白冰玉
摘 要:生態(tài)足跡模型是一種評(píng)估人類消費(fèi)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響、研究區(qū)域土地的可持續(xù)利用狀況的有效方法。對(duì)西安市2009—2018年間生態(tài)足跡進(jìn)行測算,應(yīng)用偏最小二乘法分析影響西安市生態(tài)足跡變化的驅(qū)動(dòng)因素的重要程度,以揭示生態(tài)足跡的變化原因。結(jié)果表明:研究期間,西安市人均生態(tài)足跡由0.448hm2增長至0.655hm2,人均生態(tài)承載力由0.338hm2降至0.321hm2,生態(tài)壓力指數(shù)由1.324上升至2.040,生態(tài)壓力逐年加大。各地類生態(tài)足跡中,化石能源用地生態(tài)足跡所占比重最大。經(jīng)濟(jì)發(fā)展、消費(fèi)水平、土地利用等對(duì)西安市生態(tài)足跡影響較為顯著。第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、常用耕地面積、林地面積、機(jī)械耕地面積對(duì)生態(tài)足跡的增長起到減緩作用。
關(guān)鍵詞:生態(tài)足跡;驅(qū)動(dòng)因素;偏最小二乘法;西安市
中圖分類號(hào):S181 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
DOI:10.19754/j.nyyjs.20201030040
引言
土地資源是人類進(jìn)行各項(xiàng)活動(dòng)的載體,土地資源承載力表征了區(qū)域內(nèi)土地資源支撐其內(nèi)部人口生存和發(fā)展的能力。近年來,我國經(jīng)濟(jì)增長迅速,要素高投入、資源高消耗、污染高排放的發(fā)展模式導(dǎo)致水土流失、土地荒漠化等生態(tài)問題日益突出,土地承載壓力不斷加重。
本文以西安市為研究對(duì)象,運(yùn)用生態(tài)足跡模型對(duì)西安市可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析,構(gòu)建生態(tài)足跡影響因素指標(biāo)體系,采用偏最小二乘法分析各因子的驅(qū)動(dòng)程度,進(jìn)一步研究生態(tài)系統(tǒng)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的內(nèi)在聯(lián)系。
1 研究區(qū)概況
西安市地處關(guān)中平原中部,位于E107°40′~109°49′和N33°42′~34°45′之間。東臨渭南市、商洛市;西接寶雞市;南至漢中市、安康市、商洛市;北至渭河,與咸陽市接壤。東西長204km,南北寬116km,總面積10108km2。屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候,冷暖干濕,四季分明。2018年,全市地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)到8349.86億元,比2008年增長2.601倍。在經(jīng)濟(jì)的驅(qū)動(dòng)下城市規(guī)模擴(kuò)張,建設(shè)用地大量占用耕地、草地及未利用地,土地供需矛盾突出。同時(shí),工業(yè)區(qū)“三廢”的排放導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較差。區(qū)域生態(tài)壓力加重,社會(huì)發(fā)展的可持續(xù)性減弱。
2 數(shù)據(jù)來源于研究方法
2.1 數(shù)據(jù)來源
西安市2009—2018年相關(guān)生產(chǎn)、消費(fèi)及國民經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)主要來源于《陜西統(tǒng)計(jì)年鑒》、《西安統(tǒng)計(jì)年鑒》、西安市國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)。生物資源的全國平均生產(chǎn)力數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》、國家統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站及相關(guān)研究成果。均衡因子、產(chǎn)量因子數(shù)據(jù)參考劉某承等人的研究數(shù)據(jù),耕地、林地、草地、水域、化石能源用地、建設(shè)用地均衡因子分別為1.74、1.41、0.44、0.35、1.74、1.41;產(chǎn)量因子分別為0.51、0.83、2.16、2.16、0、0.51。
2.2 研究方法
2.2.1 生態(tài)足跡測算模型
2.2.1.1 生態(tài)足跡的計(jì)算
根據(jù)生物生產(chǎn)性將土地分為6類,分別是耕地、林地、牧草地、水域、化石能源用地、建設(shè)用地,進(jìn)而將生態(tài)足跡的計(jì)算分為生物資源賬戶、能源資源賬戶和建設(shè)用地賬戶3個(gè)方面,將三部分相加,即可得到區(qū)域生態(tài)足跡。生物資源生態(tài)足跡。生物資源是指由耕地、牧草地、林地和水域4種生態(tài)生產(chǎn)性土地提供的生物產(chǎn)品,包括谷類、薯類、豆類、蔬菜、牛羊肉及奶制品、水產(chǎn)品等,生物資源生態(tài)足跡的計(jì)算是通過均衡因子將各類生產(chǎn)性土地轉(zhuǎn)換為可比較的生物生產(chǎn)面積,計(jì)算方法如下。
2.2.2 偏最小二乘法
