海小輝,田 悅,王 許

(1.內(nèi)蒙古財(cái)經(jīng)大學(xué) 統(tǒng)計(jì)與數(shù)學(xué)學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070;2.中國礦業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,江蘇 徐州 221116)

一、引言

隨著城市化、工業(yè)化、信息化的快速發(fā)展,人口膨脹、資源短缺、環(huán)境污染、生態(tài)破壞等問題凸現(xiàn),嚴(yán)重制約城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展,甚至已威脅到區(qū)域及國家的生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展。內(nèi)蒙古地域遼闊、歷史悠久、資源豐富,人均耕地、草場面積、森林面積及礦產(chǎn)資源含量居全國前列,是我國重要的能源和原材料供應(yīng)地,在我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中占有重要地位。但由于自然條件惡劣、生態(tài)環(huán)境脆弱以及人類活動(dòng)日益頻繁等因素,出現(xiàn)資源過度開發(fā)、土地沙化、水土流失、環(huán)境污染等生態(tài)環(huán)境問題,限制了內(nèi)蒙古社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

生態(tài)足跡模型作為一種有力的生態(tài)環(huán)境核算工具,運(yùn)用直觀的數(shù)學(xué)公式,對社會(huì)消費(fèi)量和生態(tài)環(huán)境的閾值進(jìn)行計(jì)算,可以有效評估地區(qū)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)性。本文采用2010—2019年數(shù)據(jù)對內(nèi)蒙古自治區(qū)的生態(tài)足跡進(jìn)行測度,分析內(nèi)蒙古生態(tài)可持續(xù)發(fā)展?jié)摿?采用偏最小二乘回歸模型分析影響生態(tài)足跡變化的驅(qū)動(dòng)因素,進(jìn)而預(yù)測內(nèi)蒙古2020—2025年的人均生態(tài)足跡,從而預(yù)測內(nèi)蒙古自治區(qū)的可持續(xù)發(fā)展趨勢。不僅對學(xué)術(shù)研究,更對科學(xué)合理地制定內(nèi)蒙古生態(tài)環(huán)境保護(hù)的相關(guān)政策都有重要意義。

二、文獻(xiàn)綜述

1992年,Willian E.Rees首次提出了生態(tài)足跡的概念,在此基礎(chǔ)上,博士生Wackernagel對生態(tài)足跡概念進(jìn)行了豐富和完善[1]。從此生態(tài)足跡作為一種評價(jià)可持續(xù)發(fā)展的生物、物理方法。三維生態(tài)足跡模型中,因六種類型的生態(tài)赤字(盈余)相加可能出現(xiàn)抵消情況導(dǎo)致低估足跡深度,我國學(xué)者方愷提出了改進(jìn)的三維生態(tài)足跡模型并用其分析了全國及全球生態(tài)足跡的時(shí)空變化特征[2-3]。劉家旗以2010—2017年黃河流域?yàn)檠芯繉ο?采用生態(tài)足跡法對其可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了評估,并基于GM(1,1)模型,對不同政策情景下的黃河流域在2020—2025年的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行評估[4]。為了更深一步探究經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中不同影響因素對生態(tài)足跡的影響,國內(nèi)外學(xué)者開始從諸多方面研究生態(tài)足跡的影響因素,評估因素產(chǎn)生的影響以便制定正確的決策。白冰玉對西安市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[5]。

綜上,生態(tài)足跡模型作為生態(tài)環(huán)境核算的有力工具,使用直觀的數(shù)學(xué)公式來計(jì)算社會(huì)消費(fèi)量以及生態(tài)環(huán)境的閾值,可以有效地評估地區(qū)生態(tài)環(huán)境可持續(xù)情況[6]。三維模型分別從時(shí)空兩方面表征了人類對資本存量的消耗(足跡深度)和對流量的占用(足跡廣度),增強(qiáng)了生態(tài)足跡在不同區(qū)域、不同時(shí)期之間的可比性,并在一定程度上克服了經(jīng)典模型的評估缺陷[3]。本文擬采用改進(jìn)的三維生態(tài)足跡模型分析內(nèi)蒙古地區(qū)的生態(tài)足跡廣度、生態(tài)足跡深度和生態(tài)赤字,探討內(nèi)蒙古生態(tài)可持續(xù)發(fā)展?jié)摿?對于足跡影響因素研究,本文在以往學(xué)者研究基礎(chǔ)上引入了退耕還林面積、環(huán)境保護(hù)支出、建成區(qū)綠化覆蓋率等變量作為政府實(shí)行生態(tài)補(bǔ)償?shù)奶娲兞?考察政府實(shí)行生態(tài)補(bǔ)償政策對生態(tài)足跡的影響。

