宋 劍， 席增雷

(1.中共唐山市委黨校，河北唐山 063000； 2.天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程博士后流動(dòng)站，天津 300072；3.河北大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)院,保定 071002)

生態(tài)價(jià)值視角下土地最優(yōu)利用研究*
——以鄭州市為實(shí)證

宋 劍1， 席增雷2， 3※

(1.中共唐山市委黨校，河北唐山 063000； 2.天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程博士后流動(dòng)站，天津 300072；3.河北大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)院,保定 071002)

[目的]試圖探索能夠直接應(yīng)用于土地規(guī)劃的方法思路與分析工具，為土地管理者和決策者提供分析和優(yōu)化土地資源的參考。[方法]以鄭州市為研究對(duì)象，采用計(jì)量公式計(jì)算、引用參考文獻(xiàn)法得到土壤功能價(jià)值數(shù)據(jù)矩陣，將完整土壤功能價(jià)值指標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入因子分析模型，計(jì)算因子載荷矩陣，觀察特征值及貢獻(xiàn)率表，利用回歸法計(jì)算樣本綜合得分。[結(jié)果]樣本的各項(xiàng)土壤功能價(jià)值主要由4個(gè)主因子共同來決定，第一主因子為環(huán)境介質(zhì)因子； 第二主因子為生態(tài)支持因子； 第三主因子為營養(yǎng)循環(huán)因子； 第四主因子為基礎(chǔ)承載因子。[結(jié)論]綜合得分排名靠前的大部分樣本區(qū)域在4個(gè)主因子得分上均表現(xiàn)出較高的分?jǐn)?shù)，實(shí)際規(guī)劃中可以綜合考慮使用目的、土質(zhì)、地理區(qū)位、周邊環(huán)境等因素權(quán)衡發(fā)展； 土壤的眾多功能價(jià)值均比較高，但在第二主因子生態(tài)支持功能組上的優(yōu)勢(shì)最為明顯的可規(guī)劃為生態(tài)保護(hù)區(qū)； 在環(huán)境介質(zhì)功能組上最有優(yōu)勢(shì)的，可優(yōu)先發(fā)展農(nóng)業(yè)和植被覆蓋； 綜合得分最低的區(qū)域大部分功能價(jià)值均較弱，規(guī)劃中可適當(dāng)考慮為建設(shè)承載區(qū)。

生態(tài)價(jià)值 土地利用 因子分析

0 引言

建設(shè)美麗中國，首先需要美麗的土壤，正確認(rèn)知土壤的價(jià)值，亦是落實(shí)《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》、構(gòu)建土壤環(huán)境治理體系的前提和基礎(chǔ)。土壤作為一種未被全面認(rèn)識(shí)的自然資本，是人類社會(huì)一切活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。然而隨著城市化和工業(yè)化的不斷發(fā)展，人類活動(dòng)對(duì)土壤資源功能演化產(chǎn)生了深刻和持久的影響，包括土壤建設(shè)承載功能和土壤生產(chǎn)功能之間的此消彼長(zhǎng)，土壤封閉導(dǎo)致的生態(tài)調(diào)節(jié)功能弱化等等。土壤功能的轉(zhuǎn)化、弱化甚至特定功能的消失，造成很多地區(qū)土壤功能時(shí)間和空間上的平衡發(fā)生偏移，這些因素成為土壤利用價(jià)值最大化的桎梏，要實(shí)現(xiàn)土壤資源的最優(yōu)化利用必須要對(duì)其進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃[3]。

土壤功能演變?yōu)橥恋匾?guī)劃帶來了很大的難度，要實(shí)現(xiàn)科學(xué)規(guī)劃必須要解決2個(gè)關(guān)鍵問題。首先要改變土壤自然資本及其價(jià)值尚未得到全面發(fā)現(xiàn)、認(rèn)識(shí)和計(jì)量的局面。除了容易為人們感知且易于量化的生產(chǎn)、基礎(chǔ)承載等直接功能，生態(tài)環(huán)境調(diào)節(jié)、防洪減災(zāi)、保持生物多樣性以及文化景觀等難以量化的眾多功能還很難直觀的為公眾所認(rèn)知[5]，因此要逐步引導(dǎo)對(duì)土壤間接功能價(jià)值重要性的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而逐步實(shí)現(xiàn)土壤各項(xiàng)功能的科學(xué)量化。土壤功能貨幣化分析能夠比較土壤功能轉(zhuǎn)化后的機(jī)會(huì)成本，衡量對(duì)人類福利產(chǎn)生的利弊。其次，土壤功能貨幣化計(jì)量理論與成果的轉(zhuǎn)化是最優(yōu)利用的關(guān)鍵。要選取科學(xué)的計(jì)量分析模型，從具體數(shù)據(jù)出發(fā)確定研究區(qū)域土壤優(yōu)勢(shì)功能或功能組，改變僅依據(jù)土地生產(chǎn)力和區(qū)位來確定最優(yōu)用途和價(jià)值的簡(jiǎn)單思路[6]。

