茅張圓　李湛　薛繼斌

摘要 依據(jù)區(qū)域土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)一般性指標(biāo)體系和現(xiàn)有的評(píng)價(jià)實(shí)例，結(jié)合義烏市實(shí)際情況，建立了由25項(xiàng)指標(biāo)組成的具有義烏特色的土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用基于SPSS軟件的主成分分析（PCA）方法，對(duì)義烏市土地生態(tài)安全情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，并運(yùn)用聚類分析方法對(duì)其土地生態(tài)安全水平進(jìn)行分極。結(jié)果表明，2008～2012年義烏市土地生態(tài)綜合安全得分分別為0.697 、0.289 、-0.869 、0.151和-0.140；義烏市土地生態(tài)綜合安全水平，共分為3級(jí)，2008年為安全級(jí)，2009和2011年是良好級(jí)，2010和2012年是預(yù)警級(jí)。義烏市土地生態(tài)安全水平總體呈下降趨勢(shì)，2010和2012年有較高的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。對(duì)義烏市土地生態(tài)安全狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，可為義烏市土地資源的可持續(xù)利用提供管理經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞 土地評(píng)價(jià)；生態(tài)安全； PCA；義烏市

中圖分類號(hào) S27；F301.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2015）20-197-04

Abstract On the basis of regional land ecological security evaluation index system of general and existing instances of land ecological security evaluation， combining with the actual situation of Yiwu City， the index system was established by 25 indexes of land ecological security evaluation.Using principal component analysis based on SPSS software， land ecological safety situation of Yiwu City was evaluated， the cluster analysis method was used to grade land ecological safety level.The results showed that land ecological comprehensive safety score of Yiwu City during 2008-2012 are 0.697， 0.289，-0.869， 0.151 and -0.140.The classification of comprehensive land ecological security level of Yiwu can be divided into three levels， the level of security is the year of 2008， the level of good are the years of 2009 and 2011， and the level of warning are the years of 2010 and 2012.The land ecological security level of Yiwu City is generally on the decline.Through the research on evaluation of land ecological security in Yiwu City， it can provide management experience of sustainable using land resources.

Key words Land evaluation； Ecological security； PAC； Yiwu City

當(dāng)前我國(guó)已進(jìn)入工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)階段，土地資源需求量大幅度提高，充分體現(xiàn)和發(fā)揮了土地的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和功能。但是在土地資源開(kāi)發(fā)和利用過(guò)程中存在著諸多問(wèn)題，例如生態(tài)環(huán)境受到大規(guī)模的破壞、生物多樣性銳減等，人類對(duì)土地資源的開(kāi)發(fā)利用程度在某些地區(qū)已經(jīng)達(dá)到甚至超過(guò)區(qū)域土地所能承受的極限，因此對(duì)土地生態(tài)安全的研究和評(píng)價(jià)具有極其重要的意義。

土地生態(tài)安全是指陸地表層由各種有機(jī)物和無(wú)機(jī)物構(gòu)成的土地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不受破壞，同時(shí)土地生態(tài)系統(tǒng)為人類提供服務(wù)的質(zhì)量和數(shù)量能夠持續(xù)滿足人類生存和發(fā)展的需要[1]。國(guó)內(nèi)許多學(xué)者在省級(jí)層面上對(duì)土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)做了研究，通過(guò)構(gòu)建由自然因素、經(jīng)濟(jì)因素和社會(huì)因素3個(gè)層面指標(biāo)組成的土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并運(yùn)用層次分析法和土地生態(tài)安全模型對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)域進(jìn)行空間尺度或者時(shí)間尺度的土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究[2-4]。同時(shí)，一些方法和模型也被引入到土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究中，如優(yōu)勢(shì)度評(píng)價(jià)方法[5]、聚類分析法[6-8]和PSR（狀態(tài)-壓力-響應(yīng)）模型[9]、物元模型[10-11]等。此外，基于地理信息系統(tǒng)（GIS）和全球變化的研究方法也被引入到土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)中[12-14]?？偟膩?lái)說(shuō)，學(xué)術(shù)界對(duì)土地生態(tài)安全模型及計(jì)算方法的研究呈現(xiàn)出強(qiáng)化和密集的態(tài)勢(shì)。

筆者在前人研究的基礎(chǔ)上，從自然、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)3個(gè)維度構(gòu)建土地生態(tài)安全指標(biāo)體系，運(yùn)用主成分分析法，進(jìn)一步揭示土地生態(tài)安全在時(shí)間上的分異特征與規(guī)律。

1 指標(biāo)體系、數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

該研究指標(biāo)體系是在重慶市和江蘇省土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，結(jié)合義烏市土地生態(tài)安全特點(diǎn)而構(gòu)建起來(lái)的，所構(gòu)建的義烏市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系見(jiàn)表1。評(píng)價(jià)指標(biāo)作為影響土地生態(tài)安全的因素，可分為正安全趨向性指標(biāo)和負(fù)安全趨向性指標(biāo)。正安全趨向指標(biāo)值越大，表明維護(hù)和改善土地生態(tài)安全的能力越強(qiáng)；負(fù)安全趨向性指標(biāo)值越大，對(duì)土地的壓力越大，土地生態(tài)安全狀況越差。

