第２６卷第１期 ２０１０年２月 农业系统科学与综合研究 Ｖｏ１．２６．Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．，２０１０ ＳＹＳＴＥＭ ＳＣＩＥＮＣＥＳ ＡＮＤ ＣＯＭＰＲＥＨＥＮＳＩＶＥ ＳＴＵＤＩＥＳ ＩＮ ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＥ 基于主成分方法的黑龙江省土地开发适宜性评价 李德一 ，张树文 （１．中国科学院东北地理与农业生态研究所，吉林长春１３００１２；２．中国科学院研究生院，北京１０００４９） 摘要：选取资源环境和社会经济７大指标，采用主成分分析法对黑龙江省ｌ３个地级市土地开发适宜性进行了评价，以便 为主体功能区建设提供支持。结果表明：①哈尔滨市、大庆市、齐齐哈尔市和绥化市土地开发适宜性较高；②七台河市、 鸡西市、佳木斯市、双鸭山市、牡丹江市和鹤岗市土地开发适宜性中等；③伊春市、黑河市和大兴安岭地区开发适宜性较 低。该评价结果可以为宏观上把握黑龙江省土地开发潜力和主体功能区政策制定提供决策参考。表５，参７。 关键词：主体功能区；土地开发适宜性；主成分分析；黑龙江省 中图分类号：Ｆ３２３．２１１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—００６８（２０１０）０１—００７５—０５ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＣＡ Ｍｅｔｈｏｄ ＬＩ Ｄｅ—ｙｉ ．－．ＺＨＡＮＧ Ｓｈｕ—ｗｅｎ （１．Ｎｏｎｈｅａｓｔ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＧｅｏｇｒａｐｈｙ ａｎｄ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ Ｅｃｏｌｏｇｙ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｆＳｃｏｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００１２，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｇｒａｄｕａｔｅｄ Ｕｎｗｅｒｓｉ￣ｏｆＣｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｆＳｃｉｏｅｎｃｅ， １０００４９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｉｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｚｏｎｅ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｓ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｒｅｇｉｏｎａｌ ｈａｒｍｏｎｉｏｕｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ ｅｃｏｎｏ— ｍｙ ｇｒｅａｔｌｙ．Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｓｅｖｅｎ ｉｎｄｉｃｅｓ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｙ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｅｖａｌｕａｔｅｄ ｔｈｅ ｌａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｕｉｔａ— ｂｉｌｉｔｙ ｆ ｏ１ ３ ｒｅｇｉｏｎｓ ｉｎ Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ ｐｒｏｖｉｎｃｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＣＡ ｍｅｔｈｏｄ，ｗｈｉｃｈ ａｉｍｅｄ ｔｏ ｓｕｐｐｏｒｔ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｉｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｚｏｎｅ． ｈｅＴ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ：①ｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ ｔｈｅ ｃｉｔｉｅｓ ｏｆ Ｈａ’ｅｒｂｉｎ，Ｄａｑｉｎｇ，Ｑｉｑｉｈａ’ｅｒ ａｎｄ Ｓｕｉｈｕａ ｗａｓ ｈｉｇｈ；②Ｑｉｔｌａｈｅ，Ｊｉｘｉ，Ｊａｍｕｓｉ， Ｓｈｕａｎｇｙａｓｈａｎ，Ｍｕｄａｎｊｉａｎｇ ａｎｄ Ｈｅｇａｎｇ ｇｏｔ ｍｏｄｅｒａｔｅ ｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ；（￣）Ｙｉｃｈｕｎ，Ｈｅｉｈｅ ａｎｄ Ｄａｘｉｎｇ’ａｎｌｉｎｇ ｈａｄ ｌｏｗ ｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｆｏｒ ｌａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｐｏｌｉｃｙ ｍａｋｉｎｇ ｏｆｒ Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ ｐｒｏｖｉｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ ｐｒｏｖｉｎｃｅ；ｍａｉｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｚｏｎｅ；ｌａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ；ＰＣＡ ０ 引 言 随着我国国民经济的快速发展，资源环境问题日益突出。特别是近年来，地下水过度开采导致的地面 沉降１３趋严重，环境污染压力越来越大，冒进式的城市化对耕地的占用更是引起了专家和学者的广泛关 注…。《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》明确指出，要编制全国和省级主体功能区规划，把 国土空间划分为优化、重点、限制和禁止４类主体功能区。主体功能区规划是科学发展观的空间落实，规 划构想体现了区域战略由产业调整向空间调整的转变，也为新一轮的区域规划提供了良好的平台 ｊ，对 协调城市分工和产业布局，避免国土空间开发和建设的无序，实现城市发展和资源环境的协调有重要意 义。主体功能区划试图通过对资源环境承载力、社会经济发展水平和发展潜力等要素来进行地域综合划 分，国内众多学者对主体功能区理论和划分方法进行了探讨 ，但对主体功能区划中自然要素与人文要 素的集成方法仍缺乏深入的研究。通过选取资源环境和社会经济发展指标，采用主成分分析法（ＰＣＡ）对 黑龙江省土地开发适宜性进行了评价，以期为主体功能区建设提供支持。 １ 研究区概况 黑龙江省地理位置东经１２１。１３ ～１３５。０５ ，北纬４３。２２ 一５３。２４ ，总面积４５．４７万ｋｍ ，其中耕地面 收稿日期：２００８一ｌ１—２０；修回日期：２００９—０８—２７． 基金项目：黑龙江省发改委项目（２００８Ａ０１３）． 第一作者简介：李德一（１９８３一），男，山东枣庄人，在读博士，研究方向为ＧＩＳ在区域规划中的应用 通讯作者：张树文． ７６ 农业系统科学与综合研究 第２６卷 积１ １．６７万ｋｍ 。