基于主成分分析法的長沙市土地生態(tài)安全評價

摘 要：近年來隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，土地利用強度和利用方式發(fā)生了變化，造成了土地污染和人地矛盾的加劇。因此，文章采用主成分分析法對2013年長沙市土地生態(tài)安全進行評價，選取了8項代表性的評價因子，構(gòu)建長沙市土地生態(tài)安全評價體系。結(jié)果顯示：產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人口結(jié)構(gòu)、城市化水平是影響長沙市生態(tài)安全狀況的關鍵因素，其他生態(tài)保護措施對于改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境同樣具有明顯作用，據(jù)此提出相關建議。

關鍵詞：土地生態(tài)安全；評價；主成分分析法；長沙市

十八屆五中全會指出：“促進人與自然和諧共生，構(gòu)建科學合理的城市化格局、農(nóng)業(yè)發(fā)展格局、生態(tài)安全格局、自然岸線格局，推動建立綠色低碳循環(huán)發(fā)展產(chǎn)業(yè)體系?！彪S著經(jīng)濟社會的迅猛發(fā)展，土地生態(tài)系統(tǒng)卻受到了嚴重的威脅，如：耕地、林地面積的不斷縮小、水土流失、土地荒漠化、土地破壞、土地污染等，降低了土地生態(tài)系統(tǒng)服務功能并直接影響人類社會的可持續(xù)發(fā)展。面對嚴重的土地生態(tài)安全問題，逐漸引起了人們普遍關注。國內(nèi)外學者分別從土地生態(tài)安全概念[1]，土地資源生態(tài)安全與土地利用覆蓋變化的關系[2]、土地資源生態(tài)安全設計[3]、土地生態(tài)安全評價指標體系與評價方法[4]等方面進行了研究。如1995年，世界銀行與聯(lián)合國糧農(nóng)組織、聯(lián)合國開發(fā)計劃署及聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署發(fā)布的《土地質(zhì)量指標》[5]。也有學者運用主成分分析方法對地區(qū)的土地生態(tài)安全做過相關評價研究，如王鵬等運用主成分分析方法，對衡陽市的土地生態(tài)安全狀況做了研究評估[6]。張浩中采用PSR模型對長株潭地區(qū)2000-2012年的土地生態(tài)安全狀況做了研究評估[7]。綜觀現(xiàn)有研究，作者認為土地生態(tài)安全應是在必定的時空范圍內(nèi)，人類賴以生存和發(fā)展的土地生態(tài)系統(tǒng)處于一個不受或者少受威脅破壞的平衡狀態(tài)，同時土地生態(tài)系統(tǒng)也為人類提供能夠滿足人類生存與發(fā)展的服務與資源[6]。因此，文章從可持續(xù)發(fā)展的角度，運用SPSS22.0主成分分析方法對長沙市2013年的生態(tài)安全進行定量評價，目的是找出制約長沙市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的重要因子，為長沙兩型社會科學長遠發(fā)展提出合理性建議。

1 研究區(qū)概況

長沙市處于湖南省東部偏北。2013年全市土地面積11816.0平方公里，與2012年相比，其耕地面積減少了740公頃，建成區(qū)面積增加了9.7平方公里，城市園林綠化覆蓋面積增加了477公頃[8]。近年來在兩型社會的引領下，長沙市以“資源節(jié)約、環(huán)境友好”為目標，開展了湘江流域治理、重金屬污染土地整治、城鄉(xiāng)環(huán)境同治等一系列措施。然而隨著城鎮(zhèn)化、工業(yè)化的推進，工業(yè)污染、農(nóng)業(yè)面源污染、居民生活污染等問題卻呈現(xiàn)了逐步走高的形態(tài)，對土地生態(tài)安全造成了嚴重威脅。

2 長沙市土地生態(tài)安全評價

2.1 指標選取

通過對現(xiàn)有文獻的整理，依據(jù)主成分分析方法的科學、可比、可操性等原則[9]，選取8項能反映長沙社會、經(jīng)濟、生態(tài)狀況的指標：人口密度（人/平方千米）、人口自然增長率（%）、城市化水平（%）、人均GDP（元/人）、人均播種面積（畝/人）、地均工業(yè)產(chǎn)值（萬元/平方千米）、規(guī)模工業(yè)增加值能耗降低率（%）、第三產(chǎn)業(yè)比重（%）（表1）。

