种植玉米的限制性因素是水量的问题。[1]在南方地区由于降水量充足，可以在很大程度上满足玉米的水量需求，但由于南方主要生产经济价值更高的水稻、茶叶等作物，玉米的布局地的总体条件相对较差，但单产的收成较高。

玉米是安吉市重要的经济作物。由于玉米的适宜性较强，需水性较强。南方的水热较为充足，可以为玉米的种植提供丰富的降水等。安吉市玉米的种植主要是在旱地上种植，利用对于需水量较大的水稻、油菜等不宜种植的地块进行耕作。

安吉全县总面积1886平方公里，截止2013年，全县耕地面积总量41035公顷，占总面积21.76%，种植玉米面积1484公顷，占总面积的0.7%，占耕地面积的3.6%。如何在总耕地面积较少的情况下，合理利用旱地区域进行玉米种植的合理布局，提高土壤的利用率，增加农民的收入具有重要意义。

2.资料和方法

2.1研究区概况

安吉（30°22′-31°11′N，119°14′-120°29′E），地处浙江西北部，北靠天目山，面向沪宁杭，境内“七山一水二分田”，多为低山丘陵，主要种植茶叶和水稻，适宜耕地面积较少。，为亚热带季风气候，年降水量1400mm，年平均气温16.6℃，光照充足、气候温和、雨量充沛、四季分明，适宜农作物的生长。

图1 研究流域图

Fig.1 The study area

2.2 数据

地理数据：2010年安吉市土地利用类型，安吉市DEM数据（空间分辨率30*30），安吉市土壤类型数据，安吉市区域图，全国基础数据。

统计数据：查询《2013年安吉统计年鉴》，得到安吉玉米作物面积和产量。

2.3 技术流程

收集数据和查阅资料，从已有的研究中吸取评价方法；选取评价指标，确定单因素权重，即建立隶属函数模型及层次分析模型，此步最为重要的是找到关于土壤类型与土壤孔隙度以及土壤肥力之间的关系。根据对于其他地方的玉米适宜性研究，估计各评价因子在安吉市中对玉米生产的影响比重；利用安吉土壤利用类型图，土壤类型图以及DEM数据，提取评价因子属性；根据建立的评价模型对各因子的作用进行评价，计算出不同单元的适宜度，从而对安吉的玉米种植产生指导作用。[2]

2.4 评价单元的确定

评价单元是玉米种植适宜性评价的最基本单元，直接关系到评价质量和计算量的大小。由于本文主要研究安吉市玉米在旱地上种植的适宜性，故本研究将在县级尺度上，将旱地类型与坡度图像、供水等级、肥力和孔隙度图像做叠加分析，从而对旱地的适宜性进行评价，得到单元734个，单元大小273.98*273.98m。

2.5 因子选择

根据全国公用的玉米适宜性指标体系，以及侍慧宇，卢祖瑶，闵程程，方海宝等人对于贵州、广西、太湖等地的油菜、茶树、玉米适宜性研究[2-5]，笔者选择坡度，灌溉条件，土壤肥力、土壤孔隙度4个因子。参评因子权重拟采用层次分析模型但由于数据量的缺失，各参评因子下均只选择了一个主因子，权重的选择参照了方海宝对于太湖区域的油菜适宜性研究和王路明对于陕西玉米种植适宜性的研究，其中坡度，灌溉条件，土壤肥力、土壤孔隙度的权重设置分别为0.22,0.21,0.35,022。

2.6 参评因子等级赋值

对于土壤孔隙度和肥力的划分由于缺少具体的数据来源，故从安吉土壤类型图中，根据土壤类型，结合前人所做的关于土壤类型与肥力、孔隙度的关系，推测得到安吉地区的不同

土壤类型所具有的肥力和孔隙度大小的比较。根据陈玉真，王峰等对于福建省武夷山不同类型土壤的物理性状特征的研究，且由于武夷山地区和安吉市所处的纬度带、气候带、地形大致相同的情况下，形成不同土壤类型所具有的外部条件相似，故土壤类型对应的孔隙度大致相同[6]。故不同的土壤类型的孔隙度排序为：粗骨土>石灰土>潮土>红壤>黄壤>紫色土>水稻土。詹江渝对重庆市农用地土壤的不同类型利用模糊数学的方法，评判出养分不同类型的土壤养分高低状况,[7-8]为石灰土、黄壤、水稻土、紫色土、潮土，红壤，粗骨土。由于重庆的气候条件和植被状况与安吉相似，故采用詹江渝对于土壤类型的孔隙度划分。

