全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿源卷 第 缘期摇 摇 圆园员源年 猿月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
干旱指标研究进展 李柏贞袁周广胜 渊员园源猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
气候变化对作物矿质元素利用率影响研究进展 李垄清袁吴正云袁张摇 强袁等 渊员园缘猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
森林生态系统中植食性昆虫与寄主的互作机制尧假说与证据 曾凡勇袁孙志强 渊员园远员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
线虫区系分析指示土壤食物网结构和功能研究进展 陈云峰袁韩雪梅袁李钰飞袁等 渊员园苑圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
中国省际水足迹强度收敛的空间计量分析 赵良仕袁孙才志袁郑德凤 渊员园愿缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
高原河谷城市植被时空变化及其影响因素要要要以青海省西宁市为例 高摇 云袁谢苗苗袁付梅臣袁等 渊员园怨源冤噎噎
土地利用和环境因子对表层土壤有机碳影响的尺度效应要要要以陕北黄土丘陵沟壑区为例
赵明月袁赵文武袁钟莉娜 渊员员园缘冤
噎噎噎噎噎噎噎噎
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
赤子爱胜蚓和毛利远盲蚓对添加造纸污泥土壤的化学和生物学特征的影响
陈旭飞袁张摇 池袁戴摇 军袁等 渊员员员源冤
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
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个体与基础生态
钾与信号抑制剂对外生菌根真菌分泌乙酸的调控作用 杨红军袁李摇 勇袁袁摇 玲袁等 渊员员圆远冤噎噎噎噎噎噎噎噎
砷诱导蚕豆气孔保卫细胞死亡的毒性效应 薛美昭袁仪慧兰 渊员员猿源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
石油污染土壤中苯酚降解菌 葬凿园源怨的鉴定及降解特性 胡摇 婷袁谷摇 洁袁甄丽莎袁等 渊员员源园冤噎噎噎噎噎噎噎噎
紫花苜蓿对铜胁迫生理响应的傅里叶变换红外光谱法研究 付摇 川袁余顺慧袁黄怡民袁等 渊员员源怨冤噎噎噎噎噎噎
播种期对晚季香稻香气 圆鄄乙酰鄄员鄄吡咯啉含量和产量的影响 杨晓娟袁唐湘如袁闻祥成袁等 渊员员缘远冤噎噎噎噎噎
外源钙渊悦葬冤对毛葱耐镉渊悦凿冤胁迫能力的影响 王巧玲袁邹金华袁刘东华袁等 渊员员远缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于植被指数的北京军都山荆条灌丛生物量反演研究 高明亮袁宫兆宁袁赵文吉袁等 渊员员苑愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
三种暖季型草坪草对二氧化硫抗性的比较 李摇 西袁王丽华袁刘摇 尉袁等 渊员员愿怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
恩施烟区无翅桃蚜在烤烟田空间动态的地统计学分析 夏鹏亮袁王摇 瑞袁王昌军袁等 渊员员怨愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
啮齿动物捕食和搬运蒙古栎种子对种群更新的影响 张晶虹袁刘丙万 渊员圆园缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
高原鼠兔有效洞穴密度对高寒草甸优势植物叶片和土壤氮磷化学计量特征的影响
李倩倩袁赵摇 旭袁郭正刚 渊员圆员圆冤
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
光尧温限制后铜绿微囊藻和斜生栅藻的超补偿生长与竞争效应 谢晓玲袁周摇 蓉袁邓自发 渊员圆圆源冤噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
人工巢箱繁殖鸟类主要巢捕食者及其影响因素 张摇 雷袁李东来袁马锐强袁等 渊员圆猿缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
泉州湾蟳埔潮间带大型底栖动物群落的时空分布 卓摇 异袁蔡立哲袁郭摇 涛袁等 渊员圆源源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同尺度因子对滦河流域大型底栖无脊椎动物群落的影响 张海萍袁武大勇袁王赵明袁等 渊员圆缘猿冤噎噎噎噎噎噎
呼兰河湿地夏尧秋两季浮游植物功能分组演替及其驱动因子 陆欣鑫袁刘摇 妍袁范亚文 渊员圆远源冤噎噎噎噎噎噎噎
江西桃红岭国家级自然保护区梅花鹿生境适宜性评价 李摇 佳袁李言阔袁缪泸君袁等 渊员圆苑源冤噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
中国自然保护综合地理区划 郭子良袁崔国发 渊员圆愿源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
近 员园年来蒙古高原植被覆盖变化对气候的响应 缪丽娟袁蒋摇 冲袁何摇 斌袁等 渊员圆怨缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
人类活动与气候变化对洪湖春旱的影响 刘可群袁 梁益同袁周金莲袁等 渊员猿园圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
圆园园园要圆园员园年武汉市中心城区湖泊景观变化 淡永利袁王宏志袁张摇 欢袁等 渊员猿员员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
资源与产业生态
三江源区冬虫夏草资源适宜性空间分布 李摇 芬袁吴志丰袁徐摇 翠袁等 渊员猿员愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢圆愿圆鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿园鄢圆园员源鄄园猿
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 插秧季节的桂西要要要圆园园怨要圆园员员年袁我国广西尧云南尧贵州尧四川尧重庆等西南地区遭受了百年不遇的特大旱灾袁其中
广西西北部尧云南大部尧贵州西部等石漠化地区最为严重袁农作物大面积绝收袁千百万人和大牲畜饮水困难袁这种危
害是巨大的尧现实的遥 从对 圆园园怨要圆园员员年我国西南地区旱灾程度及其对植被净初级生产力影响结果显示院圆园园怨要
圆园员员年西南地区年均降水量和湿润指数明显低于 员怨愿园要圆园园愿年均值袁植被净初级生产力低于 圆园园员要圆园园愿年均值袁
造成的碳损失约占我国总碳汇的 苑援怨员豫遥 全球气候变暖给大气环流提供了动力袁也造成了许多极端灾害天气袁因此
如何应对气候变化形势显得更加紧迫遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 34 卷第 5 期
2014年 3月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.5
Mar.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家社会科学基金项目(11BJY063);教育部新世纪优秀人才项目(NCET鄄13鄄0844)
收稿日期:2013鄄05鄄25; 摇 摇 修订日期:2013鄄09鄄17
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: suncaizhi@ lnnu.edu.cn
DOI: 10.5846 / stxb201305251180
赵良仕,孙才志, 郑德凤.中国省际水足迹强度收敛的空间计量分析.生态学报,2014,34(5):1085鄄1093.