2.2 指標獲得及處理

本文數(shù)據(jù)取自《長沙市統(tǒng)計年鑒（2014年）》、《湖南省統(tǒng)計年鑒（2014年）》、長沙市統(tǒng)計信息網(wǎng)等。利用SPSS22.0軟件，對所選取的8個指標進行標準化處理，以排除數(shù)據(jù)之間相互干擾和因單位的不同不具有可計算性的影響。

2.3 主成分分析原理

主成分分析方法是指將多個具有相關性的要素轉(zhuǎn)化成幾個不相關的綜合指標的分析與統(tǒng)計方法[6]。研究對象往往具有復雜性，但變量太多會增加分析問題的難度和復雜性，因此基于原變量之間的相關關系，用較少的新變量代替原來較多的變量，能夠簡化復雜問題的研究，在保證研究精確度的前提下提高研究效率。

2.4 主成分法分析步驟

2.4.1 設M個研究區(qū)域，N個指標的矩陣Z，如下：

2.4.4 求得研究各地區(qū)生態(tài)安全綜合得分W，如下：

W=aZ1+bZ2+…+xZn

式中：X表示特征值的特征向量；a、b等則是原始指標的標準化數(shù)據(jù)。

3 主成分分析評價過程

3.1 指標特征值與貢獻率

通過SPSS22.0軟件將標準化處理的8個指標進行分析，結(jié)果顯示，前2項的貢獻率累計值超過了85%，達到85.376%，所以提取前2項作為主成分因子，計算各因子的載荷狀況。通過計算可以得出人口密度、人口自然增長率、城市化水平、人均GDP、地均工業(yè)產(chǎn)值和第三產(chǎn)業(yè)占比在主成分1中作用明顯，這說明人口的增長、城市化水平的提高增加了資源環(huán)境承載壓力。在主成分2中規(guī)模工業(yè)增加值能耗降低率、地均工業(yè)產(chǎn)值占比明顯，而人口密度和人均播種面積等因素相對較弱，這說明優(yōu)良的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、土地利用產(chǎn)出率與生態(tài)環(huán)境安全密切相關。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、土地利用集約對于生態(tài)安全有顯著作用。

3.2 長沙市生態(tài)安全評價

通過以上結(jié)果計算長沙市各地區(qū)的生態(tài)安全評價綜合得分并排名。如果綜合得分為正，表明該主成分在平均發(fā)展水平之上，且得分越高，說明生態(tài)安全越好；反之，綜合得分為負，表明該主成分在平均發(fā)展水平之下，得分越低，說明生態(tài)安全越差[10]。

結(jié)果表明（見表2）：長沙市各地區(qū)生態(tài)安全穩(wěn)定性由弱到強依次是寧鄉(xiāng)縣、瀏陽縣、長沙縣、望城區(qū)、岳麓區(qū)、開福區(qū)、天星區(qū)、雨花區(qū)、芙蓉區(qū)。其中兩項因子都為正的僅芙蓉區(qū)和雨花區(qū)。因此得出如下結(jié)論：一是土地生態(tài)安全情況與距城市中心距離相關。研究區(qū)內(nèi)，芙蓉區(qū)位于長沙市中心，其土地生態(tài)安全綜合得分為2.5751198。寧鄉(xiāng)縣距離長沙市中心城區(qū)較遠，其土地生態(tài)安全綜合得分為-2.081661881。因此，距離城區(qū)距離的遠近是影響了土地生態(tài)安全穩(wěn)定性的因素。二是土地生態(tài)安全狀況與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相關。研究區(qū)內(nèi)，芙蓉區(qū)主要以第三產(chǎn)業(yè)為主，有效降低了因農(nóng)業(yè)面源污染和工業(yè)“三廢”污染，從而使得土地生態(tài)安全趨于穩(wěn)定。而寧鄉(xiāng)縣第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平在國民經(jīng)濟發(fā)展中的比重較低，區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)面源污染和工業(yè)“三廢”排放污染壓力較大，進而使得土地生態(tài)安全穩(wěn)定性較差。三是土地生態(tài)安全狀況與城市化率相關。研究區(qū)內(nèi)，芙蓉區(qū)城市化已基本完成，人口的聚集雖然給土地生態(tài)安全帶來了壓力，但在其可承受范圍內(nèi)，因此土地生態(tài)安全狀況較好。而寧鄉(xiāng)縣雖然人口密度較低，但其城市化水平較低，進而其土地生態(tài)安全評分較低。

