區(qū)域人均生態(tài)足跡的時(shí)序變化
——以武漢市為例

甘 甜，韓 項(xiàng)，周曉艷

(武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，中國 武漢 430079)

區(qū)域人均生態(tài)足跡的時(shí)序變化
——以武漢市為例

甘 甜，韓 項(xiàng)，周曉艷*

(武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，中國 武漢 430079)

運(yùn)用生態(tài)足跡模型及方法，利用武漢市2001—2010年的生物資源及能源消費(fèi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，計(jì)算武漢市生物資源、能源人均生態(tài)足跡，并結(jié)合相關(guān)指標(biāo)分析其變化趨勢及原因，對未來武漢市可持續(xù)發(fā)展提出對策建議．研究結(jié)果表明：十年來，武漢市人均生物資源生態(tài)足跡變化不大，基本穩(wěn)定在0.75 hm2左右，但人均生態(tài)足跡與人均能源生態(tài)足跡均呈上升趨勢，分別由2001年的1.58 hm2和0.90 hm2上漲至2010年的2.43 hm2和1.65 hm2．能源消耗量的日益增加是導(dǎo)致武漢市人均生態(tài)足跡上漲的主要原因．近幾年，雖然人均GDP增長和人均能源生態(tài)足跡仍然表現(xiàn)出較明顯的相關(guān)性，但萬元GDP生態(tài)足跡的下降反映該市能源利用率有所提高，能源消耗增幅低于GDP增幅．

生態(tài)足跡；動(dòng)態(tài)變化；武漢市

生態(tài)足跡(Ecological footprint)由加拿大William Rees教授于1992年提出[1-2]，隨后他和Wackernagel提出具體的計(jì)算方法[3]，并估算了52個(gè)國家和地區(qū)的生態(tài)足跡．該理論作為定量研究可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要方法，得到有關(guān)研究機(jī)構(gòu)和眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注和實(shí)際應(yīng)用[4-6]．

本文運(yùn)用生態(tài)足跡年模型與方法，利用武漢市2001—2010年的生物資源及能源消費(fèi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對近十年該區(qū)域人均生態(tài)足跡進(jìn)行時(shí)間序列的測度，將時(shí)間尺度上的消費(fèi)狀態(tài)融入到生態(tài)足跡模型中，分析武漢市人均生態(tài)足跡的變化趨勢．

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

任何已知人口(某一個(gè)個(gè)人、城市或國家)的生態(tài)足跡是生產(chǎn)這些人口所消費(fèi)的所有資源和吸納這些人口產(chǎn)生的所有廢棄物二者需要的生物生產(chǎn)性土地的總面積[1-2]．在生態(tài)足跡計(jì)算中，各種資源和能源消費(fèi)項(xiàng)目被折算為耕地、草場、林地等6種生物生產(chǎn)面積類型．6類生物生產(chǎn)面積的生態(tài)生產(chǎn)力不同，要將其轉(zhuǎn)化為具相同生態(tài)生產(chǎn)力的面積以匯總生態(tài)足跡和生態(tài)承載力，需要各類生物生產(chǎn)面積乘以均衡因子，即rk=dk/D(k=1,2,3,…,6). 式中rk為均衡因子，dk為全球第k類生物生產(chǎn)面積類型的平均生態(tài)生產(chǎn)力，D為全球所有各類生物生產(chǎn)面積類型的平均生態(tài)生產(chǎn)力．Wackernagel研究得到的均衡因子[3]分別為：耕地、建筑用地2.8，森林、化石能源土地1.1，草地0.5，水域0.2，本文采用的是湖北省的均衡因子，略有不同．基于以上理論，人均生態(tài)足跡分量即Ai=(Pi+Ii+Ei)/(Yi·N)(i=1,2,3,…,m)，式中Ai為第i種消費(fèi)項(xiàng)目折算的人均生態(tài)足跡分量(hm2/人)，Yi為生物生產(chǎn)土地生產(chǎn)第i種消費(fèi)項(xiàng)目的年(世界)平均產(chǎn)量(kg/hm2)，Pi為第i種消費(fèi)項(xiàng)目的年生產(chǎn)量，Ii為第i種消費(fèi)項(xiàng)目年進(jìn)口量，Ei為第i種消費(fèi)項(xiàng)目的年出口量，N為人口數(shù)．

