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      基于聚類分析的浙江省低丘紅壤治理開發(fā)分區(qū)研究

      2017-12-16 03:41:03王心良周銘李曼張忠明
      關鍵詞:紅壤分區(qū)浙江省

      王心良,周銘,李曼,張忠明

      (1.浙江水利水電學院 經濟與管理學院,浙江 杭州 310018; 2.中國計量大學 經濟管理學院,浙江 杭州 310018)

      基于聚類分析的浙江省低丘紅壤治理開發(fā)分區(qū)研究

      王心良1,周銘1,李曼1,張忠明2

      (1.浙江水利水電學院 經濟與管理學院,浙江 杭州 310018; 2.中國計量大學 經濟管理學院,浙江 杭州 310018)

      [目的]依據開發(fā)投資狀況,劃分出不同類別的治理開發(fā)區(qū)域,確定各類分區(qū)的土地利用導向,以提高經濟和社會效益。[方法]通過文獻分析和聚類分析等方法分析評價現有低丘紅壤土地資源利用狀況。[結果]根據浙江省主要低丘紅壤分布區(qū)的治理開發(fā)面積和投資強度,結合各級土地發(fā)展規(guī)劃和經濟條件,歸納出開發(fā)少潛力大的重點開發(fā)區(qū)域、開發(fā)多潛力大的強化發(fā)展區(qū)域、投資較多需要強化的治理提升區(qū)域、治理開發(fā)到位需要精細化管理的精品示范區(qū)域等四種類型區(qū)域。[結論]每個區(qū)域采用不同開發(fā)模式,制定相應低丘紅壤治理措施, 提升農業(yè)效益,提高農業(yè)產出,更加科學合理的利用土地資源。

      低丘紅壤; 聚類分析; 治理開發(fā); 土地利用; 浙江省

      浙江省地處東部發(fā)達地區(qū),人口稠密,經濟發(fā)展和城市化建設迅猛,建設用地需求大。經過持續(xù)多年的土地征用,人地矛盾日益突出,有限的土地資源已成為制約浙江進一步發(fā)展的瓶頸,具有“酸、粘、瘦”特性的低丘紅壤資源亦被列入重要的挖潛對象中。通過科學合理有序地開發(fā)低丘紅壤資源,提高低丘紅壤的產出效率,能夠有效緩解浙江省土地資源不足,促進低丘紅壤主要分布區(qū)域效益農業(yè)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的改善[1]。經過長期努力,低丘紅壤開發(fā)治理緩解了浙江省土地供需矛盾,使土地資源優(yōu)勢轉化為經濟優(yōu)勢和競爭優(yōu)勢,促進了農村經濟發(fā)展和新農村建設,取得了良好的經濟、社會和生態(tài)效益。

      由于受當時的經濟發(fā)展水平和開發(fā)治理的局限,各地開發(fā)利用水平不均衡、投資力度強度不一,如何做好低丘紅壤治理開發(fā)規(guī)劃,特別是分區(qū)開發(fā)治理,有利于科學有序的治理開發(fā)全省低丘紅壤資源,提高低丘紅壤資源效益,優(yōu)化農業(yè)結構,促進農村向效益農業(yè)發(fā)展,為浙江省社會主義新農村建設和全面小康社會建設服務,提高農民生產環(huán)境,促進經濟強省、生態(tài)立省的建設步伐[2]。

