基于生態(tài)足跡的德陽(yáng)市耕地脆弱性研究

曹文亞

(四川師范大學(xué) 西南土地評(píng)價(jià)與監(jiān)測(cè)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610066)

1996年，加拿大學(xué)者William E.Reese[1]首次提出生態(tài)足跡的概念，提出此概念的目的在于能夠?yàn)槟撤N地區(qū)或某種具有生產(chǎn)性能的土地可持續(xù)發(fā)展能力的強(qiáng)弱判斷提供依據(jù)，同時(shí)，還可作為一個(gè)地區(qū)可持續(xù)發(fā)展現(xiàn)狀的重要參考指數(shù)。耕地脆弱性是指一定的時(shí)空條件下，當(dāng)耕地受到外界壓力和擾動(dòng)時(shí)，自身表現(xiàn)出來(lái)的應(yīng)對(duì)程度和響應(yīng)的可能性。耕地承載力是指耕地自身的一種自我保持現(xiàn)狀能力以及能夠承載一定生產(chǎn)生活條件下人口限度和社會(huì)擾動(dòng)活動(dòng)強(qiáng)度的能力[2]。兩者之間聯(lián)系十分緊密。正常情況下，脆弱性越大，說(shuō)明其對(duì)非良性干擾越敏感，生態(tài)承載力越低，反之脆弱性越小，生態(tài)承載力越高。本文基于生態(tài)足跡模型、生態(tài)承載力模型，對(duì)德陽(yáng)市近10年來(lái)耕地的脆弱性變化進(jìn)行量化分析與評(píng)價(jià)，從而得出德陽(yáng)市耕地目前的生態(tài)狀況，為耕地的可持續(xù)發(fā)展研究做準(zhǔn)備。

1 研究區(qū)概況

德陽(yáng)市，位于成都平原北部，地處東經(jīng)103°45′～105°15′北緯30°31′～31°42′之間。地勢(shì)西北高東南低，北鄰茂縣、安縣，東接三臺(tái)縣、大英縣，南鄰樂(lè)至縣、金堂縣，西與彭州市、汶川縣接壤。德陽(yáng)市境內(nèi)現(xiàn)有土地共59.3萬(wàn)hm2，其中耕地面積占總土地面積的3%左右，共有1.8萬(wàn)hm2。下轄旌陽(yáng)區(qū)、中江縣、羅江縣3個(gè)區(qū)縣，代管廣漢市、什邡市和綿竹市3市。2016年全市共有人口387.7萬(wàn)人，人口耕地密度為31.336人·km-2。德陽(yáng)市是工業(yè)城市，工業(yè)是三大產(chǎn)業(yè)中為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)力最多的產(chǎn)業(yè)。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源及方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究所需用核算耕地生態(tài)足跡的數(shù)據(jù)均取自《德陽(yáng)市統(tǒng)計(jì)年鑒(2006-2016)》，相關(guān)的農(nóng)作物及農(nóng)產(chǎn)品世界平均產(chǎn)量來(lái)自聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)、耕地的均衡因子和產(chǎn)量因子來(lái)自劉某承、謝高地等人研究成果[3～4]。

2.2 研究方法

(1)生態(tài)足跡模型

生態(tài)足跡計(jì)算模型建立在將土地劃分為耕地、林地、草地、漁業(yè)用地、化石燃料用地的基礎(chǔ)之上的。由于本文僅研究生態(tài)足跡視角下的耕地脆弱性，因此其他五種生產(chǎn)性土地的生態(tài)足跡狀況不在此討論的范圍之內(nèi)。生態(tài)足跡計(jì)算公式如下[5～6]：

(1)

式中，EF表示一個(gè)地區(qū)耕地的生態(tài)足跡總量，N表示地區(qū)常住人口總數(shù)，ef表示人均耕地生態(tài)足跡(hm2·人-1)，i代表生產(chǎn)或者消費(fèi)掉的某一種作物的種類(lèi)，ci代表某一區(qū)域內(nèi)對(duì)某一種作物i的人均消耗量，pi則表示第i種作物在全球范圍內(nèi)的平均產(chǎn)量，rj表示耕地的均衡因子。

(2)生態(tài)承載力模型

耕地生態(tài)承載力是指一個(gè)地區(qū)的耕地能夠提供給地表的具有生產(chǎn)性能的土地面積，耕地生態(tài)承載力公式如下[5～6]：

(2)

