基于主成分分析的南宁市土地生态安全评价

2021-09-27 16:27刘晓梁庆璇韩华凌子燕谢凤杏
安徽农业科学 2021年18期
关键词:主成分分析南宁市评价

刘晓 梁庆璇 韩华 凌子燕 谢凤杏

摘要 以土地生态安全为理论基础,利用《南宁统计年鉴》和《广西统计年鉴》等资料数据,选取9项指标构建南宁市土地生态安全评价体系,采用SPSS主成分分析方法对2018年南宁市的土地生态安全状况进行分析和评价。结果表明,南宁市市区的安全水平总体高于县级地区;不同地区的生态安全面临着不同程度的威胁。针对存在的生态安全问题提出了相应的解决措施,为促进南宁市经济发展与土地资源可持续利用提供参考依据。

关键词 土地生态安全;评价;主成分分析;南宁市

中图分类号 F 301.2  文献标识码 A

文章编号 0517-6611(2021)18-0055-04

doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2021.18.015

开放科学(资源服务)标识码(OSID):

Evaluation of Land Ecological Security in Nanning City Based on Principal Component Analysis

LIU Xiao1,LIANG Qing-xuan2,HAN Hua3 et al (1.Natural Resources Bureau of Pingnan County, Pingnan, Guangxi 530021;2.College of Natural Resources and Surveying and Mapping,Nanning Normal University,Nanning,Guangxi 530001;3.PetroChina Eastern Geophysical Company, Zhuozhou, Hebei 072750)

Abstract Based on the theoretical basis of land ecological security, nine indicators were selected to construct the land ecological security evaluation system of Nanning City by using the Nanning Statistical Yearbook  and the Guangxi Statistical Yearbook.SPSS principal component analysis method was used to analyze and evaluate the land ecological security status of Nanning City in 2018. The results showed that the safety level of Nanning City was generally higher than that of county-level areas. The ecological security of different regions was facing different degrees of threat. In view of the existing ecological security problems, the corresponding solutions were proposed to provide reference basis for promoting the economic development and sustainable use of land resources in Nanning City.

Key words Land ecological security;Evaluation;Principal component analysis;Nanning City

土地生态安全是国家、区域生态安全重要的基础性组成部分[1],其作为土地资源安全研究的重點,在维护社会的和谐稳定、保证国家和地区土地资源的可持续利用等方面发挥着至关重要的作用[2]。近年来,随着我国人口的快速增长和工业化、城镇化进程的加快,不合理的土地利用方式和强度使土地资源遭到极大的破坏,城市生态环境面临着严重的威胁。因此,对城市土地生态安全的研究势在必行。

城市土地生态安全既是实现城市土地资源可持续发展目标的核心内容,也是生态城市建设的不可缺少的一部分[3]。目前,国内学者在对城市土地生态安全的研究中,采用较多的方法是主成分分析法。例如,王鹏等[4]从可持续发展角度,运用主成分分析方法对衡阳市2011年的生态安全进行了定量评价;孙奇奇等[5]以2001—2008年哈尔滨市统计年鉴相关数据为基础,采用主成分分析法对哈尔滨市土地生态安全进行了评价;孙艺宁等[6]运用主成分分析方法,评价了2008—2014年长春市土地生态安全状况。但有关南宁市的研究相对稀缺。因此,笔者以南宁市作为研究区,在SPSS 19.0软件的支持下,利用主成分分析方法对2018年南宁市的土地生态安全状况进行分析与评价,以期为维护南宁市生态系统稳定与促进土地资源可持续利用提供理论依据。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

南宁市位于广西中部偏南,地处107°45′~108°51′E、22°13′~23°32′N。东邻粤港澳,南临北部湾,背靠大西南,面向东南亚,现辖兴宁区、江南区、青秀区、西乡塘区、邕宁区、良庆区和武鸣区7个区以及横县、宾阳县、上林县、马山县和隆安县5个县,总面积22 103 km2。2018年末全市户籍人口770.82万,地区生产总值4 026.91亿元,占广西生产总值的19.79%。属于湿润的亚热带季风气候,光热充足,雨量充沛,年均气温为21.6 ℃左右,年降水量达1 304.2 mm,水资源丰富,自然资源类型多样。南宁市地貌以平地为主,约占总面积的57.78%,丘陵占15.59%左右,低山约占4.6%,平均海拔为74~79 m。南宁市作为环北部湾沿岸的重要经济中心,同时又享有“绿城”的美誉,在城镇化进程快速推进的背景下,研究其土地生态安全具有重要的现实意义。

