基于聚類分析的宜昌市夷陵區(qū)土地利用功能分區(qū)研究

○陳 雙 高智玲

（湖北大學(xué)商學(xué)院 湖北 武漢 430062）

一、土地利用功能分區(qū)相關(guān)理論

1、土地利用功能分區(qū)的概念

土地利用功能分區(qū)是在分析行政區(qū)域內(nèi)不同地區(qū)的功能定位、發(fā)展方位、發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展?jié)摿Α①Y源環(huán)境承載力的基礎(chǔ)上，根據(jù)區(qū)域發(fā)展和土地用途管制的要求，將本行政區(qū)域劃分為若干個(gè)功能區(qū)片。在此基礎(chǔ)上提出調(diào)控指標(biāo)和措施，有針對(duì)性地制定管理政策，實(shí)行差別化管理。

馬智民等認(rèn)為，土地利用功能分區(qū)就是依照研究區(qū)域內(nèi)土地的自然質(zhì)量和自然環(huán)境條件，以及在當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件下土地空間的科學(xué)合理利用及其相互關(guān)系，將研究區(qū)域劃分為功能不同的土地區(qū)域。

張潔瑕等在對(duì)土地利用功能分區(qū)內(nèi)涵的闡述中指出，土地利用功能內(nèi)涵就是通過因地制宜的土地利用，形成合理的土地利用結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)土地利用的經(jīng)濟(jì)功能、社會(huì)功能和生態(tài)環(huán)境功能，并在明確三大功能分異規(guī)律的基礎(chǔ)上，根據(jù)區(qū)域發(fā)展的要求，將區(qū)域劃分為若干個(gè)功能分區(qū)，提出調(diào)控指標(biāo)、措施及利用方向。

國土資源部2010年6月27日發(fā)布的國家土地管理行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《市（地）級(jí)土地利用總體規(guī)劃編制規(guī)程》中，對(duì)土地利用功能分區(qū)進(jìn)行了明確定義，是指為合理利用土地，控制和引導(dǎo)土地利用的主要功能，依據(jù)區(qū)域土地資源的特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要?jiǎng)澏ǖ目臻g區(qū)域。一般包括基本農(nóng)田集中區(qū)、一般農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)、城鎮(zhèn)村發(fā)展區(qū)、獨(dú)立工礦區(qū)、生態(tài)環(huán)境安全控制區(qū)、自然與文化遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)等土地利用功能區(qū)類型。林、牧業(yè)比較發(fā)達(dá)的地區(qū)，可以劃定林業(yè)發(fā)展區(qū)和牧業(yè)發(fā)展區(qū)。

綜上可以看出，土地利用功能分區(qū)的內(nèi)涵可以歸納為以下幾個(gè)方面。

（1）土地利用功能分區(qū)的根本目的在于控制和引導(dǎo)土地利用的主要功能，從而更加合理地利用土地。

（2）土地利用功能分區(qū)的依據(jù)是研究區(qū)域土地資源的特點(diǎn)和未來經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要。

（3）土地利用功能分區(qū)所劃分出的“區(qū)”，要體現(xiàn)土地利用的功能。土地利用的功能可以分為經(jīng)濟(jì)功能、社會(huì)功能和生態(tài)環(huán)境功能三大類，但從土地利用角度而言，可以進(jìn)一步分為基本農(nóng)田集中區(qū)、一般農(nóng)業(yè)發(fā)展區(qū)、城鎮(zhèn)村發(fā)展區(qū)、獨(dú)立工礦區(qū)、生態(tài)環(huán)境安全控制區(qū)、自然與文化遺產(chǎn)保護(hù)區(qū)、林業(yè)發(fā)展區(qū)、牧業(yè)發(fā)展區(qū)等土地利用功能區(qū)類型。

（4）從第三輪規(guī)劃修編的實(shí)際來看，市（地）級(jí)土地利用總體規(guī)劃中的功能分區(qū)對(duì)縣（鄉(xiāng)）級(jí)土地利用總體規(guī)劃土地用途分區(qū)起著指導(dǎo)和控制作用。

2、土地利用功能分區(qū)的理論基礎(chǔ)

