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摘 要：运用生态足迹计算方法，结合区域自身特点，通过产量因子、均衡因子及贸易调整系数予以调整，以生态足迹与生态容量比值作为衡量区域生态压力的指标，分析了陕西省2001～2011年生态安全的时序变化，并利用主成分分析方法探析了陕西省生态安全动态变化的驱动力。结果表明：陕西省人均生态足迹从2001年的1.1141 gha增长到2011年的2.3290 gha，人均生态容量略有上升，生态压力指数呈增加趋势，说明陕西省一直是生态赤字，生态环境处于不安全的状态。陕西省生态安全动态变化是人口、经济、资源环境、技术、土地利用程度等多方面因素共同作用的结果，经济发展引起的人均GDP增加是生态安全动态变化的主要驱动力。
关键词：生态足迹；产量因子；生态安全；陕西省
中图分类号：S181 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2014）11-0104-06
生态环境是人类生存与社会经济发展的基础。随着科技的进步，人类利用自然的能力增强，在创造出巨大物质财富的同时，却忽略了生态容量与资源的承载力，环境污染等生态问题日益严重，影响到人类社会的发展[1]。生态安全是一个国家或地区生存和发展的生态环境处于不受威胁与破坏的状态，是整个生态经济系统可持续发展的保障，是区域或国家其他安全的载体与基础[2]。生态足迹通过估算维持人类对自然资源消费量和同化人类产生的废弃物所需要的生态生产性空间面积大小，并与给定人口区域的生态容量进行比较，来衡量区域的可持续发展状况[3]。然而当研究区域为某一地区时，其计算是基于消费量，各计算指标包含当地生产量及进、出口量，出口量会导致当地生态压力变大，而进口量会使当地的生态压力得到缓解，所以消费型生态足迹不能准确如实反映人类对当地生态系统的压力[4]。为了解决这一问题，本研究引入了贸易调整系数，对陕西省2001～2011年生态足迹进行修正，根据生态安全模型构建压力指标，对区域生态安全动态变化进行时序分析及驱动因子研究，以此来判断区域生态的可持续发展问题，为决策部门提供依据。
1 数据来源与方法
1.1 研究区概况
陕西省位于我国内陆腹地，黄河与长江流域中部，为连接中国东、中部地区和西北的重要枢纽。面积20.58万平方公里，地形总体轮廓是南北高、中部低，地势由西向东倾斜。目前，陕西省已经进入经济快速发展阶段，2012年全省生产总值14 457.84亿元，比上一年增长约15.51%，高于全国平均水平6.2%，居西部第一。全省常住人口3 774.1万，人口出生率与自增率分别控制在1.1%与0.5%之内。近年来，陕西省农业现代化和产业化水平明显提高，集约化程度加强，粮食产量不断增加；同时，人口数量迅速增加，工业化、城镇化水平加速提高，农地非农业化过程持续进行，农用地与非农用地矛盾日益尖锐，资源供给紧缺，对外依赖性持续加强。
1.2 生态足迹理论
该理论的核心是将人类自身消耗的绝大多数资源及产生的废物数量换算成提供这些功能所需的生物生产面积，将其与自然生态所能提供的生态服务相比较，如果两者之差是负值即生态赤字（ecological deficit），也就是消耗量大于所提供的服务，表明人类对自然的压力大于自然的承载能力，是有悖于可持续发展的；反之，即生态盈余（ecological remainder），则表明人类对自然的压力小于自然的承载能力[5]。生物生产性土地面积主要考虑以下6种类型：耕地、牧草地、林地、化石燃料用地、建筑用地和水域[6]。
对任何一种土地利用类型，一个地区以全球公顷（global hectares，缩写gha，是经过产量因子与均衡因子调整后的全球公顷单位）计算的生态足迹为：
式中， P指所收获的某种产品或所排放的某种废物的数量；YN指地区产品的平均产量；YF指生态生产性土地的产量因子；EQF指生态生产性土地的均衡因子。
引入产量因子和均衡因子的意义在于生态足迹和生态承载力转换为世界平均生物生产力土地面积，具有可比性[7]。一个国家或地区任何给定土地使用类型L的产量因子YFL为：
