基于消费—产出账户分类的开放系统生态足迹研究及应用

陈章, 刘艳中,*, 孙荣泽, 陈勇, 张祚

基于消费—产出账户分类的开放系统生态足迹研究及应用

陈章1, 刘艳中1,*, 孙荣泽1, 陈勇1, 张祚2

1. 武汉科技大学资源与环境工程学院, 武汉 430081 2. 华中师范大学公共管理学院, 武汉 430079

针对现有生态足迹模型缺乏系统的区域生态可持续程度分级标准和区域生态产出状态判别标准的问题, 文章基于“消费—产出”账户分类的方法, 建立并整合生态可持续程度分级指标与生态产出状态判别标准, 构建适用于开放系统的生态足迹模型, 并以临湘市2005—2013发展状况为例开展实证分析。结果表明: (1)改进后的生态足迹模型较传统生态足迹模型和区域生态可持续判别准则在区域生态可持续性评价中的结果更具可比性和完整性。(2)临湘市总体生态承载潜力得到充分释放, 产出效率较高, 可出口生态生产性土地, 但后期部分乡镇由于土地利用强度过大, 土地质量下降, 抑制了生态产出效率的提升。(3)北部江湖平原区各乡镇的可持续利用程度相对最高, 而处于中心城区的乡镇消费足迹增长过快, 出现不可持续状态。(4)临湘市耕地、牧草地和水域处于可持续利用状态, 但后期由于盲目增加产出, 出现地力下降、生态失衡等问题。

生态足迹模型; 消费—产出; 开放系统; 生态可持续程度; 生态产出状态

0 前言

随着社会经济高速发展和人口迅速增长, 生态、社会及经济之间的矛盾日益加重, 并引发了资源短缺、环境污染和生态破坏等重大问题, 严重地威胁着人类未来的生存与发展。我国于1994年通过《中国21世纪议程》, 提出了促进经济、社会、资源和环境相互协调的可持续发展战略目标[1], 当前, 我国已成为世界第二大经济体和最大的能源消费国与碳排放国, 对全球生态环境的影响举足轻重, 世界自然基金会(WWF)2016年发布的《地球生命力报告》指出[2], 地球需要提供1.6倍的生态承载力才能承载目前人类的生态足迹, 而中国以30亿hm2的生态足迹总量位居全球第一, 生态环境压力巨大。在此背景下, 党的十九大报告中明确提出要加快生态文明体制改革, 建设美丽中国, 为人民创造良好生产生活环境, 为全球生态安全做出贡献。继续实施可持续发展战略是开展生态文明建设的基本途径, 而如何正确评价人类活动对区域开放生态系统的压力以及承载力等系统状态, 分析生态与发展的关系机理, 是实现社会经济可持续发展面临的重要问题, 因此, 对区域生态性指标与定量化评价方法的探讨成为当前研究的热点。

由加拿大生态经济学家Rees[3]1992年提出的生态足迹法以其理论思想的新颖性、概念的形象性、可操作性、全球可比性等优点为生态系统的定量分析研究开拓了新途径, 但其在应用于区域开放系统的过程中仍存在以下缺陷[4]: 传统EF模型是基于静态封闭系统假设的评价, 忽略了开放性以及不同系统之间生态生产性土地的置换[5–7]; 传统EF模型忽视区域功能差异, 是偏生态的弱可持续性评价方法[8–10]; 传统EF模型忽略了社会经济因素对土地生产力的影响, 在应用于区域尺度研究时没有充分考虑土地质量、技术水平、生产方式等因素的差异性和动态性[11]。

已有学者[12–21]针对上述传统EF模型的缺陷展开了相关研究, 其中赵志强等[18]将城市生态系统还原为开放系统, 考虑了本地区产品产出的生态承载力; 张雪花等[19]建立能值—生态足迹整合模型, 丰富了自然生态承载力和人工生态承载力等概念。上述生态足迹改进模型虽然考虑了区域生态系统的开放性, 但其直接将产出账户定义为区域生态承载力范畴, 会出现生态占用强度过大, 生态稳定性受损的问题, 因为产出账户不论是本地消费还是用于出口, 均属于生态占用, 与生态承载力的内涵应为对立关系。刘艳中等[20]在消费—产出生态足迹分类核算的基础上, 构建了可持续承载生态亏损指标, 反映区域生态可持续利用状态; 周兰兰等[21]进一步以可持续承载生态亏损额为评价指标, 构建了区域生态可持续性定量判别准则。此类研究虽然初步揭示了消费生态足迹与产出生态足迹以及生态承载潜力的内涵, 但由于评价指标单一, 评价结果一方面缺乏对产出足迹和生态承载潜力的内在关系机理的反映, 易产生盲目提高产量的错误观念, 另一方面也不便于对不同研究区域作横向对比分析。