三、三維生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)演變分析

(一)數(shù)據(jù)來源

本文選取內(nèi)蒙古2010—2019年生態(tài)資源所占用的足跡消費(fèi)量和全球平均生產(chǎn)力,其中包括農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)、漁業(yè)、能源產(chǎn)業(yè)的土地面積及其消費(fèi)品數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)主要來源于《內(nèi)蒙古統(tǒng)計(jì)年鑒》《FAO聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織》《內(nèi)蒙古自然資源與環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》等統(tǒng)計(jì)年鑒及公報(bào)。具體指標(biāo)如表1所示。

表1 生產(chǎn)產(chǎn)品分類

(二)計(jì)算方法[7-8]

1.二維生態(tài)足跡

具體計(jì)算公式如下:

EF=N×ef=N×∑(rj×Ai)

=∑[rj×(Ci/Pi)]

(1)

EC=N×ec=N×(1-12%)∑(rj×aj×yj

)(2)

ED=EF-EC

(3)

關(guān)于公式(1)(2)(3)的解釋說明見表2。

表2 公式(1)(2)(3)符號(hào)說明

根據(jù)公式(1)(2)(3)計(jì)算得到內(nèi)蒙古的人均生態(tài)足跡、人均生態(tài)承載力和人均生態(tài)赤字如表3所示。

表3 內(nèi)蒙古生態(tài)足跡數(shù)據(jù)匯總

2.三維生態(tài)足跡

具體計(jì)算公式如下:

(4)

(5)

EF3D.region=EFsize.region×EFdepth.region

(6)

關(guān)于公式(4)(5)(6)的解釋說明見表4。

表4 公式(4)(5)(6)符號(hào)說明

根據(jù)公式(4)(5)(6)計(jì)算得到內(nèi)蒙古的人均三維生態(tài)足跡、人均足跡廣度和人均足跡深度如表5所示。

表5 內(nèi)蒙古生態(tài)足跡數(shù)據(jù)匯總

(三)生態(tài)足跡、生態(tài)承載力、生態(tài)赤字動(dòng)態(tài)演變分析

在2010—2019年研究時(shí)間段內(nèi),內(nèi)蒙古人均生態(tài)足跡、生態(tài)承載力和生態(tài)赤字歷年變化趨勢如圖1所示。

圖1 內(nèi)蒙古人均生態(tài)足跡相關(guān)指標(biāo)變動(dòng)趨勢圖

如圖1所示,內(nèi)蒙古的人均生態(tài)足跡是在持續(xù)上升的,而且上升幅度很大,從2010年的8.81hm2/人上升到了2019年的14.63hm2/人,年增長率達(dá)到了5.8%。在這期間,2010—2017年的生態(tài)足跡相對穩(wěn)定,8年內(nèi)只增長了3.09hm2/人;2017—2019年的增速顯著加快,并呈現(xiàn)出一種陡坡型的發(fā)展態(tài)勢;這表明內(nèi)蒙古在過去10年的快速發(fā)展中,對自然資源的消耗也是巨大的。

內(nèi)蒙古人均生態(tài)承載力在研究期間內(nèi)波動(dòng)明顯,其中2010—2011年的生態(tài)承載力較為穩(wěn)定,幾乎沒有發(fā)生變化,但是在2012—2013年這一年間突然急劇下降,生態(tài)承載力一度跌入谷底,在2014—2017年生態(tài)足跡開始緩慢回升,并在2018年猛增至4.74hm2/人,之后趨于穩(wěn)定。總體來看,雖然生態(tài)承載力呈現(xiàn)較大波動(dòng),但總體仍呈現(xiàn)出緩慢增長趨勢,說明內(nèi)蒙古的生態(tài)承載力在逐年增加,但增加的速度卻小于生態(tài)足跡增加的速度,這意味著內(nèi)蒙古地區(qū)的自然資源消耗比自然資源供給要快得多,所以不能抵消增加的生態(tài)赤字,導(dǎo)致了生態(tài)赤字的不斷增長。

