上海城市生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)研究
——基于ARIMA模型

姜綿峰，葉春明

（上海理工大學(xué) 管理學(xué)院，上海 200093）

·華東經(jīng)濟(jì)

上海城市生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)研究
——基于ARIMA模型

姜綿峰，葉春明

（上海理工大學(xué) 管理學(xué)院，上海 200093）

文章采用生態(tài)足跡模型對(duì)上海地區(qū)14年人均生態(tài)足跡和人均生態(tài)承載力進(jìn)行了測(cè)算，結(jié)果表明，1999-2012年間，上海人均生態(tài)足跡以2010年為轉(zhuǎn)折點(diǎn)呈現(xiàn)倒U形發(fā)展態(tài)勢(shì)，人均生態(tài)承載力持續(xù)下降并逐漸趨向平穩(wěn)，人均生態(tài)赤字處于穩(wěn)定水平但依然很高。以生態(tài)足跡模型計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用ARIMA模型對(duì)14年間上海人均總生態(tài)足跡和各種土地類型的生態(tài)足跡演變進(jìn)行了模擬和分析，并預(yù)測(cè)了未來(lái)5年內(nèi)的變化趨勢(shì)。預(yù)測(cè)結(jié)果表明，城市發(fā)展的快速轉(zhuǎn)型使得上海地區(qū)生態(tài)狀況逐漸好轉(zhuǎn)。在預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上，將上海與部分省份的情況對(duì)比并進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，提出了上海地區(qū)建設(shè)生態(tài)文明的建議和對(duì)策。

ARIMA模型；生態(tài)足跡；生態(tài)文明；上海

［DOI］10.3969/j.issn.1007-5097.2015.01.004

一、引　言

我國(guó)正經(jīng)歷著社會(huì)經(jīng)濟(jì)格局以及生產(chǎn)生活方式的轉(zhuǎn)型，今天對(duì)于消費(fèi)、生產(chǎn)、投資貿(mào)易以及自然資本的決策和選擇將會(huì)深刻地影響到未來(lái)，尋找一條可持續(xù)發(fā)展之路不僅將惠及中國(guó)的生態(tài)安全和人民福祉，也將對(duì)全球可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生深刻的影響［1］。可持續(xù)發(fā)展是科學(xué)發(fā)展觀的重要內(nèi)容。生態(tài)足跡分析方法是近年來(lái)較為流行的測(cè)度區(qū)域生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的定量方法，生態(tài)足跡的概念是由加拿大William Rees教授［2］和學(xué)生Wackernagel博士首次提出，并由Wackernagel［3］于1996年完善的一種定量分析區(qū)域可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r的模型。生態(tài)足跡和人類發(fā)展指數(shù)作為聯(lián)合國(guó)評(píng)價(jià)地區(qū)和城市可持續(xù)發(fā)展的重要指標(biāo)，對(duì)上海建設(shè)生態(tài)文明城市具有重要參考價(jià)值。

二、研究方法

（一）生態(tài)足跡概念和基本假設(shè)

人類的各項(xiàng)活動(dòng)都離不開對(duì)生物生產(chǎn)性土地（包括用于漁業(yè)的水域）的利用，生態(tài)足跡就是人類利用的所有生物生產(chǎn)性土地的總和。生態(tài)足跡核算基于6項(xiàng)基本假設(shè)［4］：一是人類消費(fèi)的絕大多數(shù)資源與大多數(shù)廢棄物是可追蹤定量的；二是這些資源與廢棄物的大部分可用生物生產(chǎn)性土地面積來(lái)衡量；三是用生物生產(chǎn)性土地面積衡量的資源流與廢棄物流使用全球公頃作為度量單位后，各類生物生產(chǎn)性土地利用的面積具有累加性；四是各類土地利用的面積加總起來(lái)可以得到生態(tài)足跡或生物承載力的總量；五是當(dāng)人類對(duì)生物生產(chǎn)性土地的需求（生態(tài)足跡）與自然對(duì)生物生產(chǎn)性土地的供給（生物承載力）均采用統(tǒng)一的全球公頃度量；六是該區(qū)域所需的土地面積可以大于其可得土地面積。

