基于聚类分析的宜昌市夷陵区土地利用功能分区研究

○陈 双 高智玲

（湖北大学商学院 湖北 武汉 430062）

一、土地利用功能分区相关理论

1、土地利用功能分区的概念

土地利用功能分区是在分析行政区域内不同地区的功能定位、发展方位、发展现状和发展潜力、资源环境承载力的基础上，根据区域发展和土地用途管制的要求，将本行政区域划分为若干个功能区片。在此基础上提出调控指标和措施，有针对性地制定管理政策，实行差别化管理。

马智民等认为，土地利用功能分区就是依照研究区域内土地的自然质量和自然环境条件，以及在当前社会经济和技术条件下土地空间的科学合理利用及其相互关系，将研究区域划分为功能不同的土地区域。

张洁瑕等在对土地利用功能分区内涵的阐述中指出，土地利用功能内涵就是通过因地制宜的土地利用，形成合理的土地利用结构，体现土地利用的经济功能、社会功能和生态环境功能，并在明确三大功能分异规律的基础上，根据区域发展的要求，将区域划分为若干个功能分区，提出调控指标、措施及利用方向。

国土资源部2010年6月27日发布的国家土地管理行业标准《市（地）级土地利用总体规划编制规程》中，对土地利用功能分区进行了明确定义，是指为合理利用土地，控制和引导土地利用的主要功能，依据区域土地资源的特点和经济社会发展需要划定的空间区域。一般包括基本农田集中区、一般农业发展区、城镇村发展区、独立工矿区、生态环境安全控制区、自然与文化遗产保护区等土地利用功能区类型。林、牧业比较发达的地区，可以划定林业发展区和牧业发展区。

综上可以看出，土地利用功能分区的内涵可以归纳为以下几个方面。

（1）土地利用功能分区的根本目的在于控制和引导土地利用的主要功能，从而更加合理地利用土地。

（2）土地利用功能分区的依据是研究区域土地资源的特点和未来经济社会发展的需要。

（3）土地利用功能分区所划分出的“区”，要体现土地利用的功能。土地利用的功能可以分为经济功能、社会功能和生态环境功能三大类，但从土地利用角度而言，可以进一步分为基本农田集中区、一般农业发展区、城镇村发展区、独立工矿区、生态环境安全控制区、自然与文化遗产保护区、林业发展区、牧业发展区等土地利用功能区类型。

（4）从第三轮规划修编的实际来看，市（地）级土地利用总体规划中的功能分区对县（乡）级土地利用总体规划土地用途分区起着指导和控制作用。

2、土地利用功能分区的理论基础

（1）区域差异理论

土地利用作为人类利用自然、改造自然的一种社会经济活动，这种社会经济活动存在于区域之中，便构成了土地利用区域。因此，土地利用分区的首要理论基础就是土地利用的区域差异规律。就土地利用功能区而言，它是土地利用功能的区域表现，土地利用功能分区就是对土地利用功能的区域划分。各地的自然与社会经济条件、土地资源与土地利用状况、发展方向和措施不同，进而产生区内相似性与区间差异性，这是进行分区的基础依据。与其他分区（或区划）一样，土地利用功能分区也是以区内相似性和区间差异性特征为基础，采用归纳相似性与区分差异性这一原理，划分出不同的土地利用功能区。

（2）主体功能区划理论

主体功能区是指在对不同区域的资源环境承载能力、现有开发密度和发展潜力等要素进行综合分析的基础上，根据区域相对优势将其确定为特定主体功能空间单元并明确发展方向的一种区划类型。划分为优化开发、重点开发、限制开发和禁止开发6类开发区。主体功能区划不同于以往的各类经济区划和专项规划，是我国现阶段加强国土空间管理、落实科学发展观和实施可持续发展战略的一项重大创新和探索。

（3）土地利用功能与土地适宜性评价理论

土地利用功能是指土地提供产品和服务的能力。土地适宜性是指在一定条件下土地对某种用途的适宜与否及其适宜程度。土地适宜性评价是土地资源合理开发利用和整治保护的科学依据，也是进行土地利用总体规划、实现土地资源可持续利用的一项基本工作和重要内容。土地利用功能是由土地本身固有的适宜性与技术水平共同决定的。而在一定的技术条件下，土地固有的适宜性主要是由构成土地的自然因素所决定的。由此，在进行土地利用功能分区时，应集中体现土地多种功能之中的主体功能要求，也就是土地适宜性评价中的“主宜性”问题。

