基于主成分分析法的山西省生態(tài)文明建設(shè)成效評價

張超，吳水榮，孟貴，李婷婷，陸霽

（中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)科技信息研究所，北京 100091）

中華民族歷來講求人與自然和諧發(fā)展，中華文明積累了豐富的生態(tài)文明思想。生態(tài)文明是人類文明發(fā)展的歷史趨勢。黨的十八大將生態(tài)文明建設(shè)納入“五位一體”中國特色社會主義事業(yè)總體布局；黨的十九大將建設(shè)生態(tài)文明提升為中華民族永續(xù)發(fā)展的千年大計；黨的二十大將“推動綠色發(fā)展，促進(jìn)人與自然和諧共生”作為我國新時代生態(tài)文明建設(shè)的戰(zhàn)略任務(wù)，提出深入推進(jìn)環(huán)境污染防治工作的新要求，指明我國生態(tài)保護(hù)修復(fù)與生態(tài)文明建設(shè)的新方向，明確積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和的新目標(biāo)。近年來，國內(nèi)學(xué)者圍繞生態(tài)文明的內(nèi)涵[1-2]、評價指標(biāo)體系[3-4]、評估方法及評估實證研究[5-11]等方面開展了一系列研究。中國在生態(tài)文明研究領(lǐng)域占主導(dǎo)地位且具有重要的領(lǐng)域影響力[12]，已成為全球生態(tài)文明建設(shè)的重要參與者、貢獻(xiàn)者、引領(lǐng)者。生態(tài)文明建設(shè)是新時代中國特色社會主義的一個重要特征[13]，中國將堅定不移貫徹新發(fā)展理念，持續(xù)推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，建設(shè)美麗中國，為全球生態(tài)治理貢獻(xiàn)中國智慧、中國方案和中國力量。

山西省位于黃河中游、太行山以西，是拱衛(wèi)京津冀和黃河生態(tài)安全的重要屏障。作為一個能源重化工省份，山西省生態(tài)環(huán)境污染和生態(tài)欠賬問題突出[14]。近年來，山西省提出實施“生態(tài)興省”戰(zhàn)略，通過生態(tài)修復(fù)推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)[15]；同時出臺了一系列關(guān)于生態(tài)建設(shè)與環(huán)境保護(hù)的制度，對生態(tài)文明建設(shè)起到了積極作用[16]。因此，在“黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展”重大國家戰(zhàn)略背景下，科學(xué)、客觀地評估山西省生態(tài)文明建設(shè)發(fā)展的總體情況顯得十分重要。本文構(gòu)建了省域生態(tài)文明建設(shè)評價指標(biāo)體系，并選取山西省1999—2019年的數(shù)據(jù)進(jìn)行實證分析，定量地評估了山西省生態(tài)文明建設(shè)成效，以期為進(jìn)一步推進(jìn)山西省生態(tài)文明建設(shè)提供決策參考。

1 生態(tài)文明建設(shè)成效評價指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1 指標(biāo)重要性評價

目前學(xué)界已開展的生態(tài)文明建設(shè)評價研究案例，不同案例間的指標(biāo)側(cè)重點不同，為了系統(tǒng)地確定生態(tài)文明建設(shè)評價的主要指標(biāo)，參考白楊等[3]提出的指標(biāo)重要值評價方法，對生態(tài)文明建設(shè)評估具有代表性的案例進(jìn)行了指標(biāo)重要性評價。基于文獻(xiàn)綜述，提取出所有案例研究中的評價指標(biāo)，剔除其中重疊的指標(biāo)和重組具有相似表述的指標(biāo)后，共提取出生態(tài)文明建設(shè)指標(biāo)1 158個。對所有指標(biāo)重要值進(jìn)行計算，按照重要值的大小對所有指標(biāo)進(jìn)行排序，結(jié)果如圖1所示。

