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基于地貌形态的湖南星级农庄空间分布

范文

黄国林曾斌李卫东张力肖远志唐桂梅何涛

摘要：通过研究星级农庄位点的地形数据，揭示出基于地貌形态的星级农庄空间分布特征。以30 m精度SRTM1 DEM数据为基础，湖南地区971个星级农庄为样本，采用GIS定量分析和GIS可视化技术对地貌形态和星级农庄地形数据进行测度，分析归纳星级农庄位点的地貌形态分布规律，划分星级农庄类型。湖南省星级农庄在东部地区分布密度明显高于西部地区，主要分布在湘北、湘中、湘南的低海拔丘陵平原，及东、西、南三面山区中海拔较低的山谷盆地;位于海拔500 m以下、坡度25°以下、起伏度200 m以下的星级农庄分别占比达92.07%、93.92%、96.71%;在北、东北、东、东南、南、西南、西、西北8个坡向区域，星级农庄分布数量占比在11.43%～13.39%之间。湖南省星级农庄空间分布受地貌形态影响明显，整体呈现为“东密西疏、区域集聚、低海拔分布”的特点，趋向于集中分布在海拔较低、地势平缓、适宜农业耕作的地形区域，在地形坡向上分布数量相对均衡。依据地貌形态星级农庄初步划分为湖区平原型、平原台地型、丘陵山岗型、低海拔山地型、高海拔山地型5种类型。该研究可宏观上为休闲农业发展布局及休闲农庄建设选址提供借鉴与参考。

关键词：地貌形态;高程;坡度;坡向;起伏度;星级农庄;空间分布特征;农庄类型;SRTM1 DEM;休闲农业;发展布局

中图分类号： F327文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2019）21-0028-05

收稿日期：2019-07-11

基金项目：湖南省重点研发计划（编号：2018NK2050、2018NK2051、2018NK2055）;湖南省农业科学院科技创新项目（编号：2017JC38）。

作者简介：黄国林（1976—），男，湖南永兴人，副研究员，研究方向为休闲农业与乡村旅游、观赏园艺。E-mail：44636692@qq.com。

通信作者：李卫东，研究员，研究方向为休闲农业与乡村旅游。E-mail：228376749@qq.com。

地貌形态是地貌的基本要素之一，通过高程、坡度、坡向、起伏度等形态特征及其组合构成类型多样的地表景观，是地貌类型划分的重要基础[1-3]。数字高程模型（digital elevation model，DEM）是描述地表起伏形态特征的空间数据模型，记录了精确的空间三维定位信息[4-5]，被广泛应用于地貌调查、地貌形态特征分析、地貌类型划分等研究[6-7]。以DEM为数据源的地貌形态定量分析技术已成为地理信息科学的研究热点[8]，为农业生产、旅游開发、土地利用、森林保护、水土保持等地理环境资源开发提供了技术支持[9-12]。休闲农业是我国实施乡村振兴战略，构建农村一二三产业融合发展体系的重要内容。作为一种以农业为基础的新型产业形态和消费业态[13]，休闲农业发展受地理空间位置、地形地貌的影响非常明显，很有必要开展基于地貌的空间分布特征研究。现有研究主要是利用地理计量学方法和辅助GIS系统工具，定量分析了湖南、陕西、山西、山东、福建、北京、上海等省（市）的休闲农业空间分布特征[14-20]，但与高程、坡度、坡向、起伏度等地貌形态相关的空间分布研究鲜有报道。因此，本研究以基于30 m精度的SRTM1 DEM数据为基础，运用GIS系统等方法分析湖南省地貌形态和星级农庄的空间地形特征，以期揭示基于地貌形态星级农庄的空间分布特征，为今后休闲农庄建设选址及湖南省休闲农业发展布局提供数据支持。

1研究区概括、数据来源与研究方法

1.1研究区概括

湖南省地处108°47′～114°15′E、24°38′～30°08′N的长江中游地区，属大陆型中亚热带季风湿润气候。全省地貌类型齐全，呈现东、西、南三面山地环绕，东北开口的马蹄形丘陵型盆地。东部有湘赣交界的幕阜山-罗霄山，西北部有武陵山脉，西南部有雪峰山脉，南部有南岭山脉。西北角为湖南最高峰壶瓶山，海拔高度2 098.7 m[21]。湘中部除衡山外大多为丘陵、盆地和河流冲击平原，湘北部为洞庭湖及湘、资、沅、澧四水河湖冲击平原。优越的地理条件与多样的地形地貌为湖南省的休闲农业发展提供了有利条件，各种类型的休闲农庄成为湖南省休闲农业发展的重要形式，截至2016年底全省规模农庄已达4 600多家，其中代表湖南省休闲农庄最高水准的省级星级农庄1 019家。