4 結(jié)論與政策建議

依據(jù)評價結(jié)果，結(jié)合長沙市實際情況，對優(yōu)化長沙市區(qū)域內(nèi)土地生態(tài)安全系統(tǒng)提出以下建議。

4.1 調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式

加強土地生態(tài)安全建設，必須依托市場，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，注重本地區(qū)特色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。對于土地生態(tài)安全壓力較大的地區(qū)來說，應通過產(chǎn)業(yè)融合、互聯(lián)網(wǎng)+等現(xiàn)代科學技術的改造，降低第一、二產(chǎn)業(yè)在GDP中的比重，從而緩解農(nóng)業(yè)面源污染和工業(yè)三廢污染對土地生態(tài)安全系統(tǒng)的破壞能力。

4.2 優(yōu)化人口結(jié)構(gòu)，提高公眾環(huán)境意識

土地是一種稀缺資源，當人口增長過快、集聚過度將加大土地生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的承載壓力。因此，一是樹立環(huán)保意識。通過多形式的宣傳教育和新興媒體平臺展開環(huán)保宣傳教育活動。二是深化城鄉(xiāng)一體化改革。長期以來，我國城鄉(xiāng)二元結(jié)構(gòu)的束縛，使得農(nóng)村居民無法享受與城市居民相等的醫(yī)療、教育、養(yǎng)老等保障政策，嚴重影響了農(nóng)村居民的發(fā)展。從研究結(jié)果來看，距離城市中心越近，土地生態(tài)安全越穩(wěn)定，這于我國長期以來重視城市發(fā)展的政策相關，大量的資金和要素生產(chǎn)資源長期投資于城市，而對農(nóng)村和偏遠山區(qū)的投入資源相當有限，不僅加大了城鄉(xiāng)二元經(jīng)濟結(jié)構(gòu)，而且?guī)砹水a(chǎn)生了相當多的社會矛盾。三是完善環(huán)保制度。著重完善環(huán)境保護的產(chǎn)權制度、碳排放交易制度、資源保護考核制度、激勵制度、監(jiān)督制度等，從而通過制度約束提升環(huán)境保護意識。

4.3 運用技術創(chuàng)新，降低工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能耗

由于要素資源的集聚和長期以來對特大城市和大城市扶植力，形成了城市在運用科學技術水平上的不均衡性特點。從研究結(jié)果來看，長沙市區(qū)內(nèi)的科技程度更高，應用領域更廣泛，在土地生態(tài)環(huán)境中的資金、科技、人力投入上占據(jù)優(yōu)勢，而下級地區(qū)由于資金、科技、人才的短缺，在土地生態(tài)環(huán)境中的投入較低。因此，加大對中小城市資金、技術的投入和應用，降低工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能耗是未來發(fā)展的趨勢。

4.4 強化土地規(guī)劃，深化土地制度改革

守住耕地紅線，減少建設用地“雙高”現(xiàn)象，走集約型道路是我國土地制度的核心關鍵。一是確權頒證。通過確權頒證對土地的產(chǎn)權主體、權能內(nèi)容、四至以及使用年限等進行明晰。二是土地規(guī)劃修編。加強區(qū)域土地利用規(guī)劃編制工作，用以指導具體地區(qū)土地利用規(guī)劃的編制。明確各地區(qū)土地利用的用途、容積率、建筑高度、綠化率等各項指標。三是嚴格查處執(zhí)法。各級政府不僅要將村鎮(zhèn)規(guī)劃納入城鎮(zhèn)規(guī)劃中，而且必須明確各宗地的用途，加強對土地項目的審批工作，防止非法改變土地用途，防止破壞土壤層造成土地污染。

另外，長沙市各地區(qū)要重視環(huán)境保護，繼續(xù)開展湘江流域綜合治理、重金屬土地污染治理和城鄉(xiāng)同治等工作，將其納入政府年度考核目標的體系，建立領導離任資源資產(chǎn)審計工作制度，完善考核指標、獎懲辦法等機制，在改善現(xiàn)有土地生態(tài)安全的基礎上提高土地生態(tài)安全的穩(wěn)定性，形成有力土地生態(tài)安全建設的長效機制。

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作者簡介：劉凝（1985-），男，中共湖南省委黨校 湖南行政學院，土地資源管理，碩士研究生。