基于RDA排序的現代農業園土地利用功能分區：以劍河縣南明鎮為例

劉 妮，舒英格，2＊，李林潼

（1.貴州大學 資源與環境工程學院，貴州 貴陽550025；2.貴州大學 農學院，貴州 貴陽550025）

農業是國民經濟發展的基礎產業[1]，在現代社會經濟快速發展的大背景下，我國正處于傳統農業向現代農業轉型的重要時期[2]。作為現代農業發展的有效平臺，現代農業園區發展興興向榮。現代農業園區是指依托現代農業科技的發展方式轉變，實行規?；洜I和培育主導產業，提高農業綜合生產能力和效益的可持續發展模式[3]。目前，有關園區的研究集中體現在現狀對策、建設發展與概念性規劃三方面，但對園區發展的核心資源—土地的重視和研究尚不夠。土地利用功能分區是土地資源合理配置的有效方式，科學合理的分區可以為土地利用的宏觀調控、土地利用結構的優化提供依據，并促進區域協調發展[4]?，F有的農業功能／土地利用區劃方法有星座圖法[5－6]、層次聚類分析法[7－12]、反規劃法[13]等，并取得了豐富成果，在確定主導產業的工作中發揮了重要作用。

功能群是把一系列對象歸為一個功能團體，使復雜的研究得以簡單化，實質是把大數據樣本以一定標準和原則進行類似或相似功能的集群，之后以這些集群為單元，研究系統組成、結構、功能、變化、調控等的簡化方法，且相同集群對相似的資源環境和干擾有相似的響應[14]，在生態學和環境科學的研究中已得到較好的應用[15－22]，排序是實現這一目標的重要手段之一[23]。功能分區與功能群的理念近似，都是依據主導因子對其功能進行劃分。然而目前未見排序分析法應用于現代農業園區土地利用功能分區的報道。為完善土地利用分區方法，探索基于排序分析進行土地利用功能分區的科學方法，采用該方法對貴州省劍河縣南明鎮的現代農業園區土地進行功能分區，以期對該方法的應用提供理論依據。

1 研究區概況及研究方法

1.1 研究區概況

南明鎮位于貴州省劍河縣東北部（N 26.85°～26.98°，E 108.95°～109.15°），距縣城110km，東與天柱縣、北與三穗縣接壤，西與劍河縣觀么鄉、南與劍河縣敏洞鄉比鄰，國土面積約221km2。2013年該鎮耕地總面積880hm2，農業總產值4 602萬元，糧食總產量7 640t，牲畜存欄27 941頭，禽類存欄40 000只，肉類總產量3 144t，禽蛋產量100t，水產品產量44.3t，是一個典型的農業大鎮。2013年該鎮總人口數為23 920人（其中農業人口22 536人，占全鎮人口的94.21%），以侗族和苗族為主的少數民族人口占全鎮總人口的99.8%。適宜的農業氣候，濃郁的民族風情，豐富的旅游資源（大河壩、金巖洞等），給南明鎮創造了發展生態休閑現代農業得天獨厚的條件。

1.2 分區指標的選擇與計算

現代農業園區土地利用功能分區是功能分區與特征分區的集合。因此，指標的選擇要根據現代農業的特點和人類活動的特征、土地利用情況等來確定。本研究通過專家決策與咨詢構建了現代農業園區土地利用功能分區指標，主要涉及土地利用結構水平、土地利用產出水平、農業社會經濟、農業科技和農業生態五個方面，具體見表1。

1.3 數據來源與處理

考慮到分區指標數據獲取的難易程度及便于管理，以行政村作為現代農業園區土地利用功能分區的基本單元，根據南明鎮2013年政府工作報告和統計年鑒、劍河縣村級基本情況調查表，進行指標數據的收集與整理，分別得到22個行政村的相關指標數據，詳見表2。不同指標的數據具有不同的單位和量綱，為了消除數量級和量綱對評價結果的影響，首先需要對數據進行標準化處理，這里采取極差標準化的方法對數據進行標準化處理。極差標準化就是將各變量值減去最小值后除以全距，處理以后的變量值的范圍在0～1 之間，根據以下公式計算，由Excel2010軟件完成。

