基于開放式生態(tài)足跡模型的河南省土地生態(tài)承載力

宋艷華， 王令超， 王自威， 王 磊， 楊喜會

(河南省科學(xué)院 地理研究所， 河南 鄭州 450052)

0 引言

【研究意義】河南省是黃河流域中重要的糧食生產(chǎn)核心區(qū)，也是中原經(jīng)濟(jì)區(qū)的核心地帶，在我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和生態(tài)安全方面具有十分重要的地位。然而，農(nóng)業(yè)增收、城市建設(shè)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)保護(hù)以及人口增長不斷加大對有限土地資源的爭奪，區(qū)域土地生態(tài)承載能力受到嚴(yán)峻考驗(yàn)[1]。土地生態(tài)承載力超載嚴(yán)重影響區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的后勁和高質(zhì)量發(fā)展的進(jìn)程[2]，土地生態(tài)承載力問題不但關(guān)系到一個區(qū)域的生態(tài)保護(hù)問題，同時(shí)是權(quán)衡可持續(xù)發(fā)展的重要指標(biāo)，是實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的前提條件，只有在資源和環(huán)境能夠承受的范圍內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)持續(xù)高效發(fā)展[3]。因此，準(zhǔn)確評價(jià)區(qū)域土地生態(tài)承載狀況，是今后實(shí)現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的同時(shí)提升區(qū)域土地生態(tài)承載能力區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展的核心和關(guān)鍵[4-5]。【前人研究進(jìn)展】生態(tài)足跡法是國內(nèi)學(xué)者進(jìn)行生態(tài)承載力評估研究中較常用的方法[6-10]。生態(tài)足跡模型最早是由WILLIAM REES于1992年提出，并與WACKERNAGEL合作在1996年對模型進(jìn)行了完善。該模型通過檢測一定區(qū)域維持人類生存與發(fā)展的生物資源消費(fèi)量以及吸納人類生產(chǎn)的廢棄物所需的生態(tài)生產(chǎn)性土地面積的大小，同擁有一定數(shù)量人口的區(qū)域生態(tài)承載力進(jìn)行比較，進(jìn)而評估人類對生態(tài)系統(tǒng)的影響，衡量區(qū)域可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r[11]。該方法具有計(jì)算結(jié)果直觀和區(qū)域可比的特性，因此很快成為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展生態(tài)評估的重要方法[12-15]。生態(tài)足跡模型引入中國后，多位學(xué)者開展了基于生態(tài)足跡的生態(tài)承載力研究[16-20]，其中對河南省土地生態(tài)承載狀況的評價(jià)結(jié)果多為嚴(yán)重超載的不可持續(xù)狀態(tài)[21-26]?！狙芯壳腥朦c(diǎn)】鑒于各類生物資源消費(fèi)數(shù)據(jù)獲取的難度較大，很多學(xué)者采用區(qū)域生物資源的生產(chǎn)數(shù)據(jù)來近似代替消費(fèi)數(shù)據(jù)[22-26]。但依據(jù)生物生產(chǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算的生物生產(chǎn)性足跡并不是真正的本地消費(fèi)形成的生態(tài)足跡，同時(shí)傳統(tǒng)的生態(tài)足跡評價(jià)方法具有相對靜態(tài)封閉的特點(diǎn)，各地類之間生態(tài)功能單一無重疊，且研究集中在生物資源自身再生能力上，未能充分考慮人口、技術(shù)、消費(fèi)等因素的變化性，忽視了用地結(jié)構(gòu)調(diào)整等政策性因素對生態(tài)承載力產(chǎn)生的重要作用，具有一定的生態(tài)偏向性[27]?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以河南省為研究區(qū)，在采用傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型對河南省2017年生態(tài)足跡及生態(tài)承載力進(jìn)行核算的基礎(chǔ)上，通過引入消費(fèi)調(diào)整系數(shù)、用地結(jié)構(gòu)調(diào)整系數(shù)等因子，對傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型進(jìn)行改進(jìn)，形成一套開放式生態(tài)足跡模型，為準(zhǔn)確客觀評價(jià)區(qū)域土地生態(tài)承載狀況提供技術(shù)支撐。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

