基于主成分分析的瀘州市土地生態安全評價

李燕玲

（湖北民族大學林學園藝學院，湖北恩施 445000）

1 引言

土地生態安全是指生態系統結構穩定、功能全面，能夠有效服務于人類社會經濟的持續發展。我國作為發展中國家，人口與日俱增，隨著工業化、城鎮化的進程加快，我國城市化也進入了快速發展階段。城市化水平地區差異明顯，為滿足社會經濟發展需要，不斷調整土地利用的類型，土地生態安全問題也隨之出現。

以瀘州市土地生態安全作為研究對象，通過7個指標對瀘州市的土地生態安全進行評價，維護其土地生態安全需要科學的規劃和管理，為促進土地資源配置合理化和高效化、國土開發和土地整治提供依據。當前瀘州市土地生態安全面臨的問題主要在于確定對其土地生態安全影響最大的因素，根據影響因子的權重屬性優化瀘州市土地利用方式等，以保障土地生態安全。

2 研究區概況

瀘州市是四川省地級市之一，位于四川省東南部，四川盆地南緣，與貴州省、重慶市、四川省內江市相鄰，長江與沱江交匯處，是長江上游重要港口城市之一。全市面積約1.2 萬km2，下轄3 區4 縣，瀘州市位于105°08′～106°28′E，27°39′～29°20′N 之間，屬于亞熱帶季風性氣候，夏季高溫多雨，冬季溫和少雨；以低山、中山地貌為主，山地面積占全市土地總面積的56.14%。瀘州市作為川滇黔渝結合部的中心城市，是成渝經濟圈內中心城市之一，也是國家第三批新型城鎮化綜合試點地區，能源化工、機械工業、食品、白酒產業是其主要支撐工業［1］。

3 數據來源與研究方法

3.1 數據來源

本文將瀘州市3 區4 縣作為研究單元，選取《瀘州統計年鑒2017》《四川統計年鑒2017》中2016 年相關數據，按照土地生態安全評價指標體系，選取人口密度、人口自然增長率、城市化水平、人均GDP、人均耕地面積、虧損規模企業占比、第三產業占比，共計7 個指標，將其進行標準化處理，計算整理相關參數，見表1。

表1 2016 年瀘州市樣本指標及數據

3.2 研究方法

3.2.1 指標選取及處理

依據主成分分析方法的科學性、可比性、可操作性原則以及對現有文獻的參考統計，選取了7 項能夠反映瀘州市社會、經濟、生態狀況的指標。對7 個指標的數據進行標準化處理，消除數據之間相互干擾以及計量單位不同而無法計算的影響。

3.2.2 主成分分析原理

主成分分析是將多指標化為少數幾個綜合指標的一種統計分析方法，通過降維技術把多個變量化為少數幾個能保留原始變量的絕大部分信息的主成分，在事物錯綜復雜的關系中找出一些主要成分，有效利用大量統計數據進行定量分析，揭示變量之間的關系［2］。

3.3 主成分分析法分析步驟

（1）設有n 個區域、p 個指標，初始樣本矩陣如下：

（2）計算指標間相關系數矩陣R 的特征值和特征向量ej，得到主成分Wj：

（3）第j 個主成分的累計方差貢獻率在80%以上時，取前q 個主成分W1，W2，W3，…，Wp，即認為這q 個主成分就以較少的指標綜合體現了原來p 個評價指標的信息。累計方差貢獻率公式［3］如下：

（4）研究區生態安全綜合得分（PC）的計算公式［3］如下：

式中，X 表示特征值的特征向量；a，b 等為原始指標的標準化數據。

4 結果與分析

4.1 主成分分析

對原始數據進行標準化處理，計算相關矩陣，并求出相關矩陣的特征值及主成分負荷，即求出其相關性。利用R 語言指令計算數據，得到7 個主成分的指標值及累計貢獻率，見表2。

