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  • 基于GIS的都江堰市虹口乡山区经济作物栽培经营决策研究

    时间:2023-06-02 11:55:04 来源:正远范文网 本文已影响 正远范文网手机站

    摘要:基于ArcGIS 9.3软件平台,应用其空间分析功能对都江堰市虹口乡联合村厚朴、猕猴桃等经济作物的栽培适宜地域进行了选择,主要依据指标为海拔、坡度、坡向和坡位等.根据软件中计算出的适宜栽培区面积分别对厚朴及猕猴桃栽培的经济效益进行了分析计算.

    关键词:ArcGIS;空间分析;经济作物栽培; 经营决策;都江堰市

    中图分类号:S759.3S750P208文献标识码:A文章编号:1671-3168(2011)03-0004-07

    Decisions-making Research on Mountain Economic Crops Cultivation

    Bassed on GISIn Hongkou Town,Dujiangyan City

    MING Min, CHEN Dong-li

    (Urban and Rural Development College, Sichuan Agricultural University, Dujiangyan, Sichuan 611830, China)

    Abstract: Based on ArcGIS 9.3 software platform, applying its spatial analysis capabilities to select cultivation suitable land area in United Village, Hongkou Township, Dujiangyan city for Magnolia, kiwi fruit and other cash crops, mainly based on indicators of altitude, slope, slope exposure and position, etc. Economic benefits of Magnolia and kiwi fruit cultivation were analyzed and calculated respectively according to the calculated suitable cultivation area using this software.

    Key words: ArcGIS spatial analysis cultivate management decision Dujiangyan City

    收稿日期:2011-05-09.

    基金项目:四川农业大学“大学生创新性实验计划”项目资助.

    作者简介:明 敏(1989-),女,四川农业大学城乡建设学院地理信息系统专业在读本科生.E-mail: mingmingis@yahoo.cn

    通信作者:陈东立(1958-),男,博士,副教授.从事“3S”应用研究及流域管理.

    林业是我国生态环境建设的主题,森林生态系统是环境体系建设中的最重要部分.我国是一个以农业为主的发展中国家,山地和丘陵占国土总面积的2/3以上.自然条件差,地形起伏大,坡度陡,土层薄,土壤保水蓄水能力差,生产力水平低.随着地球环境的不断恶化、城市的发展和各种自然灾害的发生,土地和森林植被遭到严重的破坏。为改善人类生存环境和提高经济收入,应大力开展恢复森林植被的退耕还林项目和农林复合经营发展项目【sup】[1]【/sup】.

    为响应国家“退耕还林”政策,很多山区选择在以生态效益为核心的前提下,将退耕还林与山区脱贫致富、区域种植业产业结构调整有机地结合起来,实现生态、经济和社会三大效益同步发展【sup】[2]【/sup】,合理利用山地资源栽种适宜的经济作物成为趋势.都江堰市是厚朴的主要产地之一,同时也有着悠久的猕猴桃栽种历史,是猕猴桃的主要产区之一.厚朴、杜仲、黄柏统称为“三木药材”,它们兼具生态、经济双重作用,在退耕还林、天然林保护工程和荒山造林中占有重要地位【sup】[3]【/sup】.栽种适宜当地环境的经济作物并且栽种在适宜栽种的区域,不仅恢复了生态系统,而且帮助村民在地震后恢复经济收入,实现农林业高效、稳定、持续发展.

    适宜栽种的区域规划现在主要是通过ArcGIS空间分析(Spatial Analysis)技术实现选址分析和统计.空间分析是地理空间数据分析、模拟、预测和调控过程的基础理论和技术,具体包括空间信息量算和空间信息分类( 如叠加分析、网络分析、拓扑分析、缓冲分析和统计分析等).

    针对都江堰市虹口乡联合村山区经济作物栽培选址,运用ArcGIS 9.3的空间分析功能,以海拔高度、坡度、坡向和坡位等因子进行叠加分析,得到适合厚朴和猕猴桃栽种的区域;计算种植面积,并对产量进行相应的估算,预计出总收益.可为政府规划栽种厚朴和猕猴桃提供参考,为实现山区农业合理开发提供科学依据.1研究对象与研究工具 1.1研究对象

    都江堰市地处四川盆地成都平原西北部的岷江上,虹口乡位于市区东北的白沙河中游,乡境除白沙河谷有少量冲积阶地外,全为高山峡谷地貌.联合村处在白沙河的上游、源头,也是虹口乡地域最偏远、分布面积最大的一个村,全村总面积280 km【sup】2【/sup】.所处的地理位置为103°38′~103°42′E,31°09′~31°12′N.海拔1 000~2 020 m,土壤类型为山地黄壤.该村山地资源丰富,全年气候温和,四季分明,光热丰富,雨量充沛,无霜期长.年均气温16℃~17.5℃,年均降雨量为1 238 mm,年均无霜期280 d,年均气温15℃,夏无酷暑,冬无严寒,雨量充沛,空气清新,气候宜人.并且,属于“四川龙溪——虹口国家级自然保护区”范围,该保护区以保护大熊猫等珍稀野生动物为主,是国家级森林公园和生物多样性保护区.

