基于主成分分析的南寧市土地生態安全評價

劉曉 梁慶璇 韓華 凌子燕 謝鳳杏

摘要 以土地生態安全為理論基礎，利用《南寧統計年鑒》和《廣西統計年鑒》等資料數據，選取9項指標構建南寧市土地生態安全評價體系，采用SPSS主成分分析方法對2018年南寧市的土地生態安全狀況進行分析和評價。結果表明，南寧市市區的安全水平總體高于縣級地區;不同地區的生態安全面臨著不同程度的威脅。針對存在的生態安全問題提出了相應的解決措施，為促進南寧市經濟發展與土地資源可持續利用提供參考依據。

關鍵詞 土地生態安全;評價;主成分分析;南寧市

中圖分類號 F 301.2? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）18-0055-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.18.015

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Evaluation of Land Ecological Security in Nanning City Based on Principal Component Analysis

LIU Xiao1，LIANG Qing-xuan2，HAN Hua3 et al （1.Natural Resources Bureau of Pingnan County， Pingnan， Guangxi 530021;2.College of Natural Resources and Surveying and Mapping，Nanning Normal University，Nanning，Guangxi 530001;3.PetroChina Eastern Geophysical Company， Zhuozhou， Hebei 072750）

Abstract Based on the theoretical basis of land ecological security， nine indicators were selected to construct the land ecological security evaluation system of Nanning City by using the Nanning Statistical Yearbook? and the Guangxi Statistical Yearbook.SPSS principal component analysis method was used to analyze and evaluate the land ecological security status of Nanning City in 2018. The results showed that the safety level of Nanning City was generally higher than that of county-level areas. The ecological security of different regions was facing different degrees of threat. In view of the existing ecological security problems， the corresponding solutions were proposed to provide reference basis for promoting the economic development and sustainable use of land resources in Nanning City.

Key words Land ecological security;Evaluation;Principal component analysis;Nanning City

土地生態安全是國家、區域生態安全重要的基礎性組成部分[1]，其作為土地資源安全研究的重點，在維護社會的和諧穩定、保證國家和地區土地資源的可持續利用等方面發揮著至關重要的作用[2]。近年來，隨著我國人口的快速增長和工業化、城鎮化進程的加快，不合理的土地利用方式和強度使土地資源遭到極大的破壞，城市生態環境面臨著嚴重的威脅。因此，對城市土地生態安全的研究勢在必行。

城市土地生態安全既是實現城市土地資源可持續發展目標的核心內容，也是生態城市建設的不可缺少的一部分[3]。目前，國內學者在對城市土地生態安全的研究中，采用較多的方法是主成分分析法。例如，王鵬等[4]從可持續發展角度，運用主成分分析方法對衡陽市2011年的生態安全進行了定量評價;孫奇奇等[5]以2001—2008年哈爾濱市統計年鑒相關數據為基礎，采用主成分分析法對哈爾濱市土地生態安全進行了評價;孫藝寧等[6]運用主成分分析方法，評價了2008—2014年長春市土地生態安全狀況。但有關南寧市的研究相對稀缺。因此，筆者以南寧市作為研究區，在SPSS 19.0軟件的支持下，利用主成分分析方法對2018年南寧市的土地生態安全狀況進行分析與評價，以期為維護南寧市生態系統穩定與促進土地資源可持續利用提供理論依據。

1 資料與方法

1.1 研究區概況

南寧市位于廣西中部偏南，地處107°45′～108°51′E、22°13′～23°32′N。東鄰粵港澳，南臨北部灣，背靠大西南，面向東南亞，現轄興寧區、江南區、青秀區、西鄉塘區、邕寧區、良慶區和武鳴區7個區以及橫縣、賓陽縣、上林縣、馬山縣和隆安縣5個縣，總面積22 103 km2。2018年末全市戶籍人口770.82萬，地區生產總值4 026.91億元，占廣西生產總值的19.79%。屬于濕潤的亞熱帶季風氣候，光熱充足，雨量充沛，年均氣溫為21.6 ℃左右，年降水量達1 304.2 mm，水資源豐富，自然資源類型多樣。南寧市地貌以平地為主，約占總面積的57.78%，丘陵占15.59%左右，低山約占4.6%，平均海拔為74～79 m。南寧市作為環北部灣沿岸的重要經濟中心，同時又享有“綠城”的美譽，在城鎮化進程快速推進的背景下，研究其土地生態安全具有重要的現實意義。