（二）生態(tài)足跡與生態(tài)承載力的計(jì)算

計(jì)算生態(tài)足跡時(shí)，各種資源和能源消費(fèi)項(xiàng)目被折算為耕地、草場(chǎng)、林地、建筑用地、化石能源土地（CO2吸收地）和水域等6種生物生產(chǎn)面積類型。生態(tài)足跡計(jì)算公式為：

其中，EF指研究區(qū)域生態(tài)足跡總量；N指研究區(qū)域總?cè)丝冢籩f為研究區(qū)域人均生態(tài)足跡；i是所消費(fèi)產(chǎn)品的及投入的類別，ri指第i類產(chǎn)品所對(duì)應(yīng)j類土地的均衡因子，ci指第i類產(chǎn)品的人均消費(fèi)量，pi指第i種產(chǎn)品的單位土地面積的世界平均生產(chǎn)量。文章采用統(tǒng)一的均衡因子取值［5］以便于比較：耕地2.82、草地0.54、林地1.14、水域0.22、建筑用地2.82、化石燃料用地1.14。高長(zhǎng)波等［6］認(rèn)為終端消費(fèi)包含了進(jìn)出口的貿(mào)易調(diào)整，生態(tài)足跡法中無(wú)需貿(mào)易量調(diào)整。

作為生態(tài)足跡的重要組成部分，生態(tài)承載力是指在不損害生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力和功能完整前提下，可無(wú)限持續(xù)的最大資源利用量和廢棄物產(chǎn)生量所轉(zhuǎn)化的生物生產(chǎn)性面積，其計(jì)算公式為：

其中，EC為區(qū)域總的生態(tài)承載能力；ec為區(qū)域內(nèi)人均生態(tài)承載能力；j為生物生產(chǎn)性土地類型；ai為區(qū)域內(nèi)人均第j種土地生產(chǎn)性面積，rj為第j種土地類型的均衡因子，yj為產(chǎn)量因子。在計(jì)算中，要扣除12%的生物多樣性保護(hù)面積。文章產(chǎn)量：因子采用Wackernagel等計(jì)算的中國(guó)產(chǎn)量因子取值為耕地1.66、林地0.91、草地0.19、水域1.00、建筑用地1.66［7］。當(dāng)研究區(qū)域EF＞EC，稱為生態(tài)赤字（ED），反之EF＜EC，則稱為生態(tài)盈余（ER）。為了反映研究區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)所面臨的資源稟賦與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的矛盾狀況，文章選用區(qū)域資源的生態(tài)壓力指數(shù)來(lái)衡量某一地區(qū)所面臨生態(tài)壓力的強(qiáng)度，其定義為該區(qū)域生態(tài)足跡與生態(tài)承載力的比值［8］。

（三）ARIMA模型

時(shí)間序列分析是一種動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理的統(tǒng)計(jì)方法，其基本思想是：將預(yù)測(cè)對(duì)象隨時(shí)間推移而形成的數(shù)據(jù)序列視為一個(gè)隨機(jī)序列，用一定的數(shù)學(xué)模型來(lái)近似描述這個(gè)序列，這個(gè)模型一旦被識(shí)別后就可以從時(shí)間序列的過(guò)去值及現(xiàn)在值來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)值［9］。建立時(shí)間序列模型通常包括四個(gè)步驟［10］：①序列平穩(wěn)化檢驗(yàn)；②模型的識(shí)別；③模型參數(shù)的估計(jì)；④模型的診斷與檢驗(yàn)。

若序列能通過(guò)d次差分后變成平穩(wěn)序列則可以建立ARIMA（p，d，p）模型：

（四）數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

文章原始數(shù)據(jù)主要來(lái)源于上海市統(tǒng)計(jì)年鑒［11］、上海規(guī)劃與國(guó)土資源局官方網(wǎng)站。其中，城鄉(xiāng)居民消費(fèi)項(xiàng)目、能源消耗、耕地面積和常住人口以及城鄉(xiāng)人口比例來(lái)自統(tǒng)計(jì)年鑒，建筑面積來(lái)自規(guī)劃與國(guó)土資源局官網(wǎng)，其他類型土地面積來(lái)自諶偉等［12］，另外，基于數(shù)據(jù)可得性，回歸推算了部分年份的水域、草地和林地的面積。其中，上海城市居民消費(fèi)項(xiàng)目包括11項(xiàng)內(nèi)容；農(nóng)村居民消費(fèi)項(xiàng)目包括8項(xiàng)內(nèi)容。

