海口生态足迹的动态分析与预测

王 军，张 勇，王 赛，李建保，，傅国华，熊春荣，

(1.海南低碳经济政策与产业技术研究院，海南海口570228;2.海南大学材料与化工学院，海南海口 570228)

海口生态足迹的动态分析与预测

王 军2，张 勇2，王 赛2，李建保1，2，傅国华1，熊春荣1，2

(1.海南低碳经济政策与产业技术研究院，海南海口570228;2.海南大学材料与化工学院，海南海口 570228)

计算和分析了海口的生态足迹、生态容量、生态盈余及赤字状况，并对2010—2012、2038年的生态足迹情况进行了预测.分析结果显示:2000—2008年，海口生态足迹增长96.72%，年均增长10.75%，生态容量维持在7.4×105～7.9×105hm2之间;人均生态足迹由0.245 1 hm2增长至0.396 3 hm2，人均生态容量由0.492 3 hm2下降至0.424 8 hm2;生态盈余呈逐年下降趋势，2009年转为生态赤字.可见，海口需要采取有效的措施，以遏制生态足迹过快增长，进一步优化城市发展与生态环境之间的关系.

生态足迹;动态分析与预测;可持续发展分析;海口

Williams Rees和Wackernagel开创的生态足迹分析法［1］是可持续发展领域定量测度的重要研究成果.生态足迹(Ecological footprint)一般是指在一定技术条件下，某一区域要维持某一物质消费水平下的可持续生存所必需的生态生产性土地的面积.生态生产性土地包括可耕地、草地、林地、化石能源地、建设用地和水域6类，其面积与消费量密切相关.

生态足迹自20世纪90年代被广泛应用，Wackemagel［2］等分析了奥地利、菲律宾和韩国1961—1999年间的生态足迹.Vuuren［3］等将生态足迹法与IMAGE2.2(图像处理软件)相结合，使模型具有了预测功能.梁怀庆［4］等采用此方法对重庆市10年来的生态足迹进行了动态分析，谢鸿宇［5］等对广州市2003—2005年的生态足迹做了对比性研究，刘云南［6］于2005年探究了生态足迹理论在海口建设规划中进行应用的可能，宋敏［7］于2002年研究了海口城市生态赤字，而对于海口2000—2008年生态足迹的动态研究还未见报道.本文立足于海口的实际情况，对生态足迹和生态容量的计算方法做了相关改进，例如，将电力生态足迹归入煤炭生态足迹，将经回收处理后达标的工业废水纳入水资源范畴等，并用改进后的方法对海口生态足迹进行了动态分析与预测.

由于海口及海南省统计年鉴中均没有生物资源和能源的进出口清单，同时考虑到海口进出口量比较小，所以在计算生态足迹时未将进出口量对生态足迹的影响考虑在内.此外，海口森林面积、水域面积、能源和部分生物资源的消费与产量都没有统计数据，故而本文采用间接方法予以获取，比如，能源消费量由人均能源消费量和海口常住人口数相乘而得，森林面积由当年遭遇火灾森林面积除以其在总森林面积中的比重得到.鉴于以上原因，本研究可能与现实情况有些误差，但不会影响到结论的参考价值.

1 生态足迹与生态容量的计算方法

1.1 生态足迹的计算方法生态足迹由生物资源消费和能源消费组成.生物资源消费包括农产品、动物产品、林产品、水果产品、水产品、自来水和其他产品等主要生物消费项目，能源消费包括煤炭、汽油、煤油、柴油、液化石油气和电力等主要能源消费项目.

一个国家或地区的生态足迹的计算公式为

式中:EF为总生态足迹;ai为第i种消费项目折算的生态生产性土地面积;Ci为第i种消费项目的消费量;Pi为第i种消费项目的全球平均产量;Ei为第i种生态生产性土地的均衡因子.

1.2 生态容量的计算方法生态容量(Ecological capacity)是与生态足迹相对应的概念，指某一区域所能提供的生态生产性土地面积的大小.由于不同国家或地区的生产力水平不同，故引入一个当地产量因子(local yield factors)，即某一地区单位面积土地生产能力与全球平均水平［8］的比值.

一个国家或地区的生态容量计算公式为

式中:EC为总生态容量;Ai为第i种生态生产性土地的面积;Yi为当地第i种生态生产性土地的产量因子;Ei为第i种生态生产性土地的均衡因子.

1.3 计算过程

1.3.1 数据引用数据来源见表1.

表1 均衡因子与产量因子a

1.3.2 具体公式

本地森林平均碳吸收能力［5］=5.9 t·hm－2;全球森林平均碳吸收能力［5］=3.809 59 t·hm－2.

1.3.3 相关说明

1)生态容量中扣除12%［10］的生态生产性土地面积，用以保护生物的多样性.

2)水域生态容量的计算中，计入了废水处理后达标的部分.

3)海口的电力主要为火电，水电所占比例很小.火电消耗的能源是煤炭，故近似认为火电的生态足迹与其所消耗的煤炭生态足迹等同.

