石家庄市土地利用分区研究

张侠/张成/尚国琲

（石家庄经济学院土地资源与城乡规划学院，河北 石家庄 050031）

石家庄市土地利用分区研究

张侠/张成/尚国琲

（石家庄经济学院土地资源与城乡规划学院，河北 石家庄 050031）

文章探讨了土地利用分区中主成分分析和聚类分析法应用的基本思路和步骤。在充分分析河北省石家庄市自然、经济状况和土地利用现状的基础上，从生态环境、社会经济、土地利用三个角度构建了评价指标体系。采用主成分分析的方法计算各评价单元的综合得分；再利用聚类分析法构建了石家庄市土地利用分区等级体系。将石家庄市划分为四种类型的土地利用区域，分别为石家庄市市区、县域经济发达区、县域发展快速区和县域发展缓慢区。针对各类型土地利用区域的发展现状提出了相应的土地利用建议，以促进经济发展与土地利用相协调。

土地利用分区；指标体系；主成分分析；聚类分析；类别划分；石家庄

土地利用分区是在充分了解区域自然经济状况和土地利用现状的基础上，基于统计分析理论，对土地利用的方向、结构及布局进行分区[1]。科学合理的土地利用分区有利于保障区域经济的健康发展和土地资源的可持续利用[2]。

土地利用分区研究可以划分为两个阶段。第一阶段为定性研究阶段。该阶段主要研究土地利用分区的概念、指标体系、划分标准等。指标体系的构建主要从土地的自然属性出发，研究方法主要以定性分析为主。杨子生等（1995）对土地利用分区的基本概念、基本原理、研究意义进行了详细地总结[3]。第二阶段为定量研究阶段。在研究对象上，由自然生态区扩展到市县级行政区。在指标的选择上，土地的社会经济属性被纳入评价体系。在研究方法上，定量化的统计分析方法得到广泛应用，如层次分析法、神经网络、判别分析、聚类分析等。王炯等（2011）基于聚类分析法对保定市土地利用进行分区[4]。在规划协调上，注重与其他土地利用规划相协调。范树平等（2010）以县级为例，对土地利用分区与主体功能区划的协调性进行了探讨[5]。在技术应用上，3S技术在分区中得到应用。陈丽等（2011）基于组件式GIS开发了土地利用分区系统[6]。

本文根据石家庄市自然、经济和社会状况以及土地自身适宜性，从评价单元划分、评价指标体系构建、数据预处理、相关主成分分析、聚类分析、类别划分处理6个技术步骤构建了石家庄市土地利用分区等级体系，以期对石家庄市社会经济发展和保证土地利用相关规划的实施提供参考借鉴。

1 石家庄市概况

1.1 自然概况

石家庄市是河北省省会，地处河北省西南部，全省的政治、经济和文化中心。现辖5个区、12个县、5个县级市和1个国家级高新技术开发区，辖区总面积14052平方公里。石家庄市地跨太行山地和华北平原两大地貌单元，地处中纬度欧亚大陆东缘，地势西高东低，属于暖温带大陆性季风气候，土壤类型主要为棕壤、褐土、粗骨土和潮土，土壤质地总体偏轻，多为沙壤和轻壤。

1.2 经济社会概况

2013年末，石家庄全市常住人口为1049.98万人，全年全市生产总值完成4863.6亿元，人均GDP为46320元。全部财政收入完成648.3亿元，全社会固定资产投资完成4400.2亿元。畜牧业、蔬菜、果品三大优势产业产值达到646.5亿元，占农林牧渔业总产值的比重为75.9%。农业产业化经营率达到64.1%。全年城镇居民人均可支配收入为25274元，农民人均纯收入为10066元。

1.3 土地利用概况

石家庄全市农用地884709公顷，占土地总面积的62.3%；建设用地179206公顷，占土地总面积的12.8%；未利用地341342公顷，占土地总面积24.3%。农用地中，耕地587689公顷，园地61586公顷，林地187381公顷，其他农用地48053公顷，分别占土地总面积的41.8%、4.4%、13.3%和3.4%。建设用地中，城镇工矿用地50965公顷，农村居民点用地94189公顷，交通运输用地10932公顷，水利设施用地18466公顷，其他建设用地4654公顷，分别占土地总面积的3.6%、6.7%、0.8%、1.3%和0.3%。

2 实证研究

2.1 评价单元划分及指标选取

为了保证行政界线的相对完整性，以县域为评价单元，同时将6个区合并为一个评价单元，共划分了18个评价单元，分别为石家庄市区、井陉县、正定县、栾城县、行唐县、灵寿县、高邑县、深泽县、赞皇县、无极县、平山县、元氏县、赵县、辛集市、藁城市、晋州市、新乐市、鹿泉市。