1.2 評(píng)價(jià)年份與數(shù)據(jù)來(lái)源

根據(jù)數(shù)據(jù)可獲取性的原則，選取的評(píng)價(jià)時(shí)段是2008～2012年。主要統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于2009～2013年《義烏統(tǒng)計(jì)年鑒》，其中部分土地?cái)?shù)據(jù)來(lái)源于2009～2013年義烏市地籍調(diào)查數(shù)據(jù)，還有一些數(shù)據(jù)來(lái)源于《義烏市域總體規(guī)劃（2013-2030年）》。原始數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

1.3 研究方法

主成分分析法主要是使變量數(shù)能夠有效降低，與此同時(shí)還能夠確保原有的信息最少的丟失，并且仍然還能被廣泛應(yīng)用的一種方法[15]。其主要步驟是： 首先，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的標(biāo)準(zhǔn)化； 其次，在得到標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)之后計(jì)算相關(guān)系數(shù)矩陣，得到特征值特征向量并得出方差和累計(jì)方差貢獻(xiàn)率，當(dāng)累計(jì)方差貢獻(xiàn)率大于或等于85%后確定需要的主成分的個(gè)數(shù)； 再次，以之前計(jì)算得出的每一個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重，計(jì)算提取的n個(gè)主成分所對(duì)應(yīng)的得分； 最后，對(duì)所提取的每一個(gè)主成分分別進(jìn)行加權(quán)并求和，得到它們的總評(píng)分，再對(duì)它們進(jìn)行排序。

2 結(jié)果與分析

2.1 主成分分析 根據(jù)主成分分析法的具體步驟， 將表1中原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后求出相關(guān)系數(shù)矩陣， 用SPSS軟件分別對(duì)25個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)矩陣和特征值進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)特征值方差累計(jì)貢獻(xiàn)率確定選取主成分的個(gè)數(shù)。但必須對(duì)原始的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化來(lái)保證已經(jīng)消除量綱的影響， 因?yàn)橹鞒煞址治鲞^(guò)程中各個(gè)成分的大小、量綱和評(píng)價(jià)指標(biāo)有很大差別， 可比性非常差， 所以必須先進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化， 使各個(gè)數(shù)據(jù)之間具有較好的可比性。使用ZScore變換方法來(lái)對(duì)原始數(shù)據(jù)變量矩陣X進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理， 求得變換后的新矩陣為Zn×p， 即：

此外，因?yàn)橹笜?biāo)有正向指標(biāo)與逆向指標(biāo)的分別，因此還要將負(fù)向指標(biāo)正向化，這里采用的方法是用負(fù)向指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值乘以-1來(lái)正向化，得到標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)（表3）。

根據(jù)表4，提取累積方差貢獻(xiàn)率大于85%的公因子，所以取 3個(gè)主成分。

用SPSS軟件可得到初始因子載荷矩陣（表5）， 各個(gè)載荷量表示主成分與對(duì)應(yīng)變量之間的相關(guān)系數(shù)。但是主成分載荷矩陣是需要用初始因子載荷矩陣中的數(shù)據(jù)除以主成分所對(duì)應(yīng)的特征值來(lái)求平方根， 得到2個(gè)主成分中每個(gè)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的系數(shù)， 才能得到相應(yīng)的主成分載荷值（表6）。

根據(jù)原始變量的標(biāo)準(zhǔn)化值（表3）與表6中的主成分載荷值，運(yùn)用SPSS 軟件可以計(jì)算出2008～2012年義烏市土地安全評(píng)價(jià)各項(xiàng)主因子（F1、F2、F3）的得分，從而計(jì)算得到土地生態(tài)綜合安全得分（表7）。

2.2 聚類分析

為更清晰地了解各年份土地安全水平及其影響因素，運(yùn)用聚類分析法對(duì)2008～2012年義烏市土地生態(tài)安全水平進(jìn)行分級(jí)。采用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)義烏市土地安全評(píng)價(jià)水平進(jìn)行聚類分析，得到聚類結(jié)果：

（1）安全級(jí)是2008年，該年的土地安全評(píng)價(jià)綜合因子（F）得分最高，主要是第一個(gè)因子（F1）和第三個(gè)因子（F3）的得分較高。說(shuō)明2008年義烏市土地生態(tài)系統(tǒng)的綜合服務(wù)功能比較完善，土地生態(tài)環(huán)境基本沒(méi)有受到大規(guī)模的干擾和破壞，土地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為完整，功能性比較強(qiáng)，土壤較肥沃，基本無(wú)農(nóng)業(yè)污染，有比較高的植被覆蓋率，基本沒(méi)有嚴(yán)重的生態(tài)問(wèn)題和生態(tài)災(zāi)害現(xiàn)象的發(fā)生。

