全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 渊杂匀耘晕郧栽粤陨 载哉耘月粤韵冤
摇 摇 第 猿源卷 第 猿期摇 摇 圆园员源年 圆月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
灾后生态恢复评价研究进展 刘孝富袁王文杰袁李摇 京袁等 渊缘圆苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于生态能量视角的我国小水电可持续性分析 庞明月袁张力小袁王长波 渊缘猿苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
北部湾北部海域夏季微型浮游动物对浮游植物的摄食压力 马摇 璐袁曹文清袁张文静袁等 渊缘源远冤噎噎噎噎噎噎
鲶鱼和胡子鲶的两性异形与雌性个体生育力 樊晓丽袁林植华袁丁先龙袁等 渊缘缘缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
环境温度对白头鹎代谢产热和蒸发失水的影响 林摇 琳袁曹梦婷袁胡益林袁等 渊缘远源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
灌溉对沙拐枣幼苗生长及氮素利用的影响 黄彩变袁曾凡江袁雷加强袁等 渊缘苑圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
孕粤匀泽污染土壤植物修复对酶活性的影响 朱摇 凡袁洪湘琦袁闫文德袁等 渊缘愿员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于修正 砸陨杂运耘模型的重庆岩溶地区地下水脆弱性评价 魏兴萍袁蒲俊兵袁赵纯勇 渊缘愿怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎
排水沟蓄水条件下农田与排水沟水盐监测 潘延鑫袁罗摇 纨袁贾忠华袁等 渊缘怨苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
高寒退化草地不同海拔梯度狼毒种群分布格局及空间关联性 高福元袁赵成章袁卓马兰草 渊远园缘冤噎噎噎噎噎噎
捕食者对空心莲子草叶甲种群的生物胁迫 刘雨芳袁李摇 菲袁桂芳艳袁等 渊远员猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
夏尧冬季南海北部浮游植物群落特征 马摇 威袁孙摇 军 渊远圆员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
磨盘山天然次生林凋落物数量及动态 范春楠袁郭忠玲袁郑金萍袁等 渊远猿猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
持续干旱对樱桃根际土壤细菌数量及结构多样性影响 刘方春袁邢尚军袁马海林袁等 渊远源圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎
随机森林算法基本思想及其在生态学中的应用要要要以云南松分布模拟为例
张摇 雷袁王琳琳袁张旭东袁等 渊远缘园冤
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基于水文平衡的湿地退化驱动因子定量研究 侯摇 鹏袁申文明袁王摇 桥袁等 渊远远园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
华北低丘山地人工林蒸散的控制因子 黄摇 辉袁孟摇 平袁张劲松袁等 渊远远苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
新疆天山高寒草原不同放牧管理下的 悦韵圆袁悦匀源和 晕圆韵通量特征 贺桂香袁李凯辉袁宋摇 韦袁等 渊远苑源冤噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
宁夏生态足迹影响因子的偏最小二乘回归分析 马明德袁马学娟袁谢应忠袁等 渊远愿圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
引黄灌区土壤有机碳密度剖面特征及固碳速率 董林林袁杨摇 浩袁于东升袁等 渊远怨园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
自养微生物同化 悦韵圆的分子生态研究及同化碳在土壤中的转化 吴小红袁简摇 燕袁陈晓娟袁等 渊苑园员冤噎噎噎噎
资源与产业生态
基于能值分析法的矿区循环经济系统生态效率分析 孙玉峰袁 郭全营 渊苑员园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 粤阅鄄粤杂模型的海岸带生态系统综合承载力评估要要要以舟山海岸带为例
苏盼盼袁叶属峰袁过仲阳袁等 渊苑员愿冤
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噎
城乡与社会生态
基于增强回归树和 蕴燥早蚤泽贼蚤糟回归的城市扩展驱动力分析 李春林袁刘摇 淼袁胡远满袁等 渊苑圆苑冤噎噎噎噎噎噎噎
研究简报
陕西省不同生态区大气氮素干湿沉降的时空变异 梁摇 婷袁同延安袁林摇 文袁等 渊苑猿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同覆盖方式对旱地果园水热特征的影响 刘小勇袁李红旭袁李建明袁等 渊苑源远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
长白山苔原带土壤动物群落结构及多样性 王振海袁殷秀琴袁蒋云峰 渊苑缘缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
最大可允许填海面积模拟要要要厦门西海域案例研究 林琛琛袁 饶欢欢袁 刘摇 岩袁等 渊苑远远冤噎噎噎噎噎噎噎噎
学术信息与动态
圆园员猿年水文土壤学与自然资源可持续利用国际学术研讨会述评 张摇 骁袁赵文武 渊苑苑源冤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缘圆鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢圆怨鄢圆园员源鄄园圆
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 云南松树冠要要要云南松为松科松属裸子植物袁多生长在海拔 员园园园要猿缘园园皂的高山袁喜光尧耐干旱尧耐瘠薄袁适应酸性
的红壤尧黄壤袁在其他树种不能生长的贫瘠石砾地或冲刷严重的荒山坡分布袁易于天然更新遥 主要分布于四川西南
部尧云南尧西藏东南部尧贵州西部尧广西西部袁常形成大面积纯林袁尤以云南分布最广袁故有云南松之称遥 云南松树高
可达 猿园皂袁胸径达 员皂袁树皮呈灰褐色袁叶通常 猿针一束袁鲜有两针袁球果圆锥状卵圆形袁种子近卵圆形或倒卵形遥 树干
通直袁木质轻软细密袁是优质造纸尧人造板原料袁富含松脂是云南松的重要特点之一遥
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 3 期
2014年 2月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.3
Feb.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金资助项目(31160484);北方民族大学自主科研资助项目(2011ZQY013)
收稿日期:2012鄄11鄄18; 摇 摇 修订日期:2013鄄04鄄18
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: xieyz@ nxu.edu.cn
DOI: 10.5846 / stxb201211181613
马明德,马学娟,谢应忠,马甜.宁夏生态足迹影响因子的偏最小二乘回归分析.生态学报,2014,34(3):682鄄689.