遵循如何將土壤各項(xiàng)功能因素融入到土地規(guī)劃中去這一主線，文章力求探索能夠直接應(yīng)用于土地規(guī)劃的方法思路與分析工具，為土地管理者和決策者提供分析和優(yōu)化土地資源的參考，為土地資源利用、保護(hù)和土壤自然資本價(jià)值傳播提供新視角。

1 因子分析模型的適用性分析

該文引入因子分析模型，將具有錯(cuò)綜復(fù)雜關(guān)系的15項(xiàng)功能指標(biāo)降維到少數(shù)綜合因子，并根據(jù)樣本得分與排名情況，提出確定研究區(qū)域最優(yōu)土壤功能分配方案的新思路，通過對(duì)比土壤功能與土地利用類型的對(duì)應(yīng)關(guān)系，比較土壤的各功能價(jià)值，選擇最優(yōu)開發(fā)用途或功能組合，從土壤合理利用的角度對(duì)土地利用規(guī)劃提供建議。

如何透過目標(biāo)區(qū)域的具體特性分辨出最適宜發(fā)展和最需要保護(hù)的功能或功能組[4]，往往是實(shí)際規(guī)劃中的難題，因子分析模型恰恰能提供很好的思路，具有對(duì)接分析的實(shí)用性。因子分析模型可以簡(jiǎn)化計(jì)算過程，解決了多指標(biāo)篩選和功能定位的難題，使分析方法和結(jié)論更具有推廣性，還可以將錯(cuò)綜復(fù)雜且相關(guān)性高的指標(biāo)根據(jù)數(shù)據(jù)的客觀表征分為一個(gè)功能組，便于快速準(zhǔn)確地得出結(jié)論。

2 實(shí)證分析

2.1 數(shù)據(jù)來源

綜合考慮鄭州市土種類型、土壤數(shù)據(jù)庫、農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)庫和土地利用數(shù)據(jù)庫，并考慮了地形地貌等特征，在區(qū)域內(nèi)選取56個(gè)樣本點(diǎn)并提取相應(yīng)土壤功能參數(shù)，采用計(jì)量公式計(jì)算、引用參考文獻(xiàn)法，得到土壤功能價(jià)值數(shù)據(jù)矩陣，分析指標(biāo)見表1。

表1 土壤功能指標(biāo)體系

貨幣化指標(biāo)代碼貨幣化指標(biāo)代碼貨幣化指標(biāo)代碼氣體調(diào)節(jié)功能價(jià)值X1消除二氧化硫價(jià)值X6生產(chǎn)功能價(jià)值X11氣候調(diào)節(jié)價(jià)值X2消除氮氧化物價(jià)值X7原材料提供價(jià)值X12水分保持緩沖價(jià)值X3固塵價(jià)值X8建設(shè)承載功能價(jià)值X13碳存儲(chǔ)價(jià)值X4防洪價(jià)值X9自然文化價(jià)值X14有機(jī)質(zhì)蘊(yùn)含價(jià)值X5廢物處理價(jià)值X10生物多樣性價(jià)值X15

2.2 因子模型分析

通過計(jì)算因子載荷矩陣，提取特征值大于1且累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到86.06%的4個(gè)公因子作為綜合變量。經(jīng)過降維在以客觀數(shù)據(jù)為支撐的前提下將原有15項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)劃分為4類具有代表性的功能組，并且信息量損失較小。

將多指標(biāo)體系降維后，就可以將公因子帶入模型，以每個(gè)主因子方差貢獻(xiàn)率的比重作為權(quán)數(shù)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，利用回歸法估計(jì)出各因子得分(Fi)，公式為：

F=∑Ai×Fi

(1)

Ai表示第i個(gè)公共因子的方差貢獻(xiàn)率占總方差貢獻(xiàn)率的比重[2]。通過樣本因子得分的深入分析可以進(jìn)一步拓寬規(guī)劃思路。

2.3 樣本數(shù)據(jù)價(jià)值矩陣的構(gòu)成

依選取采集的鄭州市56個(gè)采樣點(diǎn)作為樣本集，根據(jù)觀測(cè)指標(biāo)建立數(shù)據(jù)矩陣，為了消除數(shù)據(jù)間量綱及數(shù)量級(jí)不同所造成的影響，首先要對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，最終使各變量的均值為0，標(biāo)準(zhǔn)差為1。標(biāo)準(zhǔn)化后對(duì)應(yīng)各貨幣化指標(biāo)數(shù)據(jù)見表2、表3。

