石家莊市土地利用分區(qū)研究

張俠/張成/尚國琲

（石家莊經(jīng)濟學(xué)院土地資源與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，河北 石家莊 050031）

石家莊市土地利用分區(qū)研究

張俠/張成/尚國琲

（石家莊經(jīng)濟學(xué)院土地資源與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，河北 石家莊 050031）

文章探討了土地利用分區(qū)中主成分分析和聚類分析法應(yīng)用的基本思路和步驟。在充分分析河北省石家莊市自然、經(jīng)濟狀況和土地利用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，從生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟、土地利用三個角度構(gòu)建了評價指標(biāo)體系。采用主成分分析的方法計算各評價單元的綜合得分；再利用聚類分析法構(gòu)建了石家莊市土地利用分區(qū)等級體系。將石家莊市劃分為四種類型的土地利用區(qū)域，分別為石家莊市市區(qū)、縣域經(jīng)濟發(fā)達區(qū)、縣域發(fā)展快速區(qū)和縣域發(fā)展緩慢區(qū)。針對各類型土地利用區(qū)域的發(fā)展現(xiàn)狀提出了相應(yīng)的土地利用建議，以促進經(jīng)濟發(fā)展與土地利用相協(xié)調(diào)。

土地利用分區(qū)；指標(biāo)體系；主成分分析；聚類分析；類別劃分；石家莊

土地利用分區(qū)是在充分了解區(qū)域自然經(jīng)濟狀況和土地利用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，基于統(tǒng)計分析理論，對土地利用的方向、結(jié)構(gòu)及布局進行分區(qū)[1]?？茖W(xué)合理的土地利用分區(qū)有利于保障區(qū)域經(jīng)濟的健康發(fā)展和土地資源的可持續(xù)利用[2]。

土地利用分區(qū)研究可以劃分為兩個階段。第一階段為定性研究階段。該階段主要研究土地利用分區(qū)的概念、指標(biāo)體系、劃分標(biāo)準(zhǔn)等。指標(biāo)體系的構(gòu)建主要從土地的自然屬性出發(fā)，研究方法主要以定性分析為主。楊子生等（1995）對土地利用分區(qū)的基本概念、基本原理、研究意義進行了詳細(xì)地總結(jié)[3]。第二階段為定量研究階段。在研究對象上，由自然生態(tài)區(qū)擴展到市縣級行政區(qū)。在指標(biāo)的選擇上，土地的社會經(jīng)濟屬性被納入評價體系。在研究方法上，定量化的統(tǒng)計分析方法得到廣泛應(yīng)用，如層次分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、判別分析、聚類分析等。王炯等（2011）基于聚類分析法對保定市土地利用進行分區(qū)[4]。在規(guī)劃協(xié)調(diào)上，注重與其他土地利用規(guī)劃相協(xié)調(diào)。范樹平等（2010）以縣級為例，對土地利用分區(qū)與主體功能區(qū)劃的協(xié)調(diào)性進行了探討[5]。在技術(shù)應(yīng)用上，3S技術(shù)在分區(qū)中得到應(yīng)用。陳麗等（2011）基于組件式GIS開發(fā)了土地利用分區(qū)系統(tǒng)[6]。

本文根據(jù)石家莊市自然、經(jīng)濟和社會狀況以及土地自身適宜性，從評價單元劃分、評價指標(biāo)體系構(gòu)建、數(shù)據(jù)預(yù)處理、相關(guān)主成分分析、聚類分析、類別劃分處理6個技術(shù)步驟構(gòu)建了石家莊市土地利用分區(qū)等級體系，以期對石家莊市社會經(jīng)濟發(fā)展和保證土地利用相關(guān)規(guī)劃的實施提供參考借鑒。

1 石家莊市概況

1.1 自然概況

石家莊市是河北省省會，地處河北省西南部，全省的政治、經(jīng)濟和文化中心?，F(xiàn)轄5個區(qū)、12個縣、5個縣級市和1個國家級高新技術(shù)開發(fā)區(qū)，轄區(qū)總面積14052平方公里。石家莊市地跨太行山地和華北平原兩大地貌單元，地處中緯度歐亞大陸東緣，地勢西高東低，屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，土壤類型主要為棕壤、褐土、粗骨土和潮土，土壤質(zhì)地總體偏輕，多為沙壤和輕壤。

