土地适宜性评价是根据土地利用的目标,针对某种或某几种特定土地利用对土地及土地构成要素的要求,评价土地对所设定的土地利用要求的适宜性和适宜程度。由于适宜性的对立面即限制性,因此,土地适宜性评价也可理解为评价土地对特定土地利用要求的限制性和限制程度。
(一) 土地适宜性评价的基本步骤
土地适宜性评价的基本步骤主要包括以下几个方面: 评价系统的选择与制定、评价单元的划分、参评因素的选取、参评因素质量分值的量化、参评因素综合分值计算与适宜性等级划分等。
1. 评价系统的选择与制定
土地适宜性评价系统,应该根据评价目的所要考虑的土地利用种类所属的等级层次,评价地区土地资源和土地利用的特点,评价成果应用的要求以及评价的主、客观条件等选择制定。具体制订时,应充分参考类似的评价系统以及评价地区其他相关研究的资料。目前国际上影响最大、使用最广泛的土地适宜性评价系统是联合国粮农组织(FAO)1976年正式公布的《土地评价纲要》。
2. 评价单元的划分
土地是气候、土壤、水文、地貌、地质、动物、植物、微生物及人类活动的结果等众多自然和社会经济要素所组成的综合体,同时又是一个连续体,土地的个体性较差,土地特性和组成要素空间上存在着较大差异。评价单元即通过人为地将土地连续体划分为不同的虚拟个体,使单元内部土地特性和组成要素性质基本一致。土地适宜性评价单元的划分可根据评价的主、客观条件,选择采用地块法、网格法、叠置法、多边形法等方法。
3. 参评因素的选取
土地资源质量的好坏,是通过土地综合体组成要素的性质状况来综合体现,土地适宜性的高低,则通过评价土地构成要素质量的好坏来刻画。但土地构成要素众多,评价应选择那些对土地适宜性有显著影响、自身性状等在时间上相对稳定、空间上有较大差异、性状指标数据较易获取的因素,作为评价的参评因素。
4. 参评因素质量分值的量化
评价各参评因素性状指标的表达一般存在很大差异,同时,对土地适宜性的影响形式也存在差别。因素作用的影响程度往往并不是随因素性状指标数据的增减呈线性变化,有时还是非线性的。当因素性状指标数据在一定范围内变化时,受其影响的土地质量可能变化不大或不发生变化;而当它在另一范围内变化时,较小的变动可能会引起土地质量较大的变化。因此,评价需要将参评因素性状指标数据转换成因素因子的质量分值,以便更为直观、合理地刻画因素对土地适宜性的影响作用大小。由于各因素性质的不同,其作用方式、影响程度也不相同,因此,需要针对因素的性质采取不同的标准,来实现参评因素性状指标值——质量分值的换算。这一转换实际上就是进行因素因子指标值的标准化和无量纲处理。
5. 参评因素综合分值计算与适宜性等级的划分
参评因素综合分值是在参评因素质量分值量化的基础上,根据各参评因素对土地综合体资源质量影响的贡献性,采用加权求和法或几何平均法等计算得到。土地适宜性的等级则根据单元适宜性综合分值,一般采用等间距法、数轴法、频率曲线法等进行划分,并经实地验证校核、修改完善而最终确定。
(二) 联合国粮农组织《土地评价纲要》评价系统
1970年前后,世界大多数国家均已开展土地评价研究,并各自制定了土地评价的系统。由于这些评价系统很不统一,给国际学术交流带来了困难。为避免世界各国因土地评价体系不同造成的交流障碍,FAO于1972年10月在荷兰瓦格宁根的国际农业中心召开了一个讨论会,来自22个国家的44名国际著名资源评价专家,在对有关土地评价系统某些规范形式问题讨论的基础上,拟订了《土地评价纲要》草稿,并广泛征求意见。14个国家的有关专家对《土地评价纲要》草稿提出了修改意见。1975年1月在罗马又召开了一个小型专家讨论会,对《纲要》草稿作了修订。1976年正式公布了《土地评价纲要》。此纲要成为土地评价的指导性文件,在许多国家中有重要影响。虽然它只规定了土地适宜性评价的一般原则和概念,但其适宜性分类结构和进行土地适宜性评价必须遵守的程序,则有广泛的适用性。该评价系统包含有四个等级单位,即适宜纲(order)、适宜级(class)、适宜亚级(subclass)和适宜单元(unit)。
1. 适宜纲
适宜纲是指土地适宜性的种类,表示土地对所考虑的特定利用方式是适宜还是不适宜,分为适宜纲(S)和不适宜纲(N)两大类。