表2 觀測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)矩陣

樣本點(diǎn)X1X2X3X4X5X6X7X8X9X10X11X121黃河0 380 39-0 890 31-0 55-0 19-0 19-0 21-0 53-0 190 60-0 812黃河橋0 320 41-0 331 07-0 02-0 26-0 26-0 281 39-0 26-1 38-0 813黃河0 380 39-0 30-0 88-0 30-0 19-0 19-0 210 56-0 190 60-1 104黃河0 380 390 170 940 66-0 19-0 19-0 210 63-0 190 60-0 815保合寨0 380 390 57-0 400 70-0 19-0 19-0 210 48-0 190 600 616嶺軍峪0 380 390 50-0 68-0 80-0 19-0 19-0 210 42-0 190 60-0 817索須河-0 51-0 570 21-1 14-0 583 543 543 54-2 223 54-1 380 968程莊0 380 39-0 98-0 021 05-0 19-0 19-0 21-0 05-0 190 600 619京廣鐵路-2 10-1 600 500 791 06-0 56-0 56-0 280 65-0 56-1 380 6110馬渡0 380 39-0 640 18-0 31-0 19-0 19-0 210 16-0 190 600 0811師家河0 380 390 50-1 50-1 58-0 19-0 19-0 210 44-0 190 600 6112黃河0 380 395 490 170 43-0 19-0 19-0 21-3 10-0 190 60-0 8113大賀莊1 190 390 15-0 810 32-0 19-0 19-0 21-0 62-0 190 600 6714岳崗0 380 39-0 730 291 57-0 19-0 19-0 210 21-0 190 60-0 9315大河0 320 41-0 19-0 99-0 52-0 26-0 26-0 28-0 60-0 26-1 38-1 1616北錄莊0 380 39-0 68-0 091 11-0 19-0 19-0 210 74-0 190 600 6717棗陳0 380 39-0 65-0 55-0 49-0 19-0 19-0 210 66-0 190 60-1 3218花溝王-0 51-1 60-0 70-0 46-0 38-0 56-0 56-0 57-0 66-0 56-1 380 5819廟李-2 10-1 60-0 903 160 65-0 56-0 56-0 28-0 10-0 56-1 38-2 4320鄭州大學(xué)-2 10-1 60-0 712 583 49-0 56-0 56-0 280 12-0 56-1 380 9621林場(chǎng)-0 51-0 57-0 091 380 133 543 543 540 273 54-1 38-0 9822賈莊0 380 390 01-0 18-0 71-0 19-0 19-0 210 20-0 190 60-1 0423陳三橋0 320 411 12-0 69-0 49-0 26-0 26-0 28-0 43-0 26-1 380 3724賈崗-2 10-1 601 60-0 801 67-0 56-0 56-0 58-2 63-0 56-1 38-1 3225趙村0 380 390 77-1 11-1 45-0 19-0 19-0 210 55-0 190 60-1 6226付莊0 380 39-0 95-0 72-0 25-0 19-0 19-0 21-1 46-0 190 60-1 0427營崗0 380 39-0 410 820 91-0 19-0 19-0 210 03-0 190 600 4928桐樹王0 380 390 911 84-1 10-0 19-0 19-0 210 74-0 190 600 6729螺蛭湖-2 10-1 60-0 921 561 80-0 56-0 56-0 58-1 21-0 56-1 381 3230南王莊-0 51-1 60-0 41-0 09-0 63-0 56-0 56-0 57-1 12-0 56-1 38-0 6931密垌0 380 39-0 380 380 24-0 19-0 19-0 210 64-0 190 601 8532二郎廟-0 51-1 600 220 47-0 15-0 56-0 56-0 57-0 91-0 56-1 380 4933城鎮(zhèn)-2 10-1 600 700 13-0 80-0 56-0 56-0 580 47-0 56-1 38-0 3934劉寨0 380 390 982 531 61-0 19-0 19-0 210 39-0 190 60-1 6235劉胡垌0 380 39-0 79-0 32-0 36-0 19-0 19-0 21-0 38-0 190 600 9636賈寨0 380 390 77-0 830 09-0 19-0 19-0 210 48-0 190 60-0 9837南曹0 380 39-0 29-0 53-0 65-0 19-0 19-0 21-1 35-0 190 60-0 2238南小李莊1 190 39-0 480 000 54-0 19-0 19-0 21-0 30-0 190 600 9639袁河0 380 391 05-0 83-0 98-0 19-0 19-0 210 49-0 190 60-0 5140臺(tái)郭-2 10-1 600 36-0 67-1 56-0 56-0 56-0 580 28-0 56-1 380 5541蘇莊0 380 390 26-1 06-1 08-0 19-0 19-0 211 37-0 190 600 9642紅花寺0 380 390 840 690 70-0 19-0 19-0 210 57-0 190 600 5543小劉0 380 39-0 061 120 33-0 19-0 19-0 210 23-0 190 60-1 3244席村1 190 390 43-1 23-1 58-0 19-0 19-0 21-0 79-0 190 600 9645石匠莊0 380 39-0 26-0 57-0 49-0 19-0 19-0 211 68-0 190 60-0 5146孫莊-0 51-0 57-0 820 870 693 543 543 542 443 54-1 381 0847孫莊0 380 390 13-0 71-0 89-0 19-0 19-0 210 09-0 190 601 0848黃河畜牧場(chǎng)2 934 42-0 590 140 69-0 26-0 26-0 281 56-0 262 69-0 9849崗李0 380 39-0 99-0 670 44-0 19-0 19-0 21-1 29-0 190 60-0 9850索須河-0 51-0 57-0 83-0 240 243 543 543 54-0 713 54-1 380 9651新莊0 380 39-0 70-0 82-1 54-0 19-0 19-0 210 21-0 190 600 9652曹村坡0 380 390 01-0 130 63-0 19-0 19-0 210 36-0 190 600 6153鐵爐寨0 380 390 63-0 450 09-0 19-0 19-0 210 56-0 190 600 6154東趙-2 10-1 60-0 54-0 10-1 34-0 56-0 56-0 580 52-0 56-1 381 8555賈河0 380 39-0 79-0 390 41-0 19-0 19-0 210 11-0 190 600 9656紀(jì)公廟0 380 39-0 89-0 74-0 67-0 19-0 19-0 21-0 25-0 190 600 61

