基于主成分分析法的武漢市生態用地變化驅動研究

摘要：結合主成分分析法和定性分析法研究武漢市2002—2008年生態用地面積變化的驅動因素。結果發現，研究中所選10個驅動因素均表現出與生態用地變化的顯著相關性，并且均可歸為一個主成分，即人類的需求。人類的需求決定著社會經濟的發展，社會經濟的發展又反過來制約著人類的需求，并共同導致生態用地面積和結構的變化。

關鍵詞：主成分分析；生態用地；驅動因素

中圖分類號：F301.24 文獻標識碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2011.02.012

Research on the Driver of Wuhan City's Ecological Land Change Based on the Principal Component Analysis

GUO Ling-xia， HUANG Chao-xi

（College of Land Management，Huazhong Agricultural University，Wuhan，Hubei 430070，China）

Abstract：The change drivers of ecological land area of Wuhan City from 2002 to 2008 by the principal component analysis and qualitative analysis was explored in this paper. The results showed that the selected ten drivers and ecological land changes had shown significant correlation， and could be grouped into a main component， namely， human needs determines the social and economic development， social and economic development in turn restricts human needs， and commonly lead to change of areas and structure of ecological land.

Key words:principal component analysis；ecological land；driver factor

以森林、草地、濕地等為代表的生態用地及其生態支持系統具有涵養水源、保持水土、固定二氧化碳、調節小氣候、保護野生生物等良好的生態功能，它們最能表征一個區域生態環境質量的好壞，是一個地區生態環境的“晴雨表”[1]。但隨著人類對土地利用廣度的擴展和深度的加大，土地覆被發生了劇烈改變，生態用地的數量大幅減少，質量也讓人堪憂。武漢市作為中部最大的城市，經濟發展位居全國前列，但是近些年來生態用地出現數量減少、質量惡化的趨勢，研究武漢市生態用地變化的動因，能為武漢市經濟的可持續發展帶來一定的參考價值，也能為決策者制定政策提供參考。

1生態用地研究概述

一般認為，“生態用地”一詞最先由石元春院士于2001年考察寧夏回族自治區時提出，隨后石玉林院士也在中國工程院咨詢項目《西北地區水資源配置與生態環境保護》報告中對生態用地概念進一步加以闡述[1-2]。

但國外所指“Ecological Land”與國內所指“生態用地”并非同一概念，生態用地是“一個很中國化的概念”[3]。但這并不代表生態用地研究不具有研究意義和價值。恰恰相反，生態用地由于其產生的特殊背景和環境，反而具有重要的研究價值。《國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要》中指出“土地政策，要對優化開發區域實行更嚴格的建設用地增量控制，在保證基本農田不減少的前提下適當擴大重點開發區域建設用地供給，對限制開發區域和禁止開發區域實行嚴格的土地用途管制，嚴禁生態用地改變用途。”《城市規劃編制辦法》第三十一條關于中心城區規劃應當包括的內容之一是“安排建設用地、農業用地、生態用地和其它用地。”這說明“生態用地”已經被認為是與建設用地、農業用地同等重要性的地類，《全國土地利用總體規劃（2006─2020年）》中，共出現“生態用地”9次，不僅全國性的文件將生態用地賦予重要意義，很多地方性文件也賦予生態用地重要的地位。在《北京市土地利用總體規劃（2006─2020年）》和《上海市土地利用總體規劃（2006─2020年）》等地方性總體規劃里均提到對生態用地的保護和安排。

除了宏觀層面國家和地方政府對生態用地的重視外，由于人們生活水平的提高和由之帶來的對環境需求也在提高，所以公眾比任何時候都更關心生態用地，生態用地的保護作為環境保護的一個途徑正如環境保護問題一樣在日益受到全社會的高度重視，研究生態用地有巨大的需求，也有巨大的社會價值。

由于生態用地提出的時間較短，對生態用地并無很深入的研究，目前對生態用地的研究集中在生態用地概念的研究、生態用地現狀及評價研究以及生態用地預測及規劃研究三個方面，對生態用地變化的驅動因素進行定量分析的還很少見。

