區(qū)域生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)變化及其預(yù)測(cè)研究
——以海南省南渡江流域?yàn)槔?/h1>
2012-12-27 06:07:02佘濟(jì)云沈金明周丹華
中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào) 2012年6期
郭 霞，佘濟(jì)云，沈金明，周丹華
（中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410004）
區(qū)域生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)變化及其預(yù)測(cè)研究
——以海南省南渡江流域?yàn)槔?/p>
郭 霞，佘濟(jì)云，沈金明，周丹華
（中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410004）
為了探討南渡江流域歷年的可持續(xù)性發(fā)展?fàn)顩r，利用生態(tài)足跡模型對(duì)流域2005年～2011年的人均生態(tài)足跡、人均生態(tài)承載力和人均生態(tài)盈虧進(jìn)行了計(jì)算和分析，并在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)了流域未來(lái)4年的變化情況。結(jié)果表明：南渡江流域人均生態(tài)足跡需求逐年增加，人均生態(tài)承載能力逐年降低，至2011年存在人均-0.137 822 hm2/cap的生態(tài)赤字；通過(guò)SPSS軟件中的Holt線性趨勢(shì)預(yù)測(cè)模型得到2015年人均生態(tài)足跡需求為1.500 149 hm2/cap、人均生態(tài)承載力為0.898 368 hm2/cap、人均生態(tài)赤字為0.601 78 hm2/cap；說(shuō)明該區(qū)域自2011年后將處于不可持續(xù)性發(fā)展?fàn)顟B(tài)。
生態(tài)足跡；生態(tài)承載力；生態(tài)盈虧；南渡江流域；海南省
可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略是一種全新的發(fā)展觀，但如何定量測(cè)度區(qū)域發(fā)展的可持續(xù)性狀態(tài)已成為研究的熱點(diǎn)[1]。聯(lián)合國(guó)教科文組織于1987年提出了研究可持續(xù)發(fā)展的指標(biāo)體系，通過(guò)這些指標(biāo)體系攜帶的信息來(lái)判定區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展是否具有可持續(xù)性[2]。由于傳統(tǒng)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)帳戶指標(biāo)GNP在測(cè)算可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)方面存在缺陷；而生態(tài)足跡模型能夠擬補(bǔ)貨幣指標(biāo)和非貨幣化指標(biāo)評(píng)價(jià)中的不足之處；該模型數(shù)據(jù)低成本、評(píng)價(jià)結(jié)果較為客觀，對(duì)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究有很大貢獻(xiàn)。生態(tài)足跡模型[3-11]于1992年由加拿大著名生態(tài)學(xué)家E.William提出，其博士生M.Wackernagel于1996年在原生態(tài)足跡理論基礎(chǔ)上進(jìn)行了完善；之后，該方法被廣泛應(yīng)用于測(cè)度區(qū)域發(fā)展的可持續(xù)性[12-14]，并于1999年由徐中民等人引入我國(guó)，主要針對(duì)國(guó)家、城市、地區(qū)等區(qū)域發(fā)展的靜態(tài)評(píng)價(jià)，而動(dòng)態(tài)研究相對(duì)較少。本研究在前人研究基礎(chǔ)上對(duì)南渡江流域2005年～2011年的生態(tài)足跡、生態(tài)承載力進(jìn)行了動(dòng)態(tài)分析，并利用SPSS軟件對(duì)該區(qū)域2012年～2015年的生態(tài)足跡及生態(tài)承載力進(jìn)行預(yù)測(cè)研究，通過(guò)時(shí)間序列分析南渡江流域生態(tài)足跡變化規(guī)律，以期為該區(qū)域優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，土地合理規(guī)劃使用等發(fā)展策略的制定提供科學(xué)依據(jù)。
1 研究區(qū)概況