（2）良好級(jí)是2009和2011年，這2年的土地安全評(píng)價(jià)綜合因子（F）得分僅次于2008年，主要是第二個(gè)因子（F2）和第三個(gè)因子（F3）的得分較高。說(shuō)明2009和2011年義烏市的土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能比較完善，土地生態(tài)環(huán)境基本沒(méi)有受到破壞，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為完整，功能比較良好，在受干擾后經(jīng)過(guò)治理基本可以得到恢復(fù)，沒(méi)有顯著的生態(tài)問(wèn)題，生態(tài)災(zāi)害不嚴(yán)重。

（3）預(yù)警級(jí)是2010和2012年，這2年的土地安全評(píng)價(jià)綜合因子 （F）得分最低，主要是3個(gè)因子的得分均較低。說(shuō)明2010和2012年義烏市的土地生態(tài)的系統(tǒng)服務(wù)功能已經(jīng)開(kāi)始有明顯的退化，土地生態(tài)環(huán)境已經(jīng)受到較為嚴(yán)重的破壞，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生很大變化，已經(jīng)到達(dá)不可恢復(fù)的臨界點(diǎn)，只能勉強(qiáng)維持基本功能，在受到外界干擾后容易發(fā)生惡化，已經(jīng)有生態(tài)問(wèn)題出現(xiàn)，不間斷有生態(tài)災(zāi)害發(fā)生。

3 結(jié)論

運(yùn)用主成分分析法，借助SPSS軟件計(jì)算得出2008～2012年義烏市土地生態(tài)安全綜合得分由0.697降至-0.140，其中最嚴(yán)重的2010年的得分是-0.869，是5年中的最低水平。2010～2012年，由于義烏市開(kāi)始建設(shè)生態(tài)城市，出臺(tái)了許多環(huán)境保護(hù)相關(guān)的政策法規(guī)，再加上義烏市人民的環(huán)保意識(shí)有所增強(qiáng)，所以土地生態(tài)安全水平有所上升。但對(duì)這一過(guò)程進(jìn)行指數(shù)曲線擬合，不難發(fā)現(xiàn)義烏市土地生態(tài)安全狀況總體上是呈下降趨勢(shì)的。結(jié)合主成分分析結(jié)果和義烏各年份土地安全評(píng)價(jià)水平排名可得出結(jié)論：經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對(duì)土地生態(tài)安全水平產(chǎn)生負(fù)向影響，而政府出臺(tái)環(huán)保相關(guān)政策法規(guī)和人民環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)對(duì)土地生態(tài)水平產(chǎn)生正向影響，但正向影響遠(yuǎn)不及負(fù)向影響對(duì)土地生態(tài)安全水平的作用大，所以義烏市土地生態(tài)安全水平雖然在2010年后有好轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)還未達(dá)到2008年的水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉勇，劉友兆，許萍.區(qū)域土地資源生態(tài)安全評(píng)價(jià)：以浙江嘉興市為例[J].資源科學(xué)，2004，26（3）：69-75.

[2] 李玉平，蔡運(yùn)龍.河北省土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，2（3）：784-789.

[3] 李波，張俊飚.區(qū)域土地資源生態(tài)安全評(píng)價(jià)與影響因素研究：基于湖北省1999-2005年數(shù)據(jù)的實(shí)證[J].湖北社會(huì)科學(xué)，2009（1）：64-67.

[4] 張建新，刑旭東.湖南土地資源可持續(xù)利用的生態(tài)安全評(píng)價(jià)[J].湖南地質(zhì)，2006，21（2）：119-121

[5] 王慶日，譚永忠，薛繼斌，等.基于優(yōu)度評(píng)價(jià)法的西藏土地利用生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究[J].中國(guó)土地科學(xué)，2010，24（3）：48-54.

[6] 羅貞禮.土地利用生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)的系統(tǒng)聚類分析[J].湖南地質(zhì)，2002，21（4）：252-254.

[7] 鮑艷，胡振琪，柏玉，等.主成分聚類分析在土地利用生態(tài)安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2006，22（8）：87-90.

[8] 劉飛躍，萬(wàn)哨凱.基于主成分分析法的吉安市土地利用的生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（1）：5788-5790.

[9] 范瑞錠，陳松林，戴菲，等.福建省土地利用生態(tài)安全評(píng)價(jià)[J].福建師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，26（5）：97-101.

[10] 張小虎，雷國(guó)平，袁磊，等.黑龍江省土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)[J].中國(guó)人口·資源與環(huán)境，2009，19（1）：88-93.

[11] 余敦，陳文波.鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)土地生態(tài)安全研究[J].水土保持研究，2011，18（4）：107-111.

[12] 曲衍波，齊偉，商冉，等.基于GIS的山區(qū)縣域土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)[J].中國(guó)土地科學(xué)，2008，22（4）：38-44.

[13] 謝花林.基于GIS的典型農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)土地利用生態(tài)安全評(píng)價(jià)[J].生態(tài)學(xué)雜志，2008，27（1）：135-139.

[14] 孫云鵬.全球變化背景下遼寧省土地利用生態(tài)安全情景分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，28（24）：13150-13153.

[15] 陸曉華.學(xué)計(jì)量學(xué)[M].武漢：華中理工大學(xué)出版社， 1997：39-42.

[16] 袁志發(fā)， 周靜芋.元統(tǒng)計(jì)分析[M].北京：科學(xué)出版社， 2002：88-95.