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摘要
根据江西省抚州市临川区第二次调查更新数据和底图，结合土地整治规划和统计年鉴资料，建立了7个耕地潜力评价指标，运用SPSS软件进行主成分分析，计算特征值和累计贡献率，确定主成分个数;然后对主成分得分采用聚类分析方法计算，得到临川区耕地整理潜力等级，为临川区耕地整理提供科学依据。
关键词 耕地整理;潜力;评价;主成分分析
中图分类号 S28 文献标识码 A 文章编号 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
隨着经济全球化和城市化的快速发展，对不可再生的土地资源的需求量越来越大，同时对土地资源的过度开发和不适当开垦造成了环境破坏，进一步加剧人与自然的矛盾。耕地整理是土地整理的重要内容之一，可以增加有效耕地面积，提升耕地整体质量，保障国家粮食安全，实现耕地总量动态平衡[1]。
1 指标选取、数据来源与研究方法
1.1 指标选取与数据来源
根据2010年临川区第二次土地调查更新数据和统计年鉴、临川区土地整治规划（2011-2015）、临川区土地利用总体规划（2006-2020）及实际调研收集的数据和资料，构建了耕地整理潜力评价指标体系，包括新增耕地系数、耕地单产潜力指数、投入产出率、排水灌溉基础设施配套潜力、农民人均收入、农业人口、林地面积年增长量等7个评价指标[2]。各指标原始数值见表1。
1.2 研究方法
运用主成分分析和聚类分析方法进行研究。耕地整理潜力评价指标体系是由多个指标组成，由于每个指标值具有纲量，数据差异大，为了让指标具有可比性，原始数据要经过标准化处理，即将指标值都转化为无量纲判别的标准值。可以运用标准化方法对各个指标进行标准化处理[3]，公式为：
Hij=Xi-XjS
其中：Xj=1n∑ni=1Xi
S=1n∑ni=1（Xij-Xj）2
式中，i，j=1，2，3，…，n（乡镇个数）;Hij为第j个指标中第i个数据的标准化值;
Xij为第i个乡镇的第 j个指标的实际值;
Xj为第j个指标的平均值。
表1 临川区耕地整理潜力指标原始值
行政区新增耕
地系数
%耕地单产
提高量
kg/hm2投入
产出
率∥%农业机械
总动力
kW农民人均
纯收入年
增长率∥%农业
人口
人林地面积
年增长量
hm2
唱凯镇3.55240.63 5.1242 161.63 23.9645 2920.079
崇岗镇2.38382.15 5.8334 614.29 9.2827 0717.213
大岗镇3.37305.17 5.6957 670.45 13.2727 90711.231
东馆镇2.37633.19 8.5537 699.63 11.2318 6786.812 抚北镇1.95143.52 2.937 237.13 13.246 7210.587
高坪镇2.34578.56 7.9351 045.83 19.0533 74711.584
河埠乡2.84470.23 7.1132 060.71 13.9411 6988.424
湖南乡3.08157.24 3.8846 242.52 17.5542 8582.911
连城乡2.54211.18 4.0923 202.39 20.1920 0723.333
龙溪镇1.72312.23 4.6032 199.79 17.4417 47113.100
罗湖镇2.78247.27 4.6461 337.40 14.7351 9522.417
罗针镇3.14649.31 9.2738 230.24 13.0948 5110.195
茅排乡2.34392.31 5.913 670.04 19.506 46114.568
鹏田乡2.23702.49 9.2023 269.99 19.7212 1947.153
七里岗乡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
秋溪镇1.99386.89 5.6043 731.44 16.3425 7015.062
荣山镇2.27348.83 5.3946 489.77 16.2522 76021.525
上顿渡镇2.49536.19 7.5854 755.67 16.9359 1761.861
嵩湖乡2.69311.59 5.2838 728.60 14.9923 4853.775
太阳镇2.60324.91 5.3623 256.47 17.3221 9192.420
腾桥镇2.78363.42 5.9059 597.61 11.2426 21413.717
桐源乡2.75328.83 5.5137 207.85 12.9325 55011.612
温泉镇3.02716.95 9.9143 360.57 14.6231 5004.613