Zhao L S, Sun C Z, Zeng D F.A Spatial econometric analysis of water footprint intensity convergence on a provincial scale in China.Acta Ecologica Sinica,
2014,34(5):1085鄄1093.
中国省际水足迹强度收敛的空间计量分析
赵良仕,孙才志*, 郑德凤
(辽宁师范大学城市与环境学院,大连摇 116029)
摘要:计算了 1997—2010年中国 31个省市的水足迹强度,整体呈现明显下降趋势;运用全局 Moran忆s I指数探讨中国各省市水
足迹强度空间自相关模式,发现 1997—2010年水足迹强度显示出全局正的自相关,自相关程度逐年增大。 基于省际水足迹强
度的面板数据,空间计量收敛分析结果表明中国各省市水足迹强度存在绝对 茁收敛,空间因素在水足迹强度收敛过程中起到重
要作用。 在考虑了空间效应情况下,收敛时间明显延长。 通过条件 茁收敛检验,人均 GDP、人均水足迹、工业水足迹强度、教育
经费比重、外商直接投资、市场化程度均在不同程度上影响着水足迹强度收敛。 在标准条件 茁 收敛模型中人均 GDP 和工业水
足迹强度分别正向和负向显著影响水足迹强度的收敛,而在空间滞后模型和空间误差模型中的条件 茁 收敛中只有人均水足迹
负向显著影响水足迹强度的收敛。 最后对中国水资源利用效率健康发展提出了相应的政策建议。
关键词:水足迹;水足迹强度;空间自相关;茁收敛;空间计量收敛模型
A spatial econometric analysis of water footprint intensity convergence on a
provincial scale in China
ZHAO Liangshi, SUN Caizhi*, ZHENG Defeng
School of Urban and Environmental Sciences, Liaoning Normal University, Dalian 116029, China
Abstract: China忆s water resource management is currently facing two main problems: a shortage of water resources and a
deterioration of the water ecological environment. The rapid economic growth of China忆s provinces has led to the water crisis
becoming an important factor restricting China忆s sustainable social and economic development. To solve the problem of the
sustainability of Chinese water resource use it is necessary to improve the utilization efficiency of water resources. A
traditional evaluation of water resource use efficiency measures agricultural, industrial, and domestic water consumption.
However, this measure cannot reflect the actual water resource consumption of society as a whole. Therefore, developing a
more accurate measurement of water resource consumption is an important part of solving the problem of water resource
sustainability. Water footprint intensity is an index that is able to reflect the efficiency of water resource utilization.
Meanwhile, some previous researchers have investigated the convergence of the water footprint intensity of China忆s provinces
and economic growth. In this paper, we calculate the water footprint intensity of China忆s 31 provinces from 1997 to 2010.
Our results show that there is a general decreasing tendency, which means that water use efficiency is increasing. The
Global Moran index was then applied to explore the spatial autocorrelation pattern of the water footprint intensity of China忆s
provinces. These results show that water footprint intensity has positive autocorrelation characteristics and that the
autocorrelation degree increases year by year. Based on the panel data of provincial water footprint intensity, the space
measuring convergence analysis results show that the water footprint intensity in China exhibits absolute 茁 convergence and
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conditional 茁 convergence. Furthermore, space effect factors are shown to play an important role in the convergence process
of the intensity of water footprint. Considering the spatial effect, the convergent speed slows down greatly. the convergence
rate of water footprint intensity is much slower. The rapid rate of China忆s economic development means that underdeveloped
areas are catching up with developed areas faster than the convergence rate of water footprint intensity. The conditional
convergence test shows that per capita GDP, per capita water footprint, industrial water footprint intensity, the proportion of
education funds, foreign direct investment, and degree of marketization have different effects on the intensity of water
footprint convergence. Per capita GDP has a significant positive effect on the standard conditional 茁 convergence model.