河南省位于黃河中下游地區(qū)，地勢西高東低，北、西、南三面環(huán)山，中、東部為黃淮海沖積平原、西南部為南陽盆地，平原和盆地面積占總面積的56%，是我國重要的農(nóng)耕區(qū)。河南省屬于大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，雨熱同期、四季分明，年均氣溫12.1～15.7℃，年均降水量800 mm，年均日照時(shí)數(shù)1 468～2 246 h，全年無霜期207.9～271.7 d，適宜多種農(nóng)作物生長。河南省小麥、花生、食用菌產(chǎn)量均居全國第一，肉蛋奶、水果、蔬菜產(chǎn)量也均居全國前列。2017年底，河南省總?cè)丝谶_(dá)1.09億，雖然農(nóng)產(chǎn)品總產(chǎn)較高，但因河南省人口眾多，隨著人口的不斷增長，人均耕地面積在持續(xù)減少，耕地壓力逐漸增大。作為全國糧食生產(chǎn)核心區(qū)，河南省肩負(fù)著全國糧食供給的重任，在耕地壓力持續(xù)增加的前提下，有限的耕地面積中經(jīng)濟(jì)作物的播種面積逐年減少，糧食作物播種面積持續(xù)增加。2017年底，河南省各土地利用類型中，耕地面積最大，占全省總土地面積的49%；其次是林地面積，占總土地面積的20.80%；再次是城鎮(zhèn)村及工礦用地，占總土地面積的13.65%；水域及水利設(shè)施用地占總土地面積的6.05%；草地面積占總土地面積的3.85%，且以其他草地為主，天然牧草地和人工牧草地面積極?。粓@地面積最小，占總土地面積的1.29%，各類園地中以果園面積最大，占園地總面積的近70%。河南省2017年能源消費(fèi)總量為22 162萬t，其中原煤占68.52%，其次是電力占14.44%，再次是柴油、焦炭原有和汽油均占4%左右。

1.2 數(shù)據(jù)來源

計(jì)算2017年度河南省生態(tài)足跡及生態(tài)承載力，統(tǒng)一將生物產(chǎn)品分為農(nóng)產(chǎn)品、畜牧業(yè)產(chǎn)品、林產(chǎn)品和漁產(chǎn)品四大類。其中全國各類生物資源產(chǎn)出和面積數(shù)據(jù)源自2017年度的《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》《全國漁業(yè)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)公報(bào)》及“土地調(diào)查成果共享應(yīng)用服務(wù)平臺”；河南省各類生物資源和能源的產(chǎn)出和消費(fèi)量數(shù)據(jù)均來自于2017年度的《河南省統(tǒng)計(jì)年鑒》《河南省漁業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況公報(bào)》。根據(jù)河南省實(shí)際生產(chǎn)情況，將農(nóng)產(chǎn)品分為糧食作物(小麥、玉米、水稻、大豆)、薯類、油料、蔬菜(包括耕地瓜果)、棉花。將林產(chǎn)品分為茶葉、園林水果和木材3類。禽畜產(chǎn)品中，豬和禽類的飼養(yǎng)主要依靠糧食或農(nóng)作物加工品，故用于豬和禽類產(chǎn)品的生物生產(chǎn)性土地歸耕地；河南省畜牧養(yǎng)殖業(yè)中牛、羊以圈養(yǎng)為主，飼料分為農(nóng)作物加工品和牧草兩類，其中飼料來源與農(nóng)作物及加工品的部分，其生物生產(chǎn)性土地歸耕地，飼料為牧草部分的生物生產(chǎn)性面積歸草地。河南省為內(nèi)陸省份，漁業(yè)生產(chǎn)只有淡水漁業(yè)，因此漁業(yè)產(chǎn)品僅包含淡水魚類。各類生物資源和能源的熱值數(shù)據(jù)來自《農(nóng)業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)手冊(修訂本)》。其中糧食作物熱值用小麥、玉米、水稻和豆類的產(chǎn)量比，折合出糧食作物平均熱值；河南省油料基本以花生為主，故油料熱值采用花生熱值計(jì)算；園林水果采用蘋果、桃子、梨子平均值。

