南水北调中线工程水源区特色农业空间布局分析

南阳师范学院20XX 届毕业生毕业论文（设计） 题 目：南水北调中线工程水源区特色农业空间 布局分析 完 成 人： 班 级： 学 制： 专 业： 地理信息系统 指导教师： 完成日期： 目 录摘要(1)1引言(1)2南水北调中线工程水源区特色农业发展现状(2)3研究区特色农业发展中存在的主要问题(2)4利用GIS空间分析优化特色农业空间布局(3)4.1研究区农业基础数据库的建立(4)4.2特色农业空间布局优化原则(5)4.3研究区几种特色农业主导产品的空间布局分析(6)4.3.1南水北调中线工程水源区的自然气候条件(6)4.3.2特色优势农产品的适生条件及布局优化(6)5总结(12)参考文献(12)Abstract(12) 南水北调中线工程水源区特色农业空间布局分析 摘要:特色农业空间布局分析直接关系到区域经济社会与环境的可持续发展。本文根据南水北调中线工程水源区现有几种重要的特色农产品的适生条件（各种特色农产品可能分别涉及多个环境因子），空间叠加生成其适生区域。同时本文对几种重要的特色农产品的现有产区在相关原则的指导下进行空间布局优化研究。关键词:水源区；特色农业；空间布局分析；ArcGIS空间分析；叠加分析1 引言 南水北调中线工程水源区是以传统农业生产为主的地区，发展特色农业是南水北调中线工程水源区农民脱贫致富最有效的途径之一。虽然，南水北调中线工程水源区已成为特色农业发展比较突出的地区，但是南水北调中线工程水源区生态环境比较脆弱，环境质量不高。由于自然因素和人为不合理开发，导致森林覆盖率低，生态环境恶化，水土流失严重。区域内经济发展比较落后，耕地面积较少，25以上的坡地耕种现象仍比较严重。农业经济更多依赖自然条件的支撑，发展特色农业、优化农业产业结构空间布局，不仅在于满足社会与市场需求，创造最大的社会、经济效益，更在于维护生态效益，保持生态良性循环，使农业得以持续发展。要创造最大的社会、经济、生态效益，就必须充分考虑特色农业项目产品的适生条件与自然环境条件的制约关系，确保特色农业产品空间布局的合理性。南水北调中线工程水源区农业产业结构调整和特色农业产品空间布局优化将是该区实现生态恢复和可持续发展的核心问题，已经非常重要和紧迫。GIS是解决与空间相关的一系列问题的有效工具，GIS空间分析功能已在各个相关领域解决相关问题时体现出了强大的生命力，特别是GIS空间分析的复合分析功能对于解决多因子问题非常有效。为了科学合理布局特色农业空间结构，本文借助ArcGIS软件强大高效的空间分析功能进行特色农业空间布局的调控。2 南水北调中线工程水源区特色农业发展现状 发展特色农业是南水北调中线工程水源区农民脱贫致富最有效的途径之一。该区域的各级政府高度重视特色农业产业的建设工作，深入贯彻实施“因地制宜，发挥优势，突出特色，调整农业结构；发展特色农业，壮大经济实力；围绕特色产业，发展龙头企业，提高产业化水平；优化品种，打造名牌，拉动特色农业上档升级；加强领导，强化服务，为特色农业发展提供组织保障”的方针。当前，该区域的小辣椒种植面积已达到数十万亩，产量近30万吨，成为全国最大的小辣椒生产基地和商品集散地之一；以香菇、草菇、蘑菇、木耳、银耳、松口蘑（松茸）、红菇等为主的食用菌总产量达到4万多吨，产值10多亿元，已成为长江以北最大的生产基地之一；以山茱萸、辛夷、裕丹参等为主的中药材种植面积达到数十万亩，规模较大代表性较强的包括山茱萸、辛夷、黄姜、丹参等；以猕猴桃、油桃、李子等为代表的林果特色种植业发展迅速且产值逐步提高。例如，该区域的西峡县的“果、药、菌”三大主导产业在农业总产值、农民人均纯收入中的比重已经达到61%和64%，邓州的优质烟叶，淅川、邓州、内乡的小辣椒等产业、产品也都形成了地区特色，优质小辣椒、食用菌、中药材、林果等特色农产品的比重有较大幅度的提高。内乡的朝天椒、油桃、天麻、杜仲，西峡的猕猴桃、香菇、山茱萸，邓州的小辣椒在全国产生了一定的知名度。 