（4）统筹区域协调发展理论

区域协调发展是共同发展，定义为区域社会、经济、环境等诸因素的协调发展。统筹区域协调发展，就是把各种层次的区域纳入到国民经济与社会发展全局之中进行通盘筹划，综合考虑，通过自然资源的合理利用与保护、生产力布局、城乡布局等手段，促进各种资源要素的空间流动，优化空间结构，实现空间协调发展，最终实现统筹区域发展、统筹城乡发展、统筹经济社会发展、统筹人与自然和谐发展、统筹国内发展与对外开放的要求。

二、聚类分析方法的应用

土地利用功能分区的方法有多种，经验法、指标法、类型法、重叠法和系统聚类法等。系统聚类法有较严格的理论基础和计算方法。将研究对象分成若干个等价类，根据对某一研究对象进行客观的定量分类，从而提高分类指导的针对性。分析结果可靠、准确，能反映客观实情。这种方法不需要事先知道分类对象有多少类，只是通过数理统计方法最后客观地形成一个分类系统。下面将详细阐述分析步骤。

1、指标选取

分区的指标是指划分各级单位所采用的定性和定量的标准，是分区目的、原则和依据的体现，也是区域单位间质的差别的量度。分区指标的选取应遵循以下的原则：第一，反映土地功能分区的指导思想；第二，体现区域土地使用的特征和属性；第三，注重单项指标在其体系中的指示作用；第四，注重指标选取的可行性、可操作性及相对完备性；第五，含义简捷，易于获取，代表的信息量大。

2、采用“Z-score标准化”进行原始数据标准化

由于不同的数据一般具有不同的量纲，根据系统聚类分析矩阵的要求，要对原始矩阵通过采用平移、标准化变换和平移、极差变换，经过Z-score标准化后，消除了量纲的影响，其计算公式为：

式中：Y（ i，j） 为标准化后 i地区 j类指标数据；X（ i，j）为 i地区 j类指标原始数据；X（ j）为 j类指标平均值；S（ j）为j类指标标准差。

3、相似性计算

采用欧氏距离法计算研究区各区域间土地利用的相似性系数，并按一定阈值标准，以相似性系数最大化为原则将土地利用最为相似的两个单元归为一类型区。相似性系数的计算公式如下：

式中：R（ i，j）为 i区域与 k区域土地利用相似性系数；X（ i，j）为 i区域的 j指标标准化值；X（k，j） 为k区域指标标准化指标值；n为研究区指标总数。

4、区域划分

最为相似的两区域归为同一类型区后，计算该类型区与第三步中其它尚未归类的单元或其它类型区间土地利用相似性系数，并按第三步中公式进行该类型区与其它区域或类型区归类。设土地利用最为相似两区域归并的类型区域为Ga，则Ga与其它区域或者其他归并区域的土地利用相似性系数R（a，i）计算公式如下：

式中：R（b，i）为Gb区域与Gi区域或类型区土地利用相似性系数；R（c，i）为Gc区域与Gi区域或类型区土地利用相似性系数；n1、n2、n3分别为 Ga、Gb、Gc所含的单元数。继续进一步归并，直至将研究区域所有单元归并为同一个大的类型区域。最后按照土地利用相似性系数的一定阈值标准，并进行实地校核，最终确定研究区土地利用地域分区结果。

三、实例研究

1、研究区概况

“水至此而夷，山至此而陵。”故名夷陵。夷陵区地处渝鄂交界区域，上控巴夔，下引荆襄，有“三峡门户”之称。夷陵区位于宜昌市北部，南北长103公里，东西宽约77公里，总面积3424平方公里，人口54.65万，下辖1个街道（内含开发区）、9个镇、2个乡，是宜昌市面积最大、人口数最多的区域。

2、分析过程

本文按行政区域的划分以乡、镇、街道为数据收集单元。聚类分析所用样本和指标分为研究区内各乡、镇、街道土地利用结构中区域差别明显且代表本区发展方向的指标及各街道的人口和工业产值指标（夷陵区工业产值占GDP比重很大。具体指标如表1。