偏最小二乘法(PLS)是一種多元統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析方法,由Wold等人于1983年提出。該方法綜合了多元回歸分析、主成分分析、典型相關(guān)分析方法,既克服了系統(tǒng)建模中自變量多重共線性的不良影響,又能最大限度的保留原始數(shù)據(jù)的信息,較好地解決許多普通多元回歸無法解決的問題。近十年來,在理論、方法和應(yīng)用方面都得到了迅速的發(fā)展。
本文以人均生態(tài)足跡為單因變量,創(chuàng)建偏最小二乘模型。利用交叉有效性Q2h進(jìn)行檢驗(yàn),如果第h步有Q2h<1-0.952=0.0975,則模型達(dá)到精度要求,可停止提取成分;否則應(yīng)繼續(xù)第h+1步計(jì)算。此外,本文以變量投影重要性(Variable Importance in Projection,VIP)衡量各自變量對(duì)因變量的解釋程度。
所有變量的VIP值的平方和等于1。一般情況下,VIP值>1,自變量Xj為因變量Y的重要驅(qū)動(dòng)因素;0.5 本文參考已有研究,遵循指標(biāo)選取的可獲得性、客觀性等原則,結(jié)合西安市的實(shí)際情況,從經(jīng)濟(jì)發(fā)展、消費(fèi)水平、人口規(guī)模、土地利用方面建立生態(tài)足跡影響因素指標(biāo)體系(表1)。 3 結(jié)果分析 3.1 生態(tài)足跡及生態(tài)承載力變化分析 根據(jù)式(1)-式(4)計(jì)算得出2009—2018年西安市人均生態(tài)足跡、人均生態(tài)承載力、生態(tài)壓力指數(shù),結(jié)果如圖1所示。結(jié)果顯示,2009—2018年,西安市人均生態(tài)足跡呈上升趨勢(shì),由2009年的0.448hm2增長至2018年的0.655hm2,增長了46.36%。人均生態(tài)承載力呈緩慢下降趨勢(shì),由0.338hm2降至0.321hm2,降幅4.98%。生態(tài)壓力指數(shù)與人均生態(tài)足跡呈現(xiàn)同步上升趨勢(shì),由1.324上升至2.040,生態(tài)系統(tǒng)壓力增大。研究期間,生態(tài)足跡與生態(tài)承載力之間的矛盾逐漸加深,人類資源消耗過度,土地承載壓力加大,生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性減弱。 從各類用地人均生態(tài)足跡來看(圖2),西安市不同地類人均生態(tài)足跡總體表現(xiàn)為化石能源用地>建設(shè)用地>林地>耕地>草地>水域?;茉从玫卦谏鷳B(tài)足跡構(gòu)成中占比最大,為40%左右,與人均生態(tài)足跡增長趨勢(shì)基本一致,是推動(dòng)西安市生態(tài)足跡上升的主要因素。研究期間,建設(shè)用地人均生態(tài)足跡增幅最大,由0.094hm2上升至0.182hm2,增幅94.03%,這與西安市近年來的城市化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)。林地人均生態(tài)足跡呈波動(dòng)上升趨勢(shì),年均增加9.18%;耕地、草地、水域的人均生態(tài)足跡均呈現(xiàn)下降趨勢(shì),減幅依次為29.73%、18.16%、30.71%。表明人們消費(fèi)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,對(duì)農(nóng)畜產(chǎn)品的需求逐漸下降,對(duì)水果、林產(chǎn)品消費(fèi)逐步增加。西安市地處內(nèi)陸,水產(chǎn)業(yè)較沿海區(qū)域相對(duì)薄弱,水產(chǎn)品的消費(fèi)量也較小,在人均生態(tài)足跡構(gòu)成中所占比例最低,對(duì)整個(gè)生態(tài)足跡的影響較小。綜合來看,化石能源用地、建設(shè)用地是引起人均生態(tài)足跡上升的主要原因。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增加,資源消耗也不斷加大。為實(shí)現(xiàn)西安市可持續(xù)發(fā)展,應(yīng)轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),減少化石能源、建設(shè)用地的生態(tài)足跡需求。 根據(jù)式(5)和表2中的各變量系數(shù)及VIP值,對(duì)影響西安市生態(tài)足跡的驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行分析。 經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面,第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、全社會(huì)固定資產(chǎn)投資的VIP值均大于1。經(jīng)濟(jì)發(fā)展是引起生態(tài)足跡變化的重要因素。研究期間,西安市人均GDP表現(xiàn)為逐年攀升的趨勢(shì)。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展伴隨著自然資源的占用,需要更多土地容納廢棄物。第一產(chǎn)業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)對(duì)生態(tài)足跡的解釋程度較高。西安市是陜西重要的糧、菜、果、畜基地,產(chǎn)生較高的生態(tài)足跡。工業(yè)企業(yè)高耗能、高排放的發(fā)展,不斷消耗自然資源,加大了生態(tài)壓力。第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值與人均生態(tài)足跡之間的關(guān)系為負(fù)相關(guān),即第三產(chǎn)業(yè)越發(fā)達(dá),人均生態(tài)足跡越低。適當(dāng)提高第三產(chǎn)業(yè)比重,可緩解生態(tài)壓力。