      低丘紅壤是指亞熱帶紅壤區(qū)域內的低地或河旁高階地,以及地勢平坦的低丘陵地區(qū)紅壤的統(tǒng)稱。低丘紅壤資源的治理開發(fā)存在區(qū)域共性與個性,在治理中針對不同區(qū)域的情況要具體分析,實施措施與實際情況相匹配[3]。隨著社會經濟的發(fā)展,不斷惡化的土地生態(tài)環(huán)境、低效的土地利用以及布局混亂等問題日漸突出,受到各級政府的關注[4]。早期土地利用分區(qū)研究,其目的主要是滿足農業(yè)生產需要,所構建的指標多以氣候、土壤等自然指標為主,受到技術限制,方法多為定性的研究。后來,建立土地用途地域和土地用途分區(qū)個層次的分區(qū)體系[5],并從經濟學、規(guī)劃學和生態(tài)學視角分析了土地用途分區(qū)管制的理論基礎,并提出了實施土地管制的建議和措施[6]。之后,低丘紅壤開發(fā)與土地利用規(guī)劃的方法體系,將用地選擇評價與用地可建評價相結合,實現基于生態(tài)環(huán)境、農業(yè)經濟與社會價值等目標的低丘紅壤的全新開發(fā)利用[7]。已有低丘紅壤區(qū)農村生態(tài)經濟質量的研究結果表明,當前低丘紅壤區(qū)農村生態(tài)經濟質量總體水平較低,低丘紅壤區(qū)的自然環(huán)境條件與其開發(fā)利用息息相關,當前主要的開發(fā)方式為以沼氣為紐帶的高效生態(tài)農業(yè)模式、立體種養(yǎng)結合生態(tài)模式,已經取得一定的經濟、社會、生態(tài)效益[8]。

      對浙江省內低丘紅壤土地資源的調查與研究,低丘紅壤土地資源的開發(fā)利用潛力性評價等研究不少。以浙江省低丘紅壤地區(qū)為研究區(qū)域,利用了衛(wèi)星遙感影像構造削弱陰影等干擾的FCD模型,以及混合像元法計算植被覆蓋度的方法,進行低丘紅壤區(qū)水土流失研究[9]。以3S技術對蘭溪市范圍內低丘紅壤資源進行了調查,并選取了12個低丘紅壤分析因子,對蘭溪市土地資源開發(fā)利用潛力進行了綜合分析[10];以蘭溪市為例,通過遙感與GIS技術為支撐,對蘭溪市以耕地為主要代表的低丘紅壤區(qū)的開發(fā)潛力進行評價,以地形、土壤以及開發(fā)程度為基礎,構建出評價指標體系,并且采用綜合指數法對低丘紅壤區(qū)的耕地開發(fā)潛力進行了評價,將潛力值分為四個等級,得出適宜開發(fā)、允許開發(fā)、限制開發(fā)和不適宜開發(fā)等四種低丘紅壤資源的評價結果[11]。

      縱觀國內外低丘紅壤資源評價的研究,可以發(fā)現研究人員在分析方法和研究手段等方面不斷突破,并取得不少成果,在實踐中得到廣泛應用。但是以低丘紅壤整體區(qū)域為對象,揭示地域差異的內在規(guī)律,進行低丘紅壤資源的農業(yè)開發(fā)區(qū)域布局分析并不多。因此,通過對治理開發(fā)面積和投資力度的聚類分析,總結其相似性和差異性,分析土地開發(fā)利用的方向、潛力、途徑和措施,將低丘紅壤土地劃分為不同的土地利用區(qū)域,解決以往治理開發(fā)過程中目標模糊和方向不夠清晰等問題,使投資建設更有針對性,治理對策更加精準,投資力度能夠產生更好效果,有利于促進土地資源的優(yōu)化配置,加強土地利用的宏觀調控,合理調整土地利用結構和布局,實現土地資源的永續(xù)利用。本文不僅反映地域差異性,而且從地域功能的整體性、綜合性和長遠性出發(fā),以便揚長避短、因地制宜,更好地利用低丘紅壤資源,充分發(fā)揮生產潛力,具有重要的現實意義。

      1 研究方法

      為做好土地資源利用方面的宏觀調控,以及加強對土地資源利用管制力度,需對土地資源進行分區(qū)以落實差異化的土地資源利用政策[12]。土地資源分區(qū)的因素是復雜的和相互關聯(lián)的,而且各種影響因素間的界限模糊,因此部分研究人員將聚類分析方法應用到土地資源分區(qū)中[13]。

