吉林省生態(tài)足跡與生態(tài)承載力動(dòng)態(tài)變化分析與預(yù)測(cè)研究

高 標(biāo)，崔鳳午

（白城師范學(xué)院，吉林 白城137000）

可持續(xù)發(fā)展是立足于環(huán)境和自然資源的關(guān)于人類長期發(fā)展的戰(zhàn)略和模式，它強(qiáng)調(diào)環(huán)境承載能力和資源的永續(xù)利用［1］。自1972年在聯(lián)合國人類環(huán)境研討會(huì)提出可持續(xù)發(fā)展的概念以來，可持續(xù)發(fā)展一直就是各國學(xué)者研究的重點(diǎn)內(nèi)容，而其定量評(píng)價(jià)方法的研究更是其中的前沿和熱點(diǎn)。加拿大生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)家William Rees教授和Wackernagel博士于20世紀(jì)90年代提出了一種定量評(píng)價(jià)可持續(xù)發(fā)展程度與狀況的方法——生態(tài)足跡法［2－3］，該方法從一個(gè)全新的視角出發(fā)，思考人類及其發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系，提出一個(gè)核算全球、國家、地區(qū)以及個(gè)人對(duì)自然資本利用狀況的簡明框架，通過計(jì)算人類對(duì)自然生態(tài)服務(wù)的需求與自然所能夠提供的生態(tài)服務(wù)之間的差距，評(píng)價(jià)人類對(duì)自然資源的利用情況，進(jìn)而判定評(píng)價(jià)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展程度與狀況，該方法已經(jīng)在國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，涵蓋世界［4－5］、國家［6－8］、省和地區(qū)［9-13］、州 市 縣 鄉(xiāng)［14－18］、學(xué) 校［19－20］等 各 個(gè) 尺 度［21－23］。其中就吉林省而言，顧康康和劉景雙［24］利用生態(tài)足跡模型研究了吉林省1978—2002年生態(tài)足跡和生態(tài)承載力，并運(yùn)用回歸分析對(duì)吉林省2004—2016年生態(tài)足跡和生態(tài)承載力做出了預(yù)測(cè)，結(jié)果表明：1978—2002年，吉林省人均生態(tài)足跡從1.090hm2增加到2.457hm2，人均生態(tài)承載力從1.210hm2下降到1.096hm2；邱靈等［25］對(duì)吉林省2003年的生態(tài)足跡進(jìn)行了實(shí)證計(jì)算和分析，結(jié)果表明，吉林省2003年的人均生態(tài)足跡需求為2.66hm2，人均生態(tài)承載力為1.89hm2，生態(tài)赤字為0.77hm2；李輝等［26］對(duì)吉林省1996—2005年的生態(tài)足跡進(jìn)行了計(jì)算和分析，結(jié)果表明：1996—2005年，就吉林省整體而言，人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的壓力已超過了它的承載力范圍；方愷等［27］分析了1994—2008年的吉林省能源足跡及其各土地利用類型供給變化，并通過生態(tài)效應(yīng)指數(shù)計(jì)算揭示了土地利用／覆蓋變化對(duì)能源足跡的影響。

本研究運(yùn)用生態(tài)足跡理論計(jì)算吉林省1996—2010年的人均生態(tài)足跡與人均生態(tài)承載力，分析人均生態(tài)足跡與人均生態(tài)承載力的動(dòng)態(tài)變化，并結(jié)合生態(tài)赤字以及萬元GDP生態(tài)足跡，研究吉林省近15a的可持續(xù)發(fā)展程度與狀況，利用SPSS軟件分析得到人均生態(tài)足跡與人均生態(tài)承載力的發(fā)展預(yù)測(cè)模型，進(jìn)而預(yù)測(cè)未來15a的吉林省的人均生態(tài)足跡、人均生態(tài)承載力以及生態(tài)赤字的發(fā)展趨勢(shì)，以期為政府或相關(guān)部門制定政策與規(guī)劃提供科學(xué)、合理的依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 吉林省基本概況

