基于GIS技术的同仁市春小麦精细化农业区划研究

摘要 ［目的］优化同仁市春小麦种植结构，提高作物产量，推动当地农业高质量发展。［方法］在综合考虑当地气候、土壤、地形因素的基础上，提取影响春小麦生长的若干区划因子，采用层次分析法对各区划因子赋予不同权重，通过GIS技术得到同仁市春小麦精细化区划图。［结果］按照不适宜、一般适宜、适宜和最适宜划分同仁市春小麦种植区。同仁市春小麦种植最适宜区和适宜区分布在黄乃亥乡、年都乎乡、隆务镇、保安镇西部、扎毛乡东北部、曲库乎乡中部地区。［结论］同仁市春小麦适宜种植区域主要分布在中北部和西南部地区，约占全市总面积的25%；同仁市现有春小麦种植区基本与区划结果适宜种植区一致，包括黄乃亥乡、年都乎乡、保安镇西部、隆务镇和曲库乎乡；当前未种植春小麦的扎毛乡东北部区域也适宜春小麦种植。

关键词 GIS；春小麦；精细化；农业区划；层次分析法

中图分类号 S 512.1+2  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2024）24-0216-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.24.046

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on Fine Agricultural Regionalization of Spring Wheat in Tongren City Based on GIS Technology

ZHAO Xian-wei1， MU Tian-hong1， WEI Xiang-cheng2 et al

（1.Remote Sensing Center of Agriculture and Animal Husbandry Division of Qinghai Province， Xining， Qinghai 810001;2.Tongren Agriculture and Animal Husbandry Comprehensive Service Center，Tongren，Qinghai 811300）

Abstract ［Objective］To optimize spring wheat planting structure in Tongren City，  increase crop yield， and promote high-quality development of local agriculture. ［Method］Based on the comprehensive consideration of local climate， soil and terrain factors， several regional factors affecting spring wheat growth were extracted， and different weights were assigned to each regional factor by analytic hierarchy process. ［Result］According to unsuitable， generally suitable， suitable and most suitable， the unsuitable area and suitable area are the largest， followed by the general suitable area， and the most suitable area is the smallest. The results showed that the most suitable areas and suitable areas of spring wheat planting in Tongren City were distributed in Huangnaihai Township， Nianduhu Township， Longwu Township， west of Baoan Township， northeast of Zamao Township and central area of Qukuhu Township. ［Conclusion］The suitable planting area of spring wheat in Tongren City is mainly distributed in the north and southwest of the city， accounting for about 25% of the total area of the city. The existing spring wheat planting areas in Tongren City are basically consistent with the suitable planting areas， including Huangnaihai Township， Nianduhu Township， west of Baoan Township， Longwu Township and Qukuhu Township. The area that needs to make proper adjustment is mainly Zamao Township， and the local agricultural department can appropriately expand the spring wheat planting area in the northeast of Zamao Township according to the actual situation.

Key words GIS;Spring wheat;Refinement;Agricultural regionalization;Analytic hierarchy process

同仁市地貌复杂多样，日照时数长，气温日较差大，降水量差异大^［1］，春小麦作为同仁市最重要的农作物之一，其产量与质量对当地农业发展会有一定影响，在统筹考虑多种区划因素的基础上研究同仁市春小麦综合区划^［2］可以进一步对当地作物生产进行合理规划，科学安排农业生产，促进农村经济发展和农牧民增收，推动农业生产向高产、高效、高精准化的方向发展^［3］。

近年来，国内外针对农作物种植区划的研究不断发展，美国、法国、日本等发达国家的农业区划工作经历了相当长的发展过程，已经形成了一套相对成熟的理论方法体系和经验做法^［4］。国内许多学者对农作物精细化区划进行了深入研究，目前主流的区划方法是通过对气候因子、地形因子、土壤因子等区划因子分别进行分析，筛选出适宜性区划指标，利用层次分析法对影响作物种植的因子赋予不同权重，结合GIS技术完成农作物适宜性区划^［5-12］。此外，也有部分学者在综合考虑多种区划因子的基础上通过建立数学模型，利用GIS技术对作物进行适宜性分区^［13-16］。综合来看，全方位考虑农作物区划因素，尤其是在高原地区地形破碎，不适宜大规模耕种的区域内开展农作物精细化区划的研究相对较少。同仁市具备典型的河谷农业特征，也是青海典型的农牧交错地带，因此，选择在青海省同仁市开展春小麦精细化农业区划，对于进一步做好青海省农业适宜种植区划具有开创工作和典型借鉴意义。

