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主成分分析下的资源环境承载力

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〔摘要〕资源环境承载力是一个定量衡量经济发展是否科学绿色的重要手段,而关于青海省资源环境承载力的研究少之又少。本文选取了2007-2014年青海省社会、环境和资源子系统中的诸多指标,利用SPSS统计软件,选择主成分分析方法,对青海省资源环境承载力进行研究。研究表明:经济发展状况、环境污染状况和环境治理状况为影响青海环境承载力的主要因素;青海省资源环境承载力从2007年起稳步提升,在2011年后趋于稳定,整体呈一种良性发展的趋势。

〔关键词〕资源环境承载力;青海省;主成分分析

引言

早在1921年,帕克和伯吉斯二人就在人类生态学杂志中,提出了承载力的含义,即“某一特定环境条件下(主要指生存空间、营养物质、阳光等生态因子的组合),某种个体存在数量的最高极限”[1]。结合社会的具体状况,研究学者们不断地细化承载力一词,提出了人口承载力、土地承载力、环境承载力、资源承载力、矿产资源承载力,水资源承载力等概念。“资源环境承载力”就是在承载力概念基础上融合了物理学、社会经济学、环境科学、资源经济学等多学科理念形成的复杂综合系统[2]。随着人类社会的发展,资源环境不断的变化,人们越来越需要用承载力去解决问题,不断地发展完善承载力的概念和理论研究。国内外学者针对人口[3-5]、土地[6-8]、矿产资源[9-11]等各类要素,采用了能值法[12-13]、系统动力学[14-16]、模糊综合评价法等及多种方法的综合使用[17]、主成分分析法[18-21]对资源环境承载力进行了评价和分析。随着西部地区经济的迅猛发展,青海省毫无疑问成为西部地区经济发展的主力部队,而青海省矿产资源的丰富储量是西部地区的经济发展和青海省的自主发展中占绝对优势的天然条件。然而对矿产资源的探索和开发势必会产生资源过度消耗、资源浪费、环境污染、生态破坏等问题,这必将威胁到青海省生态环境并且与国家提出的可持续发展的战略。所以正确判断青海省资源环境承载能力,以实现环境合理利用和社会经济可持续协调发展,成为迫在眉睫的任务。本文将以青海省为研究对象,选择普适性资源环境承载力评价指标[22]的构建方法,立足于青海省具体情况,选取统计年鉴中有关青海经济社会、生态环境、资源供给等方面的评价指标,采用主成分分析法对青海省环境承载力进行研究分析,最后采用主成分分析法对青海资源环境承载力进行综合评价,得出青海省2007年到2014年资源环境承载力变化曲线,分析原因,为青海资源、环境、社会的和谐发展提出建议。

1青海地区概况及评价指标体系的建立

青海属于中国西北内陆地区,总面积达72.23万平方千米。研究数据显示,截止2014年年末,青海省耕地面积达到585707.95公顷,青海省下辖2个省辖市,6个自治州,4个县级市,27个县,7个自治县,6个市辖区,其城镇化率达49.78%,人口总数达到583.42万人,人口同比增长率达到8.49%,相比往年又有较大提升。在经济方面生产总值高达2303.32亿元,其中第一产业占GDP比重(%)9.37%,第二产业占GDP比重(%)53.58%并且实现人均地区生产总值39671元,这相比往年又有较大的突破。在环境方面,青海省在2014年间一般工业固体废物综合利用量就达到6998.64万吨,是2007年的20倍。通过青海省经济社会、生态环境与资源供给等方面的调查研究,遵循科学性、系统性、可行性原则,同时依据普适性资源环境承载力评价指标体系的构建原则,本文选定的指标主要涉及经济社会、生态环境与资源供给三大类[11]。结合青海省统计年鉴已有数据,选取15个指标因子构建资源环境承载力评价指标体系,指标具体如下:人均地区生产总值(元)、第一产业占GDP比重(%)、第二产业占GDP比重(%)、城镇化率(%)、人口自然增长率(%。)、GDP同比增长率(%)、工业废水排放量(万吨)、二氧化硫(SO2)排放量(吨)、一般工业固体废物产生量(万吨)、一般工业固体废物综合利用量(万吨)、森林覆盖率(%)、水资源总量(亿立方米)、耕地面积(公顷)、人均耕地面积(亩)、机电排灌面积(千公顷)。本文所用数据来源于2007-2015年的《青海统计年鉴》及和讯网。

2主成分分析结果与讨论

运用SPSS23.0软件对青海省环境承载力评价指标进行主成分分析,得出环境承载力评价指标的相关性矩阵、主成分特征值及贡献率,详见表2和表3。

2.1相关性分析

从表2可看出,X1(人均地区生产总值)、X2(第一产业占GDP比重)、X4(城镇化率)分别与X8(二氧化硫(SO2)排放量)、X9(一般工业固体废物产生量)及X10(一般工业固体废物综合利用量)有极大的相关性;X8分别与x4、X9、X10等相关性显著等。因此,我们很有必要进行主成分分析,对数据进行浓缩,降维,从中提取出有效覆盖原信息而彼此间不相关的主成分。