Ma M D, Ma X J, Xie Y Z, Ma T.Analysis the relationship between ecological footprint (EF) of ningxia and influencing factors: Partial Least鄄Squares
Regression.Acta Ecologica Sinica,2014,34(3):682鄄689.
宁夏生态足迹影响因子的偏最小二乘回归分析
马明德1,马学娟2,谢应忠1,*,马摇 甜1
(1. 宁夏大学农学院, 银川摇 750021; 2. 北方民族大学计算机科学与工程学院, 银川摇 750021)
摘要:生态足迹分析方法是一种度量区域生态可持续程度的有效方法,偏最小二乘回归法(PLS)能有效解决多元回归分析中变
量的多重相关性问题,具有容易操作,相关分析精度高等特点。 以宁夏为研究区域,在计算了宁夏 2001—2010年人均生态足迹
的基础上,应用偏最小二乘回归分析法,对影响宁夏生态足迹的各因子的重要程度进行了分析。 通过变量投影重要性分析、特
异点分析和预测分析,证明所得偏最小二乘回归模型具有较好的精度。 研究结果为:2001—2010 年,宁夏人均生态足迹由
1郾 818103793 hm2上升至 2.894958909 hm2,生态赤字由 1.28352051 hm2上升至 2.42316627 hm2,生态承载力由 0.53458328 hm2下
降至 0.47179264 hm2;全区 GDP、城镇居民人均生活消费支出、第二产业产值和第一产业产值是影响宁夏生态足迹的显著因子。
关键词:生态足迹;偏最小二乘回归法;影响因子;宁夏
Analysis the relationship between ecological footprint (EF) of ningxia and
influencing factors: Partial Least鄄Squares Regression (PLS)
MA Mingde1, MA Xuejuan2, XIE Yingzhong1,*, MA Tian1
1 School of Agriculture, Ningxia University, Yinchuan 750021, China
2 School of Computer Science and Engineering, North University of Nationalities, Yinchuan 750021, China
Abstract: The model of ecological footprint (EF) was originally brought forward by ecological economist William E. Rees
and his fellows in 1992, and Wackernage modified and perfected the model in 1996. Ecological footprint is an effective
method to evaluate the ecological security and sustainability of a region from the aspects of demand and supply. Ecological
footprint is defined as biologically productive areas required to sustainably support certain population in a region, and
ecological footprint theory can be simply generalized as follows. First, people忆s daily consumption should be classified and
the biologically productive area needed to support the consumption should be caculated. The ecological footprint of people is
the summation of biologically productive area. We can then reckon the ecological capacity and convert to the biologically
productive land area for comparison. At last, we can compare the ecologcial footprint with the ecological capacity Partial.