    根据都江堰市林业局2007年森林资源二类调查资料,联合村除了种植大量的厚朴和猕猴桃外,还种植杜仲、黄柏、杉树、喜树、桦树、桤树、栎树、楠树、柳树等.在地震前其森林植被良好,地震后山体滑坡使森林植被受到一定影响.为了帮助村民在短时间内恢复经济收入和生态环境,需要大量栽种经济作物以便在重建家园后逐渐获得经济收入.因为厚朴是我国特有的珍贵中药材,是一种经济效益较高、发展潜力较大、具有广阔前景的药、材两用树种,但其天然林资源短缺,急需发展人工种植,以满足市场需求.猕猴桃是一种保健型水果,以独特的风味、丰富的营养,具有医疗保健作用而越来越受到人们的青睐.同时,猕猴桃容易繁殖、栽培,且抗病虫能力强、投资少、见效快. 1.2研究工具

    利用R2V进行矢量化.R2V是一种高级栅格矢量化软件系统,为用户提供全面地自动化光栅图像到矢量图像为背景的编辑工具,具备良好的适用性和高精确度.绘制出的相关矢量图以shp文件格式转入ArcGIS系统中以作进一步分析.

    利用ArcGIS 空间分析功能作适宜栽培区分析.ArcGIS是美国国家环境研究所(ESRI)推出的为企业构建完整地理信息系统的综合GIS软件平台.ArcGIS 9.3 软件集ArcMap、ArcCatalog、ArcToolbox于一体,具有强大的地图制图、空间数据的处理与分析功能.本研究主要运用该软件中ArcMap的地图制图功能,ArcCatalog的数据组织与管理功能,ArcToolbox中的空间分析功能. 2数据获取与处理 2.1数据获取及地理坐标配准

    采用1971年版式等高距为20 m的1∶50 000地形图和矢量化的基础小班图层.将虹口乡2幅1∶50 000的地形图在Photoshop中进行裁剪、拼接后导入ArcGIS 9.3中进行定义投影和校准.采用高斯克吕格6°带,西安1980坐标系,18°带进行定义投影.定义投影之后运用Georeferencing工具进行校准,使该影像图具有真实的地理坐标信息.

    将校准后的地形图导入R2V软件进行矢量化,加入控制点后保存为.shp格式的文件.将矢量化后的地形图导入ArcMap中,执行工具栏[3D Analysis]中的菜单命令,生成TIN和DEM图 (图1).

    图1 TIN和DEM

    Fig.1 TIN and DEM 2.2空间数据的组织与数据库的建立

    在ArcCatalog中建立个人数据库(New Personal Geodatabase.mdb),定义投影为高斯克吕格6°带,西安1980坐标系,18°带.在个人数据库中进一步建立数据集(Feature Dataset),在数据集中新建香樟坪和黄金坪要素类(Feature Class),以保存在这2个地方调查收集到的资料. 2.3空间分析数据的生成

    根据植物栽培选址分析的原则,结合实地考察搜集的资料,确定以下选址因子: 海拔高度、坡度、坡向和坡位.利用ArcGIS 9.3对数字高程模型(DEM)进行分析,得到海拔、坡度、坡向和坡位图.

    海拔由DEM模型体现.DEM是描述包括高程在内的各种地貌因子,如坡度、坡向、坡度变化率等因子在内的线性和非线性组合的空间分布,其中DEM是零阶单纯的单项数字地貌模型,其他坡度、坡向及坡度变化率等地貌特性可在DEM的基础上派生(图2).

    图2 高程分布图

    Fig.2 Distribution of height

    坡度的提取:坡度表示了地表面在该点的倾斜程度.地表面任一点的坡度是指过该点的切平面与水平地面的夹角.将坡度分为6个等级【sup】[7]【/sup】(表1),坡度分布如图3所示.

    表1 坡度等级的划分

    Tab.1 The slope level classification

    图3 坡度分布图

    Fig.3 Distribution of slope

    坡向的提取:坡向指地表面上一点的切平面的法线矢量在水平面的投影与过该点的正北方向的夹角.在输出的坡向数据中,对坡向值如下规定:正北方向为0°,按顺时针方向计算,取值范围为0°~360°.将坡向分为9类【sup】[7]【/sup】(表2).坡向分布图如图4所示. 表2 坡向的划分

    Tab.2 Slope classification

    图4 坡向分布图

    Fig.4 Distribution of slope direction

    坡位的提取:坡位体现了相对高度的差异.例如,位于正地形还是负地形等.一般情况下,分为山脊、上部、中部、下部、山谷和平地6个坡位,在此基础上合并成3个坡位组.坡位划分【sup】[13]【/sup】如表3所示,坡位划分图如图5、图6所示.