在計(jì)算生物賬戶人均足跡時(shí)，以同期人口城市化率為權(quán)重對(duì)城鄉(xiāng)居民的生活消費(fèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)平均，文章選擇重定義組織報(bào)告數(shù)據(jù)［13］作為生物資源消費(fèi)量折算成不同類型的生物生產(chǎn)性土地的依據(jù)。在計(jì)算能源生態(tài)足跡賬戶部分時(shí)，缺乏原煤、焦炭、汽油、天然氣、電力等能源消耗詳細(xì)數(shù)據(jù)，而各類型能源的匯總信息容易獲得，因此按照國(guó)際單位標(biāo)準(zhǔn)煤能值將其換算為各自的總能源消耗，然后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成一定的化石燃料土地面積［14］。能源和能源生態(tài)足跡平均公頃根據(jù)Wackemagel計(jì)算的數(shù)據(jù)［15］。國(guó)際單位標(biāo)準(zhǔn)煤和電力的能值為20.9 GJ/t和3.6GJ/kw.h，標(biāo)準(zhǔn)煤和電力的世界平均公頃分別為55GJ/hm2和1 000GJ/hm2。

三、研究現(xiàn)狀

目前，生態(tài)足跡分析方法在國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究眾多，基本上可歸納為四個(gè)方面：一是對(duì)各省市和地區(qū)層次的研究，代表性的有張靚等［16］對(duì)全國(guó)各省域的生態(tài)足跡研究、張愛菊等［7］對(duì)中部6省生態(tài)足跡的評(píng)價(jià)、劉金花等［17］對(duì)濟(jì)南市各縣市的生態(tài)足跡分析；二是結(jié)合數(shù)學(xué)模型的生態(tài)足跡研究，代表性的有魯鳳等［18］基于偏最小二乘回歸和灰色預(yù)測(cè)模型對(duì)新疆生態(tài)足跡的研究、張勃等［19］對(duì)甘肅省生態(tài)足跡的時(shí)間序列分析、曹淑艷等［20］基于投入產(chǎn)出模型對(duì)生態(tài)足跡研究；三是結(jié)合其他理論改進(jìn)生態(tài)模型，代表性的有張芳怡等［21］結(jié)合能值理論研究了江蘇省生態(tài)足跡、顧曉薇等［22］應(yīng)用國(guó)家公頃概念對(duì)比研究了沈陽(yáng)市各產(chǎn)業(yè)生態(tài)足跡、趙興國(guó)等［23］結(jié)合生態(tài)服務(wù)價(jià)值概念分析評(píng)價(jià)了土地可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r；四是對(duì)不同計(jì)算方法和系數(shù)的對(duì)比研究，推進(jìn)生態(tài)足跡模型自身發(fā)展應(yīng)用，如劉某承等［24］基于凈初級(jí)生產(chǎn)力對(duì)均衡因子的本土測(cè)算、謝鴻宇等［25］對(duì)中國(guó)主要農(nóng)產(chǎn)品平均產(chǎn)量轉(zhuǎn)換系數(shù)的更新計(jì)算、白鈺等［26］探討了不同系數(shù)選擇以及貿(mào)易調(diào)整的問題。

四、基于ARIMA模型的模擬預(yù)測(cè)

