湖南省生态环境竞争力测评研究

傅晓华，曹 俭，傅泽鼎，阳文林

（1.中南林业科技大学 环境科学与工程学院，湖南 长沙 410004；2.长沙理工大学 水利工程学院，湖南 长沙 410114）

“两山论”是习近平生态文明思想的核心价值，十九大报告重塑生态环境生产力的顶层设计，明确“生态文明体制改革”新目标，坚持节约资源与保护环境的基本国策，为实现中华民族伟大复兴指出方向与路径[1]。随着经济社会的快速发展、工业化进程的不断深化，对自然资源的开发与利用猛增、污染排放和生态破坏与日俱增，导致生态环境与经济社会发展的矛盾日益突出。如今，生态环境竞争力业已成为区域核心竞争力，正确认识与测评区域生态环境竞争力、因地制宜制定发展战略是区域发展最关键的问题。在借鉴与改进前期研究成果与方法的基础上，采集湖南省14个市州的指标数据，改良生态环境竞争力模型，运用主成分分析法量化测评湖南省生态环境竞争力，拟为生态环境政策制定提供参考 依据。

一、文献综述

（一）文献方法

现代竞争力问题研究起端于20世纪60—70年代经济领域，历经50多年积累，竞争力研究领域不断扩展与深入，取得丰硕成果，尤其在综合性指标体系和分析模型方面，研究成果相对成熟[2]。但对区域生态环境竞争力研究，迄今尚未达成公认而成熟的指标体系，在水、土、气等方面指标整合也相对缺失或关联性不强[3]。新世纪以来，生态环境竞争力研究逐渐为更多学者所关注[4]。但无论是国内还是国外，对生态环境竞争力的量化测评研究趋向于普适性指标，因地制宜有针对性的区域生态环境指标设计和测评不多，针对湖南14个市州进行最新和定量研究很有实际价值。研读与借鉴我国学者对生态环境竞争力测评研究及其方法，对改良湖南省生态环境竞争力模型有重要的启示。

国内研究从定性分析逐步走向定量测评，从单一方法转向多样性手段。鲁金萍和郑立[5]在广泛收集数据基础上采用多层次主成分分析法，初步测评国内部分省区生态环境竞争力的现状、排名及分析原因，之后郑立[6]建立我国区域生态环境竞争力评价指标体系并进行了实证分析。丁越兰等[7]运用因子分析法对我国西部11座省会城市生态环境竞争力做出评价；于桂娥和王玉昭[8]利用AHP决策分析法对我国大兴安岭生态环境竞争力进行测评；林寿富[9]基于前面学者成果建立五模块构成的区域生态环境评价理论模型，为众多学者采用与借鉴；王荧和茂兴等[10]则通过深入探析环境与人类福祉之间的相互作用机理研究环境竞争力与区域发展的密切关系，开始国内“人文生态”实践的量化研究；彭席席[11]以福建省9个地级市为样本，采用因子分析方法对其环境竞争力状况进行量化评价；杨晴青[12]以长江中游城市群为例运用AHP法构建了三层级城市人居环境竞争力指标体系，分析了1999—2014年间长江中游城市群地区人居环境竞争力时空演变的过程及特征；陈楚琳和石磊[13]利用层次分析法（AHP）构建评价指标体系，对湘西自治州绿色生态小城镇可持续发展进行研究；袁怀宇和刘江浩等[14]利用绿色经济四面体模型、采用AHP-熵权法赋权结合加权平均法对湖南省绿色经济发展水平进行了测度和关联性分析；范佳洁等[15]运用主成分分析法国内各省份竞争力的变化；朱金鹤和郭东升等[16]采用主成分分析及Geoda/GIS定量方法基于自然资源环境、经济社会环境、人文基础环境三维度评价模型测评新疆各地州市环境竞争力及其空间格局的相关性分析。