生態(tài)足跡是以上各項(xiàng)的加和：EF=N·ef=N·∑(aai)=N·∑ri·Ai=N·∑(ci/pi).式中EF為總的生態(tài)足跡；N為人口數(shù)；ef為人均生態(tài)足跡；ci為i種商品的人均消費(fèi)量；pi為i種消費(fèi)商品的平均生產(chǎn)能力；aai為人均i種交易商品折算的生物生產(chǎn)面積，i為所消費(fèi)商品和投入的類型；Ai為第i種消費(fèi)項(xiàng)目折算的人均占有的生物生產(chǎn)面積；ri為均衡因子．

1.2 數(shù)據(jù)來源

采用的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)主要來源于2001—2011年《武漢統(tǒng)計(jì)年鑒》[7]．為使計(jì)算結(jié)果便于區(qū)域之間比較，采用了聯(lián)合國糧農(nóng)組織1993年計(jì)算的有關(guān)生物資源的世界平均產(chǎn)量，將生物資源的消費(fèi)量轉(zhuǎn)化為提供這些消費(fèi)所需要的生物生產(chǎn)性面積，能源消費(fèi)部分主要包括煤炭、焦炭、汽油柴油以及電力，計(jì)算時(shí)采用世界單位化石燃料生產(chǎn)土地面積的平均發(fā)熱量，將能源消費(fèi)轉(zhuǎn)化為化石燃料產(chǎn)地的面積．

2 2001—2010年武漢市生態(tài)足跡的計(jì)算

2.1 研究區(qū)域概況

武漢市位于113°41′～115°05′E，29°58′～31°22′N，地處華中地區(qū)，位于長江畔的江漢平原一帶，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)．武漢市是中國15個(gè)副省級(jí)城市之一，也是中部六省唯一的副省級(jí)城市，長江中下游特大城市，中部地區(qū)(華中)的最大都市和中心城市，是中國重要工業(yè)基地．據(jù)武漢市統(tǒng)計(jì)局2011年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，武漢市共有常住人口1 012萬，公園綠地面積60.384 8 km2．綠化覆蓋率37.54%．濕地自然保護(hù)區(qū)面積280 km2．森林面積1 680 km2，森林覆蓋率26.80%[7]．

2.2 計(jì)算過程

1996年Wackernagel提出的全球平均均衡因子應(yīng)用非常廣泛，但沒有考慮到地區(qū)自然條件分異性．通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)[8]，得到中國以及湖北省的均衡因子，見表1.與全球均衡因子相比，前兩者耕地均衡因子偏小，而林地和水域偏高．本文使用的是湖北省均衡因子[8]．

表1 3種均衡因子的比較

根據(jù)《武漢統(tǒng)計(jì)年鑒》(2001～2010年)[7]，得到武漢市每年自然資源與能源的消費(fèi)數(shù)據(jù)，對武漢市10年間的生態(tài)足跡進(jìn)行了計(jì)算．計(jì)算結(jié)果分別為武漢市生態(tài)資源消費(fèi)賬戶和能源消費(fèi)賬戶．以2010年為例，糧食、油料、肉類、水產(chǎn)品等食品方面的消費(fèi)數(shù)據(jù)，采用聯(lián)合國糧農(nóng)組織1993年計(jì)算的有關(guān)生物資源的世界平均產(chǎn)量資料[9]，將武漢市的生物消費(fèi)轉(zhuǎn)化為提供這些消費(fèi)品所需要的生物生產(chǎn)面積，見表2．

表2 2010年武漢市年人均生物資源生態(tài)足跡

能源消費(fèi)生態(tài)足跡的計(jì)算需用到的2001—2010年武漢市能源消費(fèi)數(shù)據(jù)，從年鑒中查得．使用調(diào)整因子將其轉(zhuǎn)化為化石燃料生產(chǎn)土地面積[9]，調(diào)整因子為單位化石燃料生產(chǎn)土地面積的平均發(fā)熱量[10]，見表3．