（一）生態(tài)足跡的計(jì)算結(jié)果

表1對(duì)依據(jù)上述公式計(jì)算所得的上海市14年來(lái)人均生態(tài)足跡和人均生態(tài)承載力結(jié)果進(jìn)行匯總。14年來(lái)，人均生態(tài)足跡先逐漸增長(zhǎng)，在2010年到達(dá)最高點(diǎn)后緩慢降低，總體沿倒U形的拋物線軌跡發(fā)展；生態(tài)承載力則逐漸降低并趨向一個(gè)常數(shù)，而各年份均出現(xiàn)生態(tài)赤字，這表明此時(shí)間段中人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的需求量已經(jīng)超過(guò)自然環(huán)境的生態(tài)容量，區(qū)域生態(tài)足跡供需不平衡，處于不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。文章因?yàn)檠芯繒r(shí)間跨度較長(zhǎng)，所以可以比較準(zhǔn)確地識(shí)別人均生態(tài)足跡變化規(guī)律，可以看出生態(tài)足跡變化轉(zhuǎn)折點(diǎn)并不是有關(guān)學(xué)者認(rèn)為的2002年［12］。

表1　上海市1999-2012年人均EF與EC計(jì)算結(jié)果匯總

（二）ARIMA模型的模擬

文章以人均生態(tài)足跡EF為例具體說(shuō)明ARIMA模型的模擬和預(yù)測(cè)過(guò)程。

（1）序列平穩(wěn)化處理。因?yàn)镋F隨時(shí)間變化有明顯的上升趨勢(shì)，并非平穩(wěn)序列。為了使數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成ARIMA模型能識(shí)別的平穩(wěn)過(guò)程，對(duì)原始數(shù)據(jù)連續(xù)進(jìn)行了兩次差分后（D2（EF）），時(shí)間序列上升或者下降趨勢(shì)變得不明顯，序列趨向于平穩(wěn)。為了保證處理結(jié)果的精確性，通過(guò)ADF與PP單位根檢驗(yàn)來(lái)證明時(shí)間序列的平穩(wěn)性，檢驗(yàn)結(jié)果如表2所示。經(jīng)過(guò)二階差分后的時(shí)間序列D2（EF）的ADF和單位根檢驗(yàn)值都小于1%、5%和10%水平的臨界值，這說(shuō)明經(jīng)過(guò)差分后的時(shí)間序列在99%的置信度通過(guò)了ADF和PP檢驗(yàn)，可視為平穩(wěn)時(shí)間序列。

表2　時(shí)間序列EF及其差分的單位根檢驗(yàn)結(jié)果

（2）模型初步識(shí)別。平穩(wěn)性檢驗(yàn)通過(guò)后，通過(guò)差分序列的自相關(guān)函數(shù)圖和偏自相關(guān)函數(shù)圖可估計(jì)出自回歸算子和移動(dòng)平均算子的階數(shù)。序列的自相關(guān)函數(shù)和偏自相關(guān)函數(shù)見圖1。由圖1可知，經(jīng)過(guò)二階差分后的D2（EF）序列的自相關(guān)函數(shù)值和偏自相關(guān)函數(shù)值都是截尾的，自相關(guān)函數(shù)在2次之后呈迅速遞減，偏自相關(guān)函數(shù)在4次之后也呈迅速遞減，因此可以估計(jì)自回歸算子的階數(shù)p為4，移動(dòng)平均算子的階數(shù)q為2，又因?yàn)闄z驗(yàn)序列為二階差分序列，所以首先考慮用模型ARIMA（4，2，2）對(duì)上海人均生態(tài)足跡時(shí)間序列進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)。

（3）模型參數(shù)估計(jì)。通過(guò)AC值和PAC值變化估計(jì)的ARIMA模型的階數(shù)具有一定主觀誤差。經(jīng)過(guò)對(duì)各種模型可能常數(shù)項(xiàng)和參數(shù)以及它們的顯著性的反復(fù)測(cè)算排除，模型ARIMA（4，2，1）、ARIMA （3，2，2）、ARIMA（4，2，2）通過(guò)檢測(cè)，表3對(duì)模型的R2、AIC及SC值進(jìn)行比較。根據(jù)R2、AIC及SC標(biāo)準(zhǔn)，模型中的R2值越大且AIC及SC值越小，模型越優(yōu)，可知模型ARIMA（3，2，2）為最佳模型。

