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GIS技術(shù)支持的土地資源可持續(xù)利用度評價
摘要：將土地生態(tài)系統(tǒng)作為復(fù)合的大系統(tǒng)，結(jié)合研究區(qū)域土地資源可持續(xù)利用的實際情況，確立了環(huán)境支撐度、社會經(jīng)濟可行度、土地資源退化度以及資源支撐度四個集成指標(biāo)，以及水源涵養(yǎng)支撐度、生物多樣性維護(hù)支撐度、經(jīng)濟發(fā)展水平、區(qū)域人口密度、區(qū)位優(yōu)勢度、潛在地質(zhì)危害危險性、土壤侵蝕敏感性、土地資源可利用度八項基礎(chǔ)指標(biāo)的多級別比較完整的指標(biāo)體系。通過各集成指標(biāo)模型的相互關(guān)系及其對目標(biāo)層的貢獻(xiàn)作用，在全網(wǎng)格技術(shù)的支持下，建立了土地資源可持續(xù)利用度指數(shù)模型。以山西省天鎮(zhèn)縣為研究對象，對集成指標(biāo)指數(shù)模型與技術(shù)方法進(jìn)行了實例研究，天鎮(zhèn)縣實際土地資源可持續(xù)利用狀況與此模型的評價結(jié)果基本吻合，結(jié)果表明該模型與技術(shù)方法是切實可行的。
關(guān)鍵詞：GIS技術(shù)；網(wǎng)格單元；模型；土地資源可持續(xù)利用度
中圖分類號：X24 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）19-4831-05
隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展與人口的持續(xù)增長，土地荒漠化、水土流失、環(huán)境污染等問題日益嚴(yán)重[1]，土地資源可持續(xù)利用的研究成為全球可持續(xù)發(fā)展研究的熱點問題。目前國內(nèi)外學(xué)者主要考慮資源與環(huán)境的本質(zhì)不同與內(nèi)涵差異，從經(jīng)濟、社會與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的思路上對土地資源可持續(xù)利用進(jìn)行了評價研究，而以社會經(jīng)濟、環(huán)境、土地退化及資源為指標(biāo)進(jìn)行土地資源可持續(xù)利用度研究的很少，且未能進(jìn)行較為全面的分析與量化。為此，本文建立了土地資源可持續(xù)利用度綜合指數(shù)模型，首次提出了基于全網(wǎng)格的土地資源可持續(xù)利用度集成技術(shù)，實現(xiàn)土地資源可持續(xù)利用定量化研究的目的。
1 土地資源可持續(xù)利用度評價的方法與模型
1.1 評價指標(biāo)體系的建立
土地資源可持續(xù)利用度評價指標(biāo)的選擇以土壤環(huán)境質(zhì)量、人們對事物或現(xiàn)象的理解與分析為原則，且應(yīng)具有空間性和可操作性。本文以可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境承載力理論為基礎(chǔ)，采用理論分析、經(jīng)驗借鑒和專家咨詢相結(jié)合的方法，以“社會經(jīng)濟-環(huán)境-資源-土地資源退化”為模型，全面考慮區(qū)域的自然地形地貌、社會經(jīng)濟發(fā)展、土地退化情況、土地資源利用狀況，建立評價指標(biāo)體系如圖1。
1.2 評價單元的確定
本研究選擇能夠反映自然特征連續(xù)變化的網(wǎng)格為計算單元，網(wǎng)格的大小可根據(jù)研究區(qū)域的空間幾何尺度、影響土地資源可持續(xù)利用度的各方面數(shù)據(jù)源信息的特征、精度合理地選取。
1.3 評價指標(biāo)權(quán)重的確定
確定權(quán)重的方法有很多[2-4]，現(xiàn)根據(jù)研究的具體情況，選用層次分析法確定各個指標(biāo)的權(quán)重[5]。
1.4 土地資源可持續(xù)利用度綜合指數(shù)模型的建立
1.4.1 社會經(jīng)濟可行度綜合指數(shù)模型 從區(qū)域人口密度、經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r以及區(qū)位優(yōu)勢度三個方面建立了社會經(jīng)濟可行度綜合指數(shù)模型。
1）人口密度模型。以村莊或鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單元進(jìn)行的區(qū)域人口數(shù)量統(tǒng)計往往與所屬區(qū)域的空間特征脫節(jié)[6]，為實現(xiàn)空間網(wǎng)格密度賦值，擬采用以基本圓為單位的賦值法，即以每個待計算網(wǎng)格為中心確定基本圓域，按圓域內(nèi)人口（TP）與土地面積（AREA）比值作為網(wǎng)格密度值。具體模型如下：
