基于主成分分析法的江西資源環(huán)境承載力研究

劉芳 王慧芳 張利國(guó)

[摘 要]本文基于主成分分析法，利用SPSS19.0軟件對(duì)江西11個(gè)地級(jí)市資源環(huán)境承載力進(jìn)行研究分析，選取指標(biāo)主要涉及經(jīng)濟(jì)社會(huì)、生態(tài)環(huán)境與資源供給三大類(lèi)。分析結(jié)果表明：所選指標(biāo)中有4個(gè)主因子，通過(guò)對(duì)各評(píng)價(jià)單元的主成分因子得分進(jìn)行加權(quán)求和，得到江西各個(gè)地級(jí)市資源環(huán)境承載力的綜合得分值，結(jié)果為萍鄉(xiāng)的資源環(huán)境承載力最高，南昌的資源環(huán)境承載力最低。

[關(guān)鍵詞]主成分分析法;資源環(huán)境承載力;江西省

[中圖分類(lèi)號(hào)]X32 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1674-6848（2015）06-0099-06

[作者簡(jiǎn)介]劉芳（1989— ），女，安徽阜陽(yáng)人，江西財(cái)經(jīng)大學(xué)鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)研究院碩士研究生;王慧芳（1976— ），女，湖南南縣人，江西財(cái)經(jīng)大學(xué)研究實(shí)習(xí)員，主要從事農(nóng)林經(jīng)濟(jì)理論與政策研究;張利國(guó)（1977— ），男，江西財(cái)經(jīng)大學(xué)鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)研究院副院長(zhǎng)、教授、博士研究生導(dǎo)師，主要從事資源經(jīng)濟(jì)研究（江西南昌 330032）

[基金項(xiàng)目]國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金重大項(xiàng)目“我國(guó)大湖流域綜合開(kāi)發(fā)新模式與生物多樣性保護(hù)研究：以鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)為例”（12&ZD213）、江西省哲學(xué)社會(huì)科學(xué)重點(diǎn)研究基地項(xiàng)目“完善我省資源資產(chǎn)管理制度研究”（14SKJD21）、江西現(xiàn)代農(nóng)業(yè)及其優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的決策支持協(xié)同創(chuàng)新中心課題“農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全及可追溯體系研究”（XDNYA1507）與江西財(cái)經(jīng)大學(xué)校級(jí)研究生項(xiàng)目“江西省糧食生產(chǎn)空間格局演變及區(qū)位優(yōu)化研究”的階段性成果。

Title： A Study of the Resource Environmental Bearing Capacity of Jiangxi Province Based on Principal Component Analysis

By： Liu Fang，Wang Huifang & Zhang Liguo

Abstract： Based on principal component analysis， this paper applies SPSS19. 0 software to analyzing the resource environmental bearing capacity in 11 cities of Jiangxi Province. The indexes selected mainly involve three aspects， i.e.， economic society， ecological environment， and resource supply. The results show that there are 4 main factors in the selected indexes and that among the 11 cities， the resource environmental bearing capacity of Pingxiang is the highest and Nanchang the lowest.

Key words： principal component analysis; resource environmental bearing capacity; Jiangxi Province

一、引言

近年來(lái)，伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí)，資源短缺、生態(tài)環(huán)境破壞問(wèn)題日益嚴(yán)重，如水資源短缺、環(huán)境污染、植被破壞、水土流失、土地荒漠化等。如何協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系？正日益引起關(guān)注。隨著人類(lèi)對(duì)可持續(xù)發(fā)展的重視，資源環(huán)境承載力逐漸成為研究熱點(diǎn)。江西經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整難度大，社會(huì)事業(yè)相對(duì)滯后，基本公共服務(wù)水平不高，而江西目前一方面面臨加快發(fā)展、做大總量、改善民生的重要任務(wù)，另一方面又肩負(fù)保護(hù)青山綠水、鞏固生態(tài)優(yōu)勢(shì)、維護(hù)國(guó)家生態(tài)安全的重要使命。近年來(lái)，隨著城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進(jìn)程的快速推進(jìn)，江西生態(tài)系統(tǒng)承載的壓力不斷加大，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)面臨一系列新問(wèn)題、新挑戰(zhàn)。2009年12月12日，國(guó)務(wù)院正式批復(fù)《鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)規(guī)劃》，標(biāo)志著建設(shè)鄱陽(yáng)湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)上升為國(guó)家戰(zhàn)略。2014年11月25日，國(guó)家發(fā)改委等六部委正式批復(fù)《江西省生態(tài)文明先行示范區(qū)建設(shè)實(shí)施方案》，標(biāo)志著江西建設(shè)生態(tài)文明先行示范區(qū)上升為國(guó)家戰(zhàn)略。在此背景下，如何利用現(xiàn)有生態(tài)優(yōu)勢(shì)，走出一條生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好的生態(tài)文明之路，實(shí)現(xiàn)江西生態(tài)保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展共贏？成為民眾關(guān)注的焦點(diǎn)。本文認(rèn)為，要實(shí)現(xiàn)生態(tài)保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展共贏，必須以資源環(huán)境承載力為基礎(chǔ)，以遵循經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和自然規(guī)律為前提，并處理好經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源利用和環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系。

