基于主成分分析的安徽省生態文明建設水平研究

張成松，石松蘭，李瀟瀟

(安徽財經大學 安徽省經濟社會發展研究院，安徽 蚌埠 233030)

基于主成分分析的安徽省生態文明建設水平研究

張成松，石松蘭，李瀟瀟

(安徽財經大學 安徽省經濟社會發展研究院，安徽 蚌埠 233030)

為了探討安徽省近年來生態文明建設的總體情況，首先根據理論分析和數據的可獲得性，選取經濟、生態、環境和社會四個層面作為衡量生態文明狀況的指標，搜集出2010～2015年體現安徽省這四個層面的19個變量的數據；然后運用主成分分析的方法，計算出綜合得分考察安徽省6年來的生態文明狀況，發現其污染狀況隨著經濟的發展卻始終處于惡化之中；最后使用協整檢驗和格蘭杰因果檢驗的方法對安徽省經濟發展水平和污染水平進行檢驗。實證結果表明：安徽省生態文明建設水平六年來呈上升趨勢，安徽省經濟發展水平和污染水平存在長期均衡關系，并互為格蘭杰原因，安徽省生態文明建設成就突出，但是仍存在一些障礙。

生態文明；主成分分析；協整檢驗；格蘭杰檢驗

從改革開放到現在，由于不重視環境問題和資源問題，一味地采用粗獷式的發展方式，用高投入來刺激經濟的騰飛，這不僅帶來了嚴重的環境污染，還使得本來就稀缺的資源更加短缺。在新時代下，生態文明建設逐漸進入人們的視野，可持續發展、生態文明建設、綠色發展理念等名詞逐漸為人們所熟知，所以必須改變過去的為經濟發展為上的理念，將生態文明建設融入當前我國發展的方方面面。

安徽省在生態文明建設方面起步較早，早在2004年便通過制定《安徽省生態省建設總體規劃綱要》拉開生態文明建設的大幕，又于2012年發布了《生態強省建設實施綱要》，強力推進大氣污染防治、總量減排、重點流域水污染防治等工作，經過10余年的發展，安徽省建立并完善了科學規劃、政策支撐和監管考核等生態省建設機制，黃山市和巢湖市于2015年成功申報為國家生態文明先行示范區，蚌埠市和宣城市于2016年同樣申報為生態文明先行示范區，安徽省生態文明建設取得了很大的進步，基于此，本文將研究視角放在安徽省，測評安徽省生態文明的建設狀況。

目前關于生態文明建設方面的研究頗多，有些學者只研究一個地區的生態文明狀況，如侯鷹[1]研究了北京市2004～2008年之間的生態文明建設水平，證明了其生態文明建設水平的不斷進步；張歡[2]對武漢市的生態文明建設情況進行了評價，發現武漢市2006～2011年生態文明建設中的突出問題在于資源節約和面源污染方面；而后李平星[3]以江蘇省2007年和2012年兩年的生態文明建設狀況為例，同樣得出江蘇省的主要問題在于資源消耗和污染的排放。也有些學者，將不同地區的生態文明建設情況進行對比研究，如林震[4]對貴陽市、杭州市和南京市的實證研究，陳曉丹[5]、藍慶新[6]對發達城市北上廣深的評價研究，嚴耕[7]、劉某承[8]、張歡[9]、宓澤鋒[10]更是對我國省域間的生態文明建設總體情況進行評估，并分析了省際的可持續發展潛力。

但通過對以上文獻的梳理發現，學者們對生態文明建設的研究，大多只停留在評價階段，而本文在綜合評價之后，又選取出影響生態文明建設水平的主要成分，對其進行繼續研究，這在以往關于生態文明建設的研究中，是比較少見的。

一、理論分析與數據選取

(一)理論分析

生態文明概念，是我國所獨有的，它類似于國際上所謂的可持續發展的概念，是一種為了實現人與人之間和諧生存、人與社會之間和諧發展、人與自然之間和諧共生的形態。所以從理論上來說，生態文明是一個非常大的系統，人與人之間和諧生存，要實現理性和有序的人文環境，涉及人口、文化、法律等問題；人與社會之間和諧發展，要實現和諧、可持續的社會環境，涉及經濟、政治、社會等內容；而人與自然之間和諧共生，要實現綠色、自然的生態文明環境，更是涉及了生態、環境、資源等突出問題。