孝桥镇2.1698.33 2.5923 248.75 18.2625 4290.045
云山镇3.15329.99 5.8144 608.00 16.1935 3499.297
展坪乡3.33593.87 8.8022 277.73 15.1819 7385.551
2 结果与分析
2.1 耕地整理潜力主成分分析
将标准化处理后的数据导入SPSS16.0软件，可以得出前4个主成分特征值分为λ1=2.232，λ2=1.801，λ3=1.277，λ4=0.891，累计贡献率E=e1+e2+e3+e4=88.604%>85%，说明前4个主成分就可以反映原指标信息的88.604%，所以只要选取前4个指标即可。依据以下公式可以得到临川区27个乡镇的4个主成分得分值（表2）。相应公式为：
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 临川区各乡镇耕地整理潜力主成分得分
乡镇名称F1F2F3F4
唱凯镇-0.153 8 2.067 2 -1.365 8 1.549 8
崇岗镇0.022 7 -0.395 1 0.908 2 -1.618 4
大岗镇0.407 7 0.529 6 1.229 3 -0.678 0
东馆镇0.939 1 -1.292 9 0.262 9 -0.754 0
抚北镇-2.169 7 -0.489 0 -0.529 7 -1.663 7
高坪镇0.822 8 -0.368 7 0.586 2 1.977 5
河埠乡0.148 0 -0.978 9 -0.079 3 -0.613 8
湖南乡-0.477 6 1.782 4 0.127 8 0.052 8
连城乡-1.377 5 0.333 3 -0.827 3 0.584 6
龙溪镇-1.167 2 -0.787 7 0.999 4 1.039 1
罗湖镇0.269 1 1.922 1 0.962 5 -0.128 5
罗针镇1.856 0 0.337 6 -0.838 7 -0.551 8
茅排乡-1.221 5 -1.734 3 -0.630 9 0.982 6
鹏田乡0.479 6 -1.747 9 -1.164 8 1.551 7
七里岗乡0.241 3 0.229 9 -1.708 2 -0.621 1
青泥镇0.532 7 0.275 6 -0.830 5 -1.740 1
秋溪镇-0.322 8 -0.041 5 0.485 8 0.536 8 荣山镇-0.369 2 -0.784 9 2.071 2 1.165 1
上顿渡镇1.308 7 1.182 1 0.147 1 1.123 5
嵩湖乡-0.348 6 0.265 4 0.040 0 -0.510 0
太阳镇-0.702 9 0.015 1 -0.841 6 -0.071 0
腾桥镇0.436 9 -0.064 8 1.980 3 -0.687 3
桐源乡-0.158 9 -0.228 3 0.912 3 -0.654 7
温泉镇1.809 4 -0.568 5 -0.557 6 0.107 6
孝桥镇-1.888 8 0.846 9 -0.480 4 -0.031 8
云山镇0.206 7 0.602 9 0.425 6 0.140 1
展坪乡0.877 7 -0.907 8 -1.283 9 -0.487 2
2.2 主成分得分的聚类分析
运用SPSS16.0软件进行聚类分析，将临川区27个乡镇按照4个主成分得分采用系统聚类分析方法进行分类。其中分析过程采用类平均法，选择欧氏距离，根据聚类谱系图得出临川区土地整治耕地潜力等
級分布（图1）和临川区27个乡镇的耕地整理潜力级别划分
结果（表3）[4]。
图1 临川区耕地整理潜力等级分布
表3 临川区耕地整理潜力级别划分结果
序号潜力等级乡镇名称
1一级唱凯镇
2
二级
崇岗镇 大岗镇 东馆镇 河埠乡 湖南乡 罗湖镇 罗针镇 七里岗乡 青泥镇 秋溪镇 嵩湖乡 腾桥镇 桐源乡 温泉镇 云山镇 展坪乡
3三级抚北镇 连城乡 太阳镇 孝桥镇
4四级高坪镇 龙溪镇 荣山镇 上顿渡镇
5五级茅排乡 鹏田乡
3 结语
主成分分析方法和聚类分析方法相结合，不仅完善了以往只按照“新增耕地系数”这一指标来计算耕地整理潜力大小的传统方法，而且能够更加科学客观地评价耕地整理潜力的等级。主成分分析法是通过线性变化，将原来多个指标组合成少数几个能反映总体信息的指标，然后对几个主成分的得分做聚类分析，与以往按照主成分总分值来确定潜力大小有很大区别，有利于减少人为干扰因素[5]。
参考文献
[1]
刘黎明.土地资源学[M].北京： 中国农业大学出版社， 2004.
[2] 唐秀美，潘瑜春，刘玉，等.基于耕地系数和预评价法的耕地整治潜力测算方法[J].农业工程学报，2014，30（1）：211-218.
[3] 徐建华.现代地理学中的数学方法[M]. 北京：高等教育出版社，1994.
