全 文 :中国生态农业学报 2009年 9月 第 17卷 第 5期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Sept. 2009, 17(5): 1023−1028
* 国家重点基础研究发展计划项目(2007CB407201)和中国科学院知识创新工程重大项目(KSCX-YW-09-07)资助
张青峰(1974~), 男, 博士, 主要从事土地资源与空间信息技术方面的研究。E-mail: zhqf@nwsuaf.edu.cn
收稿日期: 2008-11-08 接受日期: 2009-02-01
DOI: 10. 3724/SP.J.1011.2009.01023
黄土高原生态经济分区的研究*
张青峰 吴发启
(西北农林科技大学资源环境学院 杨凌 712100)
摘 要 在概述生态经济分区现状的基础上, 提出了在黄土高原进行生态经济分区的重要意义。选取自然资
源、社会经济等 22个指标, 以行政县(区)为单元, 利用聚类分析、主成分分析和 GIS相结合的分区方法, 把黄
土高原划分为 4个生态经济带即南部暖温带半湿润农林生态经济带(Ⅰ)、中部暖温带半湿润半干旱农林牧生态
经济带(Ⅱ)、西北部温带半干旱农牧生态经济带(Ⅲ)、北部温带干旱半干旱农牧生态经济带(Ⅳ)和 18个生态经
济区。通过该研究的实践, 不仅可为后续有效布设黄土高原的生态经济项目提供参考, 而且可为较大尺度区域
进行生态经济区划研究奠定理论基础。
关键词 黄土高原 生态经济分区 自然资源系统 社会经济系统 分区指标 主成分分析 聚类分析
中图分类号: S181; S157 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2009)05-1023-06
Eco-economic regionalization of the Loess Plateau
ZHANG Qing-Feng, WU Fa-Qi
(College of Resources & Environment, Northwest A & F University, Yangling 712100, China)
Abstract This paper discussed the significance of eco-economic regionalization of the Loess Plateau as reported in existing litera-
ture. 22 indexes of natural ecological and socio-economic systems were covered, and administrative counties (districts) were consid-
ered as complete individual taxons. The Loess Plateau was devided into 4 eco-economic belts — southern warm-temperate semi-
humid agroforestry (Ⅰ); central warm-temperate, semi-humid and semi-arid agroforestry & animal husbandry (Ⅱ); northwestern
temperate semi-arid agro-stockbreeding (Ⅲ); and northern temperate arid and semi-arid agro-stockbreeding (Ⅳ) eco-economic bands
via principal component analysis (PCA) and cluster analysis (CA) on GIS platform. These belts were further divided into 18
eco-economic regions. The discussion emphasizes regionalization and methodological framework for large areas like the Loess Pla-
teau region. Such practice could be specialized supplement in developing appropriate regional eco-economic theory.
Key words Loess Plateau, Eco-economic regionalization, Natural ecological system, Socio-economic system, Regionaliza-
tion index, Principal component analysis, Cluster analysis
(Received Nov. 8, 2008; accepted Feb. 1, 2009)