湖南省生态环境竞争力研究“醒得早、起得晚”，重城市轻乡村，重单元评价轻整体比较。陈国生和陆利军[17]运用因子分析方法构建区域城市生态环境分析模型并计算湖南省生态环境得分值，预测城市综合竞争力数据。余璞[18]通过构建湖南省城市环境竞争力评价指标体系，采用SPSS统计分析软件分析湖南省各城市所处的环境和地位、优势和劣势；刘伟辉和陈国生[19]等运用因子分析法构建区域城市生态环境分析模型并计算湖南省生态环境得分值，为湖南省建设生态城市提供理论支持。罗梦思[20]对湖南省林业产业竞争力进行了定量分析与研究。

总之，目前对环境竞争力研究大多将生态环境放置于整个经济、社会层面下进行分析，各种环境竞争力评价体系相互之间差异较大，尚未建立一套专门针对区域生态环境竞争力的评价指标体系。湖南省生态环境竞争力的研究以城市为研究区域。在评价分析方法的应用中，较常见的有层次分析法（AHP）[21]、直觉模糊综合评价、因子分析法[22]、聚类分析和主成分分析[23-24]等方法。

（二）指标体系及构建

利用参考文献研读及其方法，结合湖南省地理位置与区域特征，基于独立性、科学性、代表性等原则选取指标，综合生态环境各方面的关联性，构建相对客观的湖南省生态环境竞争力指标体系。

以湖南省14个市州为研究单元，选用主要成分分析法定量测评湖南省生态环境竞争力。对此，选用生态资源（X1）、环境状况（X2）、经济社会（X3）、管理响应（X4）、环保潜力（X5）5个一级指标和森林覆盖率（X11）、自然保护区总面积（X53）等17个二级指标构成的湖南省地州市生态环境竞争力评价指标体系（表1）。

二、测度方法及步骤

（一）方法选取及介绍

前述文献表明，国内外学者已有多种综合评价方法，且形成了不同的评价模型，并从不同角度对各区域的竞争力进行了研究评价。结合现有文献研究成果与综合比较，依据湖南区域地理特征和产业现状等实际，选用主成分分析法，该方法也是目前文献研究中最为成熟的方法之一。

主成分分析法是数学中常用来降维的一种处理方法，通常也称主分量分析。其核心思想就是把原来多个指标化为少数几个综合指标的一种统计分析方法，这些综合指标就是主成分。其中每个主成分都能够反映原始指标的大部分信息，并且每个主成分之间所包含的信息互相不重复。但是在实际研究中，为了更加全面、系统地分析问题，我们必须考虑更多的影响因素。这些涉及的因素一般称为指标，也称为变量。在问题研究中，每个变量都在或多或少的代表着所要研究问题的部分信息，并且各个变量之间具有一定的关联性，因此统计数据所反映的信息在一定程度上有所重叠。由于各指标层指标数量相对较少，所以主要借助其方差贡献率来确定各层的权重。将借助SPSS23.0 进行统计分析。

（二）计算步骤

1.相关系数计算

定性评价方法中，变量间的相互关系和相关方向由相关表和相关图来反映，但其无法准确表达变量间的相关程度。于是著名统计学家卡尔·皮尔逊按积差方法计算设计提出了相关系数，用以反映变量之间相关关系密切程度的统计指标，计算式如下：

式中：rij(i,j=1,2,…,p)为xi和xj之间的相关系数。

其计算公式为：

因为R是实对称矩阵（即rij=rji），所以在操作过程中只需要计算上三角元素或下三角元素一个。

2.计算特征值和特征向量

第一步：解出特征方程|λI-R|=0，通常用雅克比（Jacobi）法求出特征值λi（i=1,2,…,p），并把特征值按大小顺序进行排列，即λ1≥λ2≥…≥λp≥0；

