基于主成分分析的山西省農業循環經濟發展水平評價研究*

姚曉萍

(山西農業大學經濟管理學院，太谷 030801)

0 引言

農業循環經濟是一種全新的農業生產方式，它是以循環經濟學原理為準則，運用現代技術及現代化管理方式組織農業生產，以實現農業資源、環境、經濟的有機融合與可持續發展為目的[1]，是提高農產品競爭能力與轉變農業發展方式的重要途徑[2]。我國傳統的石油農業存在生產效率低下、能耗高等問題，長期以來對生態環境造成了嚴重污染及資源浪費，如今面臨著農業向現代化生產方式的轉變，傳統農業受到了巨大挑戰。農業循環經濟在2006年的中央一號文件被首次正式提出，倡導要積極發展農業循環經濟，之后又在十八大及“十三五”規劃中被多次強調，顯示出我國發展農業循環經濟的必要性，至此也吸引了國內眾多學者對其展開多層次、多角度地深入研究和探索，成為近些年的研究熱點。

農業循環經濟是一個“中國化”的概念，在世界農業發達國家，基于生態農業的節水農業、精準農業、高效農業等具有循環經濟特征的農業生產方式是現代農業發展方向[3]，且研究主要偏向于技術層面[4-5]。在國內，農業循環經濟是研究的熱點領域，董鋒[6]認為發展農業循環經濟是延長農業產業鏈，優化產業結構，實現農民增產增收的有效途徑； 且農業自身的整體性使其更具有發展循環經濟的優勢[7]； 目前國內學者將農業循環經濟發展模式分為3種，分別為以規模范圍為特征、以技術目的為特征和以高新技術為特征的農業循環經濟發展模式[8]。且中國農業循環經濟目前存在認識不足、發展意愿不強、缺乏相應政策體系、技術支持不到位等問題。目前有關農業循環經濟發展評價方法主要有灰色關聯分析法[9]、綜合指數評價法[10]、目標線性加權函數法[11]、密切值法[12]、DEA法[13]和PPC模型[14]等； 農業循環經濟發展評價空間領域基本涵蓋了全國、流域、省域、縣域等不同研究尺度[15-16]。但目前為止，對山西省農業循環經濟的研究不多，且更偏重于現狀、對策、建議等宏觀方面[17]。鑒于此，文章以山西省的農業循環經濟為研究對象，運用主成分分析法探討2001～2016年山西省農業循環經濟發展變化趨勢。

1 研究區域概況

山西省地處黃河中游，黃土高原東部，北界長城與內蒙古自治區接壤，西隔黃河與陜西省相望，南抵黃河與河南省為鄰，東依太行山與河南、河北兩省毗連。省境輪廓大體呈平形四邊形，介于東經110°15′～114°33′，北緯34°34′～40°43′之間，南北長628km，東西寬385km，總面積15.67萬km2，約占全國總土地面積的1.63%。境內山巒疊嶂，丘陵起伏，溝壑縱橫，大部分為山區和丘陵，主要農作物種植區為太原、大同、臨沂、忻州、和運城等盆地。2015年全省耕地面積480.36萬hm2，農業人口1 648萬人，人均耕地遠低于全國平均水平； 森林覆蓋率18%，低于全國平均水平21.66%，同時山西省農業發展面臨著耕地面積持續減少，耕地質量明顯下降、農業污染日趨嚴重、水資源短缺、農業生態環境問題日益嚴重、農產品質量下降[14]等問題。

2 數據來源及研究方法

2.1 數據來源

該文選用2001～2016年山西省16年的年度數據為研究對象。為保證數據的可靠性，山西省農業循環經濟發展水平評價指標體系的指標數據均來源于《山西省統計年鑒》，對于數據未進行統計的指標，數據主要從《中國農村統計年鑒》《中國統計年鑒》《中國環境統計年鑒》中獲得。

2.2 研究方法

2.2.1 指標體系構建

農業循環經濟發展水平評價是一項綜合性評價，在參考以往學者對農業循環經濟發展評價指標構建的基礎上[19-20]，該文將社會效益、經濟效益和生態效益作為選取指標的三大依據，結合山西省當地農業特點，秉持全面性、科學性和可操作性，能系統、充分地反映維持農業循環經濟系統平衡的物質循環與能量轉換[18]的原則，選取了經濟與社會發展指標、資源減量投入指標、資源循環利用指標和資源環境安全指標作為指標體系的準則層，以及16個指標作為評價山西省農業循環經濟指標體系的指標層(表1)。