通过相似性分析可以得到各乡、镇、街道之间的距离系数矩阵（表2）。

3、分区结果

通过聚类分析得到的树状图如图1，其中1—12依序代表表1中的各乡、镇、街道。

聚类分析得到的分区结果：

区域一：小溪塔街道、龙泉镇；

区域二：鸦鹊岭镇；

区域三：乐天溪镇、三斗坪镇、邓村乡；

区域四：太平溪；

区域五：樟村坪镇、下堡坪乡、雾渡河镇、分乡镇、黄花镇。

表1 聚类分析指标选择

表2 距离系数矩阵

图1 聚类分析树状图

参考行政区域界线的连续性以及除工业外其他产业的发展情况，对分区结果进行修改，得到分区结果如下。

区域一：小溪塔街道；

区域二：龙泉镇，鸦鹊岭镇；

区域三：乐天溪镇、三斗坪镇、邓村乡、太平溪镇；

区域四：樟村坪镇、下堡坪乡、雾渡河镇、分乡镇、黄花镇。

四、功能分区及土地利用方向研究

1、区域一——商服文教及高新技术区

小溪塔街道是夷陵区政治、经济、文化中心，是全区最繁华、人口密度最大的地区。全区教学质量、教学条件、最有影响力的各类学校均坐落于小溪塔街道。位于小溪塔街道的夷陵经济开发区产业发展以“现代化、生态型、开放性”为基本思路，依托宜昌市水电、矿产品资源优势和交通、用地等优良条件，突出发展轻型制造、精细化工、电子、食品饮料、纺织包装、医药和新型建材等七大产业，逐步建成宜昌市主城区外围重要的工业经济走廊，形成以发展新区为主体的集科研基地、环保工业为一体的生态高新技术区。

该区域非农业用地需求大，商业、住宅用地发展迅猛。随着集镇的发展和扩张，特别是近郊及道路附近非农业用地需大量改变用途，各行各业征用土地的矛盾日益尖锐，为此，必须按照城乡土地利用分区统筹安排，坚持科学用地与保障民生相结合，在确保基本农田保护区稳定的前提下，使土地资源的优化利用同城市交通、经济协调发展。此外，该区影响土地环境的因素众多，在城镇发展的过程中必须重视土地环境综合治理。

2、区域二——特色轻工业园区

龙泉镇、鸦鹊岭镇以小城镇建设为载体，大力发展以食品工业为主的特色轻工业，加速推进城镇化进程，取得了较好的效果，近年来多次荣获湖北省百强乡镇等荣誉称号。

该区域轻工业用地多为成片农用土地流转而来，在当地政策支持下，部分工业园区获取土地成本低。在企业发展特色轻工业带动当地经济增长的同时，也出现了大量流转土地闲置而未开发的现象。以提高土地利用效率为目的，建立轻工业园区用地评价指标体系，制定合理的单位土地面积投资额标准，是该区域土地利用合理发展的关键。

3、区域三——自然风景生态旅游区

该区乡镇均在地域上靠近举世闻名的三峡大坝，山清水秀、风景如画，各乡镇按照“建设旅游名镇，实现兴镇富民”的总体思路和“靠坝立镇、旅游兴镇”的发展战略，紧紧围绕建设自然风景生态区的目标，以旅游发展统筹区域经济、政治、文化和社会全面发展。

旅游区的开发应考虑土地的生态承载力，避免因过度开发而造成地理环境风险；协调经济与环境保护的关系，合理规划旅游用地，防止产生旅游设施侵占本可有其他更高利用价值的土地资源的现象，造成自然风景旅游区内产业结构扭曲及土地利用方式单一。

4、区域四——自然资源开发利用区

该区域矿产资源丰富，特别是樟村坪镇的磷矿资源，物华天宝，得天独厚。樟村坪镇境内磷矿资源富集，已探明储量7.8亿吨，占全省、全市磷矿资源的42%和80%以上，是亚洲第二大磷矿腹地，堪称“中国磷矿之乡”。矿产资源的开发带动了该区乡镇经济的繁荣发展，也促使了其从“穷镇”到“富镇”以至“名镇”的转变。

探明矿产资源并对其进行开发，不可避免会造成土地的破坏和占用，为保障矿区土地和环境可持续发展，在该区的矿—地开发利用中应遵循循环经济的原则和方法，对矿区土地进行全生命周期的环境监测与管理，建立生态补偿机制，并在矿区土地复垦方面下大工夫。

[1]周生路、傅重林、王铁成等：土地利用地域分区方法研究——以桂林市为例[J].土壤，2000（ 1）.

[2]曲晨晓：许昌市土地利用功能分区研究[J].中国土地科学，2008（ 11） .