Least鄄Squares Regression ( PLS) method was proposed by S. Wold and C. Albano in 1983. As a statistical tool, PLS
regression has been specifically designed to deal with multiple regression problems where the number of observations are
limited and correlations between variables are high. PLS regression has gained great success in scientific fields, such as
chemometrics, medicine, market analysis and finance. There are multi鄄correlation problems between ecological footprint忆s
influencing factors of multiple regression analysis. PLS regression aims at producing a model that can transform a set of
correlated explanatory variables into a new set of uncorrelated variables, called PLS factors in this paper. PLS factors
capture most information of the independent variables that is useful for explaining and predicting the dependent variables. In
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the meantime, PLS regression reduces the dimensionality of the regression by using fewer PLS factors than the number of
independent variables. The per capita EF and ecological carrying capacity (EC) of Ningxia are calculated from 2001 to
2010 by employing the quantitative method for EF and major important factors influencing the ecological footprint selected by
PLS regression. It is found that ecological footprint of Ningxia increased from 1. 818103793 hm2 to 2. 894958909 hm2,
ecological deficit (ED) increased from 1.28352051 hm2 to 2.42316627 hm2 and ecological capacity (EC) decreased from
0郾 53458328 hm2 to 0.47179264 hm2 . GDP of Ningxia, urban per capita life expenditure, the secondary industry, and the
primary industry are the main factors influencing ecological footprint of Ningxia.
Key Words: ecological footprint(EF); Partial Least鄄Squares Regression(PLS); influencing factors; Ningxia Province
摇 摇 可持续发展理论提出后,如何对区域可持续发
展程度进行定量度量,成为学者们研究的焦点。 生
态足迹分析方法是近年发展的一种衡量人地协调和
生态可持续发展的定量方法[1],它同时也是度量人
类活动对生态系统的压力和影响的一条新途径[2]。
生态足迹分析方法是由加拿大学者 William E. Rees
于 1992 年提出[3],随后 Wackernagel 对生态足迹理
论进行了完善[4]。 人类在消耗自然界提供的产品和
服务时,会对地球生态系统产生影响。 因此,生态足
迹分析方法的原理是:用生态足迹测量人类生存所
必需的真实生物生产性面积,然后用这些生物生产
性面积与该区域在当前的技术和资源管理措施条件
下实际可获得的总的生物生产性面积进行比较,从
而反映人类对自然资源的利用程度及人类生产和消
费活动所带来的压力,得出该区域的可持续发展状
