我國省域資源環(huán)境承載情況評價及空間統(tǒng)計分析

摘要 依據(jù)PRED框架，建立資源環(huán)境壓力和資源環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系，利用“縱橫向拉開檔次法”評價2006-2011年間省域資源環(huán)境承載情況，基于空間統(tǒng)計方法分析資源環(huán)境壓力、承載力和承載率的空間相關(guān)性。結(jié)果表明：研究期間，省域資源環(huán)境壓力由西向東、由北到南依次遞減，資源環(huán)境承載力和承載率呈現(xiàn)出由東部沿海向西北部梯狀下降模式。此外，資源環(huán)境壓力、承載力和承載率均存在較強(qiáng)的全局正相關(guān)，呈現(xiàn)出“中心—外圍”格局。

關(guān)鍵詞 資源環(huán)境壓力 資源環(huán)境承載力 縱橫向拉開檔次法 Moran's I指數(shù) 空間統(tǒng)計

中圖分類號：F062.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Ａ

資源環(huán)境承載力概念是衡量人類經(jīng)濟(jì)社會活動與資源環(huán)境相互關(guān)系的科學(xué)指標(biāo)，是人類可持續(xù)發(fā)展的度量和管理決策的重要依據(jù)。國內(nèi)外關(guān)于資源環(huán)境壓力的定量評價提出了一些指標(biāo)和方法，如生態(tài)足跡法、STIRPAT模型法等。關(guān)于資源環(huán)境承載力的研究主要涉及承載體、承載對象和承載力等三要素。毛漢英，余丹林等（2001a，2001b） 建立由壓力類、承壓類和區(qū)際交流共27項指標(biāo)構(gòu)成的指標(biāo)體系，綜合利用狀態(tài)空間法、系統(tǒng)動力學(xué)、回歸預(yù)測、灰色預(yù)測、差分遞歸預(yù)測等多種方法，構(gòu)建了環(huán)渤海地區(qū)區(qū)域承載力的SD模型，利用DYNAMO軟件進(jìn)行預(yù)測和模擬。葉明霞，羅國云（2009） 利用矢量法對長江中上游地區(qū)資源環(huán)境承載力進(jìn)行實證分析。唐凱等（2012） 采用集對分析法對長株潭城市群的資源環(huán)境綜合承載力進(jìn)行的測算。

通過對相關(guān)文獻(xiàn)的閱讀，目前資源環(huán)境承載情況評價有以下特點：權(quán)重設(shè)定缺乏客觀性；評價缺乏連續(xù)性；資源環(huán)境的空間相關(guān)性未考慮。

由于區(qū)域是由人口、資源、環(huán)境、發(fā)展（population， resources， environment，development， PRED）等4個子系統(tǒng)組成的巨系統(tǒng)，本文依據(jù)PRED框架，建立資源環(huán)境壓力和資源環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系，利用“縱橫向拉開檔次法”對2006-2011年間中國30個省域資源環(huán)境壓力、資源環(huán)境承載力評價，進(jìn)一步計算資源環(huán)境承載力等的Moran's I指數(shù)，對資源環(huán)境承載情況進(jìn)行空間統(tǒng)計研究。

一、區(qū)域資源環(huán)境壓力、資源環(huán)境承載力和資源環(huán)境承載率的科學(xué)內(nèi)涵

區(qū)域資源環(huán)境壓力是指由于資源消耗巨大和生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重等原因，同時人類為謀求自身發(fā)展等原因而對承載體施加的壓力。

區(qū)域資源環(huán)境承載力是指，“在一定的時期和一定尺度區(qū)域范圍內(nèi)，在確保資源合理開發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)的條件下，資源環(huán)境能夠承載的人口數(shù)量及相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)社會總量的能力”。

區(qū)域資源環(huán)境承載率是指，以一個比研究區(qū)域更大的參考區(qū)域作為對比區(qū)域，計算出相對于對比區(qū)域的各研究區(qū)域的相對資源環(huán)境承載力，即資源環(huán)境承載率。

