基于PCA的资源环境承载力评价研究

沈丹 周德全 符莲 黄炜 张桐 王梅芳 汪花 唐启琳 袁梅

摘要：文章以贵州遵义市为例，从生态环境、资源禀赋、环境容量、社会经济4个子系统中选取24项具有代表性的评价因子建立资源环境承载力评价体系，运用主成分分析法对贵州省遵义地区资源环境承载力进行综合评价，并分析影响该地区资源环境承载力的主要驱动因子。研究结果显示：影响遵义市资源环境承载力的关键因素是经济发展与城市化水平提升而导致的自然资源耗损和环境污染。

Abstract： The paper takes the Zunyi City area of Guizhou Province as an example， 24 representative sub-systems were selected from the aspects of ecological environment， resource endowment， environmental capacity and socio-economy to establish the evaluation system of the resource and environment carrying capacity. It uses principal component analysis method to analyze the main driving factors influencing the carrying capacity of resources and environment in the region. The results show that the key factors affecting the carrying capacity of resources and environment in Zunyi are the depletion of natural resources and environmental pollution caused by the improvement of economic development and urbanization.

关键词：资源环境承載力;主成分分析;遵义市

Key words： environmental carrying capacity of resources;principal component analysis;Zunyi City

中图分类号：F299.27;X821                          文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2018）34-0191-03

0  引言

资源环境承载力是20世纪六、七十年代因自然资源枯竭与环境恶化频发而提出来的评价资源环境与社会经济协调发展的重要依据，它指“一定时期内，在保证资源合理开发利用和生态环境保育良好的前提下，不同尺度区域的资源环境条件对人口规模及经济总量的承载能力”[1]。主要强调人类活动与自然地理环境相互作用、相互制约的过程[2]。然而，随着自然资源枯竭、环境污染、生态系统退化等成为全球普遍性问题[3]。引起了世界各国的关注，并成为学术界长期关注的主题，从而获得了丰硕的研究成果。但是，这些成果中大部分都聚焦于平原地区或城市规划区的资源环境承载力[4-8]。要知道，人口、资源、环境等问题早已不再是平原地区和城市规划区的专属。在人—地矛盾日趋紧张的当下，对于先天自然环境条件不足的山区来说上述问题似乎更为严峻。据人口普查数据获悉，我国山区（包括丘陵地区）人口数量占全国总人口的1/3以上[9]。山区因人口数量庞大、社会经济发展及城市化进程迅速推进等造成的资源环境压力日益增大，越来越制约着山区生产发展，导致山区人地关系矛盾突出。

长期以来，基于资源发展的山区以传统产业为主，生产方式落后，经营管理粗放，尤其是唯GDP增长的发展导向忽略了山区的特殊性（生态环境较为脆弱），其短视逐利行为造成山区资源浪费、环境污染和生态破坏等，从而加剧了山区的生态脆弱性。对此，国家把保护资源环境提到了一定高度，并出台了一系列保护自然资源与建设生态环境的政策，学术界也逐渐把注意力转移到山区，并致力于不同于平原地区的资源环境承载力的研究[10-12]。但是，目前，对于山区的资源环境承载力研究不管是数量还是质量方面都远远不够，并且已有的研究成果大多都只涉及到大范围区域，而对小范围区域的关注度还不够。因此，文章以贵州遵义市为例，运用定量主成分分析法对山区小范围地区的资源环境承载力进行综合评价研究，并分析影响该地区资源环境承载力的主要驱动因子，以期增加山区小范围资源环境承载力的关注度，希望对研究区资源环境保护与管理政策有所裨益。