况,揭示该区域人类生存和持续发展面临的危机与
潜力。 作为一种衡量人地协调度及生态可持续性的
有效评估方法,生态足迹备受国内外众多学者关注
和研究。 1999年生态足迹理论传入我国,我国学者
对此做了大量研究。 张志强和徐中民等人在介绍生
态足迹理论、概念和计算模型的基础上[5鄄6,9],对我国
西部地区省、区、市的生态足迹进行了计算[7鄄10], 此
后,国内学者对我国其他一些省、区、市及全国的生
态足迹进行了计算[11鄄14]。 与此同时,生态足迹研究
也被广泛应用于旅游、居民消费、交通、贸易等其他
领域的研究[15鄄20]。 生态足迹分析法为我们提供了一
个较准确地判断评价对象可持续发展程度和状况的
方法[21]。
随着生态足迹研究的深入,生态足迹与不同自
然和社会经济因子之间的相互关系研究成为新的焦
点。 例如张永芳等人[22]运用相关分析和主成分分
析法对影响兰州市生态足迹的主要因子进行了分
析,蒋莉等人[23]运用多元回归分析方法对影响我国
各省生态足迹的因子进行了定量分析,毛锦凰[24]运
用主成分回归分析法分析了甘肃省生态足迹动态变
化的影响因子。 虽然传统的回归分析方法能够根据
时间序列值预测生态足迹未来的发展趋势,但是其
有时无法克服变量存在多重相关性的问题[25];同
时,传统的回归分析方法缺乏对影响生态足迹的内
在机理研究,而且计入模型的影响因子也较少,无法
综合反映生态足迹与社会经济指标间的相互影响关
系[26]。 针对上述存在的问题,本文将采用一种新的
统计回归分析方法———偏最小二乘回归方法
(PLS),以宁夏回族自治区为研究区域,构建偏最小
二乘回归模型,对生态足迹及其影响因子的相关关
系进行定量诊断,以企对未来生态足迹动态发展趋
势进行有效预测,为区域可持续发展战略的实施提
供有意义的决策支持。
1摇 研究区域与研究方法
1.1摇 研究区域概况
宁夏处在黄河中上游及黄土高原与沙漠的过渡
地带,介于北纬 35毅 14忆—39毅 23忆,东经 104毅 17忆—
107毅39忆之间,总面积 5.18 万 km2。 全区跨暖温带半
湿润区至温带干旱区三个气候区,有 75%的面积属
于干旱、半干旱区域。 地表形态复杂多样,自北向依
次为贺兰山地、宁夏平原、鄂尔多斯高原、黄土高原
以及六盘山地。 宁夏是全国水资源最少的省区之
一,年均降水量 305mm,蒸发量达 1800mm,生态环境
脆弱,退化类型多样。 宁夏北部是较平坦的黄河淤
积平原区,约占全区总面积的 21.01%,黄河为沿河
地区提供了丰富的灌溉用水,引黄灌区社会经济发
展较好,但是盐渍化、沙化较为严重;中部干旱带约
占全区总面积的 40.22%,受水资源制约,社会经济
386摇 3期 摇 摇 摇 马明德摇 等:宁夏生态足迹影响因子的偏最小二乘回归分析 摇
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发展水平较低,该区域风蚀沙化、荒漠化现象严重;
南部为山区,该区域黄土广布,沟壑纵横,水土流失
严重,土地痔薄化、石质化问题突出,自然环境恶劣,
生产条件较差,社会经济发展落后。 宁夏下辖银川
市、石嘴山市、吴忠市、中卫市和固原市 5 个地级市,
截至 2010年全区有人口 6329550 人,其中农业人口
为 3972837人,约占全区人口总数的 62.77%。 目前,
宁夏发现的矿产资源有 50 余种,其中以煤炭为主要
优势。 2010年宁夏 GDP 为 1689.65 亿元,其中第一
产业为 159.29 亿元,第二产业为 827.91 亿元,第三
产业为 702.45亿元。
1.2摇 研究方法
1.2.1摇 算法原理
偏最小二乘回归方法是近年来应实际需要而产
生和发展的一种具有广泛适用性的多元统计分析方
法,它于 1983 年由 S.Wold 和 C.Albano 等人首次提
出。 偏最小二乘回归分析方法具有主成分分析、典
型相关分析和线性回归分析等方法的特点,能有效
解决变量存在多重共线性的问题[27鄄29]。 在解决变量
存在多重共线性问题方面,偏最小二乘回归分析法
采用成分提取的方法,但与传统的主成分分析法有
所不同,PLS 方法是通过对信息进行重组而不是剔
除变量,在成分提取时既考虑了因变量与自变量间
的线性关系,又选择了对自变量、因变量解释性最强
的综合变量,排除噪声干扰,因此既保证了多重共线
性问题的消除,又保证了模型的稳定[30]。 其原理
如下。
设有 q 个因变量 {y1,y2,…,yq} 和 p 个自变量
{x1,x2,…,xp} 。 为了研究因变量与自变量的统计
关系,观测了 n个样本点,由此构成了自变量与因变
量的 数 据 表 X = (y1,y2, …, yq) n伊p 和 y =
(y1, y2, …, yq) n伊q 。 偏最小二乘回归分别在 X 与
Y中提取出成分 t1 和 u1,为了满足回归分析的需要,
要求:(1) t1 和 u1 应尽可能多地携带它们各自数据
表中的变异信息;(2) t1 和 u1 的相关程度能够达到
最大。 在第一个成分被提取后,偏最小二乘回归分
别实施 X对 t1的回归以及 Y对 t1的回归。 如果回归