3 利用因子分析方法計(jì)算樣本綜合得分

3.1 計(jì)算相關(guān)系數(shù)矩陣

實(shí)證分析主要采用SPSS18.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行。獲得原始樣本數(shù)據(jù)矩陣后，通過整理計(jì)算將其輸入計(jì)算機(jī)，根據(jù)因子分析的步驟進(jìn)行分析。首先對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行預(yù)處理，求出所有指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)矩陣表。

3.2 計(jì)算因子載荷矩陣

接下來計(jì)算因子載荷矩陣，觀察特征值及貢獻(xiàn)率表(表4)，可以看出前4個(gè)因子的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到82.846%，并且特征值大于1，表明這4個(gè)公因子方差占全部因子方差的82.846%，所包含的信息量已達(dá)到原來總信息量的絕大部分，鑒于此，提取4個(gè)公因子作為綜合變量。這樣一來，原來的12項(xiàng)貨幣化指標(biāo)轉(zhuǎn)化為4項(xiàng)綜合指標(biāo)，達(dá)到了降維分析目的。

表3 相關(guān)系數(shù)矩陣

X1X2X3X4X5X6X7X8X9X10X11X12X11 0000 9110 009-0 335-0 190-0 021-0 021-0 0550 179-0 0210 810-0 096X20 9111 0000 013-0 243-0 096-0 045-0 045-0 0710 284-0 0450 841-0 163X30 0090 0131 000-0 086-0 075-0 098-0 098-0 104-0 303-0 0980 040-0 164X4-0 335-0 243-0 0861 0000 5930 0160 0160 0510 1720 016-0 241-0 146X5-0 190-0 096-0 0750 5931 0000 0070 0070 035-0 0680 007-0 091-0 049X6-0 021-0 045-0 0980 0160 0071 0001 0000 9980 0141 000-0 2710 130X7-0 021-0 045-0 0980 0160 0071 0001 0000 9980 0141 000-0 2710 130X8-0 055-0 071-0 1040 0510 0350 9980 9981 0000 0180 998-0 2950 126X90 1790 284-0 3030 172-0 0680 0140 0140 0181 0000 0140 2200 075X10-0 021-0 045-0 0980 0160 0071 0001 0000 9980 0141 000-0 2710 130X110 8100 8410 040-0 241-0 091-0 271-0 271-0 2950 220-0 2711 000-0 107X12-0 096-0 163-0 164-0 146-0 0490 1300 1300 1260 0750 130-0 1071 000

表4 特征值及貢獻(xiàn)率

成分原始矩陣的特征值貢獻(xiàn)率累計(jì)貢獻(xiàn)率合計(jì)方差(%)累計(jì)(%)合計(jì)方差(%)累計(jì)(%)合計(jì)方差(%)累計(jì)(%)14 20935 07635 0764 20935 07635 0764 04433 69733 69722 84223 68058 7562 84223 68058 7562 84323 69057 38831 58613 21871 9741 58613 21871 9741 65913 82771 21441 30510 87282 8461 30510 87282 8461 39611 63182 84650 8417 00489 85060 6935 77595 62570 2932 44398 06880 1591 32699 39490 0710 59099 984100 0020 016100 000110 0000 000100 000120 0000 000100 000

