贵州省区县农业生态环境的模糊聚类分析*

陈　宵，卢　兰

(贵州科学院山地资源研究所，贵州　贵阳　550001)



贵州省区县农业生态环境的模糊聚类分析*

陈宵，卢兰1▲

(贵州科学院山地资源研究所，贵州贵阳550001)

摘要：贵州是一个农业大省，农业人口和农业产业比重大，而农业生态环境作为农业赖以生存和发展的基础，其综合研究被一再强调。为了得到贵州省内各区县农业生态环境的客观评价，将贵州省的89个区县作为样本，选取自然条件、岩溶环境、社会经济的15个因子作为指标。采用模糊等价矩阵的方法对各区县进行农业生态的评价分析，最后得到了4个农业分区，针对各个农业生态环境分区存在的问题进行了探讨。

关键词：农业生态，环境评价，模糊矩阵，聚类分析，区县

贵州省位于云贵高原东部，是我国西部高原山地向东部丘陵平原的过渡带[1]，平均海拔在1 100 m左右。处于长江、珠江两大水系的分水岭地带[2]，导致地表形态起伏多变，气候条件复杂，土壤种类繁多。再加上石灰岩分布广泛，石漠化和水土流失严重，地表水土分离。农田土层薄、保水保肥能力较弱，农业生态环境脆弱而且不利于农业生产水平的提高。

尽管在“十一五”期间，农民收入与粮食产量有较大幅度的提高。但是贵州省在农业技术水平上比起全国平均水平依然落后。在此情况下农业生态环境不得不担负更多的生产性压力。为了应对农业发展和生态保护方面的双重压力，对现有的农业生态环境在资源量与生产力方面有一个客观深入的了解是非常必要的。因此，文章选取具有代表性的三类评价指标，应用模糊相关矩阵的数学方法，从数量的角度在区县级的中观尺度上对农业生态环境进行分区，综合考虑、仔细比较了各个分区在农业生态环境上的优势与不足，期望为各区县农业生态经济发展政策制订提供参考。

1模糊聚类指标的选取

要对贵州各区县农业生态环境进行聚类评价，首先要考虑到贵州省在地质、地貌、水文方面的特殊情况。所以进行聚类分析所选取的指标应满足以下条件：

1)生态环境的整体性：系统是由各个因子在不同层次上组成的，主要因子影响着系统的运行情况[3]。所以在指标选取时，应该首先考虑遵循农业环境的本底，同时也考虑人类活动对于生态环境的影响。

2)区域特殊性：贵州省内地貌分为：高原、山地、丘陵和盆地4种[4]，其中高原山地约占全省面积的61.8 %，丘陵占30.7，盆地占7.5 %[5]。多山脉、断层，而且岩溶地貌发育广泛，喀斯特地貌面积占到全省面积73 %，因而在指标选取时，应突出这些因素。

基于以上原则，我们选取了具有代表性且易于收集的15个因子作为反映贵州省农业生态环境指标。这些指标可分为3个方面，环境本底值：包含：区县面积、森林覆盖率、年平均降雨量、平均湿度。岩溶区特点：起伏度、平均坡度、生态极脆弱区面积、强度水土流失面积以及人类活动影响：人口密度、人均耕地、农民人均收入、人均粮食产量、高产田面积等。农业生态环境，模糊聚类分析的指标如表1所示。

表1　农业生态环境模糊聚类选取指标说明

2模糊聚类分析

模糊聚类分析又称点群分析、群分析、簇分析，是按研究对象在性质上的亲疏关系进行分类的一种多元统计方法，能够反映样本间的内在组合关系[6]。而由于研究中不同类型的数据有着不同的量纲，为了使不同量纲的数据也能够进行比较，因而采用了极差变换的标准化方式：

设论域U={u1，u2，…，un}为被分类的对象，每个元素又由m个数据表示，对第i个元素有：

ui={xi1，xi2，…，xim}(i=1，2，…，n)

这时原始矩阵为：

进行标准差变换：

(1)