同理，利用GIS空間分析功能可計算得到土地資源可持續(xù)利用度評價圖。
2 應(yīng)用實例
2.1 數(shù)據(jù)來源與分析處理
遙感數(shù)據(jù)：選用2010年美國Landsat TM遙感影像數(shù)據(jù)。其他數(shù)據(jù)：主要包括天鎮(zhèn)縣1∶50 000 DEM（數(shù)字高程模型），用于獲取地貌類型、地形起伏度、坡度等信息[13]；社會、經(jīng)濟、自然、資源等方面的文字與圖件資料。
采用ERDAS遙感影像處理系統(tǒng)對各單波段圖像進(jìn)行融合，將融合后遙感圖像進(jìn)行計算機非監(jiān)督分類處理，并輔以目視等人機交互解譯，進(jìn)行區(qū)域景觀分類，得到土地利用類型圖。并運用GIS分析處理技術(shù)及其相應(yīng)工具得到居民點、河流水域等矢量數(shù)據(jù)[14]。
2.2 土地資源可持續(xù)利用度綜合計算
利用上文確定的模型與各因子的計算方法，基于網(wǎng)格技術(shù)與GIS技術(shù)得到社會經(jīng)濟可行度、資源支撐度、環(huán)境支撐度、土地資源退化度評價結(jié)果，均進(jìn)行歸一化后按式（11）得到研究區(qū)域土地資源可持續(xù)利用度綜合評價結(jié)果，閾值范圍為[-1，1]，進(jìn)一步對網(wǎng)格單元的屬性進(jìn)行4級分類，最終得到天鎮(zhèn)縣土地資源可持續(xù)利用度綜合評價圖（圖2）。
2.3 土地資源可持續(xù)利用度綜合分析
由圖2可知，天鎮(zhèn)縣土地資源可持續(xù)利用度高的區(qū)域主要分布在中西部地區(qū)，結(jié)合圖3所示，該區(qū)域的土地利用類型主要為地形坡度平緩的耕地。而土地資源可持續(xù)利用度低的區(qū)域由圖3對比分析可知多為林地與灌木，地形坡度大且地形較為復(fù)雜。根據(jù)上述結(jié)論并結(jié)合天鎮(zhèn)縣土地利用現(xiàn)狀調(diào)查與實際資料，不僅驗證了本文所建模型的正確性與合理性，而且所得結(jié)論與當(dāng)?shù)貙嶋H情況符合性高。
3 結(jié)論
本研究以土地資源可持續(xù)利用度評價為研究對象，依據(jù)相應(yīng)的理論與原則對指標(biāo)因子進(jìn)行篩選，確立了土地資源可持續(xù)利用度評價指標(biāo)體系，并最終建立了綜合評價模型，實現(xiàn)了地理信息系統(tǒng)技術(shù)與遙感技術(shù)在土地資源可持續(xù)利用度評價中的應(yīng)用與初步探討，具有一定的理論價值和現(xiàn)實意義。
1）從社會、經(jīng)濟、資源、環(huán)境以及土地資源退化等方面，篩選確定具有代表性、涵蓋性、獨立性等的特征因素，依據(jù)目標(biāo)層—準(zhǔn)則層—要素層的層次結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了土地資源可持續(xù)利用度評價指標(biāo)體系。
2）基于評價指標(biāo)體系，確立了社會經(jīng)濟可行度、資源支撐度、環(huán)境支撐度、土地資源退化度模型以及四者結(jié)合的土地資源可持續(xù)利用度模型，應(yīng)用層次分析法確定了各單因子指標(biāo)的權(quán)重。
3）基于全網(wǎng)格技術(shù)進(jìn)行了土地資源可持續(xù)利用度指標(biāo)因子的評價，采用“網(wǎng)格重心法”實現(xiàn)了交通、人口等社會經(jīng)濟指標(biāo)的網(wǎng)格表達(dá)，避免了以往以行政區(qū)域為單元進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計以及在空間上“強制平均”的缺點與不足。 4）以山西省天鎮(zhèn)縣為例，應(yīng)用統(tǒng)計技術(shù)與GIS技術(shù)對所確定模型及方法進(jìn)行了驗證研究，其研究結(jié)果與實際情況基本符合，驗證了模型的正確性與方法的可行性，評價結(jié)果也可為天鎮(zhèn)縣土地資源規(guī)劃與合理利用以及縣域內(nèi)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)提供一定的科學(xué)依據(jù)與技術(shù)支持。
在下一步的研究中，還將在以下方面對模型進(jìn)行改進(jìn)與完善：①考慮將微觀土壤理化性質(zhì)與宏觀生態(tài)環(huán)境相結(jié)合，對土地資源可持續(xù)利用度評價進(jìn)行深入研究。②在土地資源退化度模型中將進(jìn)一步考慮農(nóng)藥、化肥、農(nóng)膜覆蓋等要素因子對土壤環(huán)境質(zhì)量的影響與破壞，以及從土壤環(huán)境中污染物遷移的角度進(jìn)行更為具體的探討與研究。
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