從共同度信息表可以看出，公因子對(duì)每一個(gè)原始變量的解釋能力都較強(qiáng)。通過因子載荷矩陣，可得寫出各變量的因子模型，但是由于4個(gè)因子在原變量上的載荷值相差不大，不容易對(duì)公因子進(jìn)行歸類和解釋，因此還需要對(duì)公因子進(jìn)行方差最大化旋轉(zhuǎn)(表5)，因子旋轉(zhuǎn)后累計(jì)方差比沒有改變，不會(huì)影響到原有變量的共同度，但卻重新分配了各個(gè)因子解釋原有變量的方差，使得因子更容易解釋。

旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣發(fā)生了很大變化，各因子在每項(xiàng)指標(biāo)上的差異也顯現(xiàn)出來，解釋起來也相對(duì)容易。根據(jù)因子載荷絕對(duì)值的大小，將在某一因子上載荷絕對(duì)值比較大的幾個(gè)指標(biāo)分為一組。

表5 旋轉(zhuǎn)因子載荷矩陣a

成分1234X10 02700 9341-0 18300 0102X20 00360 9685-0 05020 0408X3-0 06500 0381-0 0751-0 7759X40 0069-0 21320 87140 1330X50 0146-0 08360 82690 0012X60 9975-0 0491-0 00930 0431X70 9975-0 0491-0 00930 0431X80 9945-0 07560 02380 0496X9-0 00520 30410 14170 7121X100 9975-0 0491-0 00930 0431X11-0 23470 8970-0 07530 0347X120 0962-0 2615-0 38450 5079 注：萃取方法：主成分分析；選擇方法：方差最大正交旋轉(zhuǎn)法；a：旋轉(zhuǎn)5次迭代后收斂

3.3 計(jì)算因子得分

將多指標(biāo)體系降維后，就可以將公因子帶入模型，利用回歸法估計(jì)出各因子得分(Fi)，以每個(gè)主因子方差貢獻(xiàn)率的比重作為權(quán)數(shù)進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，公式為：F=∑Ai×Fi，Ai表示第i個(gè)公共因子的方差貢獻(xiàn)率占總方差貢獻(xiàn)率的比重。各因子得分和綜合貨幣化：

F=0.41×F1+0.29×F2+0.17×F3+0.14×F4

(2)

依據(jù)上述公式利用統(tǒng)計(jì)軟件可以得到各樣本綜合得分F，見表6。綜上，根據(jù)該文貨幣化模型，樣本的各項(xiàng)土壤功能價(jià)值主要由以上4個(gè)主因子共同來決定，每一個(gè)主因子都從不同的側(cè)面反映了土壤的部分功能價(jià)值。僅僅單獨(dú)地分析某一個(gè)因子是不夠的，而是要綜合分析總的得分情況，以便對(duì)整個(gè)土壤功能做出正確可觀的貨幣化分析。

表6 土壤功能價(jià)值綜合得分

樣本F1F2F3F4F分類樣本F1F2F3F4F分類1-0 180 450 10-0 040 0731-0 69-2 021 170 56-0 5822-0 230 030 860 640 1532-0 59-1 27-0 40-0 54-0 7523-0 180 63-0 22-0 030 0733-0 230 22-0 131 290 1334-0 170 651 14-0 050 3034-0 60-1 38-0 18-0 30-0 7125-0 170 450 040 120 0835-0 68-1 65-0 28-0 20-0 8226-0 170 58-0 48-0 40-0 0426-0 120 812 65-0 860 51373 56-0 90-1 34-1 160 8037-0 210 21-0 630 63-0 0428-0 200 360 390 740 1938-0 150 66-0 05-0 640 0339-0 61-1 710 750 39-0 5629-0 150 30-0 63-0 61-0 17210-0 200 40-0 040 500 10310-0 160 54-0 020 470 15311-0 200 34-1 700 14-0 25211-0 160 56-0 73-0 57-0 112120 050 460 23-4 96-0 50212-0 71-1 86-1 370 24-1 01113-0 130 57-0 50-0 210 00313-0 230 39-1 240 89-0 06214-0 160 641 270 130 35314-0 170 470 620 060 18315-0 18-0 12-0 54-0 70-0 29215-0 160 661 17-0 300 28316-0 210 440 430 980 25316-0 140 43-1 79-0 30-0 28217-0 190 65-0 070 170 12317-0 220 65-0 230 780 17318-0 63-1 41-0 780 32-0 742183 43-0 450 751 911 66419-0 58-1 402 60-0 22-0 24219-0 200 25-1 100 38-0 14220-0 61-1 752 790 99-0 15220-0 053 681 090 661 304213 53-0 361 11-0 351 47421-0 140 440 08-0 530 01322-0 170 58-0 11-0 300 043223 51-0 76-0 300 221 19423-0 18-0 28-0 80-0 73-0 39223-0 230 22-1 440 88-0 15224-0 54-1 670 48-2 76-1 00224-0 190 410 140 390 12325-0 150 70-0 79-0 82-0 11225-0 180 43-0 300 140 02326-0 150 41-0 29-0 64-0 08226-0 76-2 05-1 301 42-0 91227-0 190 390 780 480 23327-0 210 30-0 230 850 08328-0 200 380 280 290 12328-0 210 26-0 890 59-0 082 注：表中1、2、3、4分別代表得分分布在-2～-1，-1～0，0～1，1～2的4個(gè)區(qū)間