吉林省位于東北地區(qū)中部，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，全年平均氣溫4.8℃，年降水量810.7mm。地處北緯40°52′—46°18′，東經(jīng)121°38′—131°19′，東西最長約750km，南北最寬約600km，總面積18.74萬km2，約占全國總土地面積的2%，居全國第14位，其中山地占36%、丘陵占5.8%、平原占30%、臺(tái)地及其他占28.2%。全省擁有耕地面積557.84萬hm2，園地面積11.56萬hm2、草地面積104.56萬hm2、其他農(nóng)用地面積45.52萬hm2、建設(shè)用地面積104.98萬hm2。全省擁有林業(yè)用地面積932.7萬hm2，森林面積827.8萬hm2，活立木總蓄積量9.35億m3，森林覆蓋率達(dá)43.6%。全省擁有水資源總量為686.68億 m3，地表水資源量622.07億 m3，地下水資源量141.88億m3。

主要礦產(chǎn)有石油、鎳、鎵、油母頁巖、石墨、金、鉬、冰洲石、錸等，而且多種礦產(chǎn)的儲(chǔ)量居全國前列。主要的糧食作物有玉米、水稻、大豆、小麥、高粱、谷子、薯類；主要經(jīng)濟(jì)作物有向日葵、甜菜、煙草；主要特產(chǎn)有人參和其他中草藥等。

1.2 研究方法

1.2.1 生態(tài)足跡的計(jì)算方法 生態(tài)足跡是指為了滿足一定地區(qū)的人口消費(fèi)所需的生產(chǎn)性土地和水域的面積，以及吸納這些人口所產(chǎn)生的廢棄物的土地面積之和［11］。生態(tài)足跡的計(jì)算包括生物資源消費(fèi)和能源消費(fèi)兩部分，其計(jì)算公式為［28］：

式中：EF——地區(qū)總的生態(tài)足跡；N——人口數(shù)量；ef——人均生態(tài)足跡；i——消費(fèi)品的類別；ri——i種消費(fèi)品對(duì)應(yīng)土地類型的均衡因子；aai——i種消費(fèi)品折算的人均生物生產(chǎn)性土地面積；ci——i種消費(fèi)品的人均消費(fèi)量；pi——i種消費(fèi)品的世界平均生產(chǎn)力，本研究以人均生態(tài)足跡為研究對(duì)象。

在生態(tài)足跡的計(jì)算中，生物生產(chǎn)性土地可分為耕地、草地、林地、建筑用地、化石燃料用地和水域6種類型。一定地區(qū)的人口所需的全部消費(fèi)和生態(tài)服務(wù)均由此6種不同土地類型的生物生產(chǎn)力提供。由于這6類土地面積的生物生產(chǎn)力差異較大，不能直接相加，所以必須把這些土地面積乘以一個(gè)均衡因子，轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的、可比較的生物生產(chǎn)性土地面積。本研究采用的均衡因子耕地為2.82，草地為0.54，林地為1.14，水域?yàn)?.22，建筑用地為2.82，化石燃料用地為1.14［29］。

1.2.2 生態(tài)承載力的計(jì)算方法 生態(tài)承載力是指某一地區(qū)能夠提供給本地區(qū)人口的生物生產(chǎn)性土地面積的總和。

由于土地資源具有較大的地域差異，所以對(duì)于不同國家或地區(qū)，不僅單位面積不同類型土地的生產(chǎn)力存在一定差別，而且單位面積同類型生物生產(chǎn)性土地的生產(chǎn)力的差異也較大，所以不同國家和地區(qū)的同類型生物生產(chǎn)性土地的實(shí)際面積不能直接進(jìn)行比較，需要應(yīng)用產(chǎn)量因子進(jìn)行校正，產(chǎn)量因子指的是某個(gè)國家或地區(qū)的某一類型土地的生產(chǎn)力與該類型土地的世界平均生產(chǎn)力的比率。人均生態(tài)承載力的計(jì)算公式為［28］：

式中：EC——總生態(tài)承載力；ec——人均生態(tài)承載力；aj——人均實(shí)際占有的j類生物生產(chǎn)性土地面積；rj——均衡因子（同生態(tài)足跡）；yj——產(chǎn)量因子。其中，耕地為1.66，林地為0.91，草地為0.19，建筑用地為2.19，水域?yàn)?.00［29］。本研究以人均生態(tài)承載力為研究對(duì)象，實(shí)際計(jì)算時(shí)需要扣除12%的生物多樣性保護(hù)面積。