1.3 研究方法

1.3.1 傳統(tǒng)生態(tài)足跡法

1) 生態(tài)足跡計(jì)算模型。生態(tài)足跡模型測度的主要內(nèi)容為區(qū)域所占用的用于生產(chǎn)其所消耗的資源和收納其所產(chǎn)生的廢棄物的生物生產(chǎn)性土地面積，代表人類對自然資源消耗的范圍和程度。生態(tài)足跡模型一般將資源分為生物資源和能源資源，其中生物資源包括耕地、林地、牧草地、水域，能源資源包括化石能源用地和建設(shè)用地。生物資源消費(fèi)主要包括農(nóng)產(chǎn)品、林產(chǎn)品、動物產(chǎn)品和水產(chǎn)品，涉及 4類土地:耕地、林地、草地、水域等；能源消費(fèi)以煤炭、焦炭、原油、柴油、液化石油氣、天然氣、熱力、電力為主，參考每千克化石燃料產(chǎn)生的低位發(fā)熱量，根據(jù)全球單位化石燃料用地面積平均發(fā)熱量，將消耗的能源資源折算為建設(shè)用地和化石燃料用地面積。生態(tài)足跡的計(jì)算公式如下：

(1)

式中，EF表示總生態(tài)足跡，ef為人均生態(tài)足跡，N表示人口總數(shù)，i為消費(fèi)物質(zhì)的類型，ci為i種物質(zhì)的人均消費(fèi)量，pi為i種物質(zhì)的國家平均生產(chǎn)能力，qi為i物質(zhì)對應(yīng)土地類型的均衡因子。

傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型采用全球公頃為測度單位，主要是為方便進(jìn)行國際比較，但本研究對象是河南省內(nèi)各土地資源使用在國內(nèi)的對比情況，因此使用國家公頃代替全球公頃。

2) 均衡因子計(jì)算。生態(tài)足跡模型中，不同土地類型之間生產(chǎn)能力差異較大，因此在計(jì)算區(qū)域生態(tài)足跡將不同地類的面積加總時(shí)，需加入均衡因子作為平衡各類土地生產(chǎn)力的系數(shù)。國家公頃為單位的生態(tài)足跡模型中，某種地類的均衡因子是指全國該類生態(tài)生產(chǎn)性土地的平均生態(tài)生產(chǎn)力與全國所有各類生態(tài)生產(chǎn)性土地的平均生態(tài)生產(chǎn)力的比值。由于不同生態(tài)生產(chǎn)性地類的產(chǎn)品不同，因此引入單位熱值作轉(zhuǎn)換指標(biāo)，將不同地類的產(chǎn)品統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為可以直接相加的形式，以此來計(jì)算均衡因子。公式如下：

(2)

傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型中對化石能源生態(tài)足跡的定義為“吸收化石能源燃料燃燒排放的溫室氣體的森林”，因此化石能源用地采用林地的均衡因子。建設(shè)用地選址均在適宜農(nóng)業(yè)耕種的區(qū)域或直接占用耕地，因而城市建設(shè)用地潛在生態(tài)生產(chǎn)能力與耕地相同，故生態(tài)足跡模型中默認(rèn)建設(shè)用地的均衡因子與耕地的均衡因子等同。

3) 產(chǎn)量因子計(jì)算。由于同種土地類型在不同區(qū)域間生產(chǎn)能力不同，因而不同區(qū)域間同種生態(tài)生產(chǎn)性地類的面積不能直接對比。因此，引入產(chǎn)量因子對區(qū)域土地面積進(jìn)行調(diào)整，該因子是將不同地區(qū)同類生態(tài)生產(chǎn)性土地轉(zhuǎn)化為可在區(qū)域間進(jìn)行對比的參數(shù)。以國家公頃為單位的生態(tài)足跡模型計(jì)算中，某區(qū)域的產(chǎn)量因子等于本區(qū)域內(nèi)某類土地平均生產(chǎn)力與全國該類土地的平均生產(chǎn)力的比值。計(jì)算公式為：

(3)

