基于生態(tài)足跡模型的新晃縣可持續(xù)發(fā)展能力評價

秦偉明 祝安娜 陳 慧 張佳仕 曾小嬌 葛大兵

(1.湖南農業(yè)大學生物科學技術學院/生態(tài)科學與工程研究所/洞庭湖區(qū)農村生態(tài)系統(tǒng)健康湖南省重點實驗室，湖南 長沙410128;2.湖南省懷化市環(huán)境保護局，湖南 懷化 418000;3.湖南省懷化市新晃侗族自治縣環(huán)境保護局，湖南 懷化 418000)

可持續(xù)發(fā)展定量評價方法研究是當前可持續(xù)發(fā)展研究的前沿和熱點。William 、Rees 和Wackernagel 等于20世紀90年代提出了簡便明了的生態(tài)足跡分析方法(Ecological Footprint)［1－6］，通過計算區(qū)域內人類對自然生態(tài)服務的需求與自然所能提供的生態(tài)服務之間的差距(生態(tài)盈余或生態(tài)赤字)，比較自然資本的承載量與人類對自然的消費量，以土地面積為衡量指標，來定量評價地區(qū)發(fā)展的可持續(xù)狀況。本文運用生態(tài)足跡法對新晃縣進行可持續(xù)發(fā)展能力評價，為地方政府發(fā)展決策提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

新晃侗族自治縣位于湖南省最西部，居湖南“人頭形”版圖的“鼻尖”上。地理位置介于東經108°47＇13″─109°27＇05″ ，北緯27°00＇05″─27°27＇35″，處于云貴高原苗嶺余脈延伸末端，既有高原地相，又展山區(qū)特色，海撥在500～1100m，年平均氣溫為16.5℃。年平均降水量1137.4mm，全年無霜期297.4 天。全縣國土總面積1508 平方公里，總人口27 萬余人，全縣人口密度為179.8 人/km3，山 地 84.22%，丘 陵 7.86%，平 地6.41%，水面1.51%，屬名符其實的山地縣。新晃土地利用以農用地為主，占全縣土地總面積的93.84 %，其中耕地11.29%，土地利用結構單一，供求矛盾突出，土地后備資源缺乏，且布局分散，開發(fā)整理難度大。2012年，全縣GDP 為378208 萬元，增幅13.1%，人均GDP 為15432 元，一、二、三產業(yè)比例14.48:52.50:33.02。

2 研究方法

2.1 生態(tài)足跡理論模型

生態(tài)足跡是一種定量研究人類對自然利用程度的新的測度方法，是指在一定的技術條件下，要維持研究區(qū)域某一消費水平下人口生存所必需的生態(tài)生產性土地的面積。采用William Rees 和Wackernagel 的生態(tài)足跡理論和方法對新晃社會經濟可持續(xù)性進行分析。該生態(tài)足跡模型為:

式中:EF 為總生態(tài)足跡，EPi為生態(tài)生產力，Ci為資源消費量，i 為生態(tài)生產性土地類型，分為六大類，EQi為等量化因子，其中化石能源地1.1、可耕地2.8、牧草地0.5、森林1.1、建設用地2.8、水域0.2，ef 為平均生態(tài)足跡，N 為總人口數(shù)。新晃縣生物資源和能源的消費量等數(shù)據(jù)均來自新晃縣統(tǒng)計年鑒，由于人類對資源消耗是變化的，因而生態(tài)足跡是一個動態(tài)變化的指標。

2.2 生態(tài)承載力模型

用生態(tài)足跡來衡量生態(tài)承載力，定義為在不損害有關生態(tài)系統(tǒng)的生產力和功能完整的前提下，一個地區(qū)能夠擁有的生態(tài)生產性土地的總面積，其計算模型為:

式中，EC 為生態(tài)承載力，Ai為不同類型生態(tài)生產性土地面積，EQi為等量化因子，Yi為不同類型生態(tài)生產性土地產量調整系數(shù)，用區(qū)域單位面積生物生產力與全球平均生物生產力比值表示，如果Yi＞1，表明區(qū)域單位面積生物生產力高于全球平均生物生產力，反之亦然。ec 為人均生態(tài)承載力，N 為總人口數(shù)。

