基于STIRPAT模型的农牧交错带草地面积变化影响因素分析*——以宁夏回族自治区盐池县为例

马明德，杨美玲

(1.北方民族大学学报编辑部，宁夏银川 750021； 2.宁夏大学资源环境学院，银川 750021)

0 引言

我国草地面积居世界第二位，草地是我国面积最大的陆地生态系统。作为一种特殊的生产资料，草地是可再生农业自然资源的重要组成部分[1]，是开展大面积畜牧业生产的重要基地[2]。我国进行草地放牧已有3 000多年历史，开展草原农垦也有1 000余年历史，但是我国草地利用与管理水平仍然非常落后，依旧属于传统的自给自足型畜牧业经济，整个生产依然延续着低投入、低产出、靠天养畜的粗放经营方式，生产力与商品率均甚低[3]。近年来，由于经济发展、人口增加和过度放牧，以及长期“以粮为纲”的生产政策，致使我国草地退化严重，草地面积大幅减少。针对这一现象，我国学者开展了大量研究，如藏淑英[4]、那晓东[5]等在遥感影像分析的基础上，运用多元线性回归和主成分分析法对引起大庆地区草地面积变化的因素进行了分析； 李兴华等[6]对内蒙古锡林郭勒盟多伦县草地面积变化的成因分析表明，气候暖干化和人为扰动两种因素的叠加作用导致锡林郭勒地区草地面积不断减少； 张起鹏等[7]对甘南藏族自治州玛典县草地植被覆盖度的研究表明，超载放牧及社会经济因子引起了草地植被覆盖度的变化，进而造成草地面积不断减少； 张佳宁[8]对祁连山北坡高寒草地的研究表明，对草地资源的不合理利用、草地资源拥有权不明晰及不合理的樵采中药材，是造成该地区草地面积不断减少的主要原因； 基于MODIS土地覆盖类型数据集，修丽娜等[9]研究表明， 2001～2009年人类不合理的经济活动是造成全国草地面积时空变化的重要原因。草地是农牧交错带重要的土地利用类型和景观类型，是农牧交错带生态系统的重要组成部分和天然生态屏障，在调节气候、涵养水源、防风固沙、保持水土、维护生态安全方面具有举足轻重的作用[9]。作为农区与牧区交织分布的一个过渡地带，我国农牧交错带多分布于半湿润农区与干旱、半干旱牧区接壤地带，其生态环境十分脆弱，交错带对人为干扰和气候变化极度敏感[10]。数千年来，在自然和人为因素的共同作用下，农牧交错带内农牧两种经营方式相互替代，种植业和草地畜牧业相互重叠、交错分布[11]，因此，农牧交错内在土地利用方面始终是农业用地和牧业用地并存，数量对比变化剧烈[12-13]，从而导致草地成为农牧交错带内面积变化最大的土地利用类型[6]。宁夏回族自治区盐池县地处典型的农牧交错带，由于长期的过度放牧、过度开垦、过度采樵，致使盐池县草地退化、沙化，草地面积减少十分严重，因此，处理好草地保护与经济发展之间的关系，对盐池县生态安全和社会经济可持续发展具有重要的现实意义。

综合已有研究成果，在较短时间尺度内，人类活动是引起草地退化和草地面积变化的主因，采用单一指标表征社会经济发展或选择多元线性回归等方法分析引起土地面积变化的原因，是目前较为常用的方法，但受模型所限，该类方法对社会经济驱动机制解释得不够充分[14]。有鉴于此，研究采用在环境科学研究领域广泛运用的STIRPAT模型，对宁夏盐池县草地面积变化及其影响因素进行分析。

1 研究区概况

盐池县地处宁夏回族自治区东部，位于北纬37°04′～38°10′、东经106°30′～107°47′之间，面积8 661.3km2，其北部与内蒙古自治区接壤，东部和南部分别与陕西省和甘肃省接壤。盐池县北部与毛乌素沙地相邻，东南部与黄土高原相连。盐池县从南至北是典型的农区到牧区的过渡地带。气候方面，盐池县属于典型的温带大陆性气候，干旱少雨是其典型气候特征，全县年平均降水量为295.7mm。草地是盐池县面积最大的土地利用类型，盐池县草地类型可分为干草原草场类、荒漠草原草场类、沙生植被草场类和盐生植被草场类四大类。2014年盐池县GDP为57.350 4亿元，其中，第一产业为5.428 5亿元，占全县GDP的9.5%； 第二产业为32.003 9亿元，占全县GDP的55.8%； 第三产业为19.921 6亿元，占全县GDP的34.7%。2014年，盐池县人口为17.234 3万人，其中农业人口为13.907 7万人。

