基于SPSS分析的土地生態(tài)安全評價

劉泳昕

(長安大學土地工程學院，陜西 西安 710061)

近年來，我國在經濟社會各領域均成績斐然，新時期下的更多發(fā)展成就也不斷為民眾享用，隨著我國民眾的物質生活水平日益改善，更多人的消費要求也逐漸由對傳統(tǒng)物質商品和新文化產品的需要轉變?yōu)閷ΜF代生態(tài)商品的需要。自黨的十七大報告中明確了構建生態(tài)文明的總體目標之后,黨的十八大也在報告中指出要將社會主義生態(tài)文明建設擺在突出地位,黨的十九大報告進一步明確提出,“我們所要建立的社會主義現代化是人與自然和諧共存的社會主義現代化”。基于這種背景，對我國生態(tài)安全現狀進行深入研究顯得尤為重要。

“絕對數量大，相對數量小”已經成為并將長期成為我國土地資源狀況的基本國情。改革開放以來，人口的持續(xù)增長和經濟社會的飛速發(fā)展在對我國各行各業(yè)不斷增長的土地需求中體現出來，土地資源數量和質量方面的供給短缺限制了我國經濟社會高質量發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展的步伐。目前，由于人類活動對土地資源的不合理開發(fā)，土地生態(tài)問題日益突出，水土流失、土地生態(tài)惡化、土壤污染等影響著人類生產生活的各個方面。

為了能夠有序有效地管理這些問題，實現可持續(xù)發(fā)展，了解土地生態(tài)系統(tǒng)的基本狀況是十分必要的，因此開展土地生態(tài)安全評價已經變得非常重要。

1 國內外研究現狀

1.1 國內研究現狀

本研究以“土地生態(tài)安全評價”為主題詞，通過文獻管理軟件Noteexprss從CNKI中國知網中檢索篩選出與土地生態(tài)安全評價相關文獻共436篇。從論文作者、研究區(qū)域、研究方法、發(fā)表年限4個方面對樣本數據進行統(tǒng)計分析，并對當前土地生態(tài)安全評價的研究現狀做出總結性論述。

通過Excel軟件對不同時期與土地生態(tài)安全評價相關文獻發(fā)表數量進行統(tǒng)計,分析隨年代變化的文獻發(fā)表數量變化規(guī)律，總結土地生態(tài)系統(tǒng)研究的發(fā)展趨勢，如圖1所示。由圖1可知，土地生態(tài)系統(tǒng)研究的文獻數量總體呈增長態(tài)勢，其中，2000—2005年文獻數量<10篇，反映土地生態(tài)系統(tǒng)研究處于起步階段；2005—2015年文獻數量位于10～50篇，土地生態(tài)系統(tǒng)研究處于發(fā)展階段；2010—2020年文獻數量>50篇,土地生態(tài)系統(tǒng)研究處于高速發(fā)展階段，根據線性趨勢預測，未來這一研究領域的文獻數量將會持續(xù)增長。

通過Noteexpress統(tǒng)計，目前國內對土地生態(tài)系統(tǒng)評價的主要研究區(qū)集中在湖南省、安徽省、河南省、黑龍江省以及珠三角等東部、南部地區(qū)，對西北地區(qū)的研究較少。發(fā)文量超過5篇的作者共6人，其中何如海、王鵬、雷國平、張小虎等被認為是該領域的核心研究作者，其余作者均未對土地生態(tài)系統(tǒng)評價進行深入的研究。研究方法以PSR模型、主成分分析法、熵權法為主，評價模型及方法上實現了多元化發(fā)展，如表1所示。

圖1 2000—2021年土地生態(tài)安全評價相關文獻發(fā)表數量年度變化

表1 土地生態(tài)安全評價相關文獻研究基本情況

綜上所述，國內相較國外對土地生態(tài)安全評價有關的研究起步晚。21世紀初，由于我國生態(tài)環(huán)境問題日益突出，土地生態(tài)安全水平對地區(qū)乃至國家發(fā)展和安全的影響才逐漸受到學者的關注，一直到21世紀10年代才逐漸成為國內學者研究的熱點，研究步入高速發(fā)展階段。