1.2数据来源与处理

DEM数据来源于http：//earthexplorer.usgs.gov网站提供的、精度为30 m的SRTM1 DEM数据，空间数据来源于国家基础地理信息系统1 ∶400万地形数据库，借助ArcGIS 10.2软件，利用行政区划矢量边界截取出湖南省范围的DEM数据。星级农庄位点数据是基于湖南省农业农村厅公布的6批次星级农庄名单，通过百度地图、360地图、腾讯地图、高德地图、Google Earth等地图软件对农庄位置进行核实，获得的百度坐标点位数据样本为971个，利用ArcGIS 10.2软件对样本点位数据进行矢量化处理。

1.3研究方法

1.3.1地貌形态特征分析

利用ArcGIS 10.2软件从SRTM1 DEM数据中提取出湖南省地貌形态的高程、坡度、坡向、起伏度数据，辅助运用GIS可视化技术绘制地形分层设色图，直观且定量分析湖南省地貌形态特征。

地形数据依据不同级别分层提取：高程以≤30、30～70、70～200、200～500、500～1 000、>1 000 m 6级提取绘制;坡度以≤2°、2°～6°、6°～15°、15°～25°、>25° 5个级别提取绘制;坡向以北（0°±22.5°）、东北（45°±22.5°）、东（90°±22.5°）、东南（135°±22.5°）、南（180°±22.5°）、西南（225°±22.5°）、西（270°±22.5°）、西北（315°±22.5°）、平坦（无）9个方向提取绘制[22];起伏度以平原（30 m以下）、台地（30～70 m）、丘陵（70～200 m）、小起伏山地（200～500 m）、中起伏山地（500～1 000 m）、大起伏山地（1 000～2 500 m）和极大起伏山地（2 500 m以上）7个等级提取绘制[23]，其中起伏度提取采用的分析窗口须要确定最佳的分析窗口。本研究利用对数拟合人工判定与均值变点分析法[24-25]，计算得出以30 m精度SRTM1 DEM数据提取湖南省地形起伏度的最佳分析窗口大小为14×14网格，面积大小为0.198 4 km2。

1.3.2星级农庄空间分布特征分析

绘制基于SRTM1 DEM的湖南省星级农庄空间分布图，直观分析星级农庄空间总体分布状况。提取星级农庄空间位点高程、坡度、坡向、起伏度地形数据，运用箱形图与直方图直观分析地形数据的分布状况，统计分析基于地形高程、坡度、坡向、起伏度的星级农庄空间分布特征。

基于高程、坡度、起伏度的星级农庄分布数量直方图参照Sturges的经验公式确定组数K：K=1+3.322 lgn，其中n为数据个数，组距的确定参照公式“组距=（最大极差值-最小极差值）/组数”[26]。本研究星级农庄样本971个，确定组数K为11组，组距分别为158 m、4.40°、36 m。基于坡向的星级农庄分布数量直方图则按组距45°分为9组，其中-45°～0°的组为位于平坦无坡向的星级农庄。

2结果与分析

2.1湖南省地貌形态特征分析

湖南省地貌形态呈现为“东西南3面高、中北部低”的特点，以海拔200 m以上的地形为主，面积占比62.25%，最低处位于湘北洞庭湖流域中心区域，海拔30 m以下（图1-A）。以坡度25°以下适合农业耕作的平坡、缓坡、斜坡地形为主[27-28]，面积占比达81.60%，最平缓区域主要分布在湘北洞庭湖流域（图1-B）。北、东北、东、东南、南、西南、西、西北8个坡向的地形整体分布相对均衡，面积占比分别为1182%、11.58%、12.64%、13.49%、11.99%、12.12%、1231%、12.82%，平坦无坡向地形只占1.22%，同时在海拔较高的山地具有明显的连续色块，表明局部高海拔山地地形坡向分布较不均衡，存在较大面积的同坡向地形（图2-A）。依据地形起伏度对地貌类型进行划分，湖南省地貌形态以平原、台地、丘陵为主，面积占比达89.75%，山地以小起伏山地为主，中起伏山地分布极少，无大起伏山地与极大起伏山地（图2-B）。

2.2基于地貌形态的星级农庄空间分布特征分析

2.2.1星级农庄空间分布总体特征

从图3可知，湖南省星级农庄在东部地区分布密度明显高于西部地区，主要分布在湘北、湘中、湘南的低海拔丘陵平原及东、西、南3面山区中海拔较低的山谷盆地。地貌形态对星级农庄分布影响明显，特别是在武陵山脉、雪峰山脉、南岭山脉、罗霄山-幕阜山等山区，星级农庄沿山谷盆地形成群落或带状分布。总体呈现为“东密西疏、区域集聚、低海拔分布”的特点。

