基于PCA-DEA模型的农村生态环境评价研究，本文主要内容关键词为：生态环境论文,模型论文,评价论文,农村论文,PCA论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、引言
近年来，我国政府在生态环境保护方面做出了巨大努力，取得了显著成效。但相比较而言，城市生态环境的改善更为明显，而农村生态环境形势依然严峻。四川省是西部地区农业大省，也是国家建设长江上游生态屏障、构建生态安全战略格局的重点区域，但农村生态环境问题也同样严重。据四川省环境容量分析报告显示，全省农村污染负荷占全省整体污染负荷比重已达30%～40%，部分地区甚至达到70%；全省畜禽养殖年排放COD 390万吨、氨氮79万吨，分别是工业排放量的13倍和38倍，是生活污染排放量的8倍和17倍；全省年均化肥施用量达220万吨，平均每公顷施用490公斤，远远超过发达国家为防止化肥对水体污染而设置的每公顷225公斤的标准，也大大高于全国平均化肥施用量。
面临严峻的农村生态环境问题，“十一五”期间，国务院2006年发布的《国务院关于落实科学发展观加强环境保护的决定》第一次将农村环保作为环保工作的重点，要求着力解决土壤、农业和村镇污水、垃圾污染，推进生态农业发展，促进农民生活质量提高、乡村环境整洁。2008年7月24日我国提出：加强农村环境保护是建设生态文明的必然要求，改变农村环保落后状况是统筹城乡发展的重要任务，解决危害农民健康的环境问题是改善和保障民生的迫切需要。十七届三中全会通过的《中共中央关于推进农村改革发展若干重大问题的决定》把加强农村基础设施和农村环境建设列为重要内容，对新时期农村环境保护提出了新的更高的要求：到2020年资源节约型、环境友好型农业生产体系基本形成，农村人居和生态环境明显改善，可持续发展能力不断增强。四川省委、省政府也多次召开全省农村环境保护工作会议，农村环境保护被摆上了四川省环境保护工作的突出位置。因此，深入研究四川省农村生态环境问题具有重要的现实意义。本文在建立农村生态环境评价指标体系的基础上，运用PCA-DEA模型分析了四川省农村生态环境现状及影响因素。
二、评价指标体系的构建
农村生态环境主要是指农村区域内的生态环境。农村生态环境主要包括农村资源环境、农村生产环境和农村生活环境。其中，农村资源环境是基础，为居民的生产、生活提供自然资源；农村生产环境为居民的生活消费提供经济收入，但其生产过程中产生的污染会影响自然环境；农村生活环境是居民赖以存在的前提，但其日常生活过程中产生的污染也会影响自然环境。农村生态环境具有如下特点：(1)农村生态环境具有显著的农业特征；(2)农村生态环境表现有多样性、自立性、灵活性等明显的社会属性；(3)农村生态环境受自然条件和经济条件的影响，存在明显的地域性和不平衡性。
参考国内外学者关于农村生态环境评价因素的论述，结合四川省农村生态环境的现实，本文建立的农村生态环境评价指标体系主要从农村资源环境、农村生产环境、农村生活环境三个方面考虑。评价指标体系选择了19个指标，详见表1。
三、评价方法的选取
主成分分析法(PCA)旨在利用降维的思想，把多指标转化为少数几个综合指标，并可以根据指标所提供的原始信息生成客观的权重系数，但其对指标间的相对重要程度缺乏考虑；数据包络分析法(DEA)是一种以相对效率概念为基础，用于评价具有相同类型的多投入、多产出的决策单元是否技术有效的非参数统计方法，该方法不需要确定各指标的权重，受主观因素的影响较小，但不能反映出决策者的偏好。本文把上述两种模型方法结合起来，既汲取其优点又克服其不足，以此来综合评价农村生态环境。
1.PCA模型分析。通过计算农村生态环境评价指标数据矩阵的协方差矩阵，对协方差矩阵求特征值和特征向量，进而计算评价指标对总方差的贡献率和累积贡献率，以确定主要的因子(成分)，并分别求出每个主分量的线性加权和，再用各主分量的贡献率作为权数求出综合加权数值。
2.DEA模型分析。在评价指标体系的基础上，首先通过评价指标鉴别力分析筛选鉴别力较高的指标，构成第二轮评价指标体系，然后通过相关性分析筛选低相关的指标，构成第三轮评价指标体系。对第三轮评价指标体系的投入产出运用DEAP2.1软件求解，得出效率评价值。