南渡江流域是海南省第一大流域，干流發(fā)源于白沙縣南峰山，全長(zhǎng)333.8 km，流域面積7 176 km2；位于東經(jīng) 109°12′～ 110°35′、北緯 18°56′～ 20°05′之間[15]。流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展以一二產(chǎn)業(yè)為主，2011年末總產(chǎn)值為4 685 057萬(wàn)元，自2005年以來(lái)，流域經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，平均增長(zhǎng)率約為25%；受海南省打造國(guó)際旅游島整體發(fā)展趨勢(shì)的影響，該區(qū)域近年來(lái)在旅游業(yè)發(fā)展十分迅速，旅游景點(diǎn)豐富，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)逐步完善。流域各市縣少數(shù)民族較多，有黎、苗、壯、瑤、土家、藏、回、侗、滿等15個(gè)民族，2011年末流域總?cè)丝跒? 342 046人，年均人口自然增長(zhǎng)率約為8.97‰。
2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法
2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源
本研究依托海南省林業(yè)局重點(diǎn)科研項(xiàng)目，利用2006～2011年海南省統(tǒng)計(jì)年鑒和2011年海南省統(tǒng)計(jì)公報(bào)及南渡江流域各市縣統(tǒng)計(jì)公報(bào)[15]。
2.2 研究方法
生態(tài)足跡是指在已知一定人口數(shù)量的前提下生產(chǎn)這些人口所消費(fèi)的所有資源和吸納這些人口所產(chǎn)生的所有廢棄物所需要的生物生產(chǎn)面積（包括水域）。它是一個(gè)可比的、可測(cè)度、涉及公平性、系統(tǒng)性和發(fā)展度的可持續(xù)發(fā)展性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)[2-3]。
生態(tài)足跡需求模型計(jì)算公式表示為：
式(1)中：PEF為總生態(tài)足跡，Pef為流域人均生態(tài)足跡，N為區(qū)域人口總數(shù)，i為消費(fèi)項(xiàng)目。式(2)中：Ai為人均消費(fèi)商品折算的生態(tài)生產(chǎn)性土地面積，ri為均衡因子，Ci為第i種商品的人均消費(fèi)量，Yi為全球平均產(chǎn)量(kg/hm2)，Pi、Ii、Ei分別為第i種消費(fèi)項(xiàng)目的年生產(chǎn)量、進(jìn)口量及出口量(kg)。
根據(jù)WCED的倡議，至少應(yīng)保留12%的生態(tài)空間用于生物多樣性保護(hù)[3-5]。因此，生態(tài)承載力數(shù)學(xué)計(jì)算模型可表示為：
式(3)中：PEC為流域總生態(tài)承載力，bi為第i類實(shí)有土地面積，zi為產(chǎn)量因子。
生態(tài)盈虧是生態(tài)足跡與生態(tài)承載力的差值[3-5]。其計(jì)算公式為：
式(4)中：PED為流域總生態(tài)赤字，PER為流域總生態(tài)盈余。若PEF＜ PEC，則PED＞0，表明該地區(qū)的發(fā)展具有可持續(xù)性；若PEF＞PEC，則PED＜0，表明該地區(qū)的發(fā)展處于不可持續(xù)性狀態(tài)。
3 結(jié)果與分析
3.1 流域生態(tài)足跡供需動(dòng)態(tài)變化分析
根據(jù)海南省2005年～2011年間的統(tǒng)計(jì)年鑒，將人均消費(fèi)項(xiàng)目分為生物資源賬戶和能源資源賬戶，利用生態(tài)足跡計(jì)算公式得到南渡江流域歷年人均生物生態(tài)足跡和人均能源生態(tài)足跡計(jì)算結(jié)果，詳見表1、表2。通過(guò)對(duì)年鑒數(shù)據(jù)資料整理分析，并結(jié)合海南省五大河流域植被恢復(fù)與保護(hù)規(guī)劃項(xiàng)目，利用生態(tài)承載力計(jì)算模型將流域生態(tài)生產(chǎn)性土地劃分為六大類，即耕地、林地、牧草地、水域、建筑用地，并分別計(jì)算出歷年各用地類型人均生態(tài)承載力，其中化石能源地生態(tài)足跡供給量為零[11]。具體計(jì)算結(jié)果詳見表3。
從表3可以看出，2005年～2011年流域五類生態(tài)生產(chǎn)性土地人均供給面積逐漸減少；其中林地從2005年1.451 008 hm2到2011年0.788 717 hm2，人均供給面積增長(zhǎng)率為負(fù)46%；耕地從2005年0.805 955 hm2至2011年0.737 367 hm2人均供給面積增長(zhǎng)率為負(fù)8.5%；水域基本保持不變；牧草地從2005年人均0.010 210 hm2至2011年人均0.007 043 hm2，人均供給面積負(fù)增長(zhǎng)率為31%。建筑用地從2005年0.025 261 hm2至2011年0.017 884 hm2，人均供給面積負(fù)增長(zhǎng)率為29%。由此可以看出隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對(duì)自然資源的需求及生態(tài)空間的占用逐漸增多，而現(xiàn)有的生態(tài)生產(chǎn)性土地面積難以滿足人類消費(fèi)日益增長(zhǎng)的需求，如何科學(xué)、合理規(guī)劃利用有限土地資源將成為該區(qū)域及世界其他地方面臨的難題。
3.2 流域歷年生態(tài)盈虧狀況分析