表3 2010年武漢市人均能源生態(tài)足跡

注：*單位為GW/h；**單位為GJ·kW/h．

生態(tài)足跡包括生物資源生態(tài)足跡和能源生態(tài)足跡．將武漢市生物資源的人均消耗轉(zhuǎn)化為相應(yīng)生產(chǎn)土地類型面積，分別是：耕地0.150 5 hm2，林地0.011 1 hm2，草地0.871 7 hm2，水域0.089 1 hm2;；將人均能源消耗轉(zhuǎn)化為相應(yīng)生產(chǎn)土地面積分別是：建筑用地0.036 4 hm2，化石燃料1.939 2 hm2．匯總后初步得到2010年的生態(tài)足跡為2.430 1 hm2，詳見表4．

表4 2010年武漢市人均生態(tài)足跡計(jì)算的匯總表

這里的生態(tài)足跡只是一個(gè)初步數(shù)值．考慮到貿(mào)易影響，一個(gè)地區(qū)的生態(tài)足跡可以跨越地區(qū)界限，因此，計(jì)算消費(fèi)量時(shí)，需要根據(jù)貿(mào)易情況進(jìn)行調(diào)整，計(jì)算凈消費(fèi)額．由于貿(mào)易數(shù)據(jù)缺乏，本文采取宏觀貿(mào)易調(diào)整法[11]．貿(mào)易調(diào)整法的優(yōu)點(diǎn)在于，可通過恩格爾系數(shù)、居民消費(fèi)支出、國民生產(chǎn)總值、固定資產(chǎn)投資總額、勞動(dòng)者工資總額等定量且易得的指標(biāo)，計(jì)算出區(qū)域內(nèi)的真實(shí)消費(fèi)情況，在缺乏具體貿(mào)易數(shù)據(jù)的情況下也能夠?qū)ι鷳B(tài)足跡進(jìn)行修正．

貿(mào)易調(diào)整公式為：EF=cb×EFb+ce×EFe.其中，EFb和EFe分別為調(diào)整前的生物資源生態(tài)足跡和能源生態(tài)足跡，cb和ce為調(diào)整系數(shù)，調(diào)整系數(shù)由恩格爾系數(shù)、居民消費(fèi)支出、國民生產(chǎn)總值等指標(biāo)計(jì)算得出，過程較為復(fù)雜，因此僅列出最終的調(diào)整結(jié)果，見表5～7．

表5 武漢市2001—2010年人均生態(tài)足跡匯總表(調(diào)整前)

表6 歷年調(diào)整系數(shù)

表7 武漢市2001—2010年人均生態(tài)足跡匯總表(調(diào)整后)

3 2001—2010年武漢市人均生態(tài)足跡變化分析

為分析生態(tài)足跡隨時(shí)間的變化趨勢，將武漢市人均生態(tài)足跡、人均能源生態(tài)足跡、人均生物資源生態(tài)足跡全部繪制成折線圖，如圖1．

圖1 2001—2010年武漢市生態(tài)足跡變化折線圖Fig.1 The ecological footprint per capita of Wuhan from 2001 to 2010

3.1 2001—2010年武漢市人均生態(tài)足跡變化分析

3.1.1 2001—2010年武漢市人均生物生態(tài)足跡變化分析 2001—2010年，武漢市人均生物資源生態(tài)足跡在0.75 hm2左右，基本保持穩(wěn)定．但通過分析武漢市居民消費(fèi)結(jié)構(gòu)的變化發(fā)現(xiàn)，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平的提高，居民食品消費(fèi)的種類和數(shù)量均有一定的變化．2001年，武漢市城市糧食人均消費(fèi)71.1 kg，農(nóng)村糧食人均消費(fèi)274.01 kg，總共占生物資源消費(fèi)量的16.86%；2010年，二者分別減少至65.57 kg，175.15 kg，總和占生物資源消費(fèi)量的百分比也降到了10.25%．與此同時(shí)，肉、蛋、水產(chǎn)、奶制品等在消費(fèi)結(jié)構(gòu)中凸顯出日益重要的地位．以奶制品為例，2001年武漢市農(nóng)村居民與城市居民年人均消費(fèi)奶制品量為0.21 kg，6.32 kg，共占消費(fèi)量的0.34%，2010年則為1.22 kg，9.69 kg，占比為0.69%．除此之外，肉類(豬肉、牛羊肉、家禽)消費(fèi)量所占生物資源消費(fèi)量的百分比也由72.11%上漲到了79.65%．