從2010—2019年,內(nèi)蒙古地區(qū)長期存在生態(tài)赤字狀態(tài),從未出現(xiàn)過生態(tài)盈余,并且生態(tài)赤字呈現(xiàn)出逐年遞增的趨勢,由2010年的4.74hm2/人上漲到2019年的9.88hm2/人,增長量為5.14hm2/人,年增長率為8.5%。由此可見,近10年間內(nèi)蒙古的生態(tài)需求一直大于生態(tài)供給,存在明顯的不對稱性,生態(tài)赤字問題日益突出,截至2019年,已達(dá)到了9.88hm2/人,2019全區(qū)的人均生態(tài)足跡達(dá)到了人均生態(tài)承載力的3.08倍,表明內(nèi)蒙古的生態(tài)狀態(tài)在不斷惡化,生態(tài)環(huán)境的壓力越來越大,人類對環(huán)境與資源的使用已遠(yuǎn)超其所能承載的極限,進(jìn)入了一種不可持續(xù)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

(四)內(nèi)蒙古可持續(xù)發(fā)展能力分析

1.生態(tài)資源利用效率指數(shù)

萬元GDP生態(tài)足跡代表的是資源利用效率,它指的是每生產(chǎn)一萬元GDP所占用的生態(tài)資源,它反映了經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的質(zhì)量和資源利用的效率,這個(gè)指標(biāo)是一個(gè)逆指標(biāo),比值越小,意味著資源利用效率越高,經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展質(zhì)量就越好。其計(jì)算公式如下:

EE=EF/GDP

(7)

公式(7)中,EE表示生態(tài)資源利用效率指數(shù),EF表示生態(tài)足跡,GDP表示國內(nèi)生產(chǎn)總值(單位為萬元)。

2.生態(tài)足跡指數(shù)

生態(tài)足跡指數(shù)是指區(qū)域生態(tài)盈余與生態(tài)承載力的比值,計(jì)算公式為如下:

EFI=(EC-EF)/EC

(8)

公式(8)中,EFI表示生態(tài)足跡指數(shù)。

3.生態(tài)壓力指數(shù)

生態(tài)壓力指數(shù)是指區(qū)域生態(tài)足跡與生態(tài)承載力的比值,反映了區(qū)域承載的生態(tài)壓力的程度。生態(tài)壓力指數(shù)的基準(zhǔn)值為1,說明此時(shí)的自然資源消耗與自然資源供給正好相等,也就是在這個(gè)時(shí)候,只消耗自然資本流量,而不需要使用自然資本存量。生態(tài)壓力指數(shù)越高,表明該地區(qū)的生態(tài)安全狀況越差,生態(tài)壓力越大。其計(jì)算公式如下:

ETI=EF/EC

(9)

公式9中,ETI表示生態(tài)壓力指數(shù)。

4.生態(tài)資源利用效率指數(shù)、生態(tài)足跡指數(shù)和生態(tài)壓力指數(shù)動(dòng)態(tài)演變分析

由公式(7)(8)(9)計(jì)算出的生態(tài)資源利用效率指數(shù)、生態(tài)足跡指數(shù)和生態(tài)壓力指數(shù)的具體數(shù)值如表6所示。

表6 生態(tài)資源利用效率指數(shù)、生態(tài)足跡指數(shù)和生態(tài)壓力指數(shù)

按照公式(7)(8)(9),根據(jù)生態(tài)足跡模型的計(jì)算結(jié)果對內(nèi)蒙古2010-2019年的資源利用效率、生態(tài)足跡指數(shù)和生態(tài)壓力指數(shù)進(jìn)行計(jì)算,其動(dòng)態(tài)演變趨勢如圖2所示。

圖2 2010—2019年內(nèi)蒙古可持續(xù)發(fā)展相關(guān)指標(biāo)變動(dòng)趨勢圖

通過對內(nèi)蒙古資源利用效率指數(shù)進(jìn)行分析,可以看到,內(nèi)蒙古在所調(diào)查的時(shí)間段內(nèi),單位面積的產(chǎn)量在不斷地增加,生產(chǎn)萬元GDP所需的生態(tài)資源也在不斷地下降,生態(tài)資源的使用效率也在不斷地提升;但其生態(tài)資源消耗數(shù)量仍然很大,生態(tài)形勢依舊不容樂觀;對內(nèi)蒙古地區(qū)生態(tài)足跡指數(shù)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)蒙古地區(qū)的生態(tài)足跡指數(shù)明顯降低,生態(tài)足跡發(fā)展趨勢嚴(yán)峻;通過計(jì)算生態(tài)壓力指數(shù)發(fā)現(xiàn)內(nèi)蒙古在研究期間的生態(tài)壓力指數(shù)逐年上漲,這說明內(nèi)蒙古地區(qū)在過去10年中面臨著日益嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境壓力。從總體上看,各項(xiàng)指數(shù)的測算都顯示出內(nèi)蒙古地區(qū)環(huán)境所承受的生態(tài)壓力在逐年增加,其生態(tài)可持續(xù)發(fā)展不容樂觀[9]。