社會(huì)固定資產(chǎn)投資促進(jìn)了工業(yè)、制造業(yè)的發(fā)展,帶動(dòng)建材、原油等資源的消耗,推動(dòng)生態(tài)足跡增加。 社會(huì)消費(fèi)方面,能源消費(fèi)量、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入VIP值大于1,城鎮(zhèn)居民人均可支配收入對(duì)生態(tài)足跡變動(dòng)的解釋程度最強(qiáng)。近年來,西安市居民收入迅速增加,消費(fèi)水平提高,所產(chǎn)生的生態(tài)足跡隨之增加。城鄉(xiāng)居民收入差距較大,消費(fèi)習(xí)慣差異明顯。城市居民更注重生活質(zhì)量的提高,對(duì)耗能產(chǎn)品、生態(tài)產(chǎn)品需求更多,更傾向于高耗能、高資源、高生態(tài)占用量消費(fèi)。社會(huì)消費(fèi)品零售總額不斷提升,居民消費(fèi)結(jié)構(gòu)由生存型消費(fèi)向發(fā)展型消費(fèi)轉(zhuǎn)變,新的消費(fèi)需求帶動(dòng)生態(tài)足跡上升。能源消費(fèi)量對(duì)人均生態(tài)足跡起到了較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)作用。研究期間,能源消費(fèi)量與人均生態(tài)足跡表現(xiàn)為趨同增長。西安市能源消費(fèi)強(qiáng)度較大,使用過程中存在粗放利用、效率低等問題,促使化石能源用地生態(tài)足跡不斷增加。 人口規(guī)模方面,總?cè)丝谂c城鎮(zhèn)化率的VIP值均處于0.8~1.0之間???cè)丝谂c人均生態(tài)足跡之間為負(fù)相關(guān)關(guān)系,人口數(shù)量增長在短期內(nèi)會(huì)降低人均生態(tài)足跡。但從長遠(yuǎn)看,人口規(guī)模增加會(huì)引起能源、糧食等資源消耗增加,加大生態(tài)壓力。城鎮(zhèn)化率反映了區(qū)域城鎮(zhèn)人口的規(guī)模,研究期間,西安市城鎮(zhèn)化率不斷上升,城市快速發(fā)展,建設(shè)用地規(guī)模不斷擴(kuò)張,能源消費(fèi)增強(qiáng),導(dǎo)致生態(tài)足跡增加。 土地利用方面,林業(yè)用地面積和機(jī)械耕地面積VIP值大于1。土地利用方面3項(xiàng)指標(biāo)與人均生態(tài)足跡均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,表明優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)、提高耕作過程中的科技投入可緩解生態(tài)壓力。 4 結(jié)論 利用生態(tài)足跡模型測算了西安市2009—2018年人均生態(tài)足跡、人均生態(tài)承載力和生態(tài)壓力指數(shù),采用偏最小二乘法和變量投影重要性指標(biāo)分析影響西安市人均生態(tài)足跡的因素,得出以下結(jié)論。 2009—2018年,西安市人均生態(tài)足跡由2009年的0.448hm2增長至2018年的0.655hm2,增長46.36%。人均生態(tài)承載力呈緩慢下降趨勢(shì),由0.338hm2降至0.321hm2。生態(tài)壓力逐年加大,與人均生態(tài)足跡變化趨勢(shì)一致。表明資源消耗過度,生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性減弱,西安市可持續(xù)發(fā)展形勢(shì)嚴(yán)峻。各地類人均生態(tài)足跡中,化石能源用地生態(tài)足跡比重最大,是推動(dòng)西安市生態(tài)足跡上升的主要因素。 經(jīng)濟(jì)發(fā)展、消費(fèi)水平、土地利用等對(duì)西安市人均生態(tài)足跡影響較大。各驅(qū)動(dòng)因素對(duì)人均生態(tài)足跡的重要程度依次為:林業(yè)用地面積>城鎮(zhèn)居民人均可支配收入>能源消費(fèi)量/噸標(biāo)準(zhǔn)煤>第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值>第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值>機(jī)械耕地面積>全社會(huì)固定資產(chǎn)投資>第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值>社會(huì)消費(fèi)品零售總額>城鎮(zhèn)化率>人均GDP>農(nóng)村居民人均可支配收入>總?cè)丝?常用耕地面積。其中第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、常用耕地面積、林地面積、機(jī)械耕地面積對(duì)人均生態(tài)足跡的增長起到減緩作用。長期以來,西安市經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長對(duì)生態(tài)環(huán)境有很強(qiáng)的依賴性。因此,實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展,必須調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì),提高資源利用效率,加大農(nóng)業(yè)科技投入,控制人口增長,倡導(dǎo)綠色消費(fèi),以減少生態(tài)足跡的產(chǎn)生。 參考文獻(xiàn) [1] 封志明, 孫通, 楊艷昭,等. 資源環(huán)境承載力研究:從單要素承載力研究走向綜合研究[J]. 資源與生態(tài)學(xué)報(bào):英文版, 2018, 9(02): 125-134. 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