第二步：按照特征值λi的对应关系分别求出特征向量ei（i=1,2,…,p）。这里要求||ei||=1，即其中eij表示向量ei的第j个分量。

3.计算主成分贡献率及累计贡献率

主成分zi的贡献率为：

累计贡献率为：

特征值的选取：一般选取累计贡献率在85%以上的特征值，特征值λ1，λ2，…λm所对应的是第一，第二，…，第m(m≤p)个主成分。

4.计算主成分载荷

其计算公式为：

计算各主成分的得分，首先要确定各主成分的载荷，才可进一步计算得到。

一级指标评价函数的确定。一级指标的得分由算术平均法计算。就各个二级指标的重要性来看，应是平均的，没有偏重。

根据以上指标评价体系和统计排名方法，得出湖南省14个市州二级指标的生态环境竞争力、资源环境竞争力、环境管理竞争力、环境影响竞争力、环境协调竞争力的得分排名，以及一级指标生态环境竞争力的得分排名，由得分排名对各市州进行综合优劣势评价。

三、数据处理

（一）数据采集及变量相关系数矩阵

原始数据采集于2014—2018五年间（表2）的相关指标数据：1）有直接官方数据则直接采用，主要来源于湖南省和各市州的统计部门和各类政府公报；2）没有直接数据的则采用推算法测算，例如有些市州没有公布当年城镇化率，采用城镇人口与总人口比推算；3）五年数据最后采用加权法得出变量值。

对原始数据（变量值）进行标准化处理，随后进行降维，得到原有变量的相关系数矩阵（表3）。绝大多数相关系数比较高，各变量之间的线性关系较强，适合进行因子分析，故可以从中提取公共因子。根据原变量的相关系数矩阵，选用主成分分析法提取因子。

（二）公因子方差

公因子方差代表在主成分分析中每个指标的信息量被提取了多少（表4）。采用主要成分分析法对每个公因子的大多数信息量都被提取了出来。其中公共交通方面最低，达到了68.8%；第二产业增加值的信息量提取最多，达到了98.0%。

（三）总方差

测算分析因子解释原有变量的总方差得出，前五个主成分因子的方差贡献率分别依次是28.882%、19.935%、17.715%、11.026%和8.583%，这前五个主成分因子的累计叠加的方差贡献率高达86.141%，达到了85%以上（表5），从碎石图分析（图1），原始变量的大部分信息已经由前面五个成分反应出来。

表2 数据描述统计

表3 相关性矩阵†

四、测算与评价

利用SPSS23.0提取的这5个主成分因子作为评价湖南省14个市州的生态环境竞争力的综合变量。从因子旋转成分矩阵中，可清晰看到5个主成分反映了各个地区生态环境竞争力的5个类型：1）第二产业增加值、环保产业从业人数、土地资源产出率、城镇化率、公共交通、城市空气优良率等。2）年末实有耕地面积、水库（座）、年末常住人口、水资源量。3）工业企业综合能耗、第三产业占比、森林覆盖率、环保投入占GDP 比重。4）堤防长度、城市生活污水处理率。5）自然保护区总面积。

表4 公因子方差

（一）构建成分矩阵

成分矩阵也叫因子载荷矩阵，其中因子载荷反映了变量与公共因子的相关重要性，其绝对值越大，相关的密切程度越高。因子载荷矩阵则代表的是所有原始变量与公共因子的表达式的系数，表达了提取的公因子对原始变量的影响程度，即成分矩阵或因子载荷矩阵。

（二）旋转后成分矩阵测算及因子载荷

由于未经旋转的因子载荷矩阵因子变量在许多变量上都有较高的载荷，所以因子的含义比较模糊，因而按照最大方差法对成分矩阵进行旋转，旋转后的结果（表6）为后续测算基础。依此，计算出因子载荷值（表7）。

