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J. Geogr。 科学。 2011，21（5）：859-868
DOI：10.1007 / s11442-011-0885-y
copy;2011/科学出版社/Springer-Verlag
长江三角洲地区生态足迹的时空变化及可持续性分析
王平 王新军
复旦大学环境科学与工程系，上海200433
摘要：在城市化的世界里，长江三角洲地区作为中国经济最发达的地区之一，在过去几十年取得的显着经济发展中吸引了全世界的关注。然而，经济的快速发展肯定会伴随着前所未有的消费和自然资源的丧失。因此，分析环境影响的生态状况和驱动因素，对于为当地可持续发展决策服务，构建和谐社会具有重要意义。本文以生态足迹（EF）作为生态环境影响的指标。在地理信息系统（GIS）的帮助下，我们研究了两种尺度（地区和城市）的生态足迹时空变化，并评估了YDR的城市可持续发展能力。 然后，我们通过回归对人口，富裕和技术（STIRPAT）模型的随机影响讨论了影响生态足迹变化的驱动因素。结果表明，1998 - 2008年区域生态足迹增长趋势（1.70-2.53公顷/帽）伴随着生态承载力下降（0.31-0.25公顷/帽），但生态赤字扩大（1.39-2.28公顷/帽）。全年生态足迹分布格局和可持续发展程度在城市间存在明显差异。2008年，YDR的生态足迹最高值（3.85公顷/年）和可持续发展指数（SDI = 1）中的最低值均在上海呈现。 人均GDP（A）是EF最主要的驱动力，1998 - 2008年A和EF之间并不存在经典的EKC假说。 因此，由于技术进步或其他因素，生态供应的增加和人类需求的减少是促进YDR可持续发展的最有效途径之一。 此外，应该重视改变我们对繁荣和成功的定义和衡量标准。
关键词：生态足迹; 时空分析; 可持续发展指数; STIRPAT模型; 长三角地区
介绍
发展中国家的城市化是21世纪的一个决定性特征。 在中国，
收到时间：2011-02-27接受日期：2011-04-10
基金会：国家自然科学基金青年学者50808048; 教育部人文社会科学研究项目，No.07JA630036
作者：王平（1980-）博士，专攻城市生态规划与区域可持续发展。
国内生产总值的禁止份额已经超过70％，2009年的城市化水平为46.6％（“中国统计年鉴”，2010年）。 城市化推动了国家经济的增长，并且肯定伴随着前所未有的消费和自然资源的丧失（Suzuki等，2009）。 城市如何继续更有效地利用城市化带来的经济增长机会，同时缓解快速城市化带来的环境恶化？ 中国不断增长的城市的可持续发展必须成为当务之急，这将有助于国家和国际层面的发展和安全（世界野生动物基金会，2007年）。 通过相应的人为驱动因素来衡量城市的可持续性和评估环境影响，成为实施可持续发展战略的最重要步骤之一，也是科学研究人员在环境科学领域的亮点之一（Dietz等，2007; Jia等人，2009; Wang等人，2010）。
过去十年间已经提出了许多测量可持续性的方法和指标（Moran et al。，2008）。 作为其中一种方法，生态足迹（EF）指标是评估区域环境状况和资源利用状况的有效评估工具。 自20世纪90年代（Wackernagel和Yount，1998）创立这个概念以来，它的简单性，高度聚合性和强大的可比性在学术界和官方机构中得到了广泛的应用和讨论。 由Dietz和Rosa提出的回归对人口，财富和技术（STIRPAT）模型的随机影响已成功用于分析驱动力对各种环境影响的影响（Dietz and Rosa，1994; York et al al。，2003; Liddle和Lung，2010）。 因此，EF法和STIRPAT模型的结合已经成为定量分析可持续发展的有效工具，并已被广泛用于分析全国范围内CO2排放，能源足迹和水足迹的驱动力。世界（York等人，2003; Long等人，2006; Jorgenson和Clark，2010）。 然而，在以往关于EF法和STIRPAT模型的研究中，城市尺度上的生态足迹时空分析和城市群可持续性评价并未受到重视。 此外，研究目前在区域经济中发生的两大转型的影响和城市化水平的不断提高很少做到。
长江三角洲地区是中国最发达的地区之一。 由于资源和环境能力有限，YDR正在推动探索可持续发展道路。 研究生态状况和驱动力是至关重要的。 本文以YDR的16个城市为研究区域，采用EF法研究了两种尺度上生态足迹的时空变化，评估了城市生态状况和可持续发展能力。 然后运用STIRPAT模型分析人口，经济和城市化水平对区域生态足迹的影响，旨在为当地可持续发展决策服务，实现国家建设和谐社会的承诺。
方法
学习区域
长三角地区作为世界级的城市群，位于中国的东部地区，包括江苏省上海，苏州，无锡，常州，南京，镇江，扬州，南通，泰州等城市以及浙江省杭州，嘉兴，湖州，宁波，绍兴，舟山和台州*国家发展和改革委员会，2010）。 该地区面积11万公里2，占全国面积的1.1％。 它包括40.1％的平原，44.9％的山区和15.0％的水体（Duan et al。，2009）。 该地区人口为13.881亿，占中国总人口的10.4％。 2009年，全国地区生产总值，地方财政收入和进出口总额分别达到5971.1亿元，6436亿元和7682亿美元，分别占全国的22.1％，24.5％和28.5％（http ：//www.stats-sh.gov.cn）。 然而，与中国其他地区一样，快速的经济发展和城市化对YDR的生态服务越来越重视，现在威胁到该地区的可持续性。
理论模型
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- 生态足迹模型
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Rees（1992）提出的生态足迹（EF）方法是衡量一个地区生态经济系统的可行方法（Wang and Bian，2008）。 在EF模型分析中，根据生物生产地区提供的资源和生态服务的差异，区分了6个主要类别：耕地，牧场，建筑面积，水域面积和化石能源面积。 根据Wackernagel（1999）的方法计算EF，生态容量（EC）和生态赤字（ED）可以表示为：
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n |