由大小兴安岭和松嫩平原、三江平原构成基本地形轮廓，属寒温带和温带大陆性季风气 候，多年平均气温一５℃～４￣Ｃ，年降水量４００ｍｍ一６００ｍｍ；山区多棕色针叶林土和山地棕壤土，平原多为 黑土、盐碱土、白浆土、沼泽土和草甸土等；植被包括寒温带针叶林、温带针阔混交林和温带草原３大类 型。现辖１３个地级市（地区），２００５年末总人ＶＩ ３ ８１６．８万人，ＧＤＰ产值５ ３０３万元。黑龙江省作为我国 重要的商品粮生产基地、森工基地和能源工业基地，在我国经济的发展过程中发挥了极其重要的作用，然 而自从改革开放以后，由于体制和结构等方面的原因，经济社会发展相对落后。随着国家振兴东北老工业 基地战略的实施，黑龙江省社会经济发展重新焕发活力，呈现良好的发展势头，新的集聚空间开始形成。 ２ 基于主成分方法的黑龙江省土地开发适宜性评价 ２．１主成分分析的计算步骤 主成分分析是一种把多个变量划为少数几个综合指标的多元统计方法 ］。使用该方法的目的并不是 去缩减多余的指标，而是通过全面分析各项指标的信息并从中提取一些潜在的综合性指标（即主成分）， 用主成分信息来计算综合得分，并据此进行土地开发适宜性评价。假设在土地开发适宜性评价系统中共有 ｎ个样本，每个样本需要 ， ：，…， 等Ｐ个评价指标来描述，则可得ｎ ｘｐ阶矩阵 Ｘｌ１ ： … － ］ ｘ＝Ｉｌ ２１ ２２ … ２Ｐ ｌ Ｊ … ｚ （１） 根据主成分分析的基本原理，其基本计算步骤如下： ①数据的标准化处理。 ＝ １，２，…，ｎ；Ｊ＝１，２，…，ｐ （２） 式中： 为第 个样本的第 个指标的原始数据；ｘｊ，ｓｊ分别为第 个指标原始数值的平均值和样本标准差。 ②计算矩阵（ ） 的相关系数矩阵尺。 ③求Ｒ的特征值Ａ ，Ａ ，…，Ａ ，以及对应的特征向量 ， ，…， 。这里有砉 ２＝１，其中¨ 表示向量ｕ 的第 个分量。 ④计算主成分贡献率及累计贡献率 主成分 的贡献率为 ｅ ＝ ∑Ａ （ｋ＝１，２，…，ｐ） （３） 累计贡献率为 ∑Ａ＾ Ｅ＝ Ｌ （ｋ＝１，２，…，ｍ；ｍ≤ｐ） ∑Ａ， 一（４） 般取Ｅ达到８５％时的特征值Ａ ，Ａ ，…，Ａ 所对应的ｍ个主成分ｚ。，ｚ ，…，ｚ 代表所需信 息。 ⑤计算主成分载荷： ｆ杆＝√Ａ ｕ （ｋ＝１，２，…，ｍ； ＝１，２，．．．，Ｐ） ⑥主成分得分： ＝（５） （６） ｌ∑ （ ＝１，２，…，ｍ； ＝１，２，…，Ｐ） ⑦综合评价得分ｚ ： Ｚ ＝∑ｅ （ ＝１，２，…，ｍ） （７） 根据综合评价得分的大小，就可以对土地开发适宜性进行评价。综合评价得分越大，说明越适宜开 第１期 李德一等：基于主成分方法的黑龙江省土地开发适宜性评价 发；反之，则不适宜开发。 ２．２评价指标的选取 黑龙江省土地开发适宜性主要受资源环境的支撑能力和现有开发水平的综合影响。选择２００５年黑龙 江省１３个市（地）人均耕地面积（ ，ｈｍ ・人 ）和人均水资源量（ ：，ｍ，・人 ）两个指标来表示 资源的支撑能力；选择ｓ０ 排放量（ ，万ｔ）和农业受灾面积（ ，万ｈｍ ）来表示环境的负载情况； 选择人口密度（ ，人・ｋｍ ）、人均ＧＤＰ（ ，万元・人 ）和公路密度（ ，，ｋｍ・ｋｍ ），来表示现 有开发水平，具体指标值见表１。 表１ 黑龙江省土地开发适宜性评价指标体系 注：资料来源于黑龙江省统计年鉴（２００５）。 ２．３评价结果分析 利用数据处理系统ＤＰＳ７．０５和ＥＸＣＥＬ中完成相关计算。对原始数据进行标准化后，根据相关系数矩 阵尺计算特征根Ａ、贡献率及其累计方差贡献率Ｅ（表２），累积贡献率代表主成分包含全部评价指标信 息的百分比。由表２可知，当ｍ＝４时，Ｅ＝９１．８７６％＞８５％，因此利用前４个主成分就可以代替原变量 系统进行分析。 表２各主成分的特征值及贡献率 根据公式（５），计算出各主成分在各评价指标上的载荷，这里仅列出前４个主成分的载荷（表３）。 