1.2.3 生態(tài)赤字 生態(tài)赤字為人均生態(tài)足跡與人均生態(tài)承載力之差，表示某個(gè)地區(qū)人類生產(chǎn)消費(fèi)活動(dòng)與人均生態(tài)承載力的關(guān)系，主要用來衡量這一地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r。當(dāng)這一地區(qū)的人均生態(tài)足跡超過人均生態(tài)承載力，表明這一地區(qū)的人口對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的產(chǎn)品與服務(wù)需求超過生態(tài)承載力的范圍，生態(tài)系統(tǒng)不安全，生態(tài)環(huán)境處于不可持續(xù)狀態(tài)；如果這一地區(qū)的人均生態(tài)承載力超過人均生態(tài)足跡，就出現(xiàn)生態(tài)冗余，表明該地區(qū)的人口生產(chǎn)生活消費(fèi)處于該地區(qū)所提供的生態(tài)承載力范圍之內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)是安全的，生態(tài)環(huán)境處于可持續(xù)狀態(tài)。

1.2.4 萬元GDP生態(tài)足跡 萬元GDP生態(tài)足跡即人均生態(tài)足跡與人均萬元GDP的比值，表示每產(chǎn)生1萬元GDP所需要的生物生產(chǎn)性土地面積。萬元GDP生態(tài)足跡越大，表示單位面積生物生產(chǎn)性土地的產(chǎn)出率越低，研究區(qū)域的資源利用效率就越低；反之，研究區(qū)域的資源利用效率就越高。

2 數(shù)據(jù)來源

生態(tài)足跡與生態(tài)承載力計(jì)算的基本數(shù)據(jù)來源于：《吉林省統(tǒng)計(jì)年鑒（1997—2011）》、《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒（1997—2011）》、聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫（http：∥faostat.fao.org／）、世界自然基金會(huì)官方網(wǎng)頁（http：∥www.wwfchina.org／）、吉林省國土資源廳官方網(wǎng)頁（http：∥dlr.jl.gov.cn／）、吉林省林業(yè)網(wǎng)（http：∥lyt.jl.gov.cn／）。

3 吉林省1996－2010年生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的計(jì)算

生態(tài)足跡包括生物資源消費(fèi)和化石能源消費(fèi)兩部分，生物資源的消費(fèi)包括農(nóng)產(chǎn)品、動(dòng)物產(chǎn)品、林產(chǎn)品、水產(chǎn)品、水果產(chǎn)品及木材等，能源消費(fèi)包括原煤、焦炭、原油、汽油、柴油、燃料油、煤油、液化石油氣、電力等，運(yùn)用上述計(jì)算方法對(duì)吉林省1996—2010年的人均生態(tài)足跡與人均生態(tài)承載力進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果分別如表1和2所示。

表1 吉林省1996－2010年人均生態(tài)足跡 hm2／cap

表2 吉林省1996－2010年人均生態(tài)承載力 hm2／cap

3.1 人均生態(tài)足跡與其組成結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化分析

由1996—2010年吉林省人均生態(tài)足跡的動(dòng)態(tài)變化（表1）可知，1997年較1996年升高了0.123 4 hm2／cap，1998 年出現(xiàn) 下 降，降 幅 為 0.270 4hm2／cap，達(dá)到1.784 1hm2／cap。從1998年到2010年，人均生態(tài)足跡一直保持增長的趨勢(shì)，但直到2002年才超過1997年的水平，這期間，人均生態(tài)足跡從1.784 1 hm2／cap增長到3.201 3hm2／cap，增幅達(dá)到1.417 2 hm2／cap，增 長 率 為 79.44%，年 平 均 增 長 率 為6.62%。說明這十幾年來隨著吉林省社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民的物質(zhì)生活水平得到了巨大的提高，表現(xiàn)之一就是所消耗的生活資料的絕對(duì)數(shù)量大幅增加，進(jìn)而對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的壓力也越來越大。