（1）區(qū)域差異理論

土地利用作為人類利用自然、改造自然的一種社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，這種社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)存在于區(qū)域之中，便構(gòu)成了土地利用區(qū)域。因此，土地利用分區(qū)的首要理論基礎(chǔ)就是土地利用的區(qū)域差異規(guī)律。就土地利用功能區(qū)而言，它是土地利用功能的區(qū)域表現(xiàn)，土地利用功能分區(qū)就是對(duì)土地利用功能的區(qū)域劃分。各地的自然與社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件、土地資源與土地利用狀況、發(fā)展方向和措施不同，進(jìn)而產(chǎn)生區(qū)內(nèi)相似性與區(qū)間差異性，這是進(jìn)行分區(qū)的基礎(chǔ)依據(jù)。與其他分區(qū)（或區(qū)劃）一樣，土地利用功能分區(qū)也是以區(qū)內(nèi)相似性和區(qū)間差異性特征為基礎(chǔ)，采用歸納相似性與區(qū)分差異性這一原理，劃分出不同的土地利用功能區(qū)。

（2）主體功能區(qū)劃理論

主體功能區(qū)是指在對(duì)不同區(qū)域的資源環(huán)境承載能力、現(xiàn)有開發(fā)密度和發(fā)展?jié)摿Φ纫剡M(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)區(qū)域相對(duì)優(yōu)勢(shì)將其確定為特定主體功能空間單元并明確發(fā)展方向的一種區(qū)劃類型。劃分為優(yōu)化開發(fā)、重點(diǎn)開發(fā)、限制開發(fā)和禁止開發(fā)6類開發(fā)區(qū)。主體功能區(qū)劃不同于以往的各類經(jīng)濟(jì)區(qū)劃和專項(xiàng)規(guī)劃，是我國現(xiàn)階段加強(qiáng)國土空間管理、落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀和實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一項(xiàng)重大創(chuàng)新和探索。

（3）土地利用功能與土地適宜性評(píng)價(jià)理論

土地利用功能是指土地提供產(chǎn)品和服務(wù)的能力。土地適宜性是指在一定條件下土地對(duì)某種用途的適宜與否及其適宜程度。土地適宜性評(píng)價(jià)是土地資源合理開發(fā)利用和整治保護(hù)的科學(xué)依據(jù)，也是進(jìn)行土地利用總體規(guī)劃、實(shí)現(xiàn)土地資源可持續(xù)利用的一項(xiàng)基本工作和重要內(nèi)容。土地利用功能是由土地本身固有的適宜性與技術(shù)水平共同決定的。而在一定的技術(shù)條件下，土地固有的適宜性主要是由構(gòu)成土地的自然因素所決定的。由此，在進(jìn)行土地利用功能分區(qū)時(shí)，應(yīng)集中體現(xiàn)土地多種功能之中的主體功能要求，也就是土地適宜性評(píng)價(jià)中的“主宜性”問題。

（4）統(tǒng)籌區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展理論

區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展是共同發(fā)展，定義為區(qū)域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等諸因素的協(xié)調(diào)發(fā)展。統(tǒng)籌區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展，就是把各種層次的區(qū)域納入到國民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展全局之中進(jìn)行通盤籌劃，綜合考慮，通過自然資源的合理利用與保護(hù)、生產(chǎn)力布局、城鄉(xiāng)布局等手段，促進(jìn)各種資源要素的空間流動(dòng)，優(yōu)化空間結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)空間協(xié)調(diào)發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)統(tǒng)籌區(qū)域發(fā)展、統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展、統(tǒng)籌經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、統(tǒng)籌人與自然和諧發(fā)展、統(tǒng)籌國內(nèi)發(fā)展與對(duì)外開放的要求。

二、聚類分析方法的應(yīng)用

土地利用功能分區(qū)的方法有多種，經(jīng)驗(yàn)法、指標(biāo)法、類型法、重疊法和系統(tǒng)聚類法等。系統(tǒng)聚類法有較嚴(yán)格的理論基礎(chǔ)和計(jì)算方法。將研究對(duì)象分成若干個(gè)等價(jià)類，根據(jù)對(duì)某一研究對(duì)象進(jìn)行客觀的定量分類，從而提高分類指導(dǎo)的針對(duì)性。分析結(jié)果可靠、準(zhǔn)確，能反映客觀實(shí)情。這種方法不需要事先知道分類對(duì)象有多少類，只是通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法最后客觀地形成一個(gè)分類系統(tǒng)。下面將詳細(xì)闡述分析步驟。