在参考相关研究成果的基础上，结合石家庄市实际情况，本文选取3个一级指标、14个二级指标建立石家庄市土地利用分区指标体系，见表1。

表1 石家庄市土地利用分区指标体系

2.2 数据来源与标准化处理

本文数据来源于2008年河北省土地调查统计年鉴和2008年石家庄市统计年鉴。为消除量纲、量级的影响，对原始数据用极差法进行标准化处理，公式为：

n为评价单元个数，m为评价指标个数，Xij为第i个评价单元第j个指标的原始数值。

2.3 主成分分析

2.3.1 主成分提取

利用SPSS软件对上述问题进行主成分分析，得到主成分的解释总方差，前4个主成分的累积总方差达到88.42%，所以可以用前4个主成分来代替原来的14个变量。同时根据主成分载荷矩阵可知，主成分1在土地利用率(x1)、地均GDP(x2)、地均固定资产投资额(x3)、建设用地比重(x7)、人口密度(x8)、公路密度(x11)上的荷载都很大，土地利用率(x1)、地均GDP(x2)、地均固定资产投资额(x3)为反映土地利用水平的指标，建设用地比重(x7)、人口密度(x8)、公路密度(x11)反映的是城市规模的指标，因此主成分1为反映土地利用水平和城市规模的主成分。主成分2在林地比重(x6)、森林覆盖率(x12)上的荷载很大，因此主成分2反映林业发展水平。主成分3在耕地比重(x4)、河流水面比重(x14)上的荷载较大，因此主成分3反映农业发展水平。主成分4在园地比重(x5)、森林覆盖率(x12)、人均公园绿地面积(x13)、水域面积比重(x14)上的荷载较大，因此主成分4反映生态环境水平。

2.3.2 主成分得分

利用SPSS软件得到各个评价单元的主成分得分，再以各主成分的方差贡献率作为权重，对主成分得分进行线性加权，得到每个评价单元的综合得分，如表2所示。综合得分计算公式如下：

公式（2）中：yi为第i个评价单元的综合得分；ej为第j个主成分得分的权重；zij为第i个评价单元的第个主成分得分。

2.4 聚类分析

依据表2中各个评价单元的综合得分，采用系统聚类的方法进行聚类，聚类结果如图1所示。根据聚类分析树形图，可以将石家庄市的18个县级行政区划分为4个土地利用区：第一区包括高邑县、晋州市、行唐县、元氏县、灵寿县、深泽县、辛集市、无极县、赞皇县、赵县10个县；第二区包括井陉县、新乐市、平山县、藁城市、栾城县5个县；第三区包括正定县、鹿泉市；第四区主要是指石家庄市市区。

表2 主成分得分表

图1 聚类分析树形图

3 类别划分处理

通过各个县域的综合得分可以对划定的4个土地利用相似区进行区域发展类型定位，将石家庄市划分为4个大的经济区。从表2可以看出，第一类别的综合得分在[-1.020，-0.411] 区间，第二类别的综合得分在[-0.240，0.130]区间，第三类别的综合得分在[0.667，1.038] 区间，第四类别的综合得分为5.328。综合得分越高，表明土地利用水平越高。因此第一类别为县域发展缓慢区，第二类别为县域发展快速区，第三类别为县域经济发达区，第四类别为石家庄市市区。分区示意图如图2。

图2 石家庄市土地利用分区示意图

4 石家庄市各区域土地利用建议

4.1 石家庄市市区

由表2可以看出，市区在主成分1、2、3上的得分较高，在主成分4上的得分较低，根据各个主成分所代表的含义，说明市区的土地利用水平高，单位面积土地的产值大，城镇建设用地比重大，经济发展水平高，是带动其他区域发展的主导区域。而市区的生态环境水平较低，人均公园绿地面积较小。因此，石家庄市市区在严格执行土地利用规划指标的基础上，应合理安排各类型建设项目的用地布局，适当提高建设密度和容积率。同时，逐步提高生态环境用地的比重，加大公园绿地建设，改善居民的生态环境。

4.2 县域经济发达区

(1)正定县。该县域在主成分1、3、4上的得分相对较高，在主成分2上的得分相对较低。说明该区域的经济发展水平较高，土地闲置率低，耕地资源丰富，但林地面积比重较小。因此，正定县要充分利用耕地资源，发展生态农业，注重绿色农产品生产，适当增加林业用地比重。

(2)鹿泉市。该区域在主成分1、2、4上的得分相对较高，在主成分3上的得分相对较低。说明该区域农业用地的比重较低。因此，鹿泉市首先要加大对现有耕地资源的保护，其次适当减少部分建设用地满足农业用地的需求，加大对闲置土地的复垦和整理。

4.3 县域发展快速区

(1)井陉县、平山县。这两个县域在主成分2上的得分最高，主成分1上得分最低，说明这两个区域林业用地比重大，而土地利用率低。这两个县域要重点提高土地的投入产出率，盘活存量用地。其中，平山县在主成分4上的得分也相对较高，说明平山县在生态环境建设上投入力度大；而井陉县在主成分4上的得分相对较低，生态环境保护力度略显不足，今后要加强公园绿地建设。

(2)藁城市、新乐市。这两个区域在主成分4上的得分相对较高，主成分2、3上得分相对较低，说明这两个区域在生态环境建设上投入力度大，但是农业用地和林业用地的比重略显不足。因此这两个区域要借助其生态环境优势，大力发展旅游产业，同时增加农业和林业用地的比重，改善农业基础设施，提高森林覆盖率。