（三）成分得分系数与测算函数

根据主成分得分系数矩阵，由最大方差法计算出来的主成分得分的系数（表8）。

根据成分得分系数，得出湖南省14个市州的主成分得分的函数如下：

表5 因子解释原有变量总方差†

图1 总方差碎石图

（四）结果测算

利用上述得分函数可以分别计算出样本地区的主成分得分，公式为：

以旋转后的方差贡献率为权重可以计算出反映样本地区的环境竞争力水平的综合得分，得到反映湖南省14个市州的环境竞争力的得分（表9）。

（五）结果分析

基于上述测算数值和湖南省生态环境竞争力水平得分及排名（表9）。可得出湖南省14个市州中有5个市州的生态环境竞争力综合得分为负数，但这并不是说明这些市州的生态环境竞争力为负值，这里的正负仅表示该地区生态环境竞争力水平与全省平均水平的位置关系，这是原始数据标准化得出的结果，不影响各地区间的可比性。

表6 旋转后的成分矩阵†

表7 主成分因子载荷

从以上分析来看，长沙、常德、岳阳和衡阳的排名最靠前，而且五个主成分因子中得分为正的较多，说明这四个地区的生态环境竞争力均高于全省其他地区水平。长沙作为湖南省省会，得分最高的原因是因为第一主成分的得分较高，第二产业增加值、环保产业从业人数、土地资源产出率、城镇化率、公共交通、城市空气优良率等方面优势明显，而且第一个主成分因子所占权重高达38.503%，所以综合得分较高，排名靠前；常德、岳阳和衡阳几个地区在年末实有耕地面积、水库（座）、年末常住人口、水资源量、堤防长度、城市生活污水处理率等方面优势较突出；永州、怀化和邵阳在第二、第三主成分方面优势突出，但是他们第一主成分得分都为负数，在环保产业从业人数和土地资源产出率方面有待提高；益阳、郴州和株洲第一主成分得分较高，但第二主成分都为负，因此需要重视在耕地面积保持和水利工程修建方面的工作；湘西、湘潭、张家界和娄底等地区综合排名靠后，说明其环境整体竞争力较弱，第一主成分大多为负数，说明在以后的工作中需要重视产业调整、环保产业投入和城市建设等方面。

表8 成分得分系数矩阵†

五、讨论与预测

通过对湖南省14个市州选取17项关联指标的生态环境竞争力分析，进行如下讨论与预测：

第一，湖南省整体生态环境竞争力较高，但各市州竞争力水平差距较大。湖南省14个市州中有5个市州的环境竞争力综合得分为负数，占总数的35.71%，说明湖南省大多数市州的生态环境竞争力在全省整体生态环境竞争力之上。同时，长沙市生态环境竞争力综合排名第一，得分10.80，娄底市排名垫底，综合得分-8.83，表明湖南省各地区生态环境竞争力水平差距明显。这与该区域产业特征是紧密关联的，长沙市作为湖南省政治经济文化中心，高技术产业和服务业等发达；娄底主要以煤炭、钢铁等粗产品挖掘、加工为主，对生态环境影响巨大。

表9 湖南省生态环境竞争力水平得分及排名

第二，生态环境竞争力与各地经济发展水平关系密切。长沙市作为湖南省省会，生态环境竞争力综合排名第一，由各个主成分得分不难看出，与其较高的经济发展联系紧密。湘西和娄底在湖南省经济发展排名较靠后，这也对其生态环境竞争力排名产生了重要影响。张家界市面积较小，经济发展模式单一，以旅游业为主，经济总量小，综合排名也较靠后。因此各地区经济发展水平对其生态环境竞争力具有重要影响。

第三，面对日益严峻的环境问题，湖南省各市州要因地制宜，提出提升环境竞争力的具体措施，对症下药。在研究中可以看出第二产业增加值、环保产业从业人数、土地资源产出率、城镇化率、公共交通和城市空气优良率等占比较高，调整产业发展方式，改变粗放型的经济发展路子，提高地区的土地资源产出率；增加环保行业的从业人数；提升地区城镇化率、完善公共交通和提升城市空气质量等加强城市建设措施，不但可以促进地区经济的可持续发展,而且对于改善当地环境、提升地区整体的生态环境竞争力具有重要作用。