Meanwhile, industrial water footprint intensity has a significant negative affect on the convergence rate of water footprint
intensity. The conditional 茁 convergence model contains spatial lag and spatial error effects, while per capita water footprint
exhibits a significant negative impact on the convergence rate of water footprint intensity. Finally, the space effect factors
show that the per capita water footprint affects the convergence of water footprint intensity. China忆 s rapidly developing
economy has led to the need to introduce a water saving policy. Our results show that the convergence rate of water footprint
intensity can speed up water resource use efficiency in China忆 s provinces, which can help to maintain sustainable
development. Controlling the regional differences of water footprint intensity can improve China忆s water use efficiency and so
ensure sustainable economic and social development. On that basis, this paper puts forward relevant policy suggestions for
the healthy development of China忆 s water resources use efficiency. Importantly, a cooperative relationship needs to be
established by making full use of the conditions of water resource endowment conditions and by exploiting the differences of
water footprint intensity between different regions. In addition, it is recommended that relevant departments should formulate
a ladder price standard of rational consumption of water. Finally, more attention should be given to China忆 s water use
efficiency and sustainable social development.
Key Words: water footprint; water footprint intensity; spatial autocorrelation; 茁 convergence; spatial panel data
econometrics model
摇 摇 水资源短缺和水生态环境恶化是目前中国水资
源存在的两大主要问题。 中国人均水资源量约为
2200 m3,仅为世界平均水平的 1 / 4,且水资源时空分
布极其不均,部分省市严重缺水;据《中国水资源公
报》数据,2010 年中国废污水排放量为 792 亿 t,比
1997年增长了 36%,进一步加剧了水资源短缺的矛
盾。 随着中国各省市经济快速发展,水资源危机已
成为制约中国社会经济可持续发展的重要因素,提
高水资源利用效率是解决中国水资源可持续利用问
题的关键。 传统水资源利用效率评价仅涉及直接利
用的农业、工业、居民生活等方面的用水量,不能反
映出人类真实的水资源消费量[1]。 因此准确衡量人
类对水资源的占用状况、测度水资源利用效率及研
究各地区水资源利用效率的差异趋势是解决水资源
问题的重要工作。
1摇 研究现状
水足迹是指在一定的物质生产标准下,生产一
定人群消费的产品和服务所需要的水资源的数量,
是维持人类产品和服务消费所需要的真实的水资源
量[2];水足迹总量比国内生产总值(GDP)得到的水
足迹强度是一个反映水资源利用效率的指标。
Chapagain等[3]对世界范围内棉花消费的水足迹进
行了研究;Gerbens鄄Leenes[4]计算了甜味剂和生物乙
醇中的水足迹;Ertug Ercin 等[5]研究一种含糖碳酸
饮料中的水足迹;Feng 等[6]从消费角度评价了中国
黄河流域水资源流动和水足迹;Bocchiola 等[7]对气
候变化影响到作物产量和玉米水足迹进行了研究;
Jenerette 等[8] 对比了中国和美国的城市水足迹;
Hubacek等[9]通过结合生态足迹和水足迹的输入输
出模型研究了在环境的影响下中国城市化和生活方
式的改变;谢鸿宇等[10]、贾佳等[11]、谭秀娟[12]、焦雯
珺等[13]、王红瑞等[14鄄15]分别计算了中国农畜产品水
足迹、工业水足迹、生态水足迹和水污染足迹、中国
虚拟水和畜产品虚拟水含量;黄晶等[16]和蔡振华
等[17]分别对北京市和甘肃省进行测算;龙爱华等[18]
6801 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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计算了中国 2000年各省市水足迹强度,并分析了水
