汪海峰, 李加林, 2,*, 田鵬, 焦會瑩, 王中義, 高揚

寧波市本地三維生態(tài)足跡時空演變及驅(qū)動機制研究

汪海峰1, 李加林1, 2,*, 田鵬1, 焦會瑩1, 王中義1, 高揚1

1. 寧波大學(xué)地理與空間信息技術(shù)系, 寧波 315211 2. 浙江省海洋文化與經(jīng)濟研究中心, 寧波 315211

生態(tài)足跡研究有利于揭示人類活動對區(qū)域生態(tài)環(huán)境影響, 對統(tǒng)籌經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護有重要意義。以2006—2016年寧波社會經(jīng)濟面板數(shù)據(jù)為基礎(chǔ), 測算本地生態(tài)足跡與生態(tài)承載力, 并進一步計算足跡深度、足跡廣度等指數(shù), 利用偏最小二乘回歸法分析生態(tài)足跡動態(tài)演變的驅(qū)動機制。研究發(fā)現(xiàn): 1)寧波市當(dāng)前發(fā)展方式對資源能源和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生巨大壓力。人均生態(tài)足跡經(jīng)歷先增后減的變化, 人均生態(tài)承載力為逐年增加態(tài)勢, 但與人均生態(tài)足跡間存在較大差距, 使得人均生態(tài)赤字仍較高; 2)寧波市自然資本存量消耗遠超資本流量更新, 自然資本的大量消耗將會影響資本流量更新, 對今后可持續(xù)發(fā)展帶來嚴重阻礙。這是由于寧波市自身自然資源稟賦較差, 當(dāng)前產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)需要消耗大量資源能源; 3)產(chǎn)業(yè)發(fā)展與污染物排放等是導(dǎo)致生態(tài)足跡增加的主導(dǎo)因素, 而科技水平與居民生活水平則對生態(tài)足跡有抑制作用。寧波市今后應(yīng)加速產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整與升級, 淘汰落后高耗能產(chǎn)業(yè), 大力發(fā)展綠色循環(huán)經(jīng)濟, 減少各類污染物產(chǎn)生, 并提升污染物處理能力。研究結(jié)果對寧波市經(jīng)濟社會發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護有參考意義, 可豐富我國典型地域生態(tài)足跡研究案例。

生態(tài)足跡; 自然資本; 寧波市; 驅(qū)動機制

0 前言

環(huán)境惡化與資源枯竭是制約全球經(jīng)濟可持續(xù)增長的重要因素。如何均衡區(qū)域資源利用、環(huán)境保護與經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展成為眾多學(xué)科研究的熱點[1–2]。而生態(tài)足跡作為探究可持續(xù)發(fā)展的常用方法[3–4], 最早在1992年由加拿大學(xué)者William E.Rees提出, 1996年Wackernagel對其進行完善和補充, 此后生態(tài)足跡逐漸成為研究生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性的重要方法。生態(tài)足跡研究在1999年由中國學(xué)者張志強和徐中民引入, 并對中國西部地區(qū)的生態(tài)足跡進行了測算[5–6], 而后國內(nèi)學(xué)者將生態(tài)足跡應(yīng)用于可持續(xù)發(fā)展評價、資源利用、生態(tài)安全等方面[7–9]。此后，國內(nèi)外學(xué)者對生態(tài)足跡理論了發(fā)展與改進, 2009年意大利學(xué)者Niccolucci提出三維生態(tài)足跡理論[10], 通過引入足跡深度與足跡廣度, 區(qū)分自然資本存量與資本流量的利用情況[11]。我國學(xué)者方愷[12]基于三維生態(tài)足跡, 研究了中國自然資本利用的省際分布及變化情況; 張星星等[13]利用三維生態(tài)足跡探究了珠三角城市群的自然資本利用情況及驅(qū)動機制; 靳相木等[14]基于三維生態(tài)足跡, 構(gòu)建土地承載力評價體系, 探究了溫州市土地資源載荷程度。對三維生態(tài)足跡的驅(qū)動機制探索, 主要采用方法有偏最小二乘法、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析、LMDI分解模型、灰色關(guān)聯(lián)等, 研究經(jīng)濟發(fā)展、資源利用、人口等要素的影響[15–17]。當(dāng)前研究經(jīng)歷從傳統(tǒng)生態(tài)足跡到三維生態(tài)足跡的發(fā)展歷程, 在理論、方法及實際應(yīng)用等層面提供較完善的研究基礎(chǔ)。