1 研究方法

1.1 研究区概况

同仁市地处青藏高原和黄土高原的过渡地带，地理坐标为108°38′～102°27′E，35°01′～35°47′N。地势南高北低，隆务河纵贯全境南北，形成东西部山区和中部河谷地区。同仁大部分地区属凉温、冷温半干旱气候区。年平均气温 5.2 ℃，年降水量425.7 mm，无霜期61～150 d，年日照时数2 413.1～2 634.9 h。气候特点是地区差异显著，气温日较差大，光照充足，日照强，雨水略缺，降水变率大。

1.2 数据来源

地形数据来源于地理空间数据云（https：∥www.gscloud.cn/search）。土壤数据来源于世界土壤数据库（Harmonized World Soil Database，HWSD）的中国土壤数据集（v1.1），从国家青藏高原科学数据中心（http：∥data.tpdc.ac.cn/zh-hans/）下载。积温、日平均气温、太阳辐射数据来源于地理遥感生态网（http：∥www.gisrs.cn/index.html），年降水量、年日照时数来源于中国科学院资源环境科学与数据中心（https：∥www.resdc.cn/Default.aspx）。

1.3 评价方法

1.3.1 层次分析法。

层次分析法（analytic hierarchy process，AHP）是指将与决策总是有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法。该方法较适用于难以完成定量化分析的问题，尤其是对一些较为复杂、较为模糊的问题可以迅速作出决策。采用9标度法对各影响因素的重要性进行比较，构造判断矩阵，通过一致性检验后确定不同因素的权重^［17］。该研究将同仁市春小麦综合区划作为最终目标层，分别选取气候、地形、土壤作为区划因子构建评价模型。

1.3.2 加权综合评价。

各影响因素在总体区划评价中的影响程度不尽相同，需要对不同因素赋予不同权重，并综合考虑各因素的影响程度，进行加权平均，得到最终的加权综合评价指标。其表达式为

Cvj=ni=1（Qvij×Wci）（1）

式中：Cvj为评价因子的总值，Qvij表示因子j的指标i（Qij）≥0，Wci为指标i的权重值（0≤Wci≤1），n为评价指标的个数。

1.3.3 反距离权重插值。

反距离权重法（inverse distance weighting，IDW）是一种在空间数据分析中常用的插值方法，该方法允许数据有各向异性，计算速度快且易于实现，其前提是假设彼此距离较近的事物要比彼此距离较远的事物更相似，根据数据点与待插值的位置距离赋予不同权重，然后进行加权平均。在计算气候因子的空间分布时需要用反距离权重法计算差值。其计算过程如下：

计算未知点到所知点的距离

di=（x-xi）2+（y-yi）2（2）

计算权重

wi=1/dini1/di（3）

计算插点的值

Z0=ni=1wi×（Zi，Yi）（4）

式中：di为未知点到所知点的距离；x，y为已知点的坐标；xi，yi为第i个未知点的坐标；wi为第i个点的权重；Zi，Yi为第i个插值点的坐标；Z0为插值点的值。

2 区划因子及权重指标确定

2.1 气候因子

2.1.1 全生育期≥10 ℃积温。

积温是影响农作物生长与发育的主要因素，积温的多少决定了农作物生长期的长短，能直接影响作物长势和生长季节，同仁市春小麦生育期内≥10 ℃平均积温为2 232.6 ℃，最高值为3 144.9 ℃，最低值为1 291.0 ℃。

2.1.2 全生育期日平均气温。

春小麦的生长发育在不同阶段有不同的适宜温度范围。在最适温度时，生长最快，发育最好。春小麦种子发芽出苗的最适宜日平均气温为15～20 ℃；春麦根系生长的适宜日平均气温为16～20 ℃，最低温度为2 ℃，超过30 ℃则受到抑制。同仁市春小麦生育期内日平均气温为15.9 ℃，中部河谷地带较高，西部、东部、南部山区较低。