生态经济综合区划强调生态与经济相互耦合, 本
质上属于综合性区划, 是区划研究中的较高层次[1]。我
国是开展区划研究较早的国家之一。从竺可桢的“中
国气候带”、黄秉维的“中国植被带”, 分别开创全国
范围的区划研究以来, 我国在区划方面的研究先后
经历了从自然区划、农业区划、生态区划到综合区
划的演变过程[1−3]。区划方法大致分为“自下而上”聚
类方法、“自下而上”和“自上而下”相结合的方法、
与 GIS相结合的综合区划方法 3种[1,4]。在黄土高原
区划中, 许多学者也从不同角度出发, 在不同空间
尺度上进行了单因子或综合因子包括自然资源、农
业气象、人文要素等在内的分区探索[5−17]。这些区
划在大尺度空间单元划分上一般是以自然指标为
主 [18−21], 在中小尺度空间上逐步引入人类活动指
标[22−25]。从结构与功能区划相统一的角度, 在重视
生态系统层次性、一致性和分异性的同时, 也进行
了一些人类活动指标的综合研究。同时, 在研究区
域可持续发展的进程中, 建立了各种自然资源数据
库, 为促进区域可持续发展奠定了理论基础和方法
依据。尽管区划研究在理论和实践上都取得了很大
1024 中国生态农业学报 2009 第 17卷
成绩, 对生态经济空间问题也进行了探讨, 但研究
区主要集中在中小尺度, 大尺度尤其是以黄土高原
为对象的生态经济综合区划少有研究。
为进一步探究黄土高原生态经济协调发展状况,
本文应用主成分分析、聚类分析与 GIS 相结合的分
区方法, 对黄土高原进行了生态经济分区, 不仅可
为后续有效布设黄土高原的生态经济项目提供参考,
而且为较大尺度区域进行生态经济区划研究奠定了
理论基础, 具有重要的理论意义和现实应用价值。
1 研究区域概况
黄土高原辖山西、宁夏、陕西、甘肃、青海、内
蒙古、河南 7省(自治区)282个县, 东西长约 1 300 km,
南北宽约 800 km, 海拔 500~2 000 m, 面积 63.5万
km2, 约占全国国土总面积的 6.6%。总人口
10.59×107人(2005年)。
黄 土 高 原 位 于 北 纬 33º41′~41º16′, 东 经
100º54′~114º33′, 地处我国中部偏北的黄河中游及
海河上游地区, 属东部湿润区与西北干旱区间的过
渡带, 是我国农业文明的重要发祥地和重要能源重
化工基地, 世界主要农业区, 也是我国人口、资源、
环境矛盾最集中、治理难度最大、贫困人口最多的
区域, 又处于我国东南沿海经济发达地区向西部经
济后进区过渡的地区 , 蕴藏着巨大的农业增产潜
力[26]。黄土高原自然环境、资源潜力、经济状况乃
至社会条件等, 均有明显的空间变化特点, 导致内
部地域差别很大[26,27]。整体上看, 黄土高原是我国乃
至世界水土流失最严重的地区之一, 生态环境脆弱,
生态保护能力低, 且面临一系列严重的生态破坏和
退化问题, 可持续发展能力低, 对中国整体生态环
境造成严重影响。
对黄土高原生态经济进行区划研究, 目的就是
对黄土高原生态经济协调发展状况有一个新的认识
和评价, 为因地制宜制定区域可持续发展战略提供
科学依据, 同时也可为有效布设黄土高原的生态经
济项目提供参考[21]。
2 分区方法及指标
本文从黄土高原区域可持续发展的角度出发 ,
根据生态经济学理论, 以县域行政区作为分区的最
基本地理单元, 采用“自上而下”和“自下而上”相结
合的区划途径 , 利用主成分分析(PCA)、聚类分析
(CA)与 GIS 技术相结合的方法[28,29]进行黄土高原生
态经济分区(图 1)。
综合生态经济区划可通过综合因素加权评分后
分级, 即依靠建立用于分区的指标体系来实现。而
建立合理的指标体系是生态经济综合分区的关键。
2.1 一级带
一般而言, 较高级的单位划分, 着重以不能改
变或很不容易改变的自然条件为主要依据 [2], 本研
究主要考虑黄土高原生态环境和经济发展变迁过程
中起主要影响作用的地带性生态环境因素及控制农
林牧生产发展方向的因子: 森林覆盖度、年均降雨
量、年均气温、有效积温、干燥度等 5 个指标。同
时适当考虑大尺度地貌格局, 包括山地、盆地、河
谷、高原、平原等, 作为重要的分区指标和依据。
从某种意义上说, 一级分带是纯自然生态分带。
2.2 二级区
二级区划在一级带自然生态条件差异的大背景
下, 进一步反映一级带内生态与经济系统的特征。
划分指标包括: ①自然生态系统主要包括人均土地
面积、相对高差以及年均侵蚀模数等指标; ②社会经
济系统中主要考虑能够反映县域经济发展水平的非
地带性指标, 包括总量指标如人口、地区生产总值,
人均指标如人均生产总值等; 以及与经济指标强相
关的社会指标, 如文化科技水平、医疗卫生等(表 1)。
目标层(A)为区域的生态环境综合发展度, 反映
一个地区生态经济发展程度; 准则层(B)由 2 种准则
构成: 自然生态环境(B1)和社会经济发展(B2); 指标
层(C)包含 22 个指标。指标值来源于黄土高原各省
图 1 黄土高原生态经济分区流程
Fig. 1 Flow chart of eco-economic regionalization of the Loess Plateau
