基于主成分分析法的耕地整理潛力分析評價

摘要

根據江西省撫州市臨川區第二次調查更新數據和底圖，結合土地整治規劃和統計年鑒資料，建立了7個耕地潛力評價指標，運用SPSS軟件進行主成分分析，計算特征值和累計貢獻率，確定主成分個數;然后對主成分得分采用聚類分析方法計算，得到臨川區耕地整理潛力等級，為臨川區耕地整理提供科學依據。

關鍵詞 耕地整理;潛力;評價;主成分分析

中圖分類號 S28 "文獻標識碼 A "文章編號 0517-6611（2014）32-11510-02

Analysis and Evaluation of Cultivated Land Consolidation Potential Based on Principal Component Analysis—A Case Study in Linchuan

CHEN Ying， LIU Pinghui*

（College of Earth Sciences， East China Institute of Technology， Nanchang， Jiangxi 30013）

Abstract According to the second survey update data and base maps in Linchuan Region， Fuzhou City of Jiangxi Province， combined with land remediation planning and statistical yearbook data， 7 potential evaluation indicators of cultivated land were established. Using SPSS software to conduct principal component analysis， calculate the eigenvalues and the cumulative contribution rate， determine the number of principal components. Then the principal component score was calculated using cluster analysis method to obtain Linchuan arable land readjustment potential level， which will provide a scientific basis for the Linchuan farmland consolidation.

Key words "Arable land consolidation; Potential; Evaluation; Principle component analysis

隨著經濟全球化和城市化的快速發展，對不可再生的土地資源的需求量越來越大，同時對土地資源的過度開發和不適當開墾造成了環境破壞，進一步加劇人與自然的矛盾。耕地整理是土地整理的重要內容之一，可以增加有效耕地面積，提升耕地整體質量，保障國家糧食安全，實現耕地總量動態平衡[1]。

1 指標選取、數據來源與研究方法

1.1 指標選取與數據來源

根據2010年臨川區第二次土地調查更新數據和統計年鑒、臨川區土地整治規劃（2011-2015）、臨川區土地利用總體規劃（2006-2020）及實際調研收集的數據和資料，構建了耕地整理潛力評價指標體系，包括新增耕地系數、耕地單產潛力指數、投入產出率、排水灌溉基礎設施配套潛力、農民人均收入、農業人口、林地面積年增長量等7個評價指標[2]。各指標原始數值見表1。

1.2 研究方法

運用主成分分析和聚類分析方法進行研究。耕地整理潛力評價指標體系是由多個指標組成，由于每個指標值具有綱量，數據差異大，為了讓指標具有可比性，原始數據要經過標準化處理，即將指標值都轉化為無量綱判別的標準值。可以運用標準化方法對各個指標進行標準化處理[3]，公式為：

Hij=Xi-XjS

其中：Xj=1n∑ni=1Xi

S=1n∑ni=1（Xij-Xj）2

式中，i，j=1，2，3，…，n（鄉鎮個數）;Hij為第j個指標中第i個數據的標準化值;

Xij為第i個鄉鎮的第 j個指標的實際值;

Xj為第j個指標的平均值。

表1 " " " " " " " " " 臨川區耕地整理潛力指標原始值

行政區新增耕

地系數

%耕地單產

提高量

kg/hm2投入

產出

率∥%農業機械

總動力

kW農民人均

純收入年

增長率∥%農業

人口

人林地面積

年增長量

hm2

唱凱鎮3.55240.63 5.1242 161.63 23.9645 2920.079

崇崗鎮2.38382.15 5.8334 614.29 9.2827 0717.213

大崗鎮3.37305.17 5.6957 670.45 13.2727 90711.231

東館鎮2.37633.19 8.5537 699.63 11.2318 6786.812

撫北鎮1.95143.52 2.937 237.13 13.246 7210.587

高坪鎮2.34578.56 7.9351 045.83 19.0533 74711.584

河埠鄉2.84470.23 7.1132 060.71 13.9411 6988.424

湖南鄉3.08157.24 3.8846 242.52 17.5542 8582.911

連城鄉2.54211.18 4.0923 202.39 20.1920 0723.333

龍溪鎮1.72312.23 4.6032 199.79 17.4417 47113.100

羅湖鎮2.78247.27 4.6461 337.40 14.7351 9522.417

羅針鎮3.14649.31 9.2738 230.24 13.0948 5110.195

茅排鄉2.34392.31 5.913 670.04 19.506 46114.568

鵬田鄉2.23702.49 9.2023 269.99 19.7212 1947.153

七里崗鄉3.97383.34 6.9622 628.12 17.5222 2463.272

青泥鎮3.70388.89 6.8327 467.36 12.3929 1933.110

秋溪鎮1.99386.89 5.6043 731.44 16.3425 7015.062

榮山鎮2.27348.83 5.3946 489.77 16.2522 76021.525

上頓渡鎮2.49536.19 7.5854 755.67 16.9359 1761.861

嵩湖鄉2.69311.59 5.2838 728.60 14.9923 4853.775

太陽鎮2.60324.91 5.3623 256.47 17.3221 9192.420

騰橋鎮2.78363.42 5.9059 597.61 11.2426 21413.717

桐源鄉2.75328.83 5.5137 207.85 12.9325 55011.612

溫泉鎮3.02716.95 9.9143 360.57 14.6231 5004.613

孝橋鎮2.1698.33 2.5923 248.75 18.2625 4290.045

云山鎮3.15329.99 5.8144 608.00 16.1935 3499.297

展坪鄉3.33593.87 8.8022 277.73 15.1819 7385.551

2 結果與分析

2.1 耕地整理潛力主成分分析

將標準化處理后的數據導入SPSS16.0軟件，可以得出前4個主成分特征值分為λ1=2.232，λ2=1.801，λ3=1.277，λ4=0.891，累計貢獻率E=e1+e2+e3+e4=88.604%gt;85%，說明前4個主成分就可以反映原指標信息的88.604%，所以只要選取前4個指標即可。依據以下公式可以得到臨川區27個鄉鎮的4個主成分得分值（表2）。相應公式為：

