甘肅省1997－2009年生態(tài)足跡與生態(tài)承載力分析

李宇潔，張仁陟

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，甘肅蘭州 730070;2.蘭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅蘭州 730703)

可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為許多國家和地區(qū)的政策制定、指導(dǎo)思想和戰(zhàn)略選擇的關(guān)鍵。衡量一個(gè)區(qū)域能否實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，定量研究區(qū)域的發(fā)展?fàn)顩r以及對(duì)區(qū)域之間的發(fā)展?fàn)顩r作一個(gè)比較，即定量測(cè)定發(fā)展的可持續(xù)性狀態(tài)，這一研究領(lǐng)域已成為當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展研究的熱點(diǎn)與前沿。因此，可持續(xù)發(fā)展研究的核心問題就是定量測(cè)定人類對(duì)自然的利用狀況，定量測(cè)定人類需求是否處于自然的再生產(chǎn)能力之內(nèi)。作者運(yùn)用由加拿大生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)家William Rees 1992年提出的，并由其博士生Wackemagel在1996年完善的生態(tài)足跡研究方法，對(duì)甘肅近年來的生態(tài)足跡進(jìn)行計(jì)算與分析，通過計(jì)算甘肅省所能提供的資源量和該地區(qū)維持持續(xù)發(fā)展所需的資源進(jìn)行比較，從而判斷甘肅省人類對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響程度和生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀及其可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，以便對(duì)未來甘肅省人類生存和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出科學(xué)規(guī)劃和建議。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 研究區(qū)概況

甘肅省地處青藏高原、黃土高原和內(nèi)蒙古高原交匯地帶，地貌復(fù)雜，山地、高原、平川、河谷、沙漠、戈壁交錯(cuò)分布。地勢(shì)自西南向東北傾斜，地形狹長，東西長1 655 km，南北寬530 km。根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造單元和地形組合特點(diǎn)，大致可分為各具特色的6大區(qū)域:隴南山地、黃土高原、甘南高原、河西走廊、祁連山地、河西走廊以北荒漠地帶。全省耕地面積453.8萬hm2，占全省總面積的7.52%。近年來，甘肅省由于人口、經(jīng)濟(jì)快速增長，水土資源的壓力增加，矛盾突出，加上對(duì)自然資源的不合理開發(fā)利用，全省多數(shù)地區(qū)產(chǎn)生了地下水位下降、水土流失、草場(chǎng)退化、土地鹽漬化、荒漠化、環(huán)境污染等一系列生態(tài)環(huán)境問題，嚴(yán)重阻礙了甘肅省經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展。

1.1.2 數(shù)據(jù)來源

需要的1997－2009年甘肅省生物資源產(chǎn)量和能源消費(fèi)量，以及1997－2009年人口和土地利用面積等數(shù)據(jù)，均來源于甘肅省1997－2009年的統(tǒng)計(jì)年鑒［1］。

1.2 研究方法

1.2.1 生態(tài)足跡的計(jì)算

生態(tài)足跡是將人類的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的需求轉(zhuǎn)化為面積需求，主要計(jì)算生物生產(chǎn)性土地面積。

生物生產(chǎn)性土地面積考慮6種土地類型:可耕地、林地、草地、化石能源土地、建筑用地和水域面積［2］。

各類消費(fèi)項(xiàng)目的人均生物生產(chǎn)土地面積的計(jì)算:

式中:i為消費(fèi)項(xiàng)目的類型;Ai為第i種消費(fèi)項(xiàng)目折算的人均生態(tài)足跡分量 (hm2);Ci為第i種消費(fèi)項(xiàng)目的人均消費(fèi)量;Yi為生物生產(chǎn)土地生產(chǎn)第i種消費(fèi)項(xiàng)目的世界年均產(chǎn)量 (kg·hm－2);Pi、Ii、Ei分別為第i種消費(fèi)項(xiàng)目的年生產(chǎn)量、年進(jìn)口量和年出口量，N為人口數(shù)。

人均生態(tài)足跡的計(jì)算:

