摘 要

随着我国经济飞速发展，城市城镇扩张速度不断加快，土地资源越来越多被开发和利用。然而土地资源是有限的，土地适宜性评价和基于评价之后的规划就显得尤为重要。本文以GIS为技术支撑，首先确定了评价单元，之后将距海距离、距河距离、土壤有机质含量、土壤层数、高程、交通条件、土地利用类型七个影响因子作为农业用地适宜性评价指标；将坡度、坡向、崩塌、高程、交通因素、城镇聚焦效应六个影响因子作为建设用地适宜性评价指标。对评价指标进行量化处理，确定指标权重值，选取合适的适宜性评价模型，对适宜性评价等级进行科学划分，最终构建得到研究区农用地和建设用地的适宜性评价体系。本文对灌云县分别进行了农用地适宜性评价和建设用地适宜性评价，得到了较为合理的评价结果，对该区域的土地适宜性评价具有一定的参考意义。

关键词：土壤有机质含量；土地适宜性评价；GIS；标准化

Abstract

With the rapid development of China#39;s economy, the speed of urban expansion is accelerating, and more and more land resources are being exploited. However, land resources are limited, and land suitability evaluation and post-evaluation planning are particularly important. In this paper, GIS is used as the technical support. Firstly, the evaluation unit is determined. Then, the seven impact factors from the sea distance, the distance from the river, the soil organic matter content, the soil layer, the elevation, the traffic conditions and the land use type are used as the evaluation indexes of agricultural land suitability. The six impact factors of slope, slope direction, collapse, elevation, traffic factor and urban focus effect are used as indicators for the evaluation of land use suitability. The evaluation indicators are quantified, the index weights are determined, the appropriate suitability evaluation model is selected, the suitability evaluation rank is divided, and the suitability evaluation system of agricultural land and construction land is constructed. This paper has carried out the evaluation of suitability of agricultural land and the suitability of construction land for Guanyun County, and obtained reasonable evaluation results. It has certain reference significance for land suitability evaluation in this area.

Key Words：Soil organic matter content;Land suitability evaluation;GIS;standardization

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究目的与意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3研究方案与流程 3

第2章 研究基础概述 5

2.1 土地适宜性评价的概念 5

2.2 土地适宜性评价的基本原则 5

2.3 土地适宜性评价步骤与方法 6

2.3.1 评价指标选取的原则 6

2.3.2 评价指标量化处理 6

2.3.3 评价单元划分的原则 6

2.3.4 评价模型确定的方法 7

2.3.5 土地适宜性等级的划分 7

第3章 研究区概况与数据处理 8

3.1 研究区概况 8

3.2 数据处理 8

第4章 土地利用适宜性综合评价 10

4.1 土地适宜性评价指标体系的构建 10

4.1.1 土地适宜性评价影响的因素分析 10

4.1.2土地利用指标的标准化与单因子的量化 11

4.1.3 评价因子权重的确定 12

4.2 土地适宜性评价结果 14

4.2.1 单指标评价结果 14

4.2.1 多指标评价结果 24

第5章 总结与展望 26

参考文献 27

致谢 28

第1章 绪论

1.1 研究目的与意义

一直以来，人们能够赖以生存并有所发展的最为根本的物质条件就是土地^[1]。在我国，土地资源虽然丰富，但全国人均占有量少也是一个不争的事实。在诸多地区存在着“人-地”矛盾，因对土地资源的不合理开发使得当地居民贫穷，而经济上的压力使得他们更加无理地、毫无节制地向土地索取更多^[2]。从而进一步加剧了土地的不合理开发，这种恶性循环最终导致当地的生态环境破坏。掌握土地利用适宜性，可以为土地利用开发决策提供足够的科学理论支持，使土地利用结构趋于合理化、规范化，最终达到生态效益和经济效益双丰收，可持续发展的良好局面。而GIS因其能对海量的地理空间信息进行采集，并对这些信息进行科学的分析和将分析结果输出的出色能力和人机交互式的决策系统的特点在土地适宜性分析中越来越受到国内外学者的重视^[3]。结合国内外研究情况和实际情况，如土壤有机质含量、灌溉条件、土壤层数都会对农用地适宜性评价造成一定的影响。依据包括但不限于上述因素再结合评价因子量化的方法，本文拟在一定理论分析的基础上建立一个综合土地适宜性评价体系，为土地开发方向选取提供决策支持。