表3　ARIMA模型的R2、AIC及SC值比較

（三）模型診斷分析

建立模型之后需要對(duì)模型進(jìn)行診斷以判斷其是否與實(shí)際情況相符。在ARIMA模型中通常要求：①自回歸函數(shù)和移動(dòng)平均函數(shù)的根的倒數(shù)絕對(duì)值大于1，即在單位圓內(nèi)；②單整殘差序列表現(xiàn)為白噪聲過(guò)程。

通過(guò)軟件中ARIMA單位根結(jié)構(gòu)可知，ARIMA （3，2，2）模型中特征根的倒數(shù)分別為0.23±62i、0.22±97i和-0.69，所以該模型通過(guò)可逆性檢驗(yàn)。而模型ARIMA（4，2，1）的一個(gè)單位根的倒數(shù)是-4.47，絕對(duì)值大于1，所以模型ARIMA（4，2，1）沒有通過(guò)檢驗(yàn)。模型ARIMA（4，2，2）單位根的倒數(shù)都在單位圓內(nèi)，但因殘差序列的Q檢驗(yàn)值不符合白噪聲過(guò)程的條件被排除。通過(guò)Q檢驗(yàn)和單位根檢驗(yàn)的方法來(lái)檢驗(yàn)殘差序列是否為白噪聲序列。

由圖2的檢驗(yàn)結(jié)果可知，ARIMA（3，2，2）模型殘存序列的自相關(guān)系數(shù)落入置信區(qū)間內(nèi)，R2值足夠大，同時(shí)單位根檢驗(yàn)結(jié)果（表4）中ADF值小于1%置信水平的閥值，所以可判定模型ARIMA（3，2，2）的二階差分序列是白噪聲過(guò)程。綜合上述結(jié)論，模型ARIMA（3，2，2）是最佳擬合模型，用此模型對(duì)上海人均生態(tài)足跡時(shí)間序列進(jìn)行模擬。

表4　殘差序列的ADF檢驗(yàn)結(jié)果

圖3顯示了模型ARIMA（3，2，2）對(duì)人均生態(tài)足跡（EF）的模擬情況，圖中實(shí)際值為原始數(shù)據(jù)經(jīng)二階差分之后的值，可以看出實(shí)際值與擬合值的變化趨勢(shì)十分接近，殘差值相對(duì)較小，模型的擬合效果較好。文章采用類似的方法對(duì)6種類型土地生態(tài)足跡部分分別構(gòu)建ARIMA模型進(jìn)行模擬，實(shí)際擬合效果如圖4-9所示。14年來(lái)人均林地生態(tài)足跡和人均草地生態(tài)足跡漲幅較大，其中人均林地生態(tài)足跡從0.024 7hm2增長(zhǎng)到0.040 2hm2，是1999年的1.63倍；人均水域生態(tài)足跡增速較緩；人均耕地生態(tài)足跡由1999年的0.742 8hm2降到2012年的0.552 9hm2，降幅達(dá)15.6%，而人均化石能源生態(tài)足跡和人均建筑用地生態(tài)足跡降幅較小。此外，生態(tài)壓力指數(shù)（生態(tài)承載力/生態(tài)足跡）2012年漲到28.73，生態(tài)足跡總量漲到6 551.88hm2，是1999年的1.86倍，漲幅較大，這說(shuō)明了上海本地區(qū)持續(xù)發(fā)展的情況在惡化。