1、指標(biāo)選取

分區(qū)的指標(biāo)是指劃分各級(jí)單位所采用的定性和定量的標(biāo)準(zhǔn)，是分區(qū)目的、原則和依據(jù)的體現(xiàn)，也是區(qū)域單位間質(zhì)的差別的量度。分區(qū)指標(biāo)的選取應(yīng)遵循以下的原則：第一，反映土地功能分區(qū)的指導(dǎo)思想；第二，體現(xiàn)區(qū)域土地使用的特征和屬性；第三，注重單項(xiàng)指標(biāo)在其體系中的指示作用；第四，注重指標(biāo)選取的可行性、可操作性及相對(duì)完備性；第五，含義簡捷，易于獲取，代表的信息量大。

2、采用“Z-score標(biāo)準(zhǔn)化”進(jìn)行原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

由于不同的數(shù)據(jù)一般具有不同的量綱，根據(jù)系統(tǒng)聚類分析矩陣的要求，要對(duì)原始矩陣通過采用平移、標(biāo)準(zhǔn)化變換和平移、極差變換，經(jīng)過Z-score標(biāo)準(zhǔn)化后，消除了量綱的影響，其計(jì)算公式為：

式中：Y（ i，j） 為標(biāo)準(zhǔn)化后 i地區(qū) j類指標(biāo)數(shù)據(jù)；X（ i，j）為 i地區(qū) j類指標(biāo)原始數(shù)據(jù)；X（ j）為 j類指標(biāo)平均值；S（ j）為j類指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差。

3、相似性計(jì)算

采用歐氏距離法計(jì)算研究區(qū)各區(qū)域間土地利用的相似性系數(shù)，并按一定閾值標(biāo)準(zhǔn)，以相似性系數(shù)最大化為原則將土地利用最為相似的兩個(gè)單元?dú)w為一類型區(qū)。相似性系數(shù)的計(jì)算公式如下：

式中：R（ i，j）為 i區(qū)域與 k區(qū)域土地利用相似性系數(shù)；X（ i，j）為 i區(qū)域的 j指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值；X（k，j） 為k區(qū)域指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)值；n為研究區(qū)指標(biāo)總數(shù)。

4、區(qū)域劃分

最為相似的兩區(qū)域歸為同一類型區(qū)后，計(jì)算該類型區(qū)與第三步中其它尚未歸類的單元或其它類型區(qū)間土地利用相似性系數(shù)，并按第三步中公式進(jìn)行該類型區(qū)與其它區(qū)域或類型區(qū)歸類。設(shè)土地利用最為相似兩區(qū)域歸并的類型區(qū)域?yàn)镚a，則Ga與其它區(qū)域或者其他歸并區(qū)域的土地利用相似性系數(shù)R（a，i）計(jì)算公式如下：

式中：R（b，i）為Gb區(qū)域與Gi區(qū)域或類型區(qū)土地利用相似性系數(shù)；R（c，i）為Gc區(qū)域與Gi區(qū)域或類型區(qū)土地利用相似性系數(shù)；n1、n2、n3分別為 Ga、Gb、Gc所含的單元數(shù)。繼續(xù)進(jìn)一步歸并，直至將研究區(qū)域所有單元?dú)w并為同一個(gè)大的類型區(qū)域。最后按照土地利用相似性系數(shù)的一定閾值標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行實(shí)地校核，最終確定研究區(qū)土地利用地域分區(qū)結(jié)果。

