基于STIRPAT模型的城市生活垃圾產生量影響因素分析研究

傅碧天

(上海環境衛生工程設計院有限公司，上海 200232)

1 引言

隨著經濟的快速發展和居民生活水平的日益提高，城市生活垃圾產生量持續增加，許多城市的生活垃圾處理設施規模難以支撐生活垃圾產生量的增長，且日益增長的生活垃圾對城市環境和公共衛生造成嚴重危害，影響城市的可持續發展和生態文明建設。目前我國生態文明建設正處于壓力疊加、負重前行的關鍵期，也到了有條件有能力解決生態環境突出問題的窗口期，應以需求為導向解決城市固體廢棄物污染防治工作中存在的問題，提升生態環境品質。且長三角區域一體化國家戰略的提出，賦予了長三角城市重大歷史機遇。面對長三角地區日益龐大的城市生活垃圾產生量，“廢棄物圍城”已成為制約長三角城市群高質量發展的巨大瓶頸，探索城市生活垃圾產生的影響驅動因素，可對因地制宜的開展生活垃圾減量工作有著重要作用。近年來，范通達[1]運用主成分分析法研究了生活垃圾產生量模型研究，認為影響合肥市城市生活垃圾產生量影響因子的密切程度依次為人口、GDP、社會消費品零售總額等；陶艷杰等[2]基于層次分析法確定了生活垃圾影響因素，其中人口是最為顯著的影響因素，其次是生活方式和GDP；王琛等[3]分析了城市生活垃圾產生的影響因素為居住消費支出、基礎設施投資、經濟發展前景等；鄒劍鋒[4]進行了城市生活垃圾的解耦分析，認為居民實際消費水平會影響人均生活垃圾產生量，特別是在較偏遠地區；皇甫慧慧等[5]基于GRA-Markov-GM模型研究了城市生活垃圾產生量的影響因素，認為以城市人口為主的因素是城市生活垃圾產生量的主要影響因素。STIRPAT模型考慮了社會、經濟、技術3方面對環境壓力的影響，目前較多地應用于國內外環境影響的分析研究，用于固廢領域的研究相對較少。許博等[6]基于STIRPAT模型研究了生活垃圾產生量的區域差異，分析了城市化水平、人口規模、家庭規模、人口老齡化等因素的影響。本文在前人研究的基礎上，選用STIRPAT模型，嘗試引入人均收入、人均消費支出、三產GDP比重3個影響因素，研究長三角典型城市的生活垃圾產生量的驅動因素，并對比不同城市之間的差異，得出因地制宜的城市生活垃圾減量策略，為我國其他城市的廢棄物減量提供一定的參考價值。

2 區域概況及研究方法

2.1 區域概況

本文以長三角城市群為例，選取了3個典型城市蘇州、上海、南京市，分析長三角城市生活垃圾產生量的影響因素，數據分別來源于《蘇州市統計年鑒(2011-2017)》《上海市統計年鑒(2011-2017)》《南京市統計年鑒(2011-2017)》和各地環境衛生統計年鑒，數據選取的時長為2011～2017年。2011～2017年間，蘇州、上海、南京市的生活垃圾量呈穩步增長的趨勢，生活垃圾量年均增長率分別約為7.4%、3.5%和4.4%，按照城市常住人口計算，2017年人均生活垃圾量約為1.27 kg/(d·人)、1.02 kg/(d·人)、0.91 kg/(d·人)。

2.2 STIRPAT模型概述

2.2.1 STIRPAT模型

20世紀70年代，Ehrlich等[7，8]提出了IPAT模型，即：I=PAT，式中，I、P、A、T分別表示環境壓力、總人口、富裕度和技術，此模型用來判斷總人口、富裕度、技術因子對環境壓力的影響；1994年，Dietz等[9，10]提出了基于IPAT模型的隨機特殊形式—STIRPAT模型(Stochastic Impacts by Regression on Population, Affluence, and Technology)，STIRPAT模型表示為：I=aPbAcTde，式中，I、P、A、T表示環境影響、人口因素、財富因素和技術因素，a為模型系數，b、c、d分別為人口、財富和技術因素的彈性系數，e為隨機誤差項。STIRPAT模型考慮了人口、財富和技術因素的變化分別對環境的影響，消除了同比例變動的問題，被廣泛用于實際環境問題分析中。由于STIRPAT模型是一種非線性的多元方程，為了方便計算，對模型兩邊同時取對數，將其化為線性模型，即：lnI=lna+blnP+clnA+dlnT+lne。

2.2.2 STIRPAT模型指標選取

本文將STIRPAT模型中表示環境因素的因變量I設為城市生活垃圾產生量，為主要研究對象，其中蘇州市生活垃圾產生量為I1，上海市生活垃圾產生量為I2，南京市生活垃圾產生量為I3；由于STIRPAT模型比較靈活，允許影響因素的加入或修改，為深入研究城市生活垃圾產生量與人口和技術等因素的關系，本文將代表人口因素的社會指標P分為總人口P1和城市化率P2，用于分析人口數量和城市化水平的變動對城市生活垃圾產生量的影響；A為代表財富因素的經濟指標，本文將代表財富因素的分為人均收入水平A1和人均消費支出A2；T為技術指標，本文的技術指標T為第三產業產值占GDP的比重，表示城市服務性水平，各指標如表1所示。

表1 模型指標選取表

基于以上指標的選取，本文的STIRPAT模型最終形式為：I=aP1bP2cA1dA2eTfh，等式兩邊同時取對數后為：lnI=lna+blnP1+clnP2+dlnA1+elnA2+flnT+lnh，其中a為常數項，b、c、d、e、f分別為各個指標的彈性系數，h為隨機誤差項。

