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南水北调中线工程水源区特色农业空间布局分析.rar

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    南水北调 中线 工程 水源 特色 农业 空间布局 分析
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    编号:09009210322南阳师范学院 2014 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: 王凌波 班 级: 2010-01 学 制: 4 年 专 业: 地理信息系统 指导教师: 张海军 完成日期: 2014-04-15 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)第 0 页 (共 12 页)南水北调中线工程水源区特色农业空间布局分析作 者:王凌波指导教师:张海军摘要: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第 1 页 (共 12 页)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第 2 页 (共 12 页)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第 3 页 (共 12 页)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 CLKZD Point 10 地类界线 DLJX Polyline2 乡镇政府所在地 XZZFD Point 11 高程图 DEM Image3 等高线 DGX Polyline 12 坡度图 PD Image4 水库 SK Polygon 13 坡向图 PX Image5 河流 HL Polyline 14 温度图 WD Image6 行政区界线 XZQJX Polyline 15 降水量图 JS Image7 行政区 XZQ Polygon 16 植被图 ZB Polygon8 线状地物 XZDW Polyline 17 土壤图 TR Polygon9 地类图斑 DLTB Polygon 18 … … …4.2 特色农业空间布局优化原则第 4 页 (共 12 页)(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 850~950 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,自西第 5 页 (共 12 页)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 2-8m。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-4.5-5℃,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,雨第 6 页 (共 12 页)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、2—8、3—6、4—4、5—2,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。第 7 页 (共 12 页)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 15~18.5℃,极端最高温度 33.3 ~41.4℃,7 月份平均最高气温 30~34℃,1 月份平均气温 4.5~5℃,年积温在 4 500~5 200℃,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 1300~2600 小时,喜漫射光,忌强光直射,自然光照强度以 40%~45%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 40~2 000 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,
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