1  研究区域与材料

1.1 研究区域概况①

文章研究区域位于西南山区贵州省北部遵义市，地理位置在27°8′N～29°12′N与105°36′E～108°13′E之间，其北面与重庆市交界，西面与四川省接壤，东、南面分别省内铜仁市和黔东南州与贵阳市毗邻。研究区属于亚热带湿润气候，冬无严寒，夏无酷暑，年平均气温15.8℃，降雨量大，由于地形起伏大，所以水能资源丰富，地貌类型复杂，地表植被覆盖率高，生物物种丰富多样，以亚热带常绿阔叶林为主。研究区域下辖14个区（县、市）行政单位，总人口有617万多，国土面积共有30762平方千米，耕地面积大，素有“黔北粮仓”之称。矿产资源种类多，其中，铝土矿、煤炭、锰等储量大，有十几种藏量居贵州首位。研究区地处云贵高原向四川盆地与湖南丘陵过渡的斜坡地带，岩溶地貌分布广泛，占全区域土地面积的75%，由于人类活动对地表植被覆盖率的破坏大，加之常年降水充沛且雨量大，雨水对地表的冲刷作用极强，导致该区域水土流失严重。另外，遵义市地形地貌复杂，山高坡陡，易发生滑坡、泥石流、塌陷等地质灾害。

随着遵义市人口的快速增长与城市化进程的迅速推进，给本地区的资源与环境带来了一系列负面影响，进一步加剧了该区域的人地关系矛盾。因此，对遵义市的资源环境承载力进行科学的综合评价，希望能够为本区域的自然资源与生态环境的保护与管理提出可靠的建议，并对人口、资源与环境的实现可持续发展有所裨益。

1.2 数据来源

文章选取的25个指标，其数据来源于2016年遵义市环境保护局《遵义市环境质量年报》、遵义市水务局《水资源公报》、遵义市国土资源局《遵义市国土资源公报》、遵义市人民政府官网、各区（县、市）人民政府官网及其政府工作报告、遵义市2016年统计年鉴等。

2  指标体系与主成分分析过程

2.1 建立指标体系

资源环境承载力是一项涉及生态、资源、环境容量、社会等多要素的综合体系。文章评价指标体系的建立以研究区的实际情况为基础，并以一定的准则和参考标准为导向。整个综合评价体系由4类一级指标与24个二级指标构成（表1）。

2.2 主成分分析过程

文章在进行评价之前，先对数据进行标准化处理，使其具有可比性。然后运用SPSS22.0软件采取因子分析法进行数据分析。因子分析法就是用少数几个不相关的综合因子去描述众多指标或因子间的复杂联系，以较少的几个因子反映原资料大部分信息的一种统计学方法[14]。通过正交旋转对主因子载荷矩阵进行旋转，这样使因子具有更显著性的实际意义。文章采用加权平均法构建遵义市资源环境承载力综合评价模型。

第一步：计算出遵义市下辖每个区、县、市的一级指标的综合评价指数，其模型为：

其中，Fi为每个区、县、市的一级指标综合标价值，Xj为j个二级指标综合评价指标值，Wj为j个二级指标的权重，j=1，2，3，…P，P为二级指标的个数。

第二步：以一级指标综合评价指数为基础，再计算遵义市资源环境承载力的综合评价指数。其模型为：

其中，F为资源环境承载力综合评价指数值，Fi指第i个一级指标的综合评价指数，Wj是第j个一级指标的权重，j=1，2，3，…P，P是一级指标的个数。

3  遵义地区资源环境承载力评价结果分析

文章利用SPSS22.0分析软件对所收集的原始数据进行主成分分析：首先，将已经标准化处理完的原始数据即24个指标进行主成分分析，使具有明显线性相关性的各个指标之间互相独立，取特征值大于1的前五项作为主成分来解释85.49%的结果（表2）。

注：数据来源于SPSS软件计算结果.