第 5期 张青峰等: 黄土高原生态经济分区的研究 1025
表 1 黄土高原生态经济分区指标体系
Tab. 1 Eco-economic regionalization index system of the Loess Plateau
目标层
Objective
准则层
Criteria
指标层
Index
指标效应
Effect of index
森林覆盖率 C1 Forest coverage rate (%) +
年均降雨量 C2 Average annual precipitation (mm) +
年均温度 C3 Average annual temperature ( )℃ −
≥10 ℃年积温 C4 Effective temperature ( )℃ +
干燥度 C5 Aridity −
人均耕地面积 C6 Cultivated land area per capita (hm2) +
人均果园面积 C7 Orchard land area per capita (hm2) +
人均牧草地面积 C8 Grassland area per capita (hm2) +
人均地表水资源占有量 C9 Surface water volume per capita (m3) +
相对高差 C10 Relative elevation difference (m) −
自然生态系统 B1
Natural ecological system
多年平均侵蚀模数 C11 Average annual soil erosion modulus (t·km−2·a−1) −
地区生产总值 C12 Regional GDP (Yuan) +
人均生产总值 C13 GDP per capita (Yuan) +
人均财政收入 C14 Fiscal revenue per capita (Yuan) +
人口密度 C15 Population density (person·km−2) −
城镇居民人均可支配收入 C16 Disposable income per urban resident (Yuan) +
农村人均纯收入 C17 Rural net income per capita (Yuan) +
非农业人口比重 C18 Proportion of non-agricultural population (%) +
人口自然增长率 C19 Natural population growth rate (‰) +
万人科技人员数 C20 Sci-tech personnel per 10 000 persons +
万人教师数 C21 Teachers per 10 000 persons +
黄土高原生态经
济综合发展指标
体系 A
Comprehensive
eco-economic
development index
system of the
Loess Plateau
社会经济系统 B2
Socio-economic system
万元产值能耗 C22 Energy consumption per 10 000 Yuan output value (t) −
+正指标 Possitive index; −逆指标 Negative index.
2000~2006年统计年鉴。
3 分区步骤
一级带的划分: 组成 282(县)×5(指标)原始数据
矩阵, 根据聚类分析冰柱图和树形图进行划分, 在
GIS 软件中落实到图斑上 , 参考大尺度地貌格局 ,
求大同存小异, 将黄土高原划分为 4个东北−西南走
向的条形生态带。
二级区的划分: 准则层的自然生态系统 B1中相
对高差因子 C10 是反映评价单元内部平整程度的指
标, 用于与评价单元外部的比较, 故二级分区指标
因子共 21个, 对各定量指标进行主成分分析和聚类
分析相结合的方法, 划分出二级区。具体步骤见图 2。
进行聚类分析时, 分别对 7 种聚类方法(组间连
接法、组内连接法、最短距离法、最长距离法、形
心法、中线法、离差平方和法)进行了比较, 结果表
明离差平方和法的分类效果最好, 符合客观实际。
4 分区结果
将指标值输入 SPSS中运算, 把划分结果在 GIS
软件中落实到图斑上, 参照相对高差因子 C10, 在一
级带图上点绘类型点, 根据区域共轭原则按主要类
型区进行合并, 将划分的黄土高原 4 个生态经济带
进一步划分为 18 个生态经济区(图 3)。分区的命名
原则是: 方位+主要气候类型+主要生态经济发展方
向。各带生态经济特征见表 2。
5 结论与讨论
定性和定量相结合、地理相关分析和主导标志
相结合的方法是目前公认的最有效的分区方法。黄
土高原自然生态系统与社会经济系统发展的历史资
料纷繁庞杂, 就整个黄土高原宏观区域而言, 虽也
图 2 黄土高原生态经济分区的主成分分析与聚类分析步骤
Fig. 2 Process of PCA intergrated with CA for eco-economic regionlization in the Losse Plateau