表1 山西省農業循環經濟發展評價指標及說明

目標層準則層指標層單位指標說明指標性質山西省農業循環經濟發展評價A經濟與社會發展B1單位面積農業GDP C1元/hm2農業總產值/農作物播種面積正農民人均純收入C2元農民總收入—農民總支出正農林牧漁商品率C3%農林牧漁商品產值/總產值正畜禽產品商品率C4元/t牧業產值/肉類總產量正資源減量投入B2化肥使用強度C5kg/hm2化肥施用量/農作物播種面積負農藥使用強度C6kg/hm2農藥使用量/農作物播種面積負農膜使用強度C7kg/hm2農膜使用量/農作物播種面積負農業機械使用強度C8W/hm2農業機械總動力/農作物播種面積正資源循環利用B3秸稈綜合利用率C9%秸稈利用量/秸稈產生量正廢棄物資源化水平C10個/人沼氣池個數/農業人口數正復種指數C11%農作物播種面積/耕地面積正化肥有效利用系數C12元/kg種植業產值/化肥折純施用量正資源環境安全B4森林覆蓋率C13%林地面積/土地總面積正有效灌溉系數C14%有效灌溉面積/耕地面積正水土流失治理系數C15%土地流失治理面積/耕地面積正人均耕地面積C16hm2/人耕地面積/農業人口數正

2.2.2 評價方法——主成分分析法

該研究采用多元統計分析中的主成分分析法(principal component analysis，PCA)對山西省農業循環經濟發展水平進行評價。主成分分析也稱主分量分析，宗旨是采用降維思想，將多指標體系通過主成分分析轉化為少數幾個綜合指標，即主成分，其中每個主成分都能夠反映原始變量的大部分信息，且所含信息互不重復，以此來減弱自變量之間的相互干擾[21]。其具體計算步驟如下：

(1)將原始數據進行標準化處理：

(1)

式(1)中，Xij為農業循環經濟第j項評價指標的第i年測度值，Yij為經無量綱化處理后的農業循環經濟評價指標各年度值。

(2)計算樣本相關矩陣R=(rij)p×p：

(2)

(3)令|R-λ|=0，計算特征值、方差貢獻率、累計貢獻率。

(4)確定主成分：取累計貢獻率達85%以上的特征值作為主成分

表2 主成分特征根、貢獻率、累計貢獻率

因子特征值方差貢獻率(%)累計貢獻率(%)P110.6566.5666.56P22.4615.3881.94P31.257.8189.75

表3 初始因子載荷矩陣

(5)計算主成分得分：

F=a1iX1+a2iX2+apiXpi=1， 2，…，p

(3)

(6)計算第j列指標的綜合評價值：

(4)

式中，αp為第p個主成分的方差貢獻率；Fpj為第j列的第p個主成分。

3 數據處理及結果

依據上述主成分分析法的計算步驟，應用stata12.0軟件對2001～2016年山西省農業循環經濟指標標準化后數據進行分析。

3.1 因子分析

因子分析是將驅動力指標體系所有因子中相關性比較密切的因素歸為一類，即一個主成分，最終用特定的幾個主成分去描述資料中的大部分信息。根據球形檢驗結果總體的KMO取值為0.607 8，說明各變量之間相關性比較大，指標信息存在重疊，可以進行因子分析。且各個變量的KMO值也大多在0.6以上，所以本數據是比較適合因子分析的。由主成分特征根和貢獻率(表2)可知，特征根λ1=10.65，λ2=2.46，λ3=1.25，前3個主成分的累計方差貢獻率達89.75%，即涵蓋了大部分信息。這表明前3個主成分能夠代表最初的16個指標來分析山西省農業循環經濟發展水平，故提取前3個因子即可，記作P1，P2，P3。

3.2 主成分分析

由主成分載荷矩陣(表3)可知，單位面積農業GDP(C1)、農民人均純收入(C2)、農林牧漁商品率(C3)、畜禽產品商品率(C4)、化肥使用強度(C5)、農藥使用強度(C6)、農膜使用強度(C7)、農業機械使用強度(C8)、化肥有效利用系數(C12)、森林覆蓋率(C13)、有效灌溉系數(C14)、人均耕地面積(C16)在第一主成分上有較高載荷系數，這些指標都與農業生產資料有關，因此可將評價山西省農業循環經濟發展水平的第一主成分歸納為生產資料集約； 秸稈綜合利用率(C9)、廢棄物資源化水平(C10)、水土流失治理系數(C15)在第二主成分上有較高的載荷系數，秸稈利用、廢棄物資源化及水土流失治理均屬于資源修復范疇，因此可將評價山西省農業循環經濟發展水平的第二主成分歸納為資源修復； 復種指數(C11)在第三主成分上有較高的載荷系數，體現的是土地集約利用水平，評價山西省農業循環經濟發展水平的第三主成分為土地集約。綜上，評價山西省農業循環經濟發展水平的因素為生產資料集約水平、資源修復水平和土地集約水平。

