基于多元線性回歸的環(huán)境承載力研究

梁奧博

摘 要： 塑料工業(yè)的蓬勃發(fā)展不僅帶來了經(jīng)濟增長，更重要的是，塑料回收不當所造成的環(huán)境問題。隨著塑料危機的日益加深，世界各國都意識到塑料使用不當所帶來的問題。他們還開始采取行動，逐步減少塑料生產(chǎn)，提高塑料行業(yè)的管理水平。本文以目前塑料問題較為嚴重的發(fā)展中國家為研究對象。利用采用多元線性回歸的方法，探討環(huán)境問題之間的相關(guān)性時，采用逐步回歸的方法得到滿足數(shù)據(jù)檢驗條件的相關(guān)系數(shù)。在此基礎(chǔ)上，得出了森林覆蓋率，環(huán)境承載指數(shù)和最大塑形產(chǎn)量的關(guān)系。

關(guān)鍵詞： 環(huán)境承載力;線性回歸;森林覆蓋率;環(huán)境承載指數(shù)

【中圖分類號】O212;TQ520.1 ? ? 【文獻標識碼】A ? ? 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.35.035

引言：當前社會的發(fā)展離不開塑料。盡管塑料的浪費給全球環(huán)境帶來了很大的問題，但在幾種動物的呼吸道和胃中發(fā)現(xiàn)了大量的塑料袋和其他塑料制品。海龜和海豚經(jīng)常誤食塑料袋作為食物。但與此同時，塑料在生活、醫(yī)療、工業(yè)生產(chǎn)、軍事等方面發(fā)揮著不可或缺的作用。

管理不善的塑料廢物（MPW）的積累是一個日益引起全球關(guān)注的問題。塑料的商業(yè)化生產(chǎn)始于20世紀50年代，增長驚人。2016年全球年產(chǎn)量達到3.3億噸。這種情況導致目前的塑料垃圾處理水平無法處理人類自身產(chǎn)生的塑料垃圾。如果目前的生產(chǎn)和廢物管理趨勢繼續(xù)下去，到2050年，大約12000公噸塑料垃圾將進入垃圾填埋場或自然環(huán)境。如果塑料垃圾處理不當，很可能會泄漏到環(huán)境中。2010年，全球每年入海垃圾達3.18億噸，占全球垃圾總量的3.18億噸。大部分MPW（91%）通過大于100平方公里的流域運輸，這表明河流是塑料廢物流向海洋的主要途徑。這些塑料大多會在海岸線上堆積數(shù)十年。值得一提的是，現(xiàn)在海岸線上堆積的塑料有四分之三是1990年或更早的，這意味著塑料可能需要幾十年才能分解。塑料廢棄物對生態(tài)環(huán)境、海洋動物和人類健康產(chǎn)生了負面影響。越來越多的證據(jù)表明，攝入微型塑料可能會影響獵物的消費，導致能量消耗和抑制生長和生育的效果。由于塑料垃圾的污染已經(jīng)非常嚴重，迫切需要解決這個環(huán)保問題。

1 模型分析

在回歸分析中，如果有兩個或兩個以上的自變量，就稱為多元回歸。事實上，一種現(xiàn)象常常是與多個因素相聯(lián)系的，由多個自變量的最優(yōu)組合共同來預(yù)測或估計因變量，比只用一個自變量進行預(yù)測或估計更有效，更符合實際。因此多元線性回歸比一元線性回歸的實用意義更大。

如果在所選數(shù)據(jù)中，解釋變量和解釋變量之間沒有線性相關(guān)性，利用歷年的線性相關(guān)數(shù)據(jù)對未來無線性關(guān)系的數(shù)據(jù)進行多元線性回歸預(yù)測，導致預(yù)測結(jié)果與實際結(jié)果偏差較大，預(yù)測結(jié)果不準確。

在不造成環(huán)境損害的情況下，最大限度地解決一次性塑料制品的浪費問題。為了實現(xiàn)這一目標，我們需要考慮多種因素的影響，如人口、人均GDP、植被覆蓋率、工業(yè)水平、生物多樣性等數(shù)據(jù)。該模型應(yīng)能準確反映環(huán)境的最大承載力和安全濃度范圍，并判斷環(huán)境是否在固定值下穩(wěn)定。同時，可以確定保持穩(wěn)定的最小塑性濃度。