式中，U是一种给定土地使用类型产出的所有可用初级产品集；而AW，i与AN，i分别是以世界产量与国家或地区产量提供该国家或地区每年可得数量产品i需要的土地面积。因此，AN，i是一个国家或地区生产产品i的土地面积，而Aw，i 表示世界土地平均生产产品i对应的土地面积。
式中，Pi为该国家或地区产品i每年总产量；YN为产品i在该国家或地区的平均产量；YW为产品i的世界平均产量。
对于仅提供单一初级产品的土地使用类型，产量因子公式简化为：
根据公式（2）和（3）计算2001～2011各年陕西农作物产量因子。其中，豆类按照去豆荚后的干豆计算；薯类（包括甘薯和马铃薯，不包括芋头和木薯）按照5 kg鲜薯折合1 kg粮食计算；油料产量不包括大豆、野生油料。世界农作物平均产量取2003年的平均产量数据参与计算[8]。
陕西省牧草地产量因子为陕西牧草地NPP（净初级生产量）与世界牧草地NPP之比。由于历年来世界牧草地平均NPP变化微小，因此2001～2011年世界牧草地NPP均取2007年的值，为6.19 t/wha[8]。
陕西林地产量因子为陕西木材单位面积产量与世界木材均产之比，其中世界木材产量取2007年的值，为1.0854 m3/wha[8]。
由于缺乏全球淡水生态系统产量数据，借鉴谢鸿宇、叶慧珊的中国农产品全球平均产量中水产量的更新计算，内陆水域的产量因子设为1 wha/hm2[9]。
由于配置产量因子给建成地极为困难，在计算过程中采取与农用地相同的产量因子（建成地一般先占用质量好的农用地）。由于林地是主要的碳吸收地，并且其他土地类型的碳吸收相关数据难以获得，因此化石燃料的产量因子与林地一样。 不同类型土地的生产力是存在差异的，均衡因子就是把各类生物生产性土地面积转换为等价生产力的土地面积的转换系数。本研究中2001～2011年的均衡因子均以2007年的值代替，农地、林地、牧草地、水域分别为2.51、1.26、0.46、0.37，建成地和化石燃料碳吸收地的当量因子分别假设等于农地与林地的当量因子，单位为gha/wha。
能源资源生态足迹的计算公式如下：
式中：EF为能源消费生态足迹；Pi为第i种能源的消费量，单位是t；Ki为第i种能源的折算系数，单位为GJ/t；efaverage为全球平均能源足迹，单位是GJ/t。
生物资源账户的贸易调整系数计算公式：
式中，Cb是生物资源账户的贸易调整系数；H是居民消费总额；EC是恩格尔系数；GP是第一产业国民生产总值；GF是食品类加工业国民生产总值。此系数的含义：居民消费水平与恩格尔系数的乘积代表居民消费中食物部分消费的份额，用以表征区域内生物产品的真实消费量；将第一产业GDP和食品类加工业GDP（包括农副产品加工业、食品制造业和饮料制造业）求和用以表征本区域内初级生物生产和加工产品的总生产量[10]。
能源账户的贸易调整系数计算公式：
式中，Ce是能源账户的贸易调整系数；E是能源消费总量；ET是净贸易能源携带量；ei是第一、二、三产业的能源消耗强度；Ti是第一、二、三产业的净贸易额。
在综合考虑上述两类账户调整的基础上，生态足迹的贸易调整公式为：
式中，EF是总生态足迹；EFb是基于生物消费量计算的生物资源账户的生态足迹；EFe是基于能源消耗量计算的能源账户的生态足迹。
1.3 生态容量模型
一个国家或地区任何一种土地使用类型的生态容量为：
式中，EC是区域实际的生态容量；A是给定土地使用类型可得面积；YF是生态生产性土地的产量因子；EQF是生态生产性土地的均衡因子。
生态容量计算分为生物资源用地供给账户、能源用地供给与污染用地供给账户、建设用地供给账户、水资源供给账户。其中生物资源用地供给账户包括耕地、草地、林地、水域4类生物生产性面积[11]；建设用地供给账户土地类型为建筑用地；能源用地供给与污染用地供给账户主要是吸收化石燃料燃烧排放CO2的林地面积，按照生物生产林地面积计算。按照全球惯例，全球排放的CO2被海洋吸收掉的有1/3，因此在计算区域能源用地供给与污染用地供给账户时应加上海洋承担的那部分生态容量，其数值按照化石燃料生态足迹用地需求量的1/3计算。