足迹强度的影响因素,但是对水足迹的计算不包含
水污染足迹;孙才志等[19]研究了 1997—2007年中国
各省市水足迹强度区域差异及成因,然而没有揭示
水足迹强度的空间演变特征;孙才志等[1,20]计算了
中国各省市水足迹,并分别探讨了水足迹强度的空
间演变态势和测度水资源技术效率,但是该计算水
污染足迹都忽略了生活用水污染足迹。
基于 Barro和 Sala鄄i鄄Martin提出的新古典增长模
型[21鄄22](记为标准 茁 收敛模型),已有学者对中国各
省市经济增长和能源强度差异的收敛性进行研究。
经济增长是落后地区缩小与发达地区差距的必由之
路,是实现和谐发展的必要手段。 然而经济增长收
敛是经济学核心问题之一,是指将各地区的经济差
异随时间推移而缩小的现象,因此可以通过确定各
地区经济增长差异的原因找到落后经济向发达经济
收敛的途径。 能源强度收敛与经济增长收敛类似,
是指各地区能源强度的差异随时间推移在缩小,通
过对此研究可以找到提高能源效率的方法。
潘文卿[23]将地区间的相互作用关系引入到中
国大陆 31个省市的经济增长和收敛性的研究中,并
对是否存在绝对 茁收敛和俱乐部收敛趋势进行深入
分析;洪国志等[24]对中国 240 个地级及以上城市的
经济增长收敛性通过空间计量经济收敛分析方法进
行展开讨论;基于中国省际能源强度及影响因素的
面板数据,余华义[25]对能源强度的空间溢出和 茁 收
敛性进行了检验;齐绍洲等[26]通过分析 1995—2002
年中国西部 15个省份的能源强度和东部 15 个省份
的能源强度差异与人均 GDP 差异之间的关系,使用
空间面板数据滞后模型进行实证估计。 以上研究只
对中国经济增长和能源强度进行了分析,然而关于
中国各省市水足迹强度收敛性研究却为鲜见。
中国各省市水足迹强度差异反映了各地区水资
源利用效率的差异,通过对水足迹强度收敛研究可
以找到提高各地区水资源利用效率的途径。 中国各
省市水足迹强度是在上升还是下降? 各地区水足迹
强度之间的差异是在扩大还是缩小? 随着时间推移
地理空间效应对各地区水足迹强度的差异产生何种
影响? 对这些问题的研究,为中国制定合理区域水
资源利用政策,促使各地区充分利用自身的水资源
禀赋条件和水足迹强度差异进行合作,从而提高生
活和生产用水效率,走水资源可持续利用道路至关
重要。
基于以上认识,本文在水足迹计算的基础上,借
助于标准收敛模型和空间计量收敛模型,研究中国
1997—2009 年 31 个省市区的水足迹强度的收敛情
况。 该研究基于中国各省市水足迹强度计算,从空
间效应角度研究中国水资源利用效率的收敛情况,
为评价中国水资源利用状况和经济社会的可持续发
展提供理论借鉴。
2摇 研究方法及数据来源
本文借助于收敛模型中的 滓 收敛、标准绝对 茁
收敛、标准条件 茁收敛模型,以及加入空间效应的绝
对 茁收敛、条件 茁收敛模型,对中国水足迹强度的收
敛性展开讨论。 本文的研究是在 Eviews6.0 软件和
James P. LeSage提供的 Matlab空间计量工具箱下完
成的。
2.1摇 标准收敛模型设定
在新古典增长收敛的研究中,标准绝对 茁 收敛
和条件 茁收敛模型已在文献[21鄄22]中建立和使用。 在
本文中,绝对 茁 收敛是指高水足迹强度地区的下降
速度快于低水足迹强度地区;条件 茁 收敛是指不同
地区水足迹强度有着不同的稳态。 在此基础上本文
确定的中国水足迹强度绝对 茁 收敛和条件 茁 收敛的
面板数据模型如下:
ln
E i,t +1
E i,t
= 琢 - blnE i,t + hi + kt + 着i,t (1)
ln
E i,t +1
E i,t
= 琢 - blnE i,t + 追X i,t + hi + kt + 着i,t
(2)
式中,E i,t为中国第 i个省市在时期 t 的水足迹强度,
hi是各地区的固定效应,反映各省市持续存在的差
异,kt为各时期的固定效应,主要控制水足迹强度随
时期变化的因素,X i,t是中国第 i 个省市在时期 t 的
稳态控制常量,具体为人均 GDP、人均水足迹、工业
水足迹强度、教育经费比重、外商投资比重(外商投
资总额比 GDP)和市场化程度 (第三产业产值比
GDP),着i,t是与地区和时期均无关的随机扰动项。
根据文献[5]中的设定,若式(1)中的 b>0,水足迹强
度存在绝对 茁收敛,否则发散;若式(2)中的 b>0,水
足迹强度存在条件 茁 收敛,否则发散,X 即为控制条
7801摇 5期 摇 摇 摇 赵良仕摇 等:中国省际水足迹强度收敛的空间计量分析 摇
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件常量矩阵,收敛速度由系数 b 确定, 茁 = - ln(1 -
b) ,收敛到一半所用时间为 t = (ln1 / 2) / ln(1 - 茁) 。
2.2摇 空间计量收敛模型设定
面板数据模型综合考虑了时间相关性和空间相
关性,然而由于假定所有时刻和所有个体均相等,面
板数据计量经济模型有很大的改进余地。 空间计量
经济学理论[27]认为一个地区空间单元上的某种经
济地理现象或某一属性值与邻近地区空间单元上同
一现象或属性值是相关的。 空间面板计量经济模型
综合考虑了变量信息的时空二维特征,可以定量分
析水足迹强度收敛的溢出效应及影响因素。 将水足
迹强度的空间依赖性和空间误差性考虑到标准收敛
的面板数据模型中,空间计量收敛模型可以分为空
间滞后模型和空间误差模型。 对于具体空间相关类
型需要通过两个拉格朗日乘数(Lagrange Multiplier)
形式 LM鄄Lag、LM鄄Err及其稳健鄄LM鄄Lag、稳健鄄LM鄄Err
检验来实现[28]。 本文的空间权重矩阵是基于距离
函数关系,该矩阵中的元素定义如下:
Wij =
0摇 摇 ( i = j)
1 / dij 摇 摇 ( i 屹 j
{ ) (3)
式中, dij 是省(自治区) i 和省(自治区) j 重心点之