寧波市作為我國長三角城市群重要組成部分, 化工產(chǎn)業(yè)與港口經(jīng)濟是其發(fā)展的重要支柱, 但這一發(fā)展模式也帶來諸多環(huán)境問題, 船舶與化工污染、自然岸線侵占與圍填海工程等人類活動嚴重破壞地區(qū)生態(tài)環(huán)境, 迫切需要對此類經(jīng)濟發(fā)達、生態(tài)環(huán)境問題突出的典型案例進行研究。而現(xiàn)有生態(tài)足跡研究, 多以內(nèi)陸城市為研究對象, 關(guān)于港口型城市的研究鮮有報道。此外，有關(guān)寧波相關(guān)的研究成果, 主要運用能值分析、生態(tài)足跡、生態(tài)敏感因子、景觀生態(tài)學(xué)等方法，研究生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及損益、生態(tài)系統(tǒng)健康、海岸帶資源利用、可持續(xù)發(fā)展水平等內(nèi)容[18–21]。已有成果旨在探究經(jīng)濟活動對寧波市生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)的影響, 但在厘清區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)上存在不足。基于此, 以三維生態(tài)足跡理論為基礎(chǔ), 計算2006—2016年寧波市本地生態(tài)足跡(以下簡稱“生態(tài)足跡”)、足跡深度與足跡廣度, 探究生態(tài)足跡動態(tài)變化特征, 揭示社會經(jīng)濟發(fā)展對區(qū)域可持續(xù)發(fā)展影響機制, 為寧波市資源環(huán)境保護和經(jīng)濟健康發(fā)展提供科學(xué)基礎(chǔ), 豐富我國對典型地域生態(tài)足跡研究案例。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)包括寧波市區(qū)(海曙區(qū)、鄞州區(qū)、江北區(qū)、北侖區(qū)、鎮(zhèn)海區(qū)), 奉化市(奉化于2016年撤市設(shè)區(qū), 文中仍將其視為地級市以便研究)、余姚市、慈溪市三地級市, 以及象山、寧海兩縣, 共6個縣區(qū)。寧波市位于浙江省東部, 鄰近東海, 全市陸域面積為9 816 km2, 海域總面積為8355.8 km2, 海岸線長度為1594.4 km, 占浙江省岸線長度約24%。寧波地理位置為120°55'E—122°16'E, 28°51'N—30°33'N, 處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū), 四季分明, 擁有豐富的海洋資源, 境內(nèi)有奉化江、余姚江、甬江3條主要河流。研究期內(nèi), 寧波市戶籍人口由687.7萬人增加到787.5萬人, 國內(nèi)生產(chǎn)總值由2874.44億元上升至8686.49億元, 經(jīng)濟發(fā)展迅速。

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究期為2006—2016年, 數(shù)據(jù)主要分為3類: 1)生態(tài)足跡測算所需的經(jīng)濟社會面板數(shù)據(jù)，取自寧波市及各縣區(qū)的統(tǒng)計年鑒; 2)生態(tài)足跡測算過程涉及均衡因子與產(chǎn)量因子主要借鑒童億勤、高晴等有關(guān)浙江省生態(tài)足跡研究成果[22–23]。

均衡因子賦值: 耕地和建設(shè)用地為2.8、林地和化石燃料地為1.1、草地為0.5、水域為0.2、污染吸納地為0。產(chǎn)量因子賦值: 耕地和建設(shè)用地為1.66、水域為1、林地為0.91、草地為0.19; 3)文中圖件的底圖來源于全國地理信息資源目錄服務(wù)系統(tǒng)(http://www. webmap.cn/)。

