1、生态环境 2008, 17(4): 1657-1661 http:/Ecology and Environment E-mail: 基金项目：国家“十一五 ”科技支撑计划项 目（2006BAB15B03）作者简介：曹银贵（1982），男，助教，硕 士，主要从事土地管理和土地利用 规划的研究。E-mail: 收稿日期：2008-03-13 基于主成分分析的全国建设用地集约度评价曹银贵 1,2，袁春 1，周伟 1，王静 2，钱铭杰 11. 中国地质大学土地科学技术学院，北京 100083；2. 中国土地勘测规划院土地利用重点实验室，北京 100035摘要：建设用地的集约利用是一个基于时空尺度的动态
2、概念。首先了解了 19962005 年期间全国建设用地变化的大背景，然后以全国各省、市、自治区 2005 年建设用地数据、各种社会经济数据为基础，在 总结前人研究的基础上，构建了全国建设用地集约利用评价体系，采用主成分分析的方法，确定了各省、市、自治区建设用地的集约分值，根据标准确定了各自的集约度水平，结 合 ArcGis 将评价结果空间 化，进一步分析了集约度的空间差异。针对不同的集约度区域提出了针对性的意见， 为区域建设用地集约利用提供指导，促进经济发展。研究 结果表明， （1）全国建设用地数量在持续上升，增长率呈现波浪状；（2）建设用地的集约度在空间上存在差异，东部沿海地区的集约度水平要
3、高于中部和西部地区；（3）环境的可持续发展指标是考核建设用地集约利用的重要因素；（4）利用主成分分析的方法在结果评价时比较客观、全面，同时可以很方便地确定权重系数。关键词：集约利用；建设用地；主成分分析；评价中图分类号：F301 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2008）04-1657-05全 国 第 17 个 “土 地 日 ”的 主 题 是 “坚 持 集 约 节 约利 用 ，坚 守 耕 地 红 线 ”，这 是 从 国 家 政 策 的 层 面 提 出了 集 约 利 用 在 中 国 土 地 利 用 过 程 中 的 重 要 性 。目 前由 于 巨 额 土 地 资 源 开 发 成 本
4、在 经 济 决 策 中 被 低 估 ，导 致 产 业 门 槛 进 入 过 低 ，出 现 过 度 重 复 建 设 ，产 业 结构 低 水 平 雷 同 1。土 地 资 源 作 为 人 类 生 产 、生 活 的 基本 资 料 之 一 ，其 数 量 的 有 限 性 导 致 其 供 给 的 稀 缺 性 ，使 得 关 于 土 地 资 源 集 约 利 用 的 研 究 成 为 了 相 关 领 域的 研 究 热 点 2。现 在 土 地 集 约 利 用 研 究 多 集 中 于 城市 建 成 区 和 开 发 区 ，因 为 城 市 建 成 区 和 开 发 区 都 是区 域 产 业 发 展 和 城 市 化 的 有 效
5、方 式 ，单 位 面 积 的 资金 积 聚 度 和 产 出 率 都 高 于 其 他 地 区 3。在 统 筹 城 乡发 展 的 过 程 中 ，城 乡 的 差 距 在 缩 小 ，并 且 从 建 设 用 地中 农 村 居 民 点 的 数 量 来 看 ，农 村 居 民 点 的 数 量 也 在逐 步 增 加 。从 整 体 上 来 分 析 建 设 用 地 的 集 约 利 用 程度 ，一 方 面 操 作 性 更 强 ，更 有 效 ，将 单 纯 研 究 城 市 或者 农 村 土 地 利 用 问 题 简 单 化 ；另 一 方 面 可 以 避 免 城市 和 农 村 建 设 用 地 在 统 计 口 径 和 统 计
6、方 法 的 差 异 4。从 以 前 的 研 究 成 果 来 看 ，重 视 土 地 利 用 的 经 济 评 价 ，这 只 是 土 地 利 用 过 程 中 的 投 入 产 出 问 题 ，而 忽 略 了土 地 利 用 的 生 态 环 境 问 题 。其 实 土 地 集 约 利 用 应 该考 虑 经 济 效 益 的 同 时 兼 顾 环 境 效 益 和 社 会 效 益 ，通过 增 加 劳 动 、资 本 、技 术 等 投 入 ，提 高 土 地 开 发 利 用的 资 源 效 率 和 经 济 效 益 ，从 而 使 土 地 利 用 效 率 达 到一 个 合 理 水 平 。从 各 省 建 设 用 地 的 集 约 利