间的距离。 以下使用的空间权重矩阵 W是把上面基
于距离定义的空间权重矩阵行标准化处理,即每一
行的元素和为 1。
2.2.1摇 空间滞后模型
空间滞后模型(Spatial Lag Model)主要在某地
区是否有扩散现象,其模型表达式为:
ln
E i,t +1
E i,t
= 琢 + 籽移
i屹j
w i,j ln
E i,t +1
E i,t
- blnE i,t + 着i,t (4)
ln
E i,t +1
E i,t
= 琢 + 籽移
i屹j
w i,j ln
E i,t +1
E i,t
- blnE i,t + 追X i,t + 着i,t
(5)
式中,E i,t,X i,t同式(2)定义,籽 为空间滞后系数,w i,j
为空间权重矩阵 W中元素,着i,t是与地区和时期均无
关的随机扰动项。 本文在式(1)和(2)的基础上分
别对式(4)和(5)加入了空间滞后效应,空间滞后模
型表明中国水足迹强度下降不但受各省市初始水足
迹强度水平影响,同时受到空间上相邻近地区的下
降和初始水足迹强度的影响。
2.2.2摇 空间误差模型
水足迹强度下降是一个复杂过程,当误差项在
空间上相关时的空间误差模型表达为:
lnE i,t +1 / E i,t = 琢 - blnE i,t + u,
u = 姿移
i屹j
w i,j lnE i,t +1 / E i,t + 着i,t (6)
lnE i,t +1 / E i,t = 琢 - blnE i,t + 追X i,t + u,
u = 姿移
i屹j
w i,j lnE i,t +1 / E i,t + 着i,t (7)
式中,E i,t,X i,t同式(2)定义,姿 为空间误差系数,w i,j
为空间权重矩阵 W中元素,着i,t是与地区和时期均无
关的随机扰动项。 本文在式(1)和(2)的基础上分
别对式(6)和(7)加入了空间误差效应,空间误差模
型意味着特定地区水足迹强度下降产生的随即冲击
不但受各地区下降,由于误差空间相关的存在,该冲
击效应扩散到整个系统,所有空间相邻地区均受不
同程度影响。
2.3摇 数据来源
本文使用 1997—2010 年中国 31 个省市区(不
包括台湾、香港、澳门)的数据来源于《中国统计年
鉴》 (1998—2011 年),《中国水资源公报》 (1997—
2010年),《中国环境年鉴》 (1998—2011 年)和各省
统计年鉴等资料。 部分地区缺失时期数据由相邻地
区近似值或拟合预测值进行替代。
3摇 水足迹测算及水足迹强度的空间相关模式
3.1摇 水足迹的测算
本文对文献[1,20]中的水足迹数据进行补充和修
正,补充水污染足迹中生活污水中的化学需氧量
(COD)和氨氮的污染足迹,修正缺失的 1997—2002
年生态用水量数据,增加 2010 年水足迹数据。 在水
足迹中农畜产品水足迹的比重最大,生态水足迹所
占比重最小,污染水足迹、工业水足迹和生活水足迹
在不同的省份所占比重不同。
3.2摇 中国省际水足迹强度的统计结果
根据水足迹总量除以国内生产总值(GDP)得到
的水足迹强度是一个全新的反映水资源利用效率的
指标,水足迹的强度越大,就表明单位 GDP 所消耗的
水足迹的数量越多[1]。 参照文献[1]中做法,本文的
GDP 是以 1990年为基期计算转化的。 中国各省市的
水足迹强度在 1997—2010年整体呈现出下降的趋势,
且下降趋势很明显,说明中国水资源的利用效率在明
显提高(图 1)。 下面运用计量收敛模型对中国各省市
水足迹强度是否存在收敛现象研究成为必然。
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表 1摇 中国各地区 1997—2010年平均水足迹
Table 1摇 The average water footprints of all regions from 1997 to 2010
省份
Provinces
水足迹
Water footprint
/ 108m3
污染水足迹
Polluted water
footprint
/ 108m3
工业水足迹
Industrial water
footprint
/ 108m3
农畜产品水足迹
Livestock products
water footprint
/ 108m3
生态水足迹
Water ecological
footprint
/ 108m3
生活水足迹
Life water
footprint
/ 108m3
北京 171.4853 11.76168 38.05684 106.7304 1.452122 13.48429
天津 114.1509 12.3704 23.54348 73.00644 0.411406 4.819221
河北 445.833 54.59596 64.53515 302.4969 1.248644 22.95641
山西 216.2916 30.11451 24.8399 152.0469 0.495588 8.794707
内蒙古 183.8776 22.97581 24.72164 121.6009 3.405666 11.17364
辽宁 371.8458 52.23105 55.64552 239.825 1.333499 22.81071
吉林 191.3694 33.6028 24.26209 120.4006 1.379656 11.72429
黑龙江 290.7317 42.61035 37.71103 190.9658 1.730064 17.71441
上海 214.8026 25.65971 56.89512 112.0164 1.228711 19.00273
江苏 662.2665 67.57294 117.1861 424.9689 7.865054 44.67352
浙江 442.4794 48.08027 82.94227 269.4707 10.40096 31.58521
安徽 453.9803 36.90153 37.59875 356.6558 0.914272 21.90993
福建 327.374 28.97628 46.48578 231.0206 0.991209 19.9002
