張志高 袁征 丁浩

摘要 為了探求安陽市土地生態(tài)安全狀況，運用主成分分析方法，選取12個指標建立安陽市土地生態(tài)安全綜合評價體系，對安陽市土地生態(tài)安全進行評價。結果表明，社會發(fā)展因素、能源消耗與工業(yè)廢物排放和經濟發(fā)展是影響安陽市土地生態(tài)安全的3個主要因素。2014年安陽市龍安區(qū)、林州市和安陽縣的土地狀況為良好，湯陰縣土地安全處于預警狀態(tài)，文峰區(qū)處于中度警戒狀態(tài)，而內黃縣、殷都區(qū)和北關區(qū)處于重度警戒狀態(tài)。安陽市土地生態(tài)安全形勢嚴峻，必須采取措施，確保土地生態(tài)安全。

關鍵詞 土地資源；土地生態(tài)安全；評價；主成分分析；安陽市

中圖分類號 F301 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）13-0201-03

Assessment of Land Ecological Security of Anyang City Based on the Principal Component Analysis

ZHANG Zhi-gao1，YUAN Zheng2，DING Hao1

（1.School of Resource Environment and Tourism，Anyang Normal University，Anyang，Henan 455000；2.School of Civil and Architectural Engineering，Anyang Institute of Technology，Anyang，Henan 455000）

Abstract In order to explore the land ecological security situation of Anyang City in Henan Provence， 12 indexes were selected to establish the comprehensive assessment index system of land ecological security.Using the method of principal component analysis，the level of land ecological security in Anyang City was compared and evaluated.The results showed that the social development，energy consumption and industrial waste emissions，and the economic development were the main factors that affected the land ecological security in Anyang City.Long'an District of Anyang City，Linzhou and Anyang County were good condition of the land ecological security；Tangyin County was warning state of land ecological security；Wenfeng District was the medium warning state of land ecological security；Neihuang County，Yindu District and Beiguan District were serious warning state of land ecological security.Overall，the land ecological security of Anyang City was facing the serious threat，countermeasures should be taken to ensure the ecological security of land.

Key words Land resources；The ecological security of land；Evaluation；Principal component analysis；Anyang City

隨著人口的快速增長和社會、經濟的快速發(fā)展，人類正以前所未有的速度和強度改變著土地利用格局，對生態(tài)環(huán)境的壓力也日益增大，生態(tài)環(huán)境的破壞反過來制約人類活動，造成嚴重的人地矛盾[1-2]。隨著環(huán)境生態(tài)問題的日益凸顯，1970年提出了生態(tài)安全這一新的研究領域，引起廣泛關注，生態(tài)安全不僅關系到人類社會的可持續(xù)發(fā)展，也關系到一個國家和地區(qū)的經濟安全、國家安全和社會穩(wěn)定[3]，因此，生態(tài)安全提出后迅速成為地理學、生態(tài)學和環(huán)境科學等學科的研究熱點[4-5]。土地是基礎性的自然資源，是人類生存和發(fā)展的基本條件和衣食來源，土地生態(tài)安全是國家糧食安全、生態(tài)安全的基礎，同時也是生態(tài)安全評價中的重要因素[6-8]。對一個國家或地區(qū)的土地資源進行生態(tài)安全評價，可以衡量評估區(qū)域的土地資源特點和狀況，針對存在的土地資源生態(tài)安全問題采取措施，進而保障區(qū)域土地資源生態(tài)安全，實現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展[9]。

作為河南省的老工業(yè)基地和豫北區(qū)域中心城市的安陽市，近年來，隨著經濟社會的迅速發(fā)展、人口的快速增長和城鎮(zhèn)化水平的不斷提高，安陽市土地生態(tài)安全壓力也越來越大。目前，對安陽市生態(tài)安全的研究局限于生態(tài)環(huán)境建設的現(xiàn)狀分析、宜居城市評價與實現(xiàn)途徑研究等方面[10-12]。筆者采用主成分分析法，運用SPSS 21.0軟件對2014年安陽市各區(qū)縣的土地生態(tài)安全進行評價與分析，建立影響土地生態(tài)安全承載力的綜合指標體系，對安陽市各地區(qū)土地生態(tài)安全進行綜合評價，旨在為安陽社會、經濟的健康、持續(xù)發(fā)展提出合理性建議。

