基于生態(tài)足跡模型的湖北1991～2010年人地協(xié)調(diào)度演變研究

姚凱彬

（湖北大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢430000）

1 引言

經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展、人口迅猛增長(zhǎng)，生態(tài)環(huán)境遭受的破壞的加劇，自然資源消耗不斷增加，因此人地協(xié)調(diào)發(fā)展逐漸成為學(xué)術(shù)界的熱點(diǎn)課題。隨著研究的深入，生態(tài)足跡逐漸體現(xiàn)出其在衡量人地協(xié)調(diào)度及生態(tài)可持續(xù)性評(píng)估方面的有效性，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者紛紛開始關(guān)注和研究生態(tài)足跡模型。William Rees［1］于1992年提出生態(tài)足跡的概念，他的學(xué)生 Mathis Wackernagel［2］隨后加以完善。根據(jù) Mathis Wackernagel［2］的理論，人類對(duì)資源的需求及自然資源對(duì)人類的供給之間的比較可作為人地關(guān)系協(xié)調(diào)度的評(píng)估。因此，生態(tài)足跡模型以其操作便捷、科學(xué)合理的特質(zhì)，使得越來越多的學(xué)者利用其來定量分析區(qū)域的人地關(guān)系演變規(guī)律。

湖北地區(qū)是中國(guó)中部偏南地區(qū)，隨著人口規(guī)模的擴(kuò)大和經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，湖北日益受到資源和環(huán)境的雙重約束。為構(gòu)建兩型社會(huì)，湖北需要在進(jìn)行區(qū)域經(jīng)濟(jì)建設(shè)的同時(shí)需要進(jìn)行考慮到人地關(guān)系的協(xié)調(diào)度。為了進(jìn)一步研究人地關(guān)系的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律及其影響因素，本文引入生態(tài)足跡模型，定量分析湖北1991～2010年人地關(guān)系演變狀況。

2 研究模型：生態(tài)足跡模型

2.1 生態(tài)足跡

生態(tài)足跡主要將人類對(duì)自然環(huán)境的需求轉(zhuǎn)換為面積需求來計(jì)算生物生產(chǎn)面積，主要考慮耕地、林地、草地、建筑用地、水域和化石燃料用地6類土地類型。其計(jì)算公式如下：

公式中：i為消費(fèi)商品和投入的類型，n為消費(fèi)商品數(shù)量；Pi為i種消費(fèi)商品的平均生產(chǎn)能力；Ci為i種商品的人均消費(fèi)量；ai為人均i種交易商品占用的生物生產(chǎn)土地面積；N為人口數(shù)；ef為人均生態(tài)足跡；EF為總的生態(tài)足跡。

考慮到這6類土地之間的生物生產(chǎn)能力差異較大，在計(jì)算中需要對(duì)各類土地賦予不同的均衡因子進(jìn)行等量化處理。目前國(guó)際上普遍采用的均衡因子為：耕地和建筑用地為2.8，林地與化石燃料用地為1.1，草地為0.5，水域?yàn)?.2。其計(jì)算公式為：

公式中：ef為均衡后的人均生態(tài)足跡，rj為均衡因子，aj為人均各類生物生產(chǎn)土地面積，j為不同的生物生產(chǎn)土地類型。

2.2 生態(tài)承載力計(jì)算

區(qū)域生態(tài)總承載力就是指區(qū)域內(nèi)部所有的生物生產(chǎn)性土地。各種土地類型也必須進(jìn)行均衡化處理，轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢赃M(jìn)行累加的世界性平均生產(chǎn)土地。計(jì)算公式如下：

公式中：yj為產(chǎn)量因子；rj為均衡因子；aj為實(shí)際人均占有的第j類生物生產(chǎn)土地面積；N為人口數(shù)；ec為人均生態(tài)承載力；EC為總的生態(tài)承載力。產(chǎn)量因子分別采用傳統(tǒng)取值：耕地、建筑用地為1.66，林地為0.91，草地為0.19，水域?yàn)?.00，化石原料用地為0。

2.3 人地協(xié)調(diào)度及生態(tài)可持續(xù)性評(píng)估

將生態(tài)足跡和生態(tài)承載力進(jìn)行比較。若生態(tài)足跡大于生態(tài)承載力，則生態(tài)赤字；反之則生態(tài)盈余。其計(jì)算公式為：ED（ES）＝EF－EC。

公式中，ED（ES）表示人均生態(tài)赤字（生態(tài)盈余），它反映資源供需平衡的不協(xié)調(diào)性，可以作為直接依據(jù)判斷人地關(guān)系是否協(xié)調(diào)，生態(tài)發(fā)展是否可持續(xù)。

3 計(jì)算結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)足跡與生態(tài)承載力計(jì)算