1.2 研究方法与指标体系

1.2.1 主成分分析的原理。

主成分分析方法是一种将多个相关联的指标转化成少数独立的综合指标的统计方法[7]。具体而言,主成分分析法在确保信息丢失最少的情况下,对可能包含重叠信息的多个相关指标进行降维处理,将多个指标转换为保留绝大部分信息的几个互不相关的综合指标,从而使复杂的研究简单化,并在保证研究精度的同时提高研究效率[6]。

1.2.2 主成分分析的步骤。主成分分析法作为一种常用的统计方法,被广泛应用于各个领域。该研究在参考前人研究成果的基础上[4,6,8],发现SPSS主成分分析法的步骤大致分为4个步骤。

(1)假设共有M个研究小区,N个选择指标的原始样本矩阵X,X=(X ij)×M×N(i=1,2,…,M;j=1,2,…,N)。

(2)计算各个指标之间的相关系数矩阵R b×b,其特征值的取值范围为[0,1],e j为正规化特征向量,由此得到主成分T i为:T i=X ej。

(3)当第j个主成分的方差贡献率介于85%~95%时,取前q个主成分T 1,T 2,…,T q,那么这个主成分q就可以用来反映原来N个指标的信息。贡献率公式为:a=qi=1a j。

(4)求研究区各区县的生态安全综合得分W,W=λ 1X 1 +λ 2X 2 +…+λ χX χ,其中,X为表示特征值的特征向量;λ 1,λ 2,…,λ χ表示原始指标的标准化数据。

1.2.3 指标体系的建立。

评价指标的确定是研究土地生态安全评价的关键内容[6],对土地生态安全评价结果的质量起着决定性作用。因此,该研究依据科学性、完整性、层次性和可比性原则[8],在参考前人研究结果的基础上[4-5,7],结合研究区的实际情况,选取了能反映南宁市社会、经济、生态状况的人口密度(X 1,人/km2)、人口自然增长率(X 2,‰)、城市化水平(X 3,%)、人均GDP(X 4,元)、人均耕地面積(X 5,hm2)、第一产业比重(X 6,%)、第二产业比重(X 7,%)、第三产业比重(X 8,%)、规模以上工业综合耗煤量(X 9,万t)9项土地利用生态安全评价指标(表1),以研究南宁市的土地生态安全状况。

1.3  数据来源与处理

原始数据主要来源于《南宁统计年鉴(2019年)》《广西统计年鉴(2019年)》、2019年南宁市国民经济发展统计公报以及广西统计局和南宁市统计局等网站,其中2018年的规模以上工业综合耗煤量是在南宁统计局网站中,根据2019年南宁市各县区规模以上工业综合耗煤量及其同比增长率计算得到的。为消除不同量纲之间的差异性,该研究利用SPSS软件对原始数据进行标准化处理(表2)。

2 结果与分析

2.1 主成分分析 在SPSS 19.0软件的支持下,基于标准化处理后的9个指标数据(表2),通过分析指标之间的关系并对这些指标进行主成分处理,得到各主成分的特征值和贡献率(表3)。

从表3可以看出,第3个主成分的累计贡献率为91.95%,说明前3个主成分基本反映了原始指标的信息,可用来衡量南宁市土地生态安全状况。因此,选取前3个主成分因子分析南宁市土地生态安全,能够计算得到各因子对原始9个指标数据的载荷情况(表4)。

