基于主成分分析的生态发展评价--以宁湖杭生态带为例

基于主成分分析的生态发展评价
——以宁湖杭生态带为例
表1 生态带发展评价指标体系表
生态带发展评价指标体系中，各指标对生态文明建设水平的作用贡献不一致。

有的指标对生态文明建设是正作用力，指标值越大生态环境越好，这类是正指标，如建成区绿化覆盖率；有的对生态文明建设是反作用力，指标值越小生态文明建设得越好，这类是逆指标，如农用化肥施用量。

将逆指标通过标准化，转化为对评判结果有正作用的“正指标”，有利于对多个指标数据的综合统一处理。

（三）单因子分析
1.建成区绿化覆盖率：指建成区内一切用于绿化的乔、灌木和多年生草本植物的垂直投影面积与建成区总面积的百分比。

城市绿化在雨水径流、温度调节、碳吸收、景观多样性保护等协调人与自然关系方面，发挥着重要作用。

宁湖杭各地区的建成区绿化覆盖率均在40%以上，其中湖州最高，为51.6%，其余均在40-44%之间。

2.民用汽车拥有量：汽车拥有量与汽油、柴油等能源消耗量关系密切，行驶中产生的尾气是造成空气质量下降、PM2.5增多的重要原因，因此民用汽车拥有量是间接反映空气环境质量的指标，属于逆指标。

杭州的人均汽车拥有量最多，达到每百人20量，约是句容的5倍，是南京、湖州、溧阳等地的2倍。

3.农作物总播种面积：是指年度内收获农产品的作物播种面积之和，反映了农业生产能力和耕地占有量。

湖州地处杭嘉湖平原传统粮食生产基地，地均农作物播种面积高于浙江省平均水平。

苏南城镇密度较大，相对耕地较少，因此南京、溧阳、宜兴的地均农作物播种面积，均低于江苏省平均水平。

4.农用化肥施用量：长期施用化肥，会影响土壤生态系统结构和功能，改变生物结构多样性，降低土壤肥力，威胁生态环境、食品安全和农业可持续发展。

农用化肥施用量表示人类活动对生态环境的影响，是逆指标。

5.自来水综合生产能力：水的质量直接影响生态质量，水的综合生产能力是保障生态环境质量、人民生活水平的基本要素。

6.单位GDP用电量：反映能源利用效率的高低和经济发展的可持续性程度。

单位产值能耗越低，能源利用率越高，经济越可持续发展，人与自然资源越和谐，是逆指标。

7.农林牧渔产值：是大自然给予人类的货币价值体现。

只有当地生态环境优良，生态环境保障有力，农林牧渔才有发展的基础。

8.第一产业产值比重：表示一个地区所有常住单位在一定时期内农业生产活动的最终成果，反映动植物生长机能和产品价值，是从经济角度对生态资源进行定量评价。

9.人口密度：既说明地域承载人类生活的贡献程度，表达了经济社会的发展程度，又反映出当地的生态压力。

本研究将该指标作为正指标，反映当地经济和谐、社会发展程度的高低。

10.城乡居民收入比：用城镇居民人均可支配收入与农民人均纯收入之间的比率表示。

收入差距超出合理范围，不仅会影响农业、农村经济和国民经济的健康发展，还有可能演变成社会问题和政治问题，该指标从经济角度，反映社会和谐水平，是逆指标。

宁湖杭各地的收入比维持在1.9-2.3，均低于浙江省
Case
（2.6）、江苏省（2.7）的平均水平，说明宁湖杭生态
带上的城乡差距较小，发展较和谐。

11.人均GDP：总体上反映一个地区经济社会发展
水平。

生态文明水平与人均GDP成正比例关系，在其它
条件一定情况下，人均GDP越高,生态文明水平越高。

12.第三产业产值比重：反映工业化水平及所处的
经济发展阶段。

在其他条件相同情况下，服务业产值
比重越高，占用、破坏生态资源的趋势变小，社会更加
进步文明。

13.社会消费品零售额：反映社会商品购买力的实
现程度。

人民物质文化生活水平提高了，该指标也会
相应提高，是研究居民生活水平、社会零售商品购买
力、社会生产的重要指标。

14.城镇化率：是衡量一个国家或地区经济社会
发展水平的重要标志，城镇化提升将大大加速经济社
会的综合实力和生态文明进步。

15.城镇居民人均可支配收入：指居民家庭全部
现金收入中能用于安排家庭日常生活的部分，是反映
城市居民收入水平和生活水平最重要、最常用的指
标。

16.农村居民人均纯收入：是指农村居民家庭全
年总收入中，可直接用于进行生产性、非生产性建设
投资、生活消费和积蓄的那部分收入。

17.每千人在校学生数：教育是提高国民素质，推
动社会进步的支撑与基础。

反映生态保护素质高低和
普及程度，以及社会发展水平和文明程度。

18.万人卫生机构床位数：说明社会提供医疗、卫
生服务的能力，是评价社会文明程度的基本指标。

（四）评价模型
根据生态文明指标体系中，各项三级指标标准化
后的结果及其权重，采用加权求和法计算获得生态文
明综合评价值，即生态文明建设指数，计算公式为：
公式一
式中：为生态文明建设指数；为标准
化后的各项三级指标；为各项三级指标对应
的权重系数。