生態(tài)足跡的計(jì)算主要包括以下兩部分：生物資源的消費(fèi)。湖北省生物資源消費(fèi)有農(nóng)、林、牧、漁四大類生物產(chǎn)品的項(xiàng)目，折算成耕地土地產(chǎn)品、林地土地產(chǎn)品、草地土地產(chǎn)品、水域土地類型的產(chǎn)品。數(shù)據(jù)來源于《湖北統(tǒng)計(jì)年鑒（1992～2012）》、《湖北農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》。能源的消費(fèi)，能源資源包括柴油、電力、煤炭、汽油。該部分主要以世界上單位化石燃料生產(chǎn)土地面積的平均發(fā)熱量為標(biāo)準(zhǔn)，利用總能源消費(fèi)（折標(biāo)煤）和熱力電力等主要數(shù)據(jù)，把能源消費(fèi)消耗的熱量換算成化石燃料用地面積和建設(shè)用地面積。同時(shí)出于謹(jǐn)慎性考慮，需要扣除12%的生物多樣性保護(hù)面積。計(jì)算得到表1和圖1。

表1 湖北1991～2010年生態(tài)足跡、生態(tài)承載力、生態(tài)赤字

3.2 計(jì)算結(jié)果分析

3.2.1 資源供需整體變化分析

從資源供需數(shù)量看，1991～2010年，湖北生態(tài)足跡和生態(tài)承載力均呈上升趨勢(shì)，生態(tài)足跡總量上升速度較快，年增速約為4.79%，人均生態(tài)足跡增長(zhǎng)了2.32倍，總生態(tài)承載力年增速為0.29%，人均生態(tài)承載力僅增長(zhǎng)1.15倍，生態(tài)承載力增速遠(yuǎn)小于生態(tài)足跡。可見湖北生態(tài)足跡的增長(zhǎng)明顯快于生態(tài)承載力的增長(zhǎng)，表明湖北地區(qū)自然資源供給十分緊張，生態(tài)環(huán)境不斷惡化。

從資源供需結(jié)構(gòu)看，1991～2010年湖北生態(tài)足跡的構(gòu)成發(fā)生了較大的變化。在人均生態(tài)足跡中，建筑用地增長(zhǎng)速度最快，增長(zhǎng)幅度為1991年的9.25倍，這與近些年來湖北省大力開發(fā)水力資源、不斷擴(kuò)大城市化規(guī)模有關(guān)。水域、草地、化石能源地、耕地、林地的增幅分別為3.47倍、3.52倍、2.3倍、1.96倍、1.18倍。在生態(tài)足跡的構(gòu)成中，化石能源地、耕地、草地及水域所占比重最大，隨著經(jīng)濟(jì)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，尤其是第二、第三產(chǎn)業(yè)在經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)逐漸占據(jù)更大的比重，湖北地區(qū)對(duì)化石能源消費(fèi)的依賴不斷增強(qiáng)，因此從圖1中可以發(fā)現(xiàn)，從2003年以后化石能源地的比重超過耕地，成為湖北省生態(tài)足跡構(gòu)成的最大影響因素；其次，居民生活水平的不斷提高也使得人們的飲食需求結(jié)構(gòu)不斷變化，從而影響了草地和水域的生態(tài)足跡的改變，湖北素有“千湖之省”之稱，人們對(duì)提高生活質(zhì)量的水產(chǎn)品需求加大使得水域的生態(tài)足跡增加。耕地的生態(tài)足跡的增幅減緩則是由于人們?cè)谏锂a(chǎn)品方面的消費(fèi)比例逐漸減少，不過在生態(tài)足跡構(gòu)成中的耕地仍然是重要的影響因素。

在人均承載力的構(gòu)成中，耕地和林地對(duì)于生態(tài)承載力的影響最大，所占比重分別達(dá)到61.2%和21.6%，同時(shí)也是對(duì)生態(tài)環(huán)境改善作用最大的兩種土地類型。在1991年湖北省耕地面積為345.846萬hm2，2010年湖北省耕地面積為337.215萬hm2，相比于1991年減少了8.631萬hm2。耕地減少的主要原因是城鎮(zhèn)化建設(shè)用地的占用，同時(shí)由于農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、退耕還林、自然災(zāi)害等也對(duì)耕地造成巨大影響。耕地和林地面積的減少是生態(tài)承載力不高的決定因素。

圖1 1991～2010年湖北不同土地類型的人均生態(tài)足跡

3.2.2 人地協(xié)調(diào)度分析及生態(tài)可持續(xù)性評(píng)估

由人口、資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等組成要素的動(dòng)態(tài)平衡才能維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。湖北地區(qū)的生態(tài)足跡由于人口增長(zhǎng)和消費(fèi)上升迅速增加，近年來雖然技術(shù)的提高使得生態(tài)承載力略有上升，但由于人為因素和自然因素的影響，湖北地區(qū)依然出現(xiàn)了生態(tài)赤字，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境沒有保持均衡。

