基于生态足迹模型的新晃县可持续发展能力评价

秦伟明 祝安娜 陈 慧 张佳仕 曾小娇 葛大兵

(1.湖南农业大学生物科学技术学院/生态科学与工程研究所/洞庭湖区农村生态系统健康湖南省重点实验室，湖南 长沙410128;2.湖南省怀化市环境保护局，湖南 怀化 418000;3.湖南省怀化市新晃侗族自治县环境保护局，湖南 怀化 418000)

可持续发展定量评价方法研究是当前可持续发展研究的前沿和热点。William 、Rees 和Wackernagel 等于20世纪90年代提出了简便明了的生态足迹分析方法(Ecological Footprint)［1－6］，通过计算区域内人类对自然生态服务的需求与自然所能提供的生态服务之间的差距(生态盈余或生态赤字)，比较自然资本的承载量与人类对自然的消费量，以土地面积为衡量指标，来定量评价地区发展的可持续状况。本文运用生态足迹法对新晃县进行可持续发展能力评价，为地方政府发展决策提供参考依据。

1 研究区概况

新晃侗族自治县位于湖南省最西部，居湖南“人头形”版图的“鼻尖”上。地理位置介于东经108°47＇13″─109°27＇05″ ，北纬27°00＇05″─27°27＇35″，处于云贵高原苗岭余脉延伸末端，既有高原地相，又展山区特色，海拨在500～1100m，年平均气温为16.5℃。年平均降水量1137.4mm，全年无霜期297.4 天。全县国土总面积1508 平方公里，总人口27 万余人，全县人口密度为179.8 人/km3，山 地 84.22%，丘 陵 7.86%，平 地6.41%，水面1.51%，属名符其实的山地县。新晃土地利用以农用地为主，占全县土地总面积的93.84 %，其中耕地11.29%，土地利用结构单一，供求矛盾突出，土地后备资源缺乏，且布局分散，开发整理难度大。2012年，全县GDP 为378208 万元，增幅13.1%，人均GDP 为15432 元，一、二、三产业比例14.48:52.50:33.02。

2 研究方法

2.1 生态足迹理论模型

生态足迹是一种定量研究人类对自然利用程度的新的测度方法，是指在一定的技术条件下，要维持研究区域某一消费水平下人口生存所必需的生态生产性土地的面积。采用William Rees 和Wackernagel 的生态足迹理论和方法对新晃社会经济可持续性进行分析。该生态足迹模型为:

式中:EF 为总生态足迹，EPi为生态生产力，Ci为资源消费量，i 为生态生产性土地类型，分为六大类，EQi为等量化因子，其中化石能源地1.1、可耕地2.8、牧草地0.5、森林1.1、建设用地2.8、水域0.2，ef 为平均生态足迹，N 为总人口数。新晃县生物资源和能源的消费量等数据均来自新晃县统计年鉴，由于人类对资源消耗是变化的，因而生态足迹是一个动态变化的指标。

2.2 生态承载力模型

用生态足迹来衡量生态承载力，定义为在不损害有关生态系统的生产力和功能完整的前提下，一个地区能够拥有的生态生产性土地的总面积，其计算模型为:

式中，EC 为生态承载力，Ai为不同类型生态生产性土地面积，EQi为等量化因子，Yi为不同类型生态生产性土地产量调整系数，用区域单位面积生物生产力与全球平均生物生产力比值表示，如果Yi＞1，表明区域单位面积生物生产力高于全球平均生物生产力，反之亦然。ec 为人均生态承载力，N 为总人口数。

2.3 生态承载度模型

生态承载度

式中:D 为生态承载发展度，KEC 为可用生态承载力。如果生态足迹大于生态承载力，出现生态赤字，则表现生态是不可持续发展的;如果生态足迹小于生态承载力，则形成生态盈余，则表现为可持续性发展。

2.4 生态经济多样性指数和发展能力指数

生态经济多样性指数可用shanon－Leave 公式计算:

式中:H 为多样性指数，Pi为i 种土地类型在系统中的比例，它意味着生态经济系统中生态空间占用的比例，分配的越接近平等，对给定系统组分的生态经济系统来说，多样性指数越高，生态经济系统的稳定性就越高。

