区域人均生态足迹的时序变化——以武汉市为例

甘 甜，韩 项，周晓艳

(武汉大学资源与环境科学学院，中国 武汉 430079)

区域人均生态足迹的时序变化
——以武汉市为例

甘 甜，韩 项，周晓艳*

(武汉大学资源与环境科学学院，中国 武汉 430079)

运用生态足迹模型及方法，利用武汉市2001—2010年的生物资源及能源消费统计数据，计算武汉市生物资源、能源人均生态足迹，并结合相关指标分析其变化趋势及原因，对未来武汉市可持续发展提出对策建议．研究结果表明：十年来，武汉市人均生物资源生态足迹变化不大，基本稳定在0.75 hm2左右，但人均生态足迹与人均能源生态足迹均呈上升趋势，分别由2001年的1.58 hm2和0.90 hm2上涨至2010年的2.43 hm2和1.65 hm2．能源消耗量的日益增加是导致武汉市人均生态足迹上涨的主要原因．近几年，虽然人均GDP增长和人均能源生态足迹仍然表现出较明显的相关性，但万元GDP生态足迹的下降反映该市能源利用率有所提高，能源消耗增幅低于GDP增幅．

生态足迹；动态变化；武汉市

生态足迹(Ecological footprint)由加拿大William Rees教授于1992年提出[1-2]，随后他和Wackernagel提出具体的计算方法[3]，并估算了52个国家和地区的生态足迹．该理论作为定量研究可持续发展的一个重要方法，得到有关研究机构和众多学者的广泛关注和实际应用[4-6]．

本文运用生态足迹年模型与方法，利用武汉市2001—2010年的生物资源及能源消费统计数据，对近十年该区域人均生态足迹进行时间序列的测度，将时间尺度上的消费状态融入到生态足迹模型中，分析武汉市人均生态足迹的变化趋势．

1 研究方法与数据来源

1.1 研究方法

任何已知人口(某一个个人、城市或国家)的生态足迹是生产这些人口所消费的所有资源和吸纳这些人口产生的所有废弃物二者需要的生物生产性土地的总面积[1-2]．在生态足迹计算中，各种资源和能源消费项目被折算为耕地、草场、林地等6种生物生产面积类型．6类生物生产面积的生态生产力不同，要将其转化为具相同生态生产力的面积以汇总生态足迹和生态承载力，需要各类生物生产面积乘以均衡因子，即rk=dk/D(k=1,2,3,…,6). 式中rk为均衡因子，dk为全球第k类生物生产面积类型的平均生态生产力，D为全球所有各类生物生产面积类型的平均生态生产力．Wackernagel研究得到的均衡因子[3]分别为：耕地、建筑用地2.8，森林、化石能源土地1.1，草地0.5，水域0.2，本文采用的是湖北省的均衡因子，略有不同．基于以上理论，人均生态足迹分量即Ai=(Pi+Ii+Ei)/(Yi·N)(i=1,2,3,…,m)，式中Ai为第i种消费项目折算的人均生态足迹分量(hm2/人)，Yi为生物生产土地生产第i种消费项目的年(世界)平均产量(kg/hm2)，Pi为第i种消费项目的年生产量，Ii为第i种消费项目年进口量，Ei为第i种消费项目的年出口量，N为人口数．

生态足迹是以上各项的加和：EF=N·ef=N·∑(aai)=N·∑ri·Ai=N·∑(ci/pi).式中EF为总的生态足迹；N为人口数；ef为人均生态足迹；ci为i种商品的人均消费量；pi为i种消费商品的平均生产能力；aai为人均i种交易商品折算的生物生产面积，i为所消费商品和投入的类型；Ai为第i种消费项目折算的人均占有的生物生产面积；ri为均衡因子．

1.2 数据来源

采用的统计数据主要来源于2001—2011年《武汉统计年鉴》[7]．为使计算结果便于区域之间比较，采用了联合国粮农组织1993年计算的有关生物资源的世界平均产量，将生物资源的消费量转化为提供这些消费所需要的生物生产性面积，能源消费部分主要包括煤炭、焦炭、汽油柴油以及电力，计算时采用世界单位化石燃料生产土地面积的平均发热量，将能源消费转化为化石燃料产地的面积．