二、區(qū)域資源環(huán)境壓力、資源環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系

構(gòu)建資源環(huán)境壓力和資源環(huán)境承載力指標(biāo)體系時，應(yīng)體現(xiàn)科學(xué)性、代表性、可行性和綜合性等原則。指標(biāo)體系如下表1。

以上指標(biāo)數(shù)據(jù)來源于中國統(tǒng)計信息網(wǎng)和中經(jīng)網(wǎng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫等。由于西藏自治區(qū)的部分統(tǒng)計數(shù)據(jù)缺失，評價對象未包括西藏。

三、研究方法

（一）縱橫向拉開檔次評價法。

為了充分利用時序立體數(shù)據(jù)信息，指標(biāo)權(quán)重可由縱橫向拉開檔次法確定。具體步驟如下 ：

第1步，數(shù)據(jù)無量綱化處理。對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，得到時序立體數(shù)據(jù)及無量綱數(shù)據(jù)矩陣Ak（k=1，2，…N）。

第2步，確定權(quán)重。由無量綱數(shù)據(jù)矩陣Ak（k=1，2，…N）求對應(yīng)的對稱矩陣Hk=AAk（k=1，2，…N），求和得到H=，計算H的最大特征值對應(yīng)的特征向量或求解最優(yōu)化問題，對特征向量或規(guī)劃問題最優(yōu)解進(jìn)行歸一化處理得到的向量即為權(quán)重w。

第3步，計算綜合評價值。由yi（tk）=，計算各樣本在各時序點上的綜合評價值。

（二）空間統(tǒng)計的理論與方法。

空間統(tǒng)計研究的空間效應(yīng)包括空間相關(guān)性和空間差異性。空間差異性是指地理空間上存在發(fā)達(dá)地區(qū)和落后地區(qū)、核心地區(qū)和邊緣地區(qū)等經(jīng)濟(jì)地理結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致資源環(huán)境壓力和資源環(huán)境承載力存在較大的空間差異性。此外，由于相鄰地區(qū)資源環(huán)境稟賦的相似性和空間上的觀測值缺乏獨立性，省級區(qū)域資源環(huán)境壓力和資源環(huán)境承載力同時存在空間相關(guān)性，可用Moran's I指數(shù)來測算和檢驗空間相關(guān)性。

全域的Moran's I定義如下 ：

其中Yi，表示i第個區(qū)域的觀測值，wij為采用鄰近標(biāo)準(zhǔn)的空間權(quán)值矩陣。

由于全局Moran's I估計的是抵消后的剩余值，無法揭示每一區(qū)域的局域空間關(guān)聯(lián)效應(yīng)，可用局域Moran's I散點圖直觀地描述省級區(qū)域資源環(huán)境壓力和資源環(huán)境綜承載力的局域相關(guān)性。

四、省域資源環(huán)境承載情況的實證分析

（一）省域資源環(huán)境壓力、承載力評價及承載率計算。

由資源環(huán)境壓力類和資源環(huán)境承載力類總和對稱矩陣計算得到相對權(quán)重wy和wc：

wy=（0.090，0.189，0.153，0.185，0.153，0.094，0.135）

wc=（-0.309，-0.198，-0.159，0.061，0.297，0.061，0.330，0.239，-0.196，0.365，0.288，0.406，0.398）

將標(biāo)準(zhǔn)化處理后的和上述wy，wc分別代入=，得到省級區(qū)域資源環(huán)境壓力、承載力和承載率，如下表2（2007-2010年數(shù)據(jù)略）。

（二）省域資源環(huán)境承載情況分析。

1、省級區(qū)域資源環(huán)境壓力分析。

利用聚類分析將區(qū)域資源環(huán)境壓力分為3類。2011年省域資源環(huán)境壓力空間分布如圖1所示。資源環(huán)境壓力嚴(yán)重區(qū)域包括山西、內(nèi)蒙古、廣西、貴州、青海、寧夏、新疆等西部及西南部地區(qū)。資源環(huán)境壓力居中型區(qū)域有河北、遼寧、吉林、黑龍江、安徽、江西、河南、湖北、湖南、海南、重慶、四川、云南、陜西和甘肅等地區(qū)。這些區(qū)域主要分布于中部及東北部地區(qū)。資源環(huán)境壓力較輕區(qū)域有北京、天津、上海、江蘇、浙江、福建、山東和廣東，主要分布于東部沿海地區(qū)。