式中，xij為標準化后的指標，xik為原數據，代表第i村第k個指標。根據此公式，將所有指標值標準化。

1.4 園區土地利用功能分區

樣本單元的相關指標統計數據是土地利用分區研究中最基本的數據類型之一。通常，每個樣本單元包含多個指標的數量信息。這樣的原始數據通常用多元數據來表示，一般一行代表一個樣本單元，一列代表一個指標因子（表3）。通常通過樣本單元與指標因子的數據結構特征與他們之間的關系的研究展開土地利用分區工作。排序（ordination）的過程就是在一個可視化的低維空間（通常是二維）重新排列這些樣方，使得樣方之間的距離最大程度地反映出平面散點圖內樣方之間的關系信息。排序是在判斷排序軸梯度長度的基礎上，采用冗余分析（Redundancy analysis，RDA）進行，由Canoco for Windows 4.5軟件完成；分區圖片的處理采用修正法和填充法，由corel draw 和GIS軟件共同完成。

表1 現代農業園區土地利用功能分區指標體系Table 1 The index system of modern agriculture park land use functional zoning

2 結果與討論

2.1 影響土地利用功能分區的主導因子

應用Canoco（4.5）軟件完成RDA 排序，分別排序行政村與評價指標之間的關系，需要建立2個如下矩陣。矩陣1由劍河縣南明鎮現代農業園區中各行政村組成。矩陣2由園區中22個行政村的17個指標因子如土地墾殖率、園地面積比重、人口密度、森林覆蓋率等組成。再根據前兩軸作出相關系數表（表4）與二維排序圖（圖1）。在RDA 排序圖中，各劃分因子用箭頭表示，箭頭連線的長短表示行政村與劃分因子相關性的大小，線越長，說明相關性越大，反之則?。患^之間的夾角越大代表著劃分因子的相關性越小，夾角越小，相關性越大。連線與排序軸的角度表明功能區劃分因子與排序軸的相關性大?。≒earson相關），夾角越小，相關性越大[24]。由表4和圖1可知，在RDA 分析中，典范軸解釋了總變量的74.7%，其中第一軸Axis 1（可解釋42.17%的變量）中相關系數前三位分別為土地墾殖率（0.973 4）、人口密度（0.951 4）和建設用地面積比（0.878 8）；第二軸（可解釋25.3%的變量）中相關系數前三位分別為農林牧漁業總產值（0.844 7）、土地利用率（0.789 5）和農民人均純收入（0.665 4）。因此將建設用地面積比、土地利用率、農林牧漁業總產值、人口密度、土地墾殖率、農民人均純收入等6個因子作為園區土地利用功能分區的主導因子。篩選出的主導因子是園區生態、社會經濟與土地利用程度不同方面的體現，能夠綜合全面的反映園區環境和現狀特點；而第三產業總產值、路網密度、設施農業規模比重等因子影響較小，其原因可能是（鎮）村第三產業和設施農業發展相對落后，通達性較差，主干道路較少，現狀數據多為0，這在一定程度上影響到系統聚類的結果。同時，該結果也表明RDA 排序分析方法能夠較好地反映研究區現狀，用于現代農業園區土地利用功能分區具有科學性和可行性。

圖1 園區土地利用功能分區因子排序Fig.1 Ordering of factors of land－use function district of park

表4 軸相關系數矩陣Table 4 The correlation coefficient matrix of axis

2.2 現代農業園區土地利用功能分區

2.2.1 功能分區 由選出的園區土地利用功能分區主導因子，結合主導因子在各個行政區的指標數據得到基于RDA 的行政村散點圖。在考慮分區后各功能區的行政體系完整性、實際情況和發展程度基礎上，對行政村散點圖進行功能區域劃分，其結果如圖2所示。

由圖2可見，各行政村在排序圖中的分布較為合理。其中南明鎮鎮政府所在的永興村，位于排序圖的最上方，獨立成Ⅰ區；勞動力和耕地資源較為豐富的平凡村、河口村和漂寨村形成區域Ⅱ；旅游、人文資源較為豐富的岑戈村、屯候村、小南村、凱寨村、孟優村、大洋村和坪洋村等7個行政村組成區域Ⅲ；位于圖中左下部分的升洞村、楊柳村、坡王村、八十村、平珍村、大坪村、桂花村、臺沙村、高興村、中寨村和桂丹村等11個行政村構成區域Ⅳ。具體功能分區行政圖見圖3。

圖2 基于RDA排序的現代農業園區土地利用功能分區Fig.2 The Land－use function district of modern agricultural park based on the RDA ordination

圖3 貴州省劍河縣南明鎮現代農業園區土地利用功能分區圖Fig.3 The land－use function district of modern agricultural park in Jianhe Nanming town of Guizhou

2.2.2 分區方案

根據分區結果，運用GIS 軟件，用不同顏色表示南明鎮現代農業園區劃分的各功能區。由圖3可見，整個園區被劃分為4個區。結合各區的社會經濟、土地利用程度與生態環境等現狀條件，定為以下4個功能區：