圖1 生態(tài)文明建設(shè)指標(biāo)重要值（前30）

1.2 指標(biāo)體系構(gòu)建

生態(tài)文明建設(shè)評價本身包含全社會多部門多方面的指標(biāo)，基于生態(tài)文明建設(shè)的內(nèi)涵以及國內(nèi)外生態(tài)文明建設(shè)評價指標(biāo)體系研究述評，對所有文獻(xiàn)中的評價指標(biāo)進(jìn)行了重要性評價。根據(jù)①指標(biāo)重要值，同時參考②《推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)規(guī)劃綱要（2013—2020年）》，③《生態(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省建設(shè)指標(biāo)（修訂稿）》，④《國家生態(tài)文明建設(shè)試點示范區(qū)指標(biāo)（試行）》，⑤《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》，⑥《林業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》和⑦《生態(tài)文明建設(shè)考核目標(biāo)體系》等相關(guān)政策文件，從資源能源利用、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)制度建設(shè)和生態(tài)民生改善5個方面建立了省域生態(tài)文明建設(shè)評價指標(biāo)體系（表1）。

表1 生態(tài)文明建設(shè)評價指標(biāo)體系

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及其標(biāo)準(zhǔn)化處理

指標(biāo)數(shù)據(jù)主要來自《中國統(tǒng)計年鑒》《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》《中國林業(yè)統(tǒng)計年鑒》和《中國能源統(tǒng)計年鑒》，部分?jǐn)?shù)據(jù)來源于全國森林資源清查數(shù)據(jù)和《山西統(tǒng)計年鑒》，指標(biāo)數(shù)據(jù)選取的年限是1999—2019年。其中，空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)（優(yōu)和良）天數(shù)比例、城市區(qū)域環(huán)境噪聲平均值均以省會太原市為統(tǒng)計對象。無法收集的缺省數(shù)據(jù)通過R軟件采用隨機(jī)森林法填補(bǔ)缺失值，力求數(shù)據(jù)的完整性與準(zhǔn)確性。

為消除不同量綱對結(jié)果的影響，先對各評價指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以減少隨機(jī)因素的干擾。在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理前還需判別評價指標(biāo)的正負(fù)向。本文采用極差標(biāo)準(zhǔn)化法對指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，計算公式為：

式中：xij為第i年第j項指標(biāo)數(shù)據(jù)值，minxij、maxxij為第i年第j項指標(biāo)數(shù)據(jù)的最小值、最大值，為第i年第j項指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值。

2.2 主成分分析方法賦權(quán)

將標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)數(shù)據(jù)作為變量構(gòu)建矩陣，采用SPSS24.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到矩陣的特征值和對應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率。按照特征值大于1且累積貢獻(xiàn)率大于85%的原則，確定主成分個數(shù)。每個二級指標(biāo)在不同主成分線性組合中的系數(shù)等于成分矩陣中的主成分?jǐn)?shù)據(jù)除以其對應(yīng)的特征值的平方根。根據(jù)系數(shù)矩陣和各主成分的方差貢獻(xiàn)率可以計算出每個二級指標(biāo)的權(quán)重，計算公式如下：

式中：wij為指標(biāo)xij未進(jìn)行歸一化處理時的權(quán)重，gk為第m個主成分對總體方差的貢獻(xiàn)率，αij為指標(biāo)xij在第m個主成分中的系數(shù)（m=1, 2, …,n）。

每個二級指標(biāo)的主成分權(quán)重分別用w1j,w2j,…,wnj表示，主成分的綜合權(quán)重用wj表示，wj=w1j+w2j+…+wnj，歸一化處理后得到每個二級指標(biāo)的權(quán)重。

2.3 綜合指數(shù)評估模型

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的各二級指標(biāo)數(shù)據(jù)和對應(yīng)的歸一化處理后的權(quán)重，可以計算出生態(tài)文明建設(shè)綜合指數(shù)以及各子系統(tǒng)的指標(biāo)值，計算公式如下：

式中：Yij為第i年第j項指標(biāo)指數(shù)值，為各二級指標(biāo)對應(yīng)的歸一化處理后的權(quán)重，為第i年第j項指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值（j=1, 2, …,k）。

3 山西省生態(tài)文明建設(shè)成效綜合分析

3.1 主成分賦權(quán)結(jié)果

通過SPSS24.0統(tǒng)計軟件提取主成分因子，得到總方差解釋情況（表2），前4個特征值大于1的主成分其累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)到92.117%＞85%，此時所代表的信息可以很好地反映原有變量的絕大部分信息，因此，用這4個主成分變量替代原來的35個變量。各二級指標(biāo)的主成分權(quán)重值及綜合權(quán)重如表3所示。