2、資源環(huán)境承載力分析。

2011年省域資源環(huán)境承載力空間分布如圖2所示。資源環(huán)境承載力強(qiáng)區(qū)域主要有北京、天津、上海、江蘇、浙江等東南部沿海地區(qū)。其中，北京和上海2006-2011年間一直穩(wěn)居資源環(huán)境承載力的超強(qiáng)位置。總體來說，省域資源環(huán)境承載力的第一集團(tuán)區(qū)域已形成。資源環(huán)境承載力居中型區(qū)域主要有福建、山東、廣東、廣西、河北、遼寧、安徽、江西、河南、湖北、湖南、海南、重慶等地區(qū)。資源環(huán)境承載力弱的區(qū)域有山西、內(nèi)蒙古、貴州、青海、寧夏、新疆、吉林、黑龍江、四川、云南、陜西、甘肅。

3、資源環(huán)境承載率分析。

2011年省域資源環(huán)境承載率空間分布如圖3所示。資源環(huán)境承載能力富余區(qū)域主要有北京、天津、上海、江蘇、浙江和廣東等東南部沿海地區(qū)。資源環(huán)境承載力適中的區(qū)域主要有河北、遼寧、吉林、黑龍江、安徽、福建、江西、山東、河南、湖北、湖南、海南、重慶、四川、云南和陜西等地區(qū)。資源環(huán)境承載力超載的區(qū)域主要有山西、內(nèi)蒙古、廣西、貴州、甘肅、青海、寧夏、新疆等8個省域。

五、省域資源環(huán)境壓力、承載力和承載率的空間相關(guān)性分析

（一）空間權(quán)值矩陣選擇及全局空間相關(guān)分析。

分別采用rook鄰近、k-nearest鄰近和d距離鄰近的空間權(quán)值矩陣計算Moran's I值，由于選取空間權(quán)值矩陣Wr1效果顯著，下文采用Wr1空間權(quán)值矩陣分析省域資源環(huán)境壓力、綜合承載力和承載率的空間相關(guān)關(guān)系。

全局空間自相關(guān)計算結(jié)果表明，資源環(huán)境壓力（承載力和承載率）的空間分布都是集聚的，而且這種集聚程度均呈進(jìn)一步加深趨勢。

表3 資源環(huán)境壓力、承載力及承載率的全局Moran's I值

（二）局域空間相關(guān)分析。

1、資源環(huán)境壓力的局域空間相關(guān)分析。

2006年及2011年省域資源環(huán)境承載力的Moran's I散點圖（圖略）顯示，2006年云南、新疆、陜西、山西、青海、寧夏、內(nèi)蒙古、貴州、廣西和甘肅等10省域位于第一象限，其資源環(huán)境壓力呈現(xiàn)出HH型集聚態(tài)勢，而浙江、山東、湖北、河南、北京、天津、海南、福建、安徽、上海、江蘇和河北等12個省域的資源環(huán)境壓力表現(xiàn)為LL型集聚，LH型離群地區(qū)包括四川、遼寧、吉林、湖南、黑龍江、重慶和廣東等7個省域，江西省屬于HL型離群地區(qū)。與2006年相比，2011年有5個省區(qū)的資源環(huán)境壓力的Moran散點圖所在象限發(fā)生改變，其他25個省區(qū)所在象限均沒有發(fā)生改變。

2、資源環(huán)境承載力的局域空間相關(guān)分析。

2006年及2011年省域資源環(huán)境承載力的Moran's I散點圖表明，2006年度浙江、山東、湖南、北京、天津、海南、福建、安徽、上海、江蘇、廣東和河北等12省市位于第一象限，其資源環(huán)境承載力呈現(xiàn)出HH型集聚態(tài)勢，而云南、新疆、四川、陜西、山西、青海、寧夏、內(nèi)蒙古、遼寧、吉林、湖北、黑龍江、河南、貴州、廣西和甘肅等16個省域的資源環(huán)境承載力表現(xiàn)為LL型集聚，江西為LH型離群地區(qū)，重慶為HL型離群地區(qū)。2011年資源環(huán)境承載力除極少數(shù)地區(qū)（湖南和海南從HH型轉(zhuǎn)變?yōu)長L型，河北由HH型轉(zhuǎn)變?yōu)長H型）局域關(guān)系改變外，其它27個地區(qū)的空間格局均未改變。