1.2 國外研究現狀

1941年Aldo Leopold在土地功能狀況的評價中提出“土地健康”的概念，將國外對土地生態(tài)安全方面的研究最早追溯期限推至20世紀40年代[6]。土地生態(tài)安全評價指標體系最具代表性的成果是1996年由世界銀行、聯合國開發(fā)署、聯合國糧農組織、聯合國環(huán)境署共同提出的“壓力-狀態(tài)-響應”(PSR)框架模型，該模型主要目的是利用土地質量指標檢測人類活動對土地資源環(huán)境的壓力和這些壓力對土地質量狀態(tài)的影響及社會對這些壓力的響應，以此來反映土地質量的好壞。在“壓力-狀態(tài)-響應”(PSR)模型和“驅動力-狀態(tài)-響應”(DSR)模型的基礎上，歐洲環(huán)境署提出了“驅動力-壓力-狀態(tài)-影響-響應”(DPSIR)框架模型。Paracchini ML在2011年基于“經濟-環(huán)境-社會”(EES)模型構建評價指標體系[5]。PSR、DSR、DPSIR、EES等諸多模型的廣泛應用為國內外土地生態(tài)安全評價提供了可以借鑒和參考的模型框架和指標因子。

2 土地生態(tài)安全評價指標體系

2.1 構建指標體系

根據選取方法的合理性、評價指標可比性、樣本數據易得性等原則，以生態(tài)文明建設和可持續(xù)發(fā)展的視角，對國內外研究成果進行綜合參考，采用德爾菲法篩選評價因子，在剔除無效和相關性較弱的因子后，構建本文所采用的評價指標體系，如表2所示。

表2 土地生態(tài)安全評價指標體系

2.2 數據來源

本文從《中國統(tǒng)計年鑒—2021》中搜集數據，研究對象是全國通過行政區(qū)劃劃分的土地狀況，采用因子-聚類分析方法對數據進行挖掘和運算。

2.3 數據標準化處理

本文利用Z-score標準化對指標數據進行分析處理，旨在減少誤差，先獲得標準化矩陣再進行綜合對比分析。

3 因子分析

3.1 適用性檢驗

本文對數據的適用性運用KMO和巴特利特的方法檢驗標準化后，結果如表3所示。KMO(Kaiser-Meyer-Olkin)檢驗結果為0.544>0.5；巴特利特球形度檢驗(Bartlett)的P值0.000<0.05，證明標準化后的指標數據符合因子分析條件。

表3 KMO和巴特利特檢驗

3.2 公因子方差

公因子方差表示原始變量被公因子解釋的比例和表達的程度，是成分矩陣中每一行中每個載荷值的平方和。公因子方差表中的“提取”值與變量指標可以被公因子表達的程度呈正相關，一般當提取值>0.5時說明可以被表達，當提取值>0.7時可以說明變量能被公因子表達得很合理。依據表4可以看出，本研究對象的14個指標的“提取”值最小為0.765，14個指標的“提取”值都大于0.7。因此得出，選取的14個指標都可以很好地被公因子表達。

表4 公因子方差

3.3 提取因子

主成分的累計方差貢獻率要求在85%～95%的范圍內，如表5所示，主累計方差貢獻率86.084%，特征根值>1，可見提取的5個因子作為主成分是可行的。

表5 總方差解釋

3.4 因子命名

為了讓主成分因子定義更直觀更具體，對主成分因子定義進行說明，由于第1因子在人均地區(qū)生產總值(X4)、城市化水平(X3)系數較大，故命名為“經濟響應”因子；第2因子中系數較大的是總人口數(X1)和生活垃圾清運量(X10)，因而命名為“公共壓力”因子；第3因子在水土流失治理面積(X13)、一般工業(yè)固體廢物綜合利用量(X11)系數較大，故命名為“公共響應”因子；第4因子在失業(yè)率(X2)、第二產業(yè)比重(X8)系數較大，從經濟層面考慮命名為“經濟狀態(tài)”；森林覆蓋率(X6)在第5因子中系數較大，故命名為“環(huán)境影響”因子。

3.5 建立因子得分模型

基于如表6所示的成分得分系數，得出“經濟響應”、“公共壓力”、“公共響應”、“經濟狀態(tài)”、“環(huán)境影響”5大因子的得分模型。

F1=-0.054X1+0.222X2+0.298X3+0.283X4-0.074X5+0.001X6-0.276X7+0.020X8+0.180X9+0.047X10-0.054X11+0.045X12-0.027X13-0.066X14

F2=0.337X1-0.223X2+0.005X3+0.013X4+0.023X5+0.047X6+0.024X7-0.039X8+0.019X9+0.306X10+0.208X11+0.236X12-0.001X13+0.139X14

F3=-0.035X1+0.404X2+0.152X3+0.025X4-0.264X5+0.138X6+0.048X7-0.048X8+0.010X9-0.044X10+0.077X11-0.020X12+0.335X13+0.268X14

F4=-0.110X1+0.293X2-0.082X3+0.019X4+0.162X5-0.060X6-0.335X7+0.606X8-0.319X9-0.087X10-0.065X11+0.097X12-0.060X13-0.145X14

F5=0.082X1+0.262X2+0.019X3+0.049X4+0.337X5+0.604X6+0.095X7-0.011X8-0.058X9+0.125X10-0.278X11-0.048X12+0.103X13-0.020X14

通過因子分析法，追求損失最少的最優(yōu)解，壓縮多個指標為5個綜合指標；用各個因子占全部因子的權重進行賦權整合，算出土地生態(tài)安全綜合得分F；將F值按照從大到小順序進行排序，得出各省F綜合排名，如表7所示。