四、三維生態(tài)足跡驅(qū)動(dòng)因子分析

本文利用偏最小二乘回歸模型對內(nèi)蒙古生態(tài)足跡影響因素深入研究,從而找出自然資本變動(dòng)的主要原因,促進(jìn)內(nèi)蒙古生態(tài)可持續(xù)發(fā)展。

(一)指標(biāo)選取

在探究生態(tài)足跡的影響因素時(shí),參考眾多學(xué)者對影響因素指標(biāo)的選取,主要涉及人口、經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生態(tài)污染、科技發(fā)展、環(huán)境建設(shè)等方面。

根據(jù)已有研究成果以及內(nèi)蒙古自治區(qū)的發(fā)展特點(diǎn),提出了本區(qū)特色的自變量。第一,生態(tài)承載力,表明了地球自然環(huán)境、生態(tài)環(huán)境所能提供給人類生產(chǎn)活動(dòng)的生態(tài)資源總量,反映了一個(gè)地區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況;第二,常住人口,人口數(shù)量與生態(tài)足跡息息相關(guān),通常情況下,人口越多對環(huán)境的破壞越大;第三,人均地區(qū)生產(chǎn)總值,能夠很好地代表一個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平,因此人均GDP可以很好地代表經(jīng)濟(jì)發(fā)展對生態(tài)足跡的影響;第四,第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值,第二產(chǎn)業(yè)在我國主要指工業(yè)和建筑業(yè),由于內(nèi)蒙古地區(qū)發(fā)展中工業(yè)占有較大的比重,可以很好地代表能源利用對生態(tài)足跡的影響;第五,退耕還林面積,雖然內(nèi)蒙古自治區(qū)地大物博,但是低產(chǎn)耕地較多、水土流失嚴(yán)重,為恢復(fù)生態(tài)平衡,國家在早年間重點(diǎn)提出在內(nèi)蒙古地區(qū)采取退耕還林政策,其既能改善生態(tài)環(huán)境又能增加經(jīng)濟(jì)效益;第六,建成區(qū)綠化覆蓋率,指在城市建成區(qū)的綠化覆蓋面積占建成區(qū)面積的比率,可以反映出該地區(qū)對生態(tài)環(huán)境的重視程度;第七,環(huán)境保護(hù)支出,代表了一個(gè)地區(qū)對環(huán)境保護(hù)的重視程度,反映了該地區(qū)對生態(tài)環(huán)境的態(tài)度;第八,科學(xué)技術(shù)支出,反映該地區(qū)全部科技活動(dòng)的支出情況,投入越多說明該地區(qū)會(huì)引入先進(jìn)的科學(xué)技術(shù),對生態(tài)足跡可能會(huì)產(chǎn)生影響[10]。

基于內(nèi)蒙古自治區(qū)的具體情況,選擇了人均三維生態(tài)足跡作為被解釋變量,選擇了8個(gè)指標(biāo)作為解釋變量,如表7所示。

表7 解釋變量

(二)偏最小二乘回歸模型構(gòu)建

根據(jù)上文中人均三維生態(tài)足跡計(jì)算結(jié)果,以2010—2019年人均三維生態(tài)足跡為因變量,建立其驅(qū)動(dòng)因子的偏最小二乘回歸模型(PLS)。具體建模步驟如下。

1.交叉有效性分析

最佳成分?jǐn)?shù)的選擇關(guān)系到偏最小二乘回歸建模的成敗,也是后續(xù)回歸分析的依據(jù)。為保證估計(jì)結(jié)果的可靠性,采用交叉有效性原則檢驗(yàn)精度。當(dāng)Q2的數(shù)值大于或等于0.0975時(shí),表示主成分再增大是沒有意義的,也就是相應(yīng)的主成分個(gè)數(shù)是最優(yōu)的主成分個(gè)數(shù);當(dāng)Q2小于0.0975時(shí),需結(jié)合VIP投影重要性分析得出最佳主成分個(gè)數(shù)。