[4] 张仕超，魏朝富.区域土地开发整理新增耕地的潜力及其贡献分析[J]. 农业工程学报，2010，26（S1）：312-319.
[5] 朱恒峰.大连旅顺口区耕地整理潜力分级方法探讨[J]. 国土资源导刊，2004（3）：16-19.
根据江西省抚州市临川区第二次调查更新数据和底图，结合土地整治规划和统计年鉴资料，建立了7个耕地潜力评价指标，运用SPSS软件进行主成分分析，计算特征值和累计贡献率，确定主成分个数;然后对主成分得分采用聚类分析方法计算，得到临川区耕地整理潜力等级，为临川区耕地整理提供科学依据。
关键词 耕地整理;潜力;评价;主成分分析
中图分类号 S28 文献标识码 A 文章编号 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
隨着经济全球化和城市化的快速发展，对不可再生的土地资源的需求量越来越大，同时对土地资源的过度开发和不适当开垦造成了环境破坏，进一步加剧人与自然的矛盾。耕地整理是土地整理的重要内容之一，可以增加有效耕地面积，提升耕地整体质量，保障国家粮食安全，实现耕地总量动态平衡[1]。
1 指标选取、数据来源与研究方法
1.1 指标选取与数据来源
根据2010年临川区第二次土地调查更新数据和统计年鉴、临川区土地整治规划（2011-2015）、临川区土地利用总体规划（2006-2020）及实际调研收集的数据和资料，构建了耕地整理潜力评价指标体系，包括新增耕地系数、耕地单产潜力指数、投入产出率、排水灌溉基础设施配套潜力、农民人均收入、农业人口、林地面积年增长量等7个评价指标[2]。各指标原始数值见表1。
1.2 研究方法
运用主成分分析和聚类分析方法进行研究。耕地整理潜力评价指标体系是由多个指标组成，由于每个指标值具有纲量，数据差异大，为了让指标具有可比性，原始数据要经过标准化处理，即将指标值都转化为无量纲判别的标准值。可以运用标准化方法对各个指标进行标准化处理[3]，公式为：
Hij=Xi-XjS
其中：Xj=1n∑ni=1Xi
S=1n∑ni=1（Xij-Xj）2
式中，i，j=1，2，3，…，n（乡镇个数）;Hij为第j个指标中第i个数据的标准化值;
Xij为第i个乡镇的第 j个指标的实际值;
Xj为第j个指标的平均值。
表1 临川区耕地整理潜力指标原始值
行政区新增耕
地系数
%耕地单产
提高量
kg/hm2投入
产出
率∥%农业机械
总动力
kW农民人均
纯收入年
增长率∥%农业
人口
人林地面积
年增长量
hm2
唱凯镇3.55240.63 5.1242 161.63 23.9645 2920.079
崇岗镇2.38382.15 5.8334 614.29 9.2827 0717.213
大岗镇3.37305.17 5.6957 670.45 13.2727 90711.231
东馆镇2.37633.19 8.5537 699.63 11.2318 6786.812 抚北镇1.95143.52 2.937 237.13 13.246 7210.587
高坪镇2.34578.56 7.9351 045.83 19.0533 74711.584
河埠乡2.84470.23 7.1132 060.71 13.9411 6988.424
湖南乡3.08157.24 3.8846 242.52 17.5542 8582.911
连城乡2.54211.18 4.0923 202.39 20.1920 0723.333
龙溪镇1.72312.23 4.6032 199.79 17.4417 47113.100
罗湖镇2.78247.27 4.6461 337.40 14.7351 9522.417
罗针镇3.14649.31 9.2738 230.24 13.0948 5110.195
茅排乡2.34392.31 5.913 670.04 19.506 46114.568
鹏田乡2.23702.49 9.2023 269.99 19.7212 1947.153
七里岗乡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
秋溪镇1.99386.89 5.6043 731.44 16.3425 7015.062
荣山镇2.27348.83 5.3946 489.77 16.2522 76021.525
上顿渡镇2.49536.19 7.5854 755.67 16.9359 1761.861
嵩湖乡2.69311.59 5.2838 728.60 14.9923 4853.775
太阳镇2.60324.91 5.3623 256.47 17.3221 9192.420
腾桥镇2.78363.42 5.9059 597.61 11.2426 21413.717
桐源乡2.75328.83 5.5137 207.85 12.9325 55011.612
