西安市生態足跡及驅動因素研究

2020-11-16 02:06:21白冰玉

農業與技術 2020年20期

白冰玉

摘要：生態足跡模型是一種評估人類消費對生態系統的影響、研究區域土地的可持續利用狀況的有效方法。對西安市2009—2018年間生態足跡進行測算，應用偏最小二乘法分析影響西安市生態足跡變化的驅動因素的重要程度，以揭示生態足跡的變化原因。結果表明：研究期間，西安市人均生態足跡由0.448hm2增長至0.655hm2，人均生態承載力由0.338hm2降至0.321hm2，生態壓力指數由1.324上升至2.040，生態壓力逐年加大。各地類生態足跡中，化石能源用地生態足跡所占比重最大。經濟發展、消費水平、土地利用等對西安市生態足跡影響較為顯著。第三產業產值、常用耕地面積、林地面積、機械耕地面積對生態足跡的增長起到減緩作用。

關鍵詞：生態足跡;驅動因素;偏最小二乘法;西安市

中圖分類號：S181 ? ? ? 文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20201030040

引言

土地資源是人類進行各項活動的載體，土地資源承載力表征了區域內土地資源支撐其內部人口生存和發展的能力。近年來，我國經濟增長迅速，要素高投入、資源高消耗、污染高排放的發展模式導致水土流失、土地荒漠化等生態問題日益突出，土地承載壓力不斷加重。

本文以西安市為研究對象，運用生態足跡模型對西安市可持續發展狀態進行動態分析，構建生態足跡影響因素指標體系，采用偏最小二乘法分析各因子的驅動程度，進一步研究生態系統與社會經濟系統的內在聯系。

1 研究區概況

西安市地處關中平原中部，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氣候，冷暖干濕，四季分明。2018年，全市地區生產總值達到8349.86億元，比2008年增長2.601倍。在經濟的驅動下城市規模擴張，建設用地大量占用耕地、草地及未利用地，土地供需矛盾突出。同時，工業區“三廢”的排放導致生態環境質量較差。區域生態壓力加重，社會發展的可持續性減弱。

2 數據來源于研究方法

2.1 數據來源

西安市2009—2018年相關生產、消費及國民經濟統計數據主要來源于《陜西統計年鑒》、《西安統計年鑒》、西安市國民經濟和社會發展統計公報。生物資源的全國平均生產力數據來源于《中國統計年鑒》、國家統計局網站及相關研究成果。均衡因子、產量因子數據參考劉某承等人的研究數據，耕地、林地、草地、水域、化石能源用地、建設用地均衡因子分別為1.74、1.41、0.44、0.35、1.74、1.41;產量因子分別為0.51、0.83、2.16、2.16、0、0.51。

2.2 研究方法

2.2.1 生態足跡測算模型

2.2.1.1 生態足跡的計算

根據生物生產性將土地分為6類，分別是耕地、林地、牧草地、水域、化石能源用地、建設用地，進而將生態足跡的計算分為生物資源賬戶、能源資源賬戶和建設用地賬戶3個方面，將三部分相加，即可得到區域生態足跡。生物資源生態足跡。生物資源是指由耕地、牧草地、林地和水域4種生態生產性土地提供的生物產品，包括谷類、薯類、豆類、蔬菜、牛羊肉及奶制品、水產品等，生物資源生態足跡的計算是通過均衡因子將各類生產性土地轉換為可比較的生物生產面積，計算方法如下。

2.2.2 偏最小二乘法

偏最小二乘法（PLS）是一種多元統計數據分析方法，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、典型相關分析方法，既克服了系統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據的信息，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、方法和應用方面都得到了迅速的發展。

本文以人均生態足跡為單因變量，創建偏最小二乘模型。利用交叉有效性Q2h進行檢驗，如果第h步有Q2h<1-0.952=0.0975，則模型達到精度要求，可停止提取成分;否則應繼續第h+1步計算。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的重要驅動因素;0.5