二、文獻(xiàn)綜述

資源環(huán)境承載力，指一定時(shí)期、一定區(qū)域在保證資源結(jié)構(gòu)符合可持續(xù)發(fā)展需要、環(huán)境功能具有維持穩(wěn)態(tài)效應(yīng)能力的情況下，區(qū)域資源環(huán)境系統(tǒng)能夠承受人類(lèi)各種社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的能力。資源環(huán)境承載力與水環(huán)境、大氣環(huán)境、土壤環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會(huì)等因素密切相關(guān)。區(qū)域環(huán)境質(zhì)量越好，其區(qū)域剩余環(huán)境容量越大，該區(qū)域資源環(huán)境承載力越大。

國(guó)內(nèi)有關(guān)資源環(huán)境承載力的研究起始于20世紀(jì)90年代，王云等利用區(qū)域環(huán)境承載力理論對(duì)北海市工業(yè)布局進(jìn)行探討，將工業(yè)布局合理度應(yīng)用于城市環(huán)境規(guī)劃①。孟凡靜以阿克蘇——塔里木河流域?yàn)槔M(jìn)行資源環(huán)境承載力的定量化測(cè)度和區(qū)域承載狀況的趨勢(shì)預(yù)測(cè)②。王維等以成都市的20個(gè)行政區(qū)縣為單元進(jìn)行資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行產(chǎn)業(yè)空間布局研究③。覃玲玲等從水資源、土地資源和礦產(chǎn)資源承載力及環(huán)境容量等方面對(duì)貴港市資源環(huán)境承載力進(jìn)行了研究，分析了限制農(nóng)業(yè)與工業(yè)產(chǎn)業(yè)布局結(jié)構(gòu)優(yōu)化的資源環(huán)境承載力約束因子④。殷培杰基于資源環(huán)境承載力理論，采用因子分析方法對(duì)山東17城市間的資源環(huán)境承載力及其組成成分差異進(jìn)行分析⑤。趙海霞等以太湖流域?yàn)槔?，通過(guò)空間疊加分析，依據(jù)水環(huán)境容量支撐強(qiáng)度和產(chǎn)業(yè)集聚污染壓力劃分了農(nóng)業(yè)、工業(yè)集聚空間優(yōu)化類(lèi)型區(qū)⑥。楚芳芳建立復(fù)合Logistic發(fā)展模型、資源供需平衡分析模型、資源環(huán)境承載力的指標(biāo)體系等，分析了2000～2011年長(zhǎng)株潭城市群生態(tài)承載力演變態(tài)勢(shì)⑦。李慶賀基于主成分分析法對(duì)福建資源環(huán)境承載力空間差異進(jìn)行了研究分析⑧。李外禾立足于涪陵重化工產(chǎn)業(yè)布局與環(huán)境承載力的耦合，分析了涪陵重化工產(chǎn)業(yè)布局問(wèn)題的原因⑨。劉子寧運(yùn)用全局因子方法對(duì)黑龍江12個(gè)地級(jí)市資源環(huán)境承載力空間動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行研究，并采用聚類(lèi)分析和變異系數(shù)計(jì)算分析了黑龍江生態(tài)承載力的時(shí)空變化特點(diǎn)①。

現(xiàn)有關(guān)于資源環(huán)境承載力的研究成果為本文寫(xiě)作奠定了良好的基礎(chǔ);但縱觀前人研究，可知大多研究局限于資源環(huán)境某一要素上，如水資源承載力、土地承載力等，而且在評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中對(duì)生態(tài)環(huán)境因素關(guān)注較少，針對(duì)江西資源環(huán)境承載力的研究也不多見(jiàn)。因此，本文以江西11個(gè)地級(jí)市為研究對(duì)象，將生態(tài)環(huán)境因素納入資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用主成分分析法對(duì)江西資源環(huán)境承載力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，揭示協(xié)調(diào)江西經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)的和諧發(fā)展的某一路徑，為江西經(jīng)濟(jì)社會(huì)和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展提供決策參考。