1 研究區(qū)概況

安陽地處晉、冀、豫三省交匯處，河南省最北部，西依太行山東麓，東接黃淮海平原，面積7 413 km2，人口542萬，中國八大古都之一。安陽市北鄰邯鄲，南接鶴壁、新鄉(xiāng)。全市轄4個縣即安陽縣、滑縣、湯陰縣、內黃縣，4個區(qū)即北關區(qū)、文峰區(qū)、殷都區(qū)、龍安區(qū)及1個市即林州市。安陽市氣候為典型的暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，氣候溫和，四季分明，雨量適中，多年平均降水量為606 mm，降水年內分配極為不均，旱澇災害頻發(fā)。安陽地勢西高東低，地形復雜多樣，以平原為主，約占總面積的53.8%，山地占29.7%，丘陵占10.8%。

安陽市是河南省的重要工業(yè)基地，輕、重工業(yè)兼有，冶金建材、裝備制造、煤化工和食品醫(yī)藥為安陽市主導產業(yè)，形成了以冶金、紡織、電子、化工、電力、機械等行業(yè)為主的工業(yè)結構，落后的生產工藝和粗放的經濟發(fā)展模式給安陽市水土資源帶來巨大壓力。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)均來自《安陽市統(tǒng)計年鑒》和《河南省統(tǒng)計年鑒》中2014年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，運用主成分分析法，結合SPSS 21.0和Excel軟件對數(shù)據(jù)進行處理和分析。

2.2 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，其實質是利用降維的思想，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(shù)幾個主成分所表示的綜合指標。優(yōu)點是在數(shù)據(jù)信息丟失最小的原則下，經線性變換而以少數(shù)的綜合變量代替原始的多維變量，達到綜合與簡化的目的[13]。主成分分析法的計算步驟：①對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理以消除數(shù)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，一般取累計方差貢獻率達85%以上的作為主成分；⑤計算主成分載荷；⑥根據(jù)各個主成分的貢獻率進行綜合評價。

2.3 指標選取

影響土地生態(tài)安全的因素主要有社會因素、經濟因素、環(huán)境因素和生態(tài)因素等，通過對區(qū)域土地生態(tài)安全影響因素的綜合分析，參照國內外土地生態(tài)安全分析評價指標體系相關研究成果[6-7，13]，在考慮區(qū)域差異及特點的基礎上，選取相對性評價指標，構建土地生態(tài)安全評價指標體系。具體指標：X1人口密度（人/km2）；X2人口自然增長率（%）；X3城鎮(zhèn)化水平（%）；X4人均GDP（元）；X5人均播種面積（hm2）；X6第一產業(yè)比重（%）；X7第二產業(yè)比重（%）；X8第三產業(yè)比重（%）；X9廢水排放量（萬t）；X10工業(yè)固體廢物產生量（萬t）；X11全年工業(yè)耗煤量（萬t）；X12規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)增加值（萬元）。

3 結果與分析

3.1 主成分分析

運用SPSS 21.0統(tǒng)計分析軟件對指標數(shù)據(jù)進行處理，對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理以消除數(shù)量級和量綱造成的誤差，得到標準化矩陣（表1），通過指標間關系的分析獲得指標特征值及主成分的貢獻率和累計貢獻率（表2）。

從表2可以看出，前3個主成分的累計貢獻率已達89.181%，基本上代表了絕大部分因子對安陽土地安全的影響，可以選取第一、二、三主成分對安陽市土地安全進行分析，進而計算各變量載荷（表3）。