2 研究方法及指标选取

2.1 STIRPAT模型简介

20世纪70年代，Ehrlich等[15-16]提出IPAT模型，该模型是STIRPAT模型的原型。IPAT模型(I=PAT)，主要用于判别人口、富裕程度、技术等因素如何对环境产生影响的，其中，I表示环境压力，P表示人口数量，A表示富裕度，T表示技术。IPAT模型认为，I是P、A、T共同作用的结果，且I与各影响因素之间的比例关系为1： 1： 1，即当其中一个影响因素发生1%的变化时，会引起环境压力发生1%的变化[14]。IPAT模型提出后，Rose和Tietz等[17]在IPAT模型的基础上，经过扩张提出了STIRPAT模型，他们认为通过人口、富裕度和技术的随机回归可分析各驱动力对环境压力的影响，其具体形式：

I=aPbAcTde

(1)

式(1)中，a为模型的系数；b，c，d为各影响因素的指数；e为误差项。当a=b=c=d=e=1时，STIRPAT模型即为IPAT模型。STIRPAT模型是一个多自变量的非线性模型，模型两边同时进行对数化处理后为：

lnI=lna+blnP+clnA+dlnT+lne

(2)

以lnI作为因变量，lnP、lnA、lnT作为自变量，lna作为常数项，lne作为误差项，对经过处理后的模型进行多元线性拟合。由于各变量取了自然对数，因此，模型中各变量的系数为弹性系数。由于STIRPAT模型是随机形式，如果理论上合适，可在式(2)中增加人文驱动力(如富裕度)对数形式的二项式或多项式形式来验证环境Kuznetsa曲线等有关假说[18]，其公式为：

lnI=lna+blnP+c1lnA+c2ln2A+dlnT+lne

(3)

依据弹性系数的概念，对式(3)求lnA的一阶偏导数，可以得到富裕度对环境影响的弹性系数(EE)：

EE=c1+2c2lnA

(4)

如果c2为负值，则可确定在经济发展与环境之间存在类似环境Kuznets曲线关系。

2.2 指标选取

该文确定I为盐池县草地面积，草地面积数据来源于2004～2014年《宁夏回族自治区土地利用变更调查报告》；P为盐池县人口数，盐池县人口数据来源于2007～2014年《盐池县经济要情手册》；A用盐池县人均GDP表示，人均GDP能够较好地反映地区的富裕程度，具体数据来源于2007～2014年《盐池县经济要情手册》。模型中将T分解为T1和T2，其中，T1采用第三产业所占比例来表示，T2采用城镇化率来表示。第三产业比例和城镇化率数据通过2007～2014年《盐池县经济要情手册》获取和计算而来。T的指标选取之所以采用第三产业所占比例和城镇化率，主要是因为：(1)产业结构调整可以促进区域农业资源合理、高效的配置，一定的产业结构必须通过相应的用地结构得到映射[19]，作为产业发展的基础载体，土地支撑着产业结构的不断演进，而产业结构的调整又直接影响和推动着土地利用结构、规模和空间格局的变化。(2)城镇化会引起土地利用方式的转变，土地由农业用地转为非农用地后，其单位面积的价值产出会远高于农业生产的产品价值，土地生产效率会大大提高； 而随着城镇规模的不断扩大和土地利用边际产出的变化，城镇对土地需求也在发生着变化。因此，在城镇化的不同阶段，城镇建设对土地的利用方式、规模和强度也在发生着变化，伴随着城镇化进程的加快，会加速农用地向非农用地的转化。