方程已经达到满意的精度,则算法终止;否则,将利
用 X被 t1解释后的残余信息以及 Y被 t1解释后的残
余信息进行第二轮的成分提取。 如此往复,直到能
达到一个较满意的精度为止。 若最终对 X 共提取了
m个成分 t1,t2,…,tm ,偏最小二乘回归将通过施行
yk ( k = 1,2,…,q )对 t1,t2,…,tm 的回归,然后再表
达成 yk 关于原自变量 x1,x2,…,xp 的回归方程。
1.2.2摇 建模步骤
根据因变量个数的不同,偏最小二乘回归分析
可分为多因变量偏最小二乘回归分析和单因变量偏
最小二乘回归分析。 本研究只做单因变量偏最小二
乘回归分析。 首先对数据进行标准化处理,得到标
准化后的因变量矩阵 F0 和自变量矩阵 E0,分别记为
F0 = Y , E0 = X 。
(1)第 1成分 t1 的提取
已知 F0, E0,可从中提取第 1 个成分 t1, t1 =
E0W1。 其中 W1 为 E0 的第 1 个轴,为组合系数,
椰W1椰 = 1。 同时,从 E0 中提取第 1个成分 u1 满足
u1 = F0C1,式中 C1为 F0的第 1个轴,椰C1椰 = 1。 在
此要求 t1, u1 能分别较好地表达 X 与 Y 中的数据变
异信息,且 t1 对 u1 有较大的解释能力。
根据主成分分析和典型相关分析的思路,取:
W1 = ET0F0 /椰ET0F0椰
即可满足条件。 得到 W1 后,可得成分 t1,分别
求 F0, E0 对 t1 的回归方程为:
E0 = t1pT1 + E1 , F0 = t1r1 + F1
式中, p1 = ET0 t1 /椰t1椰2,向量 r1 = FT0 t1 /椰t1椰2, E1,
F1 为回归方程的残差矩阵。
(2)第 2成分 t2 的提取
以 E1 取代 E0, F1 取代 F0,用上面的方法求第 2
个轴 W2 和第 2个成分 t2,有:
W2 = ET1F1 /椰ET1F1椰 , t2 = E1W1 。
同样, E1, F1 分别对 t2 做回归,得到 E1 = t2pT2 +
E2, F1 = t2r2 + F2。
第 h 成分 th 的提取同理。 h 的个数可以用交叉
有效性原则进行识别, h小于 X的秩。
(3)求偏最小二乘回归模型
综合以上分析,可以得到偏最小二乘回归模型
Y = XWR忆 + F2
式中,W = W1,W2,…,W[ ]h , R = r1,r2,…,r[ ]h , F2
为残差矩阵。
(4)交叉有效性原则
利用交叉有效性原则来确定提取的成分个数
h 。 记 yi为原始数据, t1,t2,…,th是偏最小二乘回归
过程中的成分。 軃yhi 是使用全部样本点并取 t1,t2,…,
486 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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th 个成分回归建模后,第 i 个样本点的拟合值。
軃yh -( )i 是在建模时删去第 i 个样本点,取 t1,t2,…,th
个成分建模后,再由此模型计算得拟合值。
PRESS =移
n
i = 1
yi - 軃yh -( )( )i
2
式中, yi为原始数据, yi - yh -( )i 是在建模时删去第 i
个样本点,取 t1,t2,…,th 个成分建模后,据此模型计
算拟合值。 变量 PRESS 取最小时表明模型的拟合
效果最好,这时提取的成分个数 h即为最佳成分数。
2摇 结果分析
2.1摇 2001—2010年宁夏人均生态足迹测算
关于生态足迹的计算原理和方法有许多文献都
做了介绍[5,9]。 宁夏 2001—2010年生态足迹计算主
要包括两部分,即生物资源的消费和化石能源的消
费。 由于缺乏宁夏进出口及国内贸易量的详细数
据,同时在计算时直接使用了生物资源及能源的消
费量数据,因此文中暂未对贸易调整进行估算。 本
文在生态足迹的计算过程中,有关耕地、林地、草地、
化石能源用地、建筑用地和水域的均衡因子取值分
别为 2.8、1.1、0.5、1.1、2.8、0.2;耕地、林地、草地、建
筑用地和水域产量因子取值分别为 0郾 55、0.77、0.76、
0郾 55,0.76[31]。 2001—2010 年宁夏人均生态足迹的
计算结果如图 1所示。
摇 图 1摇 2001—2010 年宁夏人均生态足迹、生态承载力及生态
赤字变化趋势
Fig.1 摇 The change of capita EF,EC and ED for Ningxia
during 2001—2010
由图 1 可知,宁夏人均生态足迹从 2001 年的
1郾 818103793 hm2 上升至 2010 年的 2. 894958909
hm2,增加了 59.23%。 2001年至 2010年是宁夏社会
经济发展最快的 10a,2010年全区 GDP 是 2001年的
4郾 7倍,可见,随着宁夏国民经济的快速发展,加剧了
对自然界提供的产品和服务的消耗,也增加了对生
态环境的压力。 宁夏人均生态承载力呈逐年下降的