1026 中国生态农业学报 2009 第 17卷
图 3 黄土高原生态经济分区图
Fig. 3 Eco-economic regionalization of the Loess Plateau
Ⅰ南部暖温带半湿润农林生态经济带 Southern warm-temperate semi-humid agroforestry eco-economic belt:Ⅰ1天水山丘宽梁沟谷城市生态
经济区 Urban eco-economic zone in Tianshui wide-beam hill area; Ⅰ2渭河阶地台塬森林生态经济区 Forestry eco-economic zone in Weihe River
valley terrace, tableland plateau; Ⅰ3陕豫残塬山前丘陵沟谷森林生态经济区 Forestry eco-economic zone in remnant hilly & piedmont plateau in
Shaanxi and Henan Provinces; Ⅰ4汾河谷阶地森林生态经济区 Forestry eco-economic zone in Fenhe River valley terrace; Ⅰ5太行山豫西森林生态
经济区 Forestry eco-economic zone in Taihang Mountain in West Henan Province; Ⅰ6晋中森林、森林草原生态经济区 Forest & forest-grassland
eco-economic zone in middle Shanxi Province.
Ⅱ中部暖温带半湿润半干旱农林牧生态经济带 Central warm-temperate semi-humid and semi-arid agriforestry & animal husbandry
eco-economic belt: Ⅱ1两西黄土丘陵宽塬沟谷森林、森林草原生态经济区 Forest, forest-grassland eco-economic zone in wide valley in Longzhong
and Hexi plateau; Ⅱ2晋陕黄河山前丘陵梁峁沟谷森林、森林草原生态经济区 Forest, forest-grassland eco-economic zone in piedmont hills-hilly
along the Yellow River valley in Shanxi, Shaanxi Provinces; Ⅱ3陕狭梁沟谷森林、森林草原生态经济区 Forest, forest-grassland eco-economic zone
in narrow beam valley of Shaanxi Province; Ⅱ4忻州盆地草原、森林草原生态经济区 Grassland, forest-grassland eco-economic zone in Xinzhou
Basin; Ⅱ5大同盆地草原、森林草原生态经济区 Grassland, forest-grassland eco-economic zone in Datong Basin.
Ⅲ西北部温带半干旱农牧生态经济带 Northwestern temperate semi-arid agro-stockbreeding eco-economy belt: Ⅲ1兰州山丘草原、荒漠草原
生态经济区 Grassland, desert steppe eco-economic zone in hilly area of Lanzhou; Ⅲ2长城沿线风沙草原、荒漠草原生态经济区 Dust bowl grassland,
desert steppe eco-economic zone along the Great Wall; Ⅲ3土默特川草原、荒漠草原生态经济区 Tumote grassland, desert grassland eco-economic zone.
Ⅳ北部温带干旱半干旱农牧生态经济带 Northern temperate arid and semi-arid agro-stockbreeding eco-economic belt: Ⅳ1海东线浅山丘陵森
林、草原生态经济区 Forest, grassland eco-economic zone in lower hills alone Hai-Dong Railway; Ⅳ2银川河谷平原荒漠草原、绿洲生态经济区
Desert steppe, oasis eco-economic zone in Yinchuan Valley Plain; Ⅳ3 鄂尔多斯高原荒漠草原、草原生态经济区 Desert steppe, grassland
eco-economic zone in the Ordos Plateau; Ⅳ4河(后)套平原荒漠草原、绿洲生态经济区 Desert steppe, oasis eco-economic zone in the Hetao Plain.