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EF = N times; ef = N sum;r j ( ci / pi ) |
(1) |
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i=1 |
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n |
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EC = N times; ec = N times; (1minus;12%)sum;a j rj y j |
(2) |
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j=1 |
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ED = EF minus; EC = N (ef minus; ec) |
(3) |
n
其中，ef是人均生态足迹，ec是人均生态容量，N是人口，i是项目的类别，ci是i项目的人均消费量，pi是平均生产力i，rj是等价因子，aj是j类别项目的生物生产区域，yj是j类别项目的产量因子。
等效系数表示与所有生物生产性地区的世界平均潜在生产力相比，特定生物生产性区域的世界平均潜在生产力。产量因素是一个国家（或地区）生态系统比世界平均水平更高的因素。 Wackernagel等人曾经使用论文中选取的等效因子和产量因子来计算中国的生态足迹。（1999年）。 当EF超过EC时，ED就会发生，说明研究区域相对难以持续。
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- 驾驶员分析方法（STIRPAT模型）
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Dietz和Rosa将IPAT改写成一个随机模型，名为STIRPAT（通过回归对人口，财富和技术产生的随机影响），可以对变量对环境的非比例影响进行统计学模拟（Dietz and Rosa，1994）。
标准的STIRPAT模型是
I = aP b Ac T d e
(4)
其中I表示环境影响，P表示人口规模，A表示富裕程度，T表示技术水平，常数a表示模型，b，c和d分别表示P，A和T的指数，e是错误的项目。 为了估计参数，模型变成
ln I = lna b(lnP) c(lnA) d (lnT ) lne
数据源
在工作中，我们分析了区域和城市尺度的生态足迹。 基础资料为1998年至2008年16个城市1998年和2008年（30 m分辨率）的两幅时间TM影像，土地利用数据和社会经济统计数据，分别从国家地理信息系统1：100 000地图数据库中国中心（NGCC），长江三角洲联盟研究中心2009年长江三角洲年鉴，江苏统计局1999-2009年江苏统计年鉴，浙江统计局1999-2009年统计年鉴，上海统计局1999-2009年上海统计年鉴和年鉴数据库（http://www.soshoo.com.cn/）。 缺失的数据是通过邻近年份的插值计算的。
结果和分析
YDR生态状况分析
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- 区域尺度生态足迹的变化
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根据EF法，我们用社会经济统计数据计算了生态足迹。 利用区域土地利用面积，我们获得了生态承载力。 整体而言，YDR的总生态足迹从1998年的1.70公顷上升至2008年的2.53公顷（图1），增长近1.5倍。 同时，1998年YDR总生态承载力为0.31 ha / cap，2008年下降到0.25 hm2。此外，根据总生态足迹和生态承载力的变化，YDR的生态赤字从1998年的1.39公顷上升到2008年的2.28公顷，远高于2007年中国平均1.2公顷的上限（World Wildlife Fund，2010），这表明YDR中的“人地”关系比中国的平均水平要紧，地区资源供应能力不足以支持地区人类活动。
图1 1998 - 2008年YDR人均生态足迹，生态承载力和生态赤字
3.2.1城市生态足迹的变化
通过地理信息系统（GIS）的空间分析方法，城市规模的人均生态足迹可以通过空间显式地图反映出来（图2）。从每幅地图上，通过比较不同城市的不同绿色等级，我们注意到人均生态足迹的空间格局极不均衡。 该地区越黑，该城市的人均生态足迹就越高。同时，舟山和台州的绿色是16个城市中最轻的，上海和镇江的绿色最深。 从11年来的两张地图上看，整个绿色变得越来越深，浅色区域越来越少，深色区域越来越大，这表明人类活动的整体人均生态足迹正在增加，生态足迹每人一些城市的人均增长迅速并下降到另一个水平。例如，无锡和湖州从1.20-2.20的范围上升到2.70-3.30。 类似的情况也发生在上海和镇江，从2.20-2.70上升到3.30-3.86，并且超过了2007年世界平均水平2.7公顷（世界野生动物基金会，2010）。
图2 1998年和2008年YDR的生态足迹分布
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- 城市可持续发展能力分析
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比较城市生态足迹与生态承载力，分析城市可持续发展能力。 同时，根据中国环境与发展国际合作委员会关于中国生态赤字的数据（Cheng et al。，2008），可持续发展水平应分为六个等级（表1）。 总结了1998年和2008年YDR 16个城市的可持续性评估结果（表2）。 该地区的可持续发展指数（SDI）越低，该地区的生态赤字就越高。 总体而言，1998年至2008年全年的区域可持续发展能力有所下降。可以清楚地看到，上海仍然是一级生态赤字极高的国家（gt; 2.0公顷/盖）; 台州和舟山为3或4级，生态赤字适中（0.1至1.0公顷/顶峰）; 其他城市如苏州从二级降至一
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