基于聚类分析的浙江省低丘红壤治理开发分区研究

王心良，周铭，李曼，张忠明

(1.浙江水利水电学院 经济与管理学院，浙江 杭州 310018； 2.中国计量大学 经济管理学院，浙江 杭州 310018)

基于聚类分析的浙江省低丘红壤治理开发分区研究

王心良1，周铭1，李曼1，张忠明2

(1.浙江水利水电学院 经济与管理学院，浙江 杭州 310018； 2.中国计量大学 经济管理学院，浙江 杭州 310018)

[目的]依据开发投资状况，划分出不同类别的治理开发区域，确定各类分区的土地利用导向，以提高经济和社会效益。[方法]通过文献分析和聚类分析等方法分析评价现有低丘红壤土地资源利用状况。[结果]根据浙江省主要低丘红壤分布区的治理开发面积和投资强度，结合各级土地发展规划和经济条件，归纳出开发少潜力大的重点开发区域、开发多潜力大的强化发展区域、投资较多需要强化的治理提升区域、治理开发到位需要精细化管理的精品示范区域等四种类型区域。[结论]每个区域采用不同开发模式，制定相应低丘红壤治理措施, 提升农业效益，提高农业产出，更加科学合理的利用土地资源。

低丘红壤； 聚类分析； 治理开发； 土地利用； 浙江省

浙江省地处东部发达地区，人口稠密，经济发展和城市化建设迅猛，建设用地需求大。经过持续多年的土地征用，人地矛盾日益突出，有限的土地资源已成为制约浙江进一步发展的瓶颈，具有“酸、粘、瘦”特性的低丘红壤资源亦被列入重要的挖潜对象中。通过科学合理有序地开发低丘红壤资源，提高低丘红壤的产出效率，能够有效缓解浙江省土地资源不足，促进低丘红壤主要分布区域效益农业发展和生态环境的改善[1]。经过长期努力，低丘红壤开发治理缓解了浙江省土地供需矛盾，使土地资源优势转化为经济优势和竞争优势，促进了农村经济发展和新农村建设，取得了良好的经济、社会和生态效益。

由于受当时的经济发展水平和开发治理的局限，各地开发利用水平不均衡、投资力度强度不一，如何做好低丘红壤治理开发规划，特别是分区开发治理，有利于科学有序的治理开发全省低丘红壤资源，提高低丘红壤资源效益，优化农业结构，促进农村向效益农业发展，为浙江省社会主义新农村建设和全面小康社会建设服务，提高农民生产环境，促进经济强省、生态立省的建设步伐[2]。

低丘红壤是指亚热带红壤区域内的低地或河旁高阶地，以及地势平坦的低丘陵地区红壤的统称。低丘红壤资源的治理开发存在区域共性与个性，在治理中针对不同区域的情况要具体分析，实施措施与实际情况相匹配[3]。随着社会经济的发展，不断恶化的土地生态环境、低效的土地利用以及布局混乱等问题日渐突出，受到各级政府的关注[4]。早期土地利用分区研究，其目的主要是满足农业生产需要，所构建的指标多以气候、土壤等自然指标为主，受到技术限制，方法多为定性的研究。后来，建立土地用途地域和土地用途分区个层次的分区体系[5]，并从经济学、规划学和生态学视角分析了土地用途分区管制的理论基础,并提出了实施土地管制的建议和措施[6]。之后，低丘红壤开发与土地利用规划的方法体系，将用地选择评价与用地可建评价相结合，实现基于生态环境、农业经济与社会价值等目标的低丘红壤的全新开发利用[7]。已有低丘红壤区农村生态经济质量的研究结果表明，当前低丘红壤区农村生态经济质量总体水平较低，低丘红壤区的自然环境条件与其开发利用息息相关，当前主要的开发方式为以沼气为纽带的高效生态农业模式、立体种养结合生态模式，已经取得一定的经济、社会、生态效益[8]。

