基于生态足迹模型的恩施州可持续发展评价

常　胜，绳志忠

(1.湖北民族学院 生物科学与技术学院，湖北 恩施 445000；2.湖北民族学院 林学与园艺学院，湖北 恩施 445000)



基于生态足迹模型的恩施州可持续发展评价

常胜1，绳志忠2

(1.湖北民族学院 生物科学与技术学院，湖北 恩施 445000；2.湖北民族学院 林学与园艺学院，湖北 恩施 445000)

摘要：生态足迹是研究可持续发展的重要工具.通过建立生态足迹模型，对恩施州1990、2000、2010年三个时间点的生态足迹指标进行分析，了解恩施州生态足迹数量变化、生态承载力变化、生态盈余(赤字)趋势，最后联合本地区的经济经行分析，发现恩施州的经济发展是不可持续的.

关键词：生态足迹；生态承载力；可持续发展

经济发展与生态环境之间的协调问题是全世界很多国家共同面临的重要课题，建立科学有效的监控机制对于解决这一难题很有必要性.在中国过去几十年，高消耗低输出、只注重数量不关注质量的粗放发展模式，没有真正的解决发展问题同时对生态环境也是一种很大的伤害.如何根据各地区的实际情况因地制宜，建立能够随时监控经济发展与环境承载力匹配机制是未来各政府应着力思考和关注的地方.

加拿大生态经济学家Willam Rees，1992年提出了生态足迹的方法[1]，该方法把按照某一种生活方式所消费的，自然生态系统提供的，各种商品和服务功能，以及在这一过程中所产生的废弃物需要环境(生态系统) 吸纳生态足迹，并以生物生产性土地(或水域) 面积来表示的一种可操作的定量方法折合成为全球统一的、具有生产力的地域面积，即生态足迹.通过计算区域生态足迹总供给与总需求之间的差值——生态赤字或生态盈余，准确地反映了不同区域对于全球生态环境现状的贡献.生态足迹既能够反映出个人或地区的资源消耗强度，又能够反映出区域的资源供给能力和资源消耗总量，也揭示了人类持续生存的生态阈值.它通过相同的单位比较人类的需求和自然界的供给，使可持续发展的衡量真正具有区域可比性，评估的结果清楚地表明在所分析的每一个时空尺度上，人类对生物圈所施加的加压及其量级.在国内，1999 年徐中民率先开展生态足迹核算，随后这一方法受到热烈响应[2-5]，并迅速扩散.2001年中国学者首次核算了中国的生态足迹与生物承载力[6]，并开展省际尺度上的时间序列研究.2004年，中国21 世纪议程管理中心发表了1980—2000 年中国及其各省份的生态足迹的时间序列变化结果：从1980年到2000年,我国的人均生态足迹由0.188 5 hm2增加至1.125 8 hm2,人均生态赤字由0.127 hm2增加到了0.155 hm2,呈持续增加态势,说明我国已长时间处于大范围生态透支状态[7-13].

恩施州位于湖北省西南部，山区面积广森林覆盖率大，是全国生态保护的重要基地，研究和监控经济发展与生态环境的协调问题在恩施州显得尤为重要，通过检测获得本州内居民消费等生活生产消费数据，建立生态足迹模型分析生态承载力的方法是一种简便而有效的尝试.

1研究区简介

恩施州位于湖北省西南部，地处湘、鄂、渝三省(市)交汇处，位于东经108°23′12″～110°38′08″、北纬29°07′10″～31°24′13″.西连重庆市黔江区，北邻重庆市万州区，南面与湖南湘西土家族苗族自治州接壤，东北端连本省神农架林区，东面与本省宜昌市为邻.恩施州国土总面积24 111 km2，总人口约403.25万人，森林覆盖率近70%.恩施州境内地形以山区为主，喀斯特地貌发育，溶洞溶洼众多，属亚热带季风性山地湿润气候，冬少严寒，夏无酷暑，雨量充沛，四季分明，境内年均气温16.2 ℃，年平均降水量1 600 mm.

2研究方法

式中：EF表示总的生态足迹，单位为hm2；ef表示人均生态足迹；N表示人口数；ai表示人均消耗的第i种资源占用的生物生产性土地面积,单位为hm2；ci表示第i种资源的人均消费量；pi表示第i种资源的全球平均生产能力.