表8 PLS模型的交叉有效性驗(yàn)證

經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理后的偏最小二乘回歸模型為:

(10)

2.精度檢驗(yàn)

在偏最小二乘回歸模型分析中,常用變量投影重要性(VIP)來衡量每個(gè)自變量對因變量的解釋力。一般認(rèn)為,VIP大于1的自變量重要,在0.5-1之間的比較重要,小于0.5的則不重要。將各指標(biāo)因素進(jìn)行變量投影重要性分析,結(jié)果如表9所示。

表9 變量投影重要性指標(biāo)

由表9可知,因子P、GDP、SI、X2和X3的VIP大于1,表示其對人均三維生態(tài)足跡有顯著影響;X4的VIP在0.5—1之間,表示其對人均三維生態(tài)足跡影響比較重要;而EC的VIP值為0.150<0.5,X1的VIP值為0.035<0.5,可見,EC與X1對人均三維生態(tài)足跡的影響很小。所以,用偏最小二乘方回歸方法進(jìn)行的變項(xiàng)投影重要性分析,其結(jié)果與偏最小二乘方回歸方法所得到的結(jié)果是基本一致的。

(三)模型結(jié)果分析

由表9可知,除了生態(tài)承載力和退耕還林面積外,其他變量對人均三維生態(tài)足跡的解釋力度都大于0.5,說明各變量的選取都很合適,整體上對因變量的解釋力度也比較大。同時(shí),與其他變量相比,盡管生態(tài)承載力和退耕還林面積的VIP值最低,但其對人均三維生態(tài)足跡仍然具有一定影響。

由公式(10)可知,人均三維生態(tài)足跡正向影響因素包括:總?cè)丝?、人均GDP和環(huán)境保護(hù)支出;逆向影響因素包括:生態(tài)承載力、第二生產(chǎn)總值、退耕還林面積、建成區(qū)綠化覆蓋率和科學(xué)技術(shù)支出。具體結(jié)果分析如下。

人均GDP是生態(tài)足跡正向影響最大的因素,其回歸系數(shù)值為3.808,VIP=1.318大于1,說明該指標(biāo)對生態(tài)足跡有顯著的正向影響。選取指標(biāo)時(shí),我們把人均GDP看作經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平,說明隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,會(huì)對自然環(huán)境造成一定的破壞。由此可見,經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展將逐漸成為發(fā)展的主流。

人口數(shù)量對生態(tài)足跡的正向影響也較大,其回歸系數(shù)值為0.801,VIP=1.302大于1,說明該指標(biāo)對生態(tài)足跡有顯著的正向影響。由此可見,隨著人口的增加,在此區(qū)域自然資本流量不足以滿足消費(fèi)需求,需要消耗自然資本存量,導(dǎo)致生態(tài)壓力越來越大。

環(huán)境保護(hù)支出也是生態(tài)足跡正向影響的因素,其回歸系數(shù)值為0.695,VIP=1.028大于1,說明該指標(biāo)是非常重要的正向影響指標(biāo)。由此可見,政府增加環(huán)境保護(hù)支出并沒有達(dá)到緩解生態(tài)壓力的效果,這可能是因?yàn)榄h(huán)境保護(hù)支出的增加并沒有達(dá)到預(yù)期提高資源利用效率的效果,從而使得這個(gè)變量對生態(tài)足跡出現(xiàn)正向影響現(xiàn)象,也側(cè)面反映出了政府的環(huán)境保護(hù)政策還有待完善[11]。

第二生產(chǎn)總值也是生態(tài)足跡負(fù)向影響最大的因素,其回歸系數(shù)值為-1.858,VIP=1.339大于1,說明該指標(biāo)對生態(tài)足跡有顯著的負(fù)向影響。由此可見,近幾年科學(xué)技術(shù)的發(fā)展有效緩解了內(nèi)蒙古的生態(tài)的壓力,對當(dāng)?shù)乜沙掷m(xù)發(fā)展有著很好的促進(jìn)作用。