2 2001—2010年武汉市生态足迹的计算

2.1 研究区域概况

武汉市位于113°41′～115°05′E，29°58′～31°22′N，地处华中地区，位于长江畔的江汉平原一带，属亚热带季风气候区．武汉市是中国15个副省级城市之一，也是中部六省唯一的副省级城市，长江中下游特大城市，中部地区(华中)的最大都市和中心城市，是中国重要工业基地．据武汉市统计局2011年统计数据，武汉市共有常住人口1 012万，公园绿地面积60.384 8 km2．绿化覆盖率37.54%．湿地自然保护区面积280 km2．森林面积1 680 km2，森林覆盖率26.80%[7]．

2.2 计算过程

1996年Wackernagel提出的全球平均均衡因子应用非常广泛，但没有考虑到地区自然条件分异性．通过查阅相关文献[8]，得到中国以及湖北省的均衡因子，见表1.与全球均衡因子相比，前两者耕地均衡因子偏小，而林地和水域偏高．本文使用的是湖北省均衡因子[8]．

表1 3种均衡因子的比较

根据《武汉统计年鉴》(2001～2010年)[7]，得到武汉市每年自然资源与能源的消费数据，对武汉市10年间的生态足迹进行了计算．计算结果分别为武汉市生态资源消费账户和能源消费账户．以2010年为例，粮食、油料、肉类、水产品等食品方面的消费数据，采用联合国粮农组织1993年计算的有关生物资源的世界平均产量资料[9]，将武汉市的生物消费转化为提供这些消费品所需要的生物生产面积，见表2．

表2 2010年武汉市年人均生物资源生态足迹

能源消费生态足迹的计算需用到的2001—2010年武汉市能源消费数据，从年鉴中查得．使用调整因子将其转化为化石燃料生产土地面积[9]，调整因子为单位化石燃料生产土地面积的平均发热量[10]，见表3．

表3 2010年武汉市人均能源生态足迹

注：*单位为GW/h；**单位为GJ·kW/h．

生态足迹包括生物资源生态足迹和能源生态足迹．将武汉市生物资源的人均消耗转化为相应生产土地类型面积，分别是：耕地0.150 5 hm2，林地0.011 1 hm2，草地0.871 7 hm2，水域0.089 1 hm2;；将人均能源消耗转化为相应生产土地面积分别是：建筑用地0.036 4 hm2，化石燃料1.939 2 hm2．汇总后初步得到2010年的生态足迹为2.430 1 hm2，详见表4．

表4 2010年武汉市人均生态足迹计算的汇总表

这里的生态足迹只是一个初步数值．考虑到贸易影响，一个地区的生态足迹可以跨越地区界限，因此，计算消费量时，需要根据贸易情况进行调整，计算净消费额．由于贸易数据缺乏，本文采取宏观贸易调整法[11]．贸易调整法的优点在于，可通过恩格尔系数、居民消费支出、国民生产总值、固定资产投资总额、劳动者工资总额等定量且易得的指标，计算出区域内的真实消费情况，在缺乏具体贸易数据的情况下也能够对生态足迹进行修正．

贸易调整公式为：EF=cb×EFb+ce×EFe.其中，EFb和EFe分别为调整前的生物资源生态足迹和能源生态足迹，cb和ce为调整系数，调整系数由恩格尔系数、居民消费支出、国民生产总值等指标计算得出，过程较为复杂，因此仅列出最终的调整结果，见表5～7．

表5 武汉市2001—2010年人均生态足迹汇总表(调整前)

表6 历年调整系数

表7 武汉市2001—2010年人均生态足迹汇总表(调整后)

3 2001—2010年武汉市人均生态足迹变化分析

为分析生态足迹随时间的变化趋势，将武汉市人均生态足迹、人均能源生态足迹、人均生物资源生态足迹全部绘制成折线图，如图1．

图1 2001—2010年武汉市生态足迹变化折线图Fig.1 The ecological footprint per capita of Wuhan from 2001 to 2010