2001—2010年武漢市居民生物資源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，鮮菜肉類增長趨勢明顯，糧食消費(fèi)大幅減少．在生產(chǎn)土地面積變化中，表現(xiàn)為耕地面積減少而草地面積增加．雖然蛋奶肉類消費(fèi)增長量低于糧食消費(fèi)的減少量，但在生態(tài)足跡計(jì)算過程中，前者調(diào)整因子遠(yuǎn)大于后者，所以乘以調(diào)整因子后，二者對生態(tài)足跡影響接近相當(dāng)水平，對人均生態(tài)足跡的影響幾乎相抵消．因此，隨著武漢市居民生活水平的提高，雖然居民消費(fèi)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，但是人均生物資源生態(tài)足跡基本保持穩(wěn)定．

3.1.2 2001—2010年武漢市人均能源生態(tài)足跡變化分析 2001—2010年武漢市人均能源生態(tài)足跡變化明顯，從0.90 hm2增長至1.65 hm2．從圖1 可以看出，2001—2005年武漢市人均能源生態(tài)足跡的增長趨勢最為顯著，在2005年以后該增長趨勢有所放緩，能源消耗量漸漸趨于平穩(wěn)，到2010為止，僅增加了0.17 hm2，達(dá)到1.65 hm2．增加的生產(chǎn)土地類型主要是化石燃料用地．

進(jìn)一步分析2010年武漢市人均能源生態(tài)足跡的組分可知，能源生態(tài)足跡增加的驅(qū)動(dòng)力主要來自煤炭、焦炭、原油消耗的增長．從對應(yīng)的生產(chǎn)性土地面積來看，在研究年份內(nèi)，每一年中，該三者對能源生態(tài)的貢獻(xiàn)均達(dá)到90%以上，其中煤炭的貢獻(xiàn)率保持在50%左右．2001年，煤炭、焦炭、原油在能源消費(fèi)中占比分別為43.65%，24.25%和24.05%，2010年為44.91%，24.48%和23.58%，10年當(dāng)中，三者所占比重變化極其微小，能源結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，說明粗放型的、大量消耗不可再生能源的工業(yè)模式?jīng)]有得到改變，情況不容樂觀．

煤炭、焦炭的消耗主要來自傳統(tǒng)工業(yè)，原油的消耗主要來自石油化工業(yè)和機(jī)動(dòng)車輛[12-13]．武漢市是重要工業(yè)城市，且擁有大量機(jī)動(dòng)車輛，近年來，工業(yè)規(guī)模與機(jī)車擁有量隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展而增長，煤炭、焦炭、原油消耗量亦然，導(dǎo)致能源生態(tài)足跡居高不下．武漢市在未來的工業(yè)發(fā)展規(guī)劃中，要改變能源結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)高耗能低產(chǎn)出的傳統(tǒng)工業(yè)向集約型、環(huán)境友好型工業(yè)轉(zhuǎn)變，從而減少不可再生能源的使用，減少能源生態(tài)足跡．

3.2 2001—2010年武漢市人均生態(tài)足跡與人均GDP變化的關(guān)系分析

3.2.1 2001—2010年武漢市人均生態(tài)足跡與人均GDP的相關(guān)分析 為研究人均能源生態(tài)足跡與人均GDP之間可能存在的關(guān)系，使用SPSS(19.0)對人均能源生態(tài)足跡和人均GDP進(jìn)行相關(guān)分析[14-15]．結(jié)果顯示，人均能源生態(tài)足跡與人均GDP之間相關(guān)性高達(dá)0.792，顯著性水平為0.006．2001—2010年人均能源生態(tài)足跡與人均GDP二者存在較強(qiáng)的相關(guān)性．該分析結(jié)果表明，近十年武漢市處于工業(yè)化與城市化加速發(fā)展階段，由于對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)依賴和交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，能源的需求量比較大，使建筑用地、化石然燃料用地成為影響生態(tài)足跡總量的重要因素．