江西 366.0539 35.31319 27.10677 281.2949 1.484002 20.855
山东 666.9319 75.4739 116.3237 443.7363 2.022501 29.37556
河南 595.3782 62.4692 67.99333 429.4514 3.370764 32.09354
湖北 464.6994 53.15004 49.28818 333.5262 0.095217 28.63979
湖南 569.9667 64.69685 45.6092 416.5695 2.251956 40.83926
广东 883.9903 80.61005 133.5565 586.247 4.636262 78.94048
广西 491.565 77.93418 27.2405 344.9885 3.215853 38.186
海南 76.34333 7.302732 6.213742 57.12654 0.191745 5.508571
重庆 243.4802 21.07453 21.67521 185.475 0.296301 14.95914
四川 591.5606 68.28927 51.10177 439.5165 1.580872 31.07214
贵州 255.553 18.88502 13.13775 207.38 0.399889 15.75041
云南 326.3375 26.30622 23.6664 256.2684 1.20855 18.888
西藏 17.85563 1.483488 1.567764 12.68634 0.136738 1.991071
陕西 232.7867 27.07896 24.58638 168.6868 0.454449 11.98013
甘肃 178.8909 14.76037 12.57448 141.5507 1.378562 8.626771
青海 42.33742 4.418574 11.89088 22.81227 0.272502 2.9432
宁夏 46.36755 10.28622 3.978974 29.83583 0.599456 1.667071
新疆 163.1632 20.91738 16.82765 94.2338 18.38556 12.79884
全国 10299.75 1137.903 1288.763 7152.591 74.83803 645.6642
图 1摇 中国各省市 1997—2010年水足迹强度变化
Fig.1摇 Water footprint intensity change of all provinces in China from 1997 to 2010
9801摇 5期 摇 摇 摇 赵良仕摇 等:中国省际水足迹强度收敛的空间计量分析 摇
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3.3摇 中国省际水足迹强度的空间自相关检验
为了正确设定模型,对中国省际水足迹强度分
布模式检验是收敛分析的前提。 全局 Moran忆s I 指数
用来判断要素的属性分布是否有统计上显著的集聚
或分散现象,是常用的空间自相关指数。 根据文
献[1]中的公式(1)—(6),本文计算了水足迹强度的
全局 Moran忆s I 指数。 中国各省市水足迹强度明显
具有正的空间集聚现象,且非常显著,这说明中国各
省市的水足迹强度在空间分布上具有显著正的自相
关关系,中国各省市的水足迹强度的空间分布表现
出相似值之间的空间集聚,即具有较高的水足迹强
度地区相对地趋于和较高的水足迹强度地区靠近,
较低的水足迹强度地区相对地趋于和较低的水足迹
强度地区相邻。 整体上全局 Moran忆s I 指数呈现波
动上升趋势,从 1997 年的 0.0977 上升到 2010 年的
0.1585,说明发展过程中各省市水足迹强度集聚的强
弱程度交替进行,并逐步加强(表 2)。 因此在进行
中国水足迹强度的研究中不能忽略客观存在的地理
空间分布因素,应用空间计量分析方法在进行中国
水足迹强度的收敛研究时可以考虑到空间效应,即
空间依赖性和异质性,运用空间计量收敛模型对中
国水足迹强度的收敛性研究成为必然。
表 2摇 中国各省水足迹强度全局Moran忆s I指数
Table 2摇 The Moran忆s I of water footprint intensity in China
年份
Year Moran忆s I Z( I) P
年份
Year Moran忆s I Z( I) P
1997 0.0977 3.7226 0.0001 2004 0.1180 4.2978 0.0000
1998 0.1030 3.8738 0.0001 2005 0.1444 5.0465 0.0000
1999 0.0958 3.6692 0.0001 2006 0.1410 4.9509 0.0000
2000 0.1218 4.4064 0.0000 2007 0.1455 5.0763 0.0000
2001 0.1167 4.2614 0.0000 2008 0.1468 5.1151 0.0000
2002 0.1315 4.6812 0.0000 2009 0.1509 5.2309 0.0000
2003 0.1207 4.3745 0.0000 2010 0.1585 5.4440 0.0000
4摇 水足迹强度计量收敛分析
图 2摇 中国各省市 1997—2010年水足迹强度基尼系数和变异系
数变化
Fig.2 摇 The Gini coefficient and variable coefficient of water
footprint intensity change of all provinces in China from 1997 to
2010
4.1摇 滓收敛分析
中国水足迹强度的 滓 收敛是指随着时间的推
移,各省市水足迹强度的标准差逐渐缩小,即各地区
的水足迹强度差异越来越小。 本文使用基尼系数和
变异系数统计方法描述和刻画中国各省市水足迹强