上述EF模型改进研究, 都将资源产出账户纳入到生态足迹或生态承载力的核算中, 虽然考虑了区域生态系统的开放性, 但对于产出账户的内涵及其与生态承载潜力的内在关系没有深入挖掘, 缺乏系统的区域生态可持续程度分级标准和区域生态产出状态判别标准, 这往往严重影响了区域生态可持续性评价的完整性、准确性和可比性。基于上述分析, 文章构建基于消费—产出账户的开放系统生态足迹模型, 并以临湘市为例开展区域生态可持续性评价实证研究。

1 研究区与研究方法

1.1 研究区概况

临湘市位于湘鄂两省交界处, 属大陆性季风湿润气候, 年平均气温16.4℃, 日照率41%, 降水量1469.1 mm, 有利于农作物生长, 境内有黄盖湖、冶湖等16个大小湖泊, 是全国著名的“鱼米之乡”、“竹木之乡”、“茶叶之乡”以及“有色金属之乡”。土地总面积为171860.78 hm2, 其中农用地的面积为145351.05 hm2, 占临湘市土地总面积的84.57%; 建设用地的面积为12688.24 hm2, 占临湘市土地总面积的7.38%; 其他土地的面积为13821.49 hm2, 占临湘市土地总面积的8.04%。2013年12月, 国务院正式发布《全国资源型城市可持续发展规划(2013—2020年)》, 首次界定了262个资源型城市, 临湘市被界定为成熟型资源城市。近年来, 按照湖南省和岳阳市关于发展开放型经济的决策部署, 临湘市充分发挥临湘市地处“湘北门户”的区位优势, 扎实推进外资、外贸、外经一体联动, 有力促进了临湘市开放发展步伐。临湘市作为我国成熟型资源性城市, 在享受本地区资源优势带来的经济价值和社会发展的同时, 大力推进开放型经济工作, 全面提高对外开放水平, 文章以临湘市为例开展实证研究, 研究成果具有可验性、代表性和应用前景。

1.2 基于消费-产出账户的开放系统生态足迹模型

1.2.1 生态生产性土地类型分类

根据我国土地规划用途分类特点并结合研究区实际, 将其生态生产性土地划分为七类: 耕地、林地(含园地)、牧草地、水域、建设用地、化石能源地和自然保留地(包括盐碱地、其他草地、裸地、沼泽地、沙地等未利用地)。

1.2.2 消费—产出足迹账户介绍

1.2.3 区域开放系统的生态可持续性综合评价框架

(1)可持续承载生态亏损额计算方法

(2)区域生态可持续程度分级标准的构建

表1 可持续承载生态亏损额计算公式

(3)区域生态产出状态判别标准的构建

2 数据来源与参数选取

根据临湘市统计年鉴(2005—2013年)、土地利用变更数据(2005—2013年), 计算2005—2013年临湘市的消费—产出生态足迹和可利用生态承载力。将临湘市的各类消费—产出项目折算成7类生态生产性土地面积, 其中, 耕地对应项目包含豆类、谷物、油料、薯类等; 林地对应项目包含茶叶、油桐籽和木材等; 牧草地对应项目包含肉类和禽蛋; 水域对应项目以水产品为主; 建设用地对应项目主要为电力; 化石能源用地对应项目包含液化石油气、煤炭和汽油。生态足迹法核算中涉及的产量因子和均衡因子主要采用传统EF模型中的取值[3]。自然保留地的均衡因子和产量因采用赖力对未利用地的算法, 取值为0.12和1[25]。具体取值如表4所示。