生態(tài)足跡賬戶由生物資源、能源消耗、污染排放這三部分組成(表1)。其中, 生物資源賬戶中的水產(chǎn)品包含淡水產(chǎn)品及海水產(chǎn)品; 其次, 能源賬戶中能源動力產(chǎn)品為水電, 將火力發(fā)電所需的能源產(chǎn)品納入化石燃料產(chǎn)品中進行計算; 再者, 原油分餾與原煤干餾等處理過程會產(chǎn)生各類能源產(chǎn)品, 而這些能源產(chǎn)品燃燒產(chǎn)生各類污染物, 若將其納入生態(tài)足跡污染賬戶, 會導(dǎo)致將中間產(chǎn)品原煤、原油的重復(fù)計算, 故其應(yīng)納入能源消耗賬戶進行測算。結(jié)合已有研究結(jié)果[24], 污染賬戶計算時, 污水吸納能力按照365 t·hm-2進行換算; 廢氣則按88.65 kg·hm-2換算; 固體廢棄物按照10.19 t·hm-2換算。

2 研究方法

2.1 三維生態(tài)足跡模型

2.1.1 傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型

生態(tài)足跡是指經(jīng)濟社會發(fā)展過程中, 區(qū)域人口消耗資源能源和吸納廢棄物所需生產(chǎn)性土地的面積, 其計算公式[5]為:

式中,為總生態(tài)足跡;為總?cè)丝跀?shù);為人均生態(tài)足跡;aa表示消耗類產(chǎn)品所需的人均生產(chǎn)性土地面積;c為i類產(chǎn)品人均消耗量, 在污染賬戶中表示某種污染物產(chǎn)生量;p為i類產(chǎn)品生產(chǎn)能力, 在污染賬戶中表示某類土地吸納污染物能力。

生態(tài)承載力則反映區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)可供給的生產(chǎn)性土地的面積, 其公式[5]為:

式中,為總生態(tài)承載力;為總?cè)丝跀?shù);是人均生態(tài)承載力;a為人均占用類生產(chǎn)性土地面積;r為均衡因子;y為產(chǎn)量因子; 此外, 生物多樣性保護用地需扣除總土地面積的12%。

2.1.2 三維生態(tài)足跡模型

傳統(tǒng)生態(tài)足跡是由生態(tài)承載力與生態(tài)赤字之和構(gòu)成, 可從時間尺度上反映區(qū)域資源利用情況, 而三維生態(tài)足跡在其基礎(chǔ)上引入足跡深度與足跡廣度[10], 實現(xiàn)對自然資本利用的時空分析, 通過對比資本存量與流量探究地區(qū)可持續(xù)發(fā)展狀態(tài)。三維生態(tài)足跡的計算公式如下[12]:

式中:EF,region為足跡深度(hm2), 1表示自然深度,為生態(tài)承載力總量,EF為類土地生態(tài)足跡量,EC為類土地生態(tài)承載力量;EF,region為足跡廣度(hm2)。

2.1.3 存量流量利用比

自然資本存量與流量占用的比值反映資本存量與資本流量間差異, 其比值越大, 表明資本存量與流量差異越大, 而自然資本利用可持續(xù)性則越低, 公式如下[11]:

表1 生態(tài)足跡測算體系

注: (1)農(nóng)、林、草、水產(chǎn)品單位為t; (2)焦爐煤氣和其他煤氣的單位為104m3, 密度為0.45 kg·m-3; (3)天然氣單位為104m3, 密度為0.5 kg·m-3; (4)熱力單位為106kJ, 電力單位為104kW·h; (5)折標準煤系數(shù): 電力為3.27·10-4kW·h; (6)廢水與固體廢棄物單位為104t; (7)廢氣單位為108m3。

2.2 生態(tài)足跡演變的驅(qū)動機制分析

2.2.1 偏最小二乘回歸分析

最小二乘回歸分析綜合主成分分析與回歸分析, 在進行分析時考慮數(shù)據(jù)間的線性關(guān)系, 提高模型的精度, 可更好地解釋變量, 同時具有不需大量樣本數(shù)等優(yōu)勢。其基本原理[17]為, 假設(shè)存在個因變量{y,y,…,y}及個自變量{x,x,…,x}, 探究兩者關(guān)系時觀察樣本數(shù)為個, 得到自變量與因變量的數(shù)據(jù)表矩陣和矩陣。

