基于主成分分析的山西省农业循环经济发展水平评价研究*

姚晓萍

(山西农业大学经济管理学院，太谷 030801)

0 引言

农业循环经济是一种全新的农业生产方式，它是以循环经济学原理为准则，运用现代技术及现代化管理方式组织农业生产，以实现农业资源、环境、经济的有机融合与可持续发展为目的[1]，是提高农产品竞争能力与转变农业发展方式的重要途径[2]。我国传统的石油农业存在生产效率低下、能耗高等问题，长期以来对生态环境造成了严重污染及资源浪费，如今面临着农业向现代化生产方式的转变，传统农业受到了巨大挑战。农业循环经济在2006年的中央一号文件被首次正式提出，倡导要积极发展农业循环经济，之后又在十八大及“十三五”规划中被多次强调，显示出我国发展农业循环经济的必要性，至此也吸引了国内众多学者对其展开多层次、多角度地深入研究和探索，成为近些年的研究热点。

农业循环经济是一个“中国化”的概念，在世界农业发达国家，基于生态农业的节水农业、精准农业、高效农业等具有循环经济特征的农业生产方式是现代农业发展方向[3]，且研究主要偏向于技术层面[4-5]。在国内，农业循环经济是研究的热点领域，董锋[6]认为发展农业循环经济是延长农业产业链，优化产业结构，实现农民增产增收的有效途径； 且农业自身的整体性使其更具有发展循环经济的优势[7]； 目前国内学者将农业循环经济发展模式分为3种，分别为以规模范围为特征、以技术目的为特征和以高新技术为特征的农业循环经济发展模式[8]。且中国农业循环经济目前存在认识不足、发展意愿不强、缺乏相应政策体系、技术支持不到位等问题。目前有关农业循环经济发展评价方法主要有灰色关联分析法[9]、综合指数评价法[10]、目标线性加权函数法[11]、密切值法[12]、DEA法[13]和PPC模型[14]等； 农业循环经济发展评价空间领域基本涵盖了全国、流域、省域、县域等不同研究尺度[15-16]。但目前为止，对山西省农业循环经济的研究不多，且更偏重于现状、对策、建议等宏观方面[17]。鉴于此，文章以山西省的农业循环经济为研究对象，运用主成分分析法探讨2001～2016年山西省农业循环经济发展变化趋势。

1 研究区域概况

山西省地处黄河中游，黄土高原东部，北界长城与内蒙古自治区接壤，西隔黄河与陕西省相望，南抵黄河与河南省为邻，东依太行山与河南、河北两省毗连。省境轮廓大体呈平形四边形，介于东经110°15′～114°33′，北纬34°34′～40°43′之间，南北长628km，东西宽385km，总面积15.67万km2，约占全国总土地面积的1.63%。境内山峦叠嶂，丘陵起伏，沟壑纵横，大部分为山区和丘陵，主要农作物种植区为太原、大同、临沂、忻州、和运城等盆地。2015年全省耕地面积480.36万hm2，农业人口1 648万人，人均耕地远低于全国平均水平； 森林覆盖率18%，低于全国平均水平21.66%，同时山西省农业发展面临着耕地面积持续减少，耕地质量明显下降、农业污染日趋严重、水资源短缺、农业生态环境问题日益严重、农产品质量下降[14]等问题。

2 数据来源及研究方法

2.1 数据来源

该文选用2001～2016年山西省16年的年度数据为研究对象。为保证数据的可靠性，山西省农业循环经济发展水平评价指标体系的指标数据均来源于《山西省统计年鉴》，对于数据未进行统计的指标，数据主要从《中国农村统计年鉴》《中国统计年鉴》《中国环境统计年鉴》中获得。

2.2 研究方法

2.2.1 指标体系构建

农业循环经济发展水平评价是一项综合性评价，在参考以往学者对农业循环经济发展评价指标构建的基础上[19-20]，该文将社会效益、经济效益和生态效益作为选取指标的三大依据，结合山西省当地农业特点，秉持全面性、科学性和可操作性，能系统、充分地反映维持农业循环经济系统平衡的物质循环与能量转换[18]的原则，选取了经济与社会发展指标、资源减量投入指标、资源循环利用指标和资源环境安全指标作为指标体系的准则层，以及16个指标作为评价山西省农业循环经济指标体系的指标层(表1)。

