基于PCA的資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)研究

沈丹 周德全 符蓮 黃煒 張桐 王梅芳 汪花 唐啟琳 袁梅

摘要：文章以貴州遵義市為例，從生態(tài)環(huán)境、資源稟賦、環(huán)境容量、社會(huì)經(jīng)濟(jì)4個(gè)子系統(tǒng)中選取24項(xiàng)具有代表性的評(píng)價(jià)因子建立資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)體系，運(yùn)用主成分分析法對(duì)貴州省遵義地區(qū)資源環(huán)境承載力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并分析影響該地區(qū)資源環(huán)境承載力的主要驅(qū)動(dòng)因子。研究結(jié)果顯示：影響遵義市資源環(huán)境承載力的關(guān)鍵因素是經(jīng)濟(jì)發(fā)展與城市化水平提升而導(dǎo)致的自然資源耗損和環(huán)境污染。

Abstract： The paper takes the Zunyi City area of Guizhou Province as an example， 24 representative sub-systems were selected from the aspects of ecological environment， resource endowment， environmental capacity and socio-economy to establish the evaluation system of the resource and environment carrying capacity. It uses principal component analysis method to analyze the main driving factors influencing the carrying capacity of resources and environment in the region. The results show that the key factors affecting the carrying capacity of resources and environment in Zunyi are the depletion of natural resources and environmental pollution caused by the improvement of economic development and urbanization.

關(guān)鍵詞：資源環(huán)境承載力;主成分分析;遵義市

Key words： environmental carrying capacity of resources;principal component analysis;Zunyi City

中圖分類號(hào)：F299.27;X821? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2018）34-0191-03

0? 引言

資源環(huán)境承載力是20世紀(jì)六、七十年代因自然資源枯竭與環(huán)境惡化頻發(fā)而提出來的評(píng)價(jià)資源環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的重要依據(jù)，它指“一定時(shí)期內(nèi)，在保證資源合理開發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境保育良好的前提下，不同尺度區(qū)域的資源環(huán)境條件對(duì)人口規(guī)模及經(jīng)濟(jì)總量的承載能力”[1]。主要強(qiáng)調(diào)人類活動(dòng)與自然地理環(huán)境相互作用、相互制約的過程[2]。然而，隨著自然資源枯竭、環(huán)境污染、生態(tài)系統(tǒng)退化等成為全球普遍性問題[3]。引起了世界各國(guó)的關(guān)注，并成為學(xué)術(shù)界長(zhǎng)期關(guān)注的主題，從而獲得了豐碩的研究成果。但是，這些成果中大部分都聚焦于平原地區(qū)或城市規(guī)劃區(qū)的資源環(huán)境承載力[4-8]。要知道，人口、資源、環(huán)境等問題早已不再是平原地區(qū)和城市規(guī)劃區(qū)的專屬。在人—地矛盾日趨緊張的當(dāng)下，對(duì)于先天自然環(huán)境條件不足的山區(qū)來說上述問題似乎更為嚴(yán)峻。據(jù)人口普查數(shù)據(jù)獲悉，我國(guó)山區(qū)（包括丘陵地區(qū)）人口數(shù)量占全國(guó)總?cè)丝诘?/3以上[9]。山區(qū)因人口數(shù)量龐大、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及城市化進(jìn)程迅速推進(jìn)等造成的資源環(huán)境壓力日益增大，越來越制約著山區(qū)生產(chǎn)發(fā)展，導(dǎo)致山區(qū)人地關(guān)系矛盾突出。

長(zhǎng)期以來，基于資源發(fā)展的山區(qū)以傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)為主，生產(chǎn)方式落后，經(jīng)營(yíng)管理粗放，尤其是唯GDP增長(zhǎng)的發(fā)展導(dǎo)向忽略了山區(qū)的特殊性（生態(tài)環(huán)境較為脆弱），其短視逐利行為造成山區(qū)資源浪費(fèi)、環(huán)境污染和生態(tài)破壞等，從而加劇了山區(qū)的生態(tài)脆弱性。對(duì)此，國(guó)家把保護(hù)資源環(huán)境提到了一定高度，并出臺(tái)了一系列保護(hù)自然資源與建設(shè)生態(tài)環(huán)境的政策，學(xué)術(shù)界也逐漸把注意力轉(zhuǎn)移到山區(qū)，并致力于不同于平原地區(qū)的資源環(huán)境承載力的研究[10-12]。但是，目前，對(duì)于山區(qū)的資源環(huán)境承載力研究不管是數(shù)量還是質(zhì)量方面都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，并且已有的研究成果大多都只涉及到大范圍區(qū)域，而對(duì)小范圍區(qū)域的關(guān)注度還不夠。因此，文章以貴州遵義市為例，運(yùn)用定量主成分分析法對(duì)山區(qū)小范圍地區(qū)的資源環(huán)境承載力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)研究，并分析影響該地區(qū)資源環(huán)境承載力的主要驅(qū)動(dòng)因子，以期增加山區(qū)小范圍資源環(huán)境承載力的關(guān)注度，希望對(duì)研究區(qū)資源環(huán)境保護(hù)與管理政策有所裨益。

