区域生态足迹动态变化及其预测研究——以海南省南渡江流域为例

郭 霞，佘济云，沈金明，周丹华

（中南林业科技大学，湖南 长沙 410004）

区域生态足迹动态变化及其预测研究
——以海南省南渡江流域为例

郭 霞，佘济云，沈金明，周丹华

（中南林业科技大学，湖南 长沙 410004）

为了探讨南渡江流域历年的可持续性发展状况，利用生态足迹模型对流域2005年～2011年的人均生态足迹、人均生态承载力和人均生态盈亏进行了计算和分析，并在此基础上预测了流域未来4年的变化情况。结果表明：南渡江流域人均生态足迹需求逐年增加，人均生态承载能力逐年降低，至2011年存在人均-0.137 822 hm2/cap的生态赤字；通过SPSS软件中的Holt线性趋势预测模型得到2015年人均生态足迹需求为1.500 149 hm2/cap、人均生态承载力为0.898 368 hm2/cap、人均生态赤字为0.601 78 hm2/cap；说明该区域自2011年后将处于不可持续性发展状态。

生态足迹；生态承载力；生态盈亏；南渡江流域；海南省

可持续发展战略是一种全新的发展观，但如何定量测度区域发展的可持续性状态已成为研究的热点[1]。联合国教科文组织于1987年提出了研究可持续发展的指标体系，通过这些指标体系携带的信息来判定区域生态经济的发展是否具有可持续性[2]。由于传统的国民经济帐户指标GNP在测算可持续发展状态方面存在缺陷；而生态足迹模型能够拟补货币指标和非货币化指标评价中的不足之处；该模型数据低成本、评价结果较为客观，对区域可持续发展研究有很大贡献。生态足迹模型[3-11]于1992年由加拿大著名生态学家E.William提出，其博士生M.Wackernagel于1996年在原生态足迹理论基础上进行了完善；之后，该方法被广泛应用于测度区域发展的可持续性[12-14]，并于1999年由徐中民等人引入我国，主要针对国家、城市、地区等区域发展的静态评价，而动态研究相对较少。本研究在前人研究基础上对南渡江流域2005年～2011年的生态足迹、生态承载力进行了动态分析，并利用SPSS软件对该区域2012年～2015年的生态足迹及生态承载力进行预测研究，通过时间序列分析南渡江流域生态足迹变化规律，以期为该区域优化产业结构，土地合理规划使用等发展策略的制定提供科学依据。

1 研究区概况

南渡江流域是海南省第一大流域，干流发源于白沙县南峰山，全长333.8 km，流域面积7 176 km2；位于东经 109°12′～ 110°35′、北纬 18°56′～ 20°05′之间[15]。流域经济发展以一二产业为主，2011年末总产值为4 685 057万元，自2005年以来，流域经济飞速发展，平均增长率约为25%；受海南省打造国际旅游岛整体发展趋势的影响，该区域近年来在旅游业发展十分迅速，旅游景点丰富，基础设施建设逐步完善。流域各市县少数民族较多，有黎、苗、壮、瑶、土家、藏、回、侗、满等15个民族，2011年末流域总人口为5 342 046人，年均人口自然增长率约为8.97‰。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本研究依托海南省林业局重点科研项目，利用2006～2011年海南省统计年鉴和2011年海南省统计公报及南渡江流域各市县统计公报[15]。

2.2 研究方法

生态足迹是指在已知一定人口数量的前提下生产这些人口所消费的所有资源和吸纳这些人口所产生的所有废弃物所需要的生物生产面积（包括水域）。它是一个可比的、可测度、涉及公平性、系统性和发展度的可持续发展性综合评价指标[2-3]。

生态足迹需求模型计算公式表示为：

式(1)中：PEF为总生态足迹，Pef为流域人均生态足迹，N为区域人口总数，i为消费项目。式(2)中：Ai为人均消费商品折算的生态生产性土地面积，ri为均衡因子，Ci为第i种商品的人均消费量，Yi为全球平均产量(kg/hm2)，Pi、Ii、Ei分别为第i种消费项目的年生产量、进口量及出口量(kg)。

根据WCED的倡议，至少应保留12%的生态空间用于生物多样性保护[3-5]。因此，生态承载力数学计算模型可表示为：

式(3)中：PEC为流域总生态承载力，bi为第i类实有土地面积，zi为产量因子。

生态盈亏是生态足迹与生态承载力的差值[3-5]。其计算公式为：

式(4)中：PED为流域总生态赤字，PER为流域总生态盈余。若PEF＜ PEC，则PED＞0，表明该地区的发展具有可持续性；若PEF＞PEC，则PED＜0，表明该地区的发展处于不可持续性状态。

3 结果与分析

3.1 流域生态足迹供需动态变化分析

根据海南省2005年～2011年间的统计年鉴，将人均消费项目分为生物资源账户和能源资源账户，利用生态足迹计算公式得到南渡江流域历年人均生物生态足迹和人均能源生态足迹计算结果，详见表1、表2。通过对年鉴数据资料整理分析，并结合海南省五大河流域植被恢复与保护规划项目，利用生态承载力计算模型将流域生态生产性土地划分为六大类，即耕地、林地、牧草地、水域、建筑用地，并分别计算出历年各用地类型人均生态承载力，其中化石能源地生态足迹供给量为零[11]。具体计算结果详见表3。