科學(xué)技術(shù)支出對生態(tài)足跡產(chǎn)生負(fù)向影響,其回歸系數(shù)值為-1.149,VIP=0.582,說明其是生態(tài)足跡比較重要的負(fù)向指標(biāo)。由此可見,近幾年科學(xué)技術(shù)的發(fā)展有效緩解了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)壓力,對當(dāng)?shù)乜沙掷m(xù)發(fā)展有著很好的促進(jìn)作用。

生態(tài)承載力對生態(tài)足跡將會(huì)產(chǎn)生負(fù)向影響,其回歸系數(shù)值為-0.729,VIP=0.150,雖然不如其他指標(biāo)的影響大,但對生態(tài)足跡也會(huì)產(chǎn)生一些影響。由此可以看出,生態(tài)承載力與生態(tài)足跡的發(fā)展方向是相反的,當(dāng)生態(tài)承載力變大時(shí),就意味著生態(tài)環(huán)境變好,生態(tài)足跡將會(huì)變小。

退耕還林面積對生態(tài)足跡產(chǎn)生負(fù)向影響,其回歸系數(shù)值為-0.777,VIP=0.035,表明退耕還林面積對生態(tài)足跡的影響很小。由此可見,退耕還林政策雖然可以緩解當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)壓力,但這種作用還沒有很好地顯現(xiàn)出來,可能還需要一段時(shí)間。

建成區(qū)綠化覆蓋率的回歸系數(shù)值為-0.052,VIP=1.164,雖然其在偏最小二乘回歸模型中的參數(shù)估計(jì)并不顯著,但VIP值大于1,對生態(tài)足跡仍起到重要作用。

五、三維生態(tài)足跡預(yù)測

(一)GM(1,1)模型簡介

1.模型介紹

在灰色系統(tǒng)理論的研究中,預(yù)報(bào)或預(yù)測已成為灰色系統(tǒng)理論的一個(gè)最活躍的領(lǐng)域。最常用的灰色系統(tǒng)預(yù)測模型是GM(1,1)模型,其運(yùn)算過程如下:

設(shè)A=[αβ]T,利用最小二乘法求A=(BTB)-1BTY,其中:

(11)

Y=[X(0)(2),X(0)(3),X(0)(n)]T

(12)

將所求的參數(shù)值帶入微分方程可得:

(13)

上述模型所獲得的是一次累積量,通過數(shù)據(jù)X(1)(i+1)逆生成,才能獲得所需要的預(yù)測值。

2.模型檢驗(yàn)

首先,級比檢驗(yàn)。在建立灰色預(yù)測模型GM(1,1)前,要做時(shí)間序列的級比檢驗(yàn)。若所有的級比值都位于區(qū)間(e＾(-2/(n+1)),e＾(2/(n+1))內(nèi),則表示通過級比檢驗(yàn),說明該序列適合構(gòu)建灰色模型。

其次,后驗(yàn)差檢驗(yàn)。用后驗(yàn)差比率可以檢驗(yàn)灰色預(yù)測結(jié)果的精度,越小的后驗(yàn)差比率表明灰色預(yù)測的精度越高。

再次,殘差檢驗(yàn)。通過計(jì)算所得預(yù)測值與樣本數(shù)據(jù)的相對誤差進(jìn)行檢驗(yàn),相對誤差值越小越好,一般情況下小于20%即說明擬合良好。

(二)內(nèi)蒙古生態(tài)足跡指標(biāo)預(yù)測

1.內(nèi)蒙古生態(tài)足跡模型檢驗(yàn)

選用2010—2019年內(nèi)蒙古的人均生態(tài)足跡廣度、深度以及人均三維生態(tài)足跡作為統(tǒng)計(jì)值,分別檢驗(yàn)是否適合使用GM(1,1)模型,結(jié)果如下:

首先,級比檢驗(yàn)。由表10可知,人均生態(tài)足跡的廣度、深度以及人均三維生態(tài)足跡序列的各級比值都在區(qū)間(0.834,1.199)內(nèi),說明這三個(gè)序列都適合構(gòu)建灰色預(yù)測模型。

表10 級比檢驗(yàn)結(jié)果

其次,后驗(yàn)差檢驗(yàn)。通過對三個(gè)模型分別進(jìn)行后驗(yàn)差檢驗(yàn),可知人均生態(tài)足跡廣度后驗(yàn)差比值為0.452,表明模型精度合格;人均生態(tài)足跡深度后驗(yàn)差比值為0.538,表明模型精度基本合格;人均三維生態(tài)足跡后驗(yàn)差比值為0.097,表明模型精度很高。