1? 研究區(qū)域與材料

1.1 研究區(qū)域概況①

文章研究區(qū)域位于西南山區(qū)貴州省北部遵義市，地理位置在27°8′N～29°12′N與105°36′E～108°13′E之間，其北面與重慶市交界，西面與四川省接壤，東、南面分別省內(nèi)銅仁市和黔東南州與貴陽市毗鄰。研究區(qū)屬于亞熱帶濕潤(rùn)氣候，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，年平均氣溫15.8℃，降雨量大，由于地形起伏大，所以水能資源豐富，地貌類型復(fù)雜，地表植被覆蓋率高，生物物種豐富多樣，以亞熱帶常綠闊葉林為主。研究區(qū)域下轄14個(gè)區(qū)（縣、市）行政單位，總?cè)丝谟?17萬多，國(guó)土面積共有30762平方千米，耕地面積大，素有“黔北糧倉”之稱。礦產(chǎn)資源種類多，其中，鋁土礦、煤炭、錳等儲(chǔ)量大，有十幾種藏量居貴州首位。研究區(qū)地處云貴高原向四川盆地與湖南丘陵過渡的斜坡地帶，巖溶地貌分布廣泛，占全區(qū)域土地面積的75%，由于人類活動(dòng)對(duì)地表植被覆蓋率的破壞大，加之常年降水充沛且雨量大，雨水對(duì)地表的沖刷作用極強(qiáng)，導(dǎo)致該區(qū)域水土流失嚴(yán)重。另外，遵義市地形地貌復(fù)雜，山高坡陡，易發(fā)生滑坡、泥石流、塌陷等地質(zhì)災(zāi)害。

隨著遵義市人口的快速增長(zhǎng)與城市化進(jìn)程的迅速推進(jìn)，給本地區(qū)的資源與環(huán)境帶來了一系列負(fù)面影響，進(jìn)一步加劇了該區(qū)域的人地關(guān)系矛盾。因此，對(duì)遵義市的資源環(huán)境承載力進(jìn)行科學(xué)的綜合評(píng)價(jià)，希望能夠?yàn)楸緟^(qū)域的自然資源與生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與管理提出可靠的建議，并對(duì)人口、資源與環(huán)境的實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展有所裨益。

1.2 數(shù)據(jù)來源

文章選取的25個(gè)指標(biāo)，其數(shù)據(jù)來源于2016年遵義市環(huán)境保護(hù)局《遵義市環(huán)境質(zhì)量年報(bào)》、遵義市水務(wù)局《水資源公報(bào)》、遵義市國(guó)土資源局《遵義市國(guó)土資源公報(bào)》、遵義市人民政府官網(wǎng)、各區(qū)（縣、市）人民政府官網(wǎng)及其政府工作報(bào)告、遵義市2016年統(tǒng)計(jì)年鑒等。

2? 指標(biāo)體系與主成分分析過程

2.1 建立指標(biāo)體系

資源環(huán)境承載力是一項(xiàng)涉及生態(tài)、資源、環(huán)境容量、社會(huì)等多要素的綜合體系。文章評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立以研究區(qū)的實(shí)際情況為基礎(chǔ)，并以一定的準(zhǔn)則和參考標(biāo)準(zhǔn)為導(dǎo)向。整個(gè)綜合評(píng)價(jià)體系由4類一級(jí)指標(biāo)與24個(gè)二級(jí)指標(biāo)構(gòu)成（表1）。

2.2 主成分分析過程

文章在進(jìn)行評(píng)價(jià)之前，先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，使其具有可比性。然后運(yùn)用SPSS22.0軟件采取因子分析法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。因子分析法就是用少數(shù)幾個(gè)不相關(guān)的綜合因子去描述眾多指標(biāo)或因子間的復(fù)雜聯(lián)系，以較少的幾個(gè)因子反映原資料大部分信息的一種統(tǒng)計(jì)學(xué)方法[14]。通過正交旋轉(zhuǎn)對(duì)主因子載荷矩陣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，這樣使因子具有更顯著性的實(shí)際意義。文章采用加權(quán)平均法構(gòu)建遵義市資源環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)模型。

第一步：計(jì)算出遵義市下轄每個(gè)區(qū)、縣、市的一級(jí)指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，其模型為：

其中，F(xiàn)i為每個(gè)區(qū)、縣、市的一級(jí)指標(biāo)綜合標(biāo)價(jià)值，Xj為j個(gè)二級(jí)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)值，Wj為j個(gè)二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，j=1，2，3，…P，P為二級(jí)指標(biāo)的個(gè)數(shù)。