从表3可以看出，2005年～2011年流域五类生态生产性土地人均供给面积逐渐减少；其中林地从2005年1.451 008 hm2到2011年0.788 717 hm2，人均供给面积增长率为负46%；耕地从2005年0.805 955 hm2至2011年0.737 367 hm2人均供给面积增长率为负8.5%；水域基本保持不变；牧草地从2005年人均0.010 210 hm2至2011年人均0.007 043 hm2，人均供给面积负增长率为31%。建筑用地从2005年0.025 261 hm2至2011年0.017 884 hm2，人均供给面积负增长率为29%。由此可以看出随着经济的发展，人类对自然资源的需求及生态空间的占用逐渐增多，而现有的生态生产性土地面积难以满足人类消费日益增长的需求，如何科学、合理规划利用有限土地资源将成为该区域及世界其他地方面临的难题。

3.2 流域历年生态盈亏状况分析

由于各地类生产力并不相同，为了便于比较分析，必须乘以当地各用地类型的产量因子和目前通用的均衡因子予以转换；本研究根据南渡江流域土地生物生产力计算得到各地类的产量因子

分别为水域13.02、耕地1.76、林地2.2、牧草地0.19、建筑用地1.76。其均衡因子分别为耕地2.8、林地1.1、牧草地0.5、水域0.2、建筑用地2.8、化石能源地1.1[7]。因此，利用生态盈亏模型计算得到流域人均生态盈亏计算结果详见表3，图1。

表1 南渡江流域2005～2011年人均生物生态足迹Table 1 The per capita biological ecological footprint of Nandu River Valley in 2005～2011

表2 南渡江流域2005-2011年人均能源生态足迹Table 2 The per capita energy ecological footprint of Nandu River Valley in 2005～2011

表3 南渡江流域2005～2011年人均生态承载力Table 3 The per capita ecological carrying capacity of Nandu River Valley in 2005～2011

表4 南渡江流域2005年～2011年生态盈亏Table 4 The ecological deficit of Nandu River Basin in 2005～2011

由表4可以得知。流域人均生态足迹由2005年的人均1.020 162 hm2/cap增长至2011年的人均1.341 364 hm2/cap；而人均可利用生态承载力则由2005年1.661 313 hm2/cap降至2011年的1.203 542 hm2/cap；流域的生态盈亏从2005年的人均0.641 151 hm2/cap盈余至2007年人均-0.137 822 hm2/cap赤字。生态赤字的存在表明人类对自然的获取超出了其生态承载能力的阈值，同时也说明当前该流域的发展是通过消耗自然资本存量来弥补生态承载力的不足，人口对自然资源的利用也在逐年增加，造成对自然环境的压力也在逐渐增大。生态足迹的需求和供给之间的不平衡使该区域生态经济系统退化，人地关系紧张。从图1可以明确看出，流域2005年～2011年人均生态盈余面积连续递减，至2010年仅有人均0.030 905 hm2/cap的盈余，但仍然表现为可持续性发展状态，而2011年存在人均－0.137 822 hm2/cap的生态赤字，表明该区域生态经济系统进入不可持续性发展状态。

图1 南渡江流域历年人均生态盈亏面积Fig.1 The per capita ecological deficit area in Nandu River Valley

3.3 流域未来4年生态足迹供需状况预测

将南渡江流域2005～2011年人均生态足迹和生态承载力的计算结果分别作为因变量，时间序列定义为自变量，模型第一个个案更高级别的日期为2005，模型预测期后的日期为2015；运用SPSS软件中的预测模型进行分析，通过对指数平滑法中的非季节性简单模型、Holt线性趋势、Brown线性趋势、阻尼趋势以及ARIMA模型的预测值与实际值的拟合情况进行筛选，结果发现Holt线性趋势的误差较小。通过预测分析得到流域2012～2015年人均生态足迹和人均生态承载力的预测值见表5。

表5 南渡江流域未来4年生态足迹和生态承载力预测结果Table 5 The forecast of ecological footprints and capacities for the further 4 years

从表5可以看出，流域未来4年人均生态足迹持续增长，年平均增长率为2.56%；人均生态承载力持续降低，年平均增长率为负5.18%；由于人均生态承载力持续降低，流域人口数量持续增加，造成流域人均生态赤字愈加严重，至2015年末，流域人均生态赤字为-0.601 78 hm2/cap。因此该区域要降低生态赤字的逐年增大的趋势，就必须严格控制人口过快增长，同时应提高资源利用效率，合理规划利用现有土地资源，减轻区域内土地的生态压力。