在计算中，由于人类使用的6种生物生产性土地的生产力大小不同，需采用均衡因子将各类生物生产性土地调整为等价生产力的土地面积，汇总后得到均衡面积.根据WWF2004年的生态足迹报告，耕地、林地、草地、水域、建设用地和化石能源地的均衡因子分别为2.19、1.38、0.48、0.36、2.19和1.38.

2)计算生态承载.生态承载即一个区域所能够提供的生物生产性土地面积，在数值上等于这个区域能够提供资源或消纳废物的生物生产性土地面积的总和.其计算公式为：

(1)

式中：EC表示区域生态承载；ec表示人均生态承载；aj表示区域可提供的第j种生物生产性土地人均面积；rj表示均衡因子；yi表示产量因子.

不同国家和地区，同类生物生产性土地的生产力不同，因而各国各地区同类生产性土地的实际面积是不能直接进行对比的.产量因子就是将各国各地区同类生产性土地转化为可比面积的参数，是一个国家或地区某类土地的平均生产力与世界同类土地的平均生产力的比值.

3) 计算生态盈余(赤字).生态盈余的计算公式为：ES=EF-EC;es=ef-ec.

式中：ES表示区域总生态盈余；es表示人均生态盈余.ES(es)>0,区域呈现生态盈余；ES(es)<0,表示出现生态赤字.

4)生态足迹多样性指数与区域发展能力.多样性理论被广泛运用于探讨系统结构与系统所表现出来的功能大小之间的关系.无论是生态系统,还是经济系统,多样性都与效益改进、生产力和产出密切相关,而且反映系统的进化演替过程,因而具有重要的研究意义.Ulanowicz[8]的研究表明,多样性与发展能力相关.

徐中民[3]在测算中国及各省(区市) 1999年生态足迹的基础上,将生态足迹计算中不同土地类型面积作为测算生态经济系统多样性的指标,并采用Ulanowicz的发展能力公式分析了29个省(区市) 的发展能力，并将各省(区市)的发展能力与人均GDP进行相关分析，发现二者之间存在较大的正相关，相关系数达到0.63，说明基于生态足迹的发展能力指标可以较好的反映生态经济的发展状况.

生态足迹的多样性指数采用Shannon-weaver公式计算：H=-∑(PilnPi).

式中：H表示生态足迹多样性指数；Pi表示第i种类型的生态足迹在总生态足迹中的比例.

发展能力指标按Ulanowicz公式计算：D=EF×H.

式中：D表示发展能力,H表示生态足迹多样性指数.

3结果分析

收集研究区1990、2000、2010年统计年鉴，查找区域人口消费数据和土地资源情况，根据以上方法计算得到恩施州生态足迹情况如表1～2.

图1　主要资源消费项目生态足迹变化Fig.1　Main resources consumption ecological footprint change

消费项目全球平均产量/kg·(hm2)-11990人均消费/kgEF2000人均消费/kgEF2010人均消费/kgEF粮食2744337.0924178000.122847091453.5461789000.165286508420.456223100.153227487油料100019.4740066300.01947400718.7651610400.01876516121.1052038430.021105204棉花18560.0217191550.0000117020.0205576930.0000110760.0088026380.000004743麻类15000.0292373240.0000194920.0176738180.0000117830.0045270710.000003018糖类180000.8347952000.0000463780.7901533920.0000438970.0777147150.000004317烟叶154817.4833625700.0112941623.0282283490.00195622021.4766751480.013873821蔬菜18000248.5988361000.013811046205.7646756000.011431371458.4813538760.025471186水果180004.7681897920.0002648998.2432122710.00045795652.6040591230.002922448茶叶5661.7269512430.0030511510.5000000000.00088339211.5950857140.020486017猪肉37428.8714393100.07719636266.5711939300.17799784593.9492932870.251201319禽肉320.8231002700.0257218832.1309029570.0665907174.5788805610.143090018禽蛋4005.0772700690.0126931754.6257561540.0115643905.9815179820.014953795水产290.4825550640.0166398301.3053560700.0450122781.5449886460.053275471能源消费(取同期湖北省人均消耗量计算)标煤0.3805454551.2623140960.4803678911.3644863990.5192490972.3533423930.895553751

注：能源按原煤全球平均能源足迹：20.93GJ/t,55 GJ/hm2进行折算.