偏最小二乘法則在和中分別提取t與u, 其中, 要求t與u能解釋更多數(shù)據(jù)表和中的信息, 并且t與u有最大的相關(guān)性。當(dāng)方程提取的t與u滿足精度要求, 則停止計算; 否則, 繼續(xù)對數(shù)據(jù)表和中殘留信息進行進一步提取t與2, 直到滿足精度要求則停止提取。對提取的成分進行回歸分析, 最后表達為關(guān)于自變量的回歸方程。

2.2.2 指標選取與數(shù)據(jù)處理

為探究社會經(jīng)濟活動對寧波市三維生態(tài)足跡的影響機制,結(jié)合前人研究成果[13、15、24、25]及研究區(qū)實際情況, 從人口、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、社會發(fā)展等方面選取影響因素的指標體系(表2), 依據(jù)數(shù)據(jù)可獲取性原則進行指標層設(shè)計并收集相關(guān)數(shù)據(jù)。

對獲取相關(guān)指標統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行標準化, 利用SmartPLS軟件進行偏最小二乘回歸分析, 使用其PLS Algorithm功能進行偏最小二乘回歸分析。其中決定系數(shù)R(Coefficiennt of determination),R越大表明解釋自變量能力越強, 評價標準為0.19(低)、0.33(中)和0.67(高); 預(yù)測相關(guān)性Q(predictive relevance)反映模型預(yù)測相關(guān)性的強度, 評價標準為0.02(低)、0.15(中)和0.35(高)。最后, 使用Importance—performance map analysis(IPMA)功能, 繪制生態(tài)足跡各影響因素的重要性-效果分布圖。

3 三維生態(tài)足跡時空演變及驅(qū)動機制

3.1 生態(tài)足跡與生態(tài)承載力時空演變

依據(jù)生態(tài)承載力與生態(tài)足跡的計算公式(1)和(2), 得出2006—2016年寧波市人均生態(tài)指數(shù)的結(jié)果(圖1 a、b)。研究期內(nèi), 人均生態(tài)指數(shù)主要變化特征為: 1)人均生態(tài)承載力呈先減后增的趨勢, 2006—2009年為逐年下降, 在2009年達到最小值0.285 hm2·人-1, 年均降幅為1.52%。在2010—2016年寧波市人均生態(tài)承載力呈逐年增加, 年均增加幅度為2.35%; 2)由于人均生態(tài)足跡數(shù)值遠大于人均生態(tài)承載力, 使得人均生態(tài)足跡與人均生態(tài)赤字的變化趨勢保持一致, 整體變化呈先增后減, 2006—2011年為逐年增加, 年均增幅為5.53%, 于2011年達最大值8.397 hm2·人-1。2011—2016年則逐年下降, 年均降幅為2.16%; 3)結(jié)合人均GDP數(shù)據(jù)(圖1b), 每萬元生態(tài)足跡呈不斷下降趨勢, 整體降幅達63 %, 主要由于研究期內(nèi)寧波市人均GDP增加180%,寧波市經(jīng)濟發(fā)展快于區(qū)域發(fā)展對環(huán)境壓力增長。

寧波各縣區(qū)人均生態(tài)承載力結(jié)果(圖1c)顯示: 1)各縣區(qū)人均生態(tài)承載力整體變化與全市變化一致, 呈增加態(tài)勢, 但在2008—2010年間出現(xiàn)大幅波動; 2)2006—2016年市區(qū)與慈溪均為增加態(tài)勢, 年均增幅為1.17%和1.86%, 市區(qū)與慈溪分別在2009—2010年與2008—2009年增幅最大, 達11.70%和10.45%; 3)余姚、奉化、寧海和象山在2006—2015年之間的變化相似, 2006—2008為逐年增加, 年均增幅約為0.11%。2008-2010年為大幅波動, 波動幅度超過22.04%。2010-2015年為平穩(wěn)增加, 年均增幅為0.15%。2015—2016年奉化與寧海異常變化, 變動幅度達23.01%, 其余縣區(qū)為平穩(wěn)變化。