圖1 第一主因子得分空間分布

4 結(jié)論與應(yīng)用分析

因子分析結(jié)論提供了2個(gè)觀察視角。橫向考慮樣本單位在各主因子上的得分情況，可以得到就某一區(qū)域而言土壤最適合發(fā)揮的功能?？v向上根據(jù)土壤功能的因子得分等級(jí)結(jié)果，可以直觀得到某一類功能方面，哪些研究區(qū)域可以重點(diǎn)規(guī)劃利用，而且便于比較不同利用條件下土壤資源對(duì)人類福利影響的差異，交叉分析再結(jié)合地理信息系統(tǒng)的空間應(yīng)用，便能更好地服務(wù)于實(shí)際規(guī)劃。

4.1 單因子得分分析

(1)第一主因子得分分析。第一個(gè)主因子代表的功能信息最多，在氣體調(diào)節(jié)功能價(jià)值、氣候調(diào)節(jié)價(jià)值、消除二氧化硫價(jià)值、消除氮氧化物價(jià)值、固塵價(jià)值、生產(chǎn)功能價(jià)值、廢物處理價(jià)值指標(biāo)的載荷比較大，代表了環(huán)境調(diào)節(jié)與生產(chǎn)力功能，可以命名為環(huán)境介質(zhì)因子。

圖2 第二主因子得分空間分布 圖3 第三主因子得分空間分布

圖4 第四主因子得分空間分布 圖5 鄭州市土壤功能價(jià)值綜合得分分布

得分最高的樣本為7號(hào)(京河村)，顯示了此區(qū)域在環(huán)境介質(zhì)功能價(jià)值很大，具有環(huán)境調(diào)節(jié)的優(yōu)勢(shì)，在規(guī)劃中應(yīng)側(cè)重此類功能的保護(hù)和潛力挖掘，減少建設(shè)承載等其它功能的比重。觀察分值為-0.76的第54號(hào)樣本(東趙)，此區(qū)域得分最低，生態(tài)環(huán)境調(diào)節(jié)與生產(chǎn)功能弱，這與其土地應(yīng)用類型主要為農(nóng)村居民點(diǎn)相吻合，因此在規(guī)劃中應(yīng)一方面控制土壤封閉的擴(kuò)大速度，另一方面開展土地整治，增加植被的面積與空間配比，逐步增加環(huán)境介質(zhì)價(jià)值。

從第一主因子得分分布圖1上可以清晰地看出不同地區(qū)在第一主因子上的得分情況，大部分地區(qū)功能價(jià)值等級(jí)較高，但是得分較低的地區(qū)仍然很多，且在各個(gè)地區(qū)均有分布。同時(shí)從圖1也可以直觀找到在第一主因子上具有突出優(yōu)勢(shì)的地區(qū)，如西南部和東北部，這些地區(qū)土壤的性質(zhì)和狀況決定了在發(fā)揮環(huán)境生態(tài)與生產(chǎn)力功能上的天然優(yōu)勢(shì)，可以因地制宜發(fā)揮這些土壤功能。

(2)第二主因子得分分析。第二公因子在原材料價(jià)值、自然文化價(jià)值和生物多樣性價(jià)值的載荷比較大，同時(shí)包含了生產(chǎn)功能、氣體調(diào)節(jié)和氣候調(diào)節(jié)的部分信息，代表了生態(tài)支持能力，即生態(tài)支持因子。

從得分山看第48個(gè)樣本點(diǎn)(黃河畜牧場(chǎng))得分為3.68，明顯高于其他區(qū)域，此區(qū)域在崗李村黃河灘，土種為砂壤土，表明這一區(qū)域在發(fā)揮防洪、原材料、自然文化價(jià)值和生物多樣性等功能價(jià)值方面具有獨(dú)特的自然優(yōu)勢(shì)，在規(guī)劃中應(yīng)大力發(fā)揚(yáng)這一類功能優(yōu)勢(shì)，減少生產(chǎn)功能和建設(shè)等功能的規(guī)劃，達(dá)到效用最大化。