7、 用 入 手 ，开展 各 省 建 设 用 地 集 约 利 用 评 价 ，寻 找 建 设 用 地 集 约利 用 在 空 间 上 的 差 异 ，建 立 全 国 省 域 范 围 内 的 建 设用 地 评 价 体 系 ，探 索 影 响 建 设 用 地 集 约 利 用 程 度 的主 要 指 标 ，这 些 可 以 很 好 地 为 确 定 各 省 建 设 用 地 集约 利 用 的 潜 力 ，不 仅 为 各 省 经 济 发 展 提 供 决 策 依 据 ，还 可 以 为 建 设 用 地 的 扩 展 、土 地 利 用 方 式 的 改 进 、各省 经 济 建 设 发 展 的 方 向 提 供 指 导 性 的 建 议
8、，同 时 在指 导 全 国 土 地 资 源 可 持 续 利 用 方 面 具 有 很 重 要 的 理论 和 现 实 意 义 。1 数据来源各省的建设用地数据来源于 2005 年国土资源部土地资源更新调查。研究中建 设用地主要包括城市、城镇、居民点及独立工矿用地、交通用地。2 研究思路此次研究主要是采用统计学中的主成分分析法来评价各省建设用地的集约利用程度， 结合ArcGis 将评价的 结果空间化，寻找建设用地集约利用程度的空间差异。其具体的研究思路如 图 1 所示。3 指标体系为了确定建设用地发展的区域性差异，分析建设用地潜力应从各个方面来进行，需要用多指 标所构成的整体即指标体系来评价。在指
9、标选择的过程中一方面要考虑土地集约利用的内涵；另一方面还得根据建设用地的高投入与高产出的性质。结合相关土地集约利用的研究成果，从研究的目的出发，将评价指标体系分为 4 个方面：土地开发情况、建设用地投入、建设用地产出、可持续效应。土地开发情况包含的指标有开发完成、待开 发土地；建设用地投入包含的指标有地均第二产业投资、地均第三产业投资、地均第二产业从 业人员、地均第三 产1658 生态环境 第 17 卷第 4 期（2008 年 7 月）业从业人员；建设用地产出包含的指标有地均第二产值、地均第三产值；可持续效 应包含城市园林绿地面积、废水排水量、工业废气排放量、工业固体废物排放量、液化气消耗量。
10、4 研究方法主成分分析是考察多个变量间相关性的一种多元统计方法。它是研究如何通 过少数几个主分量来解释多个变量间的内部结构 5。主成分分析往往是大型研究中的一个中间环节，在 进行多指标综合评价时，由于要求评价结果客 观、全面，就需要从各个方面用多个指标进行测量，但 这样就使得观测指标间存在信息重叠，同时还 会存在量纲、累加 时如何确定权重系数等问题。4.1 数据标准化数据标准化的目的是为了消除因数据单位和量纲而带来的不可比性。因此事先 对数据进行标准化处理。设 Xmj 代表原始数据，X max 代表该变量原始数据的最大值，X min 代表该变 量原始数据的最小值， Pmj 代表标准化后的值，如
11、式（1）。（1）mjjinax4.2 主成分分析以各省为样本，将各个指标的 标准化值为变量构建矩阵，利用 SPSS11.5 统计 分析软件进行数据处理，通过计算机运算得出矩 阵的特征根和相应的方差贡献率，根据特征根的方差 贡献率和累积方差贡献率选择主成分并得到因子提取结果和因子回归系数。因为主成分是原始变 量的线性组合，包含了绝大部分原始变量的信息。所以可以根据因子回归系数计算出每个省的各个主成分因子的得分 6，如式（2）。（2）PQDmjkjn1式中，D mn 表示第 m 个省第 n 个主成分因子的得分；Q j 表示对应主成分下第 j 个指标的因子回归系数。在确定权数时，考虑到主成分所包含的
12、信息量不一致且信息量之间是相互独立的，因此 结合主成分分析的特点，将各主成分的方差贡献率作为权数，将各个因子得分进行综合，得出每个省的 综合因子得分。如式（3）。（3）CDAnm式中，A m 表示第 m 个省所有主成分的综合得分值；C n 表示所选用主成分的方差 贡献率。为了更好地反映各省建设用地的集约程度，将建设用地集约度值按照百分值折算 7，其如式（ 4）。（4）5 分析与讨论5.1 建设用地变化过程19962005 年期间，全国建设 用地的用量呈直线上升，如图 2。1996 年，全国建 设用地的总量为2829.06104 hm2，2005 年全国建设用地的总量为3193.65104 hm