式中，EC表示耕地生態(tài)承載力總量，ec表示人均生態(tài)承載力(hm2·人-1)，i表示生產(chǎn)的或者消費(fèi)的某一種商品，用ai來(lái)表示第i種作物的人均生產(chǎn)面積(hm2·人-1)，rj表示均衡因子，yj表示產(chǎn)量因子，N表示人口數(shù)量。

(3)生態(tài)赤字模型

生態(tài)赤字其計(jì)算公式如下[5～6]：

ET=EC-EF=N(ec-ef)

(3)

式中，ET表示耕地生態(tài)赤字總量，N表示區(qū)域人口數(shù)量、EF表示區(qū)域耕地總的生態(tài)足跡、EC表示區(qū)域耕地總的生態(tài)承載力、ec表示區(qū)域耕地人均生態(tài)承載力、ef表示區(qū)域耕地人均生態(tài)足跡。

(4)耕地系統(tǒng)脆弱性響應(yīng)分析

ETI=ef′/ec

(4)

式中，ETI表示生態(tài)壓力指數(shù)，ef′表示區(qū)域可更新資源人均生態(tài)足跡。用它來(lái)反映區(qū)域生態(tài)環(huán)境的承壓程度，其數(shù)值越大，代表當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)承壓越大[7]。

(5)

表1評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)[8]

Tab.1 Rating criteria for evaluation Index [8]

3 結(jié)果與分析

3.1 德陽(yáng)市2006～2016年生態(tài)足跡及生態(tài)承載力分析

3.1.1 生態(tài)足跡計(jì)算和動(dòng)態(tài)分析

由表2可知，德陽(yáng)市在2006～2016近10 a，2006年生態(tài)足跡最高為1.8707 hm2·人-1，之后逐年下降，降到2009年1.2570 hm2·人-1之后，又逐漸保持增加狀態(tài)，于2012年達(dá)到1.5850 hm2·人-1，之后又略微下降，保持在1.2100 hm2·人-1左右，其變化趨勢(shì)圖如圖1。10 a來(lái)，德陽(yáng)市的生態(tài)足跡總體保持下降狀態(tài)，由2006年的1.8707 hm2·人-1下降到2016年的1.2091 hm2·人-1，生態(tài)足跡總體下降幅度為35.36%，平均每年下降量為0.1870 hm2·人-1。

圖1 生態(tài)足跡變化圖Fig.1 Ecological Footprint Change chart

表2德陽(yáng)市生態(tài)足跡變化

Tab.2 Changes in ecological footprints in Deyang city

3.1.2 生態(tài)承載力的計(jì)算和動(dòng)態(tài)分析

2006～2016年德陽(yáng)市耕地的生態(tài)承載力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2，近10 a來(lái)生態(tài)承載力的變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2。德陽(yáng)市耕地生態(tài)承載力呈現(xiàn)出一個(gè)逐年下降趨勢(shì)，從2006年的0.1451 hm2·人-1下降到2016年的0.1365 hm2·人-1，降幅為5.8%，降幅近期雖小，但如果不加以控制，德陽(yáng)市的耕地生態(tài)承載情況會(huì)愈加不容樂(lè)觀，因此必須采取相關(guān)措施防止生態(tài)承載力的進(jìn)一步下降。

圖2 生態(tài)承載力變化圖Fig.2 The change chart of ecological carrying capacity

3.1.3 生態(tài)赤字動(dòng)態(tài)分析

綜上分析，德陽(yáng)市耕地的生態(tài)狀況在朝著不好的方向發(fā)展，生態(tài)赤字呈擴(kuò)大趨勢(shì)。由2006年的-1.7257 hm2·人-1，逐年增加到2016年為-1.0726，平均漲幅為37.84%，由趨勢(shì)圖可以看出，生態(tài)赤字的漲幅跟生態(tài)承載力的降幅趨勢(shì)保持一致，這說(shuō)明生態(tài)承載力和生態(tài)足跡的變化對(duì)一個(gè)地區(qū)的生態(tài)赤字影響巨大。在降低生態(tài)足跡的同時(shí)，必須采取一系列有效措施提高德陽(yáng)市耕地的生態(tài)承載力，只有德陽(yáng)市耕地的生態(tài)承載力得到提高，生態(tài)赤字情況才能有所緩和，才能保證耕地的向優(yōu)性發(fā)展。