一个区域的地表水资源开发利用率若超过30%～40%，则可能引起生态环境恶化，因此一个国家或地区的地表水资源生态容量必须至少扣除60%用于维护生态环境，计算公式为：
式中，ECw是水资源生态容量，单位gha；S是水资源总面积hm2；Rw是水资源均衡因子；yw是水资源产量因子。
1.4 生态安全驱动力模型
生态安全表征的是生态系统所提供服务的质量或（和）数量的状态，当一个生态系统所提供服务的质量和数量出现异常时，表明该系统生态安全受到了威胁，即处于不安全状态。在生态足迹的理论基础上，利用生态压力指数测评区域的生态安全状态，生态压力指数指生态足迹与生态容量的比值，计算公式如下：
式中，T是区域生态压力指数；EF是区域总生态足迹；EC是区域生态容量。
根据陕西省社会经济发展特征与资源环境状况，选取人口状况（总人口数、城镇人口比重）、经济水平（人均GDP、工业贡献率、居民消费水平）、资源环境（单位耕地农药施用量、单位耕地农用化肥折纯量、人均耕地面积）、技术（万元GDP能耗、农用机械总动力）、土地利用程度（复种指数、建设用地）5个方面的12个指标对生态足迹驱动力进行分析，以2001～2011年时间序列数据为样本，利用SPSS软件将这些指标与生态压力指数进行相关分析，得到各驱动因子与生态压力的关系，对这些驱动因子进行主成分分析去除冗余信息，得到能反映绝大部分信息且累积贡献率大于85%的前n个主成分，各驱动因子的载荷大小表明各驱动因子对生态压力的影响机理及作用程度的强弱。
1.5 数据来源
数据来自2004～2012各版的《陕西统计年鉴》、《中国能源统计年鉴》以及《联合国粮农组织数据库数据》，在计算过程中将生态足迹分为生物资源账户与能源账户两部分进行计算，其中生物资源账户的生态足迹主要有农地、林地、牧草地、水域，能源账户主要有化石燃料地和建成地，各类型生产性土地生态足迹见表2。
2 结果与分析
2.1 陕西省生态足迹、生态容量及生态压力指数的时序变化
由表3可以看出，2001～2011年陕西省生态足迹总量持续增长，2011年末与2001年相比增加了114.2%，年均增长7.92%；生态容量总量增加了933.19×104 gha，增长幅度达48.09%，生态赤字一直增大。
2001～2011年，陕西省人均生态足迹呈现上升趋势（图1），由2001年的1.1141 gha增长到2011年的2.3290 gha，增长了1.09倍，年均增长率为7.65%。其中，化石燃料的人均生态足迹增长最快，从2001年的人均0.4118 gha增加到2011年的1.6087 gha，增幅达290.70%，年均增长14.60%，所占比例也不断扩大，由36.96%扩大到69.07%，主导着生态足迹的总体增长趋势，这是由该时间段陕西省生产建设与生活消费的煤炭、石油和天然气等化石能源快速增长导致的。林地增长次之，2011比2001年增长了181.48%，年均增长10.90%，主要成因是城市建设建筑用材快速增加。建成地的人均生态足迹增加了88.43%，年均增长6.54%，主要是该期间居民点和交通用地快速增长所致。农用地、牧草地、水域的人均生态足迹下降则是由于该期间生物资源生产能力提高，单位面积生产的生物资源量增加。 陕西省的人均生态容量变化趋势与人均生态足迹一致（图2），由2001年的0.6701 gha上升到2011年的1.3141 gha，增长了96.1%，年均增长6.97%。其中，除水资源供给账户由于人口增加导致人均生态容量轻微下降外，生物资源用地供给、建设用地供给、能源用地与污染用地供给均呈不同程度的增长趋势，主要原因是人工造林、退耕还林等政策实施引起林地面积增加，而耕地面积虽有所减少，但由于单位面积产量增加，其生物资源容量不降反升，更为重要的是林地面积增加使得能源用地与污染用地供给账户的人均生态容量快速上升，这对增大陕西省的生态容量总量起了中流作用。
2.2 生态安全驱动因子主成分分析