3.3 主成分及綜合評價模型

由因子載荷矩陣、特征值以及方差貢獻率得到因子權重，根據因子得分系數，可以得到主成分P1，P2，P3的評價模型及綜合評價模型P：

P1=0.03C1+0.15C2-0.08C3-0.05C4+0.13C5+0.08C7+0.12C8-0.04C9+0.09C10+0.04C11+0.19C12+0.12C13+0.08C14+0.07C15+0.08C16

(5)

P2=-0.14C1-0.07C2+0.39C3+0.34C4+0.07C5+0.02C7+0.06C8+0.37C9+0.02C10-0.09C11-0.02C12-0.08C13+0.01C14+0.07C15-0.07C16

(6)

P3=0.12C1-0.01C2-0.15C3-017C4-0.12C5-0.07C7-0.09C8+0.05C9+0.11C10+0.61C11+0.04C12+0.05C13+0.29C14+0.38C15-0.15C16

(7)

P=0.6656P1+0.1538P2+0.0781P3

(8)

表4 2001～2016年山西省農業循環經濟發展水平綜合評價值

年份P1P2P3P2001-1.03-1.300.38-0.862002-1.26-0.87-1.59-1.092003-1.04-1.41-0.12-0.922004-0.91-0.880.26-0.722005-0.71-0.090.77-0.422006-0.610.250.95-0.292007-0.541.91-1.04-0.142008-0.391.420.13-0.032009-0.391.32-0.22-0.0720100.180.57-0.100.2020110.350.870.090.3720120.710.070.840.5520130.880.010.560.6320141.38-0.370.830.9220151.60-0.730.921.0320161.76-0.75-2.660.85

4 結果分析

根據式(5)～(8)可以得到2001～2016年山西省農業循環經濟發展綜合評價值(表4和圖1)。山西省農業循環經濟發展綜合得分值越高，說明農業循環經濟發展水平越高。從表4和圖1可以看出， 2001～2016年山西省農業循環經濟發展在總體上呈現出上升趨勢，年均增長0.12。可將2001～2016年山西省農業循環經濟發展分為兩個階段：(1)2001～2009年農業循環經濟發展低水平階段。該階段山西省農業循環經濟發展為負值，該階段農業發展的特點為：追求農產品產量高于打造農產品質量，以高投入、高消耗作為主要生產方式，忽略對農業資源環境及生態系統的保護，不以追求農業的可持續發展為目標，還是以傳統農業發展方式為主。(2)2010～2016年農業循環經濟發展上升階段。該階段山西省農業循環經濟發展為正值，說明2010年之后山西省轉變傳統農業發展方式、實現農業循環經濟取得一定成效，該階段追求農產品質量的同時，也注重產品質量的提升，以農業的可持續發展為目標，利用土地的同時也注重資源、環境的保護。由表4可知，第一主成分生產資料集約水平在2001～2016年一直處于發展上升階段，且同樣在在2010年之后成為正值，較2008年以前有了很大幅度改善，說明生產資料集約水平是促使山西省農業循環經濟發展提升的主要動力。

圖1 2001～2016年山西省農業循環經濟發展水平趨勢

5 結論與展望

5.1 結論

該文應用主成分分析法對山西省農業循環經濟發展水平進行評價，具有一定的科學性和可信度。主要得到以下結論：(1)山西省農業循環經濟發展水平的評價因素可歸納為生產資料集約水平、資源修復水平和土地集約水平3方面。(2)山西省農業循環經濟在2001～2016年總體呈現上升趨勢； 并分為兩個發展階段， 2001～2009年農業循環經濟發展低水平階段和2010～2016年農業循環經濟發展上升階段。(3)2010年之后山西省轉變傳統農業發展方式、實現農業循環經濟取得一定成效，生產資料集約水平是促使山西省農業循環經濟發展提升的主要動力。

5.2 展望

該文運用主成分分析法對2001～2016年山西省的農業循環經濟發展水平進行綜合評價，在一定程度上可以反映出山西省農業循環經濟的發展趨勢，填補當前農業循環經濟在山西省評價研究上的缺失。山西省轉變傳統農業發展方式，提升農業循環經濟發展水平，使農業走可持續發展道路注重生產資料的集約是關鍵，可以從控制化肥、農藥、農膜投入量，提升其有效利用系數等方面入手； 其次要提升資源修復水平，利用秸稈還田的形式增加廢棄物利用率，增加水土流失治理面積； 并提高土地利用率。但該研究也存在不足，如該文對山西省農業循環經濟發展水平研究只局限于省層面，只能反映出全省整體水平，而農業循環經濟發展水平更確切來說是由各市、乃至縣的農業循環經濟發展共同構成的，因此，該研究為下一步研究提供了方法并指明了方向，要細化對山西省各市、乃至縣級農業循環經濟發展水平進行研究，更有利于把握山西省區域農業循環經濟發展協調度，從更細致層面把握山西省農業循環經濟發展情況。