基于可持續(xù)發(fā)展的神農架生態(tài)承載力研究

陳 濤，趙麗婭，程 暢，張雯娜，江利平 (湖北大學資源環(huán)境學院，湖北武漢430062)

“可持續(xù)發(fā)展”一詞首次出現(xiàn)在國際自然與保護聯(lián)盟(IUCN)1980年發(fā)布的《世界自然保護大綱》中。關于“可持續(xù)發(fā)展”的定義，直到1987年才被系統(tǒng)地闡述，在世界環(huán)境與發(fā)展委員會(WCED)發(fā)表的研究報告《我們共同的未來》中，可持續(xù)發(fā)展被定義為“既滿足當代人的需要，又不對后代人滿足其需要的能力構成危害的發(fā)展”，并指出了滿足人類的需要和愿望是發(fā)展的主要目標［1－2］。隨著可持續(xù)發(fā)展在世界范圍內越來越被認可和重視，現(xiàn)今可持續(xù)發(fā)展已由最初定性描述的單一概念發(fā)展成為一套可以定量測定與評估環(huán)境可持續(xù)狀態(tài)的指標體系［3］。生態(tài)承載力指自然生態(tài)系統(tǒng)所提供的資源和環(huán)境對人類社會系統(tǒng)良性發(fā)展的一種支持能力，客觀反映了自然體系的調節(jié)能力［4－6］。生態(tài)承載力與可持續(xù)發(fā)展的研究目標大體一致，都是以解決人口、資源、環(huán)境及發(fā)展問題為核心，兩者之間相輔相成，不可分割。實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，實質就是要求人類必須生存于生態(tài)承載力閾值之內。因此生態(tài)承載力作為可持續(xù)發(fā)展的基石，其研究分析已成為定量判斷可持續(xù)發(fā)展程度的核心指標之一，得到了大量學者的肯定，并在神農架這類資源型地區(qū)有著較多的應用［2，5，7－9］。

神農架位于湖北省西部邊陲，大巴山東段的渝、鄂交界處，是我國南北植物區(qū)系的過渡地帶和東西植物區(qū)系的交匯點，生物多樣性極為豐富，生態(tài)價值巨大，素有原始森林之稱，森林覆蓋率達90.4%。神農架作為聞名中外的稀有動植物資源寶庫，一直備受專家學者的關注。關于神農架生態(tài)資源的研究也很多，主要集中在神農架旅游、土地、河流及動植物資源方面［10－14］。馬勇、李林立等先后運用生態(tài)補償法探討了神農架林區(qū)的可持續(xù)發(fā)展狀況［15－16］，但這些研究大多是定性地分析了整個神農架林區(qū)的可持續(xù)程度，不能全面衡量和判定神農架林區(qū)的可持續(xù)發(fā)展現(xiàn)狀。生態(tài)足跡作為目前最常用度量生態(tài)承載力的方法，于20世紀90年代由加拿大生態(tài)經濟學家William教授和Wackernagel博士提出，是基于土地面積的指標，包括生態(tài)足跡和生態(tài)承載力兩部分［17－18］。何偉等運用生態(tài)足跡法對1998～2008年神農架林區(qū)的生態(tài)足跡做了計算，通過神農架的生態(tài)盈余量評價了自然資源的可持續(xù)發(fā)展程度［19］。但對于神農架這塊生態(tài)資源價值極大的綠色資源寶地，2008年之后尚沒有學者運用生態(tài)足跡來定量評價神農架林區(qū)的可持續(xù)發(fā)展狀況。

筆者運用改進的生態(tài)足跡計算模型，在生態(tài)足跡和生態(tài)承載力兩大指標系統(tǒng)下，根據(jù)神農架2008～2012年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對神農架各土地利用類型的生態(tài)承載力各項指標進行了定量計算，并用神農架5年生態(tài)承載力的動態(tài)變化分析評估神農架的可持續(xù)發(fā)展程度，以期為今后林區(qū)經濟與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)和指導，并為其他類似地區(qū)提供參考。