适宜纲(S)是指土地能够满足按所考虑的用途进行持久利用,达到预期的效益,在经济上是合算的,而且对土地不会产生不可接受的破坏后果。不适宜纲(N)是指土地不能满足所考虑的土地用途对土地的要求,亦即土地质量显示该土地不能按所考虑的用途进行持久利用。土地被列入不适宜纲的原因一般有: 所提出的用途在技术上不可行;所提出的用途如果实施会产生破坏性后果;预期投资获得的经济效益低,得不偿失。
2. 适宜级
适宜级是反映适宜纲以内土地对特定用途或方式的适宜程度。一般用阿拉伯数字按适宜纲内的适宜程度递减顺序编列,适宜级的数目不加具体规定。但通常在适宜纲内分出三种适宜级,即高度适宜(S1)、中度适宜(S2)和临界适宜(S3);不适宜纲通常分成两级,即当前不适宜(N1)和永久不适宜(N2)。
高度适宜(S1),土地可持久应用于某种用途而不受严重限制,或受限制较小,在采取正当的利用措施下长期使用不会降低土地的生产力或效益,不需要增加超出可承担水平的费用。中度适宜(S2),土地对持久利用于规定的用途有中等程度的限制性,如不采取必要的措施,长期使用会出现中等程度的不利,降低土地的生产力或效益并增加费用,虽然仍能获得利益,却明显低于S1的效益。为了获得理想的效益,并维持土地的持久生产力,往往需要采取中等规模的改造措施。临界适宜(S3),土地对持久利用于规定的用途有强烈的限制性,将降低土地的生产能力或效益,或者需要增加投入,而这种投入从经济上说只能算勉强合理。这类土地的有效利用,往往必须采取重大的改造措施。
当前不适宜(N1),土地有较强烈的限制性,但终究可加以克服,只是在目前的技术和现行成本下不宜加以利用,或者不能确保对土地进行有效而持久的利用。但将来一旦条件具备,通过较大的改造措施,能使土地获得新的质量特征,最终满足某些利用类型对土地的要求。永久不适宜(N2),土地的限制性十分严格,以致在一般条件下根本不可能持续有效利用,即使将来在改造技术上也难以实现,或投入过大,经济上不合算,最终也不可能实现有效利用。
3. 适宜亚级
适宜亚级反映土地限制性类别的差异,或需采取的改良措施的区别,如水分亏缺、侵蚀危害等。亚级的表示方式是用英文小写字体列在适宜级符号之后。高度适宜级(S1)无明显限制因素,因此不设亚级。如S2m表示受土壤水分限制、S2o表示受土壤通气性限制等。亚级设置的一般原则包括: ①亚级的数目愈少愈好,只要能区分开适宜级内土地的质量或者改良所针对限制因素的不同即可; ②对于任何亚级而言,符号中应尽可能少用限制因素,一般只列出主要亚级的符号,如果两种限制因素同样重要,则同时列出两者。
不适宜纲内的土地,一般可以不对其限制性划分为亚级。
4. 适宜单元
适宜单元是适宜亚级的细分,反映亚级以内土地经营管理方面的次要差别。每一适宜亚级内的所有适宜单元具有同样程度的适宜性和相似的限制性,不同适宜单元之间在生产特点或经营管理要求的细节方面不同。适宜单元用阿拉伯数字表示,置于适宜亚级之后,如S2m-1,S2m-2等。一个适宜亚级可划分出多少适宜单元,无明确规定。
(三) 评价单元的划分
评价单元是土地评价对象的基本空间单位,同一单元内土地的基本属性和土地质量基本一致,不同单元之间则有较大差异。土地适宜性结果是通过对评价单元的土地构成因素质量的评价得出,因此,评价单元划分对土地评价工作的实施至关重要,直接决定土地评价工作量的大小、评价结果的精度及成果的可应用性。整个评价区范围内的全部土地可以按土地的内部属性划分为独立的评价单元。
1. 评价单元划分的原则
(1) 综合与主导性相结合原则。土地是自然、社会和经济的综合连续体,其性质随时间变化而变化。因此,在划分评价单元时,首先要综合分析各个土地因素之间的相互关系及其组合特点,从而辨别它们之间的差异性。在运用综合分析原则时,要求在大量的组合方式下找出土地质量变异的界限进行单元分异研究,而变异界限主要受那些对土地生产力影响较大,而且比较稳定的自然要素(主导因素)的制约,为此评价单元划分时还需遵循主导性原则。
(2) 主导因素差异原则。不同地貌部位的土地不能划为同一单元,山脉走向两侧水热分配有明显差异的不能划为同一单元,地下水、土壤条件、盐碱度等土地因素指标有明显差异的不能划为同一单元。
