基于主成分分析法的长沙市土地生态安全评价:土地生态安全

　　摘 要：近年来随着经济社会的发展，土地利用强度和利用方式发生了变化，造成了土地污染和人地矛盾的加剧。因此，文章采用主成分分析法对2013年长沙市土地生态安全进行评价，选取了8项代表性的评价因子，构建长沙市土地生态安全评价体系。结果显示：产业结构、人口结构、城市化水平是影响长沙市生态安全状况的关键因素，其他生态保护措施对于改善区域生态环境同样具有明显作用，据此提出相关建议。

　　关键词：土地生态安全；评价；主成分分析法；长沙市

　　十八届五中全会指出：“促进人与自然和谐共生，构建科学合理的城市化格局、农业发展格局、生态安全格局、自然岸线格局，推动建立绿色低碳循环发展产业体系。”随着经济社会的迅猛发展，土地生态系统却受到了严重的威胁，如：耕地、林地面积的不断缩小、水土流失、土地荒漠化、土地破坏、土地污染等，降低了土地生态系统服务功能并直接影响人类社会的可持续发展。面对严重的土地生态安全问题，逐渐引起了人们普遍关注。国内外学者分别从土地生态安全概念[1]，土地资源生态安全与土地利用覆盖变化的关系[2]、土地资源生态安全设计[3]、土地生态安全评价指标体系与评价方法[4]等方面进行了研究。如1995年，世界银行与联合国粮农组织、联合国开发计划署及联合国环境规划署发布的《土地质量指标》[5]。也有学者运用主成分分析方法对地区的土地生态安全做过相关评价研究，如王鹏等运用主成分分析方法，对衡阳市的土地生态安全状况做了研究评估[6]。张浩中采用PSR模型对长株潭地区2000-2012年的土地生态安全状况做了研究评估[7]。综观现有研究，作者认为土地生态安全应是在必定的时空范围内，人类赖以生存和发展的土地生态系统处于一个不受或者少受威胁破坏的平衡状态，同时土地生态系统也为人类提供能够满足人类生存与发展的服务与资源[6]。因此，文章从可持续发展的角度，运用SPSS22.0主成分分析方法对长沙市2013年的生态安全进行定量评价，目的是找出制约长沙市生态可持续发展的重要因子，为长沙两型社会科学长远发展提出合理性建议。

　　1 研究区概况

　　长沙市处于湖南省东部偏北。2013年全市土地面积11816.0平方公里，与2012年相比，其耕地面积减少了740公顷，建成区面积增加了9.7平方公里，城市园林绿化覆盖面积增加了477公顷[8]。近年来在两型社会的引领下，长沙市以“资源节约、环境友好”为目标，开展了湘江流域治理、重金属污染土地整治、城乡环境同治等一系列措施。然而随着城镇化、工业化的推进，工业污染、农业面源污染、居民生活污染等问题却呈现了逐步走高的形态，对土地生态安全造成了严重威胁。

　　2 长沙市土地生态安全评价

　　2.1 指标选取

　　通过对现有文献的整理，依据主成分分析方法的科学、可比、可操性等原则[9]，选取8项能反映长沙社会、经济、生态状况的指标：人口密度（人/平方千米）、人口自然增长率（%）、城市化水平（%）、人均GDP（元/人）、人均播种面积（亩/人）、地均工业产值（万元/平方千米）、规模工业增加值能耗降低率（%）、第三产业比重（%）（表1）。

　　2.2 指标获得及处理

　　本文数据取自《长沙市统计年鉴（2014年）》、《湖南省统计年鉴（2014年）》、长沙市统计信息网等。利用SPSS22.0软件，对所选取的8个指标进行标准化处理，以排除数据之间相互干扰和因单位的不同不具有可计算性的影响。