根据相关矩阵的特征值（大于1）以及各主成分的贡献率和累计贡献率（表4），前两个主成分累计贡献率高达87.230%，故第一、二主成分（F1、F2）基本可以代替全部信息。由表5可见，第一主成分除复种指数外，在其他因子，如人均耕地面积、单位耕地化肥施用量、人均GDP、居民消费水平等，都具有很大的载荷，表现出极强的正相关或负相关，这些变量几乎包含了人口、经济水平、自然资源、技术、土地利用程度的所有状况，综合性很强。第二主成分反映的信息量不多，只是在工业贡献率和城市建设面积上具有较大的载荷，说明第二主成分在一定程度上代表着经济结构和城市扩张对生态安全的影响。
陕西省人均GDP载荷系数最高，说明经济增长是促使生态压力增加的最主要驱动力，主要是由于人均GDP提高需要消耗更多资源，同时也提高了人均消费量。居民消费水平反映了居民消费的总量与结构，该水平的提高，说明对资源需求更大，而且要求更多元化，生态压力也相应增加。人口是社会活动的主体，人口数量直接决定着对资源的需求量，尤其是与人口相比，城镇人口比重的主成分载荷更大，说明城镇人口造成的生态压力比总人口平均水平高，这与城镇人口比农村人口的消费量和消费层次高是分不开的。工业是与农业相对应的产业，能源消耗极大，成为生态压力增加的另一驱动因子。施用化肥与农药是提高单位面积粮食产量的有效措施，但不可避免造成了生态环境和土地生态系统的破坏，单位耕地化肥和农药施用量越多，生态压力越大。农业机械总动力反映了农业技术投入的程度，其载荷值也较大，表明农业机械总动力的提高，也严重加剧了农业生态系统的压力。复种指数和城市建设面积分别表明农村土地与城市用地的利用程度，复种指数的载荷低于城市建设用地的载荷，说明与农村用地相比，城市用地对生态压力的驱动影响更大。陕西省生态压力与人均耕地面积、万元GDP能耗呈现负相关，表明随着陕西省城镇化的推进，人均
耕地面积持续下降，但土地生态压力持续增大；万元GDP能耗指标表明产业发展的技术水平，尽管能源利用率的提高从某一程度上缓冲了能源需求对生态环境的压力，但无法抵消陕西省为发挥能源优势大力发展能源产业、促进能源的开发与生产、扩张能源产业而导致的生态压力增加。
2.3 生态安全驱动模型
以生态压力指数为因变量，上述12个驱动因子为自变量，根据最小二乘法原理建立多元回归模型。由于各因子量纲不同，需先进行标准化处理。建立的模型为：
根据SPSS中的回归标准残差图，各散点主要分布在以e=0为中心的横带上，说明模型拟合效果较好。该模型表明，引起陕西省生态安全动态变化的是人口、经济、资源环境、技术水平、土地利用程度5大方面因素的共同作用。
3 结论与讨论
本研究结果表明，陕西省2001～2011年生态赤字增大，生态压力呈上升趋势，经济增长与生态环境的矛盾日益尖锐，社会经济发展处于不可持续状态。能源地的生态足迹增长快速，所占比重呈扩大趋势，一定程度上反映了陕西省对能源产业的依赖性增强，能源开发与生产规模扩大，能源消耗成为引导生态足迹总量上升的主导因子。
生态安全驱动模型研究考虑了社会经济、人口状况、资源环境、技术水平及土地利用程度方面的因素，研究表明生态压力动态变化是多个因素共同作用的结果，其中人口的增加、经济增长、工业贡献率的增加、居民消费水平的提高、生态环境的破坏与资源紧张、科技水平提高及其投入增加、土地利用程度的加剧对陕西省生态压力变化具有强烈的驱动作用。鉴于此，可以从控制人口、调整产业结构和消费结构、保护生态环境等方面来降低生态压力。对于科技水平进步而生态压力增加的问题，是因为能源需求量增加以及能源产业发展造成的能源生态足迹的增加作用超过了科技进步提高能源利用率带来的缓解生态压力的作用。为实现该地区的可持续发展，一方面要从降低生态足迹的角度出发，控制人口增长速度，提高居民可持续意识，提高资源利用率，转变现有的生产方式，优化产业结构，减小对生态的压力，形成可持续的发展轨道；另一方面，要增加生态容量，加强对自然资源特别是土地资源的管理与利用，不止数量上更注重在质量上提高各种土地资源供给的面积，形成一条高效的经济和生态安全的发展模式。
参 考 文 献：
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[5] 蒙吉军.土地评价与管理[M].北京：科学出版社，2011.