3、資源環(huán)境承載率的局域空間相關(guān)分析。

2006年及2011年省域資源環(huán)境承載率的Moran's I散點圖顯示，2006年浙江、山東、北京、天津、海南、福建、安徽、上海、江蘇等9省市位于第一象限，其資源環(huán)境承載率呈現(xiàn)出HH型集聚態(tài)勢，而云南、新疆、四川、陜西、山西、青海、寧夏、內(nèi)蒙古、吉林、湖南、黑龍江、河南、貴州、廣西、甘肅等15個省域的資源環(huán)境承載率表現(xiàn)為LL型集聚，LH型空間離群地區(qū)包括江西和河北等2個省域，HL型空間離群地區(qū)包括遼寧、湖北、重慶和廣東等4個省域。相對于2006年，2011年承載率除極少數(shù)地區(qū)空間局域關(guān)系改變外，其它26個地區(qū)的局域空間格局均未改變。

六、結(jié)論

文章基于“縱橫向拉開檔次法”對省域資源環(huán)境壓力和承載力進(jìn)行評價，對資源環(huán)境承載情況進(jìn)行空間相關(guān)性分析，借助ArcView地理信息系統(tǒng)將分析結(jié)果“視圖化”，結(jié)果表明：

2006-2011年間，中國30個省域的資源環(huán)境壓力由西向東、由北到南依次遞減，造成西部、西南部、東北部及中部的資源環(huán)境壓力較大的主要原因是資源利用粗放，技術(shù)水平相對落后，東部沿海地區(qū)資源環(huán)境壓力較小的主要因素是區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平較高，資源環(huán)境技術(shù)較為先進(jìn)。省域資源環(huán)境承載力由東向西、由南到北依次遞減，制約西部地區(qū)資源環(huán)境承載力的主要因素是區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低，限制中部資源環(huán)境承載力的主要原因是自然資源的相對缺乏。省域資源環(huán)境承載率的空間分布亦呈現(xiàn)出比較明顯的由沿海向內(nèi)陸至西部梯狀下降的趨勢，區(qū)域差異較為明顯。

以Wrl為權(quán)值矩陣的資源環(huán)境壓力、承載力和承載率均存在著較強(qiáng)的全局空間正相關(guān)性，且空間自相關(guān)性較為顯著。中國省域資源環(huán)境壓力、承載力和承載率空間分布不均衡，存在著較大的地帶性差異，資源環(huán)境壓力、承載力和承載率均顯現(xiàn)高值與高值地區(qū)集聚，低值與低值地區(qū)集聚的特點，即呈現(xiàn)出“中心—外圍”的格局。□

（作者：江漢大學(xué)商學(xué)院金融與國際經(jīng)濟(jì)貿(mào)易系，講師，統(tǒng)計學(xué)博士，主要從事經(jīng)濟(jì)應(yīng)用統(tǒng)計研究）

注釋：

毛漢英，余丹林，區(qū)域承載力定量研究方法探討，地球科學(xué)進(jìn)展，2001第4期，第549-555頁.

毛漢英，余丹林，環(huán)渤海地區(qū)區(qū)域承載力研究，地理學(xué)報，2001第3期，第363-371頁.

葉明霞，羅國云，長江中上游地區(qū)資源環(huán)境承載力的實證分析，華東經(jīng)濟(jì)管理，2009年第3期，第1-4頁.

唐凱等，基于集對分析法的長株潭城市群資源環(huán)境承載力評價，國土資源科技管理，2012年第1期，第46-53頁.

郭亞軍，綜合評價理論、方法及應(yīng)用，科學(xué)出版社，2008年6月，第67-70；107-125頁.

Elhorst．J．P．Specification and Estimation of Spatial Panel Data Model，International Regional Science Review.2003（26）：2444-2468.