　　2.3 主成分分析原理

　　主成分分析方法是指将多个具有相关性的要素转化成几个不相关的综合指标的分析与统计方法[6]。研究对象往往具有复杂性，但变量太多会增加分析问题的难度和复杂性，因此基于原变量之间的相关关系，用较少的新变量代替原来较多的变量，能够简化复杂问题的研究，在保证研究精确度的前提下提高研究效率。

　　2.4 主成分法分析步骤

　　2.4.1 设M个研究区域，N个指标的矩阵Z，如下：

　　2.4.4 求得研究各地区生态安全综合得分W，如下：

　　W=aZ1+bZ2+…+xZn

　　式中：X表示特征值的特征向量；a、b等则是原始指标的标准化数据。

　　3 主成分分析评价过程

　　3.1 指标特征值与贡献率

　　通过SPSS22.0软件将标准化处理的8个指标进行分析，结果显示，前2项的贡献率累计值超过了85%，达到85.376%，所以提取前2项作为主成分因子，计算各因子的载荷状况。通过计算可以得出人口密度、人口自然增长率、城市化水平、人均GDP、地均工业产值和第三产业占比在主成分1中作用明显，这说明人口的增长、城市化水平的提高增加了资源环境承载压力。在主成分2中规模工业增加值能耗降低率、地均工业产值占比明显，而人口密度和人均播种面积等因素相对较弱，这说明优良的产业结构、土地利用产出率与生态环境安全密切相关。产业结构优化、土地利用集约对于生态安全有显著作用。

　　3.2 长沙市生态安全评价

　　通过以上结果计算长沙市各地区的生态安全评价综合得分并排名。如果综合得分为正，表明该主成分在平均发展水平之上，且得分越高，说明生态安全越好；反之，综合得分为负，表明该主成分在平均发展水平之下，得分越低，说明生态安全越差[10]。

　　结果表明（见表2）：长沙市各地区生态安全稳定性由弱到强依次是宁乡县、浏阳县、长沙县、望城区、岳麓区、开福区、天星区、雨花区、芙蓉区。其中两项因子都为正的仅芙蓉区和雨花区。因此得出如下结论：一是土地生态安全情况与距城市中心距离相关。研究区内，芙蓉区位于长沙市中心，其土地生态安全综合得分为2.5751198。宁乡县距离长沙市中心城区较远，其土地生态安全综合得分为-2.081661881。因此，距离城区距离的远近是影响了土地生态安全稳定性的因素。二是土地生态安全状况与产业结构相关。研究区内，芙蓉区主要以第三产业为主，有效降低了因农业面源污染和工业“三废”污染，从而使得土地生态安全趋于稳定。而宁乡县第三产业发展水平在国民经济发展中的比重较低，区域内农业面源污染和工业“三废”排放污染压力较大，进而使得土地生态安全稳定性较差。三是土地生态安全状况与城市化率相关。研究区内，芙蓉区城市化已基本完成，人口的聚集虽然给土地生态安全带来了压力，但在其可承受范围内，因此土地生态安全状况较好。而宁乡县虽然人口密度较低，但其城市化水平较低，进而其土地生态安全评分较低。 　　4 结论与政策建议

　　依据评价结果，结合长沙市实际情况，对优化长沙市区域内土地生态安全系统提出以下建议。

　　4.1 调整产业结构，转变经济发展方式

　　加强土地生态安全建设，必须依托市场，优化产业结构，注重本地区特色产业的发展。对于土地生态安全压力较大的地区来说，应通过产业融合、互联网+等现代科学技术的改造，降低第一、二产业在GDP中的比重，从而缓解农业面源污染和工业三废污染对土地生态安全系统的破坏能力。