(3) 针对性原则。针对评价目的以及评价区范围,选取大小适合的评价单元,满足评价目的对评价单元精度的要求。
(4) 实用性原则。评价单元也是应用评价成果、进行土地管理的基本单元,因此,评价单元在实地应该具有明显的、易辨别的界限。
2. 评价单元划分的方法
土地评价单元划分的一般方法有地块法、网格法、叠置法和多边形法等。
(1) 地块法。在底图上用明显的地物界线或权属界线,将主导特性相对均一的地块,划分成为封闭土地评价单元。其操作的关键是底图的选样和对评价区域实际情况的了解。
(2) 网格法。用一定大小的方格构成的网格划分评价单元。网格大小以能基本区别开不同特性的地块为标准。由于在划分网格时,不易完全与土地的均质条件和各影响因素的实际分布相符合,因此,网格法划分单元除了在工作中取样和获取数据外,还需要尽量兼顾单元的均质性。
(3) 叠置法。将相同比例的土地利用现状图与地形图、土壤图叠加,基本一致区域形成的封闭图斑即为有一定地形特征、土壤性质和用地类型的土地单元。若图斑小于最小上图面积则应进行归并。一般采用“三图叠置法”划分评价单元,即由土地利用现状图、土壤图和地形图这三图叠置形成封闭的评价单元。叠置法要求所选用的基本图件都能转化到同一比例,并且所有图件的主要参照物能很好地吻合。
(4) 多边形法。将所有参评因素的质量分值图进行叠加,最终生成的封闭多边形即为评价单元。
就土地适宜性评价而言,评价单元划分的具体方法主要有: ①采用土壤发生类型图斑作为评价单元; ②采用土地类型图斑作为评价单元; ③以土地利用现状图叠加土壤图、地形图等生成的最小图斑为评价单元。(www.daowen.com)
(四) 参评因素的选取
1. 影响土地适宜性的主要因素
影响土地适宜性的主要因素包括自然因素和社会经济因素两大类。其中,自然因素主要包括气候条件、地形条件、土壤条件、植被状况、水文和水文地质状况与环境质量状况等;社会经济因素包括农业生产条件和区位条件等。这些因素相互联系、相互作用,共同影响和决定土地对所考虑用途的适宜性及其程度。
(1) 气候条件。气候条件中气温与降水状况对植物的生长和发育起着决定性的作用,一个地区水热条件及其组合不仅决定作物的种类、熟制、产量和品质,而且在很大程度上也决定土地利用方式和农业生产应采取的方向性措施,是农业生产的先决条件,是影响土地适宜性的基本因素。
(2) 地形条件。地形对区域内水热状况的再分配和土地物质的迁移起着重要的作用,也直接影响土壤与植被的发育。地形条件在很大程度上决定着土地利用、农田基本建设、土地改良与土地开发等的经济效益。尤其在山地、丘陵、熔岩等地区,地形因素往往对土地的适宜性起主导影响,对土地的适宜性及其程度起决定作用。
(3) 土壤条件。土壤具有供应和协调植物生长发育所必需的水分、养分、空气、热量及其他生长条件的能力,土地自然生产力主要取决于土壤的肥力水平。土壤是土地资源质量的重要影响因素,是农业生产的基本资源。对于土地适宜性评价常针对的县级行政空间范围而言,土壤是土地适宜性评价需考虑的主要方面,评价应尽可能全面细致地考虑土壤方面的因素,包括土壤类型、有效土层厚度、土壤质地、土体构型、障碍层、有机质和各种营养元素的含量、p H值和盐分状况等。
(4) 水文和水文地质状况。水文主要指地表水状况,是影响土地资源质量与农作物产量水平的重要因素之一。特别在干旱、半干旱、盐碱化和沼泽化地区,灌溉防洪排水等水文条件对土地利用的适宜性起到某种决定性的作用。水文地质条件主要指地下水状况,它影响土壤性状和土壤改良的可能性与难易程度,地下水位的高低和矿化度大小是导致土壤是否会沼泽化和盐碱化的决定因素。
(5) 环境质量状况。农田环境污染状况对农业生产和土地利用适宜性的影响越来越重要和明显,它不仅影响农业产品的品质,还在一定程度上影响农作物的产量水平。农田环境质量是当前城市化、工业化背景下,土地利用适宜性评价必须考虑的因素。
(6) 农业生产条件。农业生产条件,包括区域大的灌溉、排水等水利条件,沟、渠、路、林、井、电等田间工程配套情况,机械化水平以及作物布局、品种、轮作制度、复种指数等因素。农业生产条件对土地利用状况及其产量和效益有重要影响。