趋势,由 2001年的 0.53458328 hm2下降至 2010年的
0郾 47179264 hm2。 人口和经济的快速增长所导致的
不合理开发,使人均生态承载力持续下滑。 生态赤
字逐年增加,与宁夏人均生态足迹变化趋势一致,都
基本保持上升趋势,由于人均生态承载力变化趋势
较为平稳,因此,宁夏人均生态赤字的增加主要是由
于人均生态足迹的增长引起的。 通过以上分析可以
看出,目前宁夏的发展处于不可持续的状态,随着经
济的持续增长和人口的不断增加,这种状况有可能
更加严峻。 因此,揭示宁夏生态足迹与其主要的社
会经济影响因子之间的内在关系,对宁夏实现区域
可持续发展有着重要意义。
2.2摇 宁夏生态足迹及其影响因子的偏最小二乘回
归分析
在比较短的时间段内,经济总量、产业结构、人
口数量、消费水平和投资规模等社会经济因素是影
响生态足迹的主要因素。 GDP 代表了国家或者地区
的经济发展水平,会对生态足迹产生重要影响;产业
结构是区域资源的“转换器冶,通过各产业产值可以
考察各产业对能源和物质的依赖程度和转化能力;
人是生产者也是消费者,生态足迹理论以人的消费
为出发点,这就决定了人口因素是影响生态足迹的
主导因素;随着经济的发展,居民消费水平对生态足
迹的影响程度会越来越严重;固定资产投资是社会
扩大再生产的有效动力,某种程度上影响着未来区
域经济的发展规模。 有鉴于此,本研究采用宁夏人
均生态足迹作为预测数据,分别选取社会经济指标
中对生态足迹有密切影响的 8 个指标,即 X1 为全区
GDP(亿元), X2 为第一产业产值(亿元), X3 为第二
产业产值(亿元), X4为第三产业产值(亿元), X5为
全区人口数(万人), X6 为城镇居民人均生活消费支
出(元 /人), X7 为农村居民人均生活消费支出
(元 /人), X8为全社会固定资产投资(万元),建立社
会经济系统指标体系。 研究所需数据由相应各期
《宁夏统计年鉴》和《中国统计年鉴》整理和计算而
来。 根据宁夏 2001—2010 年人均生态足迹时间序
列值及各年份影响因子数据,运用偏最小二乘回归
专业分析软件 SIMCA鄄P11郾 5构建偏最小二乘回归模
型,在 Analysis中点击 Autofit 功能对模型进行自动
拟合。 当提取 1个 PLS成分时对 Y的交叉有效性是
586摇 3期 摇 摇 摇 马明德摇 等:宁夏生态足迹影响因子的偏最小二乘回归分析 摇
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0郾 944472,第 2个成分是-0.446196,因此系统只提取
了 1个 PLS成分。
模型对 X 和 Y 的解释能力分别为 0. 971 和
0郾 954,回归模型精度较高,可靠性也较强。 最终得
到标准化偏最小二乘回归方程为:
Y = 7.26118 + 0.124656X1 + 0.124457X2 +
0郾 124552X3 + 0.123784X4 + 0.123896X5 +
0郾 124585X6 + 0.122679X7 + 0.122629X8
2.2.1摇 精度分析
为了进一步考证模型建立的优劣度和可靠性,
对偏最小二乘回归模型进行变量投影重要性分析、
特异点分析和预测分析。
(1)变量投影重要性分析
在偏最小二乘回归分析中,常用变量投影重要
性( VIP j )来衡量每个自变量 X j 对因变量 Y 的解释
力。 因为 X j 对 Y的解释是通过 th 来传递的,如果 th
对 Y的解释能力很强,而 X j 在构造 th 时又起到了相
当重要的作用,则 X j 对 Y 的解释能力就被视为很
大[27]。 一般认为, VIP j 大于 1 的自变量重要,在
0郾 5—1之间的比较重要,小于 0郾 5 的则不重要。 由
表 1可见,因子 X1, X2, X3, X4, X5的 VIP j大于 1,证
明对宁夏生态足迹有显著影响; X6, X7, X8 的 VIP j
在 0.5—1之间,证明对宁夏生态足迹影响比较重要。
以上结果与模型分析结果基本相符合。
表 1摇 变量投影重要性指标
Table 1摇 The variable importance for projection
因子
Influencing factors
X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8
VIP j 1.02724 1.00337 1.00239 1.00223 1.00040 0.993406 0.986418 0.983922
摇 摇 (2)特异点分析
依据特异点分析原理,在 SMICA鄄P 软件中调用 t
[1] / t[2] Scatter Plot可以画出关于主成分 t1, t2 的
散点图———T2椭圆图(图 2)。 由图 2可以看出,所有
样本点都分散在 T2椭圆图内,证明所选样本是符合
建模要求的,样本的质量能够得到保证。
图 2摇 T2 椭圆图
Fig.2摇 T2 ellipse
(3)预测分析。 根据实际值和预测值之间的数
据比较,可以绘制出实际值与预测值比较图(图 3)。
从图 3 可以看出,实际值和预测值的线性趋势是正