由于各地類生產(chǎn)力并不相同，為了便于比較分析，必須乘以當(dāng)?shù)馗饔玫仡愋偷漠a(chǎn)量因子和目前通用的均衡因子予以轉(zhuǎn)換；本研究根據(jù)南渡江流域土地生物生產(chǎn)力計(jì)算得到各地類的產(chǎn)量因子
分別為水域13.02、耕地1.76、林地2.2、牧草地0.19、建筑用地1.76。其均衡因子分別為耕地2.8、林地1.1、牧草地0.5、水域0.2、建筑用地2.8、化石能源地1.1[7]。因此，利用生態(tài)盈虧模型計(jì)算得到流域人均生態(tài)盈虧計(jì)算結(jié)果詳見表3，圖1。
表1 南渡江流域2005～2011年人均生物生態(tài)足跡Table 1 The per capita biological ecological footprint of Nandu River Valley in 2005～2011
表2 南渡江流域2005-2011年人均能源生態(tài)足跡Table 2 The per capita energy ecological footprint of Nandu River Valley in 2005～2011
表3 南渡江流域2005～2011年人均生態(tài)承載力Table 3 The per capita ecological carrying capacity of Nandu River Valley in 2005～2011
表4 南渡江流域2005年～2011年生態(tài)盈虧Table 4 The ecological deficit of Nandu River Basin in 2005～2011
由表4可以得知。流域人均生態(tài)足跡由2005年的人均1.020 162 hm2/cap增長(zhǎng)至2011年的人均1.341 364 hm2/cap；而人均可利用生態(tài)承載力則由2005年1.661 313 hm2/cap降至2011年的1.203 542 hm2/cap；流域的生態(tài)盈虧從2005年的人均0.641 151 hm2/cap盈余至2007年人均-0.137 822 hm2/cap赤字。生態(tài)赤字的存在表明人類對(duì)自然的獲取超出了其生態(tài)承載能力的閾值，同時(shí)也說(shuō)明當(dāng)前該流域的發(fā)展是通過(guò)消耗自然資本存量來(lái)彌補(bǔ)生態(tài)承載力的不足，人口對(duì)自然資源的利用也在逐年增加，造成對(duì)自然環(huán)境的壓力也在逐漸增大。生態(tài)足跡的需求和供給之間的不平衡使該區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)退化，人地關(guān)系緊張。從圖1可以明確看出，流域2005年～2011年人均生態(tài)盈余面積連續(xù)遞減，至2010年僅有人均0.030 905 hm2/cap的盈余，但仍然表現(xiàn)為可持續(xù)性發(fā)展?fàn)顟B(tài)，而2011年存在人均－0.137 822 hm2/cap的生態(tài)赤字，表明該區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)進(jìn)入不可持續(xù)性發(fā)展?fàn)顟B(tài)。
圖1 南渡江流域歷年人均生態(tài)盈虧面積Fig.1 The per capita ecological deficit area in Nandu River Valley
3.3 流域未來(lái)4年生態(tài)足跡供需狀況預(yù)測(cè)
將南渡江流域2005～2011年人均生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的計(jì)算結(jié)果分別作為因變量，時(shí)間序列定義為自變量，模型第一個(gè)個(gè)案更高級(jí)別的日期為2005，模型預(yù)測(cè)期后的日期為2015；運(yùn)用SPSS軟件中的預(yù)測(cè)模型進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)指數(shù)平滑法中的非季節(jié)性簡(jiǎn)單模型、Holt線性趨勢(shì)、Brown線性趨勢(shì)、阻尼趨勢(shì)以及ARIMA模型的預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的擬合情況進(jìn)行篩選，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Holt線性趨勢(shì)的誤差較小。通過(guò)預(yù)測(cè)分析得到流域2012～2015年人均生態(tài)足跡和人均生態(tài)承載力的預(yù)測(cè)值見表5。
表5 南渡江流域未來(lái)4年生態(tài)足跡和生態(tài)承載力預(yù)測(cè)結(jié)果Table 5 The forecast of ecological footprints and capacities for the further 4 years