3.利用线性加权的方法把PCA模型评价值与DEA模型评价值结合起来，得出综合评价值，更客观地反映农村生态环境的真实情况。
四、农村生态环境评价实证研究——以四川省为例
(一)数据来源及预处理
本文所使用的数据来源于历年《四川农村统计年鉴》，涉及19项指标中2006-2008年的统计数据。其中，森林覆盖率(2007年)、二氧化硫排放强度(2007年)、自然保护区面积占辖区面积比(2007年)、环境污染治理占农村社会总产值比重(2007年)、人均居住面积(2007年)、参加农村合作医疗人员比重(2007年)、参加农村养老保险比例(2007年)的数据缺失，对于缺失的数据本文采用插值法处理，即取该指标在前后两年的平均值。通过上述方式，收集了四川省21个地级市共1197个原始数据。
(二)PCA模型评价研究
本文运用SPSS统计分析软件的Factor过程对四川省农村生态环境时间序列数据(2006-2008年)进行主成分分析，主成分个数提取原则为主成分对应的特征值大于1的前m个主成分。以2008年数据为例，从表2可知应提取6个主成分，即m=6，其累计贡献率已达到84.27%，说明提取的主成分基本反映了这些指标的全部信息。
用表3中主成分旋转载荷矩阵中的数据除以其对应的特征值开平方根便得到各主成分中每个指标所对应的系数。由于篇幅限制，本文仅列出主成分1的计算公式：
由此可计算四川省各区域农村生态环境评价值，结果见表4。
(三)DEA模型评价研究
1.评价指标鉴别力分析。评价指标鉴别力是指评价指标体系对评价对象特征差异进行区分的能力。本文所分析的评价指标鉴别力是评价指标区别不同区域农村生态环境优劣的能力。如果所有被评价的区域在某项评价指标上几乎一致性的呈现很高或很低的得分，则认为该项评价指标不能准确地区分不同区域农村生态环境的优劣，该项评价指标具有较低的鉴别力；反之，则表明该指标具有较高的鉴别力，它能诊断和识别不同区域农村生态环境的优劣。
2.评价指标相关性分析。评价指标之间通常存在着一定的相关性，这意味着评价对象信息的重复使用，放大或者缩小了某类因素对评价对象的影响力，从而降低评价结果的有效性，导致评价结果不可信。通过对评价指标间的相关分析，删除相关系数较大的评价指标可以提高评价指标体系的科学性。本文首先对评价指标数据正向化、标准化处理，然后对第二轮评价体系中的11个评价指标进行相关性分析，得到相关系数矩阵。本文以检验水准a=0.01进行相关性检验，结果表明
评价指标的相关系数具有统计学意义应予以删除，保留剩余的7个评价指标，构成了四川省农村生态环境第三轮评价体系。
(四)PCA与DEA评价结果集成
根据PCA和DEA的计算结果，计算出综合评价值。从表7看出，四川省21个地级市农村生态环境AHP-DEA综合评价值的排序情况为：成都市>绵阳市>德阳市>攀枝花市>雅安市>眉山市>自贡市>宜宾市>南充市>乐山市>广元市>达州市>广安市>内江市>资阳市>泸州市>遂宁市>阿坝藏族羌族自治州>凉山彝族自治州>巴中市>甘孜藏族自治州。
(五)结果分析
1.农村生态环境总体情况。2006-2008年，四川省21个地级市中仅巴中市、雅安市、甘孜州、阿坝州、凉山州的农村生态环境得以改善，其余16个地级市的农村生态环境均呈下降趋势。这表明，全省农村生态环境正在走向恶化。进一步分析，近几年四川省农村经济发展水平快速提升，农村人均GDP从2006年的2329元上升到2008年的3529元，这也验证了环境库兹涅茨曲线①。这表明，四川省的广大农村地区尚处于经济发展的初级阶段，资源的消耗超过资源的再生，环境持续恶化，农村生态环境保护的形势相当严峻。
2.农村生态环境区域情况。就四川省而言，成都市农村生态环境评价值最高，达到90.6分，而甘孜州农村生态环境评价值最低，仅为38.5分；成都经济区的农村生态环境普遍高于川西北生态经济区的农村生态环境②。这表明，农村生态环境状况区域差异明显，治理农村生态环境的政策措施应因地制宜，不宜“一刀切”。特别是“三州”民族地区，其资源环境承载能力较弱，大规模聚集经济和人口的条件不成熟，生态安全的战略地位显著，治理其农村生态环境宜适用“保护优先、适当开发、点状发展”的原则，加强生态修复与环境保护。