13、2，增加了 364.59104 hm2，其年增加量为 36.46104 hm2。从 历年增长的情况来看，19962000 年之间，耕地的年增 长率呈下降趋势；20002002 年之间，耕地的年增 长率在上升；20022003 年之间，耕地年增 长率又有所下降，但下降的程度比较小；20032004 年间，耕地年增 长率又在上升；20042005 年间又有所下降，整体 趋势来看，建设用地的增长率呈 现锯齿状。5.2 建设用地集约度评价（1）总方差分解利用全国 31 个省（市、自治区，台湾无数据）为样本，利用公式（1）进行指标标 准化，以 13 个指标的标准化值来进行样本分析。在数据分析 时采用SP
14、SS11.5 进行处理，通过计算得到的样本指标矩阵特征根和相应的方差贡献率，如表 1。根据主成分分析的原理，在确定具体主成分时，要考虑样本矩阵的特征根与累计方差贡献率。一般基础数据 ： 建设用地数据 、 土地开发情况 、 建设用地投入 、 建设用地产出 、 可持续效应确定基本的研究方法确定指标体系与评价框架数据标准化 主成分分析 确定权重 因子得分建设用地集约等级建设用地集约利用等级图建设用地集约度空间差异图 1 建设用地集约利用研究路线路图Fig.1 Sketch of construction land intensive use图 2 19962005 年建设用地变化Fig.2 Chan
15、ge of construction land in 1996-2005604minaxAB2.502.702.903.103.303.501996年1997年1998年1999年2000年2001年2002年2003年2004年2005年年 份建设用地占百分比/(%)0.51.01.52.0增长率/(%)建 设 用 地 占 百 分 比 （ %） 增 长 率 （ %）曹银贵等：基于主成分分析的全国建设用地集约度评价 1659情况下，要求累计方差贡献率达到 85%。从表 1 看出，指标体系中前 3 个指标的累 计方差贡献率达到了 86.753%，这说明这三个指标已经包含了原始样本矩阵中 86.7
16、53%的信息，足够解决建设用地集约利用评价。（2）主成分因子分析为了更好地表明各主成分与各指标之间的关系，利用 SPSS11.5 继续分析，得到了主成分系数矩阵，如表 2。这样可以说明各主成分在各指标上的载荷。从表 2 看出，第一主成分是对 地均第二产业投资、地均第三产业投资、地均第二产业从业人员、地均地三产业从业人员、地均第二 产值和地均第三产值有绝对值较大的载荷系数，是反映土地投入与土地产出的评价指标；第二主成分是对开发完成土地、待开发土地、城市园林绿化面积、废水排放量和液化气排放量有绝对值较大的载荷系数，是反映土地开发情况与可持续效应的评价指标；第三主成分是对工业废气排放量和工业固体废物
17、排放量有绝对值较大的载荷系数，主要是反映建 设用地对生态环境的影响。在研究过程中，利用主成分的表达式来表达主成分因子得分计算式。从表 2 看出，各主成分的表达式（主成分因子得分计算式）如式（5）、 （6）、（7）。Dm1=0.848Xm3+0.697 Xm4+0.869 Xm5+0.684 Xm6+0.834 Xm7+0.728 Xm8 （5）Dm2=0.586 Xm1+0.301 Xm2+0.595 Xm9+0.547 Xm10+0.448 Xm13 （6）Dm3=0.610 Xm11+0.771 Xm12 （7）（3）综合得分根据式（2）计算出每个省的各个主成分因子得分，然后根据式（3），
18、以每个主成分的方差贡献率为权数 8，得到各个省的综合因子得分，将综合因子得分根据式（4）百分制化，如表 3。从表 3 看出，建设用地集约利用得分最高的是上海，最低的是青海。从地域分布来看，东部沿海省份的建设用地集约利用得分要高于中西部地区；南北建设用地集约利用得分的差异不大；东北、中表 1 特征根与方差贡献率Table 1 Total variance explained指标体系 特征根 方差贡献 率 /% 累计方差贡献率 /%开发完成土地/10 4m2 6.330 48.691 48.691待开发土地/10 4m2 3.359 25.838 74.530地均第二产业投资/(10 4 元hm
19、-2) 1.589 12.224 86.753地均第三产业投资/(10 4 元hm -2) 0.608 4.675 91.428地均第二产业从业人员/(人hm -2) 0.427 3.281 94.709地均第三产业从业人员/(人hm -2) 0.309 2.375 97.084地均第二产值/(10 4 元hm -2) 0.144 1.109 98.193地均第三产值/(10 4 元hm -2) 0.082 0.634 98.828城市园林绿地面积/hm 2 0.062 0.480 99.308废水排放量(工业+生活)/10 4t 0.051 0.396 99.704工业废气排放量/10 8m