(二)數據選取

鑒于以上理論分析，又基于數據的可獲得性，本文擬選取經濟、生態、環境和社會四個層面的指標，然后對各個層面的指標選取合適的變量如下。

對于經濟發展指標，本研究選取了人均國內生產總值(x1，單位：億元)，城鎮居民人均可支配收入(x2，單位：元)，第三產業占GDP比重(x3，%)，人口自然增長率(x4，%)四個變量來衡量。

對于生態健康指標，本研究選取了人均森林面積(x5，單位：公頃/萬人)，自然保護區占轄區面積比重(x6，%)，濕地占國土面積比重(x7，%)，沙化土地占國土面積比重(x8，%)四個變量來衡量。

對于環境友好指標，本研究選取了人均工業廢水排放量(x9，單位：噸/人)，人均生活污水排放量(x10，單位：噸/人)，單位GDP二氧化硫排放量(x11，單位：噸/萬元)，單位GDP COD排放量(x12，單位：噸/萬元)，單位GDP氨氮化物排放量(x13，單位：噸/萬元)，單位GDP工業固體廢物產生量(x14，單位：噸/萬元)，城市污水處理率(x15，%)七個變量來衡量。

對于社會和諧指標，本研究選取了人均公共綠地面積(x16，單位：公頃/萬人)，改水累計受益人口比重(x17，%)，單位農業產值化肥施用量(x18，單位：噸/億元)，單位農業產值農藥施用量(x19，單位：噸/億元)四個變量來衡量。

以上所述數據均來源于安徽省2011年至2016年的《安徽統計年鑒》。

二、實證分析

(一)主成分分析

以上四個層面的指標都是從不同方面反映了安徽省的生態文明狀況，它們的衡量單位、重要程度可能都不一樣，所以為了更好地反映安徽省生態文明的整體情況，必須用恰當的方法將其進行去量綱化和整合，本研究選擇主成分分析的方法，依據主成分分析法的基本原理和主成分選取原則，使用stata 11.2軟件進行計算。

通過相關性檢驗、kmo檢驗、smc檢驗和anti檢驗，發現變量間存在明顯的多重共線性，適合進行主成分分析。通過主成分分析結果(略)，前四個成分的特征值大于1，所以擬選取四個主成分進行分析，另外前四個成分的累計貢獻率已達到98.42%，符合選取原則。

由主成分分析的結果寫出主成分函數為：

F1=0.2886zx1+0.2871zx2-0.2204zx3

+0.1679zx4+0.1831zx5-0.0596zx6

+0.1882zx7+0.1882zx8-0.0817zx9

+0.2762zx10-0.2849zx11+0.0945zx12

+0.1108zx13-0.2787zx14+0.2848zx15

+0.2825zx16+0.2466zx17-0.2867zx18

-0.2877zx19

(1)

F2=-0.0325zx1-0.0188zx2+0.2010zx3

+0.2360zx4+0.2095zx5-0.2944zx6

+0.2287zx7+0.2287zx8+0.3668zx9

-0.1504zx10+0.0026zx11-0.4885zx12

-0.4753zx13-0.0935zx14+0.0211zx15

-0.0002zx16+0.1786zx17+0.0519zx18

+0.0438zx19

(2)

F3=0.0062zx1+0.0506zx2+0.2390zx3

+0.1914zx4-0.4520zx5+0.5027zx6

+0.3374zx7+0.3374zx8-0.3389zx9

+0.0073zx10+0.0993zx11-0.0710zx12

-0.0776zx13-0.0958zx14-0.0803zx15

-0.1282zx16+0.2215zx17+0.0261zx18

+0.0379zx19

(3)

F4=-0.3976zx1+0.5020zx2+0.2635zx3

-0.0123zx4-0.0344zx5-0.1626zx6

+0.3368zx7+0.3368zx8+0.0203zx9

+0.0701zx10+0.0582zx11+0.3089zx12

+0.3051zx13+0.0964zx14-0.0989zx15

+0.0201zx16+0.2132zx17+0.0567zx18

+0.0201zx19

(4)