表2 總方差解釋

表3 各二級指標(biāo)的主成分權(quán)重及其綜合權(quán)重

3.2 綜合指數(shù)數(shù)值分析

根據(jù)公式（4）和表3中的權(quán)重值可以計算得到1999—2019年山西省生態(tài)文明建設(shè)綜合評價指數(shù)值以及各子系統(tǒng)的指標(biāo)值（表4）。1999年山西省生態(tài)文明建設(shè)綜合指數(shù)值為0.169，2019年綜合指數(shù)值是1999年的4.75倍，達(dá)到0.803，表明從1999年到2019年山西省的生態(tài)文明建設(shè)水平有了質(zhì)的飛躍。

為了進(jìn)一步分析山西省生態(tài)文明建設(shè)發(fā)展及各子系統(tǒng)指標(biāo)的情況，用圖形直觀地展示出1999—2019年的五大子系統(tǒng)指標(biāo)評價指數(shù)（圖2）。山西省1999—2019年生態(tài)文明建設(shè)總體上呈一個波動上升的趨勢，在上升趨勢線中，2013年和2017年均較前一年有所下降，但之后又逐步上升，到2019年達(dá)到峰值，表明山西省生態(tài)文明建設(shè)發(fā)展整體上處于良好趨勢。

圖2 1999—2019年山西省生態(tài)文明建設(shè)水平變化趨勢

對比分析五大子系統(tǒng)對生態(tài)文明建設(shè)的貢獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)（圖3），山西省生態(tài)文明建設(shè)水平的穩(wěn)步提升主要得益于生態(tài)環(huán)境保護(hù)子系統(tǒng)和生態(tài)民生改善子系統(tǒng)，其次是資源能源利用子系統(tǒng)和生態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展子系統(tǒng)，而生態(tài)制度建設(shè)子系統(tǒng)對生態(tài)文明建設(shè)的貢獻(xiàn)率相對較低，是山西省生態(tài)文明建設(shè)的薄弱部分。

圖3 1999—2019年山西省五大子系統(tǒng)對生態(tài)文明建設(shè)的貢獻(xiàn)

3.3 綜合指數(shù)等級分析

參考錢敏蕾等[4]的研究，根據(jù)生態(tài)文明建設(shè)綜合指數(shù)值將評價等級劃分5個等級（表5）?？梢钥闯?，1999—2019年山西省生態(tài)文明建設(shè)發(fā)展歷程可分為5個階段，1999年處于生態(tài)文明建設(shè)的初始發(fā)展階段，此后穩(wěn)步上升，2011年進(jìn)入穩(wěn)定階段，并在2019年達(dá)到高級階段。

表5 1999—2019年山西省生態(tài)文明建設(shè)綜合評價指數(shù)分級

4 結(jié)論與討論

在系統(tǒng)梳理生態(tài)文明建設(shè)相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有評估案例中的指標(biāo)進(jìn)行重要性評價，并結(jié)合國家發(fā)布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)劃等政策文件中的相關(guān)指標(biāo)，從資源能源利用、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)制度建設(shè)和生態(tài)民生改善5個方面構(gòu)建了省域生態(tài)文明建設(shè)評價指標(biāo)體系。運(yùn)用主成分分析法確定評價指標(biāo)權(quán)重，對山西省1999—2019年生態(tài)文明建設(shè)水平進(jìn)行定量評價，結(jié)果表明，山西省生態(tài)文明建設(shè)綜合指數(shù)由1999年的0.169提高至2019年的0.803，總體呈上升態(tài)勢。其中，生態(tài)環(huán)境保護(hù)子系統(tǒng)在生態(tài)文明建設(shè)中發(fā)揮作用最大，而生態(tài)制度建設(shè)子系統(tǒng)發(fā)揮作用最小，是山西省生態(tài)文明建設(shè)的薄弱部分。因此，山西省應(yīng)以習(xí)近平生態(tài)文明思想為指引，加快生態(tài)文明制度建設(shè)，強(qiáng)化公眾生態(tài)文明意識。此外，要牢固樹立保護(hù)生態(tài)環(huán)境就是保護(hù)生產(chǎn)力、改善生態(tài)環(huán)境就是發(fā)展生產(chǎn)力的理念，加強(qiáng)山水林田湖草系統(tǒng)治理，實施重大生態(tài)修復(fù)工程，大力發(fā)展綠色低碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)，提高資源能源利用效率，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)生態(tài)雙贏，提升生態(tài)文明建設(shè)水平。