從分布圖2可以找到在生態(tài)支持類功能價(jià)值上具有優(yōu)勢(shì)的地區(qū)，分別是北部黃河沿岸和東部部分地區(qū)，這些區(qū)域植被種類豐富，林帶密集，土質(zhì)適宜作為基礎(chǔ)原材料，具有很好的自然景觀，能夠?qū)崿F(xiàn)人們對(duì)文化和休憩娛樂的需求，因此這些地帶可以規(guī)劃為動(dòng)物保護(hù)區(qū)、公園、原材料基地等。

(3)第三主因子得分分析。第三公因子在碳存儲(chǔ)和有機(jī)質(zhì)蘊(yùn)含價(jià)值上的因子載荷值最大，代表了土壤營養(yǎng)循環(huán)功能價(jià)值，即營養(yǎng)循環(huán)因子。

鄭州市土壤主要為潮土和褐土亞類，土種豐富，觀察分布圖(圖3)并沒有出現(xiàn)極好或者極差的區(qū)域，由于在土種、利用類型等方面的差異，土壤中營養(yǎng)元素含量、容重、pH值、陽離子交換量等也有很大不同，實(shí)際規(guī)劃中可根據(jù)對(duì)應(yīng)得分高低進(jìn)行斟酌。比如在西部岳崗和鄭州大學(xué)采樣點(diǎn)附近地區(qū)，土壤的營養(yǎng)循環(huán)價(jià)值就很突出，這些地區(qū)不僅可以大力發(fā)展農(nóng)業(yè)種植或植被覆蓋，而且還應(yīng)該采取措施加以保護(hù)。

(4)第四主因子得分分析。4個(gè)公因子主要集中了建設(shè)居住功能價(jià)值和水資源緩沖過濾價(jià)值、防洪減災(zāi)功能價(jià)值的大部分信息，可以命名為基礎(chǔ)承載因子。

從因子載荷矩陣中可以看出，建設(shè)承載功能價(jià)值與其他兩項(xiàng)功能價(jià)值在第四主因子上的值絕對(duì)值很大但方向相反，這也更加確定了建設(shè)承載功能和其它功能之間的替代關(guān)系。以得分比較低的第24號(hào)樣本為例，此樣本點(diǎn)分布在賈崗區(qū)域，土種為鹽化砂壤土，地類為城鎮(zhèn)，地面封閉度高于其它耕地、草地等研究區(qū)域，地下水資源緩沖過濾功能價(jià)值低，在均衡了水資源緩沖和建設(shè)承載等主要功能價(jià)值后得分為負(fù)，也說明了相對(duì)于其他地區(qū)，水資源功能價(jià)值過于低，因此在規(guī)劃中應(yīng)減少占用，改善土質(zhì)，提高水資源緩沖過濾能力。相反的在土質(zhì)不適合緩沖過濾功能的區(qū)域可以適當(dāng)發(fā)展為建設(shè)用地。

從分布圖4上可以看出，東部及東南部的祭城鄉(xiāng)花溝王村、惠濟(jì)區(qū)東趙村等地為鹽化砂壤土、城鎮(zhèn)和道路，得分為負(fù)且絕對(duì)值最大，這些地區(qū)適宜發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，價(jià)值最高代價(jià)最小，相反地，圖4綠色標(biāo)注地帶由于土壤飽和導(dǎo)水率、空氣容重等指標(biāo)適宜發(fā)揮其水質(zhì)凈化和防洪減災(zāi)功能，開發(fā)利用時(shí)要考慮這些功能的發(fā)揮和保護(hù)。

4.2 綜合得分分析

綜合因子分析平衡了地區(qū)各功能組的優(yōu)勢(shì)差異，可以對(duì)其進(jìn)行排序。從主因子綜合得分表可看出，得分最高的區(qū)域?yàn)閸徖畲妩S河灘、劉寨鄉(xiāng)、西雙橋村、黃河灘地、北錄莊。其中后3個(gè)樣本點(diǎn)地類為耕地，這些區(qū)域土壤肥沃，植被茂盛，在生態(tài)調(diào)節(jié)、污染降解、災(zāi)害防護(hù)、生產(chǎn)、地下水緩沖過濾等方面均具有不錯(cuò)的表現(xiàn)，這從4個(gè)主因子得分上也得到了數(shù)據(jù)印證。

綜合得分排名靠前的大部分樣本區(qū)域在4個(gè)主因子得分上均表現(xiàn)出較高的分?jǐn)?shù)，具有較高的各類功能價(jià)值，這也提升了此類地區(qū)規(guī)劃的靈活度，實(shí)際規(guī)劃中可以綜合考慮使用目的、土質(zhì)、地理區(qū)位、周邊環(huán)境等因素權(quán)衡發(fā)展。