從表3可以看出，X1（人口密度）、X2（人口自然增長率）、X3（城鎮(zhèn)化水平）、X5（人均播種面積）、X6（第一產業(yè)比重）、X8（第三產業(yè)比重）在第一主成分上載荷較高，主要反映了社會發(fā)展因素。X9（廢水排放量）、X10（工業(yè)固體廢物產生量）、X12（全年工業(yè)耗煤量）在第二主成分有較高載荷量，主要反映了工業(yè)廢物排放和能源消耗因素；X4（人均GDP）、X7（第二產業(yè)比重）、X12（規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)增加值）在第三主成分也有較高的載荷量，主要反映了經濟發(fā)展對土地安全影響的因素。因此，安陽資源承載力的主要影響因子可以歸納為社會因素、工業(yè)廢物排放與能源消耗因素和經濟發(fā)展因素3個主成分。

第一主成分包含了47.032%的變化率，社會發(fā)展因素是影響安陽市土地安全的最主要因素。構成第一主成分的6個因子：人口密度、人口自然增長率、城鎮(zhèn)化水平、人均播種面積、第一產業(yè)比重、第三產業(yè)比重，可以看出人口的增長、城鎮(zhèn)化的動態(tài)變化對土地安全的影響尤為顯著。2014年安陽市人口密度為792人/km2，遠超過全國平均水平的143人/km2，人口密度連續(xù)10年保持增長，相比2004年增加了9.6%。人口的增長會減少人均耕地面積，增加資源和能源的消耗，給土地安全造成了巨大壓力。同時，作為正向指標的城鎮(zhèn)化水平，第一、二產業(yè)比重在第一主成分的載荷也較大，政府部門應在推進城鎮(zhèn)化的過程中，構建現(xiàn)代產業(yè)體系，因地制宜地發(fā)展高科技產業(yè)、綠色農業(yè)，加快產業(yè)結構轉型升級，大力促進第三產業(yè)的發(fā)展。

第二主成分包含了33.554%的變化率，主要反映能源消耗和廢棄物排放因素。在12個指標中，X9（廢水排放量）、X10（工業(yè)固體廢物產生量）、X11（全年工業(yè)耗煤量）在第二主成分有較高載荷量。安陽市是河南省的重要工業(yè)基地，2014年工業(yè)產值占安陽市GDP比重達58.1%[14]，產業(yè)構成中又以鋼鐵、冶金、建材等高耗能產業(yè)為主，落后的生產工藝和粗放的經濟發(fā)展模式，必然帶來巨大的能源消耗和廢物排放，2014年安陽市工業(yè)耗煤量為1.465億t，2014年全市廢水排放量和工業(yè)固體廢物產量分別為1.723億m3、1035.2萬t，再加上環(huán)境治理措施不完善，必將給土地資源生態(tài)安全帶來巨大壓力。

第三主成分包含了8.595%的變化率，主要反映經濟發(fā)展因素。X4（人均GDP）、X7（第二產業(yè)比重）、X12（規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)增加值）在第三主成分占有較高的載荷量，對土地生態(tài)安全造成很大的影響。2005—2014年，安陽市人均收入從10 744元增長到40 048元，增長了73.17%，第二產業(yè)總產值從319.62億元增長到862.79億元，增長了62.96%，可以看出安陽市在過去10年經濟飛速發(fā)展，但由于技術工藝落后，產業(yè)以資源型、原料型和粗加工型居多，粗放的經濟發(fā)展模式對環(huán)境造成了巨大傷害，給土地生態(tài)安全帶來威脅。

3.2 綜合評價

3.2.1 計算模型。

通過因子載荷矩陣計算出主成分所對應的特征向量矩陣（表4）。將得到的特征向量與標準化后的數(shù)據(jù)相乘，得到3個主成分的表達式：以3個主成分的貢獻率為權重，構造綜合評價函數(shù)，以每個主成分所對應的特征值占所提取主成分總特征值之和的比例作為權重，計算主成分綜合模型：

3.2.2 綜合得分。

由安陽市各區(qū)縣的12個指標的標準化值可算出3個主成分得分和土地生態(tài)安全值綜合得分F，F(xiàn)值得分越高，說明該地區(qū)的土地生態(tài)越安全。土地生態(tài)綜合評判結果及排序見表5。