三、實(shí)例研究

1、研究區(qū)概況

“水至此而夷，山至此而陵。”故名夷陵。夷陵區(qū)地處渝鄂交界區(qū)域，上控巴夔，下引荊襄，有“三峽門戶”之稱。夷陵區(qū)位于宜昌市北部，南北長103公里，東西寬約77公里，總面積3424平方公里，人口54.65萬，下轄1個(gè)街道（內(nèi)含開發(fā)區(qū)）、9個(gè)鎮(zhèn)、2個(gè)鄉(xiāng)，是宜昌市面積最大、人口數(shù)最多的區(qū)域。

2、分析過程

本文按行政區(qū)域的劃分以鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、街道為數(shù)據(jù)收集單元。聚類分析所用樣本和指標(biāo)分為研究區(qū)內(nèi)各鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、街道土地利用結(jié)構(gòu)中區(qū)域差別明顯且代表本區(qū)發(fā)展方向的指標(biāo)及各街道的人口和工業(yè)產(chǎn)值指標(biāo)（夷陵區(qū)工業(yè)產(chǎn)值占GDP比重很大。具體指標(biāo)如表1。

通過相似性分析可以得到各鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、街道之間的距離系數(shù)矩陣（表2）。

3、分區(qū)結(jié)果

通過聚類分析得到的樹狀圖如圖1，其中1—12依序代表表1中的各鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、街道。

聚類分析得到的分區(qū)結(jié)果：

區(qū)域一：小溪塔街道、龍泉鎮(zhèn)；

區(qū)域二：鴉鵲嶺鎮(zhèn)；

區(qū)域三：樂天溪鎮(zhèn)、三斗坪鎮(zhèn)、鄧村鄉(xiāng)；

區(qū)域四：太平溪；

區(qū)域五：樟村坪鎮(zhèn)、下堡坪鄉(xiāng)、霧渡河鎮(zhèn)、分鄉(xiāng)鎮(zhèn)、黃花鎮(zhèn)。

表1 聚類分析指標(biāo)選擇

表2 距離系數(shù)矩陣

圖1 聚類分析樹狀圖

參考行政區(qū)域界線的連續(xù)性以及除工業(yè)外其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況，對(duì)分區(qū)結(jié)果進(jìn)行修改，得到分區(qū)結(jié)果如下。

區(qū)域一：小溪塔街道；

區(qū)域二：龍泉鎮(zhèn)，鴉鵲嶺鎮(zhèn)；

區(qū)域三：樂天溪鎮(zhèn)、三斗坪鎮(zhèn)、鄧村鄉(xiāng)、太平溪鎮(zhèn)；

區(qū)域四：樟村坪鎮(zhèn)、下堡坪鄉(xiāng)、霧渡河鎮(zhèn)、分鄉(xiāng)鎮(zhèn)、黃花鎮(zhèn)。

四、功能分區(qū)及土地利用方向研究

1、區(qū)域一——商服文教及高新技術(shù)區(qū)

小溪塔街道是夷陵區(qū)政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，是全區(qū)最繁華、人口密度最大的地區(qū)。全區(qū)教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)條件、最有影響力的各類學(xué)校均坐落于小溪塔街道。位于小溪塔街道的夷陵經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展以“現(xiàn)代化、生態(tài)型、開放性”為基本思路，依托宜昌市水電、礦產(chǎn)品資源優(yōu)勢(shì)和交通、用地等優(yōu)良條件，突出發(fā)展輕型制造、精細(xì)化工、電子、食品飲料、紡織包裝、醫(yī)藥和新型建材等七大產(chǎn)業(yè)，逐步建成宜昌市主城區(qū)外圍重要的工業(yè)經(jīng)濟(jì)走廊，形成以發(fā)展新區(qū)為主體的集科研基地、環(huán)保工業(yè)為一體的生態(tài)高新技術(shù)區(qū)。

該區(qū)域非農(nóng)業(yè)用地需求大，商業(yè)、住宅用地發(fā)展迅猛。隨著集鎮(zhèn)的發(fā)展和擴(kuò)張，特別是近郊及道路附近非農(nóng)業(yè)用地需大量改變用途，各行各業(yè)征用土地的矛盾日益尖銳，為此，必須按照城鄉(xiāng)土地利用分區(qū)統(tǒng)籌安排，堅(jiān)持科學(xué)用地與保障民生相結(jié)合，在確保基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)穩(wěn)定的前提下，使土地資源的優(yōu)化利用同城市交通、經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展。此外，該區(qū)影響土地環(huán)境的因素眾多，在城鎮(zhèn)發(fā)展的過程中必須重視土地環(huán)境綜合治理。