3 研究区特色农业发展中存在的主要问题 虽然，南水北调中线工程水源区已成为特色农业发展比较突出的地区，包括较大的小辣椒生产和集散地、中西部地区蔬菜生产基地、全国有名的食用菌生产基地和林果基地、有较大影响的中药材生产、加工基地，呈现出了平原区以发展蔬菜高效经济作物为主，岗丘区以发展烟叶、小辣椒为主，山区以发展特色林果、中药材和食用菌为主的格局，但发展特色农业过程中也存在一些必须引起重视和必须逐步加以解决的问题。（1）从整个农业产业中的产品结构来看，农业、林业、畜牧业、渔业的比例不够协调。农业所占比重较大，林业所占比重较少，但农业的产值率远远低于经济林的产值率，经济林、经济作物特别是具有特色的经济作物、林果种植面积仍相对较少。（2）特色农业发展中的产业区域空间布局不够合理。虽然该区域特色农业的发展实现了可观的产值，但因该区域农业人口占绝大部分，技术落后、人的思想观念仍较落后，发展特色农业过程中随意开垦和播种、品种的布局缺乏科学依据，并没有根据区域的区位特征、资源条件及各物种的适生条件来科学种植，缺少对产品类型进行科学合理的空间布局。（3）从整体上看，特色农业的发展还处于起步阶段，农业产值低、品质不高，科技应用水平不高，产业化水平相对较低，还没有实现应有的产值。主要表现在，品种多而散，形成产业化生产的品种较少，实现规模生产的并不多。规模小、区域辐射小、群众受惠人数少，规模化、集约化、产业化程度不高是其主要特点。4 利用GIS空间分析优化特色农业空间布局 南水北调中线工程水源区生态环境比较脆弱，环境质量不高。由于自然因素和人为不合理开发，导致森林覆盖率低，生态环境恶化，水土流失严重。区域内经济发展比较落后，耕地面积较少，25以上的坡地耕种现象仍比较严重。农业经济更多依赖自然条件的支撑，发展特色农业、优化农业产业结构空间布局，不仅在于满足社会与市场需求，创造最大的社会、经济效益，更在于维护生态效益，保持生态良性循环，使农业得以持续发展。要创造最大的社会、经济、生态效益，就必须充分考虑特色农业项目产品的适生条件与自然环境条件的制约关系，确保特色农业产品空间布局的合理性。南水北调中线工程水源区农业产业结构调整和特色农业产品空间布局优化将是该区实现生态恢复和可持续发展的核心问题，已经非常重要和紧迫。GIS是解决与空间相关的一系列问题的有效工具，GIS空间分析功能已在各个相关领域解决相关问题时体现出了强大的生命力，特别是GIS空间分析的复合分析功能对于解决多因子问题非常有效。为了科学合理布局特色农业空间结构，本文借助ArcGIS软件强大高效的空间分析功能进行特色农业空间布局的调控。4.1 研究区农业基础数据库的建立根据研究区所处的经纬度范围及与原有部分数据整合的需求，数据采用个人Geodatabase来存储和管理，空间参考采用1984世界大地坐标系(WGS-84)，研究区处于横轴墨卡托投影（UTM）6度分带的第19度带内。数据库中存储的要素类主要包括：测量控制点、乡镇政府所在地、等高线、水库、河流、行政区界线、行政区、线状地物、地类图斑、地类界线、高程图（DEM）、坡度图、坡向图、温度图、降水量图、植被图、土壤图等。各数据集的要素类描述参见表3： 表3 农业基础数据库中主要要素类描述No.要素类名属性表名几何特征No.要素类名属性表名几何特征1测量控制点CLKZDPoint10地类界线DLJXPolyline2乡镇政府所在地XZZFDPoint11高程图DEMImage3等高线DGXPolyline12坡度图PDImage4水库SKPolygon13坡向图PXImage5河流HLPolyline14温度图WDImage6行政区界线XZQJXPolyline15降水量图JSImage7行政区XZQPolygon16植被图ZBPolygon8线状地物XZDWPolyline17土壤图TRPolygon9地类图斑DLTBPolygon184.2 特色农业空间布局优化原则（1）特色农业空间布局调控不能破坏“山顶戴帽子、山腰系带子、山脚穿鞋子”这一原则和格局。