計(jì)算草地生物生產(chǎn)量時(shí)，由于中國畜牧業(yè)中圈養(yǎng)比例較高，在畜牧養(yǎng)殖的原料中糧食作物的比重較高，而牧草的原料比重相對較低，根據(jù)謝鴻宇等[17]的研究，通常在確定牧草地生物生產(chǎn)量時(shí)，按照牛肉0.14，羊肉0.43、奶類0.28的產(chǎn)量比例確定，但河南省草地面積較小，其中牧草地面積更小，牧草地占草地面積的比例僅為全國該比例的15%，因此本研究在謝鴻宇等[17]確定的牧草地生物產(chǎn)量比例的基礎(chǔ)上進(jìn)行修正得到河南省牧草地生物生產(chǎn)量。另外，森林的產(chǎn)出不僅包含生物產(chǎn)品的產(chǎn)出，也包括對溫室氣體吸收功能的產(chǎn)出，因此本研究將森林對溫室氣體的吸收計(jì)算在生態(tài)承載力中，化石能源用地的產(chǎn)量因子與林地一致，這樣更全面評估生態(tài)承載力，也使計(jì)算結(jié)果更加合理。建設(shè)用地的產(chǎn)量因子同耕地。

4) 生態(tài)承載力評價(jià)。生態(tài)承載力是指在不損害生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力和功能完整的前提下，最大程度上提供生物資源和廢物消化的量。生態(tài)足跡研究將一個地區(qū)所能提供給人類的生態(tài)生產(chǎn)性土地的面積總和定義為該地區(qū)的生態(tài)承載力。生態(tài)承載力計(jì)算公式：

(4)

式中，EC表示生態(tài)承載力，ai表示第i種土地類型的生物生產(chǎn)面積，qi表示第i種土地類型的均衡因子，yi表示第i種土地類型的產(chǎn)量因子。此外，在計(jì)算生態(tài)承載力時(shí)還需扣除12%的生物多樣性保護(hù)用地。

1.3.2 基于開放式生態(tài)足跡模型的生態(tài)承載力評價(jià)方法 對于生態(tài)理論而言，生態(tài)足跡一般隨技術(shù)水平、人口規(guī)模以及人均消費(fèi)水平的變化而呈不同的變化，尤其是消費(fèi)水平和結(jié)構(gòu)的改變會顯著影響區(qū)域生態(tài)足跡。同時(shí)，生態(tài)承載能力會受到生產(chǎn)性土地使用面積以及對應(yīng)生產(chǎn)能力的顯著影響。因此，消費(fèi)水平和用地結(jié)構(gòu)是決定區(qū)域生態(tài)足跡、生態(tài)承載力大小及二者之間差距的最關(guān)鍵因素。而傳統(tǒng)生態(tài)足跡法是一種靜態(tài)分析法，具有一定的生態(tài)偏向性，沒有考慮物質(zhì)消費(fèi)水平和用地結(jié)構(gòu)的變化性，忽視了土地的多功能性。故本研究在原生態(tài)足跡模型中引入消費(fèi)調(diào)整系數(shù)，在生態(tài)承載力模型中引入用地結(jié)構(gòu)調(diào)整系數(shù)，形成一套開放型生態(tài)足跡、生態(tài)承載力評價(jià)模型，該模型可實(shí)現(xiàn)對不同消費(fèi)水平變化下土地生態(tài)足跡的模擬運(yùn)算，不同用地結(jié)構(gòu)情景下的生態(tài)承載力水平評價(jià)。開放式生態(tài)足跡模型和開放式生態(tài)承載力計(jì)算公式如下：

(5)

(6)

式中,EFk表示開放式生態(tài)足跡模型調(diào)整后的生態(tài)足跡,Kc表示消費(fèi)調(diào)整系數(shù),ECk表示調(diào)整后的生態(tài)承載力,Ki表示第i種用地面積調(diào)整系數(shù)。