三、江西資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)與分析

（一）研究方法

資源環(huán)境承載力的測(cè)算方法有多種，如資源與需求的差量方法、綜合評(píng)價(jià)方法、狀態(tài)空間法、生態(tài)足跡方法、主成分分析法等。本文立足于江西省發(fā)展現(xiàn)狀，以江西11個(gè)地級(jí)市為研究對(duì)象，結(jié)合統(tǒng)計(jì)年鑒已有數(shù)據(jù)選取經(jīng)濟(jì)社會(huì)、生態(tài)環(huán)境、資源供給等方面的評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用主成分分析法對(duì)江西資源環(huán)境承載力進(jìn)行研究分析。

1.主成分分析法原理

主成分分析法是度量多變量之間相關(guān)性的一種多元統(tǒng)計(jì)方法，其原理是通過(guò)借助正交變換，將其分量相關(guān)的原隨機(jī)向量轉(zhuǎn)化為其分量不相關(guān)的新隨機(jī)向量，即把二元協(xié)方差矩陣轉(zhuǎn)換為對(duì)角矩陣，在幾何上表現(xiàn)為原坐標(biāo)系變?yōu)樾抡蛔鴺?biāo)系，然后對(duì)整個(gè)變量系統(tǒng)進(jìn)行降維處理，以較高的精度轉(zhuǎn)換為低維變量系統(tǒng)，同時(shí)找出信息涵蓋量最大的幾個(gè)主成分，進(jìn)而對(duì)所需解決的問(wèn)題進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2.主成分分析法計(jì)算步驟

首先，對(duì)原始的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，即將變量減去其均值然后再除以標(biāo)準(zhǔn)差，來(lái)消除不同量綱帶來(lái)的影響;其次，求出標(biāo)準(zhǔn)化矩陣Y的相關(guān)矩陣R;再次，求出矩陣R的特征值、特征向量;最后，根據(jù)方差貢獻(xiàn)累計(jì)率來(lái)確定主成分個(gè)數(shù)。其中，把特征根按照大小進(jìn)行排序，第g個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率為λi/■λi，方差貢獻(xiàn)率代表因子在系統(tǒng)評(píng)價(jià)中的貢獻(xiàn)情況。主成分分析法實(shí)質(zhì)是選取盡可能少的k個(gè)主成分進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，k值由累計(jì)方差貢獻(xiàn)率大于或等于85%且特征根大于或等于1來(lái)決定，各指標(biāo)在前k個(gè)主成分上的貢獻(xiàn)矩陣歸一化值即是相應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重。

（二）指標(biāo)選取與數(shù)據(jù)來(lái)源

指標(biāo)的選取是數(shù)據(jù)分析的關(guān)鍵，遵循科學(xué)性、系統(tǒng)性、可行性原則，在借鑒已有研究選取指標(biāo)的基礎(chǔ)上，結(jié)合江西實(shí)際情況，選取14個(gè)指標(biāo)因子構(gòu)建資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，選定的指標(biāo)主要涉及經(jīng)濟(jì)社會(huì)、生態(tài)環(huán)境與資源供給三大類(lèi)。指標(biāo)具體如下：GDP年均增長(zhǎng)速度（%）、人均地區(qū)生產(chǎn)總值（元）、第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重（%）、第二產(chǎn)業(yè)占GDP比重（%）、城鎮(zhèn)化率（%）、人口自然增長(zhǎng)率（‰）、工業(yè)廢水排放量（萬(wàn)噸）、工業(yè)廢氣排放量（億標(biāo)立方米）、工業(yè)固體廢物排放量（萬(wàn)噸）、工業(yè)固體廢物綜合利用量（萬(wàn)噸）、木材蓄積量（萬(wàn)立方米）、林業(yè)用地面積（千公頃）、森林覆蓋率（%）、人均水資源占有量（立方米）、人均有效灌溉面積（公頃）、人均耕地面積（公頃），如表1所示。本文所用數(shù)據(jù)來(lái)源于《江西統(tǒng)計(jì)年鑒》及江西各地級(jí)市統(tǒng)計(jì)年鑒（2014年）。

（三）結(jié)果與分析

利用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)江西11個(gè)地級(jí)市的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，得出經(jīng)濟(jì)社會(huì)、生態(tài)環(huán)境與資源供給中各指標(biāo)對(duì)總體方差的貢獻(xiàn)率，見(jiàn)表2。根據(jù)特征值大于1和累計(jì)貢獻(xiàn)大于或等于85%可知：前4個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到88.947%，比較全面地反映了影響資源環(huán)境承載力變化的因子，體現(xiàn)出江西省資源環(huán)境承載力的空間狀況，因此，資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)的主成分有4個(gè)。