式中:ef為人均生態(tài)足跡 (hm2)，ei為人均生態(tài)足跡分量，rj為均衡因子。

區(qū)域總生態(tài)足跡的計(jì)算:

全球平均產(chǎn)量計(jì)算公式如下:

式中:k為農(nóng)產(chǎn)品種類;i為年份;為第K類產(chǎn)品的全球平均產(chǎn)量 (kg·hm－2);Pki為第K類農(nóng)產(chǎn)品的第i年全球生產(chǎn)產(chǎn)量 (kg);Aki為第K類農(nóng)產(chǎn)品在第i年全球的生產(chǎn)總面積 (hm2)［3］。

通過均衡因子將各類生物生產(chǎn)性土地面積轉(zhuǎn)換為等價(jià)生產(chǎn)力的土地面積，本研究所采用的均衡因子分別為 (目前全球統(tǒng)一采用的等量化因子):耕地2.8，林地1.1，草地0.5，化石燃料用地1.1，建筑用地2.8，水域0.2［4－5］。最后進(jìn)行匯總、計(jì)算生態(tài)足跡。

1.2.2 生態(tài)承載力的計(jì)算

人均生態(tài)承載力和區(qū)域生態(tài)承載力的計(jì)算公式分別為:

式中:aj為各類生物生產(chǎn)性土地人均真實(shí)面積;rj為均衡因子;yj為產(chǎn)量因子;N為人口數(shù)，ec為人均生態(tài)承載力 (hm2);EC為研究區(qū)總生態(tài)承載力。根據(jù)世界環(huán)境與發(fā)展委員會(huì)的建議，扣除了12%的生物多樣性保護(hù)面積。本研究所采用的產(chǎn)量因子分別為:耕地1.49，林地0.80，草地2.19，水域 1.00，建筑用地 1.49［4，6－7］。

1.2.3 生態(tài)赤字或盈余

對(duì)生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，如果生態(tài)足跡小于生態(tài)承載力，形成生態(tài)盈余，表明該地區(qū)人類社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的壓力處于該地區(qū)所能提供的生態(tài)可持續(xù)的范圍之內(nèi)，即處于可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài);如果生態(tài)足跡大于生態(tài)承載力，形成生態(tài)赤字，表明該地區(qū)的自然生態(tài)系統(tǒng)所提供的產(chǎn)品和服務(wù)需求超過了供給，不利于可持續(xù)發(fā)展。

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)足跡

由表1可知，1997－2009年甘肅省人均生態(tài)足跡呈上升趨勢(shì)，1997年為1.487 711 hm2·人－1，到2009年增加到2.658 701 hm2·人－1，是1997年的1.78倍，生態(tài)壓力逐漸增大。甘肅省人均耕地生態(tài)足跡從 0.699 161 hm2·人－1增長到1.023 255 hm2·人－1，整體呈增長趨勢(shì)，13年內(nèi)增加46.35%，增長幅度較大;人均化石能源用地從0.504 165 hm2·人－1增長到 1.151 124 hm2·人－1，增長了2.28倍;人均建筑用地生態(tài)足跡由0.027 150 hm2·人－1增長到 0.088 748 hm2·人－1，增長了3.27倍。說明甘肅省1997－2009年耕地、化石燃料地和建筑用地的生態(tài)需求量增幅顯著，表明甘肅省人民對(duì)農(nóng)產(chǎn)品、能源類消耗產(chǎn)品和建筑類用地量的增加。

表1 1997－2009年甘肅省人均生態(tài)足跡指數(shù)