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关键词：生态足迹；产量因子；生态安全；陕西省
中图分类号：S181 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2014）11-0104-06
生态环境是人类生存与社会经济发展的基础。随着科技的进步，人类利用自然的能力增强，在创造出巨大物质财富的同时，却忽略了生态容量与资源的承载力，环境污染等生态问题日益严重，影响到人类社会的发展[1]。生态安全是一个国家或地区生存和发展的生态环境处于不受威胁与破坏的状态，是整个生态经济系统可持续发展的保障，是区域或国家其他安全的载体与基础[2]。生态足迹通过估算维持人类对自然资源消费量和同化人类产生的废弃物所需要的生态生产性空间面积大小，并与给定人口区域的生态容量进行比较，来衡量区域的可持续发展状况[3]。然而当研究区域为某一地区时，其计算是基于消费量，各计算指标包含当地生产量及进、出口量，出口量会导致当地生态压力变大，而进口量会使当地的生态压力得到缓解，所以消费型生态足迹不能准确如实反映人类对当地生态系统的压力[4]。为了解决这一问题，本研究引入了贸易调整系数，对陕西省2001～2011年生态足迹进行修正，根据生态安全模型构建压力指标，对区域生态安全动态变化进行时序分析及驱动因子研究，以此来判断区域生态的可持续发展问题，为决策部门提供依据。
1 数据来源与方法
1.1 研究区概况
陕西省位于我国内陆腹地，黄河与长江流域中部，为连接中国东、中部地区和西北的重要枢纽。面积20.58万平方公里，地形总体轮廓是南北高、中部低，地势由西向东倾斜。目前，陕西省已经进入经济快速发展阶段，2012年全省生产总值14 457.84亿元，比上一年增长约15.51%，高于全国平均水平6.2%，居西部第一。全省常住人口3 774.1万，人口出生率与自增率分别控制在1.1%与0.5%之内。近年来，陕西省农业现代化和产业化水平明显提高，集约化程度加强，粮食产量不断增加；同时，人口数量迅速增加，工业化、城镇化水平加速提高，农地非农业化过程持续进行，农用地与非农用地矛盾日益尖锐，资源供给紧缺，对外依赖性持续加强。
1.2 生态足迹理论
该理论的核心是将人类自身消耗的绝大多数资源及产生的废物数量换算成提供这些功能所需的生物生产面积，将其与自然生态所能提供的生态服务相比较，如果两者之差是负值即生态赤字（ecological deficit），也就是消耗量大于所提供的服务，表明人类对自然的压力大于自然的承载能力，是有悖于可持续发展的；反之，即生态盈余（ecological remainder），则表明人类对自然的压力小于自然的承载能力[5]。生物生产性土地面积主要考虑以下6种类型：耕地、牧草地、林地、化石燃料用地、建筑用地和水域[6]。
对任何一种土地利用类型，一个地区以全球公顷（global hectares，缩写gha，是经过产量因子与均衡因子调整后的全球公顷单位）计算的生态足迹为：
式中， P指所收获的某种产品或所排放的某种废物的数量；YN指地区产品的平均产量；YF指生态生产性土地的产量因子；EQF指生态生产性土地的均衡因子。
引入产量因子和均衡因子的意义在于生态足迹和生态承载力转换为世界平均生物生产力土地面积，具有可比性[7]。一个国家或地区任何给定土地使用类型L的产量因子YFL为：
式中，U是一种给定土地使用类型产出的所有可用初级产品集；而AW，i与AN，i分别是以世界产量与国家或地区产量提供该国家或地区每年可得数量产品i需要的土地面积。因此，AN，i是一个国家或地区生产产品i的土地面积，而Aw，i 表示世界土地平均生产产品i对应的土地面积。
式中，Pi为该国家或地区产品i每年总产量；YN为产品i在该国家或地区的平均产量；YW为产品i的世界平均产量。