2.3 草地面积变化情况分析

由图1可见，盐池县的草地面积总体呈现减少趋势，其中1995～2000年减少幅度不大，从1995年的747.629 12万hm2减少至2000年的733.732 06万hm2，减少了13.897 06万hm2； 2001～2005年盐池县草地面积出现了一次较大幅度的减少，从2001年的728.007 05万hm2减少至2005年的642.592 39万hm2，减少了85.414 66万hm2； 2006～2008年盐池县草地面积未出现大的变化，而且较之2005年草地面积有所增加，这可能与“封育禁牧”和“退耕还林还草”工程的实施有关； 从2009年开始，盐池县草地面积又一次出现较大幅度的减少，在此之后，盐池县草地面积变化趋于稳定，面积基本保持在580.800 0万hm2上下。总之，近20年来盐池县草地面积减少相当严重，全县减少草地面积22.93%，因此，揭示影响盐池县草地面积变化的主要社会经济因素，对保护草地资源，实现盐池县社会经济可持续发展有着重要意义。

图1 1995～2014年盐波县草地面积变化

3 结果分析

为了避免多重共性线问题的出现，该文采用岭回归分析法对STIRPAT模型进行拟合分析。研究调运SPSS18.0软件“Rideg Regression.spss”的宏程序，并以0.01为步长在(0， 1)区间对岭回归系数K进行取值。经过分析，取K值为0.30时的岭回归结果确定随机模型，具体结果如表1。从表1可知，lnT1和lnT2通过了5%的显著性水平检验，其他变量通过了1%的显著性水平检验，R2为0.950，F值为51.133 7，P值为0.000 0，均说明方程通过了显著性检验。具体方程：

lnI=-0.429 5lnP-0.023 4lnA-0.001 3ln2A+0.110 6lnT1-0.176 3lnT2+20.961 0

表1 岭回归分析结果

系数标准误差TSiglnP-0429500586-7327500000lnA-0023400025-9307500000ln2A-0001300001-9034300000lnT101106004132676400181lnT2-0176300664-2653700189lne2096100697130070800000 注：R2=0950，F统计量为511337，sig．(F统计量)=00000

从分析结果可见，人口是影响盐池县草地面积减少的重要因素，在其他条件相同的情况下，人口每增加1%，则会引起草地面积减少0.429 5%。虽然截至2014年盐池县常住人口为17.234 3万人，与宁夏其他县相比，盐池县总人口并不算多，但盐池县有近80%的人口是农业人口，一方面，在草地转化为耕地的短期效益要高于草地的情况下，农业人口的不断增加和大量农村剩余劳动力长期积压于农村，加剧了对草地的开垦力度，另一方面，为了追求自身利益最大化，广大农牧民无视自然规律和生态承载力所限，不断加大放牧力度，致使草地退化严重。这也进一步说明，传统的农业发展模式是造成盐池县草地面积减少的直接原因。

城镇化是影响盐池县草地面积减少的另一重要因素，在其他条件不变的情况下，城镇化率每提高1%，草地面积会减少0.176 3%。随着盐池县城镇化进程的不断加快，用地规模和需求也在不断增加，但鉴于盐池县目前城镇化水平相对较低，城镇化所产生的规模效应尚不能显现，与内部挖潜相比，城镇建设通过外部土地扩张的开发成本会低得多，因此城镇发展更倾向于“摊大饼”式向外扩张，同时，由于我国现行土地征用制度尚不健全，草地征地补偿标准又较其他类型土地偏低，以及在盐池县许多草地权属并不十分清晰，致使近年来盐池县在城镇建设时，更多地选择大量占用草地。

第三产业的发展有助于草地面积的增加，即当第三产业每增加1%，草地面积会增加0.046 0%。产业结构是资源利用的“转换器”，三次产业中第三产业的资源利用效率最高，而且第三产业又能大量吸收劳动力，农村剩余劳动力转移至第三产业，可以有效减轻对草地的压力。因此，盐池县应积极引导农村剩余劳动力向第三产业转移。

同时，由分析结果可见，人均GDP对盐池县草地面积变化的影响程度较之其他因素小得多，即人均GDP每增加1%会引起草地面积减少0.023 4%。可能的解释是:(1)虽然盐池县是宁夏重要的农牧业大县，但是近年来实施的“封育禁牧”和“退耕还林还草”工程有效地遏制了草地的退化，使草地面积减少的趋势得到了一定程度的控制； (2)近年来，盐池县注重产业结构的调整，逐渐摆脱了全县经济发展单纯依靠农业的局面，这在一定程度上减轻了对草地资源的压力。