3.2.2 2001—2010年武漢市萬元GDP生態(tài)足跡變化趨勢分析 為進(jìn)一步分析武漢市資源的利用效率，研究該階段萬元GDP的變化趨勢(表8)．該數(shù)據(jù)反映出武漢市萬元GDP生態(tài)足跡整體呈現(xiàn)下降趨勢，2001年為2.13 hm2/萬元，2010年則為1.26 hm2/萬元，降低41%．為更直觀地分析變化趨勢，將數(shù)據(jù)繪制成折線圖．由圖2可見該市萬元GDP的生態(tài)足跡的下降可分為兩個(gè)階段：2001年到2004年為“穩(wěn)中有降”階段，2005年到2010年為“顯著下降”階段．第一階段，每萬元GDP生態(tài)足跡在2.25 hm2/萬元附近浮動(dòng)，2002年達(dá)到峰值2.33 hm2/萬元，之后至2004年該值出現(xiàn)了一定的下降，但趨勢不明顯．第二階段2005—2010年，每萬元GDP生態(tài)足跡出現(xiàn)了明顯的下降，由2.27 hm2/萬元逐年減低，至2010年已降到1.26 hm2/萬元．以上分析顯示，雖然隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，武漢市生態(tài)足跡隨著人均GDP不斷攀升，但是從近年萬元GDP生態(tài)足跡的下降反映該市資源利用率有所提高，總體能源消耗增幅低于GDP增幅．

表8 武漢市2001—2010年每萬元GDP生態(tài)足跡計(jì)算

圖2 2001—2010年武漢市每萬元GDP生態(tài)足跡變化折線圖Fig.2 The ecological footprint per ten-thousand-yuan GDP of Wuhan from 2001 to 2010

4 結(jié)論及建議

由上述分析可知，2001—2010年武漢市人均生物資源生態(tài)足跡變化不大，基本穩(wěn)定在0.75 hm2左右；人均生態(tài)足跡與人均能源生態(tài)足跡均呈上升趨勢，分別由2001年的1.58 hm2和0.90 hm2上漲至2010年的2.43 hm2和1.65 hm2．能源消耗量的日益增加是導(dǎo)致武漢市人均生態(tài)足跡上漲的主要原因．隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步，雖然人均生態(tài)足跡隨著人均GDP不斷攀升，但是從近年萬元GDP生態(tài)足跡的下降反映該市資源利用率有所提高，總體能源消耗增幅低于GDP增幅．反映出該市近年“兩型”社會(huì)建設(shè)，改變經(jīng)濟(jì)增長方式，優(yōu)化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，提高資源利用率取得一定效果．

根據(jù)研究結(jié)論，武漢市人均能源生態(tài)足跡增長是生態(tài)足跡增長的驅(qū)動(dòng)因素．現(xiàn)階段武漢市控制生態(tài)足跡增長的關(guān)鍵在于控制能源生態(tài)足跡的增長．所以未來應(yīng)繼續(xù)轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)；重點(diǎn)發(fā)展資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的產(chǎn)業(yè)；調(diào)整及優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，推廣和使用再生能源；不斷提高資源利用率，實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展模式．

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(編輯 王 健)

Temporal Changes of Regional Per Capita Ecological Footprint—A Case Study of Wuhan City

GANTian,HANXiang,ZHOUXiao-yan*

(School of Resources and Environment, Wuhan University, Wuhan 430079, China)

The data of consumption in biological and energy resources in Wuhan from 2001 to 2010 are collected and the bidogical resources as well as per capita ecological footprint in Wuhan of each year are calculated by adopting the ecological footprint model and methods. According to related methods, the variation trend by referring to indicators are analyzed, after which, the countermeasures for ecological environment construction in Wuhan city are given. As the results show, during the 10 years, the total ecological footprint and the ecological footprint of energy ascend from 1.58 hm2and 0.90 hm2to 2.43 hm2and 1.65 hm2, respectively, while the ecological footprint of biological recourse per capita stays steady at around 0.75 hm2. The increasing ecological footprint in Wuhan is mainly caused by the growing energy consumption. The amount of GDP and ecological footprint of energy are obviously correlated; nevertheless, the growth rate of energy consumption is relatively lower than GDP, and the decline in ecological footprint per ten-thousand-yuan GDP reflects the improving utilization of natural resources in Wuhan.

ecological footprint; dynamic change; Wuhan city

2014-05-09

國家基礎(chǔ)科學(xué)人才培養(yǎng)基金科研能力訓(xùn)練資助項(xiàng)目(J1103409)；教育部人文社科資助項(xiàng)目(14YJC630216)

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,E-mail：zhouxiaoyan@whu.edu.cn

X24，X22，P967

A

1000-2537(2014)06-0001-06