1 研究方法

1.1 指標體系 生態(tài)足跡的計算包括生態(tài)足跡和生態(tài)承載力兩部分，從生態(tài)需求上計算生態(tài)足跡，從生態(tài)供給上計算生態(tài)承載力，通過兩者的比較來判斷神農架發(fā)展的可持續(xù)性。生態(tài)足跡小于生態(tài)承載力為生態(tài)盈余，表現(xiàn)為可持續(xù)，反之為生態(tài)赤字，表現(xiàn)為不可持續(xù)。在生態(tài)足跡指標計算中，針對神農架面積小、人口少的特點，筆者引進了改進型的生態(tài)足跡計算模型［20］。根據(jù)神農架林區(qū)的實際消費情況，各種資源和能源消費項目被折算為耕地、林地、牧草地、建筑用地、化石能源用地和水域6種生物生產面積類型。計算賬戶包括生物資源賬戶、能源賬戶、建筑用地賬戶和水資源賬戶。各指標體系具體見圖1。

1.2 生態(tài)足跡計算模型

1.2.1 生態(tài)足跡計算方法。生態(tài)足跡主要是用來計算一定的人口和規(guī)模條件下維持資源消費和廢棄物所必需的生物生產空間。其計算公式:EF=N×ef=N×rj×∑(aai)=N×rj×∑(cipi)。式中，EF為總的生態(tài)足跡;N為人口總數(shù);ef為人均生態(tài)足跡;aai為人均i種交易商品折算的生物生產面積，i為消費商品和投入的類型;rj為均衡因子;j為生物生產性土地類型;ci為i種商品的人均消費量;pi為i種消費商品的平均生產能力［17］。

筆者引進“市公頃”的概念［20］來計算神農架林區(qū)的均衡因子，即某類型土地的均衡因子等于神農架該類型土地的平均生態(tài)生產力除以神農架所有各類生物生產性土地的平均生態(tài)生產力。其計算公式式中，qi指第i類土地的均衡因子;pi指第i類土地的平均生產力;P指神農架所有土地的平均生產力;Qi指第i類土地的總生物產量;Si指第i類土地的生物生產面積;∑Q指神農架所有土地的總生物量;∑S指神農架所有土地的生物生產面積。計算過程中，化石能源用地和林地的均衡因子相同，建設用地和耕地的均衡因子相同。

1.2.2 生態(tài)承載力計算方法。生態(tài)承載力的計算具體表示為一個區(qū)域所能提供給人類生活的生物生產性面積。生態(tài)承載力的計算公式:EC=N×ec=N×∑aj×rj×yj(j=1，2，…，6)。式中，EC為區(qū)域總生態(tài)承載力;N為人口數(shù);ec為人均生態(tài)承載力;aj為人均生物生產面積;rj為均衡因子;yj為產量因子［17］。

該研究中產量因子的計算是神農架某類型土地平均生產力與湖北省同類土地平均生產力的比率。具體計算公式:yi指神農架第i類土地的產量因子;pi指神農架第i類土地的平均生產力;Pi指湖北省第i類土地的平均生產力;qi指神農架第i類土地的總產出;si指神農架第i類土地的總面積;Qi指湖北省第i類土地總產出;Si指湖北省第i類土地的總面積;pki指神農架第i類土地的第k種產品的年產量;Pki指湖北省第i類土地的第k種產品的年產量。計算過程中建設用地和耕地的產量因子相同。

1.3 數(shù)據(jù)來源 基礎數(shù)據(jù)來源于《神農架林區(qū)統(tǒng)計年鑒》(2008－2012年)和神農架有關部門的相關資料，全國平均產量計算數(shù)據(jù)取自《中國統(tǒng)計年鑒》(2008－2012年)，年用水量數(shù)據(jù)取自湖北省和《中國水資源公報》(2008－2012年)。該研究采用的產量因子和均衡因子的值是2008～2012年5年的平均值，計算時個別農作物數(shù)據(jù)采用近似生物產品或同類產品的平均熱值代替。