1.2 經(jīng)濟社會概況

2013年末，石家莊全市常住人口為1049.98萬人，全年全市生產(chǎn)總值完成4863.6億元，人均GDP為46320元。全部財政收入完成648.3億元，全社會固定資產(chǎn)投資完成4400.2億元。畜牧業(yè)、蔬菜、果品三大優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值達到646.5億元，占農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值的比重為75.9%。農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營率達到64.1%。全年城鎮(zhèn)居民人均可支配收入為25274元，農(nóng)民人均純收入為10066元。

1.3 土地利用概況

石家莊全市農(nóng)用地884709公頃，占土地總面積的62.3%；建設(shè)用地179206公頃，占土地總面積的12.8%；未利用地341342公頃，占土地總面積24.3%。農(nóng)用地中，耕地587689公頃，園地61586公頃，林地187381公頃，其他農(nóng)用地48053公頃，分別占土地總面積的41.8%、4.4%、13.3%和3.4%。建設(shè)用地中，城鎮(zhèn)工礦用地50965公頃，農(nóng)村居民點用地94189公頃，交通運輸用地10932公頃，水利設(shè)施用地18466公頃，其他建設(shè)用地4654公頃，分別占土地總面積的3.6%、6.7%、0.8%、1.3%和0.3%。

2 實證研究

2.1 評價單元劃分及指標(biāo)選取

為了保證行政界線的相對完整性，以縣域為評價單元，同時將6個區(qū)合并為一個評價單元，共劃分了18個評價單元，分別為石家莊市區(qū)、井陘縣、正定縣、欒城縣、行唐縣、靈壽縣、高邑縣、深澤縣、贊皇縣、無極縣、平山縣、元氏縣、趙縣、辛集市、藁城市、晉州市、新樂市、鹿泉市。

在參考相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合石家莊市實際情況，本文選取3個一級指標(biāo)、14個二級指標(biāo)建立石家莊市土地利用分區(qū)指標(biāo)體系，見表1。

表1 石家莊市土地利用分區(qū)指標(biāo)體系

2.2 數(shù)據(jù)來源與標(biāo)準(zhǔn)化處理

本文數(shù)據(jù)來源于2008年河北省土地調(diào)查統(tǒng)計年鑒和2008年石家莊市統(tǒng)計年鑒。為消除量綱、量級的影響，對原始數(shù)據(jù)用極差法進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，公式為：

n為評價單元個數(shù)，m為評價指標(biāo)個數(shù)，Xij為第i個評價單元第j個指標(biāo)的原始數(shù)值。

2.3 主成分分析

2.3.1 主成分提取

利用SPSS軟件對上述問題進行主成分分析，得到主成分的解釋總方差，前4個主成分的累積總方差達到88.42%，所以可以用前4個主成分來代替原來的14個變量。同時根據(jù)主成分載荷矩陣可知，主成分1在土地利用率(x1)、地均GDP(x2)、地均固定資產(chǎn)投資額(x3)、建設(shè)用地比重(x7)、人口密度(x8)、公路密度(x11)上的荷載都很大，土地利用率(x1)、地均GDP(x2)、地均固定資產(chǎn)投資額(x3)為反映土地利用水平的指標(biāo)，建設(shè)用地比重(x7)、人口密度(x8)、公路密度(x11)反映的是城市規(guī)模的指標(biāo)，因此主成分1為反映土地利用水平和城市規(guī)模的主成分。主成分2在林地比重(x6)、森林覆蓋率(x12)上的荷載很大，因此主成分2反映林業(yè)發(fā)展水平。主成分3在耕地比重(x4)、河流水面比重(x14)上的荷載較大，因此主成分3反映農(nóng)業(yè)發(fā)展水平。主成分4在園地比重(x5)、森林覆蓋率(x12)、人均公園綠地面積(x13)、水域面積比重(x14)上的荷載較大，因此主成分4反映生態(tài)環(huán)境水平。