2 模型建立

首先，構(gòu)建了環(huán)境安全水平綜合評價體系，定義了兩個描述環(huán)境狀況的指標：環(huán)境承載指數(shù)和環(huán)境壓力指數(shù)。這就可以把直接比較塑料污染和環(huán)境利弊的難題，轉(zhuǎn)化為環(huán)境承載指數(shù)和環(huán)境壓力指數(shù)的間接比較。對數(shù)據(jù)范圍進行了標準化處理，消除了維度的影響，并采用多元線性回歸分析將收集到的多指標變量數(shù)據(jù)納入綜合評價體系。然后我們探討了每個變量對承載指數(shù)和壓力指數(shù)的貢獻。這有助于建立真實數(shù)據(jù)和環(huán)境利弊之間的關(guān)系。

這一模型需要解決人口、GDP、污水排放和一次性塑料垃圾投資等多方面的影響。幾個因素共同作用決定了這個生態(tài)系統(tǒng)所能容納的塑料廢物的最大數(shù)量。為了解決這個問題，我們首先收集了2005年至2018年的塑料垃圾數(shù)量。通過對相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)人口、GDP、廢水排放量、投資等因素對塑料廢棄物的最大排放量有線性影響。用森林面積來反映環(huán)境承載力。在此基礎(chǔ)上，通過對各種因素的加權(quán)，建立了模型。根據(jù)森林面積與各種相關(guān)因素的關(guān)系，預(yù)測未來幾年森林面積的增長率，以確定何時達到環(huán)境負荷，然后分析此時的最大森林覆蓋率。

3 模型求解

考慮到需要用森林覆蓋率變化率為零的點來表示最大環(huán)境承載力，然后計算出最大塑性產(chǎn)量。因此，為了更容易地反映森林面積變化對GDP的影響，我們應(yīng)該建立森林面積增長率與其他變量之間的回歸關(guān)系，因此我們建立了一個多元線性回歸模型：

模型中，α代表回歸方程中的常數(shù)，代表pd、GDP、EPI、PW和BOS指標的線性回歸系數(shù)。表示塑料產(chǎn)量相對于森林面積的回歸系數(shù)。

根據(jù)建立的多元線性回歸模型，為了計算模型中所涉及的自變量和因變量的系數(shù)，從而確定自變量和因變量之間的關(guān)系，我們使用Stat軟件建立回歸模型求出相關(guān)系數(shù)，利用逐步回歸法得到相關(guān)系數(shù)，具體值如下：

從圖表上看，森林覆蓋率與GDP呈顯著負相關(guān)，這也與我們對經(jīng)濟發(fā)展造成環(huán)境破壞的認識相一致;森林面積與環(huán)境治理投資呈正相關(guān);森林面積與塑料產(chǎn)量呈正相關(guān)是由于經(jīng)濟的發(fā)展，在塑料產(chǎn)量增加的同時，政府頒布了環(huán)保政策，環(huán)保投資增加了，造林面積也增加了。從變量t（特定年份）的檢驗結(jié)果可知，在95%的置信概率下，可以認為森林面積與其他變量之間存在相關(guān)性。

結(jié)論：塑料產(chǎn)量的增加，催生了一系列相關(guān)產(chǎn)業(yè)，發(fā)展了國民經(jīng)濟，也方便了人們的生活。但同時我們也要注意到，塑料尤其是一次性塑料的使用，將對世界生態(tài)環(huán)境造成不可挽回的危害。

在本次的研究中，創(chuàng)造性地采用環(huán)境負荷指數(shù)和環(huán)境壓力指數(shù)的平衡思想，利用兩者之間的關(guān)系來反映不同狀態(tài)下的環(huán)境質(zhì)量和塑料生產(chǎn)水平。構(gòu)建多指標綜合評價體系，將多指標之間的關(guān)系轉(zhuǎn)化為兩個直觀的指標，便于問題的解決。但是，也存在一定的局限性。以森林為代表的自然環(huán)境對塑料的生產(chǎn)有一定的限制。因為，人口、國內(nèi)生產(chǎn)總值、國民總收入、森林面積等四個因素將對塑料產(chǎn)量產(chǎn)生壓力。

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