基于主成分分析的西雙版納土地生態安全評價

(四川大學公共管理學院 四川 成都 610000)

基于主成分分析的西雙版納土地生態安全評價

馬小云

(四川大學公共管理學院四川成都610000)

土地生態安全關系到區域整體生態環境的可持續發展。根據西雙版納土地資源的現狀，從自然、經濟、社會三個方面選取與土地生態安全關系密切的13個指標，構建評價指標體系。運用主成分分析方法，對2010年—2014年西雙版納土地生態安全狀況進行評價，并進行初步探討。結果表明：總的來說，2010年—2014年西雙版納土地生態處于較安全的水平。

土地生態安全；主成分分析；評價

本文綜合國內文獻得出研究土地生態安全多采用綜合指數評價法；部分學者運用主成分分析法，分析影響土地生態安全的各個主成分的值；還有一些學者采用物元分析方法、土地承載力分析法對土地生態安全展開研究。本文綜合國內外文獻以及研究成果，建立評價指標體系，運用SPSS17.0軟件，采用主成分分析法，以2010年—2014年西雙版納相關數據為基礎，對西雙版納土地生態安全進行評價。

一、研究區概況

西雙版納位于瀾滄江下游(21°08′～22°36′N，99°56′～101°50′E)，其東南接老撾，西南接緬甸，總面積19124.5km2，轄1市2縣(景洪市、勐海縣、勐臘縣)，面積約占全國國土面積的0.2%。由于處于橫斷山脈縱向嶺谷區南端，瀾滄江下游及其支流切割而成的山原山地與山谷盆地相間排列，地面高差懸殊，起伏較大，巨大高差的存在，影響山地不同部位的熱量及降水的分配，造成明顯的氣候類型區域。豐富多彩的地形地貌，加上復雜多樣的氣候條件，從而形成了西雙版納自然生態的多樣性。

近年來，隨著經濟的發展，西雙版納的旅游業、農業等產業得到了快速的增長，但同時也帶來了許多環境問題，如水土流失、土地荒漠化，森林植被退化，生物多樣性減少等。因此，非常有必要對其生態環境安全狀況進行評價，而要對其安全狀況進行準確的評價，建立科學、客觀的評價指標體系就成為非常關鍵的也極為重要的環節。

二、數據來源與研究方法

(一)數據來源

本研究數據來源于《西雙版納傣族自治州統計年鑒》(2011—2015年)，《云南省統計年鑒》(2011—2015年)。本文數據除部分可直接從統計年鑒里查的，其他都是根據查得數據計算得到。

(二)主成分分析法

主成分分析法屬于多因素綜合評價方法的一種，利用降維的思想，通過研究指標體系間的內在結構關系，把原來多個變量轉化成用少數幾個主成分多表示的綜合指標，優點是在數據信息丟失量最小的原則下，經線性變換而以少數的綜合變量代替原始的多維變量，達到綜合與簡化的目的。

主成分分析法的基本步驟：1.對原始數據進行標準化處理以消除數量級和量綱的差異；2.計算標準化后的樣本相關矩陣R；3.計算R的特征值和特征向量；4.計算方差貢獻率和累計方差貢獻率；5.計算主成分載荷；6.根據哥哥主成分的貢獻率進行綜合評價。

(三)指標選取

評價指標的確定是研究土地生態安全評價的關鍵內容，指標的選取要能夠完全反映土地的生態狀況。因此在科學性、完整性、層次性和可比性的基礎上，剔除與土地生態安全不相關的因子，結合西雙版納土地資源現狀，同時參照國內相關研究，從自然、經濟、社會三個方面構建評價指標，對西雙版納土地生態安全狀況進行研究。

三、西雙版納土地生態安全定量評價

(一)土地生態安全值的確定

1.數據的標準化處理

采用極差標準化法將原始數據作標準化處理，得出指標的標準化矩陣(表1)。將數值標準化處理也就可以消除不同變量之間的差異性，使數值均為0～1，因而具有可比性。

表1 2010—2014年西雙版納土地生態安全標準化值

2.主成分的提取

主成分分析法就是將多元變量歸結為較少的一些變量，也就是一個降維的過程。運用SPSS17.0軟件進行數值的處理，得出相關系數矩陣。所選取的變量中有60%以上的系數絕對值大于0.3，故認為可以進行主成分分析。將標準化矩陣導入SPSS17.0軟件中進行主成分分析得到表2,可以看出前兩個累計方差貢獻率達到88.26%，說明這兩個變量就可以作為主成分。