圖3　人均生態(tài)足跡擬合效果

圖4　人均耕地生態(tài)足跡擬合效果

圖5　人均林地生態(tài)足跡擬合效果

圖6　人均草地生態(tài)足跡擬合效果

圖8　人均化石能源生態(tài)足跡擬合效果

圖9　人均建筑用地生態(tài)足跡擬合效果

（四）ARIMA模型預(yù)測(cè)結(jié)果分析

在利用ARIMA模型進(jìn)行模擬的基礎(chǔ)上，對(duì)上海市人均生態(tài)足跡、人均生態(tài)承載力、人均生態(tài)赤字及各類土地生態(tài)足跡未來(lái)5年演變趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，分析未來(lái)區(qū)域內(nèi)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r。由圖10可知，人均總生態(tài)足跡在未來(lái)5年仍呈現(xiàn)倒U形發(fā)展態(tài)勢(shì)，從2012年的2.752 4hm2降到2017年的2.511 2hm2，降幅8.75%，是1999年的1.12倍；人均生態(tài)承載力持續(xù)下降，并逐漸趨向平穩(wěn)，但其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于同期的人均生態(tài)足跡，預(yù)計(jì)到2017年生態(tài)赤字降到2.695 2 hm2，比2012年降低約0.17%。上海市人口高度集中、土地等資源供需矛盾突出、環(huán)境容量十分有限，勞動(dòng)力密集型產(chǎn)業(yè)和資源密集型產(chǎn)業(yè)對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的貢獻(xiàn)不斷下降，第三產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，城市發(fā)展正處于劉易斯拐點(diǎn)。而2010年上海舉辦世博會(huì)，當(dāng)年人均足跡達(dá)到歷史最高點(diǎn)，也證明了上海城市發(fā)展快速轉(zhuǎn)型的特點(diǎn)。

圖10　人均生態(tài)足跡赤字預(yù)測(cè)

圖11顯示了各種土地類型生態(tài)足跡演變趨勢(shì)，人均林地生態(tài)足跡和人均牧草地生態(tài)足跡在未來(lái)5年迅速增長(zhǎng)，人均水域生態(tài)足跡則增長(zhǎng)緩慢，人均耕地生態(tài)足跡呈現(xiàn)迅速下降趨勢(shì)，人均化石能源地生態(tài)足跡和人均建筑用地生態(tài)足跡緩慢下降。人均生態(tài)足跡整體表現(xiàn)為倒U型形拋物線軌跡發(fā)展，這與上海市轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，走“資源節(jié)約、環(huán)境友好”的綠色發(fā)展之路相符合。

人均耕地生態(tài)足跡的下降驗(yàn)證了耕地類資源消費(fèi)是上海市人均生態(tài)足跡變化的主要因素［16］，人均林地和牧草地生態(tài)足跡快速增長(zhǎng)，這也與上海人民生活水平提高、膳食結(jié)構(gòu)更加健康、對(duì)水果和牛奶等食物的需求量增加的情況符合。隨著“生態(tài)文明建設(shè)”進(jìn)程加快和國(guó)家的節(jié)能減排計(jì)劃，煤炭、汽油、液化石油氣、天然氣和電力等能源消耗增長(zhǎng)過(guò)快的現(xiàn)象得到控制，人均生態(tài)足跡開始下降；另一方面，隨著《上海市土地整治規(guī)劃（2011-2015年）》等相關(guān)政策文件的出臺(tái)，上海市開展的土地綜合整治行動(dòng)將會(huì)提高土地集約利用水平、優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，改善生態(tài)狀況，生態(tài)承載力快速走低的態(tài)勢(shì)也將得到遏制。

圖11　人均各類土地生態(tài)承載力預(yù)測(cè)

（五）生態(tài)足跡綜合評(píng)價(jià)

為了進(jìn)一步挖掘上海城市生態(tài)足跡的信息，文章選用萬(wàn)元GDP生態(tài)足跡（萬(wàn)元EF）、土地利用可持續(xù)系數(shù)（LUSC）［23］、生態(tài)足跡多樣性指數(shù)（DIEF）［17］等三個(gè)結(jié)構(gòu)性指標(biāo)，在時(shí)間區(qū)間相同、均衡因子和產(chǎn)量因子系數(shù)一致的前提下，選擇東北、西北和中東部的吉林、陜西、河南、安徽等省份［5，7-8］生態(tài)足跡狀況進(jìn)行綜合比較。限于篇幅和數(shù)據(jù)，此處只列出2010年的數(shù)據(jù)，結(jié)果如表5所示。可以看出，上海的人均生態(tài)足跡情況與陜西省近似，但是上海的萬(wàn)元生態(tài)足跡遠(yuǎn)低于陜西省，說(shuō)明了對(duì)于相同經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出所消耗的資源能源，上海遠(yuǎn)低于陜西省，資源利用效率遠(yuǎn)高于其他內(nèi)陸省份。同時(shí)上海土地利用可持續(xù)系數(shù)低于其他4個(gè)省份，各類土地的可持續(xù)性較差，反映了上海土地利用的集約度較低，對(duì)于當(dāng)?shù)氐馁Y源能源消耗本地的保障能力較差；上海生態(tài)足跡多樣性指標(biāo)也比其他省份低，說(shuō)明了上海市生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展能力較低，這與上海地區(qū)大量建筑用地利用效率水平低有關(guān)。從表5中可看出，5年后上海城市人均生態(tài)足跡將快速降低，土地利用可持續(xù)系數(shù)將逐漸增加，同時(shí)生態(tài)足跡多樣性也將快速上漲，這意味著上海將摒棄長(zhǎng)期依賴能源消耗的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，逐漸向生態(tài)文明城市建設(shè)道路邁進(jìn)。

