基于主成分分析法的長沙市土地生態安全評價

摘 要：近年來隨著經濟社會的發展，土地利用強度和利用方式發生了變化，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年長沙市土地生態安全進行評價，選取了8項代表性的評價因子，構建長沙市土地生態安全評價體系。結果顯示：產業結構、人口結構、城市化水平是影響長沙市生態安全狀況的關鍵因素，其他生態保護措施對于改善區域生態環境同樣具有明顯作用，據此提出相關建議。

關鍵詞：土地生態安全；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，構建科學合理的城市化格局、農業發展格局、生態安全格局、自然岸線格局，推動建立綠色低碳循環發展產業體系。”隨著經濟社會的迅猛發展，土地生態系統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，降低了土地生態系統服務功能并直接影響人類社會的可持續發展。面對嚴重的土地生態安全問題，逐漸引起了人們普遍關注。國內外學者分別從土地生態安全概念[1]，土地資源生態安全與土地利用覆蓋變化的關系[2]、土地資源生態安全設計[3]、土地生態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，世界銀行與聯合國糧農組織、聯合國開發計劃署及聯合國環境規劃署發布的《土地質量指標》[5]。也有學者運用主成分分析方法對地區的土地生態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2000-2012年的土地生態安全狀況做了研究評估[7]。綜觀現有研究，作者認為土地生態安全應是在必定的時空范圍內，人類賴以生存和發展的土地生態系統處于一個不受或者少受威脅破壞的平衡狀態，同時土地生態系統也為人類提供能夠滿足人類生存與發展的服務與資源[6]。因此，文章從可持續發展的角度，運用SPSS22.0主成分分析方法對長沙市2013年的生態安全進行定量評價，目的是找出制約長沙市生態可持續發展的重要因子，為長沙兩型社會科學長遠發展提出合理性建議。

1 研究區概況

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“資源節約、環境友好”為目標，開展了湘江流域治理、重金屬污染土地整治、城鄉環境同治等一系列措施。然而隨著城鎮化、工業化的推進，工業污染、農業面源污染、居民生活污染等問題卻呈現了逐步走高的形態，對土地生態安全造成了嚴重威脅。

2 長沙市土地生態安全評價

2.1 指標選取

通過對現有文獻的整理，依據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、經濟、生態狀況的指標：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）、地均工業產值（萬元/平方千米）、規模工業增加值能耗降低率（%）、第三產業比重（%）（表1）。

2.2 指標獲得及處理

本文數據取自《長沙市統計年鑒（2014年）》、《湖南省統計年鑒（2014年）》、長沙市統計信息網等。利用SPSS22.0軟件，對所選取的8個指標進行標準化處理，以排除數據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化成幾個不相關的綜合指標的分析與統計方法[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個研究區域，N個指標的矩陣Z，如下：

2.4.4 求得研究各地區生態安全綜合得分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據。

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、地均工業產值和第三產業占比在主成分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境承載壓力。在主成分2中規模工業增加值能耗降低率、地均工業產值占比明顯，而人口密度和人均播種面積等因素相對較弱，這說明優良的產業結構、土地利用產出率與生態環境安全密切相關。產業結構優化、土地利用集約對于生態安全有顯著作用。

3.2 長沙市生態安全評價

通過以上結果計算長沙市各地區的生態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展水平之上，且得分越高，說明生態安全越好；反之，綜合得分為負，表明該主成分在平均發展水平之下，得分越低，說明生態安全越差[10]。

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

4 結論與政策建議

依據評價結果，結合長沙市實際情況，對優化長沙市區域內土地生態安全系統提出以下建議。

4.1 調整產業結構，轉變經濟發展方式

加強土地生態安全建設，必須依托市場，優化產業結構，注重本地區特色產業的發展。對于土地生態安全壓力較大的地區來說，應通過產業融合、互聯網+等現代科學技術的改造，降低第一、二產業在GDP中的比重，從而緩解農業面源污染和工業三廢污染對土地生態安全系統的破壞能力。

4.2 優化人口結構，提高公眾環境意識

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環境系統的承載壓力。因此，一是樹立環保意識。通過多形式的宣傳教育和新興媒體平臺展開環保宣傳教育活動。二是深化城鄉一體化改革。長期以來，我國城鄉二元結構的束縛，使得農村居民無法享受與城市居民相等的醫療、教育、養老等保障政策，嚴重影響了農村居民的發展。從研究結果來看，距離城市中心越近，土地生態安全越穩定，這于我國長期以來重視城市發展的政策相關，大量的資金和要素生產資源長期投資于城市，而對農村和偏遠山區的投入資源相當有限，不僅加大了城鄉二元經濟結構，而且帶來了產生了相當多的社會矛盾。三是完善環保制度。著重完善環境保護的產權制度、碳排放交易制度、資源保護考核制度、激勵制度、監督制度等，從而通過制度約束提升環境保護意識。

4.3 運用技術創新，降低工農業生產能耗

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。從研究結果來看，長沙市區內的科技程度更高，應用領域更廣泛，在土地生態環境中的資金、科技、人力投入上占據優勢，而下級地區由于資金、科技、人才的短缺，在土地生態環境中的投入較低。因此，加大對中小城市資金、技術的投入和應用，降低工農業生產能耗是未來發展的趨勢。

4.4 強化土地規劃，深化土地制度改革

守住耕地紅線，減少建設用地“雙高”現象，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權主體、權能內容、四至以及使用年限等進行明晰。二是土地規劃修編。加強區域土地利用規劃編制工作，用以指導具體地區土地利用規劃的編制。明確各地區土地利用的用途、容積率、建筑高度、綠化率等各項指標。三是嚴格查處執法。各級政府不僅要將村鎮規劃納入城鎮規劃中，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，長沙市各地區要重視環境保護，繼續開展湘江流域綜合治理、重金屬土地污染治理和城鄉同治等工作，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審計工作制度，完善考核指標、獎懲辦法等機制，在改善現有土地生態安全的基礎上提高土地生態安全的穩定性，形成有力土地生態安全建設的長效機制。

參考文獻

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[6]王鵬，況福民，鄧育武，等.基于主成分分析的衡陽市土地生態安全評價[J].經濟地理，2015（1）：124-128.

[7]張浩中.長株潭城市群土地生態安全評價[D].長沙：湖南師范大學，2014.

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[9]孫奇奇，宋戈，齊美玲.基于主成分分析的哈爾濱市土地生態安全評價[J].水土保持研究，2012（1）：132-136.

[10]鄧建偉，唐小娟，張新民.石羊河流域北部平原區生態安全評價[J].干旱區資源與環境，2009（8）：123-127.

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。