再次,殘差檢驗(yàn)。由表11可知,人均生態(tài)足跡廣度預(yù)測模型的平均相對誤差為6.814%小于20%,說明使用GM(1,1)模型對人均生態(tài)足跡廣度進(jìn)行預(yù)測是可行的;人均生態(tài)足跡深度預(yù)測模型的平均相對誤差為7.322%小于20%,說明使用GM(1,1)模型對人均生態(tài)足跡深度進(jìn)行預(yù)測是可行的;人均三維生態(tài)足跡預(yù)測模型的平均相對誤差為3.145%小于20%,說明使用GM(1,1)模型對人均三維生態(tài)足跡進(jìn)行預(yù)測是可行的。

表11 相對誤差值 單位:%

2.內(nèi)蒙古生態(tài)足跡預(yù)測

內(nèi)蒙古人均生態(tài)足跡廣度、人均生態(tài)足跡廣度和人均三維生態(tài)足跡預(yù)測結(jié)果如下:

從表12的預(yù)測結(jié)果來看,未來六年內(nèi)蒙古人均生態(tài)足跡廣度、人均生態(tài)足跡深度和人均三維生態(tài)足跡都還在以一種非常明顯的速度在增長著,且增長速度較快;這表明隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,內(nèi)蒙古透支自然資本存量的狀況越來越嚴(yán)重,自然資源的消耗速度高于其可再生速度現(xiàn)象愈演愈烈,生態(tài)環(huán)境壓力逐年增大,可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r不容樂觀。

表12 內(nèi)蒙古生態(tài)足跡預(yù)測結(jié)果

六、結(jié)論與建議

(一)結(jié)論

本文采用三維生態(tài)足跡模型測算了2010—2019年內(nèi)蒙古的人均三維生態(tài)足跡,人均生態(tài)生態(tài)承載力,人均生態(tài)足跡廣度和人均生態(tài)足跡深度和生態(tài)赤字,可得出以下結(jié)論:

1.通過測算結(jié)果可知2010—2019年內(nèi)蒙古人均生態(tài)足跡表現(xiàn)為緩慢上升趨勢;人均生態(tài)承載力波動(dòng)明顯,但總體仍表現(xiàn)為增長;10年間內(nèi)蒙古一直處于生態(tài)赤字狀態(tài),并且赤字狀況日益嚴(yán)重。由此可見,內(nèi)蒙古的生態(tài)承載力雖然在增加,但其增加速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于生態(tài)足跡的增加速度,使得生態(tài)赤字狀況越來越嚴(yán)重,生態(tài)環(huán)境正在逐步惡化,可持續(xù)發(fā)展水平較差。

2.通過測算2010—2019年內(nèi)蒙古的資源利用效率、生態(tài)足跡指數(shù)和生態(tài)壓力指數(shù),可知研究期間內(nèi)蒙古總體呈現(xiàn)區(qū)域發(fā)展極不安全、嚴(yán)重不可持續(xù)發(fā)展的狀態(tài),且這種狀態(tài)有愈演愈烈的趨勢。由此可見,內(nèi)蒙古的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式仍在不斷地大規(guī)模消耗資源,生態(tài)資源的消耗速度高于其可再生速度,內(nèi)蒙古自然環(huán)境面臨的生態(tài)壓力逐年增大,可持續(xù)發(fā)展能力堪憂。

3.通過建立偏最小二乘分析模型,可知人口、人均GDP和環(huán)境保護(hù)支出的VIP值均大于1,對生態(tài)足跡產(chǎn)生顯著的正向影響;第二生產(chǎn)總值和建成區(qū)綠化覆蓋率的VIP值大于1,對生態(tài)足跡產(chǎn)生顯著的負(fù)向影響;科學(xué)技術(shù)支出的VIP值在0.5—1,對生態(tài)足跡產(chǎn)生比較重要的負(fù)向影響;生態(tài)承載力和退耕還林面積的VIP值小于0.5,對生態(tài)足跡產(chǎn)生最輕微的負(fù)向影響。

4.通過對人均生態(tài)足跡廣度、深度以及人均三維生態(tài)足跡進(jìn)行預(yù)測,結(jié)果表明未來6年,內(nèi)蒙古的人均生態(tài)足跡廣度、深度以及人均三維生態(tài)足跡都呈現(xiàn)出顯著的增長趨勢,這說明未來內(nèi)蒙古的生態(tài)環(huán)境壓力會(huì)逐年增加,生態(tài)可持續(xù)形勢依然不容樂觀。因此,政府要積極采取政策,轉(zhuǎn)變現(xiàn)有的生態(tài)形式,促進(jìn)生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。