表2 驅(qū)動機制指標體系

注: (a)2006—2016年全市人均生態(tài)指數(shù)變化; (b)全市每萬元GDP人均生態(tài)指數(shù)變化; (c)各縣區(qū)人均生態(tài)承載力變化; (d)各縣區(qū)人均生態(tài)足跡變化; (e) 各縣區(qū)人均生態(tài)赤字變化

Figure 1 Change of indexes of the study

結(jié)合寧波各縣區(qū)人均生態(tài)足跡與生態(tài)赤字結(jié)果(圖1d、e), 人均生態(tài)足跡與人均生態(tài)赤字變化一致, 主要變化特征為: 1)各縣區(qū)人均生態(tài)足跡變動趨勢與寧波全市的變化相似, 基本呈現(xiàn)增后減態(tài)勢?？纱笾路譃椴▌酉陆蹬c波動增加兩類變化; 2)2006—2016年寧波市區(qū)、余姚、奉化與象山均為波動下降趨勢, 在2011年達最大值, 年均降幅約為0.99%; 3)2006—2016年慈溪與寧海則變現(xiàn)為波動增加的趨勢, 年均增幅為2.90%與3.10%。

綜合上述分析結(jié)果, 由于寧波市區(qū)、余姚和慈溪人口數(shù)量占總?cè)丝诮?0%, 其變化對全市生態(tài)指數(shù)的影響較明顯。由于自身資源稟賦差異、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等因素, 使生態(tài)赤字空間分布呈明顯分異。沿?？h區(qū)且工業(yè)發(fā)達的區(qū)域相對生態(tài)赤字較高, 如余姚、慈溪、象山。而寧波市區(qū)人口稠密, 且市區(qū)所轄的鎮(zhèn)海區(qū)、北侖區(qū)是寧波—舟山港重要組成部分, 受人口密度與港口運輸業(yè)影響, 導(dǎo)致市區(qū)生態(tài)赤字較高。

3.2 自然資本存量與資本流量的時序演變

自然資本存量消耗反映地區(qū)發(fā)展對現(xiàn)有自然資源的使用情況, 可用足跡深度表示。而自然資本流量則體現(xiàn)區(qū)域發(fā)展對未來自然資源生產(chǎn)能力的影響, 可用足跡廣度表示。根據(jù)式(4)和式(5)計算足跡深度與足跡廣度(圖2), 數(shù)據(jù)表明: 1)2006—2016年寧波市足跡深度整體呈先增后減的趨勢, 2009年全市足跡深度達最大值20.753 hm2·人-1, 2006年達最小值16.464 hm2·人-1。由于足跡深度與生態(tài)承載力呈負相關(guān), 與生態(tài)足跡呈正相關(guān), 結(jié)合寧波市生態(tài)承載力與生態(tài)足跡結(jié)果(表3), 2009年由于寧波市生態(tài)承載力下降至最小值, 生態(tài)足跡則達極大值, 主要由于寧波市化石燃料用地與林地生態(tài)足跡明顯增加。2011年和2013年寧波市生態(tài)足跡增幅大于生態(tài)承載力增幅, 使得足跡深度出現(xiàn)極大值, 主要由于化石燃料用地和建筑用地生態(tài)足跡的增加。而全市足跡深度年平均值為18.571 hm2·人-1, 表明需要18.571倍的生產(chǎn)性土地面積才可以滿足寧波市對能源資源消耗; 2)寧波市足跡廣度呈先增后減趨勢, 2006—2016年均降幅為1.1%, 2016年達最大值0.393 hm2·人-1, 2009年為最小值0.324 hm2·人-1, 表明寧波市對生產(chǎn)性土地的占用在不斷下降。當(dāng)生態(tài)足跡大于生態(tài)承載力時, 足跡廣度與生態(tài)承載力呈正比。研究期內(nèi)寧波市生態(tài)足跡遠大于生態(tài)承載力, 使得足跡廣度變化趨勢與寧波市生態(tài)承載力變化趨勢(圖1a)一致; 3)寧波市自然資本存量與流量比的變化與足跡深度一致, 變現(xiàn)為先增后減, 2006年資本存量與流量比達最小值15.464 hm2·人–1,表明寧波市資源利用的可持續(xù)程度相較其他年份最高。2009年資本存量與流量利用比達最大值19.753 hm2·人–1, 即寧波市可持續(xù)程度相較其他年份最低。結(jié)合表3數(shù)據(jù), 2009—2016年存量與流量利用比呈下降趨勢, 表明自然資源的需求量在下降, 但需求總量仍舊較高, 形勢較為嚴峻。