其中zxi(i=1,2,3…19)為xi的標準化變量。可見，第二主成分包含了人均工業廢水排放量、單位GDP COD排放量和單位GDP氨氮化物排放量三個變量的主要信息，所以可以將其命名為工業污染主成分。第三主成分包含了人均森林面積、自然保護區占轄區面積、人均公共綠地面積、濕地占國土面積比重和沙化土地占國土面積比重四個變量的主要信息，可以將其命名為生態友好面積主成分。第四主成分主要包括了人均GDP、城鎮居民可支配收入和第三產業占GDP比重三個變量的主要信息，可以將其命名為經濟發展主成分。第一主成分包含了其余變量的信息，由于其余變量大多數是關于污染方面的，所以可以將其命名為其他污染主成分。

再由各自主成分的方差貢獻率，可以寫出安徽省生態文明狀況的綜合得分公式：

x=0.6295F1+0.1631F2+0.1189F3+0.0727F4

(5)

將進行標準化處理后的數據帶入公式(1)～(4)計算出主成分得分后，再將算出的主成分得分帶入(5)式，即可得到安徽省各年的生態文明狀況綜合得分(見表1)。由表1可以看出，安徽省生態文明狀況的綜合得分在2010年后開始逐年遞增，表明2010年后安徽省這些年的生態文明狀況在逐年變好，2010～2012年安徽省生態文明建設水平欠佳，從2013年開始，綜合得分變為正值，說明生態文明建設取得了一定成果。從F1和F2兩個污染主成分的得分看出來，污染情況隨著生態文明建設的進步在逐年惡化，反映出安徽省生態健康、環境友好情況欠佳，環境污染嚴重且對環境污染治理能力不足，目前的資源短缺問題、環境污染治理問題還很嚴峻。

表1 總體評價結果

(二)協整分析

由前述的主成分分析，F1和F2兩個污染主成分也在逐年增加，安徽省的污染狀況始終處于惡化狀態，為了更好地測度安徽省經濟發展與環境污染的關系，特此選取出經濟主成分和兩個污染主成分進行協整分析，進一步研究經濟發展與環境污染之間是否存在協整關系(長期均衡關系)。

使用EG兩步檢驗法來進行協整檢驗，由于該方法只適用于研究兩個變量之間的長期均衡關系，所以先以兩種污染主成分的方差貢獻率作為權重，將兩種污染主成分綜合成一個主成分，將其命名為綜合污染主成分(F5)，即下面即可對經濟主成分F4和綜合污染主成分F5進行協整檢驗。

在進行協整檢驗之前，首先對F4和F5進行了同階單整檢驗，最終經濟主成分和綜合污染主成分的二階差分序列通過了檢驗，證明他們都是二階單整序列，F4和F5兩個主成分滿足同階單整條件，下面進行協整檢驗。先對F4對F5進行回歸。使用OLS法對F4和F5進行回歸的協整方程為：

上述估計的協整方程通過了顯著性水平為10%的檢驗，然后對協整方程的殘差序列做平穩性檢驗。檢驗結果顯示(輸出結果略)，殘差序列平穩性檢驗的ADF檢驗值小于10%顯著性水平下的臨界值，說明上述估計的協整方程不存在偽回歸現象，經濟發展和環境污染之間存在長期均衡關系，而且由協整方程可知：在其他條件不變的情況下，污染水平每增加1個單位，將會使經濟水平增加0.026個單位。這比較符合理論情況，污染通常是與工業掛鉤，而安徽省GDP中，工業占有較大比重，污染越嚴重，說明工業生產越多，從而使得發展越快。

(三)格蘭杰因果檢驗

為了測評經濟發展水平和污染水平之間是否存在因果關系，對經濟發展主成分F4和綜合污染主成分F5進行格蘭杰因果檢驗，檢驗結果如表2所示。

表2 格蘭杰因果檢驗結果

由檢驗結果可知，經濟發展主成分是綜合污染主成分的格蘭杰原因，綜合污染主成分也是經濟發展主成分的格蘭杰原因，這可能是因為：安徽省GDP的構成中，第二產業始終占據比較大的比重，而第二產業是環境污染的主要來源，所以污染的加劇，意味著工業化生產較多，由此帶來了經濟的發展，即環境污染是經濟發展的格蘭杰原因。另一方面，經濟的發展往往伴隨著大量的工業化生產，所以加劇了污染的程度，即經濟發展也是環境污染的格蘭杰原因，這間接地證明我國走的是先污染再治理的道路。