表5　部分省份2010年生態(tài)足跡綜合比較

五、結(jié)論、建議與展望

（一）結(jié)論

（1）文章首先采用生態(tài)足跡模型對(duì)上海市1999-2012年人均生態(tài)足跡和人均生態(tài)承載力進(jìn)行測(cè)算。結(jié)果顯示：14年間上海人均生態(tài)足跡先增長(zhǎng)后降低，人均生態(tài)承載力先快速降低后趨于平穩(wěn)，但人均生態(tài)足跡與人均生態(tài)承載力一直差距很大（相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)），人均生態(tài)赤字過(guò)高，這表明上海地區(qū)人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的需求量已經(jīng)嚴(yán)重超過(guò)了自然承載量，土地環(huán)境的生態(tài)均衡受到嚴(yán)重破壞。

（2）文章以生態(tài)足跡模型計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò) Eviews6.0軟件采用 ARIMA模型對(duì)1999-2012年14年間上海人均總生態(tài)足跡和各種土地類型的生態(tài)足跡演變進(jìn)行了模擬和分析，并預(yù)測(cè)了未來(lái)5年內(nèi)的變化趨勢(shì)。預(yù)測(cè)結(jié)果表明上海城市發(fā)展快速轉(zhuǎn)型，上海可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r開始逐漸好轉(zhuǎn)。ARIMA時(shí)間序列模型雖然能夠較好地?cái)M合歷史數(shù)據(jù)并預(yù)測(cè)未來(lái)，但其建立“在過(guò)去的決定因素保持不變，持續(xù)影響未來(lái)”的基礎(chǔ)上，如果在研究區(qū)間內(nèi)，決定因素發(fā)生變化或者影響程度變化，則該模型就不準(zhǔn)確。同時(shí)，由于數(shù)據(jù)的可得性限制，樣本數(shù)較少也會(huì)導(dǎo)致一定誤差，未來(lái)將根據(jù)長(zhǎng)期大量的樣本數(shù)據(jù)做進(jìn)一步研究。

（二）建議與展望

上海經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使得本地對(duì)資源能源需求的大幅上升，這也阻礙了上海建設(shè)生態(tài)文明城市的進(jìn)程。城市作為一個(gè)有機(jī)體，每天需要消耗大量資源能源，同時(shí)也要排放大量的廢棄物。從需求角度考慮，首先，要限制人口。上海地區(qū)常住人口快速增長(zhǎng)，這既能拉動(dòng)需求刺激經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，也會(huì)增加對(duì)外來(lái)能源資源的依賴程度，削弱本地發(fā)展的獨(dú)立保障能力，加重對(duì)環(huán)境的負(fù)載。因此需要限制人口的不合理擴(kuò)張，減輕因?yàn)槿丝跀?shù)量增加而造成的生態(tài)環(huán)境惡化。其次，倡導(dǎo)節(jié)約，提高資源使用效率。現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中，有許多的生產(chǎn)消費(fèi)活動(dòng)存在大量資源能源閑置浪費(fèi)等現(xiàn)象，比如餐飲業(yè)中的浪費(fèi)，生態(tài)文明的理念還沒有得到廣泛的認(rèn)同和普及，相關(guān)部門的宣傳和指導(dǎo)工作還需要進(jìn)一步推進(jìn)。從供給角度看，首先需要挖掘土地內(nèi)部潛能，上海地區(qū)的土地因?yàn)槭袌?chǎng)價(jià)值高，土地結(jié)構(gòu)中耕地林地等自然景觀面積所占比例很小，而建設(shè)用地?cái)?shù)量已經(jīng)接近上限且集約度低，土地結(jié)構(gòu)不合理的穩(wěn)定狀態(tài)需要相關(guān)部門的干預(yù)和引導(dǎo)。此外，上海城市規(guī)劃中應(yīng)該鞏固和聚集衛(wèi)星城鎮(zhèn)的設(shè)計(jì)，在城市組團(tuán)里面就近實(shí)現(xiàn)住房、就業(yè)、休閑等功能，減少各種遠(yuǎn)程通勤的消耗和擁堵。最后，倡導(dǎo)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，城市這個(gè)有機(jī)體的動(dòng)態(tài)平衡需要增加各種新資源能源比例，提高廢棄物的再利用，比如上海家庭用太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電，在建的上海中心大廈的雨水再利用等環(huán)保設(shè)計(jì)。