2.3 生態(tài)承載度模型

生態(tài)承載度

式中:D 為生態(tài)承載發(fā)展度，KEC 為可用生態(tài)承載力。如果生態(tài)足跡大于生態(tài)承載力，出現(xiàn)生態(tài)赤字，則表現(xiàn)生態(tài)是不可持續(xù)發(fā)展的;如果生態(tài)足跡小于生態(tài)承載力，則形成生態(tài)盈余，則表現(xiàn)為可持續(xù)性發(fā)展。

2.4 生態(tài)經濟多樣性指數(shù)和發(fā)展能力指數(shù)

生態(tài)經濟多樣性指數(shù)可用shanon－Leave 公式計算:

式中:H 為多樣性指數(shù)，Pi為i 種土地類型在系統(tǒng)中的比例，它意味著生態(tài)經濟系統(tǒng)中生態(tài)空間占用的比例，分配的越接近平等，對給定系統(tǒng)組分的生態(tài)經濟系統(tǒng)來說，多樣性指數(shù)越高，生態(tài)經濟系統(tǒng)的穩(wěn)定性就越高。

生態(tài)經濟系統(tǒng)的發(fā)展能力以生態(tài)足跡的多樣性指數(shù)乘以生態(tài)足跡得到，依據(jù)Ulanowicz 的公式:

3 計算與結果分析

3.1 生態(tài)足跡需求計算和分析

采用2008－2013年新晃縣統(tǒng)計年鑒和世界自然基金會(WWF)的相關數(shù)據(jù)，對新晃縣6a(2007－2012年)來人均生態(tài)足跡和人均生態(tài)承載力進行實證計算和分析［10］。根據(jù)模型要求和人口消費設計3 個參數(shù)帳戶支持系統(tǒng):生物資源消費帳戶、能源消費帳戶、污染物賬戶。

3.1.1 生態(tài)足跡計算

(1)生物資源消費帳戶:計算生態(tài)足跡生物資源消費，將生物資源生產項目分為4 個大類19 個細分類。世界平均產量采用聯(lián)合國糧農組織1993年計算的有關生物資源的世界平均產量數(shù)據(jù)。在此，以2012年新晃縣生態(tài)足跡(表1)的計算過程為例，其余年份均參照該方法，其結果見表2。

表1 新晃縣2012年生態(tài)足跡計算中的生物資源帳戶

表2 新晃縣2007－2012年生態(tài)足跡計算中的生物資源帳戶匯總(hm2·cap－1)

(2)能源消費帳戶:能源消耗包括原煤、焦炭、汽油、柴油、電力以及復合肥、化肥。能源消費部分采用世界上單位化石能源土地面積的平均發(fā)熱量為標準，計算出2012年不同能源生態(tài)足跡，見表3。按照相同方法，計算新晃縣2007－2012年的能源消費消耗的熱量所需要的化石能源土地面積，結果見表4。

(3)污染物生態(tài)足跡:在工業(yè)化、城市化發(fā)展的過程中，污染物的產生和處理過程占用的生態(tài)足跡不容忽視，在生態(tài)足跡計算中考慮污染物的排放，將排放的污染物分為廢水、廢氣、固體廢物。計算新晃縣水污染消納生態(tài)足跡、大氣污染消納生態(tài)足跡、固體廢物消納生態(tài)足跡。新晃縣2007年－2012年污染物生態(tài)足跡見表5。

表3 新晃縣2012年生態(tài)足跡計算中的能源資源帳戶

表4 新晃縣2007－2012年生態(tài)足跡計算中的能源資源帳戶匯總(hm2·cap－1)

表5 新晃縣2012年生態(tài)足跡計算中的污染物帳戶(hm2·cap－1)