对浙江省内低丘红壤土地资源的调查与研究，低丘红壤土地资源的开发利用潜力性评价等研究不少。以浙江省低丘红壤地区为研究区域，利用了卫星遥感影像构造削弱阴影等干扰的FCD模型，以及混合像元法计算植被覆盖度的方法，进行低丘红壤区水土流失研究[9]。以3S技术对兰溪市范围内低丘红壤资源进行了调查，并选取了12个低丘红壤分析因子，对兰溪市土地资源开发利用潜力进行了综合分析[10]；以兰溪市为例，通过遥感与GIS技术为支撑，对兰溪市以耕地为主要代表的低丘红壤区的开发潜力进行评价，以地形、土壤以及开发程度为基础，构建出评价指标体系，并且采用综合指数法对低丘红壤区的耕地开发潜力进行了评价，将潜力值分为四个等级，得出适宜开发、允许开发、限制开发和不适宜开发等四种低丘红壤资源的评价结果[11]。

纵观国内外低丘红壤资源评价的研究，可以发现研究人员在分析方法和研究手段等方面不断突破，并取得不少成果，在实践中得到广泛应用。但是以低丘红壤整体区域为对象，揭示地域差异的内在规律，进行低丘红壤资源的农业开发区域布局分析并不多。因此，通过对治理开发面积和投资力度的聚类分析，总结其相似性和差异性，分析土地开发利用的方向、潜力、途径和措施，将低丘红壤土地划分为不同的土地利用区域，解决以往治理开发过程中目标模糊和方向不够清晰等问题，使投资建设更有针对性，治理对策更加精准，投资力度能够产生更好效果，有利于促进土地资源的优化配置，加强土地利用的宏观调控，合理调整土地利用结构和布局，实现土地资源的永续利用。本文不仅反映地域差异性，而且从地域功能的整体性、综合性和长远性出发，以便扬长避短、因地制宜，更好地利用低丘红壤资源，充分发挥生产潜力，具有重要的现实意义。

1 研究方法

为做好土地资源利用方面的宏观调控，以及加强对土地资源利用管制力度，需对土地资源进行分区以落实差异化的土地资源利用政策[12]。土地资源分区的因素是复杂的和相互关联的，而且各种影响因素间的界限模糊，因此部分研究人员将聚类分析方法应用到土地资源分区中[13]。

在进行土地资源利用区域规划时，需要对影响土地资源利用方式、以及利用方向等各种因素进行综合分析和排序[14]。聚类方法可以对多因素及其之间的相似性程度进行归纳总结，它是研究地理事物分类问题的重要的定量方法。聚类分析方法不仅加强了对土地资源利用系统的自然属性和社会经济属性的定量化研究，同时延伸了研究方法在土地资源区域规划中的应用[15]。利用土地资源学科理论与实践相互印证的方法，适应社会需求，提高经济效果，改善农民生产环境，促进区域经济社会发展，为农业现代化奠定良好的基础，本文利用聚类分析方法进行低丘红壤治理开发分区[16]。

聚类分析方法是釆用“物以类聚”的思想来探索研究对象之间内在规律的一种科学有效的方法，其实质是将一批样本(变量)数据根据其特征，按照在性质上的亲疏程度进行分类，产生多个分类结果[17]。聚类分析方法是数据挖掘中一种重要的算法，主要是把具有相同或者相似性质的对象放在同一个集合当中，把具有不同性质的对象放在不同的集合里面。聚类源于很多领域，包括计算机科学、统计学、数学、生物学和经济学等[18]。

设有n个观测，每个观测有m项指标(变量)，可以得到观测数据xij(i=1，……n，j=1，……，m)[19]，表示成矩阵形式如[20]：

聚类分析方法的目标即是根据这n个观测之间的距离或相似系数将其分为不同的组，组内的距离相近，组间距离最大化[21]。

K-Means聚类，也称为动态聚类算法，是实践中使用频率最高的聚类算法，它首先给出一个初步的粗糙的分类，然后按照某种原则动态的修改聚类结果，直到最后得到合理的分类结果，这种聚类方法一般运行速度较快，适宜于处理大数据量[22]。

基于聚类分析方法可以对多种低丘红壤开发可行性作以情景模拟，显然能够降低某一种单一结果受主观认知的影响，更好地反映低丘红壤区域政策导致的分析结果化[23]。基于此，本研究拟采用聚类分析方法对低丘红壤区域的用地开发作模拟，并为低丘红壤规划布局提供决策支持。

2 数据获取

2.1 指标选取

土地资源利用区域分析的前提是科学的选取区域分析指标，区域规划指标要体现区域分析单位各个侧面特征与特点，它是分析某个方面的定量描述。为了使本次研究更符合低丘红壤资源利用现状与特点，提出的政策建议更加合理，需要建立一套系统完整的指标体系。建立治理开发指标体系应依据四大原则：综合全面性原则、简洁性原则、突出性原则、易于获取性原则[24]。根据低丘红壤土地资源投入治理的实际状况，结合分区目的和分区原则，选择县一级行政单位的低丘红壤治理开发广度和开发强度指标作为分析内容。