表2　恩施州1990年、2000年、2010年生态足迹汇总表　单位：hm2

1)生态足迹数量变化分析.恩施州1990年、2000年、2010年生态足迹细目表和汇总表见表1～2，主要资源消费项目的生态足迹变化见图1.

从1990年到2000年再到2010年，区域人均生态足迹总体呈上升态势，1990年人均生态足迹为1.25 hm2，2000年为1.47 hm2，2010年上升为2.22 hm2.两个时段相比较，2000以后人均生态足迹上升速度更快.

从主要消费项目生态足迹上看(图2a)，以能源消费的生态足迹所占比例最大，且总体上呈上升态势；其次是粮食消费所占的生态足迹，1990年到2000年，其所占比例有所上升，2000后其所占比例下降幅度较大；猪肉消费的生态足迹所占比重在1990年到2000年期间上缓慢，2000年后上升幅度增大.其所占比例缓慢上升，2000后其所占比例上升幅度较大；蔬菜消费则较为稳定.

将消费项目按生物性产品和能源归类，加上野生动植物保护用地，得到归类生态足迹的构成及其变动状况：1990年生物性产品消费的生态足迹为0.433 hm2，占人均生态足迹的34.76%，能源消费的生态足迹为0.663 hm2，占人均生态足迹的53.24%；2000年，生物性产品消费的生态足迹为0.574 hm2，占人均生态足迹的39.12%，能源消费足迹为0.717 hm2，占48.88%；2010年，生物性产品消费足迹为0.716 hm2，所占比例为32.28%，能源足迹为1.236 hm2，所占比例为55.72%.

进一步分析生物性产品消费生态足迹的构成状况，各年生物性产品的消费以植物性产品消费为主(图2b).1990年，植物性产品消费的生态足迹为0.371 hm2，占生物性消费生态足迹的85.8%，动物性产品消费的生态足迹为0.061 hm2，所占比例为14.2%；2000年，植物性产品消费的生态足迹增加至0.434 hm2，所占比例上升为57.35%，动物性产品消费的生态足迹也同时增加至0.139 hm2，所占比例增长为24.26%；2010年，植物性产品消费的生态足迹比2000年有所下降，为0.237 hm2，所占比例为33.89%，动物性消费足迹为0.463 hm2，比例为66.11%.在植物性产品消费的生态足迹中(图2c)，生态足迹最大的为粮食消费的生态足迹，其余消费项目中，生态足迹较大的有油料、蔬菜和烟叶.动物性产品消费的生态足迹(图2d)则以猪肉消费的生态足迹最大，其次是禽肉和水产品消费的生态足迹.

a 分三类生态足迹构成 b 生物性产品消费生态足迹构成

c 植物性消费项目生态足迹构成 d 动物性消费项目生态足迹构成　图2　分类生态足迹构成状况Fig.2　Classification of the ecological footprint constitute conditions

2)生态承载变化分析.按式(1)计算得出各年研究区域人均生态承载能力，见表3.从表3中可看出，研究区域内人均生态承载能力持续降低，1990年人均生态承载为1.447 hm2，2000年降为1.384 6 hm2，2010年进一步下降为1.220 3 hm2.从1990年以来，林地人均生态承载持续增加，而耕地人均生态承载持续下降，耕地承载下降的幅度超过林地承载增长的幅度.

表3　恩施州1990年、2000年、2010年生态承载变化表　单位：hm2

根据区域土地生态承载的计算原理，在区域土地总面积不变的情况下，影响区域土地人均生态承载能力高低因素有三个：人口数量、土地利用结构和产量因子，本研究中采用不变单产来计算土地的生态承载能力，因此，影响区域土地人均生态承载能力因素为人口数量和土地利用结构：一方面，研究区人口持续增长，人均土地面积下降；另一方面，研究区内生态承载能力较强的耕地大量转变为林地和建设用地.这两个方面的原因导致研究区土地人均生态承载能力持续下降.