生态文明建设指数反映了一个地区生态
文明建设水平，由于选取的指标具有可比性，模型建
立中又对指标进行了标准化处理，因此各省份、城市
之间的生态文明建设指数也具有可比性。

本研究采用极差标准化方法，它是对原始数据进
行线性变换。

计算公式为：
公式二
正指标可直接进行标准化处理，逆指标先取倒
数，再进行标准化处理。

三、宁湖杭生态带发展水平分析
本研究运用SPSS软件中的因子分析模块，对指
标体系中的18个三级指标进行主成分提取，去除重复
信息，得到互不相关的几个主成分，从而简化对宁湖
杭发展带建设水平分析的因子。

主成分分析是利用降
维的思想，通过线性变换，将大量相关变量转化为少
数几个不相关的综合变量（即主成分），剔除重复、冗
余的信息，使每个主成分都是原始变量的线性组合，
且能够反映原始变量的绝大部分信息。

采用主成分分
析法，可以引入多方面的生态文明建设指标，并将复
杂因素最终归结为几个主成分，使复杂问题简单化，
得到更为科学、准确的生态文明评价信息。

简化后的
评价模型为
公式三
式中：为生态文明建设指数；为主
成分分析得到的综合变量；为综合变量对
应的权重系数，用综合变量的贡献率表示。

根据线性
变换原理，简化后的评价模型与原模型相比，变量总
方差不变，具有相同的数学特征。

选取宁湖杭生态带上的城市为研究对象，包括
南京、杭州和湖州三个地级市，常州的溧阳、无锡
的宜兴、镇江的句容三个县级市。

由于地级市和县
级市在人口规模、土地面积等方面差别较大，尤其
是一些涉及总量的指标，如农作物播种面积、农林
牧渔产值等，不利于反映县级市的真实生态文明建
设水平。

因此，按照人均、地均的概念对原始数据
进行处理，用单位人口、单位面积的均量指标代替
总量指标，有利于准确评价6个地区的生态文明建设
水平。

表2 特征值、主成分贡献率及累计贡献率表
表3 主成分荷载矩阵表
表4 主成分得分、综合得分表
表2是对南京、溧阳、宜兴、句容、杭州、湖州6个地区的18个指标进行主成分分析，得到的各主成分特征值、贡献率和累计贡献率。

一般取特征值大于1的或者累计贡献率达85～95%的特征值所对应的成分为主成分，由计算结果可以提取出4个主成分。

根据表3主成分荷载矩阵，荷载越大，该指标与主成分相关性越强，可以归纳出影响生态文明建设指数的4个主成分，分别是社会推动力F1、城乡推动力F2、能源推动力F3、环境推动力F4，累计贡献率达到97.636%。

根据公式三，得到综合发展指数得分Y （Y=（55.558*F1+23.418*F2+10.623*F3+8.037*F4）/97.636），反映了生
态文明发展的总体水平。

若某一地区的主成分得分、生态文明建设指数为正，表明该地区在各地平均水平之上；若得分为负，则表明在各地平均水平之下。

分析宁湖杭生态带上各地区的生态文明发展情况。

社会推动力F1受城镇居民人均可支配收入、第三产业产值比重、社会消费品零售额、在校生人数、卫生机构床位数等指标影响较大，主要反映三产服务业、居民消费水平、教育医疗等社会因素对生态文明建设的推动情况，该主成分南京、杭州的得分较高，句容、溧阳较低，说明南京、杭州的社会发展水平较高。

城乡推动力F2受农村居民人均纯收入、城乡居民收入比等因素影响较大，湖州、杭州等地城乡差距较小，乡镇发展突出，得分较高。

能源推动力F3主要由人均汽车拥有量起作用，该主成分湖州、南京得分均较高，杭州因人均汽车拥有量过高而导致能源推动力较低。

环境推动力F4主要受建成区绿化覆盖率指标的影响，杭州、南京、溧阳均较高，相比较，杭州、居然偏低。

根据生态文明建设指数，得到图2。

可以看出各地差别较大，
Case
南京、杭州、湖州、宜兴生态文明建设指数为正，高于各地平均水平，其中南京、杭州总体发展水平较高。

句容、溧阳均因社会推动力较低，导致生态文明建设总体发展水平较低。

四、宁湖杭生态带发展建议
宁湖杭生态带上的6个地市在社会、城乡、能源、环境等方面发展水平参差不齐，即使同一个地区，各方面发展也不均衡，这就要求各地根据薄弱环节重点发展。

如南京市在城乡和谐方面发展较弱，需要更加深入推进城乡一体化进程，提高农村居民收入水平。

溧阳、句容的社会经济发展水平较低，要充分利用长三角地区的区位优势，积极学习周边百强县的先进经验，寻求适合自身绿色发展的路径。

杭州出台的“限牌令”，能够适当缓解汽车拥有量过高带来的各种环境问题。

另一方面，要健全完善统计数据库，以便对宁湖杭生态发展态势进行动态评估。

（作者单位：浙江省发展规划研究院）
图1 宁湖杭各地主成分得分柱状图
图2 宁湖杭各地生态文明发展水平柱状图。