表1 山西省农业循环经济发展评价指标及说明

目标层准则层指标层单位指标说明指标性质山西省农业循环经济发展评价A经济与社会发展B1单位面积农业GDP C1元/hm2农业总产值/农作物播种面积正农民人均纯收入C2元农民总收入—农民总支出正农林牧渔商品率C3%农林牧渔商品产值/总产值正畜禽产品商品率C4元/t牧业产值/肉类总产量正资源减量投入B2化肥使用强度C5kg/hm2化肥施用量/农作物播种面积负农药使用强度C6kg/hm2农药使用量/农作物播种面积负农膜使用强度C7kg/hm2农膜使用量/农作物播种面积负农业机械使用强度C8W/hm2农业机械总动力/农作物播种面积正资源循环利用B3秸秆综合利用率C9%秸秆利用量/秸秆产生量正废弃物资源化水平C10个/人沼气池个数/农业人口数正复种指数C11%农作物播种面积/耕地面积正化肥有效利用系数C12元/kg种植业产值/化肥折纯施用量正资源环境安全B4森林覆盖率C13%林地面积/土地总面积正有效灌溉系数C14%有效灌溉面积/耕地面积正水土流失治理系数C15%土地流失治理面积/耕地面积正人均耕地面积C16hm2/人耕地面积/农业人口数正

2.2.2 评价方法——主成分分析法

该研究采用多元统计分析中的主成分分析法(principal component analysis，PCA)对山西省农业循环经济发展水平进行评价。主成分分析也称主分量分析，宗旨是采用降维思想，将多指标体系通过主成分分析转化为少数几个综合指标，即主成分，其中每个主成分都能够反映原始变量的大部分信息，且所含信息互不重复，以此来减弱自变量之间的相互干扰[21]。其具体计算步骤如下：

(1)将原始数据进行标准化处理：

(1)

式(1)中，Xij为农业循环经济第j项评价指标的第i年测度值，Yij为经无量纲化处理后的农业循环经济评价指标各年度值。

(2)计算样本相关矩阵R=(rij)p×p：

(2)

(3)令|R-λ|=0，计算特征值、方差贡献率、累计贡献率。

(4)确定主成分：取累计贡献率达85%以上的特征值作为主成分

表2 主成分特征根、贡献率、累计贡献率

因子特征值方差贡献率(%)累计贡献率(%)P110.6566.5666.56P22.4615.3881.94P31.257.8189.75

表3 初始因子载荷矩阵

(5)计算主成分得分：

F=a1iX1+a2iX2+apiXpi=1， 2，…，p

(3)

(6)计算第j列指标的综合评价值：

(4)

式中，αp为第p个主成分的方差贡献率；Fpj为第j列的第p个主成分。

3 数据处理及结果

依据上述主成分分析法的计算步骤，应用stata12.0软件对2001～2016年山西省农业循环经济指标标准化后数据进行分析。

3.1 因子分析

因子分析是将驱动力指标体系所有因子中相关性比较密切的因素归为一类，即一个主成分，最终用特定的几个主成分去描述资料中的大部分信息。根据球形检验结果总体的KMO取值为0.607 8，说明各变量之间相关性比较大，指标信息存在重叠，可以进行因子分析。且各个变量的KMO值也大多在0.6以上，所以本数据是比较适合因子分析的。由主成分特征根和贡献率(表2)可知，特征根λ1=10.65，λ2=2.46，λ3=1.25，前3个主成分的累计方差贡献率达89.75%，即涵盖了大部分信息。这表明前3个主成分能够代表最初的16个指标来分析山西省农业循环经济发展水平，故提取前3个因子即可，记作P1，P2，P3。

3.2 主成分分析

由主成分载荷矩阵(表3)可知，单位面积农业GDP(C1)、农民人均纯收入(C2)、农林牧渔商品率(C3)、畜禽产品商品率(C4)、化肥使用强度(C5)、农药使用强度(C6)、农膜使用强度(C7)、农业机械使用强度(C8)、化肥有效利用系数(C12)、森林覆盖率(C13)、有效灌溉系数(C14)、人均耕地面积(C16)在第一主成分上有较高载荷系数，这些指标都与农业生产资料有关，因此可将评价山西省农业循环经济发展水平的第一主成分归纳为生产资料集约； 秸秆综合利用率(C9)、废弃物资源化水平(C10)、水土流失治理系数(C15)在第二主成分上有较高的载荷系数，秸秆利用、废弃物资源化及水土流失治理均属于资源修复范畴，因此可将评价山西省农业循环经济发展水平的第二主成分归纳为资源修复； 复种指数(C11)在第三主成分上有较高的载荷系数，体现的是土地集约利用水平，评价山西省农业循环经济发展水平的第三主成分为土地集约。综上，评价山西省农业循环经济发展水平的因素为生产资料集约水平、资源修复水平和土地集约水平。