即山顶栽种水土保持林，绿化荒山，建设林牧、林药协调发展；在山腰栽种经济林果，药材等建设林粮网带，避免过度垦殖及增加农民经济收入；山脚建设高产、稳产农田，满足农民基本粮食需要，建设农田生态系统，在农户中建设种植、养殖、加工、沼气良性循环的庭院经济系统。优化特色农业空间布局不能破坏山顶、山腰、山脚这一良性循环的生态经济系统。（2）遵循现代科学技术与特色农业相结合的原则，从不同地域特征出发，根据区域自然条件，特别是地貌、土壤、水利条件等，结合区域特色农业发展现状，在控制水土流失、加强生态环境建设与保护的前提下，调整优化现有的特色农业分布区，重新划分出不同类型的特色农业主导区，明确各特色农业主导区的产业优势及发展方向，实现农、林、牧、渔业协调发展，进一步优化特色农业区域布局。按照“整体、协调、循环、再生”的要求，全面组织特色农业生产，实现能量的多级利用和物质循环再生，达到生态和经济两个良性循环及经济、生态、社会三大效益的统一，实现特色农业产业现代化4。4.3 研究区几种特色农业主导产品的空间布局分析4.3.1 南水北调中线工程水源区的自然气候条件南水北调中线工程水源区位于伏牛山南麓秦岭东段余脉，属北亚热带北部边缘，为北亚热带季风型大陆性气候，气候温和湿润，多年平均气温15.9，雨量丰沛，年均降雨量850950 mm，多年平均水面蒸发量860 mm，多年平均降雨量820 mm，平均径流深23mm，年平均日照时数2 033 h，无霜日232 d，光热资源、水资源丰富，植物种类繁多，地貌类型复杂多样。区内海拔最低55m，最高2156m，相对高差2101m，显著的海拔高差结合当地区域特征形成了不同地区具有显著不同的热量条件和温度。区内整体地形呈北高南低走势，北部基本上为海拔1000米以上的中山区，山高坡陡，层峦叠障，南部为丹江口水库库区及环库丘陵垄岗区，地形破碎，岗岭起伏，中部西峡与淅川两县交界处仍属伏牛山南麓浅山区，自西北向东南倾斜延伸，其南北两侧均为丘陵岗坡，沟壑纵横，地形复杂。区域内的土壤类型以棕壤、黄褐土和紫色土为主，水土流失较严重，面积达3230.72km2，占总土地面积的53.9%，其中：极强度流失面积197.68km2，强度流失面积1778.55km2，中度流失面积124.47km2,轻度流失面积1130.02km2,年平均土壤流失1185万吨3,5,6。根据南水北调中线工程水源区的自然条件，特别是气候条件，结合特色农业农产品与优势农产品的特征，选择山茱萸、猕猴桃、油桃、 小辣椒为主要研究对象进行特色农业空间布局调控。4.3.2 特色优势农产品的适生条件及布局优化 依据上述产品适合生长的条件，选择温度、海拔、坡度、坡向（光照）、土壤、土地利用情况、降雨量（湿度）作为影响产品布局的因子，利用GIS技术进行分析。将旱地、未利用地等可以变动的土地合理利用，形成合理的空间结构布局。通过南水北调中线工程水源区的气候条件及所选品种的适生条件，温度主要与海拔相关，根据各个品种的海拔分布，不同海拔的温度能够满足各种品种的温度要求，各个品种对土壤的要求都不是非常挑剔，研究区的土壤条件基本都能满足各个品种的土壤条件。降雨量也能满足条件。基于上述情况，本文的研究选取适合各个品种的海拔、坡度、坡向（光照）、土地利用情况作为为影响因子，利用ArcGIS软件对各个品种的影响因子进行叠加分析，得出各个品种的最优空间布局。 （1）山茱萸的适生条件及布局优化。山茱萸又名山芋肉、药枣、实枣儿、枣皮、肉枣等，为落叶乔木或灌木，株高28m。山茱萸对光照条件的适应范围较宽，在开阔的无林地，林缘和有一定遮荫的林中均能生长。通常在半阴坡或半阳坡、遮荫度不大于30%，日照时间在12小时左右的光照条件下生长较好，产量高寿命长，阴坡的树在一般情况下也能正常开花结果。