3)生态盈余(赤字)分析.将表2中的人均生态足迹和和表3中的人均生态承载进行对比，发现研究区土地在1990年呈生态盈余，人均生态盈余为0.202 hm2.此后，研究区土地利用表现为生态赤字，并且赤字迅速扩大，2000年人均生态赤字为0.081 hm2，2010年扩大为1.199 hm2.表明区域人口消费给生态环境带来的压力巨大，维持目前的消费是以透支环境为代价的.

表4　压力指数、GDP足迹、多样性及发展能力

可采用生态足迹压力指数来进一步刻画区域生态环境被透支的程度.生态足迹压力指数定义为区域生态足迹与生态承载力的比值.1990年区域的生态足迹压力指数为0.85，表明生态盈余的空间还比较大；2000年区域的生态足迹压力指数为1.04，表明1990年到2000年期间，区域人口消费的增长已经远远超过了区域的生态承载能力；到2010年，生态足迹压力指数增长到2.1776，区域人口消费给环境带来的压力更大，区域生态环境被严重透支(表4).

4)生态足迹与区域经济的联合分析.将生态足迹视为社会经济系统的消耗投入，将区域GDP视为对应的产出，可分析生态足迹消耗的经济效率.计算出各年万元GDP所占用的生态足迹(表4)，1990年万元GDP占用的生态足迹为8.27 hm2，到2000年，万元GDP生态足迹迅速降到3.81 hm2，此后，又表现出缓慢下降的趋势，到2010年下降为2.21 hm2.

采用生态足迹多样性指数及发展能力可以进一步分析生态足迹构成结构与区域经济产出能力的关系.从表4中可以看出，在评价的三个时间点上，2010年区域生态足迹多样性指数和发展能力都是最高.区域经济的发展能力不仅受到投入构成的多样性的影响，更为重要的是还受到投入大小的影响.虽然2000年区域生态足迹的多样性与2010年数值相近，但2000年的生态足迹总量远远小于2010年，故发展能力指数以2010最高.但是，将生态足迹多样性指数与万元GDP足迹进行比较，可以发现，二者的变动趋势较为一致，这也印证了结构多样性对经济产出能力的影响作用.

4结论与讨论

通过恩施州1990、2000、2010三个年份生态足迹的计算及分析结果表明：一方面由于人口增长及生活水平的提高，恩施州总生态足迹及人均生态足迹均呈持续上升态势；另一方面，人均土地面积下降，加上退耕还林、建设占用耕地，使生态承载能力较强的耕地转变为生态承载能力较弱的林地和建设用地，区域人均生态承载持续下降.研究区在1990年还处于生态盈余状态，而2000年之后则处于生态赤字状态，要维持区域社会经济发展，区域资源环境面临较大压力.

本研究大约以10年为时间尺度开展研究，在时间分辨率上还不够细致，比如，研究区到底在什么时候从生态盈余转为生态赤字？由于时间分辨率不够，本研究无法回答这一问题，若能将研究的时间尺度细化到年份，将能更清晰的揭示研究区生态足迹的变化.

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责任编辑：时凌

Assessment of Sustainable Development of Enshi Prefecture Based on Ecological Footprint Model

CHANG Sheng1,SHENG Zhizhong2

1.School of Biological Science and Technology,Hubei University for Nationalities,Enshi 445000,China)2.School of Hubei University for Nationalities, Enshi 445000,China)

Abstract：Ecological footprint is an important tool for the study of sustainable development.Through the establishment of ecological footprint model,the ecological footprint index of 1990,2000 and 2010 were analyzed.The ecological footprint,ecological carrying capacity and ecological surplus (deficit) were analyzed,and the result shows that economic development of Enshi prefecture is not sustainable.

Key words：ecological footprint;ecological carrying capacity;sustainable development

收稿日期：2015-11-18.

基金项目：湖北省教育厅科学技术研究项目(Q20122901)；湖北民族学院博士启动基金项目(MY2010B011).

作者简介：常胜(1979- )，男，博士，副教授，主要从事土地资源评价与管理等的研究.

文章编号：1008-8423(2016)01-0104-05

DOI:10.13501/j.cnki.42-1569/n.2016.03.026

中图分类号：F062.2

文献标志码：A