      在進行土地資源利用區(qū)域規(guī)劃時,需要對影響土地資源利用方式、以及利用方向等各種因素進行綜合分析和排序[14]。聚類方法可以對多因素及其之間的相似性程度進行歸納總結,它是研究地理事物分類問題的重要的定量方法。聚類分析方法不僅加強了對土地資源利用系統(tǒng)的自然屬性和社會經濟屬性的定量化研究,同時延伸了研究方法在土地資源區(qū)域規(guī)劃中的應用[15]。利用土地資源學科理論與實踐相互印證的方法,適應社會需求,提高經濟效果,改善農民生產環(huán)境,促進區(qū)域經濟社會發(fā)展,為農業(yè)現代化奠定良好的基礎,本文利用聚類分析方法進行低丘紅壤治理開發(fā)分區(qū)[16]。

      聚類分析方法是釆用“物以類聚”的思想來探索研究對象之間內在規(guī)律的一種科學有效的方法,其實質是將一批樣本(變量)數據根據其特征,按照在性質上的親疏程度進行分類,產生多個分類結果[17]。聚類分析方法是數據挖掘中一種重要的算法,主要是把具有相同或者相似性質的對象放在同一個集合當中,把具有不同性質的對象放在不同的集合里面。聚類源于很多領域,包括計算機科學、統(tǒng)計學、數學、生物學和經濟學等[18]。

      設有n個觀測,每個觀測有m項指標(變量),可以得到觀測數據xij(i=1,……n,j=1,……,m)[19],表示成矩陣形式如[20]:

      聚類分析方法的目標即是根據這n個觀測之間的距離或相似系數將其分為不同的組,組內的距離相近,組間距離最大化[21]。

      K-Means聚類,也稱為動態(tài)聚類算法,是實踐中使用頻率最高的聚類算法,它首先給出一個初步的粗糙的分類,然后按照某種原則動態(tài)的修改聚類結果,直到最后得到合理的分類結果,這種聚類方法一般運行速度較快,適宜于處理大數據量[22]。

      基于聚類分析方法可以對多種低丘紅壤開發(fā)可行性作以情景模擬,顯然能夠降低某一種單一結果受主觀認知的影響,更好地反映低丘紅壤區(qū)域政策導致的分析結果化[23]。基于此,本研究擬采用聚類分析方法對低丘紅壤區(qū)域的用地開發(fā)作模擬,并為低丘紅壤規(guī)劃布局提供決策支持。

      2 數據獲取

      2.1 指標選取

      土地資源利用區(qū)域分析的前提是科學的選取區(qū)域分析指標,區(qū)域規(guī)劃指標要體現區(qū)域分析單位各個側面特征與特點,它是分析某個方面的定量描述。為了使本次研究更符合低丘紅壤資源利用現狀與特點,提出的政策建議更加合理,需要建立一套系統(tǒng)完整的指標體系。建立治理開發(fā)指標體系應依據四大原則:綜合全面性原則、簡潔性原則、突出性原則、易于獲取性原則[24]。根據低丘紅壤土地資源投入治理的實際狀況,結合分區(qū)目的和分區(qū)原則,選擇縣一級行政單位的低丘紅壤治理開發(fā)廣度和開發(fā)強度指標作為分析內容。

      2.2 數據來源

      浙江省除了嘉興市之外其余10個地級市都分布有低丘紅壤。由于土地資源分布集中程度和開發(fā)難度等因素,只有杭州市、金華市、衢州市和麗水市等4個城市對低丘紅壤土地資源進行開發(fā)治理,其他6個城市沒有專門資金投入治理開發(fā)低丘紅壤資源。