4 结 论

通过对南渡江流域2005年～2011年的人均生态足迹、人均生态承载力和生态赤字的计算得到，流域人均生态足迹均衡面积逐年增大，由2005年的1.020 162 hm2/cap增加到2011年的1.341 364 hm2/cap，增长率为31%；人均生态承载能力逐年降低，从2005年人均1.887 856 hm2/cap减少至2011年1.367 662 hm2/cap；2005年以来，由于南渡江流域的生态足迹持续增长，生态承载力持续减少，致使2011年流域存在-0.137 822 hm2/cap的生态赤字，造成流域当前处于不可持续性发展状态。

通过SPSS软件的Holt线性趋势预测模型得到，流域2012～2015年的人均生态需求逐年增大，至2015年人均生态足迹为1.500 149 hm2/cap，而人均生态供给逐年减少，至2015年人均生态承载力为0.898 368 hm2/cap，致使流域存在人均－0.601 78 hm2/cap的生态赤字。因此，为减缓流域生态环境压力，该区域应提高资源利用率，发展循环经济，合理规划流域土地资源，维持生态经济系统平衡发展；同时，应深入开展生态环境教育，强化居民环保意识，使该流域能够实现持续发展。

[1] Zhang Zhiqiang, Sun Chengquan, Cheng Guodong, et al.Progresses and trends of sustainable development research[J].Advance in Earth Sciences,1999,14(6):589-595．

[2] 徐中民,程国栋,张志强.生态足迹方法:可持续性定量研究的新方法——以张掖地区1995年的生态足迹计算为例[J].生态学报,2001,21(9):1484-1493.

[3] 佘济云,沈金明,郭 霞,等.南渡江流域生态经济系统可持续发展评价——基于生态足迹分析法[J].中南林业科技大学学报,2012,31(12):49-53.

[4] 刘思峰,郭天榜,党耀国.灰色系统理论及其应用[M].北京:科学出版社,1999.

[5] 杨开忠,杨 咏,陈 洁.生态足迹分析理论与方法.地球科学进展,2000,1(6):630-636.

[6] 龙爱华,张志强,苏志勇·生态足迹评介及国际研究前沿[J].地球科学进展,2004,19(6):971-981.

[7] Wackernagel M, Onisto L, Bello P, et al. National natural capital accounting with the ecological footprint concept[J].Ecological Economics,1999,29(3):375-390.

[8] Wackernagel M, Onisto L, Linares A C, et al.Ecological footprints of nations:How much nature do they use How much nature do they have?[R].Commissioned by the Earth Council for the Rio+5 Forum.Toronto:International Council for Local Environmental Initiatives,1997:10-21.

[9] 张志强,孙成权,程国栋,等.可持续发展研究:进程与趋向[J].地球科学进展,1999,14(6):589-595.

[10] 刘宇辉,彭希哲.中国历年生态足迹计算与发展可持续性评估[J].生态学报,2004,24(10):2258-2262.

[11] 张志强,徐中民,程国栋,等.中国1999年生态足迹计算与发展能力分析[J].应用生态学报,2003,14(2):280-285.

[12] Lenzen M, Murray S A. A modified ecological footprintmethod andits application to Australia[J].Ecological Economics,2001,37(2):229-255.

[13] Helmut H, Mathis W, Fridolin K, et al. Ecological footprints and human appropriation of net primary production:a comparison[J].Land Use Policy, 2004,21:279-288.

[14] Mathis W, Chad M, Niels BS, et al. Calculating national and global ecological footprint time series:resolving conceptual challenges[J].Land Use Policy, 2004,21:271-278.

[15] 海南省统计局,国家统计局海南调查总队.海南省统计年鉴(2006-2011)[Z].北京:中国统计出版社,2006-2011.

Study of dynamics change and prediction of region ecological footprint∶a case of Nandu River Basin in Hainan province

GUO Xia, SHE Ji-yun, SHEN Jin-ming , ZHOU Dan-hua
(Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

∶ In order to investigate the sustainable development status for consecutive years of Nandu River basin, the per capita ecological footprint, per ecological carrying capacity and per ecological break-even of the River Basin in the year of 2005～2011 were calculated and analyzed by using the ecological footprint model, and based on the results, the changes of the River Basin for the future of 4 years were predicted. The results show that the demand of per capita ecological footprint increased year by year, the capacity of per ecological carrying reduced year by year, the ecological deficit was per 0.137 822 hm2/cap to the year of 2011; By using the Holt linear trend prediction model of the SPSS software, the demand of per capita ecological footprint was obtained to be 1.500 149 hm2/cap, the capacity of per ecological carrying was 0.898 368 hm2/cap, the ecological deficit was -0.601 78 hm2/cap, which indicated that the region will be in a unsustainable development situation since 2011.

∶ ecological footprint; ecological carrying capacity; ecological break-even; Nandu River Basin; Hainan province

S718.5

A

1673-923X(2012)06-0092-05

2012-03-19

海南省林业局重点科研项目（LK20118478）；森森经理学湖南省“十一五”重点学科资助项目（034-0014）

郭 霞(1986—)，女，河南新乡人，硕士研究生，主要从事林业经济管理；E-mail：lengning77@126.com

佘济云(1966—)，男，湖南邵东人，教授，博士，博士生导师，主要从事森林经理和林业资源管理方面的教学和科研工作；E-mail：shejiyun@126.com

[本文编校：文凤鸣]