從表5可以看出，土地生態(tài)安全綜合得分由高到低依次為龍安區(qū)、林州市、安陽縣、湯陰縣、文峰區(qū)、內黃縣、殷都區(qū)、北關區(qū)。表明從土地生態(tài)安全綜合狀況看，北關區(qū)的土地生態(tài)安全性最低，龍安區(qū)生態(tài)壓力最高，其次是林州市、安陽縣、湯陰縣，文峰區(qū)、內黃縣、殷都區(qū)的土地生態(tài)安全性較低。安陽4個市轄區(qū)除龍安區(qū)外其他3個區(qū)和內黃縣的土地生態(tài)安全指數(shù)均小于零，表明其土地利用處于生態(tài)不安全狀態(tài)。林州市、安陽縣和湯陰縣其值均大于零，其土地生態(tài)安全性較高。

參考國內通用的生態(tài)安全設置標準[14]，根據(jù)安陽市各區(qū)縣土地生態(tài)安全綜合評價值，設置4個土地生態(tài)安全狀態(tài)等級（表6），對安陽市各區(qū)縣土地生態(tài)安全級別進行劃分。土地生態(tài)安全級別越高，其土地資源生態(tài)安全狀況越好，反之越差。龍安區(qū)、林州市和安陽縣的土地生態(tài)安全綜合得分大于0.30，其土地生態(tài)安全處于良好狀態(tài)，為 Ⅰ 級；湯陰縣土地生態(tài)安全得分為0.20，處于預警狀態(tài)，為Ⅱ級；文峰區(qū)生態(tài)安全得分為-0.10，位于中警狀態(tài)，為Ⅲ級；內黃縣、殷都區(qū)和北關區(qū)的土地生態(tài)安全綜合得分均小于-0.40，處于重警狀態(tài)，為Ⅳ級。總體而言，安陽市土地生態(tài)安全面臨著嚴重的威脅。

4 結論與討論

該研究通過主成分分析得出影響安陽市土地生態(tài)安全的三大主成分，即社會發(fā)展因素、能源消耗與工業(yè)廢物排放和經濟發(fā)展因素。安陽市各區(qū)縣生態(tài)安全穩(wěn)定性由弱到強依次為北關區(qū)、殷都區(qū)、內黃縣、文峰區(qū)、湯陰縣、安陽縣、林州市和龍安區(qū)。安陽市4個轄區(qū)中3個轄區(qū)土地生態(tài)安全得分較低，處于中警、重警狀態(tài)，這與市區(qū)產業(yè)經濟更為發(fā)達、人口密度高有關。安陽市縣級市林州市、安陽縣、湯陰縣生態(tài)安全整體較好，這與縣級地區(qū)城市化水平較低、人口密度相對較小有關。但內黃縣土地生態(tài)安全得分-0.54，處于重警狀態(tài)，這與該縣第一產業(yè)比重30.9%和第二產業(yè)比重41.0%過高有關，第三產業(yè)發(fā)展水平又相對較低，無力轉變發(fā)展方式，往往又忽略了對生態(tài)環(huán)境的關注，給生態(tài)環(huán)境帶來較大破壞。

綜上，安陽市土地生態(tài)安全面臨著較嚴重的威脅，如何緩解人地矛盾，實現(xiàn)經濟社會發(fā)展與生態(tài)保護雙贏，安陽市應做好區(qū)域環(huán)境承載力研究和估算，將發(fā)展控制在生態(tài)環(huán)境承受范圍之內；調整部分地區(qū)產業(yè)結構，加快升級轉型，促進產業(yè)合理布局，轉變經濟發(fā)展模式，提高第三產業(yè)比重；推廣先進技術，重視科技的作用，提高產業(yè)生產效率，降低生產能耗；提高人口素質，增強環(huán)保觀念，減輕人類活動對環(huán)境的壓力；走集約型發(fā)展道路，完善相關管理制度，合理規(guī)劃建設用地，減少資源浪費；最后積極治理環(huán)境污染，加強環(huán)境保護宣傳和教育。

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