2.2选取主成分

本文对青海省2007年至2014年的15个指标数据进行主成分分析,得到了各指标对总体方差的贡献率。如表3所示,根据特征值大于1和累积贡献大于或等于85%可知:前3个主成分的累积贡献率达85.732%,比较全面地反映影响资源环境承载力变化的因子,体现出青海省资源环境承载力的空间状况。因此,资源环境承载力评价指标的主成分有3个。得出的成分矩阵如下:由表4成分矩阵可知:x1人均地区生产总值(元)、x2第一产业占GDP比重(%)、x4城镇化率(%)、x8二氧化硫(SO2)排放量(吨)、x9一般工业固体废物产生量(万吨)、x10一般工业固体废物综合利用量(万吨)等指标在第一主成分上有较高载荷,说明第一主因子与这些指标有较高的相关性。第一主因子包含了社会经济,环境污染与治理的指标,由于其中第一主成分包含了58.040%的累积贡献率,因此可以被认定为是影响青海资源承载力的主要因子。主成分2与x14人均耕地面积(亩)有显著的负相关关系,说明青海省资源承载力与人均耕地面积有关;x6GDP同比增长率(%)在第三主成分上有较高载荷。

2.3资源承载力综合得分

以上是四个主成分因子成分得分系数矩阵,并通过公式Y=8.706/12.86*主成分一得分+2.463/12.86*主成分二得分+1.691/12.866*主成分三得分可以得到从2007-2014年各年份承载力的综合得分(表5)通过表5可以看出随着时间变化,资源承载力得分出现一定规律性变化,资源承载力的得分变化情况具体如下(图1):图12007-2014年青海省资源环境承载力综合得分趋势图图1显示,从2007年到2014年主成分一和综合得分的变化情况以及数据几乎是相同的,所以认为主成分一在综合得分评判中占据了主要作用。从2007年到2012年资源承载力综合得分一直处于上升趋势,并且从2010到2011年综合得分具有陡升的现象,根据2010与2011年各项数据的观察对比发现,在2011年一般工业固体废物综合利用量以及一般工业固体废物产量发生突变,所以可以推断出这两项数据的大幅度改变是影响综合得分突变主要因素。从2012年开始直到2014年,综合得分有缓慢下滑的现象,在这一时间段主成分一得分依旧在上升,而主成分二先下降再上升,主成分三大幅度下降,说明再2012年到2014年的时间段里,主成分三的大幅度下降严重影响到综合得分的评算,对2012年至2014年数据观察对比发现GDP同比增长率(%)、第二产业占GDP比重(%)具有较为明显降低现象所以推断这两项数据是导致主成分三得分降低的原因。观察综合评分折线图可以看到总体来说是近于水平的情况,由此可以推断出主成分一的提升对由主成分三的降低影响的综合评分降低具有一定的缓和作用,所以综合评分只是小规模变动。综合来看资源承载力虽然存在有小幅度的上下波动,但是从总体来看资源环境承载力是呈上升趋势的,这说明青海省资源环境承载力处于提升阶段。

3结论

通过主成分分析对青海省2007-2014年资源环境承载力进行计算与分析,结果表明:(1)经济发展状况,环境污染状况、环境治理状况为影响青海环境承载力的主要因素;(2)青海省资源环境承载力从2007年起稳步提升,在2011年后趋于稳定,整体呈一种良性发展的趋势。青海省资源环境承载力的提升,离不开国家的西部大开发政策以及青海省自身对环境问题的重视。在经济发展方面,2007年至2014年正是西部大开发的大力发展阶段,青海省经济呈健康高质量发展态势。在环境方面,青海省颁布一系列措施并积极落实政策,如青海省先后实施了退耕还林、退牧还草、“三北”防护林等重点生态工程,森林覆盖率一直在提升,直观数据显示,森林覆盖率从2007年的4.4%上升到2014年的6.1%。尽管如此,如何在保障经济发展的同时,最大程度地降低环境污染、开展环境治理仍将是今后需关注的重点问题。当然,影响社会、环境、资源子系统的因素有很多,本文选取的指标是否具有代表性,还有待进一步研究。例如,本文在环境子系统中选取了“一般工业固体废物综合利用量(万吨)(X10)”这一因素来进行分析,笔者认为“一般工业固体废物综合利用率”因素可能更具代表性,而受限于资料来源,“一般工业固体废物综合利用率”的数据不全,无法进行统计。另外,本文未涉及关于青海省各个市,州的环境承载力状况。这些问题都有待于进一步深入研究。

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作者:杨玉 丛殿阁 孙奇天 聂亚珍 单位:青海大学

主成分分析下的资源环境承载力责任编辑:张雨    阅读:人次