4)因为建设用地没有产出，所以不计入生态容量.

2 动态分析与预测

2.1 海口生态足迹与生态容量总生态足迹与草地、可耕地、建设用地、水域、森林生态足迹汇总于表2.总生态容量与可耕地、草地、水域、森林生态容量汇总于表3.单位GDP生态足迹、人均生态足迹、人均生态容量和生态盈余汇总于表4.海口生态足迹总供求变化与时间的关系、各种生态生产性土地人均生态足迹随时间的变化、各种生态生产性土地人均生态容量随时间的变化见图1.

图1 (a)海口生态足迹总供求变化与时间的关系;(b)生态生产性土地人均生态足迹随时间的变化;(c)生态生产性土地人均生态容量随时间的变化

表2 生态足迹汇总 hm2

表3 生态容量汇总 hm2

表4 2000—2008年海口人均生态足迹供求关系 hm2

表2和图1(a)显示，2000—2008年间海口对自然资源的利用力度逐年增大，生态足迹也随之增加，从2000年的3.70×105hm2增长到2008年的7.27×105hm2，涨幅达96.72%，与广州市2005年［5］的生态足迹1.56×107hm2和重庆市2006年［4］的生态足迹6.43×107hm2相比，海口生态足迹相对较小，这主要是由于经济发展相对滞后的缘故.随着海口城市建设的加速，建设用地生态足迹由2000年的6.56×103hm2涨至2008年的3.80×104hm2，涨幅达479.76%，但仍低于广州市2005年［5］的建设用地生态足迹1.09×106hm2.表4和图1(a)的数据证实海口生态盈余逐年下降，且下降速度不断变大，到2008年，生态足迹逼近生态容量，生态环境受到负面影响.

从生态足迹和生态容量的构成来看:海口以消费农副产品等可再生资源为主，反映在表2和表3中，表现为可耕地生态足迹占海口总生态足迹的60%左右，比重过半;森林生态足迹增加缓慢，所占比重维持在20%以下，这与海南省自1994年开始禁止砍伐天然林有关;水域生态足迹和水域生态容量的比重均小于11%，所以海口应该采取措施更好地开发近海资源;草地生态容量的比重小于12%，还需要进一步扩大绿化面积;森林生态容量在总生态容量中占65%左右，2008年达到5.16×105hm2，说明海口具有良好的森林资源优势.

从生态足迹和生态容量的人均值来看，海口各生态生产性土地的人均生态足迹逐年增加(见图1(b))，人均生态容量(见图1(c))逐年减小，反映出随着城市的发展，海口对生态生产性土地的开发利用在加强，城市人口不断增加.可耕地、水域、森林人均生态足迹逐年增大，与第一产业产值在海口总产值中所占的比例［11－12］，从2000年的2.4%增至2008年的12.9%相一致.

从单位GDP生态足迹来看，2000—2008年间，海口的单位GDP生态足迹以3.075%的速率逐年下降(见表4)，这说明海口的资源利用率不断得到提高，经济发展方式正逐渐由“高增长、低效率”模式向“高增长、高效率”模式转变.

2.2 2009—2012年的生态足迹状况预测将海口2000—2008年的人均生态足迹、人均生态容量按照时间序列进行数据拟合，得y=3 ×10－5x2－0.01x+0.505 2(R2=0.959 4)和y=0.000 9x2+0.010 3x+0.235 4(R2=0.991 6).同理，得单位 GDP 生态足迹与时间的函数关系式y= －0.000 4x2－0.002 2x+0.216 7(R2=0.982 9)以及人口与时间的函数关系式y=3.90 1x－7 648.6(R2=0.978 5).运用这些关系式对2009—2012年的生态足迹进行推算，结果列于表5.

表5 2009—2012年的生态足迹状况预测

表5显示，海口2009年人口约为188.509万，总生态足迹增长到8.08×105hm2，总生态容量下降到7.69×105hm2，开始出现3.83×104hm2生态赤字.2010—2012年，生态赤字将逐年增长，2012年达到2.83×105hm2.可见，海口2009—2012年间，城市发展与生态环境间的不平衡迅速加剧.

2.3 可持续发展分析根据表4和表5，并参考潘爱华的生态环境质量评价指标体系［13］，对海口的可持续发展状况作出分析.分析结果显示海口2000—2008年的人均生态盈余介于0～0.3 hm2之间，处于弱可持续发展等级，2009年的人均生态赤字为－0.020 3 hm2，在－0.3～0 hm2范围内，处于不可持续发展等级.

继而，采用王纪武［14］等研究的城市人口规模计算方法，以“全球可持续性发展”生态标杆的临界状态(EF=1.6 hm2/人)为标准，对海口的可持续发展临界状态进行预测，计算过程如下:

式中:W2038表示海口2038年的单位GDP生态足迹;发展期限约定为30年;假设前10年GDP年均增长率为12.3%，中间10年GDP年均增长率为10%，后10年GDP年均增长率为8%.