本文參考已有研究，遵循指標選取的可獲得性、客觀性等原則，結合西安市的實際情況，從經濟發展、消費水平、人口規模、土地利用方面建立生態足跡影響因素指標體系（表1）。

3 結果分析

3.1 生態足跡及生態承載力變化分析

根據式（1）-式（4）計算得出2009—2018年西安市人均生態足跡、人均生態承載力、生態壓力指數，結果如圖1所示。結果顯示，2009—2018年，西安市人均生態足跡呈上升趨勢，由2009年的0.448hm2增長至2018年的0.655hm2，增長了46.36%。人均生態承載力呈緩慢下降趨勢，由0.338hm2降至0.321hm2，降幅4.98%。生態壓力指數與人均生態足跡呈現同步上升趨勢，由1.324上升至2.040，生態系統壓力增大。研究期間，生態足跡與生態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，生態系統穩定性減弱。

從各類用地人均生態足跡來看（圖2），西安市不同地類人均生態足跡總體表現為化石能源用地>建設用地>林地>耕地>草地>水域。化石能源用地在生態足跡構成中占比最大，為40%左右，與人均生態足跡增長趨勢基本一致，是推動西安市生態足跡上升的主要因素。研究期間，建設用地人均生態足跡增幅最大，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濟發展密切相關。林地人均生態足跡呈波動上升趨勢，年均增加9.18%;耕地、草地、水域的人均生態足跡均呈現下降趨勢，減幅依次為29.73%、18.16%、30.71%。表明人們消費結構發生變化，對農畜產品的需求逐漸下降，對水果、林產品消費逐步增加。西安市地處內陸，水產業較沿海區域相對薄弱，水產品的消費量也較小，在人均生態足跡構成中所占比例最低，對整個生態足跡的影響較小。綜合來看，化石能源用地、建設用地是引起人均生態足跡上升的主要原因。隨著經濟的發展和人口的增加，資源消耗也不斷加大。為實現西安市可持續發展，應轉變經濟發展方式、調整產業結構，減少化石能源、建設用地的生態足跡需求。

根據式（5）和表2中的各變量系數及VIP值，對影響西安市生態足跡的驅動因子進行分析。

經濟發展方面，第一產業產值、第二產業產值、全社會固定資產投資的VIP值均大于1。經濟發展是引起生態足跡變化的重要因素。研究期間，西安市人均GDP表現為逐年攀升的趨勢。經濟的發展伴隨著自然資源的占用，需要更多土地容納廢棄物。第一產業和第二產業對生態足跡的解釋程度較高。西安市是陜西重要的糧、菜、果、畜基地，產生較高的生態足跡。工業企業高耗能、高排放的發展，不斷消耗自然資源，加大了生態壓力。第三產業產值與人均生態足跡之間的關系為負相關，即第三產業越發達，人均生態足跡越低。適當提高第三產業比重，可緩解生態壓力。社會固定資產投資促進了工業、制造業的發展，帶動建材、原油等資源的消耗，推動生態足跡增加。

社會消費方面，能源消費量、城鎮居民人均可支配收入VIP值大于1，城鎮居民人均可支配收入對生態足跡變動的解釋程度最強。近年來，西安市居民收入迅速增加，消費水平提高，所產生的生態足跡隨之增加。城鄉居民收入差距較大，消費習慣差異明顯。城市居民更注重生活質量的提高，對耗能產品、生態產品需求更多，更傾向于高耗能、高資源、高生態占用量消費。社會消費品零售總額不斷提升，居民消費結構由生存型消費向發展型消費轉變，新的消費需求帶動生態足跡上升。能源消費量對人均生態足跡起到了較強的驅動作用。研究期間，能源消費量與人均生態足跡表現為趨同增長。西安市能源消費強度較大，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足跡不斷增加。