F=0.3438F1+0.2817F2+0.1641F3+0.1171F4+0.0933F5

表6 成分得分系數矩陣

表7 土地生態(tài)安全的綜合排名

4 聚類分析

4.1 K-均值聚類分析

本文使用SPSS 25.0進行K-均值聚類(K-Means clustering algorithm)，將31個省市(自治區(qū))的土地生態(tài)安全水平分為低風險區(qū)(一類)、較低風險區(qū)(二類)、中風險區(qū)(三類)、高風險區(qū)(四類)共4類，結果如表8所示。

4.2 系統(tǒng)聚類分析

本文利用SPSS 25.0進行系統(tǒng)聚類，將31個省市(自治區(qū))的土地生態(tài)安全水平分為低風險區(qū)(一類)、較低風險區(qū)(二類)、中風險區(qū)(三類)、高風險區(qū)(四類)共4類，結果如表9所示，譜系圖如圖2所示。

表8 K-均值聚類分析結果

表9 系統(tǒng)聚類分析結果

圖2 基于系統(tǒng)聚類分析的土地生態(tài)安全譜系圖

4.3 2種聚類分析結果比較

4.3.1 關于聚類個數

盡管K-均值聚類和系統(tǒng)聚類選擇聚類個數方面都需要人為進行選擇，但是系統(tǒng)聚類優(yōu)于K-均值聚類的部分在于其可以根據生成的譜系圖自發(fā)選擇出分類效果相對較好的類別。

4.3.2 關于聚類效果

遼寧、上海、江蘇、浙江、福建、山東、廣東在2種方法中都自成一類，可見對于差異比較大的個案，2種方法都能區(qū)分出來，因而聚類效果基本一致。但是通過譜系圖，系統(tǒng)聚類能看出個案之間關系的遠近。

4.3.3 關于聚類結果

2種方法的最終聚類結果基本相同，但也存在差異。黑龍江、廣西、甘肅在K-均值聚類中屬于三類，但在系統(tǒng)聚類中屬于四類。安徽、貴州在K-均值聚類中屬于二類，但在系統(tǒng)聚類中屬于三類。

4.3.4 關于聚類方法不足

系統(tǒng)聚類和K均值聚類分析都存在各自的局限性和不足之處。在進行系統(tǒng)聚類分析時，每個個案一經歸為某一類，之后該個案就不允許再被改變類別，但是個案最初的分類可能不是個案歸類的最優(yōu)選擇。K均值聚類的分類數需要提前確定固定的值，而且分類數確定后不能更改。因此，K均值聚類的分類數的確定需要根據行業(yè)特點、對研究對象的預先了解、對研究事物的判斷來確定預期的分類數。因此，在之后的實際研究中，為了更合理地確定分類數，可以先對部分代表性樣本進行系統(tǒng)聚類分析，從而輔助決定應該在K均值聚類分析中分為幾類，使分類結果更加符合實際、更加合理。

5 結論與建議

5.1 結論

運用因子分析法將選取的影響土地生態(tài)安全程度的14個評價指標綜合劃分成經濟響應、公共壓力、公共響應、經濟狀態(tài)、環(huán)境影響共5個主要因子指標。第一類因子主要由“人均地區(qū)生產總值”、“城市化水平”構成，命名為“經濟響應”因子；第二類因子主要包括“生活垃圾清運量”、“總人口數”，命名為“公共壓力”因子；第三類因子主要包括“一般工業(yè)固體廢物綜合利用量”、“水土流失治理面積”，命名為“公共響應”因子；第四類因子主要包括“第二產業(yè)比重”、“失業(yè)率”，從經濟層面考慮命名為“經濟狀態(tài)”因子；第五類因子主要包含“森林覆蓋率”，命名為“環(huán)境影響”因子。

運用SPSS 25.0軟件進行運算得出所有省市(自治區(qū))的綜合得分，并對得分按照由高到低的原則進行排序，得分與排名成正相關關系，分值越高排名越靠前，排名越前的地區(qū)土地生態(tài)安全越好，反之亦然。