生态经济系统的发展能力以生态足迹的多样性指数乘以生态足迹得到，依据Ulanowicz 的公式:

3 计算与结果分析

3.1 生态足迹需求计算和分析

采用2008－2013年新晃县统计年鉴和世界自然基金会(WWF)的相关数据，对新晃县6a(2007－2012年)来人均生态足迹和人均生态承载力进行实证计算和分析［10］。根据模型要求和人口消费设计3 个参数帐户支持系统:生物资源消费帐户、能源消费帐户、污染物账户。

3.1.1 生态足迹计算

(1)生物资源消费帐户:计算生态足迹生物资源消费，将生物资源生产项目分为4 个大类19 个细分类。世界平均产量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数据。在此，以2012年新晃县生态足迹(表1)的计算过程为例，其余年份均参照该方法，其结果见表2。

表1 新晃县2012年生态足迹计算中的生物资源帐户

表2 新晃县2007－2012年生态足迹计算中的生物资源帐户汇总(hm2·cap－1)

(2)能源消费帐户:能源消耗包括原煤、焦炭、汽油、柴油、电力以及复合肥、化肥。能源消费部分采用世界上单位化石能源土地面积的平均发热量为标准，计算出2012年不同能源生态足迹，见表3。按照相同方法，计算新晃县2007－2012年的能源消费消耗的热量所需要的化石能源土地面积，结果见表4。

(3)污染物生态足迹:在工业化、城市化发展的过程中，污染物的产生和处理过程占用的生态足迹不容忽视，在生态足迹计算中考虑污染物的排放，将排放的污染物分为废水、废气、固体废物。计算新晃县水污染消纳生态足迹、大气污染消纳生态足迹、固体废物消纳生态足迹。新晃县2007年－2012年污染物生态足迹见表5。

表3 新晃县2012年生态足迹计算中的能源资源帐户

表4 新晃县2007－2012年生态足迹计算中的能源资源帐户汇总(hm2·cap－1)

表5 新晃县2012年生态足迹计算中的污染物帐户(hm2·cap－1)

3.1.2 结果汇总与分析

由表7 知，新晃县2007－2012年生态足迹逐年递增，2012年达1.683295hm2·cap－1。其中，生物资源生态足迹占比最大，先减后增;能源资源生态足迹占比次之，呈递减趋势;污染物生态足迹，先增后减。

(1)生物资源消费帐户:由表2 知，草地生态足迹所占比例最大，接近全县生态足迹的60%;其次为耕地，接近全县生态足迹的30%;林地和水域生态足迹比重最小，占全县生态足迹的10% 左右。2007年－2012年新晃县的生物资源生产占用生态足迹整体呈逐步上升趋势，其中林地、水域的生态足迹上升趋势明显，分别增长了61.53%、26.29%;耕地生态足迹整体呈下降趋势，2007年－2012年下降了8.18%。出现以上结果的原因:新晃县是林业大县，过度的林业经济追逐导致人均林业生态足迹上升;草地的生态足迹在各类生产性土地中所占的比重最大，这与新晃县大力发展畜牧养殖业密切相关;水域生态足迹的上升说明水产类食物的需求量增加，生活食物消费结构有所改变;耕地生态足迹和占用比均呈现下降趋势，主要在于城镇化进程加快，劳动力结构发生了改变，农业生产中对耕地的需求减少。同时，在城镇化过程中，耕地转化为其他农用地或建筑用地，土地利用类型的改变对生物资源的生产造成一定的影响，导致了生物生产的减产。

(2)能源消费帐户:由表4 知，新晃县人均能源消费帐户生态足迹逐年上升，2007年－2012年增长2.79%。从各个年份来看，原煤和焦炭的生态足迹所占比重最大。以2012年为例，原煤、焦炭生态足迹分别占全县总能源消费生态足迹的58.6%、33.8%;而电力等清洁能源消耗占用的生态足迹较小，新晃县必须加快调整能源消费结构，不断提高清洁能源所占比例。在能源消费生态足迹中，复合肥人均生态足迹位列第三位，2007－2012年增长19.2%，成为能源消费生态足迹不可忽视的一部分。复合肥生态足迹说明新晃县农业高产出的同时伴随着复合肥料的高投入。今后的农业生产中，如何改善这种状况成为降低能源生态足迹的重要手段。