2.3.2 主成分得分

利用SPSS軟件得到各個評價單元的主成分得分，再以各主成分的方差貢獻率作為權(quán)重，對主成分得分進行線性加權(quán)，得到每個評價單元的綜合得分，如表2所示。綜合得分計算公式如下：

公式（2）中：yi為第i個評價單元的綜合得分；ej為第j個主成分得分的權(quán)重；zij為第i個評價單元的第個主成分得分。

2.4 聚類分析

依據(jù)表2中各個評價單元的綜合得分，采用系統(tǒng)聚類的方法進行聚類，聚類結(jié)果如圖1所示。根據(jù)聚類分析樹形圖，可以將石家莊市的18個縣級行政區(qū)劃分為4個土地利用區(qū)：第一區(qū)包括高邑縣、晉州市、行唐縣、元氏縣、靈壽縣、深澤縣、辛集市、無極縣、贊皇縣、趙縣10個縣；第二區(qū)包括井陘縣、新樂市、平山縣、藁城市、欒城縣5個縣；第三區(qū)包括正定縣、鹿泉市；第四區(qū)主要是指石家莊市市區(qū)。

表2 主成分得分表

圖1 聚類分析樹形圖

3 類別劃分處理

通過各個縣域的綜合得分可以對劃定的4個土地利用相似區(qū)進行區(qū)域發(fā)展類型定位，將石家莊市劃分為4個大的經(jīng)濟區(qū)。從表2可以看出，第一類別的綜合得分在[-1.020，-0.411] 區(qū)間，第二類別的綜合得分在[-0.240，0.130]區(qū)間，第三類別的綜合得分在[0.667，1.038] 區(qū)間，第四類別的綜合得分為5.328。綜合得分越高，表明土地利用水平越高。因此第一類別為縣域發(fā)展緩慢區(qū)，第二類別為縣域發(fā)展快速區(qū)，第三類別為縣域經(jīng)濟發(fā)達區(qū)，第四類別為石家莊市市區(qū)。分區(qū)示意圖如圖2。

圖2 石家莊市土地利用分區(qū)示意圖

4 石家莊市各區(qū)域土地利用建議

4.1 石家莊市市區(qū)

由表2可以看出，市區(qū)在主成分1、2、3上的得分較高，在主成分4上的得分較低，根據(jù)各個主成分所代表的含義，說明市區(qū)的土地利用水平高，單位面積土地的產(chǎn)值大，城鎮(zhèn)建設(shè)用地比重大，經(jīng)濟發(fā)展水平高，是帶動其他區(qū)域發(fā)展的主導(dǎo)區(qū)域。而市區(qū)的生態(tài)環(huán)境水平較低，人均公園綠地面積較小。因此，石家莊市市區(qū)在嚴(yán)格執(zhí)行土地利用規(guī)劃指標(biāo)的基礎(chǔ)上，應(yīng)合理安排各類型建設(shè)項目的用地布局，適當(dāng)提高建設(shè)密度和容積率。同時，逐步提高生態(tài)環(huán)境用地的比重，加大公園綠地建設(shè)，改善居民的生態(tài)環(huán)境。

4.2 縣域經(jīng)濟發(fā)達區(qū)

(1)正定縣。該縣域在主成分1、3、4上的得分相對較高，在主成分2上的得分相對較低。說明該區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展水平較高，土地閑置率低，耕地資源豐富，但林地面積比重較小。因此，正定縣要充分利用耕地資源，發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，注重綠色農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)，適當(dāng)增加林業(yè)用地比重。

(2)鹿泉市。該區(qū)域在主成分1、2、4上的得分相對較高，在主成分3上的得分相對較低。說明該區(qū)域農(nóng)業(yè)用地的比重較低。因此，鹿泉市首先要加大對現(xiàn)有耕地資源的保護，其次適當(dāng)減少部分建設(shè)用地滿足農(nóng)業(yè)用地的需求，加大對閑置土地的復(fù)墾和整理。