2研究區概況及數據來源

2.1研究區概況

武漢是湖北省省會，中國15個副省級城市之一，也是中部六省唯一的副省級城市，華中地區最大都市和中心城市（中國六大區域中心城市之一），中國重要的工業基地、科教基地和綜合交通樞紐。截止2009年，全市常住人口910萬，其中城鎮人口537萬。

武漢全境面積8 494 km2，為湖北省面積的4.6%。武漢地形以平原為主，中部散列東西向殘丘，屬北亞熱帶季風性濕潤氣候，有雨量充沛、日照充足、四季分明、夏季酷熱、冬季較冷的氣候特點。一般年均氣溫15.8～17.5 ℃。武漢擁有長江和漢江、東荊河、灄水河、界河、府河、朱家河、沙河、倒水河和舉水河等長江支流。武漢有“百湖之城”的美譽，現有大小湖泊170個。

2.2數據來源

社會經濟數據來源于《武漢市統計年鑒》，生態用地面積是通過土地利用數據計算而來，土地原始數據來源于相應年份的《武漢市房地產年鑒》、《武漢市規劃國土年鑒》。

3主成分分析的實證研究

3.1指標的選取

影響生態用地的因素有很多，但是最重要的莫過于能反映社會經濟發展的因素，本研究結合數據可得性和武漢市實際情況，選取武漢市2002—2008年的人口（x1）、城市化率（x2）、GDP（x3）、人均GDP（x4）、第一產業產值（x5）、第二產業產值（x6）、第三產業產值（x7）、固定資產投資額（x8）、城鎮居民人均可支配收入（x9）、農民人均純收入（x10）等10個社會經濟指標進行分析，筆者認為生態用地可以分為純生態用地和泛生態用地，而泛生態用地是指更廣泛意義上的生態用地，包括耕地、園地、林地、牧草地、水域及濕地，社會經濟原始數據及泛生態用地面積數據見表1。

3.2驅動力分析

運用Eviews6分析歷年生態用地面積（Y）與這些指標的相關關系，發現武漢市歷年生態用地面積與這些變量的相關關系都十分密切，并均呈負相關關系，詳見表2。接著對影響生態用地的這10個社會經濟因素進行主成分分析，為消除量綱不同的影響，首先要進行指標數據標準化處理，此處運用SPSS軟件進行Z標準化處理，標準化結果見表3，主成分分析的結果見表4。

從表4可以看出，第一主成分累積方差貢獻率達到0.977 1，也即97.71%，表明這個主成分的數值變化基本上可以代表10個驅動因子的變化，也就是武漢市2002—2008年歷年生態用地變化的驅動因素基本上可以有這個主成分綜合反映，第一主成分的載荷矩陣見表5。

表5可以看出，第一主成分中，各變量的載荷都比較大，說明第一主成分幾乎保留了各變量所有的信息，而在所有變量中，載荷最大的是x5、x9以及x6，也就是第一產業產值、城鎮居民人均可支配收入以及第二產業產值。這些變量均導致生態用地總量的減少，但是結合生態用地結構來分析，會發現這些變量對生態用地子地類面積的影響是不同的，生態用地各地類歷年的面積變化見表6。

經濟社會的發展，究其本質均是人類征服自然的表現，人類社會在發展過程中，征服自然的能力不斷提高，人類由敬畏自然到征服自然，由衣不蔽體食不果腹到衣食無憂，而與此同時，大自然的面貌也發生了巨大的變化，由秀美山川郁郁森林清澈河流到荒山禿嶺森林破壞河流污染，人類在享受到物質豐富的同時也陷入了生態窘境中。武漢市生態用地的不斷減少也印證了人類面對的生態窘境，生態用地不斷減少的驅動因素可以最終歸結為人類的需求。

人的需求引導著社會經濟的發展，同時又受社會經濟發展階段的制約。按照中國社會科學院科研局副局長黃群慧表示，如果將整個工業化進程按照工業化初期、中期和后期3個階段劃分，并將每個時期劃分為前半階段和后半階段，根據工業化水平綜合指數，從人均國民生產總值、三次產業產值比例、制造業增加值占總商品增加值比重、三次產業就業比例、人口城市化率5個指標評價，中國整體上已進入工業化中期的后半階段。根據相關研究，中國整體上已進入工業化中期的后半階段[4]。