(3)栾城县。在主成分1上的得分最高，在主成分2、4上的得分相对较低。说明该区域的城镇建设用地的比重大，城镇化水平较高。但该区域的林业发展水平和生态环境水平均较低，促进农林牧渔业协调发展和构建优质的生态环境是该区域今后工作的重点。

4.4 县域发展缓慢区

(1)高邑县、无极县。该两个县域在主成分3上的得分最高，在主成分2上得分最低。说明这两个区域的农业和林业用地面积相差悬殊，今后土地利用导向应该是合理配置土地资源，在保持基本农业用地不减少的情况下，积极开垦废弃地和未利用地，植树造林。

(2)晋州市、辛集市。这两个区域在主成分1、4上的得分相对较高，在主成分2、3上得分相对较低。因此这两个地区土地利用方向的重点是加强耕地保护以及提高耕地的比重，发展特色农业。

(3)行唐县、灵寿县。这两个区域在主成分2、3上的得分相对较高，在主成分1上的得分相对较低。因此要提高建设用地的密度和容积率，降低土地的闲置率。其中，灵寿县在主成分4上的得分也相对较低，该区域要注重对居民生态环境的改善。

(4)深泽县。该县域在主成分3、4上的得分相对较高，在主成分1、2上得分相对较低。该区域土地利用的主要问题在于土地利用效率和土地的产值低。

(5)赞皇县、元氏县。这两个区域在主成分2上得分相对较高，而在主成分1、3、4上的得分相对较低。赞皇县和元氏县的地貌以山地和丘陵为主，受地形和地貌的影响，交通通达度低，经济发展相对落后。该地区土地开发利用强度低，未利用地所占的比重大，因此，土地利用应注重对荒山和荒地的开垦和整理，提高土地利用率。

(6)赵县。该县在主成分2上的得分最低。该地区地貌多是平原地区，耕地资源丰富，林地比重相对较少，生态环境较为优越，旅游资源丰富，有古桥、名寺、梨园三大旅游区。这一区域应注重对生态用地开发和保护，以保证旅游产业的可持续发展。

5 结论和讨论

(1)在用以界定土地利用类别的多个指标中，土地利用水平、城市规模、林业发展水平、农业发展水平和生态环境水平是影响石家庄市土地分区的主要成分。

(2)通过聚类分析，将石家庄市划分为四种土地利用区。第一区为县域发展缓慢区，包括高邑县、晋州市、行唐县、元氏县、灵寿县、深泽县、辛集市、无极县、赞皇县、赵县10个县；第二区为县域发展快速区，包括井陉县、新乐市、平山县、藁城市、栾城县5个县；第三区为县域经济发达区，包括正定县、鹿泉市；第四区为石家庄市市区。

(3)应用主成分分析法将多个相关性指标转化为几个线性无关指标，有效地避免指标之间信息重复性。以方差贡献率为权重，可以避免指标权重确定的主观性。但是该方法容易忽略某些地区限制性指标的影响。因此在土地利用分区方法上需要进一步探究定性分析和定量分析的结合。

[1]陈百明,周小萍,胡业翠,等．土地资源学[M]．北京：北京师范大学出版社,2008：147-151．

[2]徐宁．关于土地利用功能分区研究[J]．安徽农业科学,2007(2)：482-483．

[3]杨子生,郝性中．土地利用区划几个问题的探讨[J]．云南大学学报(自然科学版),1995(4)：363-368．

[4]王炯,许月明,郭庆．基于聚类分析法的保定市土地利用分区及建议[J]．中国农业资源与区划,2011(2)：63-67．

[5]范树平,程久苗,戴支银,等．土地利用分区与主体功能分区协调探讨——以县级为例[J]．云南地理环境研究,2010(1)：76-81．

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[7]冯长春,侯玉亭．城镇土地评价中主成分分析法的应用[J]．中国国土资源经济,2007(7)：27-31．

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我国土地利用分区概况

土地利用分区是按照地域分异规律和土地利用条件、土地利用现状、土地开发利用方向与途径的相似性和差异性对土地进行区域划分。《中国土地利用》（1994）把全国划分为4个一级区和17个二级区。一级区反映我国水、热条件和土地利用结构最大的地域差异；二级区反映我国各地区自然、社会经济条件和历史发展过程不同，而形成不同土地利用结构、不同利用水平等最基本的地域差异。

具体（一级）分区，北方区：东北山地丘陵区、东北平原丘陵区、长城沿线区、黄土高原区、华北平原区；南方区：四川盆地和秦岭大巴山区、长江中下游平原区、东南丘陵区、云贵高原区、华南滇南区；西北区：内蒙古东北区、蒙甘宁区、北疆区、南疆区；青藏高原区：青藏高原西北部区、青川藏区、青藏高原东南部区。

（摘编自百度百科）

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

河北省社会科学基金项目(HB08BYJ037)；河北省科技厅项目(13456106D)

张侠 (1973-)，女，河北省香河县人，石家庄经济学院教授、硕士研究生导师，理学博士，主要研究方向为土地资源与环境。