西安市生態(tài)足跡及驅(qū)動(dòng)因素研究

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。

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（責(zé)任編輯 周康）