2.2 生態(tài)承載力

運(yùn)用生態(tài)承載力模型計(jì)算得到甘肅省1997－2009年的人均生態(tài)承載力 (表2)。特別指出的是，因?yàn)楦拭C省并沒有專門用來吸收CO2的土地，所以在計(jì)算該省生態(tài)承載力時(shí)，不考慮化石能源用地的生態(tài)承載力。從表2可知，1997－2009年甘肅省人均生態(tài)承載力從1.480 744 hm2·人－1下降到1.459 763 hm2·人－1，13 年間下降了0.020 918 hm2·人－1。1997－2009年，甘肅省人均生態(tài)承載力基本保持小幅下降態(tài)勢(shì)，變化不明顯。1997－2009年人均耕地生態(tài)承載力從0.592 695 hm2·人－1降低到0.551 760 hm2·人－1，降低了6.91%;人均草地生態(tài)承載力從0.762 006 hm2·人－1降低到0.691 421 hm2·人－1，降低了9.2%;人均水域用地生態(tài)承載力從0.012 727 hm2·人－1降低到0.008 415 hm2·人－1，降低了33.89%;人均林地生態(tài)承載力呈現(xiàn)緩慢增長趨勢(shì)，從0.152 528 hm2·人－1增長到0.203 632 hm2·人－1，增長了33.5%;人均建筑用地生態(tài)承載力從0.027 150 hm2·人－1增長到0.088 748 hm2·人－1，增長了227%。說明1997－2009年甘肅省人均耕地、草地和水域用地的人均生態(tài)承載力減少，與甘肅省人口增長有很大關(guān)系，人均林地和建筑用地人均生態(tài)承載力增加。

表2 1997－2009年甘肅省人均生態(tài)承載力指數(shù)

2.3 生態(tài)分析

利用計(jì)算得出的1997－2009年甘肅省人均生態(tài)足跡和人均生態(tài)承載力指數(shù)，根據(jù)生態(tài)赤字/盈余計(jì)算模型計(jì)算得到1997－2009甘肅省人均生態(tài)赤字/盈余 (表3)可知，1997－2009年甘肅省人均生態(tài)從盈余0.195 0 hm2·人－1到赤字0.999 9 hm2·人－1。目前人們對(duì)自然資源的利用已超出了生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)承載力范圍，加之人口逐年增長，甘肅省生態(tài)環(huán)境處于不安全狀態(tài)，所以對(duì)現(xiàn)有資源的利用模式是不可持續(xù)的。

表3 1997－2009年甘肅省人均生態(tài)赤字/盈余指數(shù)

3 小結(jié)與討論

生態(tài)足跡理論是當(dāng)前國際上評(píng)價(jià)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)方法之一，通過這種理論模型計(jì)算，可以定量地判斷出一個(gè)國家或區(qū)域是否處于生態(tài)承載力范圍之內(nèi)。本研究從生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的比較入手，運(yùn)用生態(tài)足跡模型計(jì)算和分析1997－2009年甘肅省各個(gè)土地類型的人均生態(tài)足跡、人均生態(tài)承載力以及人均生態(tài)赤字。

1997－2009年，甘肅省人均生態(tài)足跡從1.487 711 hm2·人－1增長到 2.658 701 hm2·人－1，增長了1.17倍，生態(tài)壓力逐漸增大。在總生態(tài)足跡構(gòu)成中，各個(gè)土地類型的生態(tài)足跡大小為:耕地＞化石燃料地＞牧草地＞建筑用地＞林地＞水域用地。說明甘肅省農(nóng)產(chǎn)品、能源類消費(fèi)產(chǎn)品和畜產(chǎn)品的消費(fèi)量較高，人們的飲食結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，特別是對(duì)動(dòng)物性產(chǎn)品的消費(fèi)比例上升，當(dāng)?shù)厝嗣竦纳钏矫黠@提高。1997－2009年甘肅省人均生態(tài)承載力從1.480 744 hm2·人－1，下降到1.459 763 hm2·人－1，下降了0.020 981 hm2·人－1。在總生態(tài)承載力構(gòu)成中，各個(gè)土地類型的生態(tài)承載力大小為:牧草地＞耕地＞建筑用地＞林地＞水域用地＞化石燃料地，其中牧草地生態(tài)承載力最大。1997－2009年甘肅省人均生態(tài)從盈余0.195 0 hm2·人－1到赤字0.999 9 hm2·人－1。生態(tài)赤字為化石燃料地和耕地。林地、牧草地、水域用地、建筑用地均保持生態(tài)盈余，說明甘肅省對(duì)林地和牧草地的保護(hù)有所成效，甘肅省地廣人稀，居民點(diǎn)用地和公路用地占土地總面積的百分比較少，所以建筑用地的生態(tài)承載力一直保持生態(tài)盈余。