从方程可以看出，ln2A项的系数为-0.001 3，这表明，盐池县经济发展与草地面积变化之间有可能存在类似环境Kuznets曲线的关系。人均GDP取不同值时，其对盐池县草地面积的弹性系数(EE)如表2。但是从表2可见， 1995～2014年，随着盐池县人均GDP的增加，人均GDP对草地面积的弹性系数的绝对值在不断增加，但未出现拐点，而且由图2可知，弹性系数增加值(ΔEE)的绝对值呈现波动上升的趋势。这表明，经济发展对草地面积减少的趋势没有变，而且仍在不断增加。从图3可进一步看出， 1995～2014年，随着人均GDP的增加，盐池县草地面积总体呈现减少趋势，但拐点也未出现。这表明，在今后较长时期内，随着经济的发展，盐池县草地面积有可能进一步减少，因此，在未来很长一段时期，盐池县经济发展与环境之间的矛盾依然严峻。

表2 盐池县人均GDP对草地面积影响的弹性系数

年份人均GDPEEΔEE年份人均GDPEEΔEE年份人均GDPEEΔEE19951556-00430520023955-004555-000030200914023-004894-00003719961761-004338-00003320034594-004595-000040201017913-004960-00006619971822-004347-00000920045611-004649-000054201125267-005052-00009219982134-004389-00004220056102-004671-000022201229737-005095-00004419992431-004424-00003520067113-004712-000041201334375-005134-00003920002600-004442-00001820079592-004792-000080201437808-005160-00002620013532-004524-000082200812223-004857-000065

图2 弹性系数增加值曲线

图3 盐池县草地面积与人均GDP关系

4 结论与讨论

(1)人口和城镇化是促进盐池县草地面积减少的两个主要因素。尽管盐池县人口总量在宁夏各县中并不算多，但作为宁夏传统的农牧业大县， 20.2人/km2的人口密度和不断增加的农村剩余劳动力使得在盐池县全面推广农业科技难度较大，农业发展仍以主要依靠要素的投入来刺激和带动，无法摆脱传统的农业生产模式，农业对自然资源具有高度的依赖性，其发展方式依然粗放[20]。因此，盐池县应加大对农村剩余劳动力的技能培训，积极引导农村剩余劳动力向二、三产业转移，不断加大对农业科技的投入，以提高土地资源的利用效率。目前，盐池县的城镇化程度并不高，城镇化进程中土地价值没有得到体现，而丰富的草地资源又使盐池县在城镇化进程中更倾向于通过“摊大饼”的方式向外扩张，土地的使用效率低下，草地等土地资源浪费严重。

(2)值得注意的是，第三产业对减轻草地压力具有积极作用，人均GDP的增长虽然对草地面积的减少有影响，但其影响力在逐渐弱化。在未来很长一段时期，盐池县都将面临着在发展过程中恢复生态的局面，因此消除经济发展与环境系统相悖的根源，是实现盐池县经济发展与环境之间协同发展的关键，而STIRPAT模型的ln2A项系数小于0，说明盐池县经济发展与草地面积变化之间有可能存在类似环境Kuznets曲线的关系，但是这一“拐点”并未出现，ΔEE的绝对值波动上升，则进一步说明随着人均GDP的增加，经济发展对草地的压力会呈现逐渐增加的趋势。环境Kuznets曲线是一个经验模型，其倒“U”形曲线向下拐点的出现并不是必然的[21]，因此，盐池县还须从人口控制、产业结构调整、经济增长方式转变和土地规划等方面施加影响，力争使拐点尽快出现或使曲线更趋平缓。

(3)草地面积的变化是多因素影响的结果，作为我国北方一条重要的过渡地带，由于受外部因素及人类活动的干扰，使得影响北方农牧交错带草地面积变化的因素呈现许多特殊性，虽然从研究结果看，STIRPAT模型能够较好地解释盐池县草地面积变化及其影响因素的作用机理，但是STIRPAT模型主要还是应用于环境科学领域的研究，关于土地面积变化的研究较少，其纳入模型的变量重点是识别人口、富裕程度、技术等因素对环境的影响，就该研究而言，模型对诸如牲畜数量等因素与草地面积之间的关系尚不能较好地开展分析，因此，有必要对现有STIRPAT模型进行改进，使其能够更好地对引起草地面积变化的原因进行分析。

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