從表5可以看出，流域未來(lái)4年人均生態(tài)足跡持續(xù)增長(zhǎng)，年平均增長(zhǎng)率為2.56%；人均生態(tài)承載力持續(xù)降低，年平均增長(zhǎng)率為負(fù)5.18%；由于人均生態(tài)承載力持續(xù)降低，流域人口數(shù)量持續(xù)增加，造成流域人均生態(tài)赤字愈加嚴(yán)重，至2015年末，流域人均生態(tài)赤字為-0.601 78 hm2/cap。因此該區(qū)域要降低生態(tài)赤字的逐年增大的趨勢(shì)，就必須嚴(yán)格控制人口過(guò)快增長(zhǎng)，同時(shí)應(yīng)提高資源利用效率，合理規(guī)劃利用現(xiàn)有土地資源，減輕區(qū)域內(nèi)土地的生態(tài)壓力。
4 結(jié) 論
通過(guò)對(duì)南渡江流域2005年～2011年的人均生態(tài)足跡、人均生態(tài)承載力和生態(tài)赤字的計(jì)算得到，流域人均生態(tài)足跡均衡面積逐年增大，由2005年的1.020 162 hm2/cap增加到2011年的1.341 364 hm2/cap，增長(zhǎng)率為31%；人均生態(tài)承載能力逐年降低，從2005年人均1.887 856 hm2/cap減少至2011年1.367 662 hm2/cap；2005年以來(lái)，由于南渡江流域的生態(tài)足跡持續(xù)增長(zhǎng)，生態(tài)承載力持續(xù)減少，致使2011年流域存在-0.137 822 hm2/cap的生態(tài)赤字，造成流域當(dāng)前處于不可持續(xù)性發(fā)展?fàn)顟B(tài)。
通過(guò)SPSS軟件的Holt線性趨勢(shì)預(yù)測(cè)模型得到，流域2012～2015年的人均生態(tài)需求逐年增大，至2015年人均生態(tài)足跡為1.500 149 hm2/cap，而人均生態(tài)供給逐年減少，至2015年人均生態(tài)承載力為0.898 368 hm2/cap，致使流域存在人均－0.601 78 hm2/cap的生態(tài)赤字。因此，為減緩流域生態(tài)環(huán)境壓力，該區(qū)域應(yīng)提高資源利用率，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，合理規(guī)劃流域土地資源，維持生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)平衡發(fā)展；同時(shí)，應(yīng)深入開展生態(tài)環(huán)境教育，強(qiáng)化居民環(huán)保意識(shí)，使該流域能夠?qū)崿F(xiàn)持續(xù)發(fā)展。
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Study of dynamics change and prediction of region ecological footprint∶a case of Nandu River Basin in Hainan province
GUO Xia, SHE Ji-yun, SHEN Jin-ming , ZHOU Dan-hua
(Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)
∶ In order to investigate the sustainable development status for consecutive years of Nandu River basin, the per capita ecological footprint, per ecological carrying capacity and per ecological break-even of the River Basin in the year of 2005～2011 were calculated and analyzed by using the ecological footprint model, and based on the results, the changes of the River Basin for the future of 4 years were predicted. The results show that the demand of per capita ecological footprint increased year by year, the capacity of per ecological carrying reduced year by year, the ecological deficit was per 0.137 822 hm2/cap to the year of 2011; By using the Holt linear trend prediction model of the SPSS software, the demand of per capita ecological footprint was obtained to be 1.500 149 hm2/cap, the capacity of per ecological carrying was 0.898 368 hm2/cap, the ecological deficit was -0.601 78 hm2/cap, which indicated that the region will be in a unsustainable development situation since 2011.