2 神農架生態(tài)足跡計算

2.1 生態(tài)足跡

2.1.1 生物資源賬戶。神農架的生物資源賬戶分為農產品、動物產品、水產品和林產品四大類，各大類再具體劃分細類，以便盡可能取得更加準確，更加切近實際的結果。由于神農架的豬和家禽主要以飼料養(yǎng)殖，屬于間接農產品，故在計算的過程中，將豬肉、禽肉、禽蛋等歸于耕地類型。在該研究中所用的生產面積折算是2008～2012年相關生物資源的全國平均產量。神農架2008～2012年的生物資源賬戶生態(tài)足跡計算詳見表1。

2.1.2 能源賬戶。神農架能源賬戶生態(tài)足跡計算是將神農架的能源消費轉化為化石燃料生產土地面積，采用的是將當?shù)啬茉聪牧空鬯愠蓸藴拭哼M行計算，1 t標準煤所需森林面積為 0.123 4 hm2［17］。具體計算結果見表 2。

2.1.3 建設用地賬戶。神農架建設用地賬戶的計算主要包括居民點、工礦用地、交通用地和水利設施用地等。使用實際占用法計算，結果見表3。

2.1.4 水資源賬戶。神農架水資源賬戶的計算主要包括生產用水、生活用水和生態(tài)用水三大方面，數(shù)據(jù)選取的是新口徑用水量，全國平均產水量 2 209.831 3 m3/hm2［17］，計算結果見表4。

2.1.5 生態(tài)足跡匯總。根據(jù)“市公頃”計算方法，計算得到神農架耕地、林地、水域、草地、水資源的均衡因子分別為4.925、0.314、0.447、0.038、1.69，匯總神農架 2008 ～ 2012 年各土地類型的人均生態(tài)足跡計算結果(表5)。

表1 神農架2008～2012年生物資源消費賬戶生態(tài)足跡計算

表2 神農架2008～2012年能源賬戶生態(tài)足跡計算

表3 神農架2008～2012年建設用地賬戶生態(tài)足跡計算 hm2

表4 神農架2008～2012年水資源消費賬戶生態(tài)足跡計算

2.2 生態(tài)承載力 根據(jù)上述產量因子計算公式，計算得到神農架各類土地的產量因子，其中建設用地和耕地的產量因子為1.656 6、林地和化石能源產地的產量因子為0.088、淡水水域的產量因子為0.014、水資源的產量因子為1.68。在計算生態(tài)承載力時，因為目前沒有專門的用地來吸收能源消費過程中排放CO2，一般把能源用地的數(shù)量看作0，因此化石能源用地為0。在計算生態(tài)承載力的時候，按照國際慣例，還要減去12%維持生物多樣性要保護的土地［9］，生態(tài)承載力的計算結果見表6。

3 結論與討論

3.1 生態(tài)盈余/赤字總體變化 由神農架生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的計算結果，計算得出神農架生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)盈余和赤字(表7和圖2)，其中正值表示生態(tài)盈余，負值表示生態(tài)赤字。2012年神農架的生態(tài)需求量僅為生態(tài)承載力的1/6，這首先得益于神農架極度豐富的自然資源，其次也與林區(qū)注重保護自然資源以及合理開發(fā)利用資源息息相關。表7總體結果表明，神農架生態(tài)供給遠大于需求，林區(qū)對自然資源的消費量小于林區(qū)自然生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)承載力范圍，整體上處于健康的可持續(xù)發(fā)展狀態(tài)。

圖2可知人均生態(tài)足跡、人均生態(tài)承載力、人均生態(tài)盈余的連續(xù)變化情況，人均生態(tài)足跡5年內波動不大，基本保持平衡，人均生態(tài)承載力的變化十分明顯，波動顯著，這成為影響人均生態(tài)盈余的關鍵因素。神農架人均生態(tài)盈余從2008 年的7.834 9 hm2下降到 2012 年的 6.011 1 hm2，2011年神農架生態(tài)盈余量最高，達到了8.473 5 hm2，這得益于2011年林區(qū)雨水充足，全區(qū)水資源量更是達到了5年內的最高值。