      為了對浙江省內低丘紅壤區(qū)域分區(qū),本文采用近年來杭州市、金華市、衢州市和麗水市等4個城市的低丘紅壤開發(fā)廣度和強度作為分區(qū)依據,對應的變量分別是低丘紅壤土地2002年到2015年的開發(fā)面積和2011年到2015年的投資金額,作為低丘紅壤治理開發(fā)分區(qū)的原始數據。

      數據來源于浙江省圍墾局統(tǒng)計年鑒。

      2.3 數據描述

      浙江省低丘紅壤資源的主要利用方式以耕地、園地、林地為主。據不完全統(tǒng)計,從解放到2014年底,全省立項并實施的低丘紅壤累計開發(fā)面積81 194.87 hm2,其中耕地33 515.07 hm2,占已開發(fā)面積的41.28%;園地41 506.39 hm2,占已開發(fā)面積的51.12%;工業(yè)用地910.30 hm2,占已開發(fā)面積的1.12%;其他5 263.11 hm2,占已開發(fā)面的6.48%,這說明在浙江省低丘紅壤資源適宜開發(fā)區(qū)域內大部分資源已得到了較好利用。在可適宜開發(fā)的土地資源中,未利用土地資源只要有一定投入,也可以開發(fā)成耕地。以疏林地為主的林地,達到了37 264.00 hm2,這部分土地應該可以開發(fā)成耕地,給農民帶來更高的經濟效益。

      根據浙江省統(tǒng)計年報數據,2002年到2010年浙江省低丘紅壤治理開發(fā)情況如表1所示,開發(fā)面積逐年增加,從2002年的31.67 hm2到2010年的55.58 hm2,呈現從少到多的趨勢。開發(fā)縣市也在不斷增加,從最初集中在金衢盆地核心區(qū)域的金東區(qū)、永康、武義、東陽、蘭溪、柯城、衢江、江山、龍游、常山等縣市,到金華市和衢州市所屬的大部分縣市,從2009年開始,麗水市部分縣市也開始開發(fā)低丘紅壤資源。從以上數據可以看到,低丘紅壤治理開發(fā)的政府投入逐漸加大,日益受到關注和重視。

      2011年至2014年,低丘紅壤共投入資金11 666.65萬元,其中政府投入資金2 659萬元,占項目總投入的22.79%,如表2所示。2011至2014年,立項并完成開發(fā)的低丘紅壤資源項目65個,面積為3 152.14 hm2,其中2014年開發(fā)的最多,有954.68 hm2,2013年開發(fā)的最少,為671.98 hm2。從各地區(qū)開發(fā)面積占總體開發(fā)面積的百分比來看,衢州開發(fā)的最多,開發(fā)面積1490.48 hm2,占總體開發(fā)面積的47.3%;金華第二,開發(fā)面積657.44 hm2,占總體開發(fā)面積的20.9%。

      表1 2002至2010主要低丘紅壤開發(fā)面積的統(tǒng)計數據/hm2 Table 1 Statistical data on the development area of low hilly red soil(2002-2010)

      3 聚類分析擬合

      根據表1的分類和指標含義,結合浙江省主要低丘紅壤分區(qū)的統(tǒng)計數據,對區(qū)域統(tǒng)計指標進行分析。通過2002年到2015年低丘紅壤土地的開發(fā)面積和2011年到2 015開發(fā)投資金額這兩個開發(fā)廣度和強度指標,探索不同區(qū)域低丘紅壤治理開發(fā)的歷史過程和精細程度,歸納影響低丘紅壤開發(fā)治理的內在規(guī)律。把以上數據導入到SPSS統(tǒng)計軟件中,在該軟件中針對數據進行K-均值聚類分析。在SPSS軟件的輸出窗口,顯示K-均值聚類分析相關信息。在統(tǒng)計數據中,初始的聚類表如表3所示。