1）綜合服務區（Ⅰ區）。該區包括南明鎮的永興村，國土面積共2 057.34hm2，占全鎮面積的9.14%。永興村為南明鎮政府所在地，基礎設施相對齊全，交通便利。綜合服務區毗鄰其他三大功能區，處于核心樞紐位置，可充分發揮其基礎配套服務的功能，亦方便園區的日常管理與經營。該區未來的發展定位為打造富有鄉村特色的現代型服務區，主要的服務功能有游客接待（食、宿、購物、娛樂）、園區的管理辦公等。該區的發展應充分結合苗族、侗族少數民族特色（2013年該鎮少數民族人口占總人口的99.8%），打造民族特色農家小院、苗／侗族主題酒店、購物集市、農家風味小吃街等，開展農家農俗民俗的參與體驗型園區活動項目，為游客提供周全便利的服務、提供富有民族特色的餐飲、住宿及多樣化的農家活動項目，以此樹立園區的特色和品牌。

2）農業生產區（Ⅱ區）。該區包括平凡、河口和漂寨3個村，國土面積共1 210.88hm2，土地墾殖率高（11.29%）、人口密度較大（237人／km2）。豐富的勞動力資源和連片耕地布局，便于該區農業的生產發展和集中式規?；a與管理。該區功能主要為園區提供農產品服務，輸送原材料和出口農產品，為園區發展提供物質保障，并能容納農村社會勞動力就業；在進一步的規劃布局時，生產區的發展應布局在遠離游客活動密集的位置，形成封閉獨立的功能區域，以此防止游客對農作物的破壞。

3）業區（Ⅲ區）。該區分布在農業生產區的周圍，包括屯候、凱寨、孟優等共7 個村，國土面積8 936.69hm2，年農業綜合產值最高，達269.29萬元。該區有六洞河穿孟優、凱寨、大洋和坪洋4村而過，孟優溪和小楠溪分布其中；小南村內擁有仙人洞、空山龍壩雙鼻孔洞等溶洞群，有參天古樹映襯下的清朝石拱橋等旅游資源，良好的生態環境、充足的水資源，豐富的景觀資源為休閑農業的發展提供了先決條件，奠定了功能方向基礎。該區在發展農業（作物種植和水產養殖）的同時，應積極拓展園區觀光、度假等生態休閑功能，適時發展垂釣、花卉等休閑觀光型農業，充分挖掘溶洞群等旅游資源和少數民族的人文環境資源潛力，使園區發展富有特色和吸引力，彰顯現代農業園區多功能性特點。

4）生態農牧區（Ⅳ區）。該區分布在南明鎮的東北角和西南角，國土面積10 298.61hm2，西南邊森林覆蓋率為77%，東北邊牧草地面積廣，占全鎮牧草地面積的58%。在未來的發展中應加大發展畜牧業、林下養殖業等生態產業，打造牧場參與性的農業活動項目，如放牧、騎馬等，充分挖掘了林下經濟，調動游客積極性，又助推當地的社會經濟發展。

3 結論

將22個行政村劃分為綜合服務區、農業生產區、休閑農業區和生態農牧業區4類功能區，實質是把大數據樣本按類似或相似功能進行集群的簡化方法，能夠有效預測和管理南明鎮土地利用與規劃。不同功能特性指示土地利用策略的不同角度與內容具有相關性和獨立性。研究采用土地利用結構水平、土地利用產出水平、農業社會經濟、農業科技和農業生態五個方面的因子進行土地利用功能分區，更有助于了解不同土地利用功能之間的差異性。功能分區結果與實地狀況相吻合，說明具有可行性和適用性。人口密度、土地利用率、農林牧漁業總產值、土地墾殖率等因子對主導功能分區具有指示作用，以其作為現代農業園區土地利用功能分區因子可提高準確性和可預見性，利于找到主要矛盾?？梢姡狙芯刻峁┝藙涌h南明鎮土地利用功能分區特性因子選擇和類型劃分的基礎，以功能區為單位來指導土地規劃與利用為今后的理論研究和土地資源管理奠定了堅實基礎，以便較好地發揮土地的生態功能和經濟功能。該方法在篩選分析指標的同時，避免減少信息損失，能夠對資料進行全面分析。本研究試圖將功能群的概念引入到現代農業園區土地利用功能分區中，對土地利用功能分區的方法進行完善。研究結果表明，通過系統聚類的結果與現代農業園區土地利用現狀相符，說明RDA 排序的方法適用于功能分區，該方法給予了農業園區土地利用規劃工作有益補充。

[1]張玉夔，駱高遠，牛若玲.現代農業園區發展研究——以鷹潭市白鶴湖農業示范園區規劃為例[J].湖南農業科學，2013（21）：108－112.