∶ ecological footprint; ecological carrying capacity; ecological break-even; Nandu River Basin; Hainan province
S718.5
A
1673-923X(2012)06-0092-05
2012-03-19
海南省林業(yè)局重點(diǎn)科研項(xiàng)目（LK20118478）；森森經(jīng)理學(xué)湖南省“十一五”重點(diǎn)學(xué)科資助項(xiàng)目（034-0014）
郭 霞(1986—)，女，河南新鄉(xiāng)人，碩士研究生，主要從事林業(yè)經(jīng)濟(jì)管理；E-mail：lengning77@126.com
佘濟(jì)云(1966—)，男，湖南邵東人，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事森林經(jīng)理和林業(yè)資源管理方面的教學(xué)和科研工作；E-mail：shejiyun@126.com
[本文編校：文鳳鳴]
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郭 霞，佘濟(jì)云，沈金明，周丹華
（中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410004）
區(qū)域生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)變化及其預(yù)測(cè)研究
——以海南省南渡江流域?yàn)槔?/p>
郭 霞，佘濟(jì)云，沈金明，周丹華
（中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410004）
為了探討南渡江流域歷年的可持續(xù)性發(fā)展?fàn)顩r，利用生態(tài)足跡模型對(duì)流域2005年～2011年的人均生態(tài)足跡、人均生態(tài)承載力和人均生態(tài)盈虧進(jìn)行了計(jì)算和分析，并在此基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)了流域未來(lái)4年的變化情況。結(jié)果表明：南渡江流域人均生態(tài)足跡需求逐年增加，人均生態(tài)承載能力逐年降低，至2011年存在人均-0.137 822 hm2/cap的生態(tài)赤字；通過(guò)SPSS軟件中的Holt線性趨勢(shì)預(yù)測(cè)模型得到2015年人均生態(tài)足跡需求為1.500 149 hm2/cap、人均生態(tài)承載力為0.898 368 hm2/cap、人均生態(tài)赤字為0.601 78 hm2/cap；說(shuō)明該區(qū)域自2011年后將處于不可持續(xù)性發(fā)展?fàn)顟B(tài)。
生態(tài)足跡；生態(tài)承載力；生態(tài)盈虧；南渡江流域；海南省
可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略是一種全新的發(fā)展觀，但如何定量測(cè)度區(qū)域發(fā)展的可持續(xù)性狀態(tài)已成為研究的熱點(diǎn)[1]。聯(lián)合國(guó)教科文組織于1987年提出了研究可持續(xù)發(fā)展的指標(biāo)體系，通過(guò)這些指標(biāo)體系攜帶的信息來(lái)判定區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展是否具有可持續(xù)性[2]。由于傳統(tǒng)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)帳戶指標(biāo)GNP在測(cè)算可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)方面存在缺陷；而生態(tài)足跡模型能夠擬補(bǔ)貨幣指標(biāo)和非貨幣化指標(biāo)評(píng)價(jià)中的不足之處；該模型數(shù)據(jù)低成本、評(píng)價(jià)結(jié)果較為客觀，對(duì)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究有很大貢獻(xiàn)。生態(tài)足跡模型[3-11]于1992年由加拿大著名生態(tài)學(xué)家E.William提出，其博士生M.Wackernagel于1996年在原生態(tài)足跡理論基礎(chǔ)上進(jìn)行了完善；之后，該方法被廣泛應(yīng)用于測(cè)度區(qū)域發(fā)展的可持續(xù)性[12-14]，并于1999年由徐中民等人引入我國(guó)，主要針對(duì)國(guó)家、城市、地區(qū)等區(qū)域發(fā)展的靜態(tài)評(píng)價(jià)，而動(dòng)態(tài)研究相對(duì)較少。本研究在前人研究基礎(chǔ)上對(duì)南渡江流域2005年～2011年的生態(tài)足跡、生態(tài)承載力進(jìn)行了動(dòng)態(tài)分析，并利用SPSS軟件對(duì)該區(qū)域2012年～2015年的生態(tài)足跡及生態(tài)承載力進(jìn)行預(yù)測(cè)研究，通過(guò)時(shí)間序列分析南渡江流域生態(tài)足跡變化規(guī)律，以期為該區(qū)域優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，土地合理規(guī)劃使用等發(fā)展策略的制定提供科學(xué)依據(jù)。
1 研究區(qū)概況