生態(tài)赤字的存在只能說明湖北地區(qū)人地關(guān)系不協(xié)調(diào)，卻無法揭示出湖北地區(qū)人地關(guān)系演變的不可持續(xù)程度。本文在此引進(jìn)生態(tài)足跡指數(shù)作為評(píng)估可持續(xù)發(fā)展的指標(biāo)，用以定量研究湖北的可持續(xù)發(fā)展程度。生態(tài)足跡指數(shù)是生態(tài)承載力與生態(tài)足跡之差占生態(tài)承載力的百分比。數(shù)值在0到100%之間說明具備可持續(xù)性；數(shù)值小于0表明其不可持續(xù)性；數(shù)值等于0則為邊際可持續(xù)性。其計(jì)算公式為：

式中：EFI為生態(tài)足跡指數(shù)；EF為生態(tài)足跡；EC為生態(tài)承載力。

根據(jù)公式計(jì)算出的湖北1991～2010年生態(tài)足跡指數(shù)（表2）。

表2 湖北1991～2010年生態(tài)足跡指數(shù)

由表2可知，從1991年到2010年的生態(tài)足跡的指數(shù)都小于0，生態(tài)足跡指數(shù)絕對(duì)值雖然在1998年、2000年和2007年有所下降，但總體上隨著年份的增加依然是不斷加大的，而且數(shù)值增加的速度逐漸加快，這說明湖北地區(qū)的不可持續(xù)狀態(tài)比較嚴(yán)重，其不可持續(xù)的程度也呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)。

4 結(jié)語與討論

通過運(yùn)用生態(tài)足跡模型計(jì)算和分析1991～2010年湖北生態(tài)足跡，對(duì)湖北地區(qū)的人地協(xié)調(diào)度演變狀態(tài)及生態(tài)可持續(xù)性評(píng)估進(jìn)行了定量研究，主要結(jié)論如下。

（1）從1991～2010年，湖北的生態(tài)足跡和生態(tài)承載力均呈現(xiàn)總體上升趨勢(shì)，并且生態(tài)足跡的增長(zhǎng)明顯快于生態(tài)承載力，表明湖北地區(qū)自然環(huán)境對(duì)人類的供給作用正在不斷減弱?；剂嫌玫厣鷳B(tài)足跡占生態(tài)足跡總增長(zhǎng)的71.52%，是生態(tài)足跡增加的主要影響因素。同時(shí)生態(tài)足跡和生態(tài)承載力構(gòu)成的變化也反映了資源利用方式和供需結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，也即是湖北地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以及居民消費(fèi)需求結(jié)構(gòu)的變化。

（2）湖北地區(qū)人地關(guān)系不協(xié)調(diào)程度在加劇。湖北地區(qū)生態(tài)承載力遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法抵消生態(tài)足跡的增長(zhǎng)，生態(tài)赤字不斷擴(kuò)大，生態(tài)環(huán)境處于巨大壓力之下。對(duì)化石能源地需求的增加以及建筑用地的擴(kuò)張是生態(tài)赤字的決定性因素，同時(shí)耕地和林地面積下降也影響生態(tài)赤字，城市化進(jìn)程加快、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不合理、資源利用效率低下及人口的快速增長(zhǎng)等是生態(tài)赤字潛在的驅(qū)動(dòng)因子。

（3）從人地協(xié)調(diào)度、生態(tài)足跡指數(shù)的變化可以看出湖北地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展能力受到了嚴(yán)重的制約，必須適當(dāng)轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式、調(diào)整經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變發(fā)展觀念，從根本上解決湖北地區(qū)未來長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展問題。

本文對(duì)湖北1991～2010年人地協(xié)調(diào)度的研究結(jié)果已經(jīng)表明，湖北目前的人地關(guān)系極不協(xié)調(diào)，人類需求與自然環(huán)境供給之間存在著巨大矛盾，而如果要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，經(jīng)濟(jì)發(fā)展必須要與生態(tài)環(huán)境保持平衡協(xié)調(diào)的關(guān)系。因此，要在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)兼顧生態(tài)環(huán)境，走可持續(xù)發(fā)展道路，就需要貫徹計(jì)劃生育政策，控制人口的過快增長(zhǎng)，提高人口素質(zhì)，控制人口數(shù)量，保護(hù)基本農(nóng)田，控制城鎮(zhèn)的盲目擴(kuò)張，加快開發(fā)清潔能源，優(yōu)化生產(chǎn)生活方式，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)多元化，消費(fèi)多元化，提高資源利用率，促進(jìn)一種真正的科學(xué)發(fā)展觀的形成，實(shí)現(xiàn)全面協(xié)調(diào)持續(xù)的發(fā)展。

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