20、3 0.019 0.145 99.849工业固体废物排放量/10 4t 0.013 0.100 99.949液化气消耗量/t 0.007 0.051 100.000表 2 各主成分因子Table 2 Component matrix指标体系 1 2 3开发完成土地 0.373 0.586 0.015待开发土地 0.289 0.301 -0.392地均第二产业投资 0.848 -0.244 0.302地均第三产业投资 0.697 -0.683 0.046地均第二产业从业人员 0.869 -0.211 0.163地均第三产业从业人员 0.684 -0.536 -0.093地均第二产值 0.834
21、-0.446 0.171地均第三产值 0.728 -0.630 0.019城市园林绿地面积 0.379 0.595 -0.333废水排放量(工业+生活) 0.275 0.547 -0.153工业废气排放量 0.473 0.397 0.610工业固体废物排放量 0.098 0.210 0.771液化气消耗量 0.573 0.448 -0.420表 3 建设用地集约利用得分Table 3 Score of construction land intensive use省份 综合得分 百分制得分上 海 240.09 101.17浙 江 151.87 86.04广 东 148.71 85.50北 京
22、140.31 84.06江 苏 127.03 81.78山 东 103.35 77.72福 建 96.26 76.50天 津 71.02 72.18辽 宁 70.96 72.17重 庆 68.50 71.74河 北 67.82 71.63四 川 62.97 70.80河 南 60.10 70.31湖 南 55.49 69.51江 西 55.00 69.43湖 北 53.20 69.12广 西 52.03 68.92山 西 51.88 68.90贵 州 49.81 68.54安 徽 46.98 68.05陕 西 44.13 67.57云 南 38.41 66.59宁 夏 25.76 64.42黑
23、龙江 23.77 64.08内蒙古 23.26 63.99吉 林 22.77 63.90西 藏 22.45 63.85甘 肃 13.01 59.23海 南 10.62 58.82新 疆 9.82 58.68青 海 6.80 58.171660 生态环境 第 17 卷第 4 期（2008 年 7 月）部地区建设用地集约利用的得分比较接近，基本上沿着中国地形图的第二级阶梯分布。（4）建设用地集约利用程度划分现在对建设用地集约利用程度的划分也没有统一的标准，参考城市土地集 约利用与开发区土地集约利用的划分标准 8, 9，确定了全国建设用地集约利用程度的评价标准。如表 4。（5）建设用地集约度分异研究
24、根据各省建设用地集约利用的综合得分与等级划分标准，利用 ArcGis 软件将各省建 设用地集约利用程度空间化，如图 3。从 图 3 看 出 ，建 设 用 地 超 级 集 约 利 用 的 区 域 是上 海 。在 上 海 从 建 设 用 地 投 入 的 角 度 来 看 ，单 位 面 积上 的 人 力 与 财 力 居 全 国 之 首 ，在 经 济 发 展 的 同 时 ，环境 的 压 力 有 所 缓 解 。从 投 入 来 看 ，上 海 处 在 超 级 投 入阶 段 ；从 数 据 分 析 的 结 果 来 看 ，全 国 没 有 处 在 高 度 集约 程 度 的 地 区 ，这 样 也 有 利 于 降 低 地
25、 区 建 设 用 地 向超 级 集 约 利 用 程 度 转 变 的 机 会 ；中 度 集 约 利 用 的 地区 是 北 京 、江 苏 、浙 江 、广 东 ，基 本 上 都 处 在 东 部 地区 和 东 南 沿 海 地 区 ，这 些 省 份 基 本 上 构 成 了 中 国 的东 部 发 展 带 ，这 些 地 区 重 在 发 展 高 新 技 术 产 业 与 服务 业 ，相 对 于 传 统 工 业 而 言 ，投 入 有 所 降 低 ，但 是 这些 行 业 基 本 上 都 是 属 于 高 附 加 值 的 产 业 ，并 且 对 环境 的 压 力 相 对 较 小 。因 此 这 些 地 区 也 是 国 家