有过区划方案和分区模型, 但对于综合生态经济区
划却少有研究。本文在前人成果的基础上 , 研究
建立了基于聚类分析、主成分分析和 GIS 相结合
的较大尺度区域生态经济分区的方法, 并对黄土高
原成功进行生态经济分区, 这不仅可为开展与黄土
高原相关的后续研究奠定理论基础 , 而且为较
大尺度区域范围开展区划研究提供理论依据和技术
支撑。
限于资料获取的难度, 本文以县域行政区作为
最基本的分区单元。若能以乡(镇)为基本单元进行全
面细致的研究 , 可提高分区和功能定位的可操
作性。
从历史角度来看, 黄土高原的发展过程就是自
然生态系统和社会经济耦合发展的过程。如何对黄
土高原生态经济分区进行生态与经济系统的耦合发
展模式的评判, 是需要深入研究的问题。
表 2 黄土高原各生态经济区的特征描述
Tab. 2 Characteristics of every eco-economic region in the Loess Plateau
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 特征指标
Indexes of characteristics Ⅰ1 Ⅰ2 Ⅰ3 Ⅰ4 Ⅰ5 Ⅰ6 Ⅱ1 Ⅱ2 Ⅱ3 Ⅱ4 Ⅱ5 Ⅲ1 Ⅲ2 Ⅲ3 Ⅳ1 Ⅳ2 Ⅳ3 Ⅳ4
总计/平均
Total/average
面积 Area (104 km2) 0.59 3.53 3.03 2.57 3.85 0.95 4.67 5.64 1.80 1.28 4.99 6.85 5.80 3.60 4.45 4.04 2.18 3.72 63.54
人口 Population (104 persons) 122.10 1 814.93 864.42 643.20 1 472.68 84.50 854.62 696.43 152.17 501.55 842.08 858.23 213.95 372.65 420.56 455.34 51.43 171.67 10 592.51
非农业人口比重
Proportion of non-agricultural population (%)
46.43 21.51 19.02 26.83 32.93 21.27 11.44 26.07 14.73 48.86 29.26 13.34 24.19 46.75 18.72 18.17 72.04 38.01 29.42
森林覆盖度 Forest coverage rate (%) 26.50 43.18 31.67 26.61 34.32 20.58 22.90 30.21 26.43 23.79 25.87 12.08 23.73 24.32 17.36 11.02 17.79 14.32 24.04
年均降雨量Average annual precipitation (mm) 439.20 599.66 580.51 562.77 590.22 573.94 505.04 508.89 487.80 533.49 431.46 395.73 389.49 349.67 393.13 165.58 216.55 245.58 442.71
年均气温
Average annual temperature (℃) 11.55 12.13 12.63 11.77 11.85 8.16 9.15 9.71 8.70 9.59 6.78 7.23 8.23 7.57 4.07 9.86 8.05 7.90 9.16
≥10 ℃年积温 Effective temperature (℃) 3 536.90 3 898.90 4 098.61 3 999.80 3 968.19 2 986.66 2 829.25 3 367.91 3 202.96 3 526.75 2 885.94 2 435.53 3 098.53 2 956.38 2 020.77 3 228.83 2 722.75 3 006.55 3 209.51
干燥度 Aridity 1.27 1.08 1.23 1.35 1.21 1.34 1.45 1.49 1.45 1.42 1.73 2.38 2.34 3.40 3.00 4.94 6.14 4.51 2.32
人均耕地Cultivated land area per capita (hm2) 0.17 0.12 0.12 0.18 0.13 0.17 0.19 0.24 0.16 0.25 0.29 0.17 0.29 0.52 0.17 0.17 0.21 0.58 0.23
人均果园面积Orchard land area per capita (hm2) 0.03 0.04 0.07 0.10 0.03 0.02 0.03 0.19 0.03 0.06 0.02 0.01 0.08 0.01 0.01 0.02 0.15 0.04 0.05
人均牧草地面积
Grassland area per capita (hm2)
0.08 0.09 0.17 0.11 0.10 0.45 0.13 0.45 0.71 0.25 0.33 0.67 5.19 1.67 1.40 0.70 23.92 3.32 2.21
人均占有地表水资源量
Surface water volume per capita (m3)
444.70 1 637.69 1 303.31 1 181.17 866.86 1 333.51 1 927.05 1 408.26 1 056.07 622.67 818.57 1 940.72 1 302.44 3 101.96 1 938.79 2 119.26 2 999.00 2 763.46 1 598.08
年均侵蚀模数
Average annual soil erosion modulus
(t·km−2·a−1)