2、區(qū)域二——特色輕工業(yè)園區(qū)

龍泉鎮(zhèn)、鴉鵲嶺鎮(zhèn)以小城鎮(zhèn)建設(shè)為載體，大力發(fā)展以食品工業(yè)為主的特色輕工業(yè)，加速推進(jìn)城鎮(zhèn)化進(jìn)程，取得了較好的效果，近年來多次榮獲湖北省百強(qiáng)鄉(xiāng)鎮(zhèn)等榮譽(yù)稱號(hào)。

該區(qū)域輕工業(yè)用地多為成片農(nóng)用土地流轉(zhuǎn)而來，在當(dāng)?shù)卣咧С窒拢糠止I(yè)園區(qū)獲取土地成本低。在企業(yè)發(fā)展特色輕工業(yè)帶動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)增長的同時(shí)，也出現(xiàn)了大量流轉(zhuǎn)土地閑置而未開發(fā)的現(xiàn)象。以提高土地利用效率為目的，建立輕工業(yè)園區(qū)用地評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，制定合理的單位土地面積投資額標(biāo)準(zhǔn)，是該區(qū)域土地利用合理發(fā)展的關(guān)鍵。

3、區(qū)域三——自然風(fēng)景生態(tài)旅游區(qū)

該區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)均在地域上靠近舉世聞名的三峽大壩，山清水秀、風(fēng)景如畫，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)按照“建設(shè)旅游名鎮(zhèn)，實(shí)現(xiàn)興鎮(zhèn)富民”的總體思路和“靠壩立鎮(zhèn)、旅游興鎮(zhèn)”的發(fā)展戰(zhàn)略，緊緊圍繞建設(shè)自然風(fēng)景生態(tài)區(qū)的目標(biāo)，以旅游發(fā)展統(tǒng)籌區(qū)域經(jīng)濟(jì)、政治、文化和社會(huì)全面發(fā)展。

旅游區(qū)的開發(fā)應(yīng)考慮土地的生態(tài)承載力，避免因過度開發(fā)而造成地理環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境保護(hù)的關(guān)系，合理規(guī)劃旅游用地，防止產(chǎn)生旅游設(shè)施侵占本可有其他更高利用價(jià)值的土地資源的現(xiàn)象，造成自然風(fēng)景旅游區(qū)內(nèi)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)扭曲及土地利用方式單一。

4、區(qū)域四——自然資源開發(fā)利用區(qū)

該區(qū)域礦產(chǎn)資源豐富，特別是樟村坪鎮(zhèn)的磷礦資源，物華天寶，得天獨(dú)厚。樟村坪鎮(zhèn)境內(nèi)磷礦資源富集，已探明儲(chǔ)量7.8億噸，占全省、全市磷礦資源的42%和80%以上，是亞洲第二大磷礦腹地，堪稱“中國磷礦之鄉(xiāng)”。礦產(chǎn)資源的開發(fā)帶動(dòng)了該區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)的繁榮發(fā)展，也促使了其從“窮鎮(zhèn)”到“富鎮(zhèn)”以至“名鎮(zhèn)”的轉(zhuǎn)變。

探明礦產(chǎn)資源并對(duì)其進(jìn)行開發(fā)，不可避免會(huì)造成土地的破壞和占用，為保障礦區(qū)土地和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，在該區(qū)的礦—地開發(fā)利用中應(yīng)遵循循環(huán)經(jīng)濟(jì)的原則和方法，對(duì)礦區(qū)土地進(jìn)行全生命周期的環(huán)境監(jiān)測(cè)與管理，建立生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，并在礦區(qū)土地復(fù)墾方面下大工夫。

[1]周生路、傅重林、王鐵成等：土地利用地域分區(qū)方法研究——以桂林市為例[J].土壤，2000（ 1）.

[2]曲晨曉：許昌市土地利用功能分區(qū)研究[J].中國土地科學(xué)，2008（ 11） .