從生態(tài)足跡的組成結(jié)構(gòu)分析（表1），總體趨勢(shì)是化石燃料用地在人均生態(tài)足跡中所占比例最大，期間存在一定的變化，最小值為2000年的49.54%，最大值達(dá)到2010年的69.7%，這期間，1996—2004年變化比較平穩(wěn)，從2006年開始有逐漸增大的趨勢(shì)，這些主要是由于吉林省主要以化石燃料能源為主，2000年以來是吉林省社會(huì)經(jīng)濟(jì)高度發(fā)展的階段，產(chǎn)生了大量的能源消耗，而且吉林省冬季寒冷、供熱期長也是人均化石燃料用地高的一個(gè)重要原因。其次是草地和耕地，每年的比例存在一定的變化，且從2004年開始，草地和耕地所占比例都有逐漸減小的趨勢(shì)。期間，草地的平均比例為20.97%，耕地為16.31%；1996年—1999年，草地的比例大于耕地；2000年—2003年，耕地的比例反超過草地；從2004年開始，草地的比例再次超過耕地，一直持續(xù)到2010年，草地的比例大說明吉林省人民對(duì)高檔的生物性消費(fèi)（牛羊肉、乳品等）需求比較高。其余的土地類型依次為林地、水域、建筑用地，平均比例依次為4.09%，1.90%，0.58%，這三種類型土地變化不大。

3.2 人均生態(tài)承載力的動(dòng)態(tài)變化分析

1996—2010年吉林省的人均生態(tài)承載力變化如表2所示，從1996年開始，吉林省的人均生態(tài)承載力以及各種類型生物生產(chǎn)性土地的承載力都呈現(xiàn)緩慢降低的趨勢(shì)，主要是由于人口數(shù)量的增加以及土地退化（水土流失、荒漠化、鹽堿化等）、氣候變化以及政府相關(guān)政策導(dǎo)致的土地面積減少造成的。這期間，人均生態(tài)承載力從 1.371 0hm2／cap 減少到 1.302 8 hm2／cap，減幅為0.068 2hm2／cap，減少率為4.97%，年平均減少率為0.33%。

3.3 生態(tài)赤字與萬元GDP生態(tài)足跡變化分析

表3表明，在1996—2010年間，吉林省的人均生態(tài)足跡與人均生態(tài)承載力大致處于反方向變化，且1996年就已經(jīng)出現(xiàn)生態(tài)赤字0.560 1hm2／cap，1997年增大到 0.692 8hm2／cap，隨后 1998 年減小到0.430 6hm2／cap，從1998年開始，生態(tài)赤字出現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，從1998年的0.430 6hm2／cap增大到2010年的1.898 5hm2／cap，增大了3.4倍，凈增幅為1.467 9hm2／cap。說明吉林省利用自然資源的強(qiáng)度與力度在逐年加大，吉林省的人口對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的產(chǎn)品與服務(wù)需求已經(jīng)超出自然生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)承載力范圍，生態(tài)足跡與生態(tài)承載力之間的矛盾加劇，生態(tài)赤字逐年加大，生態(tài)系統(tǒng)退化，人口與土地之間的關(guān)系緊張，吉林省的發(fā)展處于一種不可持續(xù)的狀態(tài)。

從各個(gè)土地類型上看，耕地、草地、林地、水域及建筑用地的可用人均生態(tài)承載力（扣除12%的生物多樣性保護(hù)用地）分別是其生態(tài)需求的1.74，0.007，3.39，0.1，11.59倍；耕地、林地與建筑用地處于可持續(xù)的生態(tài)冗余狀態(tài)，草地和水域處于生態(tài)赤字狀態(tài)，以上分析大體與吉林省的基本省情一致，可見，吉林省出現(xiàn)嚴(yán)重的生態(tài)赤字的根本原因是化石燃料的大量耗用，再加上沒有專門用于吸收CO2的生態(tài)承載用地。

萬元GDP生態(tài)足跡可以間接反映研究區(qū)域的資源利用效率，從表3可以看出，吉林省近15a來萬元GDP生態(tài)足跡大致呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，只在2001—2002年出現(xiàn)一個(gè)小幅的增高。數(shù)值由1996年的3.769 2hm2減小到2010年的1.014 4hm2，總體情況反映出吉林省近十幾年來的發(fā)展對(duì)生物生產(chǎn)性土地的利用效率正逐年提高，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，萬元GDP生態(tài)足跡存在進(jìn)一步減小的趨勢(shì)。

表3 吉林省1996－2010年生態(tài)赤字與萬元GDP生態(tài)足跡變化

4 生態(tài)足跡與生態(tài)承載力預(yù)測(cè)