26、重 点 支持 发 展 的 地 区 ，一 方 面 促 进 了 当 地 经 济 的 发 展 ，更 大程 度 上 带 动 了 周 围 省 份 的 经 济 发 展 ；在 东 部 沿 海 经济 发 展 带 的 影 响 下 ，福 建 、山 东 、河 北 、天 津 、河 南 、辽 宁 、四 川 、重 庆 的 建 设 用 地 处 在 一 般 集 约 利 用 的 程度 ，由 此 可 见 这 些 地 区 的 建 设 用 地 基 本 上 达 到 集 约利 用 的 要 求 ，但 还 存 在 很 大 的 发 展 空 间 ，同 时 地 区 经济 发 展 给 环 境 带 来 了 很 大 的 压 力 。以 环 渤 海 地 区
27、 为例 ，由 于 北 京 众 多 污 染 企 业 向 周 围 省 份 迁 移 ，使 得 周围 省 份 的 环 境 受 到 污 染 ；东 北 地 区 、中 部 地 区 、西 南地 区 基 本 上 都 处 在 低 度 集 约 利 用 的 程 度 ，处 在 粗 放利 用 的 边 缘 ，虽 然 投 入 的 水 平 也 比 较 高 ，但 是 投 入 相对 于 地 区 建 设 用 地 的 产 出 和 外 部 环 境 不 经 济 来 看 ，这 些 地 区 处 在 低 度 集 约 利 用 程 度 ；西 北 地 区 的 新 疆 、青 海 、甘 肃 和 海 南 的 建 设 用 地 基 本 上 是 低 度 粗 放
28、的程 度 ，产 出 很 低 ，但 是 对 比 来 看 ，受 经 济 生 产 影 响 的环 境 压 力 较 小 。6 小结建设用地的集约利用是一个受多因素综合作用的发展过程，在不同的区域和 时间内其建设用地集约利用的程度是不同的，不同的因素对建设用地集约利用的影响程度是不同的，同时各指标之间也存在相互作用 9。主成分分析在 结果评价时比较客观、全面，同时可以很方便地确定权重系数。结合地理信息系统技术，将建设用地集 约利用的程度空间化，一方面可以清楚地展现 各省建设用地集约利用的程度；另一方面还可以从图中寻找到空间的差异与建设用地集约利用的未来发展趋势。从全国来看，东部地区建设用地集约利用程度要高
29、于中西部地区；平原丘陵地区的建设用地集约利用程度要高于高原地区。对于建设用地超 级集约利用地区应该注重经济发展的环境友好，这 些地区要控制建设用地的增长规模，防止经济的过热 增长，超 级集约利用地区也是中国经济的增长极；对于中度集约利用的地区应该保证环境压力的同时，适当追加投 资，突显优势行业，增加行业的附加 值；对于一般集约利用的地区还是要充分挖掘建设用地的潜力，主要是利用先进技术，依托优势行 业来增加单位建设用地的产出；东北地区和中西部省份处在低度集约利用的程度，因此中西部地区发 展的潜力最大， 这也进一步验证了中国的“振兴东北、中部崛起、西部大表 4 建设用地集约利用划分标准Table
30、4 Division standard of construction land intensive use分值范围 等级划分 划分解释100 超级集约 建设用地集约利用超过要求，建 设用地供不 应求，投入飞速增加，相对 于高投入而言环境的 压力小图 3 建设用地集约利用程度分异Fig.3 Spatial difference of construction land intensive use extent曹银贵等：基于主成分分析的全国建设用地集约度评价 1661开发”的发展战略；西北地区环境比较恶劣，改变自然环境的同时要营造建设发展的软环境， 进一步提高西北地区建设用地的集约利用程度。通
31、过分析，中国建设用地的集约利用还得坚持，在 环境承载能力的调控下，向投资要产出。参考文献：1 曲福田, 高艳梅, 姜海. 我国土地管理政策: 理论命题与机制转变J. 管理世界, 2005, (4): 40-47.Qu Futian, Gao Yanmei, Jiang Hai. Land Management Policy: Theory Proposition and Mechanism TransfromJ. Administration World, 2005, (4): 40-47.2 姜仁荣, 李满春. 区域土地资源集约利用及其评价指标体系构建研究J. 地域开发与研究, 2006,