3.3 生態(tài)足跡演變的驅(qū)動機制

寧波市生態(tài)足跡演變驅(qū)動機制分析, 以生態(tài)足跡測算值為因變量, 各影響因素為自變量, 利用SmartPLS對標準化后統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行偏最小二乘回歸分析,Q計算結(jié)果為0.702大于0.35, 表明各指標和生態(tài)足跡變化的預(yù)測相關(guān)性高。R結(jié)果為0.808大于0.67, 表明各指標可以很好解釋生態(tài)足跡變化。導(dǎo)出各指標回歸分析數(shù)據(jù)(表4)和重要性—效果圖(圖3), 觀察表4中值, 發(fā)現(xiàn)除(廢氣排放量)其余各指標的值均小于0.05, 拒絕原假設(shè)由于的值大于0.05, 故將其去除。而其余指標值均小于0.05，表明這些指標回歸系數(shù)顯著。得出標準化數(shù)據(jù)后的回歸方程為:

圖2 2006—2016年寧波市足跡深度、足跡廣度動態(tài)變化

Figure 2 Dynamic changes of footprint depth and breadth of Ningbo from 2006 to 2016

表3 2006—2016寧波市生態(tài)承載力、生態(tài)足跡變化

表4 各影響因素的系數(shù)及相關(guān)參數(shù)

結(jié)合生態(tài)足跡的回歸方程, 各影響因素的作用分為兩類: 促進作用和抑制作用。其中, 發(fā)揮促進作用有第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、廢水產(chǎn)生量、工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量、農(nóng)業(yè)人口; 抑制作用包括專利申請授權(quán)量、經(jīng)費投入、非農(nóng)業(yè)人口、城鎮(zhèn)居民可支配收入、農(nóng)村居民可支配收入。

重要性—效果圖(圖3)是依據(jù)各指標的統(tǒng)計學(xué)分析結(jié)果所繪制, 重要性表示理論意義上影響大小, 而效果則反映實際影響作用。重要性值的正負表示各指標對生態(tài)足跡增長是促進或抑制作用, 而效果值大小則反映實際影響作用程度。1)對生態(tài)足跡促進作用的重要性排序: 工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量>第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值>第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值>廢水排放量>第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值>農(nóng)業(yè)人口。抑制作用的重要性排序: 專利申請授權(quán)量>非農(nóng)業(yè)人口>經(jīng)費投入>城鎮(zhèn)居民可支配收入>農(nóng)村居民可支配收入; 2)對生態(tài)足跡促進效果強度排序: 工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量>第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值>第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值>農(nóng)業(yè)人口>第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值>廢水排放量。抑制作用效果強度排序: 非農(nóng)業(yè)人口>專利申請授權(quán)量>經(jīng)費投入>城鎮(zhèn)居民可支配收入>農(nóng)村居民可支配收入。

寧波市生態(tài)足跡增加主要受污染排放和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等經(jīng)濟發(fā)展等因素影響。寧波市工業(yè)主要分布于北侖、鎮(zhèn)海、余姚、慈溪等地, 而奉化, 象山, 寧海等地工業(yè)發(fā)展相對較少, 結(jié)合圖1(e)與圖(3)結(jié)果, 生態(tài)足跡高地區(qū)的工業(yè)較發(fā)達。而工業(yè)發(fā)展過程中, 對生態(tài)足跡的促進作用可分為直接作用與間接作用兩類。其中, 直接作用表現(xiàn)為工業(yè)發(fā)展直接消耗生物資源、能源與化石燃料, 增加生物資源賬戶、能源賬戶消耗, 使得生態(tài)足跡增加; 間接作用表現(xiàn)為生物資源消耗、能源消耗與化石燃料燃燒, 產(chǎn)生大量廢氣、廢水、固體廢棄物, 通過生物資源賬戶、能源賬戶排放各類污染物使得污染賬戶增加, 進而影響生態(tài)足跡。而第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)、農(nóng)業(yè)人口存在類似的兩種作用交互影響的現(xiàn)象。