4.3 縣域發(fā)展快速區(qū)

(1)井陘縣、平山縣。這兩個縣域在主成分2上的得分最高，主成分1上得分最低，說明這兩個區(qū)域林業(yè)用地比重大，而土地利用率低。這兩個縣域要重點提高土地的投入產(chǎn)出率，盤活存量用地。其中，平山縣在主成分4上的得分也相對較高，說明平山縣在生態(tài)環(huán)境建設(shè)上投入力度大；而井陘縣在主成分4上的得分相對較低，生態(tài)環(huán)境保護力度略顯不足，今后要加強公園綠地建設(shè)。

(2)藁城市、新樂市。這兩個區(qū)域在主成分4上的得分相對較高，主成分2、3上得分相對較低，說明這兩個區(qū)域在生態(tài)環(huán)境建設(shè)上投入力度大，但是農(nóng)業(yè)用地和林業(yè)用地的比重略顯不足。因此這兩個區(qū)域要借助其生態(tài)環(huán)境優(yōu)勢，大力發(fā)展旅游產(chǎn)業(yè)，同時增加農(nóng)業(yè)和林業(yè)用地的比重，改善農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，提高森林覆蓋率。

(3)欒城縣。在主成分1上的得分最高，在主成分2、4上的得分相對較低。說明該區(qū)域的城鎮(zhèn)建設(shè)用地的比重大，城鎮(zhèn)化水平較高。但該區(qū)域的林業(yè)發(fā)展水平和生態(tài)環(huán)境水平均較低，促進農(nóng)林牧漁業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展和構(gòu)建優(yōu)質(zhì)的生態(tài)環(huán)境是該區(qū)域今后工作的重點。

4.4 縣域發(fā)展緩慢區(qū)

(1)高邑縣、無極縣。該兩個縣域在主成分3上的得分最高，在主成分2上得分最低。說明這兩個區(qū)域的農(nóng)業(yè)和林業(yè)用地面積相差懸殊，今后土地利用導(dǎo)向應(yīng)該是合理配置土地資源，在保持基本農(nóng)業(yè)用地不減少的情況下，積極開墾廢棄地和未利用地，植樹造林。

(2)晉州市、辛集市。這兩個區(qū)域在主成分1、4上的得分相對較高，在主成分2、3上得分相對較低。因此這兩個地區(qū)土地利用方向的重點是加強耕地保護以及提高耕地的比重，發(fā)展特色農(nóng)業(yè)。

(3)行唐縣、靈壽縣。這兩個區(qū)域在主成分2、3上的得分相對較高，在主成分1上的得分相對較低。因此要提高建設(shè)用地的密度和容積率，降低土地的閑置率。其中，靈壽縣在主成分4上的得分也相對較低，該區(qū)域要注重對居民生態(tài)環(huán)境的改善。

(4)深澤縣。該縣域在主成分3、4上的得分相對較高，在主成分1、2上得分相對較低。該區(qū)域土地利用的主要問題在于土地利用效率和土地的產(chǎn)值低。

(5)贊皇縣、元氏縣。這兩個區(qū)域在主成分2上得分相對較高，而在主成分1、3、4上的得分相對較低。贊皇縣和元氏縣的地貌以山地和丘陵為主，受地形和地貌的影響，交通通達度低，經(jīng)濟發(fā)展相對落后。該地區(qū)土地開發(fā)利用強度低，未利用地所占的比重大，因此，土地利用應(yīng)注重對荒山和荒地的開墾和整理，提高土地利用率。

(6)趙縣。該縣在主成分2上的得分最低。該地區(qū)地貌多是平原地區(qū)，耕地資源豐富，林地比重相對較少，生態(tài)環(huán)境較為優(yōu)越，旅游資源豐富，有古橋、名寺、梨園三大旅游區(qū)。這一區(qū)域應(yīng)注重對生態(tài)用地開發(fā)和保護，以保證旅游產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)論和討論

(1)在用以界定土地利用類別的多個指標(biāo)中，土地利用水平、城市規(guī)模、林業(yè)發(fā)展水平、農(nóng)業(yè)發(fā)展水平和生態(tài)環(huán)境水平是影響石家莊市土地分區(qū)的主要成分。