(2)

(3)

经过标准差变换后，每个变量的均值为0，标准差为1，并可以消除量纲影响，但不一定在[0，1]上。

(4)[7]

经过变换后0≤xik≤1，且消除了量纲的影响。

经过数据标准化后就能够建立模糊相似矩阵。建立模糊相似矩阵即是衡量出分类对象间相似程度的统计量，而各单元间的模糊相似系数可采用夹角余弦公式[8]计算：

(5)

Rij：i区县和j区县间模糊相关系数；

k： 第k个指标。

文章所采用的VC6.0计算程序步骤见图1。

利用夹角余弦法能够得到一个反映各区县间相似关系的模糊矩阵U，再通过传递闭包法计算等价矩阵U，确定分区相关系数并进行农业生态环境分区(图2)。

3分区结论与分析

通过模糊等价矩阵所计算出的相关系数将贵州

图1　VC模糊聚类分析的数据与处理步骤

图2　通过模糊等价矩阵计算得到的分区结果

省各区县的农业生态环境分为城市近郊农业生态环境区、农业生态环境示范区、农业生态环境保护区、农业生态环境敏感区4个农业生态环境区，分区的结果见图3。

将图3分区中的各个区县的农业生态环境进行仔细分析后得到了模糊聚类分区的结果(表2)，这4个农业生态环境区存在极大的差异，有各自的优势与不足，而最为突出的就是重点城市周边的的农业生态环境相似度很高，与其他县或地级市周边的农业生态环境有极大的不同，可以做出以下的分析评价。

图3　贵州省区县农业生态环境聚类分区图

分区类型区县名称城市近郊农业生态区遵义县 遵义市 开阳 黔西 修文清镇 乌当 白云 金阳 云岩南明 花溪 小河 安顺市农业生态示范区赤水 绥阳 湄潭 万山 施秉息烽 天柱 剑河 台江 仁怀锦屏 凯里 麻江 平坝 雷山榕江 丹寨 都匀 长顺 三都从江 罗甸农业生态保护区道真 沿河 桐梓 松桃 思南铜仁市 金沙 余庆 大方 纳雍福泉 水城 贵定 六枝 普定惠水 盘县 关岭 兴仁 贞丰荔波 望谟 六盘水 六盘水市农业生态敏感区务川 正安 习水 德江 印江凤岗 江口 毕节市 石阡 玉屏岑巩 瓮安 赫章 威宁 镇远黄平 三穗 织金 龙里 镇宁晴隆 普安 平塘 紫云 独山安龙 兴义 册亨

城市近郊农业生态区处于贵州省内经济地位较为重要城市近郊或距离较近的区县，地形以盆地和山地间的坝子为主，平均坡度和地表起伏度小。森林覆盖率较高，水土流失面积较小。其特点是：人类影响和经济因素对农业生态环境有极大影响。人口密度大且人均耕地面积小，人口因素对于农业生态环境有极大的压力。优势是：人均收入和人均粮产量领先于其他区县，土地经济效益高。所以这类地区应该充分利用生态农业技术和现代管理手段，生产绿色无公害与有机高附加值的农业产品，与城市二、三产业和交通运输相结合，发展外向型的农业经济。

农业生态示范区一般位于贵州省的丘陵低山地区，自然条件好，森林覆盖率最高，林业资源丰富。石漠化面积小，水土流失面积最小。由于本区人口密度较小，人类对于农业生态环境的影响也小。虽然本区有着最好的生态环境，但是农业经济效益并不高，具体表现为农民人均收入比城市近郊农业生态环境区要低很多。所以本区应该充分发挥林业资源优势，发展特色林下种养殖业、苗圃、中药种植等。

农业生态保护区位于贵州省的中高山或石漠化分布较多的区县，森林覆盖率要比以上两区要低，人口相对比较少，但由于自然环境本底值低，农业生态环境比较差。具体表现为水土不易保持、土壤层薄、高产田数量少、人均粮食产量少、农民人均收入低。所以，对于此区域的区县应该优先保护农业生态环境，进行合理适度开发，可以发展果品、食用油、加工材料所用的经济林，综合提高农业经济效益。