表1 土壤孔隙度与土壤类型关系

Tab.1 Soil porosity and soil types

土壤孔隙度土壤类型

1 初骨土

2 紫色土

3 黄壤土，红壤

4 水稻土，潮土，石灰岩土

表2 土壤肥力和土壤类型关系

Tab.2 Soil fertility and soil types

土壤肥力土壤类型

1 石灰土、黄壤

2 水稻土

3 紫色土，潮土

4 初骨土，红壤

将划分好等级的坡度图、供水等级图、肥力等级图、孔隙度等级图，转换成栅格数据，得出每一不同类别的图层中的四类等级。由于不同级别的参评因子对评价对象的贡献函数值不同。参评因子的各级贡献分数，前人多采用专家经验法进行参考和改正，故笔者根据何鹏对于宜宾市油菜种植的研究，[9]将各级的贡献对象划分为如表。

表3 各因素不同等级贡献率

Tab.3 The factors’contribution rate of different levels

坡度B1 灌溉条件 B2 土壤肥力 B3 土壤孔隙度 B4

1 0.21 0.2

2 0.35 0.22

2 0.1

3 0.13 0.21 0.13

3 0.06 0.06 0.1 0.1

4 0 0 0 0

1.5评价方法

玉米种植适宜性评价采用目前常用的自然要素评价的指数进行，其关系式为：

IFI=bl*Xl+b2*X2+…+bi*Xi

式中：IFI耕地玉米种植适宜性指数；Xi耕地某自然属性(评价指标)；bi该属性对耕地玉米种植适宜性的贡献率。

在arcgis中计算出四个参评因子图层对玉米种植适宜性的自然要素的总指数，采用自然断裂法，分出四类等级。制图结果如下。

表3 旱地玉米种植适宜性划分

Suitability assessment criteria for dryland corn growing in Anji

图2 安吉玉米种植适宜性分区

Fig.2 Classified figure of suitability assessment for corn growing in Anji

3 结果与分析

经计算，旱地面积为41.52km2,占总耕地面积的10%,远高于目前所种植的玉米地面积，可见部分旱地资源并未被利用或者旱地的耕地条件较差。其中最适宜、适宜、轻适宜、不适宜区域分别占旱地面积的22.34%，20.84%，20.98%，35.83%，面积分别为9.27Km2，8.65 Km2，8.71 Km2，14.88 Km2。总的来说最适宜区和适宜区总面积为17.92 Km2，大于目前所种植的玉米的面积，说明利用的空间还是很大。

3.1最适宜和适宜区

从图中可以得出，安吉地区旱地区域适宜种植玉米地区呈点状分布，其中最适宜和适宜区的地区主要集中位于东北端，中部偏东北方位，该地区地形坡度在0-7°之间，地形平缓，土壤肥沃，便于耕作，另外距离水源地较近，可以便利的获得水利灌溉，但总的来说这一区域孔隙度等级较差，排水，通气能力较差。不适合于玉米根系众多，要求土壤质地疏松的条件，但满足其需水量大的需求。在这一区域可以大面积开展旱地玉米种植，提高耕地的利用率。在进行耕作时可对该地区土壤孔隙度进行改良：

(1)可以增施有机肥，像农家肥，牲畜粪类，绿肥类

(2)向土壤中增添些沙子，改善土壤结构

(3)进行中耕松土除草，可以明显的改善土壤的孔隙度或对土地进行深耕，充分使土壤变得

疏松。

(4)可以在土地上种植不容易使土壤板结可以改善土壤结构的作物。

3.2轻适宜区

轻适宜区呈东北-西南走向分布，集中分布在安吉县城附近，占据了旱地的大部分，这一部分区域坡度在7-16°，距离水源距离稍远，土壤类型主要为粗骨土和红壤，土壤肥力较差，但是其由于距离城镇聚落较近，主要位于梅溪镇和安吉县城附近，当要继续规划设计玉米种植地时，可适当考虑这类地区，采用人工增肥的方法，提高土壤肥力。