2.2 数据来源

浙江省除了嘉兴市之外其余10个地级市都分布有低丘红壤。由于土地资源分布集中程度和开发难度等因素，只有杭州市、金华市、衢州市和丽水市等4个城市对低丘红壤土地资源进行开发治理，其他6个城市没有专门资金投入治理开发低丘红壤资源。

为了对浙江省内低丘红壤区域分区，本文采用近年来杭州市、金华市、衢州市和丽水市等4个城市的低丘红壤开发广度和强度作为分区依据，对应的变量分别是低丘红壤土地2002年到2015年的开发面积和2011年到2015年的投资金额，作为低丘红壤治理开发分区的原始数据。

数据来源于浙江省围垦局统计年鉴。

2.3 数据描述

浙江省低丘红壤资源的主要利用方式以耕地、园地、林地为主。据不完全统计，从解放到2014年底，全省立项并实施的低丘红壤累计开发面积81 194.87 hm2，其中耕地33 515.07 hm2，占已开发面积的41.28%；园地41 506.39 hm2，占已开发面积的51.12%；工业用地910.30 hm2，占已开发面积的1.12%；其他5 263.11 hm2，占已开发面的6.48%，这说明在浙江省低丘红壤资源适宜开发区域内大部分资源已得到了较好利用。在可适宜开发的土地资源中，未利用土地资源只要有一定投入，也可以开发成耕地。以疏林地为主的林地，达到了37 264.00 hm2，这部分土地应该可以开发成耕地，给农民带来更高的经济效益。

根据浙江省统计年报数据，2002年到2010年浙江省低丘红壤治理开发情况如表1所示，开发面积逐年增加，从2002年的31.67 hm2到2010年的55.58 hm2，呈现从少到多的趋势。开发县市也在不断增加，从最初集中在金衢盆地核心区域的金东区、永康、武义、东阳、兰溪、柯城、衢江、江山、龙游、常山等县市，到金华市和衢州市所属的大部分县市，从2009年开始，丽水市部分县市也开始开发低丘红壤资源。从以上数据可以看到，低丘红壤治理开发的政府投入逐渐加大，日益受到关注和重视。

2011年至2014年，低丘红壤共投入资金11 666.65万元，其中政府投入资金2 659万元，占项目总投入的22.79%，如表2所示。2011至2014年，立项并完成开发的低丘红壤资源项目65个，面积为3 152.14 hm2，其中2014年开发的最多，有954.68 hm2，2013年开发的最少，为671.98 hm2。从各地区开发面积占总体开发面积的百分比来看，衢州开发的最多，开发面积1490.48 hm2，占总体开发面积的47.3%；金华第二，开发面积657.44 hm2，占总体开发面积的20.9%。

表1 2002至2010主要低丘红壤开发面积的统计数据/hm2 Table 1 Statistical data on the development area of low hilly red soil(2002-2010)

3 聚类分析拟合

根据表1的分类和指标含义，结合浙江省主要低丘红壤分区的统计数据，对区域统计指标进行分析。通过2002年到2015年低丘红壤土地的开发面积和2011年到2 015开发投资金额这两个开发广度和强度指标，探索不同区域低丘红壤治理开发的历史过程和精细程度，归纳影响低丘红壤开发治理的内在规律。把以上数据导入到SPSS统计软件中，在该软件中针对数据进行K-均值聚类分析。在SPSS软件的输出窗口，显示K-均值聚类分析相关信息。在统计数据中，初始的聚类表如表3所示。

表3中第1列表示聚类分析的步骤；第2列和第3列表示哪几个样本类聚成成一类；第4列表示聚类系数；第5列和第6列表示首次出现阶群集的群集1和群集2；第7列表示本步骤结果在下一街聚类中用到。例如，样本2和19在第一步合并为一类，它们之间的非相关系数最小，为0.034。在下一次合并是第4步。如上类推，可以解释表格。

表2 2011至2014主要县市低丘红壤开发面积和投资的统计数据

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

通过逐级连线的方式连接性质相近的个案和新类，直至并为一类，最后形成的聚类组间距离较大，组内距离较小。最终聚类结果如表4所示，为了更好的显示群集效果，强化可选择性程度，对比分析结果，输出了6集群、5集群、4集群和3集群等四种模式。根据上述分析，采用5群集的聚类结果。