1.2 国内外研究现状

基于GIS的土地适宜性评价是目前国内外学者研究的一个热门领域。结合国内外土地利用适宜性评价进展来看，社会因素，经济因素以及自然因素是土地适宜性评价的几个重要影响因子。在一般的土地适宜性评价中，多采用定性与定量相结合的方法。我国在土地分类研究的工作开展极早，根据史料记载，距今2000年前，人们就可以根据土壤自身性质、所在区域地下水、地表植被覆盖情况等多种因素将土地分为不同种类。而在1853年颁布的《天朝田亩制度》也对土地分类进行了一定的尝试，其将土地划分为九等^[4]。只是受困于技术水平和科学知识的限制，以上的土地评价最终都未能形成一套完备的体系。

直到现代，在国内，地理信息系统的原理与方法的引入成为如今土地评价研究的一个重要转折点。随着黄杏元等引入基于GIS的土地评价，越来越多的国内学者在对土地适宜性评价时注意到了GIS的运用。GIS在不同种类土地利用适宜性评价、土地未来规划发展、旅游目的地开发价值评价、荒废土地治理等多方面被广泛运用^[5]。GIS能够对土地适宜性评价过程中设计到的相关数据和空间分布图形进行快速结合，极大地减轻了人工处理数据的难度，提高了评价的效率。而在国外，FAO（联合国粮食及农业组织）于上个世纪七十年代颁布的《土地评价纲要》则自发布日起就一直被国际各界从事相关研究的学者奉为圭臬，其对土地资源评价具有不言而喻的指导意义。

土地适宜性的评价方法通常会由评价选取的对象和评价最终目的所决定。纵观国内外学者在这方面的研究，评价方法多种多样，但并没有形成被普遍认可的统一方法。接下来来介绍几种较为常见的方法:(1)PCA，也被成为主分量分析，其主要的原理方法是通过降低维度的手段，将研究涉及的多个指标进行处理转化为少数的更具有代表性的综合的指标，而且在这些指标中所含有的信息能够达到彼此没有覆盖重叠。张涛使用主成分分析方法对山东省内全部城市的作为旅游最终目的地竞争力的情况进行了相当程度上的探讨和评价，并针对性地给出了城市未来发展策略^[6]。(2)K均值聚类算法，一种因简洁明了的操作性和效率高而知名的划分聚类算法。通常是先随机性地选择K个对象，将这些被选取的对象作为一开始的聚类中心，通过计算得出研究对象与先前选定的聚类中心之间的距离将上述对象按照最近距离的标准分配给聚类中心。尤迪等在对邵武市区域内的建设用地的适宜性进行评价时选择的就是K均值聚类算法，最终将其划分为四类，为其后续的开发提供了具有一定参考性的科学意见。（3）层次分析法，又被称为AHP，其主要原理是将所要解决的问题提出进行分解，将分解后的组成因素通过层次不同进行聚合，最终得到一个多层次的分析所得结构模型，通过这个模型，问题就会转变为供最终决策使用的方案所在的最底层相较于要实现的总体目标所在的最高层一个孰优孰劣的顺序确定。刘建伟等在对北京市农村污水处理中应用到的技术适宜性研究过程中，通过AHP逐一确定各相关指标的权重，把体系内的指标确定权重与已经标准化处理后的值得计算，得到所用技术的最终综合评估结果^[7]。（4）综合指数法。综合指数法在对土地适宜性进行评价时，通常先选择一定合适的评价指标，随后将这些已被选取的指标通过一定的方法转化为更为直观的、量化的分值。之后通过计算得到研究区域土地利用适宜性的综合指数，最终利用先前所得综合指数的数值对研究区域的土地适宜性进行对比，最终得到评价结果。张环等在对清水县土地适宜性评价时采用的就是综合指数模型法^[8]。（5）德尔菲法。德尔菲法首先要选择在土地适宜性评价专业具有相当影响力和充足科学研究经验的学者组成一个专家决策小组。之后由研究者向专家决策小组针对问题进行咨询，专家决策小组成员再以不透露姓名的方式给予反馈意见。将这个咨询与反馈的过程多次重复，使得专家决策小组对这一问题的意见一步一步趋向于一致，最终得到的判断结果因为是集体意见，往往具有很高的准确率。（6）模糊综合评判法。该方法将已确定的评价目标视为一个模糊集合。这个模糊集合由诸多相关因素组成。通过计算得到各个因素在研究评价目标中的权重占比，得到最终评价结果的定量的数值。张浩等在对油井酸化选址的研究中运用模糊综合评判的方法为相似油田选址提供了颇有成效的借鉴^[9]。在以上提及的诸多研究方法为本文提供了一定的研究思路，本文拟将结合上述研究的部分方法，最终建立一套基于GIS的土地适宜性评价体系，对研究区土地适宜性进行评估。