      表3中第1列表示聚類分析的步驟;第2列和第3列表示哪幾個樣本類聚成成一類;第4列表示聚類系數;第5列和第6列表示首次出現階群集的群集1和群集2;第7列表示本步驟結果在下一街聚類中用到。例如,樣本2和19在第一步合并為一類,它們之間的非相關系數最小,為0.034。在下一次合并是第4步。如上類推,可以解釋表格。

      表2 2011至2014主要縣市低丘紅壤開發(fā)面積和投資的統(tǒng)計數據

      Table 2 statistics on the development and investment of low hilly red soil in major cities and counties (2011-2014)

      通過逐級連線的方式連接性質相近的個案和新類,直至并為一類,最后形成的聚類組間距離較大,組內距離較小。最終聚類結果如表4所示,為了更好的顯示群集效果,強化可選擇性程度,對比分析結果,輸出了6集群、5集群、4集群和3集群等四種模式。根據上述分析,采用5群集的聚類結果。

      在各地區(qū)統(tǒng)計數據的主成分分析經過聚類分析后,得到的聚類成員如表5所示。在聚類過程中,淳安縣、蓮都區(qū)、縉云縣和遂昌縣等四個縣區(qū)內在2002年到2014年之間,都未進行低丘紅壤治理開發(fā)。根據這四個縣區(qū)的低丘紅壤資源狀況,經濟條件等因素,在實地調研過程中與當地主管部門進行交流分析之后,分別歸到其他類別當中。最后,把浙江省低丘紅壤資源開發(fā)劃分為4個區(qū)域。

      (1)重點開發(fā)區(qū)域

      重點開發(fā)區(qū)域的選擇主要考慮已經開發(fā)的低丘紅壤資源面積和開發(fā)所投入的資金,以及當地資源狀況??梢钥吹禁愃邢聦俚木皩幙h、縉云縣、松陽縣、云和縣、遂昌縣、青田縣、蓮都區(qū)等7個區(qū)縣,前期開發(fā)相對比較少,投資力度也不夠大,縉云縣和遂昌縣還沒有進行前期開發(fā)過。因此,定義該區(qū)域為“十三五”時期重點的低丘紅壤治理開發(fā)區(qū)域。在開發(fā)面積上和投入資金上給以重點關注。

      表3 聚類表

      (2)強化發(fā)展區(qū)域

      根據聚類結果,臨安、江山、慶元、龍泉等4個縣市,以及與臨安毗鄰的淳安,共計5個縣市在這一類別區(qū)域。通過表5和表6看出,這幾個區(qū)域的前期開發(fā)面積較大,開發(fā)強度也不小,開發(fā)潛力較大。強化發(fā)展區(qū)域的選擇主要考慮適宜開發(fā)的低丘紅壤資源面積和開發(fā)投入資金兩個主要因素。對照低丘紅壤資源分布,這4個縣市低丘紅壤資源還比較豐富,因此,“十三五”時期該區(qū)域需要在開發(fā)面積給予著重關注。

      表4 群集成員

      (3)治理提升區(qū)域

      從聚類結果看到,衢州市的柯城區(qū)、衢江區(qū)、開化縣、龍游縣、常山縣為一類。通過數據對比,發(fā)現衢州市低丘紅壤開發(fā)時間比較悠久,開發(fā)項目比較多,投資也比較高。就目前來看,衢州市所需投資比也較低,適宜長期穩(wěn)定開發(fā)。在“十三五”期間,需要對衢州市低丘紅壤資源進行扶持,強化早期項目工程的精細化管理,提升衢州市低丘紅壤治理開發(fā)的水平,為農業(yè)產業(yè)化工作打好基礎。

      (4)精品示范區(qū)域

      從聚類結果看到,金華市的金東區(qū)、婺城區(qū)、永康市、武義縣、浦江縣、磐安縣、東陽市、蘭溪市等為一個類別。金華市8個縣市前期的開發(fā)面積較大,投資力度也比其他地區(qū)高,金華盆地的自然條件相對優(yōu)厚,結合當地的經濟狀況,在下一階段的低丘紅壤治理開發(fā)過程中,適宜把該區(qū)域的項目做細做精,成為全省其他地方的樣板,樹立樣板示范工程,提供其他區(qū)域學習。