人口規(guī)模的增長直接影響著生態(tài)足跡的增長。隨著人口數(shù)量的增長和消費(fèi)水平的不斷提高，人們對(duì)各種農(nóng)畜產(chǎn)品、林產(chǎn)品、水產(chǎn)品和能源等需求量也相應(yīng)在增加。同時(shí)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和更新，更加激發(fā)人們開發(fā)更多更好的資源產(chǎn)品滿足日益增長的物質(zhì)需求，導(dǎo)致了生態(tài)足跡的增長。

通過對(duì)甘肅省1997－2009年人均生態(tài)足跡及人均生態(tài)承載力綜合分析，結(jié)果表明甘肅省人均生態(tài)足跡整體上呈現(xiàn)逐年增長、而人均生態(tài)承載力呈現(xiàn)逐年降低的趨勢(shì)，生態(tài)赤字也在不斷擴(kuò)大，這說明甘肅省對(duì)自然資源的利用的數(shù)量和強(qiáng)度呈增加趨勢(shì)，目前已超出了自然生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)承載力范圍，自然資源處于超負(fù)荷狀態(tài)，生態(tài)足跡與生態(tài)承載力之間的矛盾日益加劇，而且人口逐年增加，現(xiàn)有的資源利用模式是不可持續(xù)的，生態(tài)環(huán)境處于不安全狀態(tài)，其發(fā)展模式是不可持續(xù)的。

通過對(duì)甘肅省1997－2009年生態(tài)足跡變化的研究，甘肅省生態(tài)赤字的主要原因在于化石能源的極大消耗造成對(duì)自然資源的過度利用，以及耕地減少，草地荒漠化和建筑用地的增加等，這些原因直接影響發(fā)展的可持續(xù)性。為了有效地緩解甘肅省的生態(tài)赤字，有必要采取相應(yīng)的措施:采用新的技術(shù)，培育優(yōu)勢(shì)農(nóng)產(chǎn)品，加快農(nóng)產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化，提高自然資源單位土地的生物產(chǎn)量，從而提高生態(tài)系統(tǒng)的承載力;引導(dǎo)人們改變生活消費(fèi)方式，倡導(dǎo)綠色消費(fèi)，健康消費(fèi)，降低生物資源消耗;在全省倡導(dǎo)勤儉節(jié)約新風(fēng)尚，養(yǎng)成節(jié)約的習(xí)慣，保持適度的生活消費(fèi)水平;嚴(yán)格控制人口數(shù)量，提高公眾的可持續(xù)發(fā)展意識(shí)。

［1］甘肅年鑒編委會(huì)．甘肅年鑒1999－2009［M］．北京:中國統(tǒng)計(jì)出版社，1999－2009.

［2］朱國鋒，楊小梅，萬國寧，等．甘肅省2004年生態(tài)足跡計(jì)算與分析［J］．甘肅聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，22(5):62－68.

［3］Wackernagel M．National natural ital accounting with the ecological footprint concept［J］．Ecological Economics，1999(29):375－390.

［4］Wackernagel M，Onisto L，Bello P，et al．Ecological Footprints of Nations［G］//Commissioned by the Earth Council for the orum．International council for local．Toronto:Environmental Initiatives，1997:10 －21.

［5］劉某承，李文華．基于凈初級(jí)生產(chǎn)力的中國生態(tài)足跡均衡因子測(cè)算［J］．自然資源學(xué)報(bào)，2009，24(9):1550－1559.

［6］徐中民，程國棟，張志強(qiáng)．生態(tài)足跡方法的理論解析［J］．中國人口·資源與環(huán)境，2006，6(16):69－78.

［7］加強(qiáng)，滕彥國，王金生．生態(tài)足跡計(jì)算過程中的某些細(xì)節(jié)處理研究 ［J］．地域研究與開發(fā)，2009，28(2):99－107.