对于仅提供单一初级产品的土地使用类型，产量因子公式简化为：
根据公式（2）和（3）计算2001～2011各年陕西农作物产量因子。其中，豆类按照去豆荚后的干豆计算；薯类（包括甘薯和马铃薯，不包括芋头和木薯）按照5 kg鲜薯折合1 kg粮食计算；油料产量不包括大豆、野生油料。世界农作物平均产量取2003年的平均产量数据参与计算[8]。
陕西省牧草地产量因子为陕西牧草地NPP（净初级生产量）与世界牧草地NPP之比。由于历年来世界牧草地平均NPP变化微小，因此2001～2011年世界牧草地NPP均取2007年的值，为6.19 t/wha[8]。
陕西林地产量因子为陕西木材单位面积产量与世界木材均产之比，其中世界木材产量取2007年的值，为1.0854 m3/wha[8]。
由于缺乏全球淡水生态系统产量数据，借鉴谢鸿宇、叶慧珊的中国农产品全球平均产量中水产量的更新计算，内陆水域的产量因子设为1 wha/hm2[9]。
由于配置产量因子给建成地极为困难，在计算过程中采取与农用地相同的产量因子（建成地一般先占用质量好的农用地）。由于林地是主要的碳吸收地，并且其他土地类型的碳吸收相关数据难以获得，因此化石燃料的产量因子与林地一样。 不同类型土地的生产力是存在差异的，均衡因子就是把各类生物生产性土地面积转换为等价生产力的土地面积的转换系数。本研究中2001～2011年的均衡因子均以2007年的值代替，农地、林地、牧草地、水域分别为2.51、1.26、0.46、0.37，建成地和化石燃料碳吸收地的当量因子分别假设等于农地与林地的当量因子，单位为gha/wha。
能源资源生态足迹的计算公式如下：
式中：EF为能源消费生态足迹；Pi为第i种能源的消费量，单位是t；Ki为第i种能源的折算系数，单位为GJ/t；efaverage为全球平均能源足迹，单位是GJ/t。
生物资源账户的贸易调整系数计算公式：
式中，Cb是生物资源账户的贸易调整系数；H是居民消费总额；EC是恩格尔系数；GP是第一产业国民生产总值；GF是食品类加工业国民生产总值。此系数的含义：居民消费水平与恩格尔系数的乘积代表居民消费中食物部分消费的份额，用以表征区域内生物产品的真实消费量；将第一产业GDP和食品类加工业GDP（包括农副产品加工业、食品制造业和饮料制造业）求和用以表征本区域内初级生物生产和加工产品的总生产量[10]。
能源账户的贸易调整系数计算公式：
式中，Ce是能源账户的贸易调整系数；E是能源消费总量；ET是净贸易能源携带量；ei是第一、二、三产业的能源消耗强度；Ti是第一、二、三产业的净贸易额。
在综合考虑上述两类账户调整的基础上，生态足迹的贸易调整公式为：
式中，EF是总生态足迹；EFb是基于生物消费量计算的生物资源账户的生态足迹；EFe是基于能源消耗量计算的能源账户的生态足迹。
1.3 生态容量模型
一个国家或地区任何一种土地使用类型的生态容量为：
式中，EC是区域实际的生态容量；A是给定土地使用类型可得面积；YF是生态生产性土地的产量因子；EQF是生态生产性土地的均衡因子。
生态容量计算分为生物资源用地供给账户、能源用地供给与污染用地供给账户、建设用地供给账户、水资源供给账户。其中生物资源用地供给账户包括耕地、草地、林地、水域4类生物生产性面积[11]；建设用地供给账户土地类型为建筑用地；能源用地供给与污染用地供给账户主要是吸收化石燃料燃烧排放CO2的林地面积，按照生物生产林地面积计算。按照全球惯例，全球排放的CO2被海洋吸收掉的有1/3，因此在计算区域能源用地供给与污染用地供给账户时应加上海洋承担的那部分生态容量，其数值按照化石燃料生态足迹用地需求量的1/3计算。
一个区域的地表水资源开发利用率若超过30%～40%，则可能引起生态环境恶化，因此一个国家或地区的地表水资源生态容量必须至少扣除60%用于维护生态环境，计算公式为：
式中，ECw是水资源生态容量，单位gha；S是水资源总面积hm2；Rw是水资源均衡因子；yw是水资源产量因子。