三、對策

由以上分析，2010～2015年間，安徽省生態文明建設取得了長足的進步，特別是從2013年開始，這時候雖然工業污染物依然逐年惡化(通過工業污染主成分F2看出)，但其他污染物卻明顯改善(由其他污染主成分F1得出)，這可能是源于安徽省于2012年11月6日發布的《生態強省建設實施綱要》。然而不可否認的是，安徽省目前環境污染依舊嚴重，工業污染主成分F2主要反映了廢水和氨氮化物的情況，其逐年的惡化反映了安徽省水污染和氣體污染現狀的嚴峻。從協整和格蘭杰因果檢驗結果可知，安徽省總是被動的因為污染狀況逐漸惡化之后而逐年治理，缺乏主動積極的應對措施，總是先發展，等經濟發展進步了，發現污染跟著嚴重了，而后又開始被動的治理污染。所以，為了提高生態文明建設水平，首要的是改善環境，治理污染，特別是水污染和大氣污染。為此，第一，政府應及時出臺水污染防治和大氣污染的法律文件，污染問題僅僅依靠宣傳，無法從根本上解決問題，而需依靠法律手段進行上層控制；第二，要轉變觀念，要從末端治理向前端防控和總理控制轉變，比如說，環保局可以實施重點排污企業刷卡排污系統，規定其排污總量；第三，政績考核要符合新時代要求，不能再唯經濟發展至上，而應加大環境、生態等指標在評價系統中的比重，并且終身問責，真正做到問責有目標，懲罰有規定；第四，政府應加大投資，多建設污水處理廠，使城市到農村的污水都能得到及時的處理，避免水污染。

[1]侯鷹，李波，郝利霞.北京市生態文明建設評價研究[J].生態經濟(學術版)，2012(1)：436-440.

[2]張歡，成金華，馮銀.特大型城市生態文明建設評價指標體系及應用——以武漢市為例[J].生態學報，2015(2)：547-556.

[3]李平星，陳雯，高金龍.江蘇省生態文明建設水平指標體系構建與評估[J].生態學雜志，2015(1)：295-302.

[4]林震，雙志敏.省會城市生態文明建設評價指標體系比較研究——以貴陽市、杭州市和南京市為例[J].北京航空航天大學學報(社會科學版)，2014(5)：22-28.

[5]陳曉丹，車秀珍，楊順順，等.經濟發達城市生態文明建設評價方法研究[J].生態經濟，2012(7)：52-56.

[6]藍慶新，彭一然，馮科.城市生態文明建設評價指標體系構建及評價方法研究——基于北上廣深四城市的實證分析[J].財經問題研究，2013(9)：98-106.

[7]嚴耕，林震，吳明紅.中國省域生態文明建設的進展與評價[J].中國行政管理，2013(10)：7-12.

[8]劉某承，蘇寧，倫飛.區域生態文明建設水平綜合評估指標[J].生態學報，2014(1)：97-104.

[9]張歡，成金華，陳軍，等.中國省域生態文明建設差異分析[J].中國人口資源與環境，2014(6)：22-29.

[10]宓澤鋒，曾剛，尚勇敏.中國省域生態文明建設評價方法及空間格局演變[J].經濟地理，2016(4)：15-21.

Study on the Level of Ecological Civilization Construction in Anhui Province Based on Principal Component Analysis

ZHANG Chengsong, SHI Songlan, LI Xiaoxiao

(AnhuiUniversityofFinance&Economics,Bengbu233030,China)

To investigate in Anhui province in recent years, the general characteristics of the construction of ecological civilization, through collecting reflect ecological civilization construction level in Anhui province in 2010～2015 19 index data, using principal component analysis method, to calculate the comprehensive score of ecological civilization in six years in Anhui province, found that the pollution situation is still deteriorating, and then use the cointegration test and granger causality test method to test Anhui province economic development level and the pollution level. The empirical results show that the ecological civilization construction level in Anhui province is on the rise in six years, the level of economic development in Anhui province and the pollution level, there is a long-term equilibrium relationship and mutual granger reason of ecological civilization construction in Anhui province outstanding achievements, but there are still some obstacles.

ecological civilization; principal component analysis; Cointegration test; Granger test

2017-01-15

張成松(1993-)，男，安徽宿州人，碩士研究生，研究方向：節能環保產業。

X21

A

1009-9735(2017)03-0082-04