資源環(huán)境承載力的空間統(tǒng)計研究

資源環(huán)境承載力的空間統(tǒng)計研究

0資源環(huán)境承載情況重在定量評價隨著資源環(huán)境問題的加劇，人們逐漸意識到我們需要走上可持續(xù)發(fā)展的道路?？沙掷m(xù)發(fā)展的實施應(yīng)依靠系統(tǒng)、科學(xué)、定量地研究人類經(jīng)濟、社會和資源環(huán)境之間的關(guān)系。資源環(huán)境承載力概念就是衡量人類經(jīng)濟社會活動與資源環(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。通過對相關(guān)文獻的比較閱讀,目前資源環(huán)境承載情況評價有以下特點:權(quán)重的設(shè)定缺乏客觀性;缺乏對區(qū)域資源環(huán)境承載情況的連續(xù)評價;未考慮資源環(huán)境承載情況的空間相關(guān)性因素。由于區(qū)域是由人口、資源、環(huán)境、發(fā)展(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,進一步計算資源環(huán)境承載力等的Moran’sI指數(shù),對資源環(huán)境承載情況進行空間統(tǒng)計研究。1對承載體的限制區(qū)域資源環(huán)境壓力是指,在一定時期和一定區(qū)域范圍內(nèi),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。其計算公式如下:2評估指標(biāo)體系和數(shù)據(jù)來源構(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)注意科學(xué)性、代表性、可行性和綜合性等原則。指標(biāo)體系見表1。3學(xué)習(xí)方法3.1時序立體數(shù)據(jù)處理隨著時間的發(fā)展和數(shù)據(jù)的積累,可以得到大量不同區(qū)域在不同時間上的各項指標(biāo)的數(shù)據(jù)序列,這樣一組按時間順序排放的截面數(shù)據(jù)稱為時序立體數(shù)據(jù)表,記為{xij(tk)}。其中,xij(tk)表示區(qū)域si的第j個指標(biāo)在時間tk時的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)(i=1,2,...n;j=1,2,...m;k=1,2,...N)。為了充分利用時序立體數(shù)據(jù)的信息,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。對不同量綱的原始數(shù)據(jù)進行無量綱化處理,得到時序立體數(shù)據(jù)xij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,求和得到,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,計算各樣本在各時序點上的綜合評價值。3.2資源環(huán)境承載力的空間差異空間統(tǒng)計研究的空間效應(yīng)包括空間相關(guān)性和空間差異性?？臻g差異性是指地理空間上的區(qū)域缺乏均質(zhì)性,存在發(fā)達地區(qū)和落后地區(qū)、核心地區(qū)和邊緣地區(qū)等經(jīng)濟地理結(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)境承載力同時可能還存在空間相關(guān)性。省級區(qū)域資源環(huán)境壓力和資源環(huán)境承載力是否存在空間相關(guān)性,可用Moran’sI指數(shù)來測算和檢驗。全域的Moran’sI定義如下:其中,Yi表示第i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’sI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’sI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。4通過分析省域資源環(huán)境的有效性4.1資源環(huán)境承載力評價結(jié)論為將30個省級區(qū)域的資源環(huán)境承載情況和全國資源環(huán)境承載情況進行比較,文中將各年全國及省級區(qū)域資源環(huán)境壓力(承載力)一起分析。將6年間31個區(qū)域的7個資源環(huán)境壓力類數(shù)據(jù)整理成6個31×7無量綱數(shù)據(jù)矩陣,進而得到6個7×7的對稱矩陣,加總得到資源環(huán)境壓力類總和對稱矩陣。評價資源環(huán)境承載力時方法同理。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:上述wc中存在wj<0,因縱橫向拉開檔次法求得的wj直觀意義是從整體上體現(xiàn)各區(qū)域6年間資源環(huán)境承載力的最大差別,而不是體現(xiàn)各評價指標(biāo)的相對重要程度,所以不影響各地區(qū)資源環(huán)境承載情況的評價排序。將標(biāo)準(zhǔn)化處理后的xj(tk)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,見表2(2007~2010年數(shù)據(jù)略)。4.2境壓力嚴(yán)重區(qū)域及區(qū)域分布利用聚類分析將區(qū)域資源環(huán)境壓力分為3類。2006年和2011年省域資源環(huán)境壓力空間分布如圖1、2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)。4.2.2中國沿海地區(qū)省域2006年和2011年資源環(huán)境承載力空間分布如圖3、4所示。資源環(huán)境承載力強區(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)境承載力的超強位置?？傮w來說,省域資源環(huán)境承載力的第一集團區(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。4.2.3資源環(huán)境承載力區(qū)域2006年和2011年省域資源環(huán)境承載率空間分布如圖5和圖6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。5通過分析省域資源的環(huán)境壓力、負載和載載率5.1承載率的空間相關(guān)關(guān)系采用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現(xiàn)進一步加深趨勢。5.2相關(guān)空間分析5.2.1hh型聚合利用下資源要素格局圖7和圖8描述了省域資源環(huán)境承載力的Moran’sI散點圖。結(jié)果顯示,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。5.2.2hh型、ll型聚合式資源環(huán)境承載力特征圖9和圖10描述省域資源環(huán)境承載力的Moran’sI散點圖。結(jié)果顯示,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)。相對于2006年,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型地區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)長L型地區(qū),河北從HH型地區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)長H型地區(qū))空間局域關(guān)系改變外,其它27個地區(qū)的局域空間格局均未發(fā)生改變,說明6年間承載力的局域空間相關(guān)關(guān)系較為穩(wěn)定。5.2.3資源環(huán)境承載率圖11和圖12描述省域資源環(huán)境承載率的Moran’sI散點圖。結(jié)果顯示,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年資源環(huán)境承載率除極少數(shù)地區(qū)空間局域關(guān)系改變外(海南從HH型地區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)長L型地區(qū),安徽從HH型地區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)長H型地區(qū),河南從LL型地區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)镠L型地區(qū),廣東從HL型地區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)镠H型地區(qū)),其它26個地區(qū)的局域空間格局均未改變。這說明這6年間省域資源環(huán)境承載率的局域空間相關(guān)關(guān)系穩(wěn)定。其中,HH類型的區(qū)域均為東部沿海的經(jīng)濟發(fā)達省市,LL、LH和HL類型則主要包括中西部省區(qū)。6資源環(huán)境承載力本文基于“縱橫向拉開檔次法”對省域資源環(huán)境壓力和承載力進行評價,基于空間統(tǒng)計方法對資源環(huán)境承載情況進行空間相關(guān)性分析,并借助ArcView地理信息系統(tǒng)將分析結(jié)果“視圖化”,結(jié)果表明:第一,中國省域資源環(huán)境壓力、承載力和承載率的空間分布差異明顯。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)濟的發(fā)展水平較高,資源環(huán)境技術(shù)較為先進。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。此外,經(jīng)統(tǒng)計分析,資源環(huán)境壓力與資源環(huán)境承載力之間存在負相關(guān)關(guān)系(R=-0.7265),并且這種相關(guān)關(guān)系較為顯著。這反映資源環(huán)境承載力水平較高的地區(qū)因其自身資源稟賦、經(jīng)濟發(fā)展、科學(xué)技術(shù)運用、創(chuàng)新能力和體制等原因,所承受的資源環(huán)境壓力相對較小。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。第二,中國省域資源環(huán)境壓力、承載力和承載率的全局空間相關(guān)強。采用rook鄰近、k-nearest鄰近和d距離鄰近的空