生态足迹变化的动力机制及生态足迹模型改进研究

摘要

长时间序列的生态足迹研究，可以揭示区域生态足迹变化的特征、发展演化的动力机制和未来变化发展的趋势。生态足迹变化的动力机制研究在于揭示生态足迹变化的原因、内部机制和基本过程，以预测其未来变化发展的趋势。尽管近年来，国内外涌现出大量不同尺度和不同类型地区的生态足迹实证研究，但在一定程度上，以往的研究对生态足迹变化的动力机制，缺乏系统和客观科学的解释和分析，难以据此进一步反映未来的动态可持续性趋势，从而影响了生态足迹对区域可持续发展的政策制定和实践指导的作用，有必要进一步深入地研究。而就生态足迹本身的改进研究而言，也可以尝试采用新的研究思路，以弥补生态足迹生态偏向性的不足。
　　 因此，在加强对生态足迹本身研究的同时，有必要从生态足迹和社会经济之间的内在关系入手，进一步展开深入的研究。本研究选择新疆为典型案例，首先进行区域社会经济和生态环境的协调分析，系统、综合地评价区域社会经济与资源环境协调发展的状态和程度。在此背景之下，在对长时间序列的区域生态足迹进行计算与分析的基础上，从生态足迹与相关社会经济因素的内在联系出发，分析生态足迹与经济增长之间的定量关系，深入研究生态足迹变化的动力机制，包括生态足迹主要影响因子的定量分析、生态足迹变化的主要社会经济驱动力及其驱动机制分析，揭示生态足迹变化的原因、内部机制和基本过程。并以此为基础，应用非线性科学方法对未来生态足迹动态发展趋势进行科学的预测。最后，弥补生态足迹具有生态偏向性的不足，结合生态系统服务，将社会经济系统全面纳入到生态足迹的研究框架之中，在对区域社会经济与资源环境的协调发展进行综合评价的背景之下，尝试提出改进生态足迹模型的思路并加以应用。本文的研究成果，在理论上，提供一种生态足迹变化的内在机制及其改进方法的研究范式，完善和促进生态足迹理论与方法的发展；在实践上，对制定区域可持续发展战略起到一定的参考和借鉴作用。
　　 本文的主要研究内容和方法如下：
　　 (1)对区域社会经济与资源环境的协调发展进行定量测度。引入集对分析(Set PairAnalysis，SPA)理论和方法，将其与协调发展定量测度模型相结合，构建基于集对分析的耦合度及耦合协调度模型，来反映中国各省区社会经济与资源环境协调发展的现状，并进一步应用空间统计分析中的ESDA方法，检测和探讨了其空间自相关及集群效应。在此基础上，对新疆社会经济与资源环境协调发展态势进行了定量测度与分析。
　　 (2)分析生态足迹与经济增长之间的定量关系。综合应用生态足迹理论、计量经济学中的协整理论、误差修正模型、Granger因果检验方法，研究新疆自然资源消耗与经济增长之间的长期均衡和短期波动关系，以及Granger因果关系。
　　 (3)进行生态足迹变化的社会经济驱动力及机制研究。首先，对新疆生态足迹的主要社会经济影响因子进行定量分析。通过应用两种具有代表性的、定量化因子筛选分析方法，即偏最小二乘法(partial least squares，PLS)和灰色关联熵法，进行比较分析和相互印证，以揭示影响生态足迹的各种因素的重要性程度，并筛选出最主要因素。在此基础上，尝试将环境研究领域的IPAT等式及其随机形式STIRPAT模型引入到生态足迹变化与社会经济发展关系的研究中，建立了新疆生态足迹与人口、人均GDP、城市化、产业结构和能源强度等之间的多元线性对数模型，并分别采取多元线性回归、岭回归和PLS回归方法进行拟合和相互印证，探讨生态足迹变化的社会经济驱动机制。
　　 (4)应用非线性科学方法实现对未来生态足迹动态发展趋势的预测。从分析新疆人均生态足迹值与其主要影响因子之间的内在关系出发，建立起使用遗传算法优化的小波神经网络--遗传算法小波神经网络，构建预测精度更高的人均生态足迹预测模型，以有效地展开对未来生态足迹动态发展趋势的预测。
　　 (5)尝试提出对传统生态足迹模型的改进思路并加以应用。针对传统生态足迹分析的缺陷，将生态足迹方法和生态系统服务方法相集成，把新疆社会经济与资源环境系统各因素全面地纳入到生态足迹框架之中；增加一类污染吸纳土地：对传统的化石燃料足迹进行改进，并将传统模型与改进模型的计算结果进行比较分析。最后，对新疆提出了一些切实有效地降低生态足迹，实现区域可持续发展的对策和建议。