南渡江流域是海南省第一大流域，干流發(fā)源于白沙縣南峰山，全長(zhǎng)333.8 km，流域面積7 176 km2；位于東經(jīng) 109°12′～ 110°35′、北緯 18°56′～ 20°05′之間[15]。流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展以一二產(chǎn)業(yè)為主，2011年末總產(chǎn)值為4 685 057萬(wàn)元，自2005年以來(lái)，流域經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，平均增長(zhǎng)率約為25%；受海南省打造國(guó)際旅游島整體發(fā)展趨勢(shì)的影響，該區(qū)域近年來(lái)在旅游業(yè)發(fā)展十分迅速，旅游景點(diǎn)豐富，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)逐步完善。流域各市縣少數(shù)民族較多，有黎、苗、壯、瑤、土家、藏、回、侗、滿等15個(gè)民族，2011年末流域總?cè)丝跒? 342 046人，年均人口自然增長(zhǎng)率約為8.97‰。
2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法
2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源
本研究依托海南省林業(yè)局重點(diǎn)科研項(xiàng)目，利用2006～2011年海南省統(tǒng)計(jì)年鑒和2011年海南省統(tǒng)計(jì)公報(bào)及南渡江流域各市縣統(tǒng)計(jì)公報(bào)[15]。
2.2 研究方法
生態(tài)足跡是指在已知一定人口數(shù)量的前提下生產(chǎn)這些人口所消費(fèi)的所有資源和吸納這些人口所產(chǎn)生的所有廢棄物所需要的生物生產(chǎn)面積（包括水域）。它是一個(gè)可比的、可測(cè)度、涉及公平性、系統(tǒng)性和發(fā)展度的可持續(xù)發(fā)展性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)[2-3]。
生態(tài)足跡需求模型計(jì)算公式表示為：
式(1)中：PEF為總生態(tài)足跡，Pef為流域人均生態(tài)足跡，N為區(qū)域人口總數(shù)，i為消費(fèi)項(xiàng)目。式(2)中：Ai為人均消費(fèi)商品折算的生態(tài)生產(chǎn)性土地面積，ri為均衡因子，Ci為第i種商品的人均消費(fèi)量，Yi為全球平均產(chǎn)量(kg/hm2)，Pi、Ii、Ei分別為第i種消費(fèi)項(xiàng)目的年生產(chǎn)量、進(jìn)口量及出口量(kg)。
根據(jù)WCED的倡議，至少應(yīng)保留12%的生態(tài)空間用于生物多樣性保護(hù)[3-5]。因此，生態(tài)承載力數(shù)學(xué)計(jì)算模型可表示為：
式(3)中：PEC為流域總生態(tài)承載力，bi為第i類實(shí)有土地面積，zi為產(chǎn)量因子。
生態(tài)盈虧是生態(tài)足跡與生態(tài)承載力的差值[3-5]。其計(jì)算公式為：
式(4)中：PED為流域總生態(tài)赤字，PER為流域總生態(tài)盈余。若PEF＜ PEC，則PED＞0，表明該地區(qū)的發(fā)展具有可持續(xù)性；若PEF＞PEC，則PED＜0，表明該地區(qū)的發(fā)展處于不可持續(xù)性狀態(tài)。
3 結(jié)果與分析
3.1 流域生態(tài)足跡供需動(dòng)態(tài)變化分析
根據(jù)海南省2005年～2011年間的統(tǒng)計(jì)年鑒，將人均消費(fèi)項(xiàng)目分為生物資源賬戶和能源資源賬戶，利用生態(tài)足跡計(jì)算公式得到南渡江流域歷年人均生物生態(tài)足跡和人均能源生態(tài)足跡計(jì)算結(jié)果，詳見表1、表2。通過(guò)對(duì)年鑒數(shù)據(jù)資料整理分析，并結(jié)合海南省五大河流域植被恢復(fù)與保護(hù)規(guī)劃項(xiàng)目，利用生態(tài)承載力計(jì)算模型將流域生態(tài)生產(chǎn)性土地劃分為六大類，即耕地、林地、牧草地、水域、建筑用地，并分別計(jì)算出歷年各用地類型人均生態(tài)承載力，其中化石能源地生態(tài)足跡供給量為零[11]。具體計(jì)算結(jié)果詳見表3。
從表3可以看出，2005年～2011年流域五類生態(tài)生產(chǎn)性土地人均供給面積逐漸減少；其中林地從2005年1.451 008 hm2到2011年0.788 717 hm2，人均供給面積增長(zhǎng)率為負(fù)46%；耕地從2005年0.805 955 hm2至2011年0.737 367 hm2人均供給面積增長(zhǎng)率為負(fù)8.5%；水域基本保持不變；牧草地從2005年人均0.010 210 hm2至2011年人均0.007 043 hm2，人均供給面積負(fù)增長(zhǎng)率為31%。建筑用地從2005年0.025 261 hm2至2011年0.017 884 hm2，人均供給面積負(fù)增長(zhǎng)率為29%。由此可以看出隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對(duì)自然資源的需求及生態(tài)空間的占用逐漸增多，而現(xiàn)有的生態(tài)生產(chǎn)性土地面積難以滿足人類消費(fèi)日益增長(zhǎng)的需求，如何科學(xué)、合理規(guī)劃利用有限土地資源將成為該區(qū)域及世界其他地方面臨的難題。
3.2 流域歷年生態(tài)盈虧狀況分析
由于各地類生產(chǎn)力并不相同，為了便于比較分析，必須乘以當(dāng)?shù)馗饔玫仡愋偷漠a(chǎn)量因子和目前通用的均衡因子予以轉(zhuǎn)換；本研究根據(jù)南渡江流域土地生物生產(chǎn)力計(jì)算得到各地類的產(chǎn)量因子