表2 指標特征值與貢獻率

通過計算得到各因子對于原始指標的載荷狀況，其中第一主成分所包含的因子較多，多為糧食單產、人均GDP、農民人均純收入等一些經濟層面的因子。第二主成分建成區綠化覆蓋率、第三產業占GDP比重等方面的指標。

3.主成分的計算

由SPSS軟件分析得出的因子得分矩陣，可將其作為計算各年份主成分值的權重，如公式(1)所示。

Fij=pij×mi

(1)

式中：Fij—第j年第i個主成分；pij—第j年第i個評價因子的標準化值；mi—第i個評價因子的得分矩陣系數。

得出各年份的主成分值后，根據SPSS軟件分析結果得出旋轉后的主成分方差貢獻率(表2)。可選取各主成分的方差貢獻率作為計算各年份生態安全值的權重，如公式(2)所示。

(2)

式中：Fj—第j年的生態安全值；Fij—第j年第i個主成分；ki—各主成分的方差貢獻率；i—1-2的整數；j—1-5的整數；由以上公式(1)、(2)計算可得出結果(表3)。

表3 西雙版納土地生態安全值

(二)評價標準的確定

國內目前還沒有一個統一的確定土地生態安全的標準。標準值的確定不僅是個比較復雜的過程，而且要因地制宜，各個地方生態環境差異性較大，因而不能一概而論。本文參考國內相關研究，同時結合西雙版納土地資源現狀，建立了西雙版納土地生態安全的評價標準(表4)

土地生態安全采用的評價標準主要包括以下幾個方面：1.國家、行業和地方規定的標準。國家已發布的環境質量標準如農田灌溉水質標準、云南省省級生態示范區建設標準等；2.將區域生態環境的背景值或本底值作為評價的標準。如從西雙版納的實際情況出發，選擇植被覆蓋率、人均耕地面積、生物物種豐度和生物多樣性等指標；3.科學研究已判定的生態效應。通過當地或相似條件下，科學研究已判定的保障生態安全的各項指標的要求等作為評價的參考標準。

表4 西雙版納土地生態安全評判標準值

(三)結果與分析

由以上可得出2010—2014年西雙版納土地生態安全水平，2010年為Ⅲ級，處于臨界安全水平；2011為Ⅱ級，處于較安全水平；2012—2014年為Ⅰ級，處于安全水平。可以看出西雙版納土地安全生態是向好的方向發展變化的，這得益于政府對環境治理的重視和加強，加大了環保投資力度，同時第三產業比重、糧食單產等指標也不斷增加，且維持在一個較高的水平上。總的來說，2010年—2014年西雙版納土地生態處于較安全的水平。

四、結語

本文通過建立評價指標體系對2010—2014年西雙版納土地生態安全水平初步開展評價，得出2010—2014年西雙版納土地生態安全總體處于較安全水平。

土地生態安全評價是一個系統性工程，建立評價指標體系不能完全反映出土地生態安全現狀，需綜合各方面因素加以分析。而且標準值的確定在全國范圍內沒有一個統一的規范，仍需在實踐中不斷完善。整合土地資源生態安全影響機理及土地資源生態安全評價研究成果，量化土地資源生態安全指標標準，對于提高土地利用結構優化模型的科學性和合理性有著重要的意義，這也將是未來可持續土地利用研究的前沿。

[1]許月卿,崔麗.小城鎮土地生態安全評價研究：以貴州省貓跳河流域為例[J].水土保持研究,2007,14(5):312-318

[2]杜忠潮.韓申山.基于主成分分析的土地生態安全評價實證研究——以陜西省10個省轄市為例[J].水土保持通報，2009,29(6):198-207

[3]張虹波,劉黎明.土地資源生態安全研究進展與展望[J].地理科學進展,2006,25(5):77-85

[4]左太安,蘇維詞,馬景娜,等.三峽重慶庫區針對水土流失的土地資源生態安全評價[J].水土保持學報,2010,24(2):74-78

[5]張小虎，雷國平，袁磊，等.黑龍江省土地生態安全評價[J].中國人口·資源與環境,2009,19(1):88-93

馬小云(1992.2-)，女，白族，云南大理，四川大學公共管理學院，碩士，研究方向土地行政與房地產管理。