由人口与时间关系式y=3.901x－7 648.6(R2=0.978 5)得出，海口2038年的人口约为302万人，这与318万人比较接近.据此推测，30年后海口的可持续发展将可能低于生态标杆临界值，生态环境将面临很大的压力，城市的发展也将受到挑战.这需要及早控制能源资源的消费量过快增长，大力推广太阳能、风能及生物质能等可再生能源，减小化石能源的比重;加强植树造林，扩大城市绿化面积，并合理有效地加快湿地、红树林及热带雨林动态监测、保护与恢复;加强对可耕地的重复利用，提高农作物的单位面积产量;循环利用工业三废及生活垃圾，提倡减少使用一次性制品，从而有效削减生态足迹，保持良好的生态环境.

3 结论

本文运用生态足迹分析法对海口2000—2008年间的生态足迹进行动态分析，发现海口城市发展和生态环境之间的不平衡逐年加剧，如果不采取有效措施，到2038年海口将可能突破生态标杆临界值下线.“十二五”是海南建设国际旅游岛的重要时期，需要研究并制定全省、各市县的生态足迹清单，把握生态足迹的发展趋势，大力加强天然林保护、污染防治、资源循环利用、低碳技术的应用与推广，使我省生态环境质量在国际旅游岛的建设过程中继续保持全国领先水平.

［1］WACKERNAGEL Mathis，REES Milliams E.Our Ecological Footprint:Reduing Human Impact on the Earth［M］.Canada:New Society Publishers，1996.

［2］WACKEMAGEL M，CHAD M，ERB K H.Ecological footprint time series of Austria，the Philippines，and South Korea for 1961 －1999:Comparing the conventional approach to‘actual land area’approach［J］.Land Use Policy，2004，21(3):261 －269.

［3］Van VUUREN Detlef P，BOUWMAN Lex F.Exploring past and future changes in the ecological footprint for world regions［J］.Ecological Economics，2005，52(1):43 －62.

［4］梁怀庆，李世蓉，吴德化.重庆直辖十年来生态足迹的动态分析及预测［J］.重庆建筑大学学报，2008，30(3):100－104.

［5］谢鸿宇，王羚郦，陈贤生.生态足迹评价模型的改进与应用［M］.北京:化学工业出版社，2008.

［6］刘云南.生态足迹理论在生态市建设规划中的应用—以海口为例［J］.生态学报，2007，27(5):2012－2015.

［7］宋敏.城市生态系统生态赤字研究—以海口为例［D］.北京:中国科学院生态环境研究中心，2002.

［8］徐中民，程国栋，张志强.生态足迹方法的理论解析［J］.中国人口·资源与环境，2006，16(6):69－73.

［9］世界自然基金会［G/OL］.［2010－08－18］.http://www.wwf.com.cn/，2006.

［10］符国基.海南省2002年的生态足迹分析［J］.海南大学学报:人文社会科学版，2005，23(4):361－367.

［11］海口市统计局.海口统计年鉴［M］.北京:中国统计出版社，2001－2009.

［12］海南省统计局.海南统计年鉴［M］.北京:中国统计出版社，2001－2009.

［13］潘爱华，裴雯.祁连山区生态环境质量评价指标体系的构建［J］.甘肃林业科技，2004，29(2):11－13，77.

［14］王纪武，韦亚平.基于生态足迹分析的城市规模预测—杭州城市人口规模研究［J］.浙江大学学报:工学版，2008，42(9):1520－1525.

Dynamic Analysis and Forecast of Haikou Ecological Footprint

WANG Jun2，ZHANG Yong2，WANG Sai2，LI Jian－bao1，2，FU Guo－hua1，XIONG Chun－rong1，2

(1.Hainan Institute of Low－carbon Economic Policy and Industrial Technology，Haikou 570228，China;2.College of Materials and Chemical Engineering，Hainan University，Haikou 570228，China)

The ecological footprint model was used to analysis the ecological footprint，ecological capacity and ecological surplus/deficit of Haikou and forecast the ecological footprint situations from 2010 to 2012＆2038.The results indicated that from 2000 to 2008，Haikou′s ecological footprint was increased by 96.72%and annual increase rate was 10.75%，ecological capacity was maintained in the range of 7.4×105to 7.9×105hm2;ecological footprint per capita was increased from 0.245 1 hm2to 0.396 3 hm2，and ecological capacity per capita fell down from 0.492 3 hm2to 0.424 8 hm2;ecological surplus was decreased year by year，and reached a pure ecological deficit in 2009.These data suggested that it is necessary for Haikou City to take effective measures to curb the excessive growth of ecological footprint and further optimize the relationship between the economic development and the ecological environment.

ecological footprint;analysis and forecast;sustainable development analysis;Haikou

X 171 < class="emphasis_bold">文献标志码:A

A

1004－1729(2011)01－0068－06

2010－06－17

王军(1988－)，男，安徽庐江人，海南大学材料与化工学院2007级化学工程与工艺系.

熊春荣，海南大学材料与化工学院教授，博士.