耕地質量評價的模型方法與信息系統(tǒng)集成及應用研究.pdf

1、土地資源作為人類賴以生存的物質基礎，其數(shù)量和質量的演變直接關系著國家的糧食安全與社會穩(wěn)定。近年來，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的發(fā)展以及生態(tài)退耕政策的實施，使我國耕地整體數(shù)量呈持續(xù)下降趨勢；機械、化肥、農(nóng)藥等高能耗工業(yè)產(chǎn)品的大量投入，給農(nóng)業(yè)帶來高速發(fā)展的同時，也引發(fā)了一系列耕地退化問題。如何協(xié)調耕地資源利用與人口增加、經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護的矛盾，實現(xiàn)耕地資源的可持續(xù)利用，成為當代農(nóng)學界、土壤學界以及土地管理學界的重要課題。 20世紀90年代以來

2、，空間、遙感、地理信息系統(tǒng)、計算機等現(xiàn)代高新技術和系統(tǒng)論、信息論、控制論等現(xiàn)代科學方法得到廣泛而深入應用，為面臨信息時代資源環(huán)境科學的發(fā)展，展示出更加廣闊的前景。本文以湖北省宜都市和江漢平原后湖農(nóng)場為研究樣區(qū)，綜合應用計算機、ComGIS、UML、工作流、專家系統(tǒng)等高新技術，結合土壤、土地、景觀、生態(tài)、信息和現(xiàn)代數(shù)學等多學科理論方法，設計并開發(fā)了農(nóng)用地分等定級與估價信息系統(tǒng)(ALEIS)；在可持續(xù)發(fā)展理論指導下，探討了耕地質量評價、土地

3、利用動態(tài)監(jiān)測、農(nóng)業(yè)生態(tài)風險評估和耕地適宜性選擇方案等農(nóng)用地質量的監(jiān)、控、管體系的理論、模型和方法，從自然、社會、經(jīng)濟、環(huán)境和土地利用等多角度揭示了耕地質量的變化特征；深入挖掘了多學科交叉解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際問題的方法。對于土壤學、土地科學等傳統(tǒng)學科與地理信息學等新型學科的融合與發(fā)展具有重要的理論和實踐意義?，F(xiàn)將取得的主要研究工作進展和結果總結如下： (1)基于數(shù)據(jù)共享的需要，分析了農(nóng)用地分等定級估價信息的基本特征，開展了數(shù)據(jù)分類與編

4、碼、數(shù)據(jù)的收集與標準化等方面的研究；借助ComGIS、UML、工作流等技術，通過概要分析、需求分析、系統(tǒng)設計、系統(tǒng)實施和系統(tǒng)評價等GIS開發(fā)過程建立了ALEIS。系統(tǒng)具有以下特點：屬性數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫和模型庫一體化管理；采用Windows的圖形用戶界面(UI)、向導導航與用戶交互；數(shù)據(jù)庫標準化、規(guī)范化，能與其他國土資源信息系統(tǒng)兼容，有利于土地信息的共享與交流；采用ComGIS技術，簡化開發(fā)過程，同時可以根據(jù)用戶需要添加功能模塊，系統(tǒng)的

5、維護、擴充更加方便。 (2)在ALEIS支持下，研究了農(nóng)用地分等定級與估價的定量化模型與方法。研究采用特爾斐、主成分分析等多種方法確定農(nóng)用地評價指標體系和權系數(shù)，根據(jù)各指標的特性建立合理的賦值方式和量化表達方法，然后綜合運用因素法、聚類分析法、模糊物元貼近度模型等數(shù)理方法劃分農(nóng)用地等別、級別；引入C-D生產(chǎn)函數(shù)法，對測得的農(nóng)用地實際收益進行校正，在測算樣本地價的基礎上，建立農(nóng)用地數(shù)字地價模型，獲取基準地價。文中以湖北省宜都市為研

6、究樣區(qū)，先后完成了農(nóng)用地分等、定級以及數(shù)字地價模型的擬合，經(jīng)抽樣檢驗，其結果與當?shù)貙嶋H情況基本吻合，可以為宜都市農(nóng)用地可持續(xù)發(fā)展、城鄉(xiāng)土地價格一體化市場的建立等提供參考和依據(jù)。 (3)景觀生態(tài)學由于強調空間異質性、尺度、景觀格局與生態(tài)過程等宏觀特性，為信息技術在土地資源利用與規(guī)劃研究中提供了新的視角。本文以湖北省宜都市為例，應用GIS技術和景觀生態(tài)學方法，對該區(qū)域2001年土地利用的空間格局和數(shù)量結構進行了研究，并結合1999、

7、2000、2002、2003年的土地利用變更調查數(shù)據(jù)，運用拓廣的灰色動態(tài)預測模型預測2010、2015年土地利用結構的變化趨勢。GM模型的運用，有效地提高了預測精度，研究結果對制定科學合理的土地利用規(guī)劃以及開展土地資源的動態(tài)管理具有重要意義。 (4)農(nóng)用地污染以及農(nóng)業(yè)用地不當所帶來的土地生產(chǎn)水平、生產(chǎn)效益降低和土壤退化等問題在耕地管理過程中不容忽視。研究中將廣泛應用于生態(tài)學領域的生態(tài)位適宜度方法引入到農(nóng)用地多宜性評價研究中，一方

8、面拓展了傳統(tǒng)生態(tài)學理論的應用領域，促進了農(nóng)業(yè)生態(tài)學與土地管理學科的融合；另一方面，從生態(tài)系統(tǒng)的角度來看待作物-土壤的相互作用與生境選擇，更加符合客觀實際，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)研究提供了新的視角。本文以江漢平原后湖地區(qū)耕地為研究對象，應用生態(tài)位理論，結合加權平均、限制因子等模型，定量研究了水稻、小麥、棉花和油菜四種作物對該區(qū)域各評價單元的生態(tài)適宜性，并針對地塊提出最佳的利用方式。結果表明：①研究區(qū)生態(tài)位適宜度值整體較高，生境條件基本滿足作物的需求；

9、②評價結果以1、2級為主，所占面積達75％；水稻的適宜性面積在該區(qū)最大，小麥次之；③限制該地區(qū)耕地生產(chǎn)潛力的生態(tài)因子主要為：速效磷、CEC和道路通達度。 (5)對經(jīng)濟發(fā)展所導致的生態(tài)退化問題進行科學評價是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的核心內容之一。將生態(tài)風險分析引入耕地污染和質量退化風險評價中，借助PSR框架建立了風險評價指標體系，構建了耕地污染和質量退化風險評價模型，給出了一種度量耕地質量風險的簡單、合理的方法，并以江漢平原后湖農(nóng)場流塘分場