因子載荷矩陣反映各指標(biāo)在各公因子上的載荷，為了使載荷矩陣中系數(shù)向0—1分化，對(duì)初始因子載荷矩陣進(jìn)行方差最大旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣如表3所示。由表3旋轉(zhuǎn)成分矩陣可知：人均地區(qū)生產(chǎn)總值、第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重、第二產(chǎn)業(yè)占GDP比重、城鎮(zhèn)化率、人口自然增長(zhǎng)率、木材蓄積量、林業(yè)用地面積、森林覆蓋率等指標(biāo)在第一主成分上有較高載荷，說(shuō)明第一主因子與這些指標(biāo)有較高的相關(guān)性;人均水資源占有量、人均有效灌溉面積、人均耕地面積等指標(biāo)在第二主成分上有較高載荷;GDP年均增長(zhǎng)速度、萬(wàn)元GDP工業(yè)廢水排放量、萬(wàn)元GDP工業(yè)固體廢物綜合利用量等指標(biāo)在第三主成分上有較高載荷;萬(wàn)元GDP工業(yè)廢氣排放量、萬(wàn)元GDP固體廢物排放量指標(biāo)在第四主成分上有較高載荷。

由各個(gè)主因子貢獻(xiàn)率值歸一化，可以得到各個(gè)主因子的權(quán)重：

W1=■=7.628/14.232=0.536

同理：W2=0.191，W3=0.170，W4=0.103

已經(jīng)得出4個(gè)主因子的得分，但單獨(dú)某一主因子并不能對(duì)江西各地級(jí)市的地位進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，因此，按各個(gè)主因子對(duì)應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率為權(quán)數(shù)計(jì)算綜合統(tǒng)計(jì)量，結(jié)果如下：

F=0.536F1+0.191F2+0.170F3+0.103F4

對(duì)各評(píng)價(jià)單元的主成分因子得分進(jìn)行加權(quán)求和，得到江西各個(gè)地級(jí)市資源環(huán)境承載力的綜合得分值，然后按照綜合得分高低對(duì)各地區(qū)進(jìn)行排序，如表4所示。

由表4江西11個(gè)地級(jí)市資源環(huán)境承載力結(jié)果可以看出：江西不同區(qū)域資源環(huán)境承載力存在差異，綜合得分最高的是萍鄉(xiāng)，而資源環(huán)境承載力得分最低的是南昌。

四、政策建議

人均地區(qū)生產(chǎn)總值、產(chǎn)業(yè)所占比重、木材蓄積量、森林覆蓋率、人均資源占有量、工業(yè)三廢排放量等指標(biāo)對(duì)江西資源環(huán)境承載力有重大影響，根據(jù)江西資源環(huán)境承載力的分析結(jié)果可知，不同區(qū)域資源環(huán)境承載力存在差異。為提高江西資源環(huán)境承載力，本文提出以下幾點(diǎn)建議：

第一，根據(jù)區(qū)域資源稟賦情況制定經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展規(guī)劃，基于資源環(huán)境承載力建立發(fā)展指標(biāo)體系，建立健全發(fā)展規(guī)劃實(shí)施與管理機(jī)制，提高資源利用效率，使經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源利用和環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展。

第二，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，由追求經(jīng)濟(jì)總量擴(kuò)張向注重優(yōu)化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、提高經(jīng)濟(jì)效益轉(zhuǎn)變。調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，大力發(fā)展科技含量高、資源消耗低、環(huán)境污染少的新型產(chǎn)業(yè)，發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)也要保護(hù)生態(tài)環(huán)境，提高經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)資源環(huán)境承載力的支持力。

第三，積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)生態(tài)化改造，重點(diǎn)發(fā)展高效生態(tài)農(nóng)業(yè)、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)、旅游商貿(mào)等現(xiàn)代服務(wù)業(yè)，構(gòu)建環(huán)境友好型產(chǎn)業(yè)體系，使生態(tài)環(huán)境獲得堅(jiān)實(shí)的經(jīng)濟(jì)保障，降低污染物排放對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的負(fù)面影響。

第四，集約利用水資源、土地資源、森林資源等自然資源，同時(shí)提高資源的開(kāi)發(fā)利用效率，建立資源節(jié)約、環(huán)境友好的激勵(lì)和約束機(jī)制，根據(jù)下游補(bǔ)償上游等原則建立健全生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，加強(qiáng)生態(tài)補(bǔ)償?shù)膮^(qū)域合作交流，提高江西省生態(tài)環(huán)境承載力。

第五，加強(qiáng)資源環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。各地應(yīng)該根據(jù)自身資源狀況，尋找合適的發(fā)展模式和產(chǎn)業(yè)，在資源開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中盡可能減少對(duì)環(huán)境的破壞，實(shí)現(xiàn)資源開(kāi)發(fā)利用和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

（感謝匿名審稿專(zhuān)家對(duì)本文提出修改意見(jiàn)，但文責(zé)自負(fù)。）