2.2.3 嶺回歸分析法

3 結果與分析

3.1 嶺回歸分析

根據收集的指標數據，以線性STIRPAT方程為模型，用SPSS13.0進行最小二乘法分析，結果表示，各指標之間的共線性水平較強，方差膨脹因子VIF均大于5且最高達到127，說明最小二乘法不適用于STIRPAT模型的建立。再將影響城市生活垃圾產生量的驅動因子用SPSS13.0進行嶺回歸分析，當K取0.5時，回歸系數開始趨于穩定，城市生活垃圾產生量驅動因子嶺回歸分析結果如表2所示。

表2 嶺回歸分析(K=0.5)

從表2可以看出，當K取0.5時，嶺回歸中各參數均通過顯著性水平檢驗，存在顯著性差異(P<0.1)，且各因子VIF值均小于5，減少了自變量間的多重共線性，結合表中數據得蘇州、上海、南京市生活垃圾產生量的嶺回歸方程分別為：

lnI1=-63.83+4.73lnP1+1.45lnP2+0.13lnA1+0.16lnA2+0.46lnT

(1)

lnI2=32.88+0.16lnP1+2.35lnP2+0.15lnA1+0.17lnA2+0.27lnT

(2)

lnI3=-17.31+1.92lnP1+0.57lnP2+0.08lnA1+0.09lnA2+0.27lnT

(3)

3個城市總生活垃圾產生量的嶺回歸方程為：

lnI=-1.18+0.75lnP1+1.72lnP2+0.11lnA1+0.13lnA2+0.32lnT

(4)

3.2 結果分析

各驅動因子對3個城市生活垃圾產生量影響從大到小排序分別為城市化率(1.72)、總人口(0.75)、三產比重(0.32)、人均消費支出(0.13)、人均收入水平(0.11)，各因子均對生活垃圾產生量存在顯著正影響。綜合來看，社會指標對生活垃圾產生量的影響很大，其中，城市化率的正影響最大，彈性系數達到1.72，即城市化規模擴大1%，生活垃圾產生量將增加1.72%，可見對于長三角城市來說，城市化率的增加是造成區域生活垃圾產生量增長的最主要因素；人口數量的增加，對區域生活垃圾產生量增長也有較大的貢獻作用，其彈性系數為0.75，即人口數量增長1%，生活垃圾產生量將增加0.75%。其次是產業結構對城市生活垃圾的影響，第三產業的彈性系數為0.32，即第三產業GDP增長1%，使得生活垃圾產生量增加0.32%，說明服務行業特別是住宿和餐飲業、旅游業等對生活垃圾產生量的貢獻值較大。居民人均消費支出和人均收入水平對生活垃圾產生量的彈性系數分別為0.13和0.11，對生活垃圾產生量有一定的正影響，說明人均收入的持續增加會帶來消費升級和消費質量改善，高收入和高消費群體會產生更多的生活垃圾。

對3個城市的影響因素驅動力進行比較得出，上海市的城市化率因子對其生活垃圾產生量的正影響最大，其彈性系數為2.35，即城市化規模擴大1%，生活垃圾產生量將增加2.35%，其次是蘇州市的城市化率因子影響力(1.45)，說明對于長三角經濟發展迅速的特大城市，城鎮規模的擴張是影響生活垃圾產生的最主要因素。對蘇州市和南京市來說，人口數量的增加是生活垃圾量增長的最主要驅動因素，彈性系數分別為4.73和1.92，即人口規模增長1%，生活垃圾產生量將分別增加4.73%和1.92%，人口規模的正效應強于上海，這與上海市對常住人口的控制規劃有關，說明城市發展到一定階段，人口規模的增長對生活垃圾產生的影響將逐漸變弱。上海市的高收入和高消費群體對生活垃圾產生量的影響力度相對較大。蘇州市的產業結構調整對生活垃圾產生量的影響能力相對較大(0.46)，說明近年來蘇州市第三產業的發展速度相對較快，服務業的發展促進了固體廢棄物產生。

4 結語

(1)本文基于STIRPAT模型，以蘇州、上海、南京市為例，選取總人口、城市化率、人均收入水平、人均消費支出、三產GDP比重作驅動因子，分析得出了各因素對生活垃圾產生量均為顯著正影響。

(2)從人口因素來看，城市化水平的發展是生活垃圾產生的主要影響因素，彈性系數達到1.72，即城市化規模擴大1%，生活垃圾產生量將增加1.72%，說明對于長三角地區經濟發展迅速的特大城市，城鎮規模的擴張是影響生活垃圾產生的最主要因素。其次是人口規模的發展，其彈性系數為0.75，即人口數量增長1%，生活垃圾產生量將增加0.75%，但城市發展到一定階段，人口規模的增長對生活垃圾產生的影響將逐漸變弱。從經濟發展角度來看，居民人均消費支出和人均收入水平對生活垃圾產生量呈正向影響，高收入和高消費群體的生活方式將帶來更多的城市生活垃圾。從技術水平來看，第三產業的迅速發展將為城市帶來更多的生活垃圾。

(3)本文建議首先合理規劃和擴張城市規模，特別是合理控制超大型城市人口規模，加大高水平人才的引進，加強區域協作聯動和共享，持續優化生態環境，推動長三角城市一體化、高質量發展；其次在垃圾分類大背景下，培養居民源頭減量意識，深入推進生活垃圾全程分類體系建設，倡導減少產品外包裝或過度包裝，減少使用塑料袋等一次性塑料制品，并在居民日常消費環節提倡合理消費、綠色消費觀念，拒絕食物浪費，宣傳引導光盤行動，減少酒店、餐飲等服務業一次性產品的消耗和使用，倡導無紙化辦公，創新長三角“Zero Waste”綠色生活方式，促進長三角城市群的綠色可持續發展。