基于主成分模糊評價分析的干旱區土地利用生態安全評價

王藝潔，蒲春玲，劉志有，胡 賽，穆飛翔，包 睿，付萬年，劉金芝

(新疆農業大學管理學院，新疆 烏魯木齊 830052)

基于主成分模糊評價分析的干旱區土地利用生態安全評價

王藝潔，蒲春玲，劉志有，胡 賽，穆飛翔，包 睿，付萬年，劉金芝

(新疆農業大學管理學院，新疆 烏魯木齊 830052)

選取新疆干旱區烏魯木齊市、克拉瑪依市、石河子市和五家渠市4市為研究對象，結合其土地生態利用指標，構建4個城市的土地利用生態安全評價指標體系，運用主成分和模糊綜合分析法，得出4市的評價等級。結果表明：烏魯木齊市、克拉瑪依市、石河子市、五家渠市的評價等級得分為2.323 672、2.675 64、2.391 087、1.961 43，烏魯木齊市、克拉瑪依市和石河子市的評價值都大于2，說明土地利用生態為安全，而五家渠市的土地利用生態為一般。總的來說，這4個市的土地利用生態都為安全。基于評價結果分析，最后提出了提升土地利用生態安全水平的對策建議。

主成分；模糊綜合評價；土地利用；生態安全

土地作為人類生產、生活的必要物質基礎，健康穩定的土地生態系統對保障國家糧食安全和社會經濟可持續發展至關重要。新疆作為干旱區，支撐經濟發展的土地生態系統脆弱，近年來對土地資源的過度開發使得土地生態安全存在的問題日益突出。脆弱的土地生態環境已經成為制約全區經濟和社會發展的瓶頸，建立保障區域經濟社會可持續發展的土地生態安全保障體系已成為經濟發展、社會穩定必須考慮和解決的重要問題[1-3]。

目前，國內對土地利用生態安全研究處于探索階段。曲福田等學者對江蘇省土地生態安全問題進行了全面分析，并提出有效的應對措施。劉勇等學者采用綜合指數法進行評價土地生態安全綜合值，對江蘇省3個縣市進行了空間差異分析；吳冠岑等學者從自然—經濟—社會復合系統入手，依據各子系統協同演變的機理分析，構建評價指標體系，通過對淮安市土地生態安全進行了實證分析；張軍以等學者采用綜合指數法對重慶市10年的土地生態安全狀況進行了動態評價，并進行了趨勢分析[4-10]。

大多數研究側重于某一區域的評價，對城市間對比分析尤其是對干旱區的多個城市土地利用生態安全對比研究相對較少。因此，本研究在已有基礎上，以新疆北疆烏魯木齊市、克拉瑪依市、石河子市及五家渠市為例，將主成分分析法和模糊綜合評價法相結合進行4個城市的土地利用生態安全研究。

1 研究區概況

新疆是典型的內陸干旱區，地緣遼闊，全區土地總面積為166.49萬km2，約占全國的1/6。全區未利用土地所占比重較大，同時全區土地質量和土地效率偏低，土地利用結構不合理。2014年全區實現地區生產總值9 273.46億元，其中第一產業產值1 538.60億元，占GDP的16.59%，第二產業產值3 948.96億元，占GDP的42.58%，第三產業產值3 785.90億元，占GDP的40.83%，新疆主要由第二、三產業帶動經濟發展。

2 土地生態安全評價研究

2.1 評價指標體系的構建

本研究評價指標體系選取了人均生態用地、人均耕地、人均GDP、城鎮化率、人口自然增長率、建城區綠化覆蓋率、人均土地面積、生活垃圾處理率、耕地面積比重及第一產業增加值共10個具體指標來綜合反映土地生態利用安全，用X1、X2、…、X10表示各評價指標。

2.2 原始數據預處理

使用統計產品與服務解決方案(SPSS)軟件直接對原始數據進行運算，提取主成分。利用 SPSS 進行降維處理，計算得出指標X1，X2，…，X10的相關性系數矩陣、主成分貢獻率，見表1所示。

表1 主成分貢獻率

提取方法：主成分分析

從表1中可以看出，降維后前3個主成分的累計貢獻率達到100%，表明前3個主成分基本包含了全部指標的絕大部分信息。用Z1、Z2和Z3表示主成分，同時得出主成分得分系數矩陣，并依據指標得分，構建主成分線性方程。

Z1=0.198X1+(-0.183)X2+0.003X3+

(-0.024)X4+(-0.117)X5+(-0.027)X6+

0.207X7+0.21X8+0.127X9+(-0.073)X10

Z2=(-0.086)X1+0.119X2+0.237X3+

(-0.163)X4+(-0.116)X5+0.224X6+

0.056X7+0.039X8+0.125X9+0.221X10

Z3=(-0.084)X1+0.116X2+0.016X3+

0.655X4+0.251X5+0.272X6+0.050X7+

0.077X8+0.554X9+(-0.112)X10

將評價指標的原始數據(變化量)標準化后，得標準化后的原始數據。見表2所示。

將表1數據代入Z1、Z2和Z3的線性方程，可得出4地的主成分的指標數據，見表3所示。

2.3 綜合評價

2.3.1 構建評語等級論語及隸屬度

本文將生態安全評價分為3個評價級別即安全、一般、不安全。為利于計算，我們將主觀評價的語義學標度進行量化，并依次賦值為 3、2 及 1，詳見表4。為便于計算，本文結合主成分指標數據，選取了常見的半梯形函數作為主成分隸屬函數。