    表3 坡位因子

    Tab.3 Slope a factor

    3栽培适宜区空间分析

    在ArcGIS 9.3中加载Spatial Analysis模块,添加Spatial Analysis工具,加载矢量化后生成的DEM文件和海拔、坡度、坡向、坡位4个图层的Shape file文件.进行叠加分析,得到适合厚朴和猕猴桃栽培的地域. 3.1厚朴适宜栽培区分析

    厚朴是落叶乔木,喜光的中生性树种,喜凉爽、湿润、多云雾、相对湿度大的气候环境.一般在山地

    图5 联合村山脊线分布图

    Fig.5Distribution of the Joint Village ridgeline

    图6 联合村山谷线分布图

    Fig.6 Distribution of the joint village valley line

    黄壤、黄红壤地上生长良好或较好.适宜栽培在海拔800~1 800 m的山区,根系发达,生长快,萌生力强【sup】[4]【/sup】.

    根据厚朴主要适生立地因子表【sup】[4]【/sup】(表4),得到进行空间分析的选址因子取值范围为:海拔高度为1 200~1 600 m,坡度为<35°,坡向为东、南、西、东南、西南坡(67.5°~292.5°),坡位为中坡和下坡.基于DEM对其分析,结果如图7所示.

    如图7所示,通过栅格运算计算出海拔为1 200~1 600 m、坡度<35°、坡向为东、南、西、东南、西南坡(67.5°~292.5°)、坡位为下坡的等级分布图,就得到了海拔、坡度、坡向和坡位的重分类栅格数据集.每层数据对最后的选址都有影响,但影响不同.因此,利用层次分析法(AHP) 【sup】[11]【/sup】来确定权重,能够反映不同因子所起作用的差别,更具有科学性.经过专家咨询打分,得出的权重依次为:0.3、0.3、0.3、0.1.利用栅格计算器(Raster Calculator)对所有的重分类数据按照给定的权重进行合并.最终适宜性数

    表4 厚朴主要适生立地因子

    Tab.4 Main Suitable site factors for Magnolia

    图7 厚朴适宜栽培区域海拔、坡度、坡向、坡位图

    Fig.7 Cultivation altitude, slope, slope position map

    for Magnolia growth

    据集的加权计算公式为:最终适宜性海拔×0.3+坡度×0.3+坡向×0.3+坡位×0.1,得到最终适宜性数据集,如图8所示,适宜性区域为推荐栽培选址区域. 3.2猕猴桃适宜栽培区分析

    猕猴桃为多年生落叶藤本.大多数猕猴桃适应温暖湿润的环境,其适宜性广、耐贫瘠,生长力旺盛,再生能力强,座果率高,抗病虫害.浅根性树种,适宜于在土层深厚,有机质含量高,富含腐殖质的疏松的丘陵山地中生长.

    猕猴桃适应性广,在平原或山地均可种植,适生的海拔为300~1 200 m.另外,园地不能建在风口上.在山地建园要选择坡向,早阳坡和晚阳坡较好【sup】[5]【/sup】.根据都江堰市林业局2007年的森林资源二类调查资料,结合联合村栽种猕猴桃的区域进行空间分析,选址因子取值范围为:海拔1 000~1 200 m,坡度不能超过35°,坡向为阳坡即南和西南坡(157.5°~247.5°)(图9).

    这3个选址因子对适宜地的分析都是同等重要,所以在此处就未考虑权重值的影响,直接对海拔、坡度和坡向进行叠加分析,满足这3个条件的区域即为种植猕猴桃适宜种植地域(图10).

    图9 弥猴桃适生海拔、坡度、坡向

    Fig.9 Suitable altitude, slope, aspect for kiwi growth 4适宜栽培区面积计算

    根据图8和图10的适宜栽种区域的栅格数据图进行重分类后,点击鼠标右键,选择“Open Attribute Table”,选择导出属性表(表5、表6).

    表5、表6表中数字1表示可以进行栽种的地域代码,COUNT字段中的数值是代表每类地物中所包含的像素个数,像素个数×每个像素的面积影像图的面积.获取每个像素所代表的面积,是在重分类后的影像上点击鼠标右键,选择“properties”,在弹出的layer properties窗口选择“source”选项栏,cellsiz项的值为单元格大小信息,其值为(30, 30).