(二)建議

根據(jù)內(nèi)蒙古的生態(tài)環(huán)境綜合評估,對其可持續(xù)發(fā)展提出以下5點(diǎn)建議。

1.以技術(shù)為核心提高土地利用效率

從內(nèi)蒙古的生態(tài)盈余狀況來看,建設(shè)用地和化石能源用地是波動(dòng)的主要原因。在城市化與工業(yè)化發(fā)展過程中,在現(xiàn)有技術(shù)條件下,內(nèi)蒙古的生態(tài)盈余狀況不斷惡化。因此,在未來,減少建筑用地和化石能源用地,發(fā)展與內(nèi)蒙古地區(qū)相適應(yīng)的科學(xué)創(chuàng)新技術(shù),高效、可持續(xù)的土地管理和使用也將,有利于緩解生態(tài)赤字。

2.提倡節(jié)約發(fā)展,提倡綠色發(fā)展,降低人均生態(tài)足跡

實(shí)現(xiàn)內(nèi)蒙古的可持續(xù)發(fā)展,必須降低人均生態(tài)足跡。發(fā)展的目的在于提升人民生活的幸福感,真正的發(fā)展并不意味著必然的環(huán)境惡化,也不意味著生態(tài)的失衡。然而,隨著人口的增多和消費(fèi)的不斷擴(kuò)大,大量的消耗品被消耗,同時(shí),因?yàn)橥恋孛娣e的固定,導(dǎo)致了生態(tài)足跡的增大。為此要倡導(dǎo)綠色節(jié)約發(fā)展,統(tǒng)一經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)之間的關(guān)系。首先減少人們的資源浪費(fèi),倡導(dǎo)有效消費(fèi)。其次是生產(chǎn)上的節(jié)約,即從原料、能源、礦產(chǎn)資源、水資源等多方面進(jìn)行節(jié)約。最后要提倡工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)遵循減量化、再使用、資源化等原則。降低人均生態(tài)足跡,避免人類活動(dòng)對自然資源的過度消耗。

3.增加環(huán)境保護(hù)資金投入,促進(jìn)生態(tài)平衡

將資源環(huán)境承載力融入規(guī)劃與治理工作,科學(xué)評估,避免過度開采,發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì),盡力降低人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對資源環(huán)境的負(fù)面影響。實(shí)施更嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī),使企業(yè)和個(gè)人對其環(huán)境影響負(fù)責(zé),同時(shí)通過設(shè)立環(huán)保基金,吸引更多的投資用于環(huán)保項(xiàng)目。增加環(huán)境保護(hù)資金投入,切實(shí)落實(shí)自然資源用途管制制度,建立補(bǔ)償制度,補(bǔ)貼污染廢料的成本,解決保護(hù)環(huán)境和持續(xù)發(fā)展的矛盾,使資源得到可持續(xù)的、健康的發(fā)展。

4.節(jié)能降耗,大力發(fā)展清潔能源

提高工業(yè)能源利用效率,促進(jìn)企業(yè)降耗增效,加快形成綠色集約化生產(chǎn)方式,會(huì)有效提高生態(tài)足跡。內(nèi)蒙古作為國家重要能源和戰(zhàn)略資源基地,肩負(fù)著保障國家能源安全的重要責(zé)任。在保障電力供應(yīng)的情況下,調(diào)整能源結(jié)構(gòu),能源供應(yīng)向清潔能源轉(zhuǎn)變,加強(qiáng)煤炭清潔高效利用、優(yōu)化煤炭和新能源組合,促進(jìn)內(nèi)蒙古能源可持續(xù)發(fā)展。

5.實(shí)施退牧還草和退耕還林政策,保護(hù)生態(tài)環(huán)境

退牧還草、退耕還林是有效地促進(jìn)生態(tài)恢復(fù)措施。通過這些措施,既可以保護(hù)土地資源,防止過度耕種和過度放牧引發(fā)的土地退化和生態(tài)破壞,也可以提供新的經(jīng)濟(jì)發(fā)展機(jī)會(huì),保證內(nèi)蒙古的可持續(xù)性。