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38、6, 42(1): 96-102.Appraisal of construction land intensive use based on principle component analysis in ChinaCao Yingui1, 2, Yuan Chun1, Zhou Wei1, Wang Jing2, Qian Mingjie11. School of Land Science and Technology, China University of Geosciences, Beijing 100083, China；2. Land Key Laboratory of China
39、 Land Survey and Plan Institute, Beijing 100035, ChinaAbstract: Construction land intensive use is a dynamic concept based on time and space. In this paper, the context of construction land change in China from 1996 to 2005 is comprehended, then collecting the datum of construction land areas and di
40、fferent social economic indicators and summarizing the previous experience, designs the appraisal indicators system of construction land intensive use, then uses the method of principle component analysis computing intensive use scores, determines intensive use extent according to standard and inten
41、sive use scores, then associates with ArcGis making the intensive use extent spatial and analyses the spatial difference about the intensive use result. Lastly, the aiming suggestions are given according to different intensive use areas, which is helpful for directing construction land intensive use
42、 and promote the economic development. The results demonstrate that the area of construction land in china continue increasing and the increasing ratio takes on waving, and there is spatial difference in the construction land intensive use, that is, the intensive degree in the area of east coast is
43、higher than that in middle and west areas, and environmental successive indicators are important and necessary for appraising of construction land intensive use, lastly, it is object and all-sided using principle component analysis in the process of appraising, in the same time, that is convenient for determining the weight coefficient.Key words: intensive use; construction land; principle component analysis; appraisal