3.3不适宜区

不适宜区主要分布在距离河流较远处，具有无法满足玉米需水量大的特点。由于当地人们主要种植水稻等，故在条件不足的地区旱地地区，修建农田灌溉措施进行玉米地的浇灌等，热情不高且经济效益较低，同时这些地区的坡度较大，整体坡度大于16°，不适宜大范围的进行开发种植，易引起水土流失和滑坡泥石流等山地地质灾害。这些区域的土壤类型同样为红壤和粗骨土，土壤肥力较低，不宜种植玉米。总的来说，该区域土壤肥力差，不具备灌溉能力，且改良的费用和难度大，这一部分区域适合用于退耕还草、还林，提高植被覆盖率和水土保持率。

结论

（1）在作物种植适宜性评价中引入GIS技术，一方面方便获得具体和详细的土地利用类型和适宜性大小，可以为农业规划提供帮助，提高土地的利用效率。另一方面利用遥感数据进行分析，节约了大量的人力物力进行实地的考察和勘探等，可以提高数据的更新速度，及时作出反应和调整。

（2）在安吉市，可运用于玉米种植的旱地面积17.92km,高于目前用于玉米种植的14km2且这一部分已用于玉米种植的适宜性并不是很高，利用GIS技术，可以对后期的玉米种植地的分布进行调整。

（3）金志凤等认为选用的指标越多，由于采用的指标之间具有的关联性，导致评价的工作更复杂。笔者选用的四个参评因子之间的联系性较小，且对玉米的种植具有主导性另简单容易获取，对开展实时的更新具有帮助。且灌溉条件，土壤肥力、坡度等条件的评价，对于后期的改良方向和种植措施具有指导作用，可采取针对性措施。

参考文献

[1]贾超杰.基于GIS的中国玉米种植区适宜等级划分及未来变化趋[D].兰州大学.兰州.2011:4-5

[2]卢祖瑶.基于GIS的广德县耕地油菜种植适宜性定量评价[J]. 安徽农学通报,2008,14(19):85-89

[3]侍慧宇;王少青;赵莉荣.贵州遵义县油菜种植适宜性评价[J].热带作物学报,2011,32(8):1426—1430

[4]闵程程.基于GIS的湖北省油菜种植气候适宜性区划[J].中国农业气象,2010,31(4)：570—574

[5]方海宝.基于GIS的太湖县油菜种植适宜性评价[J]. 现代农业科技,2009,13:359-363

[6]陈玉真;王峰;尤志明.不同土壤类型茶园土壤物理性状特征研究[J]. 茶叶科学技术 2014,1:12～17

[7]詹江渝.重庆农地土壤基本状况及肥力特征研究[D].西南大学.重庆.2014:2-5

[8]章明奎;徐建民.利用方式和土壤类型对土壤肥力质量指标的影响[J].浙江大学学报,农业与生命科学版,2002,28(3):277-282

[9]何鹏;廖桂堂;林正雨.基于土地适宜性评价的农作物种植区划研究——以宜宾市翠屏区早茶为例[J]. 南方农业学,2013,44(5):859-864

[10]金志凤;黄敬峰;李波. 基于GIS及气候-土壤-地形因子的浙江省茶树栽培适宜性评价[J].农业工程学报, 2011, 27(3);231-236

Suitability Evaluation of Corn Cultivation Based on GIS in Anji City

Abstract:GIS technology is widely used in the current farmland suitability assessment, a set of evaluation index system of the crop has been established around the whole country. As China has less usable arable land per capita than the world's average level, through the evaluation of the suitability of farmland can increase crop yields and reasonable layout. In this paper, fuzzy mathematics and the natural elements of the evaluation function model index, using ARCGIS to analyze the suitable distribution of the corn for Anji City based on the soil usage and soil types of Anji City. Four parameters, the soil porosity, soil fertility, water supply capacity and slope are selected, to calculate how the dryland is suitable for corn farming. The areas of the most suitable, suitable, less suitable and unsuitable were 9.27Km2, 8.65 Km2, 8.71 Km2 and 14.88 Km2. The areas of most suitable and suitable are larger than the area planted. In addition propose specific measures for the less suitable and unsuitable areas are recommended, in order to increase corn yields and rational distribution

Key words:GIS; corn; Anji ;suitability evaluation