表2 指標特征值及貢獻率

表2 結果顯示，前3 項的累計方差貢獻率累計值超過了95%，所以選定3 個主成分，其累計方差貢獻率為95%。

主成分載荷值見表3。

表3 主成分載荷值

依據表3 可以看出，主成分1（W1）在人口密度、人均GDP、城市化水平等因子上有較大載荷，反映了社會經濟發展因素；主成分2（W2）在人口自然增長率、虧損規模企業占比等因子上載荷值較大，反映了社會經濟發展可持續性因素；主成分3（W3）在第三產業占比載荷值最大，主要反映了產業結構因素。

結合主成分綜合得分計算公式得出瀘州市各區、縣的土地生態安全評價綜合得分以及排名，見表4。

表4 瀘州市土地生態安全評價綜合得分及排名

土地生態安全標準評判閾值見表5。

表5 土地生態安全標準評判閾值

4.2 瀘州市土地生態安全評價結果

通過以上分析，計算得出瀘州市各地區的生態安全評價綜合評分并排名。如果綜合得分為正值，越高說明生態安全越好越穩定，該主成分高于平均發展水平；綜合得分越低且為負值，越低說明生態安全越差，該主成分低于平均發展水平［4］。瀘州市各地區生態安全穩定性（見表4、表5）依次為：龍馬潭區＞江陽區＞瀘縣＞納溪區＞合江縣＞古藺縣＞敘永縣。

參考國內通用的生態安全設置標準［5-6］，根據瀘州市各地區土地生態安全綜合評價值（見表4）得出以下結論：第一，江陽區、龍馬潭區的土地生態安全處于良好狀態，兩個主成分都為正值，發展較為均衡，在全市平均水平之上；第二，瀘縣、納溪區土地生態安全處于中警狀態，需要盡早進行處理，保持其土地生態安全穩定性；第三，合江縣、敘永縣、古藺縣土地生態安全處于重警狀態，亟待改善。

4.3 討論與分析

瀘州市土地生態安全主要受到社會經濟發展因素、社會經濟發展可持續性因素、產業結構因素三方面的影響，各區、縣土地生態安全受到的限制因素不盡相同。江陽區主要受到社會經濟發展、產業結構因素的影響，即人口密度、人均GDP、城市化水平等因素，該區社會經濟發展水平高于全市平均水平，且第三產業占比較高，對生態環境破壞較小，因此土地生態安全穩定性較強。納溪區土地生態安全主要受制于產業結構因素的影響，即第三產業占比，可能是由于納溪區發展起步較晚，第三產業優勢不明顯，除此之外，由于其為瀘州市主城區之一，城市化水平較高，因此該區域的土地生態安全位于全市中等水平。龍馬潭區主要受到社會經濟發展因素的影響，該區是瀘州市最早開始發展的老城區，城市化水平最高，人均GDP 較高，土地生態安全穩定性較強。瀘縣土地生態安全主要受到人口密度、產業結構的影響。瀘縣為人口大縣、農業大縣，以第一產業為主，生態環境容易遭受破壞，進而影響土地生態安全，因此產業結構的優化對于該地區土地利用生態安全來說十分重要。合江縣主要受到產業結構、社會經濟發展可持續性因素的影響，該縣第三產業占比較大，但其他方面均處于全市平均水平之下，因此土地生態安全急需改善，目前應該著重發展社會經濟，提高其穩定性。古藺縣和敘永縣位于山區，生態環境脆弱，兩縣城市化水平不高，社會經濟發展欠發達。古藺縣依據國家西部政策大力扶持當地一些企業，引進多種產業，但由于經營不善、人口外流等，導致虧損企業較多，社會經濟發展后勁不足，可持續性不強。兩縣的土地生態安全穩定性極差，亟待改善。

綜上所述，瀘州市下轄4 縣3 區，有2 個轄區土地生態安全情況較好，2 個轄區需要防范土地生態安全，3 個轄區急需改善土地生態安全。為提高并維持土地生態安全穩定性，合理化、高效化配置國土資源，保護生態環境，瀘州市應權衡影響某些區域發展的因子，在生態環境可承受范圍內大力發展社會經濟。調整某些區域的產業結構，采取加強企業經營管理培訓、企業政策扶持等措施，提高可持續性，控制人口密度，減小環境壓力，維護土地生態安全，在后續的土地可持續利用過程中，推進瀘州市整體發展穩步前進。