分別為水域13.02、耕地1.76、林地2.2、牧草地0.19、建筑用地1.76。其均衡因子分別為耕地2.8、林地1.1、牧草地0.5、水域0.2、建筑用地2.8、化石能源地1.1[7]。因此，利用生態(tài)盈虧模型計(jì)算得到流域人均生態(tài)盈虧計(jì)算結(jié)果詳見表3，圖1。
表1 南渡江流域2005～2011年人均生物生態(tài)足跡Table 1 The per capita biological ecological footprint of Nandu River Valley in 2005～2011
表2 南渡江流域2005-2011年人均能源生態(tài)足跡Table 2 The per capita energy ecological footprint of Nandu River Valley in 2005～2011
表3 南渡江流域2005～2011年人均生態(tài)承載力Table 3 The per capita ecological carrying capacity of Nandu River Valley in 2005～2011
表4 南渡江流域2005年～2011年生態(tài)盈虧Table 4 The ecological deficit of Nandu River Basin in 2005～2011
由表4可以得知。流域人均生態(tài)足跡由2005年的人均1.020 162 hm2/cap增長(zhǎng)至2011年的人均1.341 364 hm2/cap；而人均可利用生態(tài)承載力則由2005年1.661 313 hm2/cap降至2011年的1.203 542 hm2/cap；流域的生態(tài)盈虧從2005年的人均0.641 151 hm2/cap盈余至2007年人均-0.137 822 hm2/cap赤字。生態(tài)赤字的存在表明人類對(duì)自然的獲取超出了其生態(tài)承載能力的閾值，同時(shí)也說(shuō)明當(dāng)前該流域的發(fā)展是通過(guò)消耗自然資本存量來(lái)彌補(bǔ)生態(tài)承載力的不足，人口對(duì)自然資源的利用也在逐年增加，造成對(duì)自然環(huán)境的壓力也在逐漸增大。生態(tài)足跡的需求和供給之間的不平衡使該區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)退化，人地關(guān)系緊張。從圖1可以明確看出，流域2005年～2011年人均生態(tài)盈余面積連續(xù)遞減，至2010年僅有人均0.030 905 hm2/cap的盈余，但仍然表現(xiàn)為可持續(xù)性發(fā)展?fàn)顟B(tài)，而2011年存在人均－0.137 822 hm2/cap的生態(tài)赤字，表明該區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)進(jìn)入不可持續(xù)性發(fā)展?fàn)顟B(tài)。
圖1 南渡江流域歷年人均生態(tài)盈虧面積Fig.1 The per capita ecological deficit area in Nandu River Valley
3.3 流域未來(lái)4年生態(tài)足跡供需狀況預(yù)測(cè)
將南渡江流域2005～2011年人均生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的計(jì)算結(jié)果分別作為因變量，時(shí)間序列定義為自變量，模型第一個(gè)個(gè)案更高級(jí)別的日期為2005，模型預(yù)測(cè)期后的日期為2015；運(yùn)用SPSS軟件中的預(yù)測(cè)模型進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)指數(shù)平滑法中的非季節(jié)性簡(jiǎn)單模型、Holt線性趨勢(shì)、Brown線性趨勢(shì)、阻尼趨勢(shì)以及ARIMA模型的預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的擬合情況進(jìn)行篩選，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Holt線性趨勢(shì)的誤差較小。通過(guò)預(yù)測(cè)分析得到流域2012～2015年人均生態(tài)足跡和人均生態(tài)承載力的預(yù)測(cè)值見表5。
表5 南渡江流域未來(lái)4年生態(tài)足跡和生態(tài)承載力預(yù)測(cè)結(jié)果Table 5 The forecast of ecological footprints and capacities for the further 4 years
從表5可以看出，流域未來(lái)4年人均生態(tài)足跡持續(xù)增長(zhǎng)，年平均增長(zhǎng)率為2.56%；人均生態(tài)承載力持續(xù)降低，年平均增長(zhǎng)率為負(fù)5.18%；由于人均生態(tài)承載力持續(xù)降低，流域人口數(shù)量持續(xù)增加，造成流域人均生態(tài)赤字愈加嚴(yán)重，至2015年末，流域人均生態(tài)赤字為-0.601 78 hm2/cap。因此該區(qū)域要降低生態(tài)赤字的逐年增大的趨勢(shì)，就必須嚴(yán)格控制人口過(guò)快增長(zhǎng)，同時(shí)應(yīng)提高資源利用效率，合理規(guī)劃利用現(xiàn)有土地資源，減輕區(qū)域內(nèi)土地的生態(tài)壓力。
4 結(jié) 論