　　4.2 优化人口结构，提高公众环境意识

　　土地是一种稀缺资源，当人口增长过快、集聚过度将加大土地生态环境系统的承载压力。因此，一是树立环保意识。通过多形式的宣传教育和新兴媒体平台展开环保宣传教育活动。二是深化城乡一体化改革。长期以来，我国城乡二元结构的束缚，使得农村居民无法享受与城市居民相等的医疗、教育、养老等保障政策，严重影响了农村居民的发展。从研究结果来看，距离城市中心越近，土地生态安全越稳定，这于我国长期以来重视城市发展的政策相关，大量的资金和要素生产资源长期投资于城市，而对农村和偏远山区的投入资源相当有限，不仅加大了城乡二元经济结构，而且带来了产生了相当多的社会矛盾。三是完善环保制度。着重完善环境保护的产权制度、碳排放交易制度、资源保护考核制度、激励制度、监督制度等，从而通过制度约束提升环境保护意识。

　　4.3 运用技术创新，降低工农业生产能耗

　　由于要素资源的集聚和长期以来对特大城市和大城市扶植力，形成了城市在运用科学技术水平上的不均衡性特点。从研究结果来看，长沙市区内的科技程度更高，应用领域更广泛，在土地生态环境中的资金、科技、人力投入上占据优势，而下级地区由于资金、科技、人才的短缺，在土地生态环境中的投入较低。因此，加大对中小城市资金、技术的投入和应用，降低工农业生产能耗是未来发展的趋势。

　　4.4 强化土地规划，深化土地制度改革

　　守住耕地红线，减少建设用地“双高”现象，走集约型道路是我国土地制度的核心关键。一是确权颁证。通过确权颁证对土地的产权主体、权能内容、四至以及使用年限等进行明晰。二是土地规划修编。加强区域土地利用规划编制工作，用以指导具体地区土地利用规划的编制。明确各地区土地利用的用途、容积率、建筑高度、绿化率等各项指标。三是严格查处执法。各级政府不仅要将村镇规划纳入城镇规划中，而且必须明确各宗地的用途，加强对土地项目的审批工作，防止非法改变土地用途，防止破坏土壤层造成土地污染。

　　另外，长沙市各地区要重视环境保护，继续开展湘江流域综合治理、重金属土地污染治理和城乡同治等工作，将其纳入政府年度考核目标的体系，建立领导离任资源资产审计工作制度，完善考核指标、奖惩办法等机制，在改善现有土地生态安全的基础上提高土地生态安全的稳定性，形成有力土地生态安全建设的长效机制。

　　参考文献

　　[1]高长波，陈新庚，韦朝海，等.区域生态安全概念及评价理论基础[J].生态环境，2006（15）：98-102.

　　[2]OjimaD，LavorelS，GraumiehL，et al.Terrestrial human-environment systems：the Future of land research in IGBP.II[J].Global Change Newsletter Issue，2002：（50）.

　　[3]张虹波，刘黎明.土地资源生态安全研究进展与展望地理科学进展[J].地理科学进展，2006（5）：23-28.

　　[4]Jorgensen S E，Nielson S N，Mejer H.Emergy，environ，energy and ecological modeling[J].Ecological Modeling，1995（77）：156-160.

　　[5]FAO.FESLM：An International Framework for Evaluating Sustainable Land Management.World Soil Resources Report[Z].Rome，Italy：FAO，1993.

　　[6]王鹏，况福民，邓育武，等.基于主成分分析的衡阳市土地生态安全评价[J].经济地理，2015（1）：124-128.

　　[7]张浩中.长株潭城市群土地生态安全评价[D].长沙：湖南师范大学，2014.

　　[8]长沙市统计局.长沙统计年鉴2014[M].北京：中国统计出版社，2014.

　　[9]孙奇奇，宋戈，齐美玲.基于主成分分析的哈尔滨市土地生态安全评价[J].水土保持研究，2012（1）：132-136.

　　[10]邓建伟，唐小娟，张新民.石羊河流域北部平原区生态安全评价[J].干旱区资源与环境，2009（8）：123-127.

　　作者简介：刘凝（1985-），男，中共湖南省委党校 湖南行政学院，土地资源管理，硕士研究生。