度 滓收敛。 中国各省市水足迹强度 1997—2006 年
基尼系数和变异系数在波动上升,2006 年以后逐渐
下降,表现出一定程度的收敛趋势(图 2)。
4.2摇 计量收敛分析
通过 Moran忆s I 指数对中国水足迹强度的空间
自相关检验,由表 2可知存在正的空间自相关,进一
步根据 LM检验、稳健 LM检验可以确定空间计量收
敛模型的类型,即对空间滞后模型和空间误差模型
的选择,本文得到两个检验都高度显著,空间滞后和
空间误差效应同时存在,需要对两类模型进行分析;
在 Eviews6.0软件下,对式(1)和式(2)采用 Hausman
检验,结果表明固定效应模型优于随机效应模型,又
通过 F值检验固定效应模型的适用性,使用个体时
点固定效应模型更有效;在 Matlab 空间计量工具箱
下,通过 Hausman检验可以确定本文空间计量收敛
模型式(4)—(7)对固定效应和随机效应的选择,在
绝对 茁收敛空间滞后效应和条件 茁 收敛空间误差效
应拒绝了原假设采用随机效应,而绝对 茁 收敛空间
误差效应和条件 茁收敛空间滞后效应没有拒绝了原
假设采用随机效应,因此本文空间计量收敛模型分
别对其采用固定效应和随机效应进行估计,如表 3。
0901 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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表 3摇 检验结果
Table 3摇 Testing results
回归类型
Regression鄄type
绝对 茁收敛
Absolute 茁 convergence
统计量 Statistic P
条件 茁收敛
Conditional 茁 convergence
统计量 Statistic P
空间滞后模型 Hausman检验 9.8362 0.0073 3.9193 0.8643
空间误差模型 Hausman检验 4.0925 0.1292 33.4156 0.0001
LM鄄Lag检验 268.6037 0.0000 205.8840 0.0000
稳健 LM鄄Lag检验 1258.7023 0.0000 1543.4344 0.0000
LM鄄Err检验 175.1810 0.0000 118.5800 0.0000
稳健 LM鄄Err检验 1165.2795 0.0000 1456.1305 0.0000
摇 摇 通过使用 Eviews6.0 软件和 Matlab 空间计量工
具箱,本文得到模型(1)、(2)、(4)—(7)的主要参数
估计及检验的 p值,如表 4。 标准绝对 茁收敛和条件
茁收敛模型回归分析得到收敛速度为 0. 4145 和
0郾 4472,表明在没有考虑空间效应情况下 1997—
2010年中国各省市水足迹强度存在绝对 茁收敛和条
件 茁 收敛,人均 GDP 在 5%显著水平上正向影响水
足迹强度下降,工业水足迹强度在 5%显著水平上负
向影响水足迹强度下降。 水足迹强度较高的地区下
降趋势快于水足迹强度较低的地区,水足迹强度达
到 1 / 2收敛程度的时间约为 1.3a 和 1.2a,这个收敛
速度极快,明显超越中国各省市水足迹强度 滓 收敛
速度。 从图 2 可知,各地区水足迹强度的地区差异
2006年以后逐渐缩小,而不是地区差异急剧减小,这
隐含着地理空间效应影响着水足迹强度的收敛
模式。
表 4摇 模型回归结果
Table 4摇 Model regression results
回归结果
Regression result
标准绝对 茁收敛
Standard
absolute 茁
convergence
标准条件 茁收敛
Standard
conditional 茁
convergence
空间滞后模型
Spatial lag model
绝对 茁收敛
Absolute 茁
convergence
条件 茁收敛
Conditional 茁
convergence
空间误差模型
Spatial error model
绝对 茁收敛
Absolute 茁
convergence
条件 茁收敛
Conditional 茁
convergence
琢 2.358361(0.000000)
2.512457
(0.000000)
-0.120514
(0.001793)
-0.154519
(0.040845)
-0.129212
(0.001984)
-0.169216
(0.032051)
b 0.339333(0.000000)
0.360584
(0.000000)
0.004166
(0.000000)
-0.016732
(0.094867)
-0.002463
(0.673069)
0.012445
(0.000013)
籽 0.714997(0.000000)
0.602987
(0.000000)
姿 0.685789(0.000000)
0.702995
(0.000000)
收敛速度 Convergence rate茁 0.4145 0.4472 0.0042 发散 发散 0.0125
R2 0.456861 0.478803 0.225600 0.251100 0.241800 -0.029200
调整 Adjusted R2 0.391805 0.406456 0.112100 0.1679 0.001800 0.000300
似然比 Likelihood ratio 670.45 678.76 597.85 607.47 603.00 603.23
人均 GDP
Per Capita GDP / 104 yuan
0.016752
(0.024300)
0.004451
(0.385427)
-0.001555
(0.718129)
人均水足迹
Water footprint per capita / m3
-0.000045
(0.169100)
-0.000045
(0.040949)
-0.000041
(0.060797)
工业水足迹强度 Intensity of
industrial water footprint / m3 / 104 yuan