1.3研究方案与流程

基本研究方案:本文将依照以下技术方案，以ESRI公司的ArcGIS平台为主要使用软件，并结合Excel、Envi等软件对研究数据进行处理；通过对研究区进行考察和分析，结合研究区土地特点，并向专家进行评价指标选取的咨询，对诸多能对土地适宜性产生影响的指标进行筛选，最终确定土地适宜性评价的指标；综合PCA、AHP、德尔菲法等方法确定研究区土地适宜性评价方法，计算先前选取出的评价指标在土地适宜性评价中的权重^[10]。根据计算结果构建得到研究所用综合评价模型，最终对研究区域进行基于GIS的土地适宜性评价并对所得结果进行对比分析验证其可靠性。

总体研究路线如下：

1. 获取研究区域DEM数据、研究区域路网数据和遥感影像数据，从DEM数据中可以根据地理信息系统的空间分析功能提取出坡度、坡向和高程信息。遥感图像经过ENVI软件处理后结合所得研究区路网数据可以确定土地覆盖类型。
2. 通过参考常用土地适宜性评价划分评价单元的原则，结合研究区域的土地分布实际情况，又考虑到后续数据计算的便利性，最终确定评价单元为100m*100m的正方形网格。
3. 参考评价指标选取原则，充分听取专家对评价指标的选取意见，结合实地调查情况，在可操作的前提下确定最终评价指标。
4. 参考国内外研究成果，结合研究区实际情况，对研究区土地适宜性进行等级划分。
5. 对已确定的评价指标，结合具体研究区域实际情况，确定每一个评价指标的权重占比。
6. 已确定的评价指标又有定性指标和定量指标之分，参考已有研究经验，对上述评价指标进行量化处理。
7. 结合已有研究成果和研究区实际情况，确定本次研究采用的适宜性评价模型。
8. 将研究区最终土地适宜性评价结果与研究区示范基地发布的土地利用适宜性进行对比分析以验证这次基于GIS的土地适宜性评价的精确性。

总体研究技术路线如图1.1所示：

图1.1 研究技术路线图

第2章 研究基础概述

2.1 土地适宜性评价的概念

土地适宜性评价是将土地按照对不同行业用地的适宜情况进行分类。通过实地调查和咨询专家意见，筛选评价指标，分析这些评价指标对土地某一特定方向的正向贡献和负向贡献，最终确定土地的利用方向及适宜性程度。土地适宜性评价是对给定地块的利用方向是否正确、利用方式是否合理以及适宜性高低进行评价的过程。对土地进行合适的适宜性评价往往决定了土地能否合理化、规范化利用。出色的土地适宜性评价通常能够科学指导土地的利用规划，为相关部门针对目标土地利用的决策提供科学技术上的支持。而如今生态环境问题日趋严峻，人口数量仍在增长，人地矛盾愈发激化，土地利用不合理、土地利用率低下的问题随之凸显^[11]。通过开展土地适宜性评价工作，使土地开发利用的可持续发展得到保障。