運(yùn)用SPSS軟件對(duì)1996—2010年的人均生態(tài)足跡、人均生態(tài)承載力與年份（以1996年為1，1997年為2，其余年份類推）之間的關(guān)系進(jìn)行曲線回歸分析，得到二者的發(fā)展預(yù)測(cè)模型，如下：

y人均生態(tài)足跡＝0.0974x＋0.0019x2＋1.3753（R2＝0.9715）y人均生態(tài)承載力＝－0.003x＋1.3481（R2＝0.9949）

假設(shè)吉林省未來15a內(nèi)的人口增長率、經(jīng)濟(jì)增長及消費(fèi)模式、土地利用和貿(mào)易狀況仍保持1996—2010年間的發(fā)展態(tài)勢(shì)，則根據(jù)上述兩個(gè)模型的預(yù)測(cè)，2011年吉林省人均生態(tài)足跡與人均生態(tài)承載力將分別達(dá)到3.420 1hm2／cap和1.300 1hm2／cap，其生態(tài)赤字達(dá)到2.120 0hm2／cap，2025年人均生態(tài)足跡和人均生態(tài)承載力將分別達(dá)到6.007 3hm2／cap和1.258 1hm2／cap，生態(tài)赤字達(dá)到4.749 2hm2／cap，具體預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)見表4?？梢?，必須采取一系列有效的措施，改變現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式、加大科技創(chuàng)新、提高人民素質(zhì)，否則，吉林省的生態(tài)赤字將會(huì)不斷加大，可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)一步惡化。

表4 吉林省2011－2025年生態(tài)足跡與生態(tài)承載力預(yù)測(cè)hm2／cap

5 結(jié)論與建議

通過對(duì)吉林省1996—2010年的人均生態(tài)足跡與人均生態(tài)承載力的動(dòng)態(tài)變化分析以及未來預(yù)測(cè)，可以得到以下的結(jié)論：1996—2010年，吉林省的人均生態(tài)足跡與人均生態(tài)承載力大致處于反方向變化，人均生態(tài)足跡增加1.417 2hm2／cap，增長率為79.44%，且化石燃料用地在人均生態(tài)足跡中所占比例最大。人均生態(tài)承載力減幅為0.068 2hm2／cap，減少率為4.97%，且以耕地供給為主。生態(tài)赤字從1996年的0.560 1hm2／cap增大到2010年的1.898 5hm2／cap。雖然說萬元GDP生態(tài)足跡的降低說明了吉林省的地區(qū)生物生產(chǎn)性土地的利用效率在逐漸提高，但總體需求的剛性增加已經(jīng)大大超過自然生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)承載能力，導(dǎo)致吉林省的發(fā)展模式處于一種相對(duì)不可持續(xù)的狀態(tài)。根據(jù)模型預(yù)測(cè)：2025年人均生態(tài)足跡和人均生態(tài)承載力將分別達(dá)到6.007 3hm2／cap和1.258 1hm2／cap，生態(tài)赤字達(dá)到4.749 2hm2／cap。必須采取一系列有效的措施，改變現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式、加大科技創(chuàng)新、提高人民素質(zhì)，否則，吉林省的生態(tài)赤字將會(huì)不斷地加大，可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)一步惡化。

建議吉林省應(yīng)該在以下方面采取對(duì)策：（1）轉(zhuǎn)換經(jīng)濟(jì)增長方式，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，合理工業(yè)布局。如可以大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，建設(shè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)型工業(yè)園區(qū)；（2）改變能源結(jié)構(gòu)，減少化石能源消耗，提高能源資源利用效率，發(fā)展可再生能源和新能源。如在吉林西部地區(qū)優(yōu)先發(fā)展風(fēng)能、太陽能與生物質(zhì)能；采用區(qū)域集中供熱等；（3）加強(qiáng)輿論宣傳與公眾教育，改變現(xiàn)有生產(chǎn)生活消費(fèi)方式，提倡節(jié)約節(jié)儉，拒絕鋪張浪費(fèi)；（4）調(diào)整農(nóng)業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)技術(shù)手段更新，提高生產(chǎn)性土地單位面積的生物產(chǎn)量；（5）合理利用土地，防止過度開荒，防治土地沙化、鹽堿化與水土流失。

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