山茱萸是暖温性树种，一般生长在年均气温10以上的地区，集中分布在年均气温15-16，1月平均最低气温-4.55，7月平均最高气温30-34，无霜期210-300d，海拔600-1000m的浅山地带，不易受冬季严寒和早春寒流、霜冻侵袭的影响。山茱萸喜生于湿润环境，易生长在山沟、渠旁或水分条件较好的山地，其生长地的年降水量不少于600mm，雨量的季节性分配比例与山茱萸的生长发育阶段的需水量相适应，即生长发育最旺盛的夏季降雨量最多。山茱萸喜疏松、深厚、肥沃、湿润的轻粘质到沙壤质土壤，在干燥、贫瘠和过粘过酸土壤上生长不佳，土壤pH值以5.5-7.5为好7。 对土地利用进行分级，为了保证南水北调中线工程水源区的生态环境，将林地、草地、水浇地作为不可调整的土地利用类型，河流、水库也不参与调整，赋值为0，其他土地利用类型赋值为1，主要是旱地和未利用地。根据温度和光照条件，将坡向分为5级，Southwest与South east分为第一级，光照条件最适宜，East与West分为第二级，光照条件较适宜，Northwest与Northeast分为第三级，光照条件适中，Flat与South分为第四级，光照条件强，光照时间最长，North分为第五级，光照条件差。 利用GIS技术，根据山茱萸适生条件，将区内海拔分为两级，适合山茱萸生长的海拔（600-1000m）赋值为1，不适合生长的海拔赋值为0。根据山茱萸适生的温度和光照，按五级光照条件进行赋值，最适合山茱萸生长的光照条件赋值10分，不适合生长的光照条件赋值为0分，赋值结果如下：1级10、28、36、44、52，即在分级结果中第一级光照条件最适合山茱萸生长，第二级较适合其生长，依次类推。将土地利用、海拔与光照条件进行叠加分析，得出南水北调中线工程水源区不同程度上满足山茱萸生长条件的区域（如图3）；分值越高越适合其生长，分值越低越不适合生长。图3 山茱萸种植区规划图 （2）猕猴桃的适生条件及布局优化。猕猴桃也称也称猕猴梨、藤梨、羊桃、阳桃、木子与毛木果等，是落叶藤本果树。猕猴桃在年平均气温10以上地区都可以生长，但以年平均气温1518.5，极端最高温度33.3 41.4，7月份平均最高气温3034，1月份平均气温4.55，年积温在4 5005 200，无霜期210 290天的地区最为适宜。猕猴桃喜半荫环境，对强光照射比较敏感，属中等喜光性果树树种，要求日照时间为13002600小时，喜漫射光，忌强光直射，自然光照强度以4045为宜。猕猴桃对光照条件的要求随树龄变化而变化，幼苗期喜阴凉，需适当遮荫，尤其是新移植的幼苗更需遮荫。猕猴桃理想产区年降水量为1 200 2 000毫米，年相对湿度约80，高山雾多，常年湿度大，对猕猴桃生长比较理想。猕猴桃从海拔402 000米的地带均可栽培，以1 000 米以下较理想。海拔高于2 000米以上不利于猕猴桃的生长8。对土地利用的分级采用山茱萸布局优化的标准。根据猕猴桃温度和光照的适生条件，将坡向仍分为5级，Flat与South分为第一级，光照时间最长，光照条件最强，赋值为6；Southwest与South east分为第二级，光照条件最适宜，赋值为10；East与West分为第三级，光照条件较适宜，赋值为8； Northwest与Northeast分为第四级，光照条件弱，赋值为4；North分为第五级，光照条件最差，赋值为2。在分级结果中，值越高表示越适宜猕猴桃的生长，值越低表示越不适宜其生长。根据猕猴桃对海拔的要求，将区内海拔分为3级，551000m为第一级，赋值为2；10002000m为第二级，赋值为1；1000m为第三级，赋值为0。海拔的分级结果中，值越高表示越适合，值为0表示不适合。同样地，将土地利用、光照与海拔条件进行叠加分析，得出南水北调中线工程水源区不同程度上满足猕猴桃生长条件的区域（如图4）。图4猕猴桃种植区规划图 （3）油桃的适生条件及布局优化。