經濟學家錢納里的工業化發展階段理論認為，在工業化進程中期階段，經濟發展會呈現如下一些特點：首先，生產力水平比較高，供給約束變為需求約束（經濟發展的主要矛盾從投資約束轉向消費約束、經濟增長的主要支持因素從投資擴張轉向消費拉動），需求（消費）對經濟增長的影響越來越明顯。其次，人們的收入及生活水平不斷提高，消費愿望和消費能力不斷增強，消費結構升級和消費熱點變化較快。

武漢市目前正處于工業化中期階段，人類的需求層次不斷提升，人們的消費結構由衣食逐漸轉為住和行，于是大量良田被占繼而轉為建設用地，加之人們比以往更加注重營養膳食，食物消費結構也在升級，人們更傾向于更具營養價值的蔬菜和肉類食物，于是導致了園地、水域及濕地的面積增加。

人口數量的增多以及人均GDP提高均是導致生態用地減少的最直接的因素。人口數量的增多，增大了消費總量，從而對生態用地轉為他用施加巨大的壓力，而人均GDP的不斷提高，則使人們的消費能力不斷提高，從而不僅從總量上加大消費量，還通過消費結構的改變影響到生態用地的結構。

而城市化率和產業結構的變化則加劇了生態用地的減少，城市化率使城市不斷的擴張，一方面城市擴張本身就是通過占用大量農用地來實現的，另一方面城市化率的提高使更多人變成城市人，這部分新增城市人又有了新的消費結構和生活方式，從而加劇了生態用地總量的減少；目前，武漢市產業結構的變化主要表現為第一產業比重的減少和二三產業比重的提高，而二三產業也需要占用大量的土地。

綜上所述，生態用地數量的減少和結構的變化是由人類所處的特定的社會經濟發展階段而決定的。鄧仁湘[5]認為，人類的消費需求可以劃分為4個層次：第一層次是物質需求，即滿足基本的衣食溫飽問題；第二層次是享受需求，即主要是吃住行條件的改善；第三層次是人文需求，即對藝術、教育等非物質產品的精神需求以及對個人社會地位、集體利益等的社會需求；第四層次是生態需求，指人對良好的環境質量和健全的生態結構的需求。這種需求同生態學要求，即生態規律的客觀要求是一致的。生態需求是在人類需求發展的高級階段出現的。它反映人的生理、物質和精神文化需要的統一趨勢。

隨著人類社會的進一步發展，人類的需求更進一步提升，到時候生態需求會成為人類的終極需求，生態用地的保護或許會變得更好。無論如何，當今生態用地數量和質量的狀況令人擔憂，人類應早一點為了實現社會可持續發展而及早行動，提倡低碳環保，倡導生態文明，共建秀美山川。

4結論

武漢市生態用地面積在不斷減少，研究表明，生態用地面積的減少與人類的需求有密切關系，

而人類的需求又受到社會經濟發展階段的制約，現階段由于武漢市社會的發展正處于工業化中期階段，人類的消費結構等正處于升級階段，導

致生態用地不斷減少，而隨著社會經濟的發展，當人類的需求上升為生態需求時，生態用地的保護會得到加強。當然，在這之前，人類應該盡早倡導生態歷年，實現人類可持續發展。

參考文獻:

[1] 張紅旗，王立新，賈寶全.西北干旱區生態用地概念及其功能分類研究[J].中國生態農業學報，2004，12(2):5-8.

[2] 唐雙娥.法學視角下生態用地的內涵與外延[J].生態經濟，2009（7）：189-193.

[3] 俞孔堅，喬青，李迪華，等.基于景觀安全格局分析的生態用地研究[J].應用生態學報，2009，20(8)：1932-1938.

[4]黃群慧.我國整體進入工業化新階段[EB/OL]. [2010-03-02].中國質量新聞網， http://www.cqn.com.cn/news/zgzlb/dier/299699.html.

[5] 鄧仁湘.生態需求是人類最高需求[J].中國林業，2009(19)：40.