圖3 重要性—效果圖

Figure 3 Importance-effect diagram

對生態(tài)足跡抑制作用主要與科技水平和居民生活水平有關(guān)。1)專利申請授權(quán)量、經(jīng)費投入反映地區(qū)科技發(fā)展對生態(tài)足跡抑制作用。近些年, 隨著寧波市各類高新產(chǎn)業(yè)園、科研院所等發(fā)展, 及各類新材料、環(huán)保產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn), 提高資源能源利用效率, 緩解地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展對資源環(huán)境的壓力; 2)城鎮(zhèn)人均可支配收入、農(nóng)村人均可支配收入與非農(nóng)業(yè)人口反映地區(qū)社會發(fā)展對生態(tài)足跡抑制作用。結(jié)合2006—2016年均居民人均可支配收入, 城鎮(zhèn)居民為27 384元, 農(nóng)村居民為13 491元, 收入差距明顯, 導(dǎo)致非農(nóng)業(yè)人口與農(nóng)業(yè)人口對生態(tài)足跡影響作用相異。

4 討論與結(jié)論

結(jié)合已有關(guān)于典型內(nèi)陸城市研究[25-27], 以榆林市和淮北市為例, 擁有豐富礦產(chǎn)和土地資源, 而寧波市具有港口優(yōu)勢、漁業(yè)資源豐富的特點。兩者在資源稟賦、區(qū)位條件等差異, 使得彼此在生態(tài)足跡演變、驅(qū)動機制存在不同。首先, 榆林和淮北市均處于生態(tài)赤字狀態(tài), 且能源賬戶對生態(tài)足跡貢獻最大, 而污染足跡賬戶次之, 這一演變特征與寧波市生態(tài)足跡變化相似, 但寧波人均生態(tài)足跡大于榆林和淮北市, 主要由于其工業(yè)、港口經(jīng)濟相對發(fā)達; 其次, 生態(tài)承載力變化趨勢存在差異, 由于榆林在經(jīng)歷生態(tài)建設(shè)工程之后, 區(qū)域生態(tài)承載力得到明顯提升, 這一舉措對寧波市具有一定借鑒意義, 可通過生態(tài)修復(fù)工程提升區(qū)域生態(tài)環(huán)境承載力。研究過程中, 對收集社會面板數(shù)據(jù)進行偏最小二乘法分析, 需對數(shù)據(jù)進行離散化處理, 而不同離散化方式可能會影響驅(qū)動機制分析的精度。

在分析寧波市生態(tài)足跡、生態(tài)承載力、生態(tài)赤字的基礎(chǔ)上, 進一步測算并分析足跡深度、足跡廣度和自然資本存量與流量比等指數(shù), 揭示寧波市自然資本的利用情況, 并基于偏最小二乘回歸方法, 探究寧波市生態(tài)足跡時空演變的驅(qū)動機制。

1)寧波市經(jīng)濟社會發(fā)展對資源能源利用和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生巨大壓力。從人均生態(tài)足跡來看, 經(jīng)歷先增后減的變化, 由于寧波市自身自然資源稟賦較差, 當(dāng)前產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)需要消耗大量資源能源。雖然人均生態(tài)承載力則為逐年增加態(tài)勢, 但與人均生態(tài)足跡間存在較大差距, 使得人均生態(tài)赤字仍較高。今后, 寧波應(yīng)當(dāng)提高單位土地生態(tài)承載力, 提升生態(tài)環(huán)境應(yīng)對地區(qū)發(fā)展的彈性力;