1.4 生态安全驱动力模型
生态安全表征的是生态系统所提供服务的质量或（和）数量的状态，当一个生态系统所提供服务的质量和数量出现异常时，表明该系统生态安全受到了威胁，即处于不安全状态。在生态足迹的理论基础上，利用生态压力指数测评区域的生态安全状态，生态压力指数指生态足迹与生态容量的比值，计算公式如下：
式中，T是区域生态压力指数；EF是区域总生态足迹；EC是区域生态容量。
根据陕西省社会经济发展特征与资源环境状况，选取人口状况（总人口数、城镇人口比重）、经济水平（人均GDP、工业贡献率、居民消费水平）、资源环境（单位耕地农药施用量、单位耕地农用化肥折纯量、人均耕地面积）、技术（万元GDP能耗、农用机械总动力）、土地利用程度（复种指数、建设用地）5个方面的12个指标对生态足迹驱动力进行分析，以2001～2011年时间序列数据为样本，利用SPSS软件将这些指标与生态压力指数进行相关分析，得到各驱动因子与生态压力的关系，对这些驱动因子进行主成分分析去除冗余信息，得到能反映绝大部分信息且累积贡献率大于85%的前n个主成分，各驱动因子的载荷大小表明各驱动因子对生态压力的影响机理及作用程度的强弱。
1.5 数据来源
数据来自2004～2012各版的《陕西统计年鉴》、《中国能源统计年鉴》以及《联合国粮农组织数据库数据》，在计算过程中将生态足迹分为生物资源账户与能源账户两部分进行计算，其中生物资源账户的生态足迹主要有农地、林地、牧草地、水域，能源账户主要有化石燃料地和建成地，各类型生产性土地生态足迹见表2。
2 结果与分析
2.1 陕西省生态足迹、生态容量及生态压力指数的时序变化
由表3可以看出，2001～2011年陕西省生态足迹总量持续增长，2011年末与2001年相比增加了114.2%，年均增长7.92%；生态容量总量增加了933.19×104 gha，增长幅度达48.09%，生态赤字一直增大。
2001～2011年，陕西省人均生态足迹呈现上升趋势（图1），由2001年的1.1141 gha增长到2011年的2.3290 gha，增长了1.09倍，年均增长率为7.65%。其中，化石燃料的人均生态足迹增长最快，从2001年的人均0.4118 gha增加到2011年的1.6087 gha，增幅达290.70%，年均增长14.60%，所占比例也不断扩大，由36.96%扩大到69.07%，主导着生态足迹的总体增长趋势，这是由该时间段陕西省生产建设与生活消费的煤炭、石油和天然气等化石能源快速增长导致的。林地增长次之，2011比2001年增长了181.48%，年均增长10.90%，主要成因是城市建设建筑用材快速增加。建成地的人均生态足迹增加了88.43%，年均增长6.54%，主要是该期间居民点和交通用地快速增长所致。农用地、牧草地、水域的人均生态足迹下降则是由于该期间生物资源生产能力提高，单位面积生产的生物资源量增加。 陕西省的人均生态容量变化趋势与人均生态足迹一致（图2），由2001年的0.6701 gha上升到2011年的1.3141 gha，增长了96.1%，年均增长6.97%。其中，除水资源供给账户由于人口增加导致人均生态容量轻微下降外，生物资源用地供给、建设用地供给、能源用地与污染用地供给均呈不同程度的增长趋势，主要原因是人工造林、退耕还林等政策实施引起林地面积增加，而耕地面积虽有所减少，但由于单位面积产量增加，其生物资源容量不降反升，更为重要的是林地面积增加使得能源用地与污染用地供给账户的人均生态容量快速上升，这对增大陕西省的生态容量总量起了中流作用。
2.2 生态安全驱动因子主成分分析