农业生态敏感区本区多位于高山或石山裸露面积大的地区。主要特点有：平均坡度大、地面起伏度大、森林覆盖面积小，石灰岩出露面积较大，水土流失面积大，缺乏水源。人均耕地面积小，地形起伏度大、坡度大，耕地被岩溶槽谷、峰丛洼地切割。生态敏感区面积大，农业生态环境脆弱，一旦遭受破坏，需要花很长时间进行恢复。因此，在该区域进行农业活动，需要保水、保土、保肥，在缺水的区域寻找水源地兴修微型蓄水工程，实行退耕还林、封山育林，减少石漠化面积和水土流失。

参考文献【REFERENCES】

[1]宗建亮.贵州经济发展与对外开放[M].贵州：贵州人民出版社，1999.

[2]何谋军，屠玉麟，王密.贵州省农村生态环境前景预测及生态建设对策[J].贵州师范大学学报(自然版)，2002，20(4)：20-24.

He M J，Tu Y L，Wang M J.The prospect of rural ecological environment in Guizhou province andCountermeasures of ecological construction of prediction[J].Journal of Guizhou Normal University(NATURAL SCIENCE)，2002，20(4)：20-24.

[3]费特.应用水文地质学[M].孙晋玉，译.北京：高等教育出版社，2011.

C.W.Fetter.Applied Hyrogeology[M].Beijing：Higher Educa-tion Press.2011.

[4]李瑞玲，王世杰.贵州区域农业生态环境综合评价[J].中国岩溶，2001，20(3)：225-230.

Li R L，Wang S J.Comprehensive evaluation of the regional agricultural eco-environment in Guizhou province[J].Carsologica Sinica.2001，20(3)：225-230.

[5]苏维词，朱文孝.贵州喀斯特山区生态环境脆弱性分析[J].山地学报，2000，18(5)：429-434.

Su W C，Zhu W X.The eco-environmental fragility in karst mountain regions of Guizhou province[J].Journal of mountain science，2000，18(5)：429-434.

[6]闻新，周露，李东江.MATLAB模糊逻辑工具箱的分析与应用[M].北京：科学出版社.2001.

[7]李弘吉.模糊数学基础及使用算法[M].科学出版社，2005.

[8]王腊春，蒙海花，张兆干.贵州典型岩溶小流域水文水资源研究[M].北京：科学出版社，2010.

收稿日期：2016-03-15；修回日期：

*基金项目：贵州省科技厅社会发展攻关项目(黔科合SY字[2009]3084号)，基于生物多样性保护的工地整理复垦开发技术研究与示范；贵州省科技厅社会发展攻关项目(黔科合SY字[2013]3169号)，乡村复合生态系统对位配置技术模式构建与示范。

作者简介：陈宵(1986-)，男，中级实验师，硕士。研究方向：农业环境。

通讯作者：▲卢兰(1962-)，女，研究员，主要从事土地资源及农业资源研究。

中图分类号：O175.26

文献标识码：A

文章编号：1003-6563(2016)03-0035-04

Fuzzy cluster analysis of agroecological environment in the districts and counties of Guizhou Province*

CHEN Xiao，LU Lan1▲

(InstituteforMountainousResources，GuizhouAcademyofScience，Guiyang550001，China)

Abstract：Guizhou is a big agricultural province，in which majority of population engage in agricultural industries.As the foundation of survival and development，the comprehensive research of ecological agriculture is emphasized repeatedly.In order to get the objective evaluation of each district，we choose 89 districts and counties as samples，and choose 15 factors of natural condition，Karst environment，and social economics as indexes.By the method of fuzzy equivalent matrix，we evaluate agricultural ecology in every district and county.At last，we get 4 agricultural divisions，and agricultural ecological environment problems of each division are discussed.

Keywords：agricultural ecology，environmental evaluation，fuzzy analysis，districts and counties