5 400.00 2 442.97 4 368.45 5 569.84 3 443.91 2 325.24 5 313.47 9 370.91 13 500.71 2 988.88 4 895.55 5 488.40 12 701.00 8 706.78 7 382.20 3 370.85 4 500.00 4 975.78 5 930.27
人均生产总值 GDP per capita (Yuan) 12 469.00 3 613.33 4 669.39 5 650.39 12 538.90 5 428.80 3 305.59 4 553.65 1 934.74 11 633.09 5 646.78 8 245.14 7 123.59 37 854.56 6 109.29 11 445.14 54 895.00 11 145.67 11 595.08
人均财政收入 Fiscal revenue per capita (Yuan) 133.51 263.01 230.91 253.42 396.93 480.13 126.36 305.99 1 125.47 429.29 227.71 108.30 762.37 1 356.96 347.81 446.49 1 396.40 539.92 496.17
城镇居民人均可支配收入
Disposable income per urban resident (Yuan)
5 427.65 4 542.73 4 311.86 4 424.96 4 937.71 4 040.27 4 507.58 4 741.17 4 674.84 9 887.00 4 966.50 4 193.03 5 630.82 9 539.02 6 791.60 5 332.63 12 951.21 4 485.90 5 854.80
农民人均纯收入(元)
Rural net income per capita (Yuan)
3 200.00 1 987.70 1 955.43 2 213.10 2 552.88 1 830.95 1 605.71 1 729.81 1 832.85 3 002.10 1 977.22 1 554.98 2 266.22 4 336.67 2 953.00 3 373.50 7 715.00 3 600.67 2 760.43
人口密度 Population density (person·km−2) 207 610 415 286 585 90 196 155 105 513 180 307 47 140 240 140 123 99 247
人口自然增长率
Natural population growth rate (‰)
8.59 4.84 4.37 8.55 6.58 2.97 6.86 7.55 4.77 5.42 8.10 8.86 5.43 5.97 10.31 8.05 6.27 4.48 6.55
万人科技人员数
Sci-tech personnel per 104 population
28.34 25.42 29.22 25.44 31.55 31.65 18.91 30.10 23.17 44.29 28.02 21.40 28.02 35.13 30.58 33.49 43.13 31.54 29.97
万人教师数
Teacher number per 104 population
12.70 16.08 14.45 12.55 14.03 15.16 9.97 16.46 14.09 18.91 14.79 11.13 15.24 15.69 13.80 17.55 18.70 14.98 14.79
万元产值能耗
Energy consumption per 104 Yuan output
value (t)
10.00 7.42 8.53 22.61 14.69 21.21 8.10 20.99 9.55 14.19 12.66 9.25 16.69 14.24 9.51 9.76 38.34 19.20 14.83
1028 中国生态农业学报 2009 第 17卷
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《中国农业科学》中、英文版由农业部主管、中国农业科学院主办。主要刊登农牧业基础科学和应用基础科学研究论
文、综述、简报等。设有作物遗传育种;耕作栽培·生理生化;植物保护;土壤肥料·节水灌溉·农业生态环境;园艺;园
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《中国农业科学》中文版影响因子、总被引频次连续多年居全国农业科技期刊最前列或前列位次。1999年起连续
10 年获“国家自然科学基金重点学术期刊专项基金”资助;2001 年入选中国期刊方阵双高期刊;1999 年获“首届国家
期刊奖”,2003、2005 年获“第二、三届国家期刊奖提名奖”;2004—2006 年连续荣获第四、五届全国农业优秀期刊特
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业综合类核心期刊表”首位。2010年起中文版改为半月刊,将有更多最新农业科研成果通过《中国农业科学》及时报道。
《中国农业科学》英文版(Agricultural Sciences in China)2002年创刊,2006年 1月起正式与国际著名出版集团 Elsevier
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《中国农业科学》中文版大 16开,每月 1、16日出版,国内外公开发行。每期 224页,定价 49.50元,全年定价
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《中国农业科学》英文版大 16开,每月 20日出版,国内外公开发行。每期 160页,国内订价 36.00元,全年 432.00
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