2.2.2星级农庄空间分布的地貌形态特征

从图4可知，星级农庄的高程、坡度、起伏度数据中位数都位于较低位置，在低海拔、小坡度、低起伏度区域集中趋势明显，星级农庄随海拔、坡度、起伏度的增加分布数量快速减少，表明湖南省星级农庄主要分布在低海拔、小坡度、低起伏度地形区域。湖南省星级农庄分布在海拔22～1 754 m、坡度0°～48.26°、起伏度0～395 m之间，平均海拔206.79 m、坡度8.77°、起伏度57.20 m; 其中?位于海拔500 m以下、坡度25°以下、起伏度200 m以下的星级农庄分别占比达92.07%、93.92%、96.71%，而同时满足以上条件分布的星级农庄也达到608个，占比62.26%（图4）。进一步证明了星级农庄主要趋向于分布在低海拔和起伏度小的平原、台地和丘陵區域，主要为适宜农业耕作坡度较小的平坡、缓坡、斜坡区域。

坡向数据在0°～360°区间呈现均衡分布特征，在北、东北、东、东南、南、西南、西、西北8个坡向区域，星级农庄分布数量占比在11.43%～13.39%之间，呈现均衡分布特征，无坡向星级农庄9个（表1），表明星级农庄在各个坡向的分布数量较为均衡。

2.3基于地貌形态星级农庄类型划分

依据地貌形态可以把湖南省的星级农庄划分为湖区平原型、平原台地型、丘陵山岗型、低海拔山地型、高海拔山地型。湖区平原型农庄主要位于海拨低地势平缓的湖区平原区域;平原台地型农庄主要位于海拔较低、起伏度较小、地势较为平缓的平原和台地区域;丘陵山岗型农庄主要位于海拔较低、有一定起伏的丘陵区域;低海拔山地型农庄主要是位于海拔较低、起伏度较大的山地;高海拔山地型农庄主要位于海拔较高、地势起伏度较大的山地。从表2可知，湖南省的星级农庄以丘陵山岗型农庄最多，为367个;低海拔山地型农庄次之，为279个;湖区平原型农庄最少，为38个。

3结论与讨论

3.1结论

运用DEM数字高程模型、GIS定量分析、GIS可视化技术，对基于地貌形态的湖南省星级农庄空间分布特征进行研究?得出以下结论：湖南省星级农庄空间分布呈现为“东密西疏、区域集聚、低海拔分布”的特点;高程、坡度、起伏度对星级农庄空间分布影响明显，星级农庄趋向分布在海拔较低、地势平缓、适宜农业耕作的平原、台地和丘陵地区，海拔较高、起伏度较大、坡度较大的山地分布数量少;坡向对星级农庄空间分布影响不大，在北、东北、东、东南、南、西南、西、西北8个坡向区域星级农庄分布数量较为均衡;依据地貌形态把湖南省星级农庄划分为湖区平原型、平原台地型、丘陵山岗型、低海拔山地型、高海拔山地型5种类型。

3.2讨论

基于地貌形态对星级农庄空间分布进行研究，是对侧重于集聚类型、均衡程度、分布密度等空间分布研究的有益补充。本研究通过对星级农庄位点的地形数据进行探讨?分析现有星级农庄的地貌特征，归纳出星级农庄位点的地貌形态分布规律，划分出星级农庄的类型。这在一定程度上可为从宏观上指导休闲农庄建设选址及休闲农业发展布局提供借鉴与参考。本研究发现，星级农庄绝大多数分布在海拔500 m以下、坡度25°以下、起伏度200 m以下的区域，海拔高且起伏度大的山区、坡度大于25°的地形不适宜农业开垦，这符合休闲农业“以农为本”的特点，可以进一步研究利用地貌形态对星级农庄空间分布影响划分出休闲农业发展适宜区域。

目前，运用地理计量学与GIS系统定量分析休闲农业空间分布特征研究，多采用地图软件定位样本的空间坐标，但休闲农业示范点、休闲农业园区、休闲农庄、休闲农业景点等样本都具有较大空间面积，因而存在因地图软件不同或实地采样位置不同而导致提取的地形数据有一定偏差。同时，DEM数据来源不同、精度不同都会造成研究结果具有一定的差异性。前人对中国区域地貌形态特征开展研究，大多采用90 m精度SRTM3 DEM和30 m精度ASTER GDEM V2数据，国内30 m精度SRTM1 DEM数据近几年才开放，相关研究较少。虽然武文娇等研究表明在垂直精度上SRTM1 DEM明显高于ASTER GDEM V2，总体上对地形表达更准确[29]，但其地形表达的准确性与可靠性方面还有待进一步研究。

高程与起伏度都是反映地貌形态的重要指标，是划分平原、台地、丘陵、山地等基本地貌类型的主要依据，但由于地貌形态类型复杂多样，分类方法多样，未形成一个公认的地貌分类体系[30]。本研究中基于起伏度200 m以下划分的平原、台地与丘陵区域面积占比89.75%，而基于高程500 m以下划分的平原、丘陵区域面积占比74.01%，因而建立一种统一的地貌基本形态划分体系值得进一步研究与探讨。

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