F1=0.207X1+0.361X2+0.234X3+0.39X4-0.134X5+0.223X6-0.008X7

F2=0.225X1-0.29X2+0.273X3-0.233X4+0.116X5+0.439X6-0.292X7

F3=-0.29X1-0.129X2+0.504X3-0.185X4-0.339X5+0.088X6+0.520X7

F4=-0.328X1+0.182X2+0.178X3+0.108X4+0.905X5+0.189X6+0.287X7

表2 臨川區各鄉鎮耕地整理潛力主成分得分

鄉鎮名稱F1F2F3F4

唱凱鎮-0.153 8 2.067 2 -1.365 8 1.549 8

崇崗鎮0.022 7 -0.395 1 0.908 2 -1.618 4

大崗鎮0.407 7 0.529 6 1.229 3 -0.678 0

東館鎮0.939 1 -1.292 9 0.262 9 -0.754 0

撫北鎮-2.169 7 -0.489 0 -0.529 7 -1.663 7

高坪鎮0.822 8 -0.368 7 0.586 2 1.977 5

河埠鄉0.148 0 -0.978 9 -0.079 3 -0.613 8

湖南鄉-0.477 6 1.782 4 0.127 8 0.052 8

連城鄉-1.377 5 0.333 3 -0.827 3 0.584 6

龍溪鎮-1.167 2 -0.787 7 0.999 4 1.039 1

羅湖鎮0.269 1 1.922 1 0.962 5 -0.128 5

羅針鎮1.856 0 0.337 6 -0.838 7 -0.551 8

茅排鄉-1.221 5 -1.734 3 -0.630 9 0.982 6

鵬田鄉0.479 6 -1.747 9 -1.164 8 1.551 7

七里崗鄉0.241 3 0.229 9 -1.708 2 -0.621 1

青泥鎮0.532 7 0.275 6 -0.830 5 -1.740 1

秋溪鎮-0.322 8 -0.041 5 0.485 8 0.536 8

榮山鎮-0.369 2 -0.784 9 2.071 2 1.165 1

上頓渡鎮1.308 7 1.182 1 0.147 1 1.123 5

嵩湖鄉-0.348 6 0.265 4 0.040 0 -0.510 0

太陽鎮-0.702 9 0.015 1 -0.841 6 -0.071 0

騰橋鎮0.436 9 -0.064 8 1.980 3 -0.687 3

桐源鄉-0.158 9 -0.228 3 0.912 3 -0.654 7

溫泉鎮1.809 4 -0.568 5 -0.557 6 0.107 6

孝橋鎮-1.888 8 0.846 9 -0.480 4 -0.031 8

云山鎮0.206 7 0.602 9 0.425 6 0.140 1

展坪鄉0.877 7 -0.907 8 -1.283 9 -0.487 2

2.2 主成分得分的聚類分析

運用SPSS16.0軟件進行聚類分析，將臨川區27個鄉鎮按照4個主成分得分采用系統聚類分析方法進行分類。其中分析過程采用類平均法，選擇歐氏距離，根據聚類譜系圖得出臨川區土地整治耕地潛力等

級分布（圖1）和臨川區27個鄉鎮的耕地整理潛力級別劃分

結果（表3）[4]。

圖1 " "臨川區耕地整理潛力等級分布

表3 " " " " " " " " " " "臨川區耕地整理潛力級別劃分結果

序號潛力等級鄉鎮名稱

1一級唱凱鎮

2

二級

崇崗鎮 大崗鎮 東館鎮 河埠鄉 湖南鄉 羅湖鎮 羅針鎮 七里崗鄉 青泥鎮 秋溪鎮 嵩湖鄉 騰橋鎮 桐源鄉 溫泉鎮 云山鎮 展坪鄉

3三級撫北鎮 連城鄉 太陽鎮 孝橋鎮

4四級高坪鎮 龍溪鎮 榮山鎮 上頓渡鎮

5五級茅排鄉 鵬田鄉

3 結語

主成分分析方法和聚類分析方法相結合，不僅完善了以往只按照“新增耕地系數”這一指標來計算耕地整理潛力大小的傳統方法，而且能夠更加科學客觀地評價耕地整理潛力的等級。主成分分析法是通過線性變化，將原來多個指標組合成少數幾個能反映總體信息的指標，然后對幾個主成分的得分做聚類分析，與以往按照主成分總分值來確定潛力大小有很大區別，有利于減少人為干擾因素[5]。

參考文獻

[1]

劉黎明.土地資源學[M].北京： 中國農業大學出版社， 2004.

[2] 唐秀美，潘瑜春，劉玉，等.基于耕地系數和預評價法的耕地整治潛力測算方法[J].農業工程學報，2014，30（1）：211-218.

[3] 徐建華.現代地理學中的數學方法[M]. 北京：高等教育出版社，1994.

[4] 張仕超，魏朝富.區域土地開發整理新增耕地的潛力及其貢獻分析[J]. 農業工程學報，2010，26（S1）：312-319.

[5] 朱恒峰.大連旅順口區耕地整理潛力分級方法探討[J]. 國土資源導刊，2004（3）：16-19.