本研究中Kc為區(qū)域內(nèi)物質(zhì)消費(fèi)總量與產(chǎn)出總量的比值，并將近5年來河南省統(tǒng)計(jì)年鑒中各類用地的人均物質(zhì)消費(fèi)數(shù)據(jù)與人均物質(zhì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的比值作為2017年消費(fèi)調(diào)整系數(shù)。其中源自耕地的消費(fèi)品主要包括糧食、食用油、蔬菜及食用菌(包含耕地瓜果)、棉花，以及以糧食作物為飼料的肉蛋奶折合糧食的消費(fèi)量，糖果糕點(diǎn)折糧食、食用油的消費(fèi)量和酒類折糧食的消費(fèi)量；林地的消費(fèi)主要包括水果、木材、茶葉的消費(fèi)量；草地的消費(fèi)主要包括以牧草為飼料的牛羊肉、奶類的消費(fèi)量；水域消費(fèi)包括魚蝦等水產(chǎn)品的消費(fèi)量。棉花的消費(fèi)通過將紡織類產(chǎn)品折算得來，木材消費(fèi)通過對家具及裝飾品、文化辦公用品及書報(bào)雜志類的消費(fèi)折算得來。最終得出耕地、林地、草地和水域的消費(fèi)調(diào)整系數(shù)分別為0.25、0.73、0.88和0.45。因區(qū)域內(nèi)物質(zhì)消費(fèi)數(shù)據(jù)是實(shí)際發(fā)生的全部消費(fèi)數(shù)據(jù)，包含區(qū)域內(nèi)和區(qū)域外生產(chǎn)的生物產(chǎn)品，故不需進(jìn)行貿(mào)易調(diào)整?；茉从玫刈阚E計(jì)算中，煤炭、石油等基礎(chǔ)能源是按實(shí)際消費(fèi)量計(jì)算的，因此不需要再對其進(jìn)行消費(fèi)調(diào)整。

本研究中Ki的調(diào)整涉及林地、耕地和建設(shè)用地3種地類。森林是陸地上最大的碳儲庫，是吸納化石能源燃燒后CO2和其他污染物的最重要地類，國際公認(rèn)區(qū)域生態(tài)狀況良好的標(biāo)準(zhǔn)之一是森林覆蓋率達(dá)30%，而目前河南省該指標(biāo)則不足22%。為了提升森林覆蓋率，河南省制定了多種措施，包括退耕還林、宜林荒山地造林、封山育林等，也取得了較好的成效，但森林覆蓋率仍然處于較低水平。因此本研究假定通過多種措施實(shí)施后河南省森林覆蓋率達(dá)到30%，并評價(jià)該狀態(tài)時(shí)河南省土地綜合生態(tài)承載力狀況。河南省森林覆蓋率達(dá)30%，林地面積需達(dá)13 000 km2，本研究假定增加林地的來源為閑置建設(shè)用地整治和耕地退耕。根據(jù)2018年中國社科院農(nóng)村所、中國社會科學(xué)出版社聯(lián)合發(fā)布的《中國農(nóng)村發(fā)展報(bào)告》，2017年全國農(nóng)村閑置宅基地可用于整治的有666.7萬hm2左右，占全部農(nóng)村宅基地面積的1/3左右。不僅是農(nóng)村，我國城鎮(zhèn)房屋空置率和開發(fā)區(qū)土地閑置率也居高不下。因此本研究假定閑置建設(shè)用地可用于整治退出的比例為20%；林地剩余增加面積來源為耕地退耕還林，約占現(xiàn)有耕地面積的6%。

2 結(jié)果與分析

2.1 2017年全國主要生物產(chǎn)品的國家平均生產(chǎn)能力

從表1看出，2017年全國主要生物產(chǎn)品的國家平均產(chǎn)量中，以源自耕地的生物產(chǎn)品產(chǎn)量最高，尤其以蔬菜的產(chǎn)量最高，達(dá)34 611.79 kg/hm2；其次是林產(chǎn)品，水產(chǎn)品的平均產(chǎn)量遠(yuǎn)小于耕地生物產(chǎn)品和林地生物產(chǎn)品；源自草地的生物產(chǎn)品產(chǎn)量最低，不足耕地產(chǎn)品和林地產(chǎn)品平均產(chǎn)量的1%。

表1 2017年各類土地主要生物產(chǎn)品國家平均產(chǎn)量

2.2 2017年全國各類土地均衡因子

由表2可知，耕地的均衡因子為4.87，遠(yuǎn)高于其他地類，反映出耕地在各用地類型中生物生產(chǎn)能力最高。林地和水域均衡因子居中，分別為0.22和0.24。草地均衡因子最小，僅為0.01，反映出我國依靠天然和人工牧場的畜牧養(yǎng)殖業(yè)欠發(fā)達(dá)。