[2]李銅山.論農業多功能性及我國的發展方略[J].重慶社會科學，2007（5）：13－16.

[3]肖彩虹.現代農業示范區產業用地規劃研究——以常德市西湖區為例[D].武漢：華中農業大學，2012.

[4]馮紅燕，譚永忠，王慶日，等.中國土地利用分區研究綜述[J].中國土地科學，2010，24（8）：71－76.

[5]袁穗波，李 利.星座圖法在防護林功能經營區劃分中的應用[J].湖南林業科技，2000，27（1）：10－15.

[6]朱俊林，蔡崇法，楊 波，等.基于星座圖法的湖北省農業功能分區[J].長江流域資源與環境，2011，20（6）：666－671.

[7]言 迎，王應龍，楊 延.層次聚類分析法在土地利用分區中的應用——以益陽市南縣為例[J].內蒙古農業科技，2009（5）：83－85.

[8]呂敬堂，呂大明，張 浩.基于SPSS的農業功能聚類分區方法[J].中國農業資源與區劃，2010，31（1）：68－74.

[9]徐 博.黑龍江墾區五九七農場土地利用分區研究[D]，哈爾濱：東北農業大學，2013.

[10]趙榮欽，黃賢金，鐘太洋，等.聚類分析在江蘇沿海地區土地利用分區中的應用[J].農業工程學報，2010，26（6）：310－313.

[11]陳曉紅，王玉娟，萬魯河，等.基于層次聚類分析東北地區生態農業區劃研究[J].經濟地理，2012，32（1）：138－140.

[12]禹洋春，刁承泰，蔡 聯，等.基于聚類分析法的西南丘陵山區縣域土地利用分區研究[J].中國農學通報，2014，30（2）：227－232.

[13]張春柱，廖和平，秦偉山，等.淺析基于“反規劃”的土地利用規劃方法——以重慶市巫山縣為例[J].廣東土地科學，2010，9（4）：33－37.

[14]胡楠，范玉龍，丁圣彥.伏牛山森林生態系統灌木植物功能群分類[J].生態學報，2009，29（8）：4017－4025.

[15]臧潤國，張志東.熱帶森林植物功能群及其動態研究進展[J].生態學報，2010，30（12）：3289－3296.

[16]Benjamin D.Duval，Joseph C Blankinship，Paul Dijkstra et al.CO2effects on plant nutrient concentration depend on plant functional group and available nitrogen：a meta－analysis[J].Plant Ecology，2012，213：505－521.

[17]李祿軍，曾德慧，于占源.物種／功能群去除實驗及其在生態學中的應用[J].生態學報，2010，30（1）：197－240.

[18]Tomoyo Koyanagi，Yoshinobu Kusumoto，Shori Yamamoto et al.Grassland plant functional groups exhibit distinct time－lags in response to historical landscape change[J].Plant Ecology，2012，213：327－338.

[19]Chong－Bang Zhang，Shi－Sheng Ke，Jiang Wang et al.Responses of microbial activity and community metabolic profiles to plant functional group diversity in a full－scale constructed wetland[J].Geoderma，2011，160：503－508.

[20]L.A.Bermejo，L.de Nascimento，J.Mata et al.Responses of plant functional groups in grazed and abandoned areas of a Natural Protected Area[J].Basic and Applied Ecology，2012，13：312－318.

[21]Teresa Dias，Domingos Neto，Maria Amélia Martins－Lou ao et al.Patterns of nitrate reductase activity vary according to the plant functional group in a Mediterranean maquis[J].Plant Soil，2011，347：363－376.

[22]CR Rollinson，MW Kaye.Experimental warming alters spring phenology of certain plant functional groups in an early successional forest community[J].Global Change Biology，2012，18：1108－1116.

[23]Klaus S.Larsen，Anders Michelsen，Sven Jonasson et al.Nitrogen uptake during fall，winter and spring differs among plant functional groups in a subarctic heath ecosystem[J].Ecosystems，2012，15：927－939.

[24]丁獻華，畢潤成，閆 明.基于CCA 排序的霍山森林植物功能型劃分[J].重慶師范大學學報：自然科學版：2011，28（1）：64－67.

[25]劉世梁，郭旭東，連 鋼，等.黃土高原土壤養分空間變異的多尺度分析——以橫山縣為例[J].水土保持學報，2005，19（5）：105－108.