基于STIRPAT模型的城市生活垃圾产生量影响因素分析研究

傅碧天

(上海环境卫生工程设计院有限公司，上海 200232)

1 引言

随着经济的快速发展和居民生活水平的日益提高，城市生活垃圾产生量持续增加，许多城市的生活垃圾处理设施规模难以支撑生活垃圾产生量的增长，且日益增长的生活垃圾对城市环境和公共卫生造成严重危害，影响城市的可持续发展和生态文明建设。目前我国生态文明建设正处于压力叠加、负重前行的关键期，也到了有条件有能力解决生态环境突出问题的窗口期，应以需求为导向解决城市固体废弃物污染防治工作中存在的问题，提升生态环境品质。且长三角区域一体化国家战略的提出，赋予了长三角城市重大历史机遇。面对长三角地区日益庞大的城市生活垃圾产生量，“废弃物围城”已成为制约长三角城市群高质量发展的巨大瓶颈，探索城市生活垃圾产生的影响驱动因素，可对因地制宜的开展生活垃圾减量工作有着重要作用。近年来，范通达[1]运用主成分分析法研究了生活垃圾产生量模型研究，认为影响合肥市城市生活垃圾产生量影响因子的密切程度依次为人口、GDP、社会消费品零售总额等；陶艳杰等[2]基于层次分析法确定了生活垃圾影响因素，其中人口是最为显著的影响因素，其次是生活方式和GDP；王琛等[3]分析了城市生活垃圾产生的影响因素为居住消费支出、基础设施投资、经济发展前景等；邹剑锋[4]进行了城市生活垃圾的解耦分析，认为居民实际消费水平会影响人均生活垃圾产生量，特别是在较偏远地区；皇甫慧慧等[5]基于GRA-Markov-GM模型研究了城市生活垃圾产生量的影响因素，认为以城市人口为主的因素是城市生活垃圾产生量的主要影响因素。STIRPAT模型考虑了社会、经济、技术3方面对环境压力的影响，目前较多地应用于国内外环境影响的分析研究，用于固废领域的研究相对较少。许博等[6]基于STIRPAT模型研究了生活垃圾产生量的区域差异，分析了城市化水平、人口规模、家庭规模、人口老龄化等因素的影响。本文在前人研究的基础上，选用STIRPAT模型，尝试引入人均收入、人均消费支出、三产GDP比重3个影响因素，研究长三角典型城市的生活垃圾产生量的驱动因素，并对比不同城市之间的差异，得出因地制宜的城市生活垃圾减量策略，为我国其他城市的废弃物减量提供一定的参考价值。

2 区域概况及研究方法

2.1 区域概况

本文以长三角城市群为例，选取了3个典型城市苏州、上海、南京市，分析长三角城市生活垃圾产生量的影响因素，数据分别来源于《苏州市统计年鉴(2011-2017)》《上海市统计年鉴(2011-2017)》《南京市统计年鉴(2011-2017)》和各地环境卫生统计年鉴，数据选取的时长为2011～2017年。2011～2017年间，苏州、上海、南京市的生活垃圾量呈稳步增长的趋势，生活垃圾量年均增长率分别约为7.4%、3.5%和4.4%，按照城市常住人口计算，2017年人均生活垃圾量约为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世纪70年代，Ehrlich等[7，8]提出了IPAT模型，即：I=PAT，式中，I、P、A、T分别表示环境压力、总人口、富裕度和技术，此模型用来判断总人口、富裕度、技术因子对环境压力的影响；1994年，Dietz等[9，10]提出了基于IPAT模型的随机特殊形式—STIRPAT模型(Stochastic Impacts by Regression on Population, Affluence, and Technology)，STIRPAT模型表示为：I=aPbAcTde，式中，I、P、A、T表示环境影响、人口因素、财富因素和技术因素，a为模型系数，b、c、d分别为人口、财富和技术因素的弹性系数，e为随机误差项。STIRPAT模型考虑了人口、财富和技术因素的变化分别对环境的影响，消除了同比例变动的问题，被广泛用于实际环境问题分析中。由于STIRPAT模型是一种非线性的多元方程，为了方便计算，对模型两边同时取对数，将其化为线性模型，即：lnI=lna+blnP+clnA+dlnT+lne。

2.2.2 STIRPAT模型指标选取

本文将STIRPAT模型中表示环境因素的因变量I设为城市生活垃圾产生量，为主要研究对象，其中苏州市生活垃圾产生量为I1，上海市生活垃圾产生量为I2，南京市生活垃圾产生量为I3；由于STIRPAT模型比较灵活，允许影响因素的加入或修改，为深入研究城市生活垃圾产生量与人口和技术等因素的关系，本文将代表人口因素的社会指标P分为总人口P1和城市化率P2，用于分析人口数量和城市化水平的变动对城市生活垃圾产生量的影响；A为代表财富因素的经济指标，本文将代表财富因素的分为人均收入水平A1和人均消费支出A2；T为技术指标，本文的技术指标T为第三产业产值占GDP的比重，表示城市服务性水平，各指标如表1所示。

表1 模型指标选取表

基于以上指标的选取，本文的STIRPAT模型最终形式为：I=aP1bP2cA1dA2eTfh，等式两边同时取对数后为：lnI=lna+blnP1+clnP2+dlnA1+elnA2+flnT+lnh，其中a为常数项，b、c、d、e、f分别为各个指标的弹性系数，h为随机误差项。