(3)污染物生态足迹:由表6 知，人均污染消纳生态足迹的变化呈先升后降的趋势。一方面，新晃县经济持续快速增长，工业企业规模和产值不断增加，工业“三废”排放增加，导致污染物生态足迹上升;另一方面，环保力度的加大，使得污染物生态足迹下降。

表6 新晃县2007－2012年生态足迹计算中的污染物帐户汇总(hm2·cap－1)

表7 新晃县2007－2012年生态足迹汇总分析(hm2·cap－1)

3.2 生态承载力(生态足迹供给)计算和分析

新晃县生态承载力计算中产量调整因子的选取参考全球平均生产水平:耕地1.4、草地0.6、林地1.5、水域2.8、建筑用地1.2。计算生态承载力时为慎重起见，扣除12 ﹪的生物多样性面积。新晃县生态承载力计算方法见表8。新晃县2007年－2012年的人均生态承载力结果见表9。

表8 新晃县2012年生态承载力分析(hm2·cap－1)

表9 新晃县2007年－2012年生态承载力汇总(hm2·cap－1)

2007－2012年新晃县的生态承载力总体变化不大，但林地、耕地生态承载力整体呈现下降趋势。原因主要为:新晃县是林业大县，经济发展，资源需要量扩大，使得对林木的需求激增，导致林地面积减少，使生态承载力出现下降。耕地生态承载力的下降，其根本的驱动因素是改革开放以来人口的增加，城乡经济的快速发展和城镇化水平的提高。

3.3 新晃县生态足迹动态及可持续发展分析

根据新晃县2007－2012年国民生产总值、生态足迹、生态承载力等指标计算新晃县生态赤字、万元GDP生态足迹、生态经济多样性指数、生态经济发展能力，计算结果见表10。

表10 新晃县2007年生态足迹与发展能力分析汇总表

新晃县2007－2012年生态足迹表现为生态赤字，且生态赤字逐年上升，表明其发展处于不可持续状态。表明新晃县区域生态足迹已经超过了其所能提供的生态承载力，生态安全受到一定程度的威胁，只有通过输入其它地区的自然资源或是对该区域后续资源进行掠夺式开采来平衡对自然生态资源的需求。另一方面，生态经济多样性指数、生态经济发展能力逐年提高，万元GDP生态足迹逐年下降，说明新晃近几年在“生态立县”思想的指导下，经济发展对自然资源的利用率在逐步提高，生态经济系统的稳定性增强，系统的发展能力有所提高。

4 结论与讨论

(1)新晃县自然资源优势和环境优势明显，却在低水平发展状态伴随着生态赤字的不断增长，发展处于不可持续状态。一方面由于新晃工业经济发展规模逐年扩大，另一方面与新晃能源整体利用率不高有关。此外，生态足迹指标作为可持续发展评估的一种综合而直观指标，采用生态足迹方法衡量一个地区可持续发展状态需要基于当地生产力水平，当涉及时空尺度转换时，选用全球平均生产力数据及其他不确定性因素的存在，均会影响结果的准确性。

(2)采用Ulanowicz 发展能力公式，以生态足迹指标测算新晃县2007－2012年的发展能力，结果显示发展能力与GDP 呈正相关，与万元生态足迹呈负相关，证明本文采用的发展能力测算方法适应于区域发展状况评价。实现可持续性发展两条途径:一是减少生态足迹或提高生态承载力，二是提高生态足迹的多样性。由于新晃县长期处于生态赤字，主要途径应该是提高生态足迹的多样性。

(3)由于新晃县仍属于欠发达地区，城镇化水平不高，人均GDP 水平低，发展潜力大，要依靠科技进步和技术创新，走一条高效、节约、可持续的发展道路，是今后新晃县各类生产性土地资源利用的主导方向。同时，新晃县以生态立县，其可持续发展必须以与周边地区协同，应当重视与获得周边地区的配合与支持，得到相应的生态补偿具有一定必要性。

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［10］新晃县县统计局．新晃县统计年鉴［M］．湖南新晃县统计局，2008－2013．