3.3 主成分及综合评价模型

由因子载荷矩阵、特征值以及方差贡献率得到因子权重，根据因子得分系数，可以得到主成分P1，P2，P3的评价模型及综合评价模型P：

P1=0.03C1+0.15C2-0.08C3-0.05C4+0.13C5+0.08C7+0.12C8-0.04C9+0.09C10+0.04C11+0.19C12+0.12C13+0.08C14+0.07C15+0.08C16

(5)

P2=-0.14C1-0.07C2+0.39C3+0.34C4+0.07C5+0.02C7+0.06C8+0.37C9+0.02C10-0.09C11-0.02C12-0.08C13+0.01C14+0.07C15-0.07C16

(6)

P3=0.12C1-0.01C2-0.15C3-017C4-0.12C5-0.07C7-0.09C8+0.05C9+0.11C10+0.61C11+0.04C12+0.05C13+0.29C14+0.38C15-0.15C16

(7)

P=0.6656P1+0.1538P2+0.0781P3

(8)

表4 2001～2016年山西省农业循环经济发展水平综合评价值

年份P1P2P3P2001-1.03-1.300.38-0.862002-1.26-0.87-1.59-1.092003-1.04-1.41-0.12-0.922004-0.91-0.880.26-0.722005-0.71-0.090.77-0.422006-0.610.250.95-0.292007-0.541.91-1.04-0.142008-0.391.420.13-0.032009-0.391.32-0.22-0.0720100.180.57-0.100.2020110.350.870.090.3720120.710.070.840.5520130.880.010.560.6320141.38-0.370.830.9220151.60-0.730.921.0320161.76-0.75-2.660.85

4 结果分析

根据式(5)～(8)可以得到2001～2016年山西省农业循环经济发展综合评价值(表4和图1)。山西省农业循环经济发展综合得分值越高，说明农业循环经济发展水平越高。从表4和图1可以看出， 2001～2016年山西省农业循环经济发展在总体上呈现出上升趋势，年均增长0.12。可将2001～2016年山西省农业循环经济发展分为两个阶段：(1)2001～2009年农业循环经济发展低水平阶段。该阶段山西省农业循环经济发展为负值，该阶段农业发展的特点为：追求农产品产量高于打造农产品质量，以高投入、高消耗作为主要生产方式，忽略对农业资源环境及生态系统的保护，不以追求农业的可持续发展为目标，还是以传统农业发展方式为主。(2)2010～2016年农业循环经济发展上升阶段。该阶段山西省农业循环经济发展为正值，说明2010年之后山西省转变传统农业发展方式、实现农业循环经济取得一定成效，该阶段追求农产品质量的同时，也注重产品质量的提升，以农业的可持续发展为目标，利用土地的同时也注重资源、环境的保护。由表4可知，第一主成分生产资料集约水平在2001～2016年一直处于发展上升阶段，且同样在在2010年之后成为正值，较2008年以前有了很大幅度改善，说明生产资料集约水平是促使山西省农业循环经济发展提升的主要动力。

图1 2001～2016年山西省农业循环经济发展水平趋势

5 结论与展望

5.1 结论

该文应用主成分分析法对山西省农业循环经济发展水平进行评价，具有一定的科学性和可信度。主要得到以下结论：(1)山西省农业循环经济发展水平的评价因素可归纳为生产资料集约水平、资源修复水平和土地集约水平3方面。(2)山西省农业循环经济在2001～2016年总体呈现上升趋势； 并分为两个发展阶段， 2001～2009年农业循环经济发展低水平阶段和2010～2016年农业循环经济发展上升阶段。(3)2010年之后山西省转变传统农业发展方式、实现农业循环经济取得一定成效，生产资料集约水平是促使山西省农业循环经济发展提升的主要动力。

5.2 展望

该文运用主成分分析法对2001～2016年山西省的农业循环经济发展水平进行综合评价，在一定程度上可以反映出山西省农业循环经济的发展趋势，填补当前农业循环经济在山西省评价研究上的缺失。山西省转变传统农业发展方式，提升农业循环经济发展水平，使农业走可持续发展道路注重生产资料的集约是关键，可以从控制化肥、农药、农膜投入量，提升其有效利用系数等方面入手； 其次要提升资源修复水平，利用秸秆还田的形式增加废弃物利用率，增加水土流失治理面积； 并提高土地利用率。但该研究也存在不足，如该文对山西省农业循环经济发展水平研究只局限于省层面，只能反映出全省整体水平，而农业循环经济发展水平更确切来说是由各市、乃至县的农业循环经济发展共同构成的，因此，该研究为下一步研究提供了方法并指明了方向，要细化对山西省各市、乃至县级农业循环经济发展水平进行研究，更有利于把握山西省区域农业循环经济发展协调度，从更细致层面把握山西省农业循环经济发展情况。