2.2.3 岭回归分析法

3 结果与分析

3.1 岭回归分析

根据收集的指标数据，以线性STIRPAT方程为模型，用SPSS13.0进行最小二乘法分析，结果表示，各指标之间的共线性水平较强，方差膨胀因子VIF均大于5且最高达到127，说明最小二乘法不适用于STIRPAT模型的建立。再将影响城市生活垃圾产生量的驱动因子用SPSS13.0进行岭回归分析，当K取0.5时，回归系数开始趋于稳定，城市生活垃圾产生量驱动因子岭回归分析结果如表2所示。

表2 岭回归分析(K=0.5)

从表2可以看出，当K取0.5时，岭回归中各参数均通过显著性水平检验，存在显著性差异(P<0.1)，且各因子VIF值均小于5，减少了自变量间的多重共线性，结合表中数据得苏州、上海、南京市生活垃圾产生量的岭回归方程分别为：

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个城市总生活垃圾产生量的岭回归方程为：

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

(4)

3.2 结果分析

各驱动因子对3个城市生活垃圾产生量影响从大到小排序分别为城市化率(1.72)、总人口(0.75)、三产比重(0.32)、人均消费支出(0.13)、人均收入水平(0.11)，各因子均对生活垃圾产生量存在显著正影响。综合来看，社会指标对生活垃圾产生量的影响很大，其中，城市化率的正影响最大，弹性系数达到1.72，即城市化规模扩大1%，生活垃圾产生量将增加1.72%，可见对于长三角城市来说，城市化率的增加是造成区域生活垃圾产生量增长的最主要因素；人口数量的增加，对区域生活垃圾产生量增长也有较大的贡献作用，其弹性系数为0.75，即人口数量增长1%，生活垃圾产生量将增加0.75%。其次是产业结构对城市生活垃圾的影响，第三产业的弹性系数为0.32，即第三产业GDP增长1%，使得生活垃圾产生量增加0.32%，说明服务行业特别是住宿和餐饮业、旅游业等对生活垃圾产生量的贡献值较大。居民人均消费支出和人均收入水平对生活垃圾产生量的弹性系数分别为0.13和0.11，对生活垃圾产生量有一定的正影响，说明人均收入的持续增加会带来消费升级和消费质量改善，高收入和高消费群体会产生更多的生活垃圾。

对3个城市的影响因素驱动力进行比较得出，上海市的城市化率因子对其生活垃圾产生量的正影响最大，其弹性系数为2.35，即城市化规模扩大1%，生活垃圾产生量将增加2.35%，其次是苏州市的城市化率因子影响力(1.45)，说明对于长三角经济发展迅速的特大城市，城镇规模的扩张是影响生活垃圾产生的最主要因素。对苏州市和南京市来说，人口数量的增加是生活垃圾量增长的最主要驱动因素，弹性系数分别为4.73和1.92，即人口规模增长1%，生活垃圾产生量将分别增加4.73%和1.92%，人口规模的正效应强于上海，这与上海市对常住人口的控制规划有关，说明城市发展到一定阶段，人口规模的增长对生活垃圾产生的影响将逐渐变弱。上海市的高收入和高消费群体对生活垃圾产生量的影响力度相对较大。苏州市的产业结构调整对生活垃圾产生量的影响能力相对较大(0.46)，说明近年来苏州市第三产业的发展速度相对较快，服务业的发展促进了固体废弃物产生。

4 结语

(1)本文基于STIRPAT模型，以苏州、上海、南京市为例，选取总人口、城市化率、人均收入水平、人均消费支出、三产GDP比重作驱动因子，分析得出了各因素对生活垃圾产生量均为显著正影响。

(2)从人口因素来看，城市化水平的发展是生活垃圾产生的主要影响因素，弹性系数达到1.72，即城市化规模扩大1%，生活垃圾产生量将增加1.72%，说明对于长三角地区经济发展迅速的特大城市，城镇规模的扩张是影响生活垃圾产生的最主要因素。其次是人口规模的发展，其弹性系数为0.75，即人口数量增长1%，生活垃圾产生量将增加0.75%，但城市发展到一定阶段，人口规模的增长对生活垃圾产生的影响将逐渐变弱。从经济发展角度来看，居民人均消费支出和人均收入水平对生活垃圾产生量呈正向影响，高收入和高消费群体的生活方式将带来更多的城市生活垃圾。从技术水平来看，第三产业的迅速发展将为城市带来更多的生活垃圾。

(3)本文建议首先合理规划和扩张城市规模，特别是合理控制超大型城市人口规模，加大高水平人才的引进，加强区域协作联动和共享，持续优化生态环境，推动长三角城市一体化、高质量发展；其次在垃圾分类大背景下，培养居民源头减量意识，深入推进生活垃圾全程分类体系建设，倡导减少产品外包装或过度包装，减少使用塑料袋等一次性塑料制品，并在居民日常消费环节提倡合理消费、绿色消费观念，拒绝食物浪费，宣传引导光盘行动，减少酒店、餐饮等服务业一次性产品的消耗和使用，倡导无纸化办公，创新长三角“Zero Waste”绿色生活方式，促进长三角城市群的绿色可持续发展。