3.1 2001—2010年武汉市人均生态足迹变化分析

3.1.1 2001—2010年武汉市人均生物生态足迹变化分析 2001—2010年，武汉市人均生物资源生态足迹在0.75 hm2左右，基本保持稳定．但通过分析武汉市居民消费结构的变化发现，随着经济发展和生活水平的提高，居民食品消费的种类和数量均有一定的变化．2001年，武汉市城市粮食人均消费71.1 kg，农村粮食人均消费274.01 kg，总共占生物资源消费量的16.86%；2010年，二者分别减少至65.57 kg，175.15 kg，总和占生物资源消费量的百分比也降到了10.25%．与此同时，肉、蛋、水产、奶制品等在消费结构中凸显出日益重要的地位．以奶制品为例，2001年武汉市农村居民与城市居民年人均消费奶制品量为0.21 kg，6.32 kg，共占消费量的0.34%，2010年则为1.22 kg，9.69 kg，占比为0.69%．除此之外，肉类(猪肉、牛羊肉、家禽)消费量所占生物资源消费量的百分比也由72.11%上涨到了79.65%．

2001—2010年武汉市居民生物资源消费结构中，鲜菜肉类增长趋势明显，粮食消费大幅减少．在生产土地面积变化中，表现为耕地面积减少而草地面积增加．虽然蛋奶肉类消费增长量低于粮食消费的减少量，但在生态足迹计算过程中，前者调整因子远大于后者，所以乘以调整因子后，二者对生态足迹影响接近相当水平，对人均生态足迹的影响几乎相抵消．因此，随着武汉市居民生活水平的提高，虽然居民消费结构发生变化，但是人均生物资源生态足迹基本保持稳定．

3.1.2 2001—2010年武汉市人均能源生态足迹变化分析 2001—2010年武汉市人均能源生态足迹变化明显，从0.90 hm2增长至1.65 hm2．从图1 可以看出，2001—2005年武汉市人均能源生态足迹的增长趋势最为显著，在2005年以后该增长趋势有所放缓，能源消耗量渐渐趋于平稳，到2010为止，仅增加了0.17 hm2，达到1.65 hm2．增加的生产土地类型主要是化石燃料用地．

进一步分析2010年武汉市人均能源生态足迹的组分可知，能源生态足迹增加的驱动力主要来自煤炭、焦炭、原油消耗的增长．从对应的生产性土地面积来看，在研究年份内，每一年中，该三者对能源生态的贡献均达到90%以上，其中煤炭的贡献率保持在50%左右．2001年，煤炭、焦炭、原油在能源消费中占比分别为43.65%，24.25%和24.05%，2010年为44.91%，24.48%和23.58%，10年当中，三者所占比重变化极其微小，能源结构稳定，说明粗放型的、大量消耗不可再生能源的工业模式没有得到改变，情况不容乐观．

煤炭、焦炭的消耗主要来自传统工业，原油的消耗主要来自石油化工业和机动车辆[12-13]．武汉市是重要工业城市，且拥有大量机动车辆，近年来，工业规模与机车拥有量随经济发展而增长，煤炭、焦炭、原油消耗量亦然，导致能源生态足迹居高不下．武汉市在未来的工业发展规划中，要改变能源结构和产业结构，引导高耗能低产出的传统工业向集约型、环境友好型工业转变，从而减少不可再生能源的使用，减少能源生态足迹．

3.2 2001—2010年武汉市人均生态足迹与人均GDP变化的关系分析

3.2.1 2001—2010年武汉市人均生态足迹与人均GDP的相关分析 为研究人均能源生态足迹与人均GDP之间可能存在的关系，使用SPSS(19.0)对人均能源生态足迹和人均GDP进行相关分析[14-15]．结果显示，人均能源生态足迹与人均GDP之间相关性高达0.792，显著性水平为0.006．2001—2010年人均能源生态足迹与人均GDP二者存在较强的相关性．该分析结果表明，近十年武汉市处于工业化与城市化加速发展阶段，由于对传统产业依赖和交通运输的发展，能源的需求量比较大，使建筑用地、化石然燃料用地成为影响生态足迹总量的重要因素．

