基于改进生态足迹因子的区域可持续性动态评估——以陕西省为例

郭晓娜，李泽红，董锁成，薛东前，陈艳晓

（1.陕西师范大学 旅游与环境学院，陕西 西安710062；2.中国科学院 地理科学与资源研究所，北京100101）

可持续发展作为一种发展理念和战略，对区域可持续性进行测量，不仅是区域间合作的基础，又是评价健康运行的标准［1－2］。一些国际组织早在20世纪80年代开始寻找衡量可持续发展的指标体系［3］，1992年里约热内卢联合国环境大会后，各国就开始致力于可持续发展的量化研究，而生态足迹是其中一种简单而综合的研究方法［4－5］，逐渐受到关注。20世纪90年代初，加拿大生态经济学家 Rees［6－7］最早提出生态足迹概念，随后由 Wackernagel等人［7－8］对该理论和方法逐步完善，生态足迹逐渐成为衡量人类对自然资源利用程度以及持续发展状态的方法。2001年谢高地等［9］学者将生态足迹的方法引入中国，并对中国的生态足迹占用进行了较为全面地评估，该方法在后续的区域可持续性评估研究中得到广泛应用［10－12］。然而，已有研究多采用全国统一的均衡因子和产量因子，在区域尺度的评价中存在较大误差，且以静态评价居多，长时间序列尺度的动态研究较少。本研究以陕西省为案例区，通过测算典型区域的均衡因子和产量因子，基于生态足迹方法的改进，对1995—2011年陕西省生态足迹与生态承载力进行动态评估，以期对区域的可持续发展提供科学参考。

1 研究区概况

陕西省位于中国内陆腹地，地处东经105°29′—111°15′和北纬31°42′—39°35′之间，处于黄河中游，是长江最大支流汉水的发源地。北部黄土高原是我国典型的风沙区和丘陵沟壑区，是全球气候变化响应的敏感区域；中部关中平原地势平坦，交通便利，气候温和，物产丰富，是该省工农业最发达的地区，号称“八百里秦川”；南部秦巴山地林业资源、生物资源丰富，秦岭是我国南北气候分界线，是我国自然地理、生态和气候研究的典型区域。陕西省土地面积2.06×107hm2，2011年末总人口达3 743万。陕西省总体处于我国第一阶地和第三阶地的过渡地带，区域差异明显，生态环境总体比较脆弱，作为我国西部大开发的重点区域，脆弱的生态环境和剧烈的人类活动同时制约着区域社会经济的可持续发展。

2 研究方法与数据来源

研究方法主要是通过“单位热值”重新计算区域的均衡因子和产量因子，产量因子是区域单位面积热值与全球单位面积热值之比，均衡因子为某一类土地生产力与总土地平均生产力之比。通过区域的均衡因子和产量因子，计算区域的生态足迹和生态承载力，评估区域的可持续发展状态。

2.1 生态足迹与生态承载力

生态足迹（EF）指的是特定区域人口在某一时段所消费的资源和吸纳废弃物所需要的生物生产面积，它反映的是人类活动对生态系统的影响。在生态足迹指标的测算过程中，将生物生产土地类型分为耕地、草地、林地、水域、化石燃料用地及建设用地等6大类。人类活动对6大类生物生产土地的占用之和即为总的生态足迹，计算公式为［3］：

式中：EF——总生态足迹；N——区域人口数；ef——人均生态足迹；i——消费项目类型；ri——第i种消费项目的均衡因子；Ai——第i种消费项目折算的人均占有生物生产面积；ci——第i种消费项目的年人均消费量；pi——第i种消费项目的全国单位面积的年平均产量。

生态承载力是与生态足迹相对应的概念，是特定区域能够提供给人类生态生产面积的总和。提供生态承载力的主要有耕地、草地、林地、水域和建筑用地5大地类。生态承载力的计算公式为：

式中：EC——总生态承载力；ec——人均生态承载力；ai——第i种人均生态生产性面积；yi——第i种类型的土地的产量因子。

考虑世界环境与发展委员会的建议，保留12%的土地面积为保护生物多样性［13］，剩余的即为实际可以利用的生态承载力。

2.2 生态赤字（生态盈余）与生态压力

特定区域的可持续性状态可以依据生态赤字（生态盈余）和生态压力指数等指标进行判别。其中，生态赤字是生态足迹与生态承载力之差。当生态足迹大于生态承载力时，表示这个地区（或国家）的人口消费需求大于生态供给，区域发展处于不可持续状态；当生态承载力大于或等于生态足迹时，区域发展处于可持续状态。

生态压力指数是某一区域人均生态足迹与生态承载力的比率［11］，比率的大小反映地区或国家生态环境的承压程度。当生态压力指数大于1时，表示该区域的发展处于不可持续状态；当生态压力指数小于1时，表示该区域的发展处于可持续状态；当生态压力指数小于0.5时，表明区域具有很强的可持续性；当生态压力指数介于0.5～0.8之间时，表明区域具有较强的可持续性；当生态压力指数介于0.8～1之间时，表明区域具有较弱的可持续性；当生态压力指数介于1～1.5之间时，表明区域具有较弱的不可持续性；当生态压力指数介于1.5～2之间时，表明区域具有较强的不可持续性；当生态压力指数大于2时，表明区域具有很强的不可持续性［12］。

2.3 均衡因子与产量因子的改进

本研究采用的均衡因子基于“区域公顷”模型之上，计算区域每年动态变化的均衡因子，根据每年单位面积对应的生物生产量进行测算，引入单位热值使生物资源的面积具有可加性［14－16］，其值来自于《农业技术经济手册（修订版）》［17］。均衡因子的计算公式为：