表2 2017年全國各類土地均衡因子

2.3 2017年河南省各類土地產(chǎn)量因子

從表3看出，2017年河南省各產(chǎn)量因子均大于1，反映出河南省各類用地的生物生產(chǎn)能力均高于全國平均水平。其中林地產(chǎn)量因子最高，為2.41，即河南省林地的生物生產(chǎn)能力是全國平均水平的2.41倍；水域的產(chǎn)量因子最小，為1.28，稍高于全國平均生產(chǎn)能力。

表3 2017年河南省各類土地產(chǎn)量因子

2.4 傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型評價(jià)結(jié)果

2.4.1 生態(tài)足跡 由表4可知，2017年河南省人均生態(tài)足跡達(dá)1.330 5 hm2，其中耕地足跡最大，為0.956 3 hm2，占總體的72%；其次是能源用地，為0.29 hm2，占22%；林地、草地、水域和建設(shè)用地人均生態(tài)足跡均較小，其中草地最小，反映出河南省基于天然或人工草場的畜牧業(yè)欠發(fā)達(dá)。

表4 2017年河南省各類土地生態(tài)足跡

2.4.2 生態(tài)承載力 由表5可知，2017年河南省除建設(shè)用地外，其他各類用地人均生態(tài)足跡均大于生態(tài)承載力，即均處于生態(tài)超載狀態(tài)。其中耕地生態(tài)赤字最大，為人均0.294 hm2，耕地總生態(tài)赤字達(dá)28 107.48 hm2，與河南省農(nóng)業(yè)大省的現(xiàn)狀一致；僅次于耕地的是化石能源用地，人均生態(tài)赤字也高達(dá)0.271 7 hm2，化石能源用地總生態(tài)赤字達(dá)25 973.01 hm2，河南省近年來第二三產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，加入人口眾多，能源消費(fèi)量巨大；林地、草地和水域用地也均為生態(tài)超載狀態(tài)，但超載幅度較小；建設(shè)用地是唯一一類具有生態(tài)盈余的地類，說明河南省現(xiàn)有建設(shè)用地承載力遠(yuǎn)大于其生態(tài)足跡，反映出河南省建設(shè)用地尚有較大的壓縮和可調(diào)整空間。

表5 河南省2017年各類土地生態(tài)承載力

2.5 開放式生態(tài)足跡模型評價(jià)結(jié)果

由表6可知，2017年河南省人均生態(tài)足跡合計(jì)為0.606 6 hm2，其中能源用地人均生態(tài)足跡最大，為0.29 hm2，占總體的近48%，說明河南省2017年近50%的生態(tài)足跡均由能源消費(fèi)產(chǎn)生，反映出河南省能源消費(fèi)量巨大，要實(shí)現(xiàn)碳中和及碳達(dá)峰的目標(biāo)，河南省節(jié)能減排迫在眉睫且任重道遠(yuǎn)。2017年河南省人均耕地足跡為0.239 2 hm2，占總體的近40%，說明河南省農(nóng)村品消費(fèi)在總體消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占比較重。草地人均生態(tài)足跡仍然最小，與河南省草地面積偏小的現(xiàn)狀一致。

表6 基于開放式生態(tài)足跡模型的河南省2017年各類土地生態(tài)承載狀況

河南省土地綜合承載狀況良好,人均生態(tài)盈余達(dá)0.216 hm2，但各地類間生態(tài)承載狀況差異顯著。其中耕地生態(tài)盈余最大，人均達(dá)0.383 2 hm2，建設(shè)用地也有近人均0.1 hm2的生態(tài)盈余；化石能源用地人均生態(tài)存在較大生態(tài)赤字，達(dá)0.265 2 hm2；林地、草地和水域的生態(tài)足跡與生態(tài)承載力基本持平。因此河南省在實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展過程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注能源消費(fèi)。