温泉镇3.02716.95 9.9143 360.57 14.6231 5004.613
孝桥镇2.1698.33 2.5923 248.75 18.2625 4290.045
云山镇3.15329.99 5.8144 608.00 16.1935 3499.297
展坪乡3.33593.87 8.8022 277.73 15.1819 7385.551
2 结果与分析
2.1 耕地整理潜力主成分分析
将标准化处理后的数据导入SPSS16.0软件，可以得出前4个主成分特征值分为λ1=2.232，λ2=1.801，λ3=1.277，λ4=0.891，累计贡献率E=e1+e2+e3+e4=88.604%>85%，说明前4个主成分就可以反映原指标信息的88.604%，所以只要选取前4个指标即可。依据以下公式可以得到临川区27个乡镇的4个主成分得分值（表2）。相应公式为：
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 临川区各乡镇耕地整理潜力主成分得分
乡镇名称F1F2F3F4
唱凯镇-0.153 8 2.067 2 -1.365 8 1.549 8
崇岗镇0.022 7 -0.395 1 0.908 2 -1.618 4
大岗镇0.407 7 0.529 6 1.229 3 -0.678 0
东馆镇0.939 1 -1.292 9 0.262 9 -0.754 0
抚北镇-2.169 7 -0.489 0 -0.529 7 -1.663 7
高坪镇0.822 8 -0.368 7 0.586 2 1.977 5
河埠乡0.148 0 -0.978 9 -0.079 3 -0.613 8
湖南乡-0.477 6 1.782 4 0.127 8 0.052 8
连城乡-1.377 5 0.333 3 -0.827 3 0.584 6
龙溪镇-1.167 2 -0.787 7 0.999 4 1.039 1
罗湖镇0.269 1 1.922 1 0.962 5 -0.128 5
罗针镇1.856 0 0.337 6 -0.838 7 -0.551 8
茅排乡-1.221 5 -1.734 3 -0.630 9 0.982 6
鹏田乡0.479 6 -1.747 9 -1.164 8 1.551 7
七里岗乡0.241 3 0.229 9 -1.708 2 -0.621 1
青泥镇0.532 7 0.275 6 -0.830 5 -1.740 1
秋溪镇-0.322 8 -0.041 5 0.485 8 0.536 8 荣山镇-0.369 2 -0.784 9 2.071 2 1.165 1
上顿渡镇1.308 7 1.182 1 0.147 1 1.123 5
嵩湖乡-0.348 6 0.265 4 0.040 0 -0.510 0
太阳镇-0.702 9 0.015 1 -0.841 6 -0.071 0
腾桥镇0.436 9 -0.064 8 1.980 3 -0.687 3
桐源乡-0.158 9 -0.228 3 0.912 3 -0.654 7
温泉镇1.809 4 -0.568 5 -0.557 6 0.107 6
孝桥镇-1.888 8 0.846 9 -0.480 4 -0.031 8
云山镇0.206 7 0.602 9 0.425 6 0.140 1
展坪乡0.877 7 -0.907 8 -1.283 9 -0.487 2
2.2 主成分得分的聚类分析
运用SPSS16.0软件进行聚类分析，将临川区27个乡镇按照4个主成分得分采用系统聚类分析方法进行分类。其中分析过程采用类平均法，选择欧氏距离，根据聚类谱系图得出临川区土地整治耕地潜力等
級分布（图1）和临川区27个乡镇的耕地整理潜力级别划分
结果（表3）[4]。
图1 临川区耕地整理潜力等级分布
表3 临川区耕地整理潜力级别划分结果
序号潜力等级乡镇名称
1一级唱凯镇
2
二级
崇岗镇 大岗镇 东馆镇 河埠乡 湖南乡 罗湖镇 罗针镇 七里岗乡 青泥镇 秋溪镇 嵩湖乡 腾桥镇 桐源乡 温泉镇 云山镇 展坪乡
3三级抚北镇 连城乡 太阳镇 孝桥镇
4四级高坪镇 龙溪镇 荣山镇 上顿渡镇
5五级茅排乡 鹏田乡
3 结语
主成分分析方法和聚类分析方法相结合，不仅完善了以往只按照“新增耕地系数”这一指标来计算耕地整理潜力大小的传统方法，而且能够更加科学客观地评价耕地整理潜力的等级。主成分分析法是通过线性变化，将原来多个指标组合成少数几个能反映总体信息的指标，然后对几个主成分的得分做聚类分析，与以往按照主成分总分值来确定潜力大小有很大区别，有利于减少人为干扰因素[5]。
参考文献
[1]
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