K-均值聚類和系統(tǒng)聚類2種方法分析得出的分類結果大致吻合?，F將31個省市(自治區(qū))依據F值的高低劃分為高風險區(qū)、中風險區(qū)、較低風險區(qū)、低風險區(qū)4類，2種分類結果不一致的省市(自治區(qū))視為處于搖擺狀態(tài)。土地生態(tài)安全狀態(tài)處于低風險的省市，包括廣東、山東、遼寧、上海、浙江、江蘇、福建；北京、天津、河北、山西、內蒙古、江西、河南、湖北、重慶、四川、陜西、云南的土地生態(tài)安全水平基本上達到一般安全狀態(tài)，處于較低風險范圍；其他還未達到安全狀態(tài)的省市(自治區(qū))，需要積極推進土地生態(tài)文明建設，轉變發(fā)展思路和方式，在規(guī)劃和實施中更加注重土地生態(tài)環(huán)境的改善。安徽、貴州屬于在較低風險和中風險之間搖擺的省份，黑龍江、廣西、甘肅屬于在中風險和高風險之間搖擺的省份(自治區(qū))，需要維護好和管理好土地生態(tài)系統(tǒng)，因地制宜地推進城鄉(xiāng)綠化覆蓋和植被恢復工程，不斷治理水土流失和土地退化，不斷完善污水、環(huán)衛(wèi)等基礎設施建設，加強自身水土保持能力與防治環(huán)境污染并重，優(yōu)化土地生態(tài)，總體上提高本地區(qū)土地生態(tài)安全水平，使土地生態(tài)安全水平向更安全的方向發(fā)展、搖擺到更高標準的區(qū)間內。

5.2 建議

5.2.1 將習近平生態(tài)文明思想融入到生態(tài)文化建設中

需要通過顯性手段和隱性手段雙管齊下，不斷培養(yǎng)公眾對社會主義生態(tài)文明思想的心理認同，不斷提升生態(tài)文明建設的實踐性，使公眾將心理認同感逐步轉化成為保護生態(tài)環(huán)境身體力行的內生動力。堅持以人為本，舉辦世界環(huán)境日、世界地球日、生物多樣性國際日、地球一小時等相關活動，鼓勵創(chuàng)作和傳播弘揚正能量的自然、災難等類型的文學影視作品，不斷通過啟發(fā)自覺、培養(yǎng)自覺、督促自覺，讓生態(tài)文化在全社會扎根。

5.2.2 科學編制保護規(guī)劃，大力治理生態(tài)環(huán)境

貫徹“五大發(fā)展理念”，堅持戰(zhàn)略引領和剛性管控并重，在規(guī)劃層面積極推進多規(guī)合一、協調發(fā)展的實現，切實解決現有各類規(guī)劃存在沖突和缺乏體系的問題，健全有效協調機制，并結合各地區(qū)特點和發(fā)展需求，突破行政和地域限制，形成多方合力，推動保護和治理措施得到層層落實。必須要維護和管理好土地生態(tài)系統(tǒng)的質量水平和數量水平，保證其質量不降低、數量不減少，對生態(tài)污染地區(qū)要進行修復整治，堅持以預防為主、防消結合的方針，做好土地生態(tài)良好地區(qū)、土地生態(tài)安全地區(qū)的長期保護工作，總體上提高土地生態(tài)安全的水平?！笆濉逼陂g實施的封山育林、水土流失綜合治理、退化林修復、水源涵養(yǎng)區(qū)建設等工程使我國國土整治修復工作取得一定進展。在“十四五”期間需要對“十三五”期間取得的成果進行鞏固，以保質增量為原則，又快又穩(wěn)地推進生態(tài)環(huán)境治理，積極推進雨污水管網覆蓋率提高、廢氣廢物廢水回收再利用和凈化后排放以及垃圾無害化處理等類型項目，不斷提高土地生態(tài)安全綜合水平。

5.2.3 建立健全土地生態(tài)安全價值實現機制，實現經濟、社會和生態(tài)效益的統(tǒng)一

以政府為主導，按照行政區(qū)劃分級進行生態(tài)產品價值評價，解碼各地區(qū)生態(tài)本底，為保護規(guī)劃編制、利用方式選取提供資源依據。充分借鑒和參考國內外成功經驗，結合本國實際情況，通過生態(tài)銀行、碳達峰、碳中和等方式來拓寬土地生態(tài)安全維護資金來源渠道，調動土地生態(tài)安全供應方保護與提高土地生態(tài)安全水平的積極性和主動性，提升土地生態(tài)安全需求方(受益方)的保護意識與維權意識，實現生態(tài)效益、經濟效益以及社會效益的有機統(tǒng)一，真正徹底地實現生態(tài)產品價值。