人口規模方面，總人口與城鎮化率的VIP值均處于0.8～1.0之間。總人口與人均生態足跡之間為負相關關系，人口數量增長在短期內會降低人均生態足跡。但從長遠看，人口規模增加會引起能源、糧食等資源消耗增加，加大生態壓力。城鎮化率反映了區域城鎮人口的規模，研究期間，西安市城鎮化率不斷上升，城市快速發展，建設用地規模不斷擴張，能源消費增強，導致生態足跡增加。

土地利用方面，林業用地面積和機械耕地面積VIP值大于1。土地利用方面3項指標與人均生態足跡均呈負相關關系，表明優化土地利用結構、提高耕作過程中的科技投入可緩解生態壓力。

4 結論

利用生態足跡模型測算了西安市2009—2018年人均生態足跡、人均生態承載力和生態壓力指數，采用偏最小二乘法和變量投影重要性指標分析影響西安市人均生態足跡的因素，得出以下結論。

2009—2018年，西安市人均生態足跡由2009年的0.448hm2增長至2018年的0.655hm2，增長46.36%。人均生態承載力呈緩慢下降趨勢，由0.338hm2降至0.321hm2。生態壓力逐年加大，與人均生態足跡變化趨勢一致。表明資源消耗過度，生態系統穩定性減弱，西安市可持續發展形勢嚴峻。各地類人均生態足跡中，化石能源用地生態足跡比重最大，是推動西安市生態足跡上升的主要因素。

經濟發展、消費水平、土地利用等對西安市人均生態足跡影響較大。各驅動因素對人均生態足跡的重要程度依次為：林業用地面積>城鎮居民人均可支配收入>能源消費量/噸標準煤>第一產業產值>第二產業產值>機械耕地面積>全社會固定資產投資>第三產業產值>社會消費品零售總額>城鎮化率>人均GDP>農村居民人均可支配收入>總人口>常用耕地面積。其中第三產業產值、常用耕地面積、林地面積、機械耕地面積對人均生態足跡的增長起到減緩作用。長期以來，西安市經濟的持續增長對生態環境有很強的依賴性。因此，實現區域可持續發展，必須調整產業結構，發展循環經濟，提高資源利用效率，加大農業科技投入，控制人口增長，倡導綠色消費，以減少生態足跡的產生。

參考文獻

[1] 封志明，孫通，楊艷昭，等. 資源環境承載力研究：從單要素承載力研究走向綜合研究[J]. 資源與生態學報：英文版， 2018， 9（02）： 125-134.

[2]竺效. 論環境侵權原因行為的立法拓展[J]. 中國法學， 2015（02）：249-266.

[3]楊開忠，楊詠，陳潔. 生態足跡分析理論與方法[J]. 地球科學進展， 2000， 15（06）：630-636.

[4]李蕊. 西安市普通商品住宅價格時空變化特征及影響因素分析[D].西安：西北大學，2015.

[5]童婧，竇玲. 西安生態文明建設與綠色消費模式構建[J]. 西安石油大學學報（社會科學版）， 2011， 20（01）：18-22.

[6]張宇鵬. 我國生態足跡區域差異比較研究[D]. 長春：吉林大學， 2010.

[7]劉某承，李文華. 基于凈初級生產力的中國生態足跡均衡因子測算[J]. 自然資源學報， 2009（09）：44-53.

[8] 劉某承，李文華，謝高地.基于凈初級生產力的中國生態足跡產量因子測算[J].生態學雜志，2010，29（03）：592-597.

[9]彭希哲，劉宇輝.生態足跡與區域生態適度人口以西部12省市為例[J].市場與人口分析，2004（04）：9-15，28.

[10]謝鴻宇，陳賢生，林凱榮，胡安焱.基于碳循環的化石能源及電力生態足跡[J].生態學報，2008（04）：1729-1735.

[11]楊屹，加濤.21世紀以來陜西生態足跡和承載力變化[J].生態學報，2015，35（24）：7987-7997.