油桃对温度的要求不太严格，通常年平均气温在1018，生长期平均气温在2426，最有利于油桃生长。油桃喜光性强，对光照敏感，一般年日照时数在1900h以上，比较有利于油桃生长结果。油桃树根系需氧量大、耐干旱、忌水涝，适宜在土质疏松、排水良好的砂质土壤中生长，年降雨量在500mm以上可不灌水，油桃在微酸至微碱性的土壤中都能栽培生长，结果良好。油桃耐盐力弱，对土壤盐分含量很敏感，土壤含盐量在0.08%0.1%时可正常生长，土壤含盐量达0.2%以上时，生长严重不良9。（4） 对土地利用的分级仍采用山茱萸布局优化的标准。根据油桃温度和光照的适生条件，将坡向按照（2）中的标准仍分为5级，但赋值分别为：1级10、28、36、44、52，分级结果中，值越高表示越适宜油桃的生长，值越低表示越不适宜其生长。研究区的海拔条件均能满足油桃的生长，因此对海拔因子不再分级，即可整个研究区均可栽培油桃。将土地利用、光照进行叠加分析，得出南水北调中线工程水源区不同程度上满足油桃生长条件的区域（如图5）。图5油桃种植区规划图（5） 小辣椒的适生条件及布局优化。小辣椒是辣椒中簇生椒的俗称，习惯又被称作朝天椒或朝天红。小辣椒属喜温作物，生长期适宜温度1730，最适温度为2025，幼苗拱土前要保持在2528，齐苗后原则上要低于出苗前5左右，以便幼苗生长健壮，增强抗寒力、抗病力。四季分明，气候暖和，光热水资源丰富，海拔650m以下，坡度15度以下的地区，适应小辣椒的大面积种植。（6） 对土地利用的分级仍然采用山茱萸布局优化的标准。根据小辣椒温度和光照的适生条件，将坡向按照（3）中的标准进行分 级和赋值。对海拔条件分为2级，小于等于650m，赋值为1（适合）；大于650m赋值为0（不适合）。此外，增加坡度条件，对坡度分为2级，小于等于15度，赋值为1（适合）；大于15度，赋值为0（不适合）。将土地利用、光照、海拔、坡度这四个因子进行叠加分析，得出南水北调中线工程水源区不同程度上满足小辣椒生长条件的区（如图6）。图6小辣椒种植区规划图5 结论 利用GIS空间分析方法，在充分考虑适生条件的基础上，分析了南水北调中线工程水源区比较有代表性的特色农产品山茱萸、猕猴桃、油桃和小辣椒的空间布局，从上述的布局结果图可以看出，该区比较适合特色经济林果的生长。我们还可以从分析结果图上可以看出，多种林果可能适合生长在同一区域，这是因为有些林果的一些适生条件在某些方面存在相同或相似之处。因此，我们在综合考虑各地区的自然条件等实际情况下以及在保证农民的基本粮食的供应的基础上，结合市场需求情况、规模经济效应、生产量等各种因素来灵活选取最终种植品种。一些零散的地区可以随机种植水果蔬菜和经济作物，从而满足农民的实际需要，最终达到总体效益最大化。参 考 文 献1 童土善.优化空间布局推动产业发展关于优化空间布局的思考J.浙江 经济，2006（9）：54552 高更和，管华.南水北调中线工程源头区水土流失及其治理南阳市汉水 研究J.水土保持通报，2002(3):65-68.3 马金领.南水北调中线工程水源区经济和环境的协调发展J.南都学谈（人 文社会科学学报），2008,28(6):130-131.4 尹海红，李益敏，叶志强.云南怒江峡谷农业产业结构优化原则与特色优势 种植业空间布局J.农业现代化研究，2009,30(6):707-711.5 蒋国富，刘嘉俊.基于GIS的南水北调中线工程水源区农耕地适宜性评价J. 农业经济，2008 (9):50-52.6 蒋国富,刘国旭.基于DEM的南水北调中线工程水源区坡耕地现状分析J. 安徽农业科学，2007,35(33): 10688-10689.7 冯大奎，瞿鸿模等.西峡县山茱萸生长的地质环境分析J.河南大学学报(自 然科学版)，1991 (4): 1003-4978.8 翟广华.适宜猕猴桃生长的环境条件J.科普长廊，2006,12: 25-25.9 王明红.枣庄市薛城区大力引种甜油桃的气候可行性分析J.现代农业科 技，2007（