第二步：以一級(jí)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為基礎(chǔ)，再計(jì)算遵義市資源環(huán)境承載力的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。其模型為：

其中，F(xiàn)為資源環(huán)境承載力綜合評(píng)價(jià)指數(shù)值，F(xiàn)i指第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，Wj是第j個(gè)一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，j=1，2，3，…P，P是一級(jí)指標(biāo)的個(gè)數(shù)。

3? 遵義地區(qū)資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)結(jié)果分析

文章利用SPSS22.0分析軟件對(duì)所收集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析：首先，將已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理完的原始數(shù)據(jù)即24個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，使具有明顯線性相關(guān)性的各個(gè)指標(biāo)之間互相獨(dú)立，取特征值大于1的前五項(xiàng)作為主成分來解釋85.49%的結(jié)果（表2）。

注：數(shù)據(jù)來源于SPSS軟件計(jì)算結(jié)果.

表2為5項(xiàng)主成分的特征值、方差貢獻(xiàn)率、累積方差貢獻(xiàn)率，前5項(xiàng)主成分累積貢獻(xiàn)率為85.49%，幾乎涵蓋了原變量的所有信息，所以可以替代原變量。

從表3中主成分結(jié)果可以獲悉，建成區(qū)綠化率、年均二氧化硫濃度、年二氧化氮濃度、年均可吸入顆粒物濃度、年生活污水排放量、年生活污水COD排放量、年生活污水氨氮排放量、年工業(yè)廢水排放量、年工業(yè)廢水COD排放量、年工業(yè)廢水氨氮排放量、人口密度、人均GDP、規(guī)模以上工業(yè)總產(chǎn)值等在主成分1中影響比較大，而年均降水量、年均氣溫、年平均相對(duì)濕度、森林覆蓋率、人均水資源量、農(nóng)作物播種面積、人均耕地面積、森林面積、人均森林面積、農(nóng)林牧副漁業(yè)總產(chǎn)值、單位GDP能耗指標(biāo)值等影響相對(duì)較弱，這說明城市化進(jìn)程的推進(jìn)與人口的激增給遵義市的資源與環(huán)境造成了非常嚴(yán)重的威脅。特別是一些企業(yè)對(duì)環(huán)境的污染和資源的浪費(fèi)是極為明顯的。主成分2中影響力較大的是年均降水量、年均氣溫、年平均相對(duì)濕度、森林覆蓋率、建成區(qū)綠化率、人均水資源量、年均二氧化硫濃度、年二氧化氮濃度、年均可吸入顆粒物濃度、年工業(yè)廢水排放量、年工業(yè)廢水COD排放量、年工業(yè)廢水氨氮排放量、人均GDP等，這充分說明了經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)與城市化水平的提高是以大量消耗自然資源與污染環(huán)境為代價(jià)，而工業(yè)排放量對(duì)環(huán)境的污染遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于生活排放量造成的污染。在主成分3中，森林覆蓋率、農(nóng)作物播種面積、森林面積、年均二氧化硫濃度、年工業(yè)廢水排放量、年工業(yè)廢水COD排放量、年工業(yè)廢水氨氮排放量、人均GDP、農(nóng)林牧副漁業(yè)總產(chǎn)值、規(guī)模以上工業(yè)總產(chǎn)值、單位GDP能耗指標(biāo)值等作用比較突出，說明了遵義市的植被覆蓋率高，農(nóng)業(yè)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中所占比重大。但是，其經(jīng)濟(jì)發(fā)展給自然資源和環(huán)境帶來的形勢(shì)極為嚴(yán)峻，發(fā)展模式有待改進(jìn)。在主成分4中，年平均相對(duì)濕度、森林覆蓋率、人均水資源量、森林面積、年生活污水COD排放量、年生活污水氨氮排放量、年工業(yè)廢水排放量、年工業(yè)廢水COD排放量、年工業(yè)廢水氨氮排放量、人均GDP、城鎮(zhèn)化率等所占比重較大，這充分說明了遵義市的生態(tài)環(huán)境良好，資源稟賦豐富，其環(huán)境的主要威脅是生活與工業(yè)兩方面的廢排放。在主成分5中，其主要影響因子是對(duì)前4個(gè)主成分的再次強(qiáng)調(diào)與補(bǔ)充說明。

綜上所述，資源環(huán)境承載力是衡量一個(gè)區(qū)域綜合發(fā)展?jié)摿Φ呐袚?jù)，文章主成分結(jié)果分析表明遵義市的可持續(xù)發(fā)展需要改變現(xiàn)有生產(chǎn)方式與經(jīng)營(yíng)管理方式，努力調(diào)整與完善產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)節(jié)能減排，提高資源利用效率和治污能力，并把生產(chǎn)發(fā)展控制在資源環(huán)境可承載的范圍內(nèi)。

注釋：

①數(shù)據(jù)來源于遵義市人民政府官網(wǎng)。

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