根据相关矩阵的特征值（大于1）以及各主成分的贡献率和累计贡献率（表4），前两个主成分累计贡献率高达87.230%，故第一、二主成分（F1、F2）基本可以代替全部信息。由表5可见，第一主成分除复种指数外，在其他因子，如人均耕地面积、单位耕地化肥施用量、人均GDP、居民消费水平等，都具有很大的载荷，表现出极强的正相关或负相关，这些变量几乎包含了人口、经济水平、自然资源、技术、土地利用程度的所有状况，综合性很强。第二主成分反映的信息量不多，只是在工业贡献率和城市建设面积上具有较大的载荷，说明第二主成分在一定程度上代表着经济结构和城市扩张对生态安全的影响。
陕西省人均GDP载荷系数最高，说明经济增长是促使生态压力增加的最主要驱动力，主要是由于人均GDP提高需要消耗更多资源，同时也提高了人均消费量。居民消费水平反映了居民消费的总量与结构，该水平的提高，说明对资源需求更大，而且要求更多元化，生态压力也相应增加。人口是社会活动的主体，人口数量直接决定着对资源的需求量，尤其是与人口相比，城镇人口比重的主成分载荷更大，说明城镇人口造成的生态压力比总人口平均水平高，这与城镇人口比农村人口的消费量和消费层次高是分不开的。工业是与农业相对应的产业，能源消耗极大，成为生态压力增加的另一驱动因子。施用化肥与农药是提高单位面积粮食产量的有效措施，但不可避免造成了生态环境和土地生态系统的破坏，单位耕地化肥和农药施用量越多，生态压力越大。农业机械总动力反映了农业技术投入的程度，其载荷值也较大，表明农业机械总动力的提高，也严重加剧了农业生态系统的压力。复种指数和城市建设面积分别表明农村土地与城市用地的利用程度，复种指数的载荷低于城市建设用地的载荷，说明与农村用地相比，城市用地对生态压力的驱动影响更大。陕西省生态压力与人均耕地面积、万元GDP能耗呈现负相关，表明随着陕西省城镇化的推进，人均
耕地面积持续下降，但土地生态压力持续增大；万元GDP能耗指标表明产业发展的技术水平，尽管能源利用率的提高从某一程度上缓冲了能源需求对生态环境的压力，但无法抵消陕西省为发挥能源优势大力发展能源产业、促进能源的开发与生产、扩张能源产业而导致的生态压力增加。
2.3 生态安全驱动模型
以生态压力指数为因变量，上述12个驱动因子为自变量，根据最小二乘法原理建立多元回归模型。由于各因子量纲不同，需先进行标准化处理。建立的模型为：
根据SPSS中的回归标准残差图，各散点主要分布在以e=0为中心的横带上，说明模型拟合效果较好。该模型表明，引起陕西省生态安全动态变化的是人口、经济、资源环境、技术水平、土地利用程度5大方面因素的共同作用。
3 结论与讨论
本研究结果表明，陕西省2001～2011年生态赤字增大，生态压力呈上升趋势，经济增长与生态环境的矛盾日益尖锐，社会经济发展处于不可持续状态。能源地的生态足迹增长快速，所占比重呈扩大趋势，一定程度上反映了陕西省对能源产业的依赖性增强，能源开发与生产规模扩大，能源消耗成为引导生态足迹总量上升的主导因子。
生态安全驱动模型研究考虑了社会经济、人口状况、资源环境、技术水平及土地利用程度方面的因素，研究表明生态压力动态变化是多个因素共同作用的结果，其中人口的增加、经济增长、工业贡献率的增加、居民消费水平的提高、生态环境的破坏与资源紧张、科技水平提高及其投入增加、土地利用程度的加剧对陕西省生态压力变化具有强烈的驱动作用。鉴于此，可以从控制人口、调整产业结构和消费结构、保护生态环境等方面来降低生态压力。对于科技水平进步而生态压力增加的问题，是因为能源需求量增加以及能源产业发展造成的能源生态足迹的增加作用超过了科技进步提高能源利用率带来的缓解生态压力的作用。为实现该地区的可持续发展，一方面要从降低生态足迹的角度出发，控制人口增长速度，提高居民可持续意识，提高资源利用率，转变现有的生产方式，优化产业结构，减小对生态的压力，形成可持续的发展轨道；另一方面，要增加生态容量，加强对自然资源特别是土地资源的管理与利用，不止数量上更注重在质量上提高各种土地资源供给的面积，形成一条高效的经济和生态安全的发展模式。
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