在不同区域同种类型的土地的生产力也会存在很大差异，不同类型的生物生产面积也不能直接比较，需要用产量因子对其进行调整。产量因子是特定时期特定区域某一地类的生产力与该类地的世界平均生产力的差异程度，用比值来表示。已有生态承载力的测算多使用全国和全国统一的产量因子，其不能准确反映区域实际的生态承载力。本研究使用国家产量因子乘以“国公顷”基础上相对区域因子，计算出研究区的产量因子［15－16］。区域产量因子的计算公式为：

式中：GPi——全国第i类土地的平均生产能力；Yi——我国第i类土地的产量因子；GQi——我国第i类土地的总产出热值；GSi——我国第i类土地的总面积；——我国第i类土地的第k种产品的年产量。其中1m3的木材相当于0.175t木材，一般建筑用地为农田用地，所以建筑用地和耕地的产量因子相同。

2.4 数据来源

研究所需数据主要来源于《陕西省统计年鉴（1995—2011 年）》和 《中国 统 计 年 鉴 （1995—2011年）》。水产品产量数据来源于《中国渔业年鉴》，部分木材产量数据来源于《中国林业统计年鉴》，部分水域面积采用已有学者测算的陕西省人均生态足迹推算出实际的水域面积［18－19］，2000年及以前的建筑面积来源于《中国国土年鉴》。

3 结果分析

3.1 陕西省均衡因子与产量因子

陕西省各年份不同地类的均衡因子和产量因子计算结果见表1。从表1可以看出，陕西省产量因子和均衡因子与全国统一因子值相差较大，主要表现在水域和草地方面。

表1 陕西省1995－2011年各地类的均衡因子和产量因子

陕西省的水域的产量因子较低，这与陕西省位于我国内陆省份，水域面积小，水质较差，水产业不发达有密切关系；而草地生产力高主要得益于陕南地区天然草地生产力高。由于各年份气候、水文等自然条件的差异，各地类的生产能力在年度间有所变化，故均衡因子与产量因子随着时间序列呈动态变化，这比使用统一的固定因子值计算更为精确。

3.2 陕西省生态足迹与生态承载力动态变化

利用表1中的均衡因子和产量因子对陕西省生态足迹和生态承载力进行测算。其中，1995—2011年生物资源消费项目根据陕西省的实际消费情况选取粮食、油料、糖类、肉类、禽蛋等27个项目，能源消费主要包括煤炭、石油、天然气及其电力，根据数据计算出能源的人均生态足迹。计算生物资源消费中的食、油料、糖类、肉类、禽蛋的人均生态足迹分量时，采用FAO发布的各种农作物的全国平均产量数据。通过数据计算和整理，陕西省1995—2011年各种生物生产土地的生态足迹结果详见表2。根据陕西省历年来的耕地、草地、林地、水域及其建筑用地面积计算出陕西省1995—2011年生物资源生态承载力，计算结果详见表3。从表2中可以看出，1995—2011年的人均生态足迹逐渐变大，2011年化石燃料用地面积减少，说明陕西省对能源的使用量大幅度降低或向清洁能源转变。从表3可以看出，1995—2010年人均生态承载力变大，其中林地的生态承载力稳定上升，说明林地面积变大或科技能力的提升使得木材、水果产量增加；1995—2007年建筑用地的生态承载力增加，说明城市化进程加快，建筑用地面积增加。

表2 陕西省1995－2011年人均生态足迹

表3 陕西省1995－2011年人均生态承载力

3.3 陕西省生态赤字与生态压力指数动态变化

根据表2—3，将陕西省各年份的人均生态足迹和人均生态承载力的计算结果进行比较，得出陕西省各年份的生态承载力明显小于生态足迹，生态赤字总体呈扩大趋势。生态压力指数总体呈上升趋势，1995—2006年缓慢上升，从2007—2011年出现波动性上升（图1）。根据生态压力指数等级判断标准，从1995—2008年陕西省有较强的不可持续性，2009—2011出现了很强的不可持续性。

3.4 结果讨论

徐坡、王伟等［19－20］学者利用全国统一的均衡因子和产量因子对陕西省的生态足迹、生态承载力等进行过较为详细的测算，结果详见表4。对比分析可知，测算出的4项指标值均小于同行学者的研究结果，陕西省的可持续状态没有以往学者评估的那么严峻。

图1 陕西省1995－2011年生态足迹变化趋势

表4 本研究与传统方法对陕西省生态足迹研究结果对比

本研究计算的人均生态足迹和生态承载力与以往学者的结果存在较大差别，主要因为本研究对生态足迹方法进行改进，独立测算陕西省自身每年的产量因子和均衡因子，而非使用全国统一的产量因子和均衡因子。全球各地的土地生产力差距较大，使用陕西省自己的均衡因子和产量因子更为可靠。

4 结论

在对典型案例区的可持续性评估中，尝试性地对生态足迹方法中的均衡因子和产量因子进行了改进。从理论上讲，利用案例区自身的均衡因子和产量因子测算出的指标值比全国因子测算出的结果应该更为精确，更能反映研究区的实际状态。从研究结果对比看，利用案例区自身因子测算，生态赤字和生态压力指数都比较稳定，分别在0.138 9～0.497 8hm2／人和1.170 3～2.613 7之间，并没有如以往学者分析那么严重，这一结论有利于更准确地认识一个地区的可持续发展能力。因此，在对我国典型区域生态占用状态和可持续性状态进行评估时，有必要建立一套符合国情和典型区域实际的生态足迹测算因子，更为准确地判断典型区域的可持续发展状态。当然，改进生态足迹因子的方法一定程度上增加了对原始数据统计和收集的难度。

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