    经计算求出适合厚朴和猕猴桃栽种的面积分别为1 508 400 m【sup】2【/sup】和538 200 m【sup】2【/sup】.根据厚朴和猕猴桃的栽种密度(2 m×2 m和3 m×5 m),计算可栽种的株数分别为377 100株和35 880株. 5经济效益计算

    厚朴是木本中药材,种下后第12年即可剥皮收益,以后每隔6年剥皮收益一次,或者采取7年间伐15年主伐的方法来获取枝、干,期间也可以采收花、果、叶来提高收入.

    2004年之前厚朴的价格一直都是比较稳定的,统货的价格一直在9~11元/kg左右;2005年厚朴

    表5 厚朴适宜栽培区面积统计

    Tab.5 Statistics of suitable area for Magnolia cultivation

    表6 猕猴桃适宜栽培区面积统计

    Tab.6 Statistics of suitable area for kiwi fruit cultivation

    销售价格开始上涨,统货价格为12~13元/kg;2006~2010年统货市场价格平均稳定在12~13元/kg左右.厚朴的市场平均价格以13元/kg计算.

    每公顷土地可种厚朴2 500株,每株每次可产皮18 kg,以13元/kg计算,扣除每株15元的管理成本,最少可创产值16.65万元/hm【sup】2【/sup】.

    猕猴桃结果早、产量高,人工栽培一般定植3年后就开花结果,每株产量100~150 kg,经济寿命可达40 a以上.但是嫁接苗定植后第二年即可挂果,第四年进入盛果期,产量可达2.25~3万 kg/hm【sup】2【/sup】.按产地售价平均6元/kg计算,则收入可达13.5万~18万元/hm【sup】2【/sup】.除去建园成本约2 500元(包括苗木500元,深耕改土和基肥500元,果园搭建1 500元)及每年管理成本.则最后的收入为8.85万~13.05万元/hm【sup】2【/sup】. 6评价

    广义的森林经营决策是决策方案的编制,狭义的森林经营决策除营林和木材生产决策外,还涉及到多种经营利用规划以及其它辅助工程方面的决策【sup】[8]【/sup】.

    根据都江堰市2007年森林资源二类调查资料,将联合村在地震之前栽种厚朴和猕猴桃的面积和现在重新进行空间选址分析后栽种的区域面积进行比较、分析,在原来的基础上重新选择可利用的土地进行相应的栽培(图11和12).这使得土地资源得到更合理的利用.

    图11 厚朴栽培区对比分析

    Fig.11 Comparison of Magnolia cultivation area

    图12 猕猴桃栽培区对比分析

    Fig.12 Comparative analysis of kiwi cultivation area

    在原图的基础上统计出栽种厚朴和猕猴桃的面积分别为134.54 hm【sup】2【/sup】和6.37 hm【sup】2【/sup】,而重新进行空间选址分析后适宜栽种厚朴和猕猴桃的面积分别为150.84 hm【sup】2【/sup】和53.82 hm【sup】2【/sup】.从图11和图12可以直观地了解掌握哪些土地可以进行何种经济作物的栽种,帮助村民扩大栽种面积,提高经济收入.提高土地的利用价值,做到因地制宜,合理布局地发展山区产业. 7总结与展望

    GIS技术具有强大的空间分析能力.运用ArcGIS的空间分析功能,把海拔、坡度、坡向和坡位因子进行叠加分析得到适合厚朴和猕猴桃栽种的区域,通过对种植面积和产量进行相应的计算,得到相应的总效益.

    为联合村栽种厚朴和猕猴桃提供了参考,有助于实现科学合理地开发山区资源,防止水土流失.采用传统的种植方法,只要有空地就进行栽培,不考虑海拔、坡度、坡向等影响因子,厚朴成熟砍伐后会造成水土流失、滑坡等地质灾害的发生.

    采用空间分析方法,在原有种植的基础上,结合实地调查可以找到新的可利用的土地,同时也可以把不合理种植的区域换成另一种适宜该地形特征的作物.

    为了提高村民的收入,可以考虑林—药套种模式,比如厚朴和柳杉的组合栽培.柳杉具有早期喜阴湿的特点,适宜空气湿度大,光照强度小的阴湿环境;厚朴前期生长快,对柳杉起着荫蔽作用.利用二者在生态学、生物学特性上的互补性,采取行间混交,造林后5 a间伐处于林分上层的厚朴可获得一定的经济收入.这样既不会破坏原有的森林植被,也不会造成水土流失,同时也为柳杉的生长留出了空间,保证土地长期覆盖,也提高了经济收入【sup】[2]【/sup】.或者发展生态旅游,合理利用当地的地理资源和森林资源, 促进新农村的建设.这也为林业的可持续发展提供了参考,将退耕还林与区域种植业产业结构调整有机地结合起来,以实现生态、经济和社会三大效益的同步发展. 参考文献:

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