从中可以看出，人口密度（ ）、公路密度（ ）、ＳＯ 排放量（ ）和农业受灾面积（ ）对第一主成分 贡献较大，这说明人口集聚程度，基础设施建设水平和环境负载状况对土地开发适宜性有较大影响；第二 主成分中，人均ＧＤＰ（ ）贡献较大，主要代表经济发展水平；第三主成分中，人均耕地面积（ ，）贡 献较大，主要代表资源支撑能力；第四主成分贡献因子不明显。另外，根据特征向量（表４）可得到各指 标与前４个主成分的线性关系： 彳ｌ：０．１８９ｘ １—０．４４５ｘ ２＋０．３９８ｘ ３＋０．３５３ｘ ４＋０．４７９ｘ ５＋０．１１３ｘ ６＋０．４９１ｘ ７ ２＝一０．４４０ｘ １—０．０３７ｘ ２＋０．４１０ｘ ３＋０．４１４ｘ ４＋０．１９５ｘ ５＋０．６１３ｘ ６＋０．２２９ｘ ７ ＝一０．７０２ｘ 】＋０．３９９ｘ ２—０．１９２ｘ ３＋０．３７９ｘ ４＋０．３２２ｘ ５＋０．１１４ｘ ６＋０．２２８ｘ ７ ７８ 农业系统科学与综合研究 第２６卷 表４主成分因子的特征向量 分别计算前４个主成分的得分，并根据主成分与相应的贡献率之积的和，计算综合得分ｚ ，可得各 地区土地开发适宜性的定量化描述，数值的大小代表偏离平均值的程度，得分越大，表明土地开发适宜性 越高（表５）。结果表明，省会哈尔滨市位列综合评价的第１位，土地开发适宜性最高，主要原因是哈尔 滨市社会和经济实力最强，但同时也应该看到，该市国土开发密度已经较高，资源和环境承载能力开始减 弱，难以继续支撑大规模的土地开发和建设活动，今后的发展应注重优化产业结构，改善区域生态环境质 量，以减轻资源环境的压力；大庆市、齐齐哈尔市和绥化市开发适宜性排在哈尔滨之后，这３个地区资源 环境承载能力较强，一定程度上能够提供大规模经济发展和人口集聚的空间，今后应提供宽松的经济发展 政策，大力推进工业化和城镇化进程，承接优化开发区的产业转移和限制开发区与禁止开发区的人ＶＩ转 移；七台河市、鸡西市、佳木斯市、双鸭山市、牡丹江市和鹤岗市属于第３梯队，建议在资源环境允许的 范围内进行一定的土地开发活动；伊春市、黑河市和大兴安岭土地开发适宜性较低，地区集聚经济和人口 的条件不够好，并且关系较大范围的生态安全，具有较强的水源涵养等生态系统服务功能，因此应严格控 制开发强度，并加大生态保护和环境建设力度。 表５ 黑龙江省土地开发适宜性综合评价结果（２００５年） 第１期 李德一等：基于主成分方法的黑龙江省土地开发适宜性评价 ３ 结语 土地开发适宜性评价涉及到人地关系复杂巨系统，其综合评价的数量化指标较多，采用ＰＣＡ方法对 其进行综合评价，可以在最大比例保存信息的前提下，抓住主要信息，并客观地确定权重，避免主观随意 性。从资源环境状况和社会经济发展水平等方面选择７大指标，采用主成分方法进行了黑龙江省土地开发 适宜性的评价，取得了良好的效果。 结果表明，哈尔滨市、大庆市、齐齐哈尔市和绥化市土地开发适宜性较高；七台河市、鸡西市、佳木 斯市、双鸭山市、牡丹江市和鹤岗市土地开发适宜性中等；伊春市、黑河市和大兴安岭地区开发适宜性较 低。该评价结果可以对黑龙江土地开发潜力和方向提供宏观上的把握，同时也为主体功能区的划分与区域 发展政策的制定提供参考。 参考 文献： ［１］ 陆大道，刘毅，樊杰，等．中国区域发展报告［Ｍ］．北京：商务印书馆，２００６． 『２］ 刘卫东，樊杰，周成虎．中国西部重点区域规划前期研究［Ｍ］．北京：商务印书馆，２００３． ［３］ 曹卫东．县域尺度的空间主体功能区划分初探［Ｊ］，水土保持通报，２００８，２８（２）：９３—９７． ［４］ 陈雯，孙伟，段学军，等．苏州地域开发适宜性分区［Ｊ］．地理学报，２００６，６１（８）：８３９—８４６． ［５］ 顾林，张晓明，刘晋嫒，等．盐城开发空间区划及其思考［Ｊ］．地理学报，２００７，６２（８）：４８７—４９８． ［６］ 陆玉麒，林康，张莉．市域空间发展类型区划分的方法探讨：以江苏省仪征市为例［Ｊ］．地理学报，２００７，６２（４）：３５１— ３６３． ［７］ 徐建华．现代地理学中的数学方法［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２００２．