3.1.2 結果匯總與分析

由表7 知，新晃縣2007－2012年生態(tài)足跡逐年遞增，2012年達1.683295hm2·cap－1。其中，生物資源生態(tài)足跡占比最大，先減后增;能源資源生態(tài)足跡占比次之，呈遞減趨勢;污染物生態(tài)足跡，先增后減。

(1)生物資源消費帳戶:由表2 知，草地生態(tài)足跡所占比例最大，接近全縣生態(tài)足跡的60%;其次為耕地，接近全縣生態(tài)足跡的30%;林地和水域生態(tài)足跡比重最小，占全縣生態(tài)足跡的10% 左右。2007年－2012年新晃縣的生物資源生產占用生態(tài)足跡整體呈逐步上升趨勢，其中林地、水域的生態(tài)足跡上升趨勢明顯，分別增長了61.53%、26.29%;耕地生態(tài)足跡整體呈下降趨勢，2007年－2012年下降了8.18%。出現(xiàn)以上結果的原因:新晃縣是林業(yè)大縣，過度的林業(yè)經濟追逐導致人均林業(yè)生態(tài)足跡上升;草地的生態(tài)足跡在各類生產性土地中所占的比重最大，這與新晃縣大力發(fā)展畜牧養(yǎng)殖業(yè)密切相關;水域生態(tài)足跡的上升說明水產類食物的需求量增加，生活食物消費結構有所改變;耕地生態(tài)足跡和占用比均呈現(xiàn)下降趨勢，主要在于城鎮(zhèn)化進程加快，勞動力結構發(fā)生了改變，農業(yè)生產中對耕地的需求減少。同時，在城鎮(zhèn)化過程中，耕地轉化為其他農用地或建筑用地，土地利用類型的改變對生物資源的生產造成一定的影響，導致了生物生產的減產。

(2)能源消費帳戶:由表4 知，新晃縣人均能源消費帳戶生態(tài)足跡逐年上升，2007年－2012年增長2.79%。從各個年份來看，原煤和焦炭的生態(tài)足跡所占比重最大。以2012年為例，原煤、焦炭生態(tài)足跡分別占全縣總能源消費生態(tài)足跡的58.6%、33.8%;而電力等清潔能源消耗占用的生態(tài)足跡較小，新晃縣必須加快調整能源消費結構，不斷提高清潔能源所占比例。在能源消費生態(tài)足跡中，復合肥人均生態(tài)足跡位列第三位，2007－2012年增長19.2%，成為能源消費生態(tài)足跡不可忽視的一部分。復合肥生態(tài)足跡說明新晃縣農業(yè)高產出的同時伴隨著復合肥料的高投入。今后的農業(yè)生產中，如何改善這種狀況成為降低能源生態(tài)足跡的重要手段。

(3)污染物生態(tài)足跡:由表6 知，人均污染消納生態(tài)足跡的變化呈先升后降的趨勢。一方面，新晃縣經濟持續(xù)快速增長，工業(yè)企業(yè)規(guī)模和產值不斷增加，工業(yè)“三廢”排放增加，導致污染物生態(tài)足跡上升;另一方面，環(huán)保力度的加大，使得污染物生態(tài)足跡下降。

表6 新晃縣2007－2012年生態(tài)足跡計算中的污染物帳戶匯總(hm2·cap－1)

表7 新晃縣2007－2012年生態(tài)足跡匯總分析(hm2·cap－1)

3.2 生態(tài)承載力(生態(tài)足跡供給)計算和分析

新晃縣生態(tài)承載力計算中產量調整因子的選取參考全球平均生產水平:耕地1.4、草地0.6、林地1.5、水域2.8、建筑用地1.2。計算生態(tài)承載力時為慎重起見，扣除12 ﹪的生物多樣性面積。新晃縣生態(tài)承載力計算方法見表8。新晃縣2007年－2012年的人均生態(tài)承載力結果見表9。

表8 新晃縣2012年生態(tài)承載力分析(hm2·cap－1)

表9 新晃縣2007年－2012年生態(tài)承載力匯總(hm2·cap－1)