生態(tài)足跡與生態(tài)承載力之間的矛盾能從生態(tài)的角度衡量地區(qū)土地的供需矛盾狀況。上海的生物能源消費(fèi)開始從緩慢增加轉(zhuǎn)變到緩慢降低，處在“拐點(diǎn)”的頂端，是改善生態(tài)均衡矛盾的重大機(jī)遇期。生態(tài)足跡提出已經(jīng)有20多年，其作用還不僅在溫度計(jì)的水平［27］，其理論和方法的衍生和應(yīng)用擴(kuò)展到了很多領(lǐng)域和方面，如用于各行業(yè)和組織中的評(píng)估，但在理論及其假設(shè)的客觀性、計(jì)算方法的科學(xué)性、結(jié)論的準(zhǔn)確性等方面也有很多爭(zhēng)議。眾所周知，在科學(xué)的道路上沒有永恒的真理，任何一種理論都在不斷面臨挑戰(zhàn)的同時(shí)不斷發(fā)展，因此生態(tài)足跡理論模型并不是完美無(wú)缺的，但它能給城市生態(tài)文明建設(shè)提供一種參考和標(biāo)準(zhǔn)，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

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［責(zé)任編輯：余志虎］

A Dynamic Research on Shanghai Urban Ecological Footprint —Based on the ARIMA Model

JIANG Mian-feng，YE Chun-ming
（Business School，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China）

The paper，by applying the ecological footprint model，calculates the ecological footprint per capita and the ecological carrying capacity per capita in Shanghai municipality for 14 years.The results show that the ecological footprint per capita presented an inverted U-shaped trend during the year of 1999 to 2012，the ecological carrying per capita capacity continuously declined and gradually inclined to be stable，but the ecological deficit per capita still remained a high and stable level.Based on the results，the paper，using the ARIMA model，stimulates and analyzes the evolution of total ecological footprint per capital and its all components in Shanghai municipality for 14 years，and also predicts the development trend for the next five years.The prediction results indicate that the rapid transformation of the urban development makes the ecological condition in Shanghai municipality gradually improve.Based on the prediction，the paper carries out a comprehensive evaluation on the comparison of the situation between Shanghai municipality and some provinces，and puts forward some suggestions and countermeasures to promote the ecological civilization construction in Shanghai municipality.

ARIMA model；ecological footprint；ecological civilization；Shanghai

葉春明（1964-），男，安徽宣城人，教授，博士生導(dǎo)師，博士，研究方向：工業(yè)工程。

F061.5；F290

A

1007-5097（2015）01-0018-07

2014-05-20

上海市一流學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目（S1205YLXK）；上海市規(guī)劃和國(guó)土資源管理局科研項(xiàng)目（Gtz2013043；Gtz2014055）；滬江基金項(xiàng)目（A14006）；上海理工大學(xué)人文社會(huì)科學(xué)攀登計(jì)劃項(xiàng)目（14XPB01）

姜綿峰（1991-），男，河南商城人，碩士研究生，研究方向：經(jīng)濟(jì)與環(huán)境統(tǒng)計(jì)；