1.2 研究方法與指標體系

1.2.1 主成分分析的原理。

主成分分析方法是一種將多個相關聯的指標轉化成少數獨立的綜合指標的統計方法[7]。具體而言，主成分分析法在確保信息丟失最少的情況下，對可能包含重疊信息的多個相關指標進行降維處理，將多個指標轉換為保留絕大部分信息的幾個互不相關的綜合指標，從而使復雜的研究簡單化，并在保證研究精度的同時提高研究效率[6]。

1.2.2 主成分分析的步驟。主成分分析法作為一種常用的統計方法，被廣泛應用于各個領域。該研究在參考前人研究成果的基礎上[4，6，8]，發現SPSS主成分分析法的步驟大致分為4個步驟。

（1）假設共有M個研究小區，N個選擇指標的原始樣本矩陣X，X=（X ij）×M×N（i=1，2，…，M;j=1，2，…，N）。

（2）計算各個指標之間的相關系數矩陣R b×b，其特征值的取值范圍為[0，1]，e j為正規化特征向量，由此得到主成分T i為：T i=X ej。

（3）當第j個主成分的方差貢獻率介于85%～95%時，取前q個主成分T 1，T 2，…，T q，那么這個主成分q就可以用來反映原來N個指標的信息。貢獻率公式為：a=qi=1a j。

（4）求研究區各區縣的生態安全綜合得分W，W=λ 1X 1 +λ 2X 2 +…+λ χX χ，其中，X為表示特征值的特征向量;λ 1，λ 2，…，λ χ表示原始指標的標準化數據。

1.2.3 指標體系的建立。

評價指標的確定是研究土地生態安全評價的關鍵內容[6]，對土地生態安全評價結果的質量起著決定性作用。因此，該研究依據科學性、完整性、層次性和可比性原則[8]，在參考前人研究結果的基礎上[4-5，7]，結合研究區的實際情況，選取了能反映南寧市社會、經濟、生態狀況的人口密度（X 1，人/km2）、人口自然增長率（X 2，‰）、城市化水平（X 3，%）、人均GDP（X 4，元）、人均耕地面積（X 5，hm2）、第一產業比重（X 6，%）、第二產業比重（X 7，%）、第三產業比重（X 8，%）、規模以上工業綜合耗煤量（X 9，萬t）9項土地利用生態安全評價指標（表1），以研究南寧市的土地生態安全狀況。

1.3? 數據來源與處理

原始數據主要來源于《南寧統計年鑒（2019年）》《廣西統計年鑒（2019年）》、2019年南寧市國民經濟發展統計公報以及廣西統計局和南寧市統計局等網站，其中2018年的規模以上工業綜合耗煤量是在南寧統計局網站中，根據2019年南寧市各縣區規模以上工業綜合耗煤量及其同比增長率計算得到的。為消除不同量綱之間的差異性，該研究利用SPSS軟件對原始數據進行標準化處理（表2）。

2 結果與分析

2.1 主成分分析 在SPSS 19.0軟件的支持下，基于標準化處理后的9個指標數據（表2），通過分析指標之間的關系并對這些指標進行主成分處理，得到各主成分的特征值和貢獻率（表3）。

從表3可以看出，第3個主成分的累計貢獻率為91.95%，說明前3個主成分基本反映了原始指標的信息，可用來衡量南寧市土地生態安全狀況。因此，選取前3個主成分因子分析南寧市土地生態安全，能夠計算得到各因子對原始9個指標數據的載荷情況（表4）。

由表4主成分分析的結果可知，人口密度（X 1）、人口自然增長率（X 2）、城市化水平（X 3）、人均GDP（X 4）和第三產業比重（X 8）在主成分1中所占比例較大，對主成分1的作用明顯;而第一產業比重（X 6）和規模以上工業綜合耗煤量（X 9）占比小，影響較弱，這說明隨著人口的增長、經濟的快速發展以及城市化水平的顯著提高，產業結構的轉變反映了農民進城打工、耕地拋荒和農村資源向城市聚集的情況，但在一定程度上降低了工業耗煤量，減緩了環境的退化速度。在主成分2中，占比較大的為人均耕地面積（X 5）和第二產業比重（X 7），說明工業化水平進一步提高的同時，耕地的保護和整治也取得了顯著成效，反映了產業結構的改良升級可促進工業生產和耕地保護的協調發展。主成分3中，規模以上工業綜合耗煤量（X 9）的作用最為明顯。由此可知，如何在人口增長、經濟發展以及城市化、工業化水平提高的同時，實現土地資源的合理利用與生態環境的保護，產業結構的改良和升級以及適應土地條件的城市發展模式扮演著至關重要的角色。