2)足跡深度、足跡廣度及自然資本存量與流量比的結(jié)果顯示, 當(dāng)前寧波市對自然資本利用的可持續(xù)較低。年均數(shù)據(jù)顯示, 足跡深度約為足跡廣度的50倍, 即寧波市自然資本存量消耗遠超資本流量更新, 自然資本的大量消耗將會影響資本流量更新, 對今后寧波市可持續(xù)發(fā)展帶來嚴重阻礙;

3)產(chǎn)業(yè)發(fā)展與污染物排放等是導(dǎo)致生態(tài)足跡增加主導(dǎo)因素, 而科技水平與居民生活水平則對生態(tài)足跡有抑制作用。寧波市今后應(yīng)采取“兩手抓”策略, 即一方面加速產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整與升級, 淘汰落后高耗能產(chǎn)業(yè), 大力發(fā)展綠色循環(huán)經(jīng)濟, 通過加大科研投入, 提高資源利用效率, 減少各類污染物產(chǎn)生。另一方面, 提升污染物處理能力, 降低對周圍生態(tài)環(huán)境壓力。此外, 在產(chǎn)業(yè)升級過程中, 以政策引導(dǎo)來縮小城鄉(xiāng)居民生活差異, 并積極宣傳生態(tài)環(huán)保理念。

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Research of spatial and temporal evolution and driving mechanism of local three-dimensional ecological footprint in Ningbo

WANG Haifeng1, LI Jialin1,2,*, TIAN Peng1, JIAO Huiying1,WANG Zhongyi1, GAO Yang1

1. Department of Geography and Spatial Information Technology, Ningbo University, Ningbo 315211, China 2. Zhejiang Marine Culture and Economic Research Center, Ningbo 315211, China

The study of ecological footprint can reveal the impact of human activities on regional ecological environment, and is of great significance to balance economic development and ecological environment protection. Based on the social and economic panel data of Ningbo from 2006 to 2016, this paper calculated the local ecological footprint, ecological carrying capacity, the index of footprint depth and footprint size, then analyzed the driving mechanism of the dynamic evolution of ecological footprint by Partial Least Square regression. The results show thatthe current development of Ningbo has a huge pressure on resources, energy and ecological environment. The per capita ecological footprint has experienced the change of increased firstly and then decreased. Although the per capita ecological carrying capacity increased year by year, there is a big gap between it and the per capita ecological footprint, which makes the per capita ecological deficit still high. The consumption of natural capital stock in Ningbo far exceeds the renewal of capital flow, and the large consumption of natural capital will affect the renewal of capital flow, which will impede the sustainable development of Ningbo. Due to the poor natural resource endowment of Ningbo, the current industrial structure needs to consume a lot of resources and energy. Industrial development and pollutant discharge are the leading factors that lead to the increase of ecological footprint, while the level of science and technology and the living standard of residents have a restraining effect on ecological footprint. In the future, Ningbo should accelerate the adjustment and upgrade of industrial structure, eliminate backward and high energy consuming industries, vigorously develop green circular economy, reduce the generation of various pollutants, and improve the capacity of pollutant treatment. The results of the study are significance for the realization of economic development and ecological environment protection in Ningbo, and have certain academic value for enriching the research of ecological footprint in China.

ecological footprint; ecological carrying capacity; Ningbo; driving mechanism

汪海峰, 李加林, 田鵬, 等. 寧波市本地三維生態(tài)足跡時空演變及驅(qū)動機制研究[J]. 生態(tài)科學(xué), 2021, 40(4): 57–65.

WANG Haifeng, LI Jialin, TIAN Peng, et al. Research of spatial and temporal evolution and driving mechanism of local three- dimensional ecological footprint in Ningbo[J]. Ecological Science, 2021, 40(4): 57–65.

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.04.007

F205; X24

A

1008-8873(2021)04-057-09

2020-01-10;

2020-02-18

NSFC-浙江兩化融合聯(lián)合基金(U1609203); 國家自然科學(xué)基金項目(41601171)

汪海峰(1994—), 男, 安徽安慶人, 碩士, 主要從事海岸帶土地利用, E-mail: 1573002769@qq.com

李加林（1973—）, 男, 博士, 教授、博導(dǎo), 主要從事海岸帶資源環(huán)境、土地利用與土地覆被等研究, E-mail: nbnj2001@163.com