在各地区统计数据的主成分分析经过聚类分析后，得到的聚类成员如表5所示。在聚类过程中，淳安县、莲都区、缙云县和遂昌县等四个县区内在2002年到2014年之间，都未进行低丘红壤治理开发。根据这四个县区的低丘红壤资源状况，经济条件等因素，在实地调研过程中与当地主管部门进行交流分析之后，分别归到其他类别当中。最后，把浙江省低丘红壤资源开发划分为4个区域。

(1)重点开发区域

重点开发区域的选择主要考虑已经开发的低丘红壤资源面积和开发所投入的资金，以及当地资源状况。可以看到丽水市下属的景宁县、缙云县、松阳县、云和县、遂昌县、青田县、莲都区等7个区县，前期开发相对比较少，投资力度也不够大，缙云县和遂昌县还没有进行前期开发过。因此，定义该区域为“十三五”时期重点的低丘红壤治理开发区域。在开发面积上和投入资金上给以重点关注。

表3 聚类表

(2)强化发展区域

根据聚类结果，临安、江山、庆元、龙泉等4个县市，以及与临安毗邻的淳安，共计5个县市在这一类别区域。通过表5和表6看出，这几个区域的前期开发面积较大，开发强度也不小，开发潜力较大。强化发展区域的选择主要考虑适宜开发的低丘红壤资源面积和开发投入资金两个主要因素。对照低丘红壤资源分布，这4个县市低丘红壤资源还比较丰富，因此，“十三五”时期该区域需要在开发面积给予着重关注。

表4 群集成员

(3)治理提升区域

从聚类结果看到，衢州市的柯城区、衢江区、开化县、龙游县、常山县为一类。通过数据对比，发现衢州市低丘红壤开发时间比较悠久，开发项目比较多，投资也比较高。就目前来看，衢州市所需投资比也较低，适宜长期稳定开发。在“十三五”期间，需要对衢州市低丘红壤资源进行扶持，强化早期项目工程的精细化管理，提升衢州市低丘红壤治理开发的水平，为农业产业化工作打好基础。

(4)精品示范区域

从聚类结果看到，金华市的金东区、婺城区、永康市、武义县、浦江县、磐安县、东阳市、兰溪市等为一个类别。金华市8个县市前期的开发面积较大，投资力度也比其他地区高，金华盆地的自然条件相对优厚，结合当地的经济状况，在下一阶段的低丘红壤治理开发过程中，适宜把该区域的项目做细做精，成为全省其他地方的样板，树立样板示范工程，提供其他区域学习。

4 结论

低丘红壤的开发利用是浙江省内土地资源整治的重要手段之一，因地制宜地合理开发利用低丘红壤资源，是缓解土地资源供求紧张的重要途径。治理开发低丘红壤生态经济是涉及浙江省生态环境、人民群众生产生活，以及建设社会主义新农村大事，既需要横向部门的密切配合，也需要纵向各级政府的通力合作。低丘红壤开发涉及面广，水利等部门要积极发挥职能作用，分工协作，密切配合。

本文以浙江省低丘红壤主要分区为研究对象，以省域内各县市为研究单元，根据建立的指标体系收集历年来投资和开发面积的数据资料，釆用聚类分析方法，结合各研究单元之间的相似性和差异性，将浙江省低丘红壤主要分区划分为4个区域，探索县域低丘红壤资源优势与经济发展的内在联系, 指导政府部门制定正确的低丘红壤治理措施, 更加科学合理高效率的使用土地资源。

低丘红壤资源利用开发分区目前尚无统一标准，本文所确定的低丘红壤资源利用分区划分是基于诸多研究者的分类意见的一个探索。若能进一步细分各地区各种低丘红壤资源利用类型的重要次序，形成系统的低丘红壤资源利用功能分类体系，使低丘红壤资源利用分区规划更加科学、合理，则有助于提高低丘红壤资源利用功能区域规划的准确度，也是将来研究重点。

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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(汉)，浙江缙云人，教授，研究方向：土地资源

教育部人文社科基金(14YJC790122)；国家社会科学基金(15BGL133)； 浙江省围垦局课题(wk201507001)；浙江省自然科学基金(LY15G030026)

(编辑：马荣博)