表2 標準化后原始數據

表3 主成分指標數據 10-2

表4 等級表

Z 對評價等級“安全”的隸屬函數為：

Z 對評價等級“一般”的隸屬函數為：

Z 對評價等級“不安全”的隸屬函數為：

2.3.2 建立模糊隸屬矩陣及綜合評價

將Z1、Z2和Z3的值分別代入上述隸屬函數，計算評判對象對評語集中各元素的隸屬程度，可得到模糊隸屬矩陣。

用主成分貢獻率表示模糊權重向量A，則

A=(0.468 47，0.422 09，0.109 43)

利用加權平均 M(·,⊕)模糊合成算子將A與R合成得到模糊綜合評價結果向量B，得出結果如下所示：

B1=(0.323 692，0.676 298，0)；

B2=(0.675 660，0.324 330，0)

B3=(0.421 046，0.549 005，0.029 939)；

B4=(0.145 797，0.669 847，0.184 345)

對綜合評價向量E進行等級評定:

E1=0.323 692×3+0.676 298×2+0×1=

2.323 672

E2=0.675 660×3+0.324 330×2+0×1=

2.675 64

E3=0.421 046×3+0.549 005×2+

0.029 939×1=2.391 087

E4=0.145 797×3+0.669 847×2+

0.184 345×1=1.961 43

通過基于主成分分析的模糊綜合計算，得出烏魯木齊市、克拉瑪依市、石河子市和五家渠市的評價等級值為2.323 672、2.675 64、2.391 087、1.961 43，烏魯木齊市、克拉瑪依市和石河子市的評價值都大于2，說明土地利用生態安全，五家渠市土地利用生態一般。總的來說，這4個市的土地利用生態都是安全的。

3 評價結果分析

3.1 生態環境因素分析

截止到2015年，4市的人均耕地面積為烏魯木齊市0.036 323 3 hm2，克拉瑪依市0.141 739 hm2，石河子市0.343 475 hm2，五家渠市0.179 047 hm2，聯合國糧農組織確定的人均耕地面積0.053 hm2的警戒線，僅有烏魯木齊市不符合標準，克拉瑪依市、石河子市、五家渠市三市皆符合國家耕地政策和新疆糧食安全的要求。但是當人口數量持續增長時，人均耕地面積也隨之下降，在此基礎上，必須要嚴格控制城市建設用地對耕地的占用。在4市的土地生態安全評價體系中，人均生態用地占有較大的比重，其人均生態用地烏魯木齊市為0.810 065 hm2，克拉瑪依市為0.528 305 hm2，石河子市為0.825 542 hm2，五家渠市為0.313 648 hm2，也達到了生態建設的要求。由此可得，近年來4市對生態建設的投入不斷增加，重視程度不斷提高，使綠化水平得到很大程度的提高。

3.2 經濟因素分析

現階段4市的經濟持續發展，城市化率符合生態建設目標的要求，人口自然增長得到了控制，人均GDP有顯著增加，第一產業增加值不斷增加，二、三產業產值也呈現不斷增長的態勢。在第一產業發展中，影響土地生態安全的重點在于發展中農藥、化肥的違規使用。為了保護城市的土地生態，應對化肥農藥的使用嚴加控制。

3.3 社會因素分析

4市的城市化水平較高，人口增長速度開始變緩，人口自然增長率得以控制，符合國家和地方的發展規劃和政策。隨著城市化的不斷發展，大量的農村人口開始涌入城市，城市內的人地矛盾逐漸明顯，對建設用地需求不斷增加，由此會出現占用耕地、森林破壞等現象，從而影響到生態系統的功能。

4 結 論

現階段4市的土地利用生態安全水平處于安全值，而為使4市生態安全狀況始終保持在安全值內，促進土地資源的可持續利用發展，應在保護生態環境的前提下開展人們的生產、生活活動。應從以下幾方面進行：

1)堅持對土地生態的保護，對未遭到破壞的土地加以保護，針對已經遭到破壞的土地進行綜合治理，提高土地質量，加大對生態農業的推廣。

2)完善相關法律法規，堅持將法律法規落實到實處，同時也要對其實施進行監督管控，真正意義上做到有法必依、執法必嚴、違法必究。

3)開展土地整治活動，加大對土地生態的保護，優化土地利用結構。

4)建立生態補償機制，推動土地生態的保護工作的落實，以行政、經濟、技術等多種手段加強對土地生態的保護，推動土地資源的可持續利用。

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Ecological Security Assessment of Land Use in Arid Area on Principal Component Fuzzy

WANG YiJie, PU Chunling, LIU Zhiyou, Hu Sai, MU Feixiang, BAO Rui, FU Wannian, LIU Jinzhi

(CollegeofManagement,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumchi,Xinjiang830052,China)

This paper selects the arid area of Xinjiang Urumqi City, including Karamay, Shihezi, Wujiaqu as the research object. It is combined with the ecological land use index in construction of land use of 4 cities of ecological security evaluation index system. We have used principal component analysis method and fuzzy comprehensive evaluation for 4 city-level. The results show that the evaluation of Urumqi, Karamay, Shihezi, Wujiaqu will rate score of 2.323 672, 2.67 564, 2.391 087, 1.96 143. Urumqi City, Karamay city and the evaluation of Shihezi city value is bigger than 2. This indicates that the ecological security of land use, land use and ecological Wujiaqu city should be in general. Overall, the 4 cities of land use and ecology are in security. Based on the analysis of the evaluation results, the paper puts forward some suggestions on how to improve the level of ecological security of land use.

Principal component analysis; Fuzzy comprehensive evaluation; Land use; Ecological security

2017-04-07

國家社會科學基金(14XGL005)

王藝潔(1994-)，女，新疆額敏人，在讀碩士研究生，研究方向：資源環境與區域可持續發展，手機：18699057193，E-mail：609287048@qq.com；通訊作者：蒲春玲，E-mail：puchunling@163.com.

X820；F301

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.03.045