通過(guò)對(duì)南渡江流域2005年～2011年的人均生態(tài)足跡、人均生態(tài)承載力和生態(tài)赤字的計(jì)算得到，流域人均生態(tài)足跡均衡面積逐年增大，由2005年的1.020 162 hm2/cap增加到2011年的1.341 364 hm2/cap，增長(zhǎng)率為31%；人均生態(tài)承載能力逐年降低，從2005年人均1.887 856 hm2/cap減少至2011年1.367 662 hm2/cap；2005年以來(lái)，由于南渡江流域的生態(tài)足跡持續(xù)增長(zhǎng)，生態(tài)承載力持續(xù)減少，致使2011年流域存在-0.137 822 hm2/cap的生態(tài)赤字，造成流域當(dāng)前處于不可持續(xù)性發(fā)展?fàn)顟B(tài)。
通過(guò)SPSS軟件的Holt線性趨勢(shì)預(yù)測(cè)模型得到，流域2012～2015年的人均生態(tài)需求逐年增大，至2015年人均生態(tài)足跡為1.500 149 hm2/cap，而人均生態(tài)供給逐年減少，至2015年人均生態(tài)承載力為0.898 368 hm2/cap，致使流域存在人均－0.601 78 hm2/cap的生態(tài)赤字。因此，為減緩流域生態(tài)環(huán)境壓力，該區(qū)域應(yīng)提高資源利用率，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，合理規(guī)劃流域土地資源，維持生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)平衡發(fā)展；同時(shí)，應(yīng)深入開展生態(tài)環(huán)境教育，強(qiáng)化居民環(huán)保意識(shí)，使該流域能夠?qū)崿F(xiàn)持續(xù)發(fā)展。
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Study of dynamics change and prediction of region ecological footprint∶a case of Nandu River Basin in Hainan province
GUO Xia, SHE Ji-yun, SHEN Jin-ming , ZHOU Dan-hua
(Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)
∶ In order to investigate the sustainable development status for consecutive years of Nandu River basin, the per capita ecological footprint, per ecological carrying capacity and per ecological break-even of the River Basin in the year of 2005～2011 were calculated and analyzed by using the ecological footprint model, and based on the results, the changes of the River Basin for the future of 4 years were predicted. The results show that the demand of per capita ecological footprint increased year by year, the capacity of per ecological carrying reduced year by year, the ecological deficit was per 0.137 822 hm2/cap to the year of 2011; By using the Holt linear trend prediction model of the SPSS software, the demand of per capita ecological footprint was obtained to be 1.500 149 hm2/cap, the capacity of per ecological carrying was 0.898 368 hm2/cap, the ecological deficit was -0.601 78 hm2/cap, which indicated that the region will be in a unsustainable development situation since 2011.
∶ ecological footprint; ecological carrying capacity; ecological break-even; Nandu River Basin; Hainan province
S718.5
A
1673-923X(2012)06-0092-05
2012-03-19
海南省林業(yè)局重點(diǎn)科研項(xiàng)目（LK20118478）；森森經(jīng)理學(xué)湖南省“十一五”重點(diǎn)學(xué)科資助項(xiàng)目（034-0014）
郭 霞(1986—)，女，河南新鄉(xiāng)人，碩士研究生，主要從事林業(yè)經(jīng)濟(jì)管理；E-mail：lengning77@126.com
佘濟(jì)云(1966—)，男，湖南邵東人，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事森林經(jīng)理和林業(yè)資源管理方面的教學(xué)和科研工作；E-mail：shejiyun@126.com
[本文編校：文鳳鳴]
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