3.2.2 2001—2010年武汉市万元GDP生态足迹变化趋势分析 为进一步分析武汉市资源的利用效率，研究该阶段万元GDP的变化趋势(表8)．该数据反映出武汉市万元GDP生态足迹整体呈现下降趋势，2001年为2.13 hm2/万元，2010年则为1.26 hm2/万元，降低41%．为更直观地分析变化趋势，将数据绘制成折线图．由图2可见该市万元GDP的生态足迹的下降可分为两个阶段：2001年到2004年为“稳中有降”阶段，2005年到2010年为“显著下降”阶段．第一阶段，每万元GDP生态足迹在2.25 hm2/万元附近浮动，2002年达到峰值2.33 hm2/万元，之后至2004年该值出现了一定的下降，但趋势不明显．第二阶段2005—2010年，每万元GDP生态足迹出现了明显的下降，由2.27 hm2/万元逐年减低，至2010年已降到1.26 hm2/万元．以上分析显示，虽然随着经济发展，武汉市生态足迹随着人均GDP不断攀升，但是从近年万元GDP生态足迹的下降反映该市资源利用率有所提高，总体能源消耗增幅低于GDP增幅．

表8 武汉市2001—2010年每万元GDP生态足迹计算

图2 2001—2010年武汉市每万元GDP生态足迹变化折线图Fig.2 The ecological footprint per ten-thousand-yuan GDP of Wuhan from 2001 to 2010

4 结论及建议

由上述分析可知，2001—2010年武汉市人均生物资源生态足迹变化不大，基本稳定在0.75 hm2左右；人均生态足迹与人均能源生态足迹均呈上升趋势，分别由2001年的1.58 hm2和0.90 hm2上涨至2010年的2.43 hm2和1.65 hm2．能源消耗量的日益增加是导致武汉市人均生态足迹上涨的主要原因．随着经济发展与社会进步，虽然人均生态足迹随着人均GDP不断攀升，但是从近年万元GDP生态足迹的下降反映该市资源利用率有所提高，总体能源消耗增幅低于GDP增幅．反映出该市近年“两型”社会建设，改变经济增长方式，优化经济结构，提高资源利用率取得一定效果．

根据研究结论，武汉市人均能源生态足迹增长是生态足迹增长的驱动因素．现阶段武汉市控制生态足迹增长的关键在于控制能源生态足迹的增长．所以未来应继续转变经济增长方式，优化产业结构；重点发展资源节约型、环境友好型的产业；调整及优化能源结构，推广和使用再生能源；不断提高资源利用率，实现低碳经济与循环经济的发展模式．

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(编辑 王 健)

Temporal Changes of Regional Per Capita Ecological Footprint—A Case Study of Wuhan City

GANTian,HANXiang,ZHOUXiao-yan*

(School of Resources and Environment, Wuhan University, Wuhan 430079, China)

The data of consumption in biological and energy resources in Wuhan from 2001 to 2010 are collected and the bidogical resources as well as per capita ecological footprint in Wuhan of each year are calculated by adopting the ecological footprint model and methods. According to related methods, the variation trend by referring to indicators are analyzed, after which, the countermeasures for ecological environment construction in Wuhan city are given. As the results show, during the 10 years, the total ecological footprint and the ecological footprint of energy ascend from 1.58 hm2and 0.90 hm2to 2.43 hm2and 1.65 hm2, respectively, while the ecological footprint of biological recourse per capita stays steady at around 0.75 hm2. The increasing ecological footprint in Wuhan is mainly caused by the growing energy consumption. The amount of GDP and ecological footprint of energy are obviously correlated; nevertheless, the growth rate of energy consumption is relatively lower than GDP, and the decline in ecological footprint per ten-thousand-yuan GDP reflects the improving utilization of natural resources in Wuhan.

ecological footprint; dynamic change; Wuhan city

2014-05-09

国家基础科学人才培养基金科研能力训练资助项目(J1103409)；教育部人文社科资助项目(14YJC630216)

*

,E-mail：zhouxiaoyan@whu.edu.cn

X24，X22，P967

A

1000-2537(2014)06-0001-06