确的,样本点分布相对集中。 因此,偏最小二乘回归
模型能较好地拟合出实际历史数据。
2.2.2摇 宁夏生态足迹及其影响因子的关系分析
由宁夏生态足迹及其影响因子的偏最小二乘回
图 3摇 生态足迹实际值与预测值散点图
摇 Fig.3摇 EF true value and prediction value scatter plots value
scatter plots
归分析结果可以看出,所选取的各项指标对生态足
迹的相关影响程度依次为全区 GDP、城镇居民人均
生活消费支出、第二产业产值和第一产业产值。
(1)生产足迹能够反映出经济生产过程中自然
资源的利用程度,在资源利用技术得不到提高的情
况下,经济高速发展将带来高的生产足迹[32]。 近些
年来,宁夏经济快速增长,特别是“十一五冶期间,宁
夏 GDP 年均增长 12.5%,高出全国 1.9 个百分点,快
速增长的经济总量增加了对自然界提供的产品和服
务的消耗,而且经济发展模式依然比较粗放,以 2010
年为例,全区万元 GDP 能耗为 3.308 t 标准煤,居全
国之首,因此,宁夏的经济增长在一定程度上是以牺
牲环境为代价取得的,而这种以牺牲环境为代价换
取的经济增长反过来会威胁发展本身的可持续性。
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(2)城镇居民的生态足迹占全民生态足迹的比
重一般较大[33]。 伴随着经济的发展,宁夏城镇居民
人均生活消费支出保持着较快增长,从 2000 年的
1017 元 /人增加至 2010 年 3447 元 /人,与此同时,
2000年以来宁夏城镇居民的恩格尔系数均低于
40%,并逐年减少,2010 年达到 33.24%,低于全国平
均水平 7.9 个百分点,表明宁夏城镇居民生活质量和
消费水平有了大幅度地提高,居民消费结构不断发
生升级变化,并呈现多样化,也预示着宁夏城镇居民
今后将更加注重生活质量的提高。
(3)宁夏煤炭资源储量丰富,目前宁夏煤炭预测
储量约为 2027亿 t,居全国第 5 位,已探明储量约为
316.5亿 t(不含预测储量),居全国第 6位,人均煤炭
占有量居全国第 1 位。 因此,长期以来围绕煤炭资
源,宁夏形成了资源性重工业为主导的“二、三、一冶
产业结构[34],而工业特别是重工业具有资源、能源
消耗量大的特征,因此,工业化意味着将对资源过度
利用[35]。 据统计,2000—2010 年在第二产业中工业
所占比重由 79.64%减少至 77.34%的情况下,宁夏的
重工业在工业中所占比重却由 76. 74%增加至
83郾 62%,而在能源消耗结构中,煤炭消耗量始终保
持在 86%以上。 与此同时,近些年宁夏围绕能源优
势,上马了一大批诸如冶金、化工、建材、电力等高耗
能项目。 高耗能产业的发展使宁夏经济对能源的依
赖度不断增加。
(4)研究表明,第一产业对生态资源占用的比例
在三次产业中最高[36],而宁夏是我国西北内陆地区
重要的农业省区,宁夏平原是我国重要的商品粮产
地之一;宁夏地处农牧交错地带,畜牧业在全区农业
产值中占有较大比例,2010 年全区畜牧业总产值达
到 86.1亿元,占农业总产值的 38%[37]。 但是与全国
农业大省相比,宁夏农业产业整体经济技术水平还
很低,农业产业结构不合理,区域间农业产业发展水
平不平衡,在自然条件相对恶劣的宁夏南部山区,农
业生产受自然条件影响较深,当地农业生产依然是
“靠天吃饭冶。
3摇 结论和讨论
(1)通过对模型进行变量投影重要性分析、特异
点分析和预测分析,证明偏最小二乘回归在对宁夏
生态足迹及其影响因子相关性研究方面具有较好的
分析能力,对生态足迹的分析结果与实际情况相符
合。 因此,用偏最小二乘回归分析法对宁夏生态足
迹影响因子重要程度进行分析是可行、可信的。
(2)2001 年至 2010 年是宁夏社会经济发展最
快的 10年,这期间,宁夏的人均生态足迹从 2001 年
的 1.818103793 hm2上升至 2010 年的 2. 894958909
hm2,增加了 59.23%;宁夏人均生态承载力呈逐年下
降趋势,由 2001年的 0.53458328 hm2下降至 2010年
的 0.47179264 hm2;生态赤字逐年增加,与人均生态
足迹变化趋势一致,都基本保持上升趋势。 这说明
国民经济的高速发展和人口的过快增长加剧了对生
态环境的压力,宁夏可持续发展形式非常严峻。
(3)运用偏最小二乘回归分析法对宁夏生态足
迹影响因子的重要性进行了定量分析,结果表明:全
区 GDP、城镇居民人均生活消费支出、第二产业产值
和第一产业产值 4项因子属于显著影响因子。 长期
以来宁夏经济的持续增长对生态环境具有很强的依
赖性,鉴于此,宁夏要实现区域经济的可持续增长,
必须调整产业结构,转变现有的经济增长方式,严格
控制高耗能产业盲目扩张;发展循环经济,降低资源
和能源消耗量,采用高新技术,加快对高耗能产业的
技术改进,提高资源和能源的利用效率,不断提升全
区工业发展水平和区域竞争能力;转变人们的消费
观念,引导居民杜绝奢侈和浪费,倡导可持续的消费