(2)通過聚類分析，將石家莊市劃分為四種土地利用區(qū)。第一區(qū)為縣域發(fā)展緩慢區(qū)，包括高邑縣、晉州市、行唐縣、元氏縣、靈壽縣、深澤縣、辛集市、無極縣、贊皇縣、趙縣10個縣；第二區(qū)為縣域發(fā)展快速區(qū)，包括井陘縣、新樂市、平山縣、藁城市、欒城縣5個縣；第三區(qū)為縣域經(jīng)濟發(fā)達區(qū)，包括正定縣、鹿泉市；第四區(qū)為石家莊市市區(qū)。

(3)應(yīng)用主成分分析法將多個相關(guān)性指標(biāo)轉(zhuǎn)化為幾個線性無關(guān)指標(biāo)，有效地避免指標(biāo)之間信息重復(fù)性。以方差貢獻率為權(quán)重，可以避免指標(biāo)權(quán)重確定的主觀性。但是該方法容易忽略某些地區(qū)限制性指標(biāo)的影響。因此在土地利用分區(qū)方法上需要進一步探究定性分析和定量分析的結(jié)合。

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我國土地利用分區(qū)概況

土地利用分區(qū)是按照地域分異規(guī)律和土地利用條件、土地利用現(xiàn)狀、土地開發(fā)利用方向與途徑的相似性和差異性對土地進行區(qū)域劃分?！吨袊恋乩谩罚?994）把全國劃分為4個一級區(qū)和17個二級區(qū)。一級區(qū)反映我國水、熱條件和土地利用結(jié)構(gòu)最大的地域差異；二級區(qū)反映我國各地區(qū)自然、社會經(jīng)濟條件和歷史發(fā)展過程不同，而形成不同土地利用結(jié)構(gòu)、不同利用水平等最基本的地域差異。

具體（一級）分區(qū)，北方區(qū)：東北山地丘陵區(qū)、東北平原丘陵區(qū)、長城沿線區(qū)、黃土高原區(qū)、華北平原區(qū)；南方區(qū)：四川盆地和秦嶺大巴山區(qū)、長江中下游平原區(qū)、東南丘陵區(qū)、云貴高原區(qū)、華南滇南區(qū)；西北區(qū)：內(nèi)蒙古東北區(qū)、蒙甘寧區(qū)、北疆區(qū)、南疆區(qū)；青藏高原區(qū)：青藏高原西北部區(qū)、青川藏區(qū)、青藏高原東南部區(qū)。

（摘編自百度百科）

Research on Land-Use Zoning in the City of Shijiazhuang

ZHANG Xia, ZHANG Cheng, SHANG Guobei
(School of Land Resources and Urban & Rural Planning, Shijiazhuang University of Economics, Shijiazhuang Hebei 050031, China)

This paper has discussed the basic ideas and steps about using principal component analysis and cluster analysis in landuse zoning. This paper gives a full analysis of the nature, economic conditions and land use status of Shijiazhuang. On this basis, it establishes the assessment system with respect to ecological environment, social economy, and land use. By using principal component analysis, it calculates the comprehensive score of each evaluation unit. And then the hierarchical system of land use zoning in the city of Shijiazhuang is built by using cluster analysis. There are four types of regional land use, these are: the urban district of Shijiazhuang, county economic developed areas, county rapid development zone, and county slow development zone. According to the current development situation pertaining to each land use area, this paper points out that promoting economic development must be in harmony with land use.

land use zoning; index system; principal component analysis; cluster analysis; category classification

F301.2；F062.1

：C

：1672-6995（2015）07-0053-05

2015-03-19；

2015-04-03

河北省社會科學(xué)基金項目(HB08BYJ037)；河北省科技廳項目(13456106D)

張俠 (1973-)，女，河北省香河縣人，石家莊經(jīng)濟學(xué)院教授、碩士研究生導(dǎo)師，理學(xué)博士，主要研究方向為土地資源與環(huán)境。