圖3 生態(tài)赤字變化圖Fig.3 Ecological deficit change chart

3.2 德陽(yáng)市2006～2016年耕地脆弱性計(jì)算及變化分析

由表3可以看出，ETI從2006年的較安全到2016年的較不安全，EOI從2006年的很富裕到2016年的極富裕，表明了德陽(yáng)市經(jīng)濟(jì)取得了長(zhǎng)足顯性的發(fā)展，當(dāng)?shù)鼐用竦纳钏胶蜕钯|(zhì)量得到顯著的提高，與之截然不同的是，耕地的生態(tài)承載力卻日趨下降，其所承受的環(huán)境壓力越來(lái)越大，由此可得，德陽(yáng)市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)耕地有一定的依賴(lài)性，具體表現(xiàn)就是，耕地系統(tǒng)會(huì)呈現(xiàn)相應(yīng)的脆弱性，這樣的結(jié)果就是，耕地系統(tǒng)的脆弱性逐漸增強(qiáng)，耕地出現(xiàn)環(huán)境問(wèn)題的可能性會(huì)大幅增加。

表3德陽(yáng)市耕地脆弱性響應(yīng)指數(shù)變化

Tab.3 Changes of the vulnerability response Index of cultivated land in Deyang city

年份ETIEOI年份ETIEOI20060.73943.802320120.79534.155720070.71133.88320130.77743.952820080.72644.42920140.96765.172920090.82854.317720151.08515.800920100.80774.984420161.10045.882720110.93244.2516

4 討論與展望

本文基于生態(tài)足跡視角，對(duì)德陽(yáng)市耕地的脆弱性進(jìn)行研究。從德陽(yáng)市2006～2016年耕地的生態(tài)足跡、生態(tài)承載力、生態(tài)赤字以及脆弱性指數(shù)計(jì)算結(jié)果可以看到，德陽(yáng)市耕地的生態(tài)足跡近10 a來(lái)人均約在1.4000 hm2·人-1左右，生態(tài)承載力持續(xù)下降，生態(tài)赤字不斷擴(kuò)大。人均消耗增大，耕地生態(tài)承載力減小導(dǎo)致耕地承受的環(huán)境壓力越來(lái)越大。產(chǎn)生這種結(jié)果的原因可能有，德陽(yáng)市作為工業(yè)城市，首先其對(duì)工業(yè)用地面積需求量的增大直接導(dǎo)致耕地面積的減小，因此在后面的工業(yè)規(guī)劃中，為了保證德陽(yáng)市耕地的流失率不再繼續(xù)增大，必須對(duì)土地進(jìn)行合理的規(guī)劃以及對(duì)耕地面積傾向性的保護(hù)。其次，一些高耗能產(chǎn)業(yè)在對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)力量的同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生大量的工業(yè)廢渣廢氣，是耕地環(huán)境受到一定程度的污染的主要原因，耕地污染越大，單位面積產(chǎn)出率越低，越不利于耕地的可持續(xù)發(fā)展。因此，要想實(shí)現(xiàn)德陽(yáng)市耕地的可持續(xù)發(fā)展，保持固有耕地面積的穩(wěn)定性是一個(gè)方面，調(diào)整德陽(yáng)市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高德陽(yáng)市整體生態(tài)環(huán)境又是另外一個(gè)方面。

本文只討論了基于生態(tài)足跡視角下的耕地脆弱性，對(duì)于其他利用類(lèi)型土地的生態(tài)足跡沒(méi)有進(jìn)行探討。此方法在何如海[9]等人對(duì)安徽省耕地生態(tài)補(bǔ)償進(jìn)行研究時(shí)曾應(yīng)用過(guò)。但是由于耕地系統(tǒng)屬于人文-自然復(fù)合系統(tǒng)，同時(shí)它又屬于土地系統(tǒng)，因此，除了考慮耕地單獨(dú)的生態(tài)足跡對(duì)其脆弱性的影響之外，還應(yīng)考慮土地系統(tǒng)內(nèi)部林地、建設(shè)用地、水域等其他用地類(lèi)型的生態(tài)足跡計(jì)算結(jié)果加進(jìn)來(lái)之后是否也會(huì)對(duì)耕地脆弱性有影響，這還需要接下來(lái)進(jìn)一步進(jìn)行探討。