-0.000043
(0.019100)
0.000009
(0.152137)
0.000008
(0.178086)
教育经费比重 The proportion
of education funds / %
0.268443
(0.167200)
-0.065951
(0.457892)
0.084656
(0.418096)
外商投资比重 The proportion
of foreign investment / %
-0.001546
(0.842700)
0.006937
(0.129163)
0.004580
(0.309965)
市场化程度
Marketization process / %
0.033026
(0.745100)
0.051670
(0.416531)
0.020220
(0.767362)
摇 摇 括号内为回归系数检验显著性水平值
1901摇 5期 摇 摇 摇 赵良仕摇 等:中国省际水足迹强度收敛的空间计量分析 摇
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摇 摇 通过空间自相关检验,可知中国各省市水足迹
强度存在正的空间自相关,忽略空间效应的标准 茁
收敛模型对中国各省市水足迹强度的收敛速度估计
有所偏离。 在加入了空间滞后效应下,从表 2 可知,
存在显著的绝对 茁 收敛,绝对 茁 收敛达到 1 / 2 收敛
程度的时间约为 165.7年;而条件 茁收敛模型得到却
是不显著发散的,这说明在空间滞后效应和 6 个条
件(即为人均 GDP、人均水足迹、工业水足迹强度、教
育经费比重、外商直接投资、市场化程度)共同作用
下,中国各省市区水足迹强度是不显著发散的。 在
加入了空间误差效应下,从表 2 可知,存在显著的条
件 茁收敛,达到 1 / 2 收敛程度的时间约为 55a;而绝
对 茁 收敛模型得到却是不显著发散的,单纯加入空
间误差效应导致水足迹强度不显著发散。
总体来说,在考虑了空间效应情况下,收敛时间
明显延长。 潘文卿[23]对 1978—2007 年中国区域经
济增长空间滞后绝对 茁 收敛半生命周期分别为
87郾 1a,而洪国志等[24]对 1990—2007 年中国区域经
济发展的空间滞后绝对 茁 收敛半生命周期分别为
56.5a,而本文为 165.7a,相比经济增长中国各省市水
足迹强度收敛需要更长的时间。
在标准条件 茁 收敛模型中人均 GDP 和工业水
足迹强度分别正向和负向显著影响水足迹强度的收
敛,而在空间滞后模型和空间误差模型中的条件 茁
收敛中只有人均水足迹负向显著影响水足迹强度的
收敛,其它因素均不显著,这说明加入空间效应后人
均水足迹因素直接影响中国水足迹强度的收敛,人
均水足迹多的地区,水足迹强度下降的慢,从节约用
水角度可以加快水足迹强度的收敛。
由以上分析可知水足迹强度的影响因素和地理
因素是造成中国各省市水足迹强度收敛的关键因
素。 人均 GDP、人均水足迹和工业水足迹强度影响
因素不同程度影响着中国各省市水足迹强度收敛;
空间滞后效应和空间误差效应抑制了各地区水足迹
强度的收敛速度,这也说明缩小地区之间差异会加
快水足迹强度收敛,综合提高水资源利用效率。
5摇 结论
通过本文研究,可以得到以下主要结论:
(1)本文从消费角度计算了中国 1997—2010 年
31个省市的水足迹,衡量各省市对水资源系统的真
实占用状况。 本文在文献[1,20]的基础上把生活污水
所造成水污染的水足迹计算考虑在内,更全面的测
算了各省市水污染足迹。
(2)中国 1997—2010年各省市水足迹强度逐年
下降,水资源利用效率逐年提高;水足迹强度存在正
的空间自相关模式,并且相关程度在逐年加强,水足
迹强度高的地区相邻近,低的地区相邻近,并且这种
集聚程度在增强;中国各省市水足迹强度表现出一
定程度的 滓收敛趋势,1997—2006 年基尼系数和变
异系数波动上升,而 2006—2010 年在逐步下降,各
地区的水足迹强度差异在缩小。
(3)通过对标准 茁 收敛和加入空间效应的空间
计量 茁 收敛分析,可知水足迹强度较高的地区下降
速度快于水足迹较低的地区,忽略空间效应的水足
迹强度收敛速度极快,明显与中国各省市水足迹强
度的 滓收敛速度不符,不可能在短短两年不到的时
间水足迹强度达到半生命周期水平;本文在标准 茁
收敛模型中加入了空间滞后和空间误差效应,测度
出的中国水足迹强度收敛速度要小于文献[23鄄24]中关
于中国区域经济收敛的速度,因此水足迹强度收敛
时间比经济增长收敛时间漫长,也就是说中国经济
落后地区追赶经济发达地区的速度快于水足迹强度
高的地区下降到低的地区的速度。
(4)人均 GDP、人均水足迹和工业水足迹强度
不同程度上影响到中国各省市水足迹强度的收敛速
度,通过大力发展经济、节约用水和开发节水技术能
加快中国水足迹强度收敛速度,使中国各省市水资
源利用效率均衡可持续发展。 因而,控制水足迹强
度的地区差异可以具体实现方法如:第一,增强节水
意识,如制定合理的用水量阶梯价格标准;第二,发
展经济同时加大科研投入,并鼓励工业生产中使用
节水减排设备;第三,各地区充分利用自身的水资源
禀赋条件和水足迹强度差异进行合作,提高生活和
生产用水效率,从而能保持中国水资源利用效率的
提高和经济社会的可持续发展。
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叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
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促进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
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许 可 证摇 京海工商广字第 愿园员猿号
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