并非所有的綜合得分比較高的區(qū)域所有主因子得分均高，反之亦然。例如第48號(hào)樣本李村黃河灘區(qū)域，地類為林地，其主要在第二個(gè)主因子上表現(xiàn)突出，在其它主因子上并沒有得到較高的分?jǐn)?shù)，綜合得分全部依靠在第二個(gè)主因子上得分的拉動(dòng)，表明其最適宜發(fā)揮防洪、原材料、自然文化和生物多樣性等功能價(jià)值。第40號(hào)樣本為臺(tái)郭區(qū)域，綜合得分最低，地類為農(nóng)村居民點(diǎn)，其在第一、第二、第三主因子上的得分均比較低，而在第四個(gè)主因子上的得分為正，表明這一區(qū)域并非所有土壤功能價(jià)值均較低，而是土壤的多功能演變?yōu)榻ㄔO(shè)功能，功能單一化。

從分布圖中可以看出，土壤貨幣化綜合價(jià)值最高的區(qū)域集中在鄭州市北部黃河沿岸，土壤的眾多功能價(jià)值均比較高，但在第二主因子生態(tài)支持功能組上的優(yōu)勢(shì)最為明顯，可以規(guī)劃為生態(tài)保護(hù)區(qū)。

圖中標(biāo)注為淺綠色區(qū)域分布最為廣泛，這些區(qū)域綜合功能價(jià)值較大，具有很大規(guī)劃靈活度，結(jié)合單因子分布圖分析主要在環(huán)境介質(zhì)功能組上最有優(yōu)勢(shì)，因此可以優(yōu)先發(fā)展農(nóng)業(yè)和植被覆蓋，發(fā)揮環(huán)境功能。根據(jù)供給功能和環(huán)境服務(wù)功能的互補(bǔ)關(guān)系原理，可以同時(shí)獲取經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

綜合得分最低的區(qū)域主要集中在東南和東北的局部區(qū)域，結(jié)合單因子分析發(fā)現(xiàn)大部分功能價(jià)值均較弱，表明這些區(qū)域土質(zhì)貧瘠，植物生長(zhǎng)能力低，水源循環(huán)質(zhì)量和數(shù)量均不高，規(guī)劃中可以適當(dāng)考慮為建設(shè)承載區(qū)，但同時(shí)應(yīng)重視環(huán)境調(diào)節(jié)功能的提升，采取增加植被密度，逐步開展開方土壤的整治工作，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能的協(xié)調(diào)發(fā)展。

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OPTIMAL LAND USE UNDER THE VIEW OF SOIL ECOLOGICAL VALUE*

Song Jian1，Xi Zenglei2,3※

(1. Party School of CPC Tangshan Municipal Party Committee,Tangshan, Hebei 063000, China; 2.Environmental Science and Engineering Post-doctoral Mobile Stations,Tianjin University,Tianjin 300072,China; 3.School of Economics,Hebei University,Baoding 071002,China)

objective of this paper is to explore a method which can be directly applied to land planning and analysis, and to provide a reference for land managers and policy makers. It established soil function value data matrix by the formula calculation and reference method, and then imported the soil function value index into the factor analysis model, calculated the characteristic value and contribution rate, and calculated the sample composite scores using the regression method. The results showed that soil function value was mainly composed of four main factors, i.e., the environment medium factor, ecological support factor, nutrient cycling factor, and basis load factor. The four main factors scored showed higher scores in the areas with higher comprehensive score. The balance development of the factors such assoil, geographical location, and surrounding environment should be considered in practical planning. The area with higher ecological function factor could be planned as ecological reserve region, while the area with higher environmental function could develop agriculture and improve vegetation cover. The lowest scores area could be appropriately considered as load bearing region.

ecological value; land use; factor analysis

10.7621/cjarrp.1005-9121.20170522

2016-02-19

宋劍(1979—)，男，河北唐山人，副教授。研究方向：農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)。※通訊作者：席增雷(1976—)，男，河北邢臺(tái)人，博士后、副教授。研究方向：自然資本評(píng)價(jià)、土地評(píng)價(jià)。Email： 641600251@qq.com

*資助項(xiàng)目：河北省高層次人才資助項(xiàng)目“河北省土壤自然資本價(jià)值研究”(A201500166)； 河北省軟科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目“京津冀科技創(chuàng)新激勵(lì)政策比較研究”(16456223D)； 河北省生態(tài)與環(huán)境發(fā)展研究中心資助； 河北大學(xué)資源利用與環(huán)境保護(hù)研究中心資助

F301.2

A

1005-9121[2017]05147-08