2007－2012年新晃縣的生態(tài)承載力總體變化不大，但林地、耕地生態(tài)承載力整體呈現(xiàn)下降趨勢。原因主要為:新晃縣是林業(yè)大縣，經濟發(fā)展，資源需要量擴大，使得對林木的需求激增，導致林地面積減少，使生態(tài)承載力出現(xiàn)下降。耕地生態(tài)承載力的下降，其根本的驅動因素是改革開放以來人口的增加，城鄉(xiāng)經濟的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化水平的提高。

3.3 新晃縣生態(tài)足跡動態(tài)及可持續(xù)發(fā)展分析

根據(jù)新晃縣2007－2012年國民生產總值、生態(tài)足跡、生態(tài)承載力等指標計算新晃縣生態(tài)赤字、萬元GDP生態(tài)足跡、生態(tài)經濟多樣性指數(shù)、生態(tài)經濟發(fā)展能力，計算結果見表10。

表10 新晃縣2007年生態(tài)足跡與發(fā)展能力分析匯總表

新晃縣2007－2012年生態(tài)足跡表現(xiàn)為生態(tài)赤字，且生態(tài)赤字逐年上升，表明其發(fā)展處于不可持續(xù)狀態(tài)。表明新晃縣區(qū)域生態(tài)足跡已經超過了其所能提供的生態(tài)承載力，生態(tài)安全受到一定程度的威脅，只有通過輸入其它地區(qū)的自然資源或是對該區(qū)域后續(xù)資源進行掠奪式開采來平衡對自然生態(tài)資源的需求。另一方面，生態(tài)經濟多樣性指數(shù)、生態(tài)經濟發(fā)展能力逐年提高，萬元GDP生態(tài)足跡逐年下降，說明新晃近幾年在“生態(tài)立縣”思想的指導下，經濟發(fā)展對自然資源的利用率在逐步提高，生態(tài)經濟系統(tǒng)的穩(wěn)定性增強，系統(tǒng)的發(fā)展能力有所提高。

4 結論與討論

(1)新晃縣自然資源優(yōu)勢和環(huán)境優(yōu)勢明顯，卻在低水平發(fā)展狀態(tài)伴隨著生態(tài)赤字的不斷增長，發(fā)展處于不可持續(xù)狀態(tài)。一方面由于新晃工業(yè)經濟發(fā)展規(guī)模逐年擴大，另一方面與新晃能源整體利用率不高有關。此外，生態(tài)足跡指標作為可持續(xù)發(fā)展評估的一種綜合而直觀指標，采用生態(tài)足跡方法衡量一個地區(qū)可持續(xù)發(fā)展狀態(tài)需要基于當?shù)厣a力水平，當涉及時空尺度轉換時，選用全球平均生產力數(shù)據(jù)及其他不確定性因素的存在，均會影響結果的準確性。

(2)采用Ulanowicz 發(fā)展能力公式，以生態(tài)足跡指標測算新晃縣2007－2012年的發(fā)展能力，結果顯示發(fā)展能力與GDP 呈正相關，與萬元生態(tài)足跡呈負相關，證明本文采用的發(fā)展能力測算方法適應于區(qū)域發(fā)展狀況評價。實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展兩條途徑:一是減少生態(tài)足跡或提高生態(tài)承載力，二是提高生態(tài)足跡的多樣性。由于新晃縣長期處于生態(tài)赤字，主要途徑應該是提高生態(tài)足跡的多樣性。

(3)由于新晃縣仍屬于欠發(fā)達地區(qū)，城鎮(zhèn)化水平不高，人均GDP 水平低，發(fā)展?jié)摿Υ?，要依靠科技進步和技術創(chuàng)新，走一條高效、節(jié)約、可持續(xù)的發(fā)展道路，是今后新晃縣各類生產性土地資源利用的主導方向。同時，新晃縣以生態(tài)立縣，其可持續(xù)發(fā)展必須以與周邊地區(qū)協(xié)同，應當重視與獲得周邊地區(qū)的配合與支持，得到相應的生態(tài)補償具有一定必要性。

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