      4 結論

      低丘紅壤的開發(fā)利用是浙江省內土地資源整治的重要手段之一,因地制宜地合理開發(fā)利用低丘紅壤資源,是緩解土地資源供求緊張的重要途徑。治理開發(fā)低丘紅壤生態(tài)經濟是涉及浙江省生態(tài)環(huán)境、人民群眾生產生活,以及建設社會主義新農村大事,既需要橫向部門的密切配合,也需要縱向各級政府的通力合作。低丘紅壤開發(fā)涉及面廣,水利等部門要積極發(fā)揮職能作用,分工協(xié)作,密切配合。

      本文以浙江省低丘紅壤主要分區(qū)為研究對象,以省域內各縣市為研究單元,根據建立的指標體系收集歷年來投資和開發(fā)面積的數據資料,釆用聚類分析方法,結合各研究單元之間的相似性和差異性,將浙江省低丘紅壤主要分區(qū)劃分為4個區(qū)域,探索縣域低丘紅壤資源優(yōu)勢與經濟發(fā)展的內在聯(lián)系, 指導政府部門制定正確的低丘紅壤治理措施, 更加科學合理高效率的使用土地資源。

      低丘紅壤資源利用開發(fā)分區(qū)目前尚無統(tǒng)一標準,本文所確定的低丘紅壤資源利用分區(qū)劃分是基于諸多研究者的分類意見的一個探索。若能進一步細分各地區(qū)各種低丘紅壤資源利用類型的重要次序,形成系統(tǒng)的低丘紅壤資源利用功能分類體系,使低丘紅壤資源利用分區(qū)規(guī)劃更加科學、合理,則有助于提高低丘紅壤資源利用功能區(qū)域規(guī)劃的準確度,也是將來研究重點。

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      [23]陳厚合,運奕竹,邢文洋,等.基于聚類分析方法的電力系統(tǒng)負荷節(jié)點分區(qū)策略[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2013,41(12):47-53.

      [24]馬逸麟,麻志姜,唐春花.鄱陽湖及周邊經濟區(qū)的紅壤開發(fā)利用[J].水土保持研究,2005,12(2):113-115.

      StudyonregionalizationoflowhillyredsoilinZhejiangProvincebasedonclusteranalysis

      WangXinliang1,ZhouMing1,LiMan1,ZhangZhongming2

      (1.CollegeofEconomicsandManagement,ZhejiangWaterConservancyandElectricpowerUniversity,Hangzhou310018,China; 2.CollegeofEconomicsandManagement,ChinaJiliangUniversity,Hangzhou310018,China)

      [Objective]Based on the development investment status, the different types of development zones were classified to improve the economic and social benefits.[Methods]Through themethod of literature analysis and cluster analysis, the present situation of land resources utilization in low hilly red soil was analyzed and evaluated.[Result]According to the development area and investment intensity of low hilly red soil distribution area in Zhejiang Province, combined with land development planning and economic conditions, we summed up the key development areas, strengthen regional development areas, promote regional governance areas, boutique demonstration area etc.[Conclusion]Each region should adopt different development models to formulate corresponding measures for controlling low hilly red soil area, so as to improve agricultural benefits, increase agricultural output and make more scientific and rational use of land resources.

      Low hilly red soil, Cluster analysis, Management and development, Land use, Zhejiang Province

      F301.24

      A

      1671-8151(2017)12-0890-07

      2017-05-09

      2017-07-06

      王心良(1974—),男(漢),浙江縉云人,教授,研究方向:土地資源

      教育部人文社科基金(14YJC790122);國家社會科學基金(15BGL133); 浙江省圍墾局課題(wk201507001);浙江省自然科學基金(LY15G030026)

      (編輯:馬榮博)

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