表2为5项主成分的特征值、方差贡献率、累积方差贡献率，前5项主成分累积贡献率为85.49%，几乎涵盖了原变量的所有信息，所以可以替代原变量。

从表3中主成分结果可以获悉，建成区绿化率、年均二氧化硫浓度、年二氧化氮浓度、年均可吸入颗粒物浓度、年生活污水排放量、年生活污水COD排放量、年生活污水氨氮排放量、年工业废水排放量、年工业废水COD排放量、年工业废水氨氮排放量、人口密度、人均GDP、规模以上工业总产值等在主成分1中影响比较大，而年均降水量、年均气温、年平均相对湿度、森林覆盖率、人均水资源量、农作物播种面积、人均耕地面积、森林面积、人均森林面积、农林牧副渔业总产值、单位GDP能耗指标值等影响相对较弱，这说明城市化进程的推进与人口的激增给遵义市的资源与环境造成了非常严重的威胁。特别是一些企业对环境的污染和资源的浪费是极为明显的。主成分2中影响力较大的是年均降水量、年均气温、年平均相对湿度、森林覆盖率、建成区绿化率、人均水资源量、年均二氧化硫浓度、年二氧化氮浓度、年均可吸入颗粒物浓度、年工业废水排放量、年工业废水COD排放量、年工业废水氨氮排放量、人均GDP等，这充分说明了经济的增长与城市化水平的提高是以大量消耗自然资源与污染环境为代价，而工业排放量对环境的污染远远大于生活排放量造成的污染。在主成分3中，森林覆盖率、农作物播种面积、森林面积、年均二氧化硫浓度、年工业废水排放量、年工业废水COD排放量、年工业废水氨氮排放量、人均GDP、农林牧副渔业总产值、规模以上工业总产值、单位GDP能耗指标值等作用比较突出，说明了遵义市的植被覆盖率高，农业在经济发展中所占比重大。但是，其经济发展给自然资源和环境带来的形势极为严峻，发展模式有待改进。在主成分4中，年平均相对湿度、森林覆盖率、人均水资源量、森林面积、年生活污水COD排放量、年生活污水氨氮排放量、年工业废水排放量、年工业废水COD排放量、年工业废水氨氮排放量、人均GDP、城镇化率等所占比重较大，这充分说明了遵义市的生态环境良好，资源禀赋丰富，其环境的主要威胁是生活与工业两方面的废排放。在主成分5中，其主要影响因子是对前4个主成分的再次强调与补充说明。

综上所述，资源环境承载力是衡量一个区域综合发展潜力的判据，文章主成分结果分析表明遵义市的可持续发展需要改变现有生产方式与经营管理方式，努力调整与完善产业结构，加强节能减排，提高资源利用效率和治污能力，并把生产发展控制在资源环境可承载的范围内。

注释：

①数据来源于遵义市人民政府官网。

参考文献：

[1]邓伟.山区资源环境承载力研究现状与关键问题[J].地理研究，2010，29（06）：959-969.

[2]刘文政，朱谨.资源环境承载力研究进展：基于地理学综合的视角[J].中国人口·资源与环境，2017，27（06）：75-86.

[3]张保成，国峰.自然资源承载力能力问题研究综述[J].经济经纬，2006（6）：22-25.

[4]郭轲，王立群.京津冀地区资源环境承载力动态变化及其驱动因子[J].应用生态学报，2015，26（12）：3818-3826.

[5]孙茜，张捍卫，张小虎.河南省资源环境承载力测度及障碍因素诊断[J].干旱区资源与环境，2015，29（07）：33-38.

[6]黄敬军，姜素，张丽，魏永耀，缪世贤.城市规划区资源环境承载力评价指标体系构建——以徐州市为例[J].中国人口·资源与环境，2015，25（S2）：204-208.

[7]刘凯，任建兰，张理娟，王泽楠.人地关系视角下城镇化的资源环境承载力响应——以山东省为例[J].经济地理，2016，36（09）：77-84.

[8]游广永，邹长新，刘冬，林乃峰，沈渭寿.上海市青浦区资源环境承载力与合理人口容量评价[J].中国人口.资源与环境，2014，24（S2）：406-409.

[9]陈国阶，方一平，高延军.中国山区发展报告——中国山区发展新动态与新探析[J].北京：商务印书馆，2010，01（10）.

[10]付云鹏，马树才.中国区域资源环境承载力的时空特征研究[J].经济问题索，2015（09）：96-103.

[11]周侃，樊杰.中国欠发达地区资源环境承载力特征与影响因素——以宁夏西海固地区和云南怒江州为例[J].地理研究，2015，34（01）：39-52.

[12]叶文，王会肖，许新宜，王红旗，王红瑞，王国强.资源环境承载力定量分析——以秦巴山水源涵养区为例[J].中国生态农业学报，2015，23（08）：1061-1072.

[13]许明军，杨子生.西南山区资源环境承载力评价及协调发展分析——以云南省德宏州为例[J].自然资源学报，2016，31（10）：1726-1738.

[14]李志辉，罗平.SPSS for windows統计分析教程[M].三版.北京：电子工业出版，2005，366.