2.6 兩種模型評價(jià)結(jié)果對比

傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型經(jīng)消費(fèi)系數(shù)和用地結(jié)構(gòu)調(diào)整后即開放式生態(tài)足跡模型分析的河南省各用地類型和綜合人均生態(tài)赤字(盈余)均發(fā)生了變化，尤其以耕地和綜合人均生態(tài)赤字(盈余)變化最為顯著。從圖1看出，傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型評價(jià)出河南省耕地人均生態(tài)足跡大于人均生態(tài)承載力，耕地處于生態(tài)超載狀態(tài)，人均生態(tài)赤字達(dá)0.294 0 hm2；開放式生態(tài)足跡模型評價(jià)出河南省耕地人均生態(tài)足跡小于人均生態(tài)承載力，耕地處于生態(tài)盈余狀態(tài)，人均生態(tài)盈余為0.383 2 hm2。在河南省耕地總生態(tài)生產(chǎn)性足跡91 408.19 hm2中，河南本省的耕地消費(fèi)足跡僅為22 868.38 hm2，而分擔(dān)外省的耕地生態(tài)足跡達(dá)68 539.81 hm2。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2020年河南省糧食產(chǎn)量已實(shí)現(xiàn)“17連增”，連續(xù)多年總產(chǎn)超650億kg，2020年更是超675億kg，其中糧食及其制成品、生豬等外調(diào)份額達(dá)1/3以上，說明河南省耕地產(chǎn)出有盈余，證明開放式生態(tài)足跡模型評價(jià)結(jié)果更符合河南省耕地的實(shí)際生態(tài)承載狀況。

圖1 河南省傳統(tǒng)生態(tài)足跡和開放式生態(tài)足跡的人均生態(tài)赤字(盈余)變化

傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型評價(jià)出河南省林地人均生態(tài)足跡大于人均生態(tài)承載力，林地處于生態(tài)超載狀態(tài)，人均生態(tài)赤字達(dá)0.000 3 hm2；開放式生態(tài)足跡模型評價(jià)出河南省林地人均生態(tài)足跡小于人均生態(tài)承載力，林地處于生態(tài)盈余狀態(tài)，人均生態(tài)盈余為0.011 3 hm2。

傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型及開放式生態(tài)足跡模型評價(jià)出河南省草地人均生態(tài)足跡均大于人均生態(tài)承載力，草地處于生態(tài)超載狀態(tài)，但人均生態(tài)赤字均較小，分別是0.000 2 hm2和0.000 1 hm2。反映出河南省草地生態(tài)生產(chǎn)能力較差，主要原因是河南省草地面積較小，2017年河南省草地面積63.822萬hm2，占全省土地總面積的3.85%，其中牧草地面積更小，僅為草地面積的0.05%，是全國該牧草地與草地比例的15%。因此河南省的畜牧養(yǎng)殖業(yè)基本以圈養(yǎng)為主。

傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型評價(jià)出河南省水域人均生態(tài)足跡大于人均生態(tài)承載力，水域處于生態(tài)超載狀態(tài)，人均生態(tài)赤字為0.000 4 hm2；開放式生態(tài)足跡模型評價(jià)出河南省水域用地人均生態(tài)足跡小于人均生態(tài)承載力，水域處于生態(tài)盈余狀態(tài)，人均生態(tài)盈余為0.001 4 hm2。河南省近年來水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，多地養(yǎng)殖基地水產(chǎn)品單產(chǎn)均處于全國領(lǐng)先水平，根據(jù)《河南省統(tǒng)計(jì)年鑒》，2017年河南省人均水產(chǎn)品生產(chǎn)量為10 kg，但人均消費(fèi)量則不足5 kg，故水域用地處于生態(tài)盈余狀態(tài)。

傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型及開放式生態(tài)足跡模型評價(jià)出河南省建設(shè)用地人均生態(tài)足跡均小于人均生態(tài)承載力，處于生態(tài)盈余狀態(tài)，人均生態(tài)盈余分別為0.123 3 hm2和0.085 4 hm2。

傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型及開放式生態(tài)足跡模型評價(jià)出河南省化石能源用地人均生態(tài)足跡均大于人均生態(tài)承載力，處于生態(tài)赤字狀態(tài)，人均生態(tài)赤字分別為0.271 7 hm2和0.265 2 hm2，反映出河南省人均能源消費(fèi)量巨大，僅靠增加森林覆蓋率很難實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有能源消費(fèi)污染物的吸收，還需從調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等多方面共同入手降低能源消費(fèi)總量，才能從根本上緩解生態(tài)超載狀態(tài)。

將各類用地人均生態(tài)足跡和承載力累加，得到河南省土地人均綜合生態(tài)足跡和生態(tài)承載力。傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型評價(jià)出河南省土地綜合人均生態(tài)足跡大于人均生態(tài)承載力，土地總體處于生態(tài)超載狀態(tài)，人均生態(tài)赤字達(dá)0.444 4 hm2；開放式生態(tài)足跡模型評價(jià)出河南省土地綜合人均生態(tài)足跡小于人均生態(tài)承載力，土地總體處于生態(tài)盈余狀態(tài)，人均生態(tài)盈余為0.216 0 hm2，總體生態(tài)承載狀態(tài)良好，尚有一定的發(fā)展空間。

根據(jù)《河南省統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)，河南省近10年來第一產(chǎn)業(yè)人均GDP逐年增加；貿(mào)易出口總額和一般性商品出口總額均大于進(jìn)口總額，且貿(mào)易順差逐年增加。環(huán)保部2017年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量水平評價(jià)結(jié)果顯示，河南省158個縣級行政單位中有60余個環(huán)境質(zhì)量為良以上，較差的僅有不足20個縣。反映出河南省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境狀況均處于相對良好狀態(tài)，與本研究結(jié)論相符。

3 討論

貿(mào)易交流的普遍性，決定了以生物生產(chǎn)量作為消費(fèi)量計(jì)算的生態(tài)足跡不能代表區(qū)域真實(shí)的生態(tài)足跡。尤其是對于糧食等生物產(chǎn)品的輸出省份，生產(chǎn)性足跡會大于當(dāng)?shù)卣鎸?shí)的生態(tài)足跡，區(qū)域生態(tài)承載能力會被低估；同樣對于生物產(chǎn)品的輸入省份，其生產(chǎn)性足跡會小于當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)足跡，區(qū)域生態(tài)承載能力會被高估。

研究采用傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型和開放式生態(tài)足跡模型對河南省2017年生態(tài)足跡和生態(tài)承載力進(jìn)行對比評價(jià)發(fā)現(xiàn)，2種方法的評價(jià)結(jié)果存在顯著差異。由于河南省是農(nóng)業(yè)輸出大省，農(nóng)業(yè)的生態(tài)生產(chǎn)性足跡超過了生態(tài)承載力上限，但超載主要由輸出外省的農(nóng)產(chǎn)品引起，即河南省承擔(dān)外省的生態(tài)足跡；新模型評價(jià)結(jié)果顯示，河南省本省消費(fèi)的生態(tài)足跡遠(yuǎn)未達(dá)到生態(tài)承載力上限，土地生態(tài)承載狀態(tài)良好，但化石能源用地超載嚴(yán)重。研究結(jié)果可用于指導(dǎo)區(qū)域用地結(jié)構(gòu)優(yōu)化、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)和消費(fèi)等結(jié)構(gòu)調(diào)整，為實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

4 結(jié)論

開放式生態(tài)足跡模型評價(jià)結(jié)果可明確區(qū)分區(qū)域總生態(tài)足跡中區(qū)域內(nèi)部消費(fèi)足跡與承擔(dān)的外部區(qū)域消費(fèi)足跡。在2017年河南省耕地總生態(tài)生產(chǎn)性足跡91 408.19 hm2中，本省耕地產(chǎn)品消費(fèi)足跡僅為22 868.38 hm2，占耕地生態(tài)生產(chǎn)性足跡的25%，而分擔(dān)外省的耕地生態(tài)足跡達(dá)68 539.81 hm2。

河南省土地綜合承載狀況良好，但各地類間生態(tài)承載狀況差異顯著。耕地、建設(shè)用地均有較大的生態(tài)承載空間；林地、草地和水域的生態(tài)足跡與生態(tài)承載力基本持平；化石能源用地卻存在較大赤字，因此河南省在實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展過程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注能源消費(fèi)。