表5 2008～2012年神農架人均生態(tài)足跡計算匯總hm2

表6 2008～2012年神農架生態(tài)承載力計算匯總 hm2

表7 2008～2012年神農架生態(tài)盈余計算hm2

3.2 不同土地利用類型生態(tài)盈余/赤字變化分析 表8對神農架2008～2012年生態(tài)系統(tǒng)各類土地利用類型的人均生態(tài)盈余/赤字進行了計算。不難發(fā)現(xiàn)，水資源、林地、建筑用地2008～2012年一直保持生態(tài)盈余，水資源的生態(tài)盈余優(yōu)勢最為明顯，林地、建筑用地次之。一方面表明了神農架這類資源型城市水資源、林地的巨大優(yōu)勢，另一方面說明神農架注重林地的保護、建筑用地的合理利用和水資源的合理開發(fā)。其中水資源量5年內總體呈現(xiàn)波動變化，2009年林區(qū)降雨為5年內最少，這也導致2009年水資源的生態(tài)盈余為最小值，2011年正好相反，雨水最為充沛，生態(tài)盈余最大;建筑用地的生態(tài)盈余呈現(xiàn)逐年增加，由2008年的0.103 374 hm2增加到2012年的0.131 39 hm2，主要原因是神農架林區(qū)人口密度小，林區(qū)政府合理規(guī)劃建筑用地，在加快林區(qū)城鎮(zhèn)化建設的同時也必然導致了建筑用地的增加;林地的人均生態(tài)盈余呈現(xiàn)波動增長的總體趨勢，由2008年的0.037 8 hm2增長到2012年的0.048 9 hm2，2010年林地的盈余量達到最高，這與林區(qū)注重林地保護，實施退耕還林等一系列保護措施緊密相關。耕地2010年出現(xiàn)生態(tài)赤字，其他年份均為生態(tài)盈余，2012年生態(tài)盈余達到了0.117 8 hm2，這得益于林區(qū)合理規(guī)劃耕地，土地整改取得良效?；茉从玫睾退蚧境尸F(xiàn)生態(tài)赤字，其中水域2008年為生態(tài)盈余，盈余額為2.57×10－5hm2，往后一直為生態(tài)赤字，數(shù)額逐年增加，但增加數(shù)值較小，2012年水域生態(tài)赤字為1.1×10－4hm2，基本可以需求與供給相當;化石能源用地的赤字額呈現(xiàn)逐年增加，從2008年的0.046 hm2到2012年的0.067 hm2，表明隨著經濟的發(fā)展和城鎮(zhèn)化的加快，全區(qū)對能源的依賴程度越來越高，消耗量越來越大，能源形勢日益嚴峻，造成了生態(tài)赤字逐年擴大。

3.3 與其他地區(qū)比較 在湖北省范圍內來看，湖北省2010年的人均生態(tài)足跡為2.583 4 hm2，人均生態(tài)承載力為0.505 2 hm2，人均生態(tài)赤字為 2.078 2 hm2［21］;2010 年神農架林區(qū)的人均生態(tài)足跡為1.219 3 hm2，僅為湖北省的47%，人均生態(tài)承載力為7.771 8 hm2，是湖北省的15倍之多，人均生態(tài)盈余量為6.552 5 hm2，也是生態(tài)環(huán)境較好的恩施的 14 倍［22］。

在世界和全國范圍內來比較，2012年世界自然基金會的《Living Planet Report》研究結果顯示，2008年世界人均生態(tài)足跡為2.7 hm2，人均生態(tài)承載力為1.78 hm2;我國人均生態(tài)足跡為2.13 hm2，人均生態(tài)承載力為0.87 hm2。2008年神農架林區(qū)的人均生態(tài)足跡為1.076 hm2，人均生態(tài)承載力為8.910 9 hm2。對比發(fā)現(xiàn)，神農架經濟發(fā)展對資源的索取相對較小，資源供給量遠遠高于全國和世界平均水平，表明神農架環(huán)境保護與持續(xù)發(fā)展并重。

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