49卷18期 劉 曉等 基于主成分分析的南寧市土地生態安全評價

2.2 南寧市土地生態安全評價主成分綜合得分與排名

參考已有研究成果的綜合得分計算過程[4]，通過因子載荷矩陣、標準化數據及綜合得分計算公式，計算得到2018年南寧市各區（縣）生態安全評價主成分的綜合得分：得分為正，表示該主成分高于平均發展水平，且分值越高，土地生態安全狀況越好;反之，綜合得分為負，表示該主成分低于平均發展水平，且分值越低，土地生態安全狀況越差[9-10]。最后，利用Excel對南寧市各區（縣）得分的高低進行排名與整理，如表5所示。

由表5可知，2018年南寧市各區（縣）土地生態安全綜合得分從高到低依次是西鄉塘區、江南區、青秀區、興寧區、良慶區、橫縣、武鳴區、賓陽縣、邕寧區、隆安縣、馬山縣、上林縣。對于南寧市各地區土地生態安全狀況而言，市區的安全性比縣級地區的要好。從南寧市區來看，西鄉塘區的安全性最高，其次為江南區、青秀區、興寧區、良慶區和武鳴區，且除武鳴區得分小于0外，其他市區的分值均大于0，生態安全性較高。從縣級區域來看，橫縣的安全性最高，上林縣的安全性最低，且各縣級得分均小于0，生態安全性較低。

3 結論與討論

該研究利用主成分分析方法對南寧市土地生態安全進行研究，結果表明，南寧市各區（縣）的生態安全穩定性由弱到強依次是上林縣、馬山縣、隆安縣、邕寧區、賓陽縣、武鳴區、橫縣、良慶區、興寧區、青秀區、江南區、西鄉塘區。上林縣、馬山縣、隆安縣等生態安全較差，這主要是因為這些地區的第一產業比重過高，而城市化和人均收入水平過低，導致沒有足夠的經濟實力和科學技術來減輕第一產業給環境帶來的危害。西鄉塘區、江南區、青秀區、興寧區等生態穩定性較強，人口密集且不斷增加，城市基礎設施完善，經濟實力雄厚;其中，西鄉塘區和江南區的經濟主要由以工業為主的第二產業牽動，規模以上工業綜合耗煤量大，但由于工業用地和布局的合理規劃以及工業企業排污排查整治工作的有效開展，西鄉塘區和江南區的生態狀況較好;而青秀區和興寧區以第三產業占主導地位，人均GDP水平遠高于南寧市其他地區，產業結構完善，極大程度限制了以農業為主的第一產業和以工業為主的第二產業對土地生態帶來的不良影響。

綜上所述，在城鎮化進程不斷推進的背景下，南寧市各地區的生態安全面臨著不同程度的威脅，研究為協調南寧市經濟發展與土地生態環境保護提出如下建議：①對城鎮化水平高、以第二產業為主導產業的地區，如西鄉塘區和江南區，應加強對重點用能企業和耗能行業的節能降耗動態監測和主動研判，不斷推進企業技術改造和產業結構升級;適當降低第二產業比重，積極發展第三產業，向產業結構相對完善的青秀區和興寧區靠攏。②針對城鎮化水平低、經濟落后、以第一產業比重過高的地區，如上林縣、馬山縣和隆安縣，應加大環境保護力度，提高居民環保意識，貫徹落實“綠水青山”就是“金山銀山”的發展理念，積極發揮地區生態優勢。③應注重城鎮化過程中建設用地面積和布局的合理規劃，在保證土地生態安全狀況良好的基礎上，加強工農業污水源頭處理，增加綠化用地面積，同時對人口過快增長采取相應措施，增強人口生態環保觀念，以減輕人為活動給生態環境造成的壓力。

參考文獻

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