3.农村生态环境投入产出效率。四川省农村生态环境效率平均值为0.72，距效率最优尚有不小的差距。其中，成都市、自贡市等9个地级市的农村生态环境效率值为1，已达到最佳，占全省比例的43%；攀枝花市、泸州市、广元市、遂宁市、乐山市、巴中市的效率平均值仅为0.35，其无效率的主要原因是技术效率低造成的，提高这类区域的农村生态环境应着重在投入要素的有效使用上下工夫；泸州、眉山市、巴中市、阿坝州、甘孜州的整体效率平均值也仅为0.31，其无效率的主要原因则是规模不当造成的，提高这类区域的农村生态环境应重点加强规模调整。值得注意的是，泸州市、巴中市无论在技术效率上还是规模效率上均未达到最优。同时，泸州市、南充市、巴中市还存在规模报酬递减的问题，在当前的技术水平下，超出最优的农村生态环境规模，其投入增量的相对百分率高于相应的产出增量的相对百分率，应当适度控制投入要素规模以实现更大规模的产出效益。
4.经济发展与农村生态环境的关系。无论是PCA评价结果还是DEA评价结果均显示，经济发展较好的区域如成都市、绵阳市、德阳市等的农村生态环境相对较好，而经济发展滞后的区域如巴中市、甘孜州、阿坝州等地区的农村生态环境相对较差。这表明，地区总体经济实力与农村生态环境的状况具有一定的关联性，经济实力较强的地区更易“反哺”农村，通过生态补偿等方式改善农村生态环境。但也有例外，如雅安市虽然经济条件较差，但农村生态环境较好；而泸州市虽然经济发展在全省排名靠前，但农村生态环境仍然较差③。因此，农村生态环境可以通过改善其他相关要素加以改善，如控制开发强度、因地制宜发展资源环境可承载特色产业等。
5.农村生态环境影响因素分析。从表2、表3可以看出，第一主成分的特征值最高，而第一主成分中的
指标具有相对较高的解释性，是影响农村生态环境的关键因素，同时这四个指标均是逆指标。这与国家“十二五”规划纲要相契合，纲要指出要“(推进农村环境综合整治)治理农药、化肥和农膜等面源污染”，“(节约集约利用土地)坚持最严格的耕地保护制度……确保耕地保有量不减少”。因此，四川省改善农村生态环境的关键措施在于降低化肥施用量、降低农药使用量、降低农用塑料薄膜使用量、减少耕地损失量。进一步分析，化肥、农药、农膜的使用，是工业革命成果在农业上的应用，对农业的增产作用显著，但负面作用也不可忽视，既有可能带来农产品的残毒，又有可能带来农业面源污染和土壤退化，影响农业的可持续发展。对此，提高农业生产技术水平，大力发展低碳农业，是实现化肥、农药、农膜的减量、替代的有效途径。
五、结语
本文运用PCA-DEA模型对四川省21个地级市农村生态环境现状及影响因素进行了评价和分析，结论如下：第一，农村生态环境并未随经济快速发展而改善，反而总体呈下降趋势。第二，农村生态环境区域差别明显，成都经济区的农村生态环境最好，川西北生态经济区的农村生态环境最差。第三，农村生态环境投入产出效率值较低，无效率的主要原因既有技术效率低造成的，又有规模不当造成的。第四，经济发展的好坏在一定程度上影响农村生态环境，但并不是唯一因素。第五，化肥施用量、农药使用量、农用塑料薄膜使用量、耕地损失指数是影响四川省农村生态环境的关键因素，应大力发展低碳农业，严禁非法占用耕地。
注释：
①环境库兹涅茨曲线认为，环境随着经济增长，会出现先恶化后改善的过程，即在经济发展的较低阶段，由于经济活动的水平较低，环境污染水平也较低；在经济起飞以后，资源的消耗超过资源的再生，环境恶化；在经济发展的高速阶段，经济结构的改变，污染产业停止生产或者被转移，经济发展的积累可以用来治理环境，人们的环境意识也加强了，因此环境状况开始改善
②根据《四川国民经济社会发展第十一个五年规划纲要》，四川省划分为五大经济区，分别是：成都经济区(包括成都、德阳、绵阳、眉山、资阳5市)、川南经济区(包括自贡、宜宾、泸州、内江、乐山5市)、攀西经济区(包括攀枝花市、凉山州、雅安市3个市/州)、川东北经济区(包括南充、遂宁、达州、广安、巴中、广元6市)和川西北生态经济区(包括甘孜、阿坝2个州)
③2009年雅安市GDP为23961万元，全省排名第十八位；泸州市GDP为58760万元，全省排名第九位