(7) 区位条件。区位条件反映土地与城市、集镇的距离和相对位置,与行政、经济中心的相关位置,与河流、主要交通道路的相对关系。对于农用地来说,地理位置是决定土地利用方向、集约利用程度和土地生产力的重要因素,并对农业生产和产品流通具有十分重要的影响。
2. 参评因素选取的原则
土地适宜性参评因素选取时,一般应遵循以下原则:
(1) 影响性原则,即选取的参评因素对土地生产力有比较大的影响。
(2) 空间变异性原则,即选取的参评因素的性状指标在评价区范围内具有较大的空间变异性。
(3) 稳定性和可获取性原则,即选取的参评因素的性状指标时间上相对稳定,指标数据能够获取。
参评因素具体选取时,可以采用定性方法,如特尔菲调查分析法(Delphi法);定量方法,如层次分析法(analytic hierarchy process,AHP法)、回归分析法、主成分分析法等;或者定性与定量相结合的方法确定。
(五) 参评因素综合分值的计算
1. 参评因素指标分值的量化
参评因素指标值—因素质量分值转换量化,一般采用最大最小值法按百分制相对值方法计算,并遵循下列原则: ①因素质量分值与土地资源质量优劣成正比; ②因素质量分值采用0(1)—100分的封闭区间,最优取100,相对最劣取1或0; ③因素质量分值只与参评因素的显著作用区间相对应。
参评因素指标分值换算量化的具体公式如下。
(1) 正向型因素,即因素指标值越大,反映土地资源质量状况越好:
(2) 逆向型因素,即因素指标值越大,反映土地资源质量状况越差:
(3) 适度型因素,即因素指标有一适度值,在此适度值内土地资源质量最优,大于或小于此适度值,土地资源质量均由优向劣方向发展。
设a为某因素指标适度值:
式中:fi——因素质量分值;Xi——因素指标值;Xmax——因素指标最大值;Xmin——因素指标最小值; a——因素指标适度值。
对无指标值表示的定性参评因素,可直接按照评价单元因素质量状况,结合评价区域内因素指标值平均情况,在(0/1,100)区间赋予一定的因素质量分值。
2. 参评因素综合分值的计算
参评因素综合分值在各因素质量分值量化基础上,采用以下方法计算得到。
(1) 几何平均法
(2) 加权平均法的计算公式
式中: H——参评因素综合分值;i——参评因素编号;m——参评因素的数目;fi——第i个参评因素质量分值;ωi——第i个参评因素的权重。
其中参评因素权重确定的方法很多,一般可以分为定性和定量两大类。前者如特尔菲调查分析法,后者如层次分析法、回归分析法、主成分分析法、相关分析法等。
(六) 土地适宜性等级的划分与确定
1. 适宜性等级的初步划分
土地适宜性等级,根据评价单元参评因素综合分值,采用等间距法、数轴法、总分频率曲线法等进行土地级别的初步划分。划分时应注意以下原则: ①适宜性等级的高低与单元综合分值的大小相对应,分值越大,级别越高,反之亦然; ②不同适宜性级别间综合分值具有明显差异; ③任何一个综合分值只能唯一对应一个土地适宜性级别; ④土地适宜性级别的界线不打破行政权属界线和线状地物。
2. 适宜性级别的验证和最终确定
土地适宜性级别的初步划分结果,只是一种理论的计算,不管资料收集如何细致、全面,所采取的技术方法如何先进,评价计算结果与实际情况之间有可能存在差异。为保证评价成果的科学性,使其与实际情况相吻合,必须对适宜性初步结果进行实地验证,对初步成果进行修改和完善,落实级别界线。
实地验证的要点包括: ①适宜性结果与相关研究结果存在明显差异的地块; ②相邻地块定级结果差别很大的地区; ③大范围适宜性级别无差异或差异很小的地区; ④当地专家认为评价结果有出入甚至错误的地区。可在评价单元中随机抽取一定比例(如5%)的单元进行野外实测,将实测结果与评价初步结果进行比较。如果差异小于5%,认为适宜性评价初步成果总体上合格,对于发现的不合格计算结果要进行修正;如果大于5%,则应对适宜性评价初步成果进行调整。
初步成果通过检验后,确定土地适宜性最终级别的界线,进行各级别的面积汇总和成果图编绘。
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