由表4主成分分析的结果可知,人口密度(X 1)、人口自然增长率(X 2)、城市化水平(X 3)、人均GDP(X 4)和第三产业比重(X 8)在主成分1中所占比例较大,对主成分1的作用明显;而第一产业比重(X 6)和规模以上工业综合耗煤量(X 9)占比小,影响较弱,这说明随着人口的增长、经济的快速发展以及城市化水平的显著提高,产业结构的转变反映了农民进城打工、耕地抛荒和农村资源向城市聚集的情况,但在一定程度上降低了工业耗煤量,减缓了环境的退化速度。在主成分2中,占比较大的为人均耕地面积(X 5)和第二产业比重(X 7),说明工业化水平进一步提高的同时,耕地的保护和整治也取得了显著成效,反映了产业结构的改良升级可促进工业生产和耕地保护的协调发展。主成分3中,规模以上工业综合耗煤量(X 9)的作用最为明显。由此可知,如何在人口增长、经济发展以及城市化、工业化水平提高的同时,实现土地资源的合理利用与生态环境的保护,产业结构的改良和升级以及适应土地条件的城市发展模式扮演着至关重要的角色。

49卷18期 刘 晓等 基于主成分分析的南宁市土地生态安全评价

2.2 南宁市土地生态安全评价主成分综合得分与排名

参考已有研究成果的综合得分计算过程[4],通过因子载荷矩阵、标准化数据及综合得分计算公式,计算得到2018年南宁市各区(县)生态安全评价主成分的综合得分:得分为正,表示该主成分高于平均发展水平,且分值越高,土地生态安全状况越好;反之,综合得分为负,表示该主成分低于平均发展水平,且分值越低,土地生态安全状况越差[9-10]。最后,利用Excel对南宁市各区(县)得分的高低进行排名与整理,如表5所示。

由表5可知,2018年南宁市各区(县)土地生态安全综合得分从高到低依次是西乡塘区、江南区、青秀区、兴宁区、良庆区、横县、武鸣区、宾阳县、邕宁区、隆安县、马山县、上林县。对于南宁市各地区土地生态安全状况而言,市区的安全性比县级地区的要好。从南宁市区来看,西乡塘区的安全性最高,其次为江南区、青秀区、兴宁区、良庆区和武鸣区,且除武鸣区得分小于0外,其他市区的分值均大于0,生态安全性较高。从县级区域来看,横县的安全性最高,上林县的安全性最低,且各县级得分均小于0,生态安全性较低。

3 结论与讨论

该研究利用主成分分析方法对南宁市土地生态安全进行研究,结果表明,南宁市各区(县)的生态安全稳定性由弱到强依次是上林县、马山县、隆安县、邕宁区、宾阳县、武鸣区、横县、良庆区、兴宁区、青秀区、江南区、西乡塘区。上林县、马山县、隆安县等生态安全较差,这主要是因为这些地区的第一产业比重过高,而城市化和人均收入水平过低,导致没有足够的经济实力和科学技术来减轻第一产业给环境带来的危害。西乡塘区、江南区、青秀区、兴宁区等生态稳定性较强,人口密集且不断增加,城市基础设施完善,经济实力雄厚;其中,西乡塘区和江南区的经济主要由以工业为主的第二产业牵动,规模以上工业综合耗煤量大,但由于工业用地和布局的合理规划以及工业企业排污排查整治工作的有效开展,西乡塘区和江南区的生态状况较好;而青秀区和兴宁区以第三产业占主导地位,人均GDP水平远高于南宁市其他地区,产业结构完善,极大程度限制了以农业为主的第一产业和以工业为主的第二产业对土地生态带来的不良影响。

综上所述,在城镇化进程不断推进的背景下,南宁市各地区的生态安全面临着不同程度的威胁,研究为协调南宁市经济发展与土地生态环境保护提出如下建议:①对城镇化水平高、以第二产业为主导产业的地区,如西乡塘区和江南区,应加强对重点用能企业和耗能行业的节能降耗动态监测和主动研判,不断推进企业技术改造和产业结构升级;适当降低第二产业比重,积极发展第三产业,向产业结构相对完善的青秀区和兴宁区靠拢。②针对城镇化水平低、经济落后、以第一产业比重过高的地区,如上林县、马山县和隆安县,应加大环境保护力度,提高居民环保意识,贯彻落实“绿水青山”就是“金山银山”的发展理念,积极发挥地区生态优势。③应注重城镇化过程中建设用地面积和布局的合理规划,在保证土地生态安全状况良好的基础上,加強工农业污水源头处理,增加绿化用地面积,同时对人口过快增长采取相应措施,增强人口生态环保观念,以减轻人为活动给生态环境造成的压力。

参考文献

[1]

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