2.2 土地适宜性评价的基本原则

本文采用FAO（国际粮食及农业组织）于上个世纪七十年代颁布的《土地评价纲要》中的土地适宜性评价原则。

1. 因地制宜原则

土壤类型、地下水含量、地形条件、灌溉条件等诸多因素都可以影响到最终土地适宜性评估价结果。然而随着研究地域的不同，土地适宜性评价选取的影响因子也会随之大有不同。因此在进行土地适宜性评价时，应该根据研究区域实际情况，结合专家参考意见，对影响最终评价结果的要素合理取舍，选定科学合理、最为适合研究区域土地适宜性评价的评价体系，使最终的结果的可靠性才能得到保障，从而进一步为有关部门提出切实行之有效的建议。

1. 对比性原则

要对土地不同方向的利用方式多次进行分析对比，掌握各种土地利用方式对土地本身的利益诉求，合理分析后找到研究区域土地的最佳利用方式。

1. 针对性原则

不同类型的土地利用方式要进行不同的土地适宜性评价方式。最终敲定的土地适宜性体系各要素的构成是独特的，可以区分开来的。

（4）综合性原则

在进行土地适宜性程度进行评价时结果的产生受到土壤类型、地下水含量、地形条件、灌溉条件的综合影响。在进行研究时应当适当地将诸如自然因素、生态因素等因素纳入进行综合考虑，以保证最后结果的客观合理性。

（5）可持续发展原则

土地的开发利用一个基本前提就是土地既能够满足当前人们需求又不影响后代对其继续使用，实现土地资源可以被长期利用、可持续发展。因此在进行土地适宜性评价时，要首先确保该种利用方式不会对土地的可持续发展产生负面影响。

2.3 土地适宜性评价步骤与方法

土地适宜性评价首先要明晰研究主体，确定评价对象。之后要自行筛选参评指标，选取评价模型、完成指标体系的构建、对各种评价指标进行量化处理，对各指标权重进行计算、对研究区进行评价单元划分，确定适宜性等级。这些步骤环环相扣，尤其是评价指标的确定和评价体系的构建至关重要，所以要在这个过程中对涉及到的数学方法和模型仔细遴选以得到合适的评价体系^[12]。

2.3.1 评价指标选取的原则

（1）代表性原则。影响土地适宜性评价结果的评价因素多种多样，考虑到研究不可能有精力将所有影响因子作为评价指标纳入考虑，故而需要在诸多指标中选取最为突出、最有代表性的指标，减少冗杂繁复、不必要的的数据处理。

（2）稳定性原则。部分评价指标对最终评价的影响可能是暂时的、特殊的，而我们应该选取那些诸如土壤类型、高程等对评价具有足够长时间段影响的评价指标。如此方能使我们的评价结果在一定时间内都有被参考被运用的价值。

（3）可操作性原则，评价指标的选取要根据数据收集和实地考察情况所定，评价指标的数据是易于操作、能通过数学方法计算实现评价指标量化的。

2.3.2 评价指标量化处理

要想通过数学方法对研究区适宜性进行评价得到直观的结果，就要先对筛选出来的评价指标进行量化处理，从而有利于各类影响指标之间的直观比较^[13]。

2.3.3 评价单元划分的原则

评价单元作为承载着研究区域基本信息的地块，是反映研究区土地基本自然信息的最小单元，也是整个研究区适宜性评价的根基所在^[14]。对研究区进行评价单元的划分通常要遵循以下四个基本原则：

1. 完整性原则。评价单元作为承载研究区域最基本信息的最小地块，不能在划分时被分得支离破碎，要始终保持其评价单元的边界完整统一。
2. 目的性原则。评价单元的选取不是盲目性地，要根据研究所需有的放矢的划分出评价单元。
3. 相似性原则。即要求研究区域内每一个独立的评价单元其所含因素得分应该具有能顺利通过相似性统计相关检验的相似性。
4. 差异性原则。土地适宜性评价结果受到各种各样的因素影响，这些因素的影响程度也不尽相同。在具体分析某一特定区域时，有些因素对最终评价结果的影响是显而易见的，有的则相反。所以为照顾到各个研究区域实际情况，在划分评价单元时应该注意选取在不同区域影响力不同的因素。