模式;控制人口增长,以减少新增人口对资源和能源
的需求;加快农业产业结构调整,加大对农业科技的
投入,注重高效率农业生产方式的普及,提高自然资
源单位面积的生物产量。
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栽澡藻 遭葬泽蚤糟 责则蚤灶糟蚤责造藻 燥枣 则葬灶凿燥皂 枣燥则藻泽贼 葬灶凿 蚤贼泽 葬责责造蚤糟葬贼蚤燥灶泽 蚤灶 藻糟燥造燥早赠院 葬 糟葬泽藻 泽贼怎凿赠 燥枣 孕蚤灶怎泽 赠怎灶灶葬灶藻灶泽蚤泽
在匀粤晕郧 蕴藻蚤袁 宰葬灶早 蕴蚤灶造蚤灶袁 在匀粤晕郧 载怎凿燥灶早袁 藻贼 葬造 渊远缘园冤
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匝怎葬灶贼蚤贼葬贼蚤增藻 葬灶葬造赠泽蚤泽 燥枣 凿则蚤增蚤灶早 枣葬糟贼燥则泽 枣燥则 憎藻贼造葬灶凿 凿藻早则葬凿葬贼蚤燥灶 遭葬泽藻凿 燥灶 澡赠凿则燥造燥早赠 遭葬造葬灶糟藻
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杂贼燥皂葬贼葬造 葬灶凿 藻灶增蚤则燥灶皂藻灶贼葬造 糟燥灶贼则燥造 燥灶 藻增葬责燥贼则葬灶泽责蚤则葬贼蚤燥灶 蚤灶 葬 责造葬灶贼葬贼蚤燥灶 蚤灶 贼澡藻 造燥憎藻则 皂燥怎灶贼葬蚤灶 葬则藻葬泽 燥枣 晕燥则贼澡 悦澡蚤灶葬
匀哉粤晕郧 匀怎蚤袁 酝耘晕郧 孕蚤灶早袁 在匀粤晕郧 允蚤灶泽燥灶早袁 藻贼 葬造 渊远远苑冤
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栽澡藻 枣造怎曾藻泽 燥枣 糟葬则遭燥灶 凿蚤燥曾蚤凿藻袁 皂藻贼澡葬灶藻 葬灶凿 灶蚤贼则燥怎泽 燥曾蚤凿藻 蚤灶 葬造责蚤灶藻 早则葬泽泽造葬灶凿 燥枣 贼澡藻 栽蚤葬灶泽澡葬灶 酝燥怎灶贼葬蚤灶泽袁 载蚤灶躁蚤葬灶早
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粤灶葬造赠泽蚤泽 贼澡藻 则藻造葬贼蚤燥灶泽澡蚤责 遭藻贼憎藻藻灶 藻糟燥造燥早蚤糟葬造 枣燥燥贼责则蚤灶贼 渊耘云冤 燥枣 灶蚤灶早曾蚤葬 葬灶凿 蚤灶枣造怎藻灶糟蚤灶早 枣葬糟贼燥则泽院 孕葬则贼蚤葬造 蕴藻葬泽贼鄄杂择怎葬则藻泽 砸藻早则藻泽泽蚤燥灶 渊孕蕴杂冤
酝粤 酝蚤灶早凿藻袁 酝粤 载怎藻躁怎葬灶袁 载陨耘 再蚤灶早扎澡燥灶早袁 藻贼 葬造 渊远愿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
孕则燥枣蚤造藻 凿蚤泽贼则蚤遭怎贼蚤燥灶 责葬贼贼藻则灶泽 燥枣 泽燥蚤造 燥则早葬灶蚤糟 糟葬则遭燥灶 葬灶凿 贼澡藻 则葬贼藻 燥枣 糟葬则遭燥灶 泽藻择怎藻泽贼则葬贼蚤燥灶 蚤灶 晕蚤灶早曾蚤葬 陨则则蚤早葬贼蚤燥灶 在燥灶藻
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愿苑苑 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 猿源卷摇
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
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
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
叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章曰研究简报曰生态学新理论尧新方法尧新技术介绍曰新书评价和
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叶生态学报曳为半月刊袁大 员远开本袁圆愿园页袁国内定价 怨园元 辕册袁全年定价 圆员远园元遥
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全国各地邮局均可订阅袁也可直接与编辑部联系购买遥 欢迎广大科技工作者尧科研单位尧高等院校尧图书
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通讯地址院 员园园园愿缘 北京海淀区双清路 员愿号摇 电摇 摇 话院 渊园员园冤远圆怨源员园怨怨曰 远圆愿源猿猿远圆
耘鄄皂葬蚤造院 泽澡藻灶早贼葬蚤曾怎藻遭葬燥岳 则糟藻藻泽援葬糟援糟灶摇 网摇 摇 址院 憎憎憎援藻糟燥造燥早蚤糟葬援糟灶
编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报渊杂匀耘晕郧栽粤陨摇 载哉耘月粤韵冤渊半月刊摇 员怨愿员年 猿月创刊冤
第 猿源卷摇 第 猿期摇 渊圆园员源年 圆月冤
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编摇 摇 辑摇 叶生态学报曳编辑部
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