3 结果与分析

3.1 3 种生态足迹评价标准的评价结果对比分析

将传统生态足迹模型、区域生态可持续生态判别准则和基于消费—产出账户的开放系统生态足迹模型3种方法应用于临湘市各乡镇2013年生态足迹评价。

表2 生态可持续指数分级标准

表3 生态产出状态类型判别标准

表4 各类生态生产性土地的均衡因子和产量因子取值

3.1.1 2013年临湘市整体的生态可持续性评价结果对比

由表5可知: ①按照传统生态足迹模型评价标准, 计算得出临湘市2013年的生态赤字为-25422.94hm2,即区域呈生态不可持续状态; ②按照区域生态可持续生态判别准则计算得出临湘市2013年的可持续承载生态亏损额为388270.07hm2, 表明临湘市处于生态可持续状态; ③按照基于消费—产出账户的开放系统生态足迹模型, 计算得出临湘市2013年的生态可持续指数为0.68, 生态产出类型为Ⅱ, 说明区域处于弱可持续状态, 且生态承载力消耗强度过大, 土地质量出现下降。

现实表明, 临湘市是全国著名的“鱼米之乡”、“竹木之乡”、“茶叶之乡”以及“有色金属之乡”, 且资源开发处于稳定阶段、资源保障能力强、经济社会发展水平较高, 而传统生态足迹模型评价结果为临湘市目前处于生态不可持续状态, 这显然与实际不符; 区域生态可持续生态判别准则评价结果虽基本符合实际, 但缺乏对生态可持续程度和生态产出状态的判别; 开放系统生态足迹模型评价结果则更为完整和实用。

3.1.2 2013年临湘市各乡镇生态可持续性评价结果对比

由表5分析可知: ①按照传统生态足迹模型评价标准, 计算得出长安办、詹桥镇、长塘镇、桃林镇、和忠防镇均出现生态赤字, 即处于不可持续状态, 而现实表明, 上述乡镇除长安办外均是以特色农产品生产和矿产开采加工为主导的重点经济发展乡镇, 其生态生产性土地不仅能满足自身发展, 还能缓减其他乡镇的生态压力, 正是由于传统生态足迹方法只考虑区域内部的资源消耗, 忽视了区域资源的进出口, 使评价结果与实际产生偏差; ②按照区域生态可持续生态判别准则计算得出, 詹桥镇、长塘镇、桃林镇、和忠防镇均处于生态可持续状态，其评价结果相对贴近实际，但由于各乡镇自身土地面积大小、人口和资源禀赋的不同，无法直接通过生态可持续承载生态亏损额对各乡镇的生态可持续程度做横向对比分析，同时该判别准则没有进一步分析区域的生态产出状态，缺乏对土地利用方式的理论指导，易出现盲目增加产出而破坏生态稳定性的问题；③按照开放系统生态足迹模型, 计算出了2013年临湘市各个乡镇的生态可持续程度及生态产出状态, 其中詹桥镇和忠防镇处于“可持续→不可持续性临界状态”, 长塘镇和桃林镇处于弱可持续状态, 评价结果便于对不同区域间的生态可持续程度进行对比分析, 同时补充了对各乡镇生态产出状态的分析, 因此该评价方法更合理、更实用、更完善。

表5 基于3种评价标准的2013年临湘市生态足迹评价结果对比

3.2 临湘市生态可持续程度及生态产出状态分析

3.2.1 生态可持续程度及生态产出状态变化趋势分析

由表6可知, 2005—2013年期间, 临湘市整体保持可出口生态生产性土地状态, 总消费足迹和总产出足迹呈波动上升的趋势; 临湘市的总产出足迹始终大于当年的总可利用生态承载力, 其年均增长速率为2.42%, 也高于总可利用生态承载力的年均增长速率0.19%, 因此总产出盈亏始终大于零, 且总产出盈余不断增长; 总消费足迹的年均增长速率较快, 为4.78%, 导致总消费足迹逐渐超过总可利用生态承载力, 总消费盈亏也由最初的生态盈余于2012年开始转为生态赤字; 至2013年, 临湘市呈生态产出状态Ⅰ转为生态产出状态Ⅱ的趋势, 生态承载潜力消耗强度过大, 土地质量下降, 虽然其可持续承载生态亏损额始终大于零, 且较2005年成增长趋势, 但生态可持续指数则由0.71降低为0.68, 生态可持续程度也由中等可持续转为弱可持续状态,与生态产出状态的变化相契合, 由此可见, 生态可持续指数能够更加准确地反映研究区的生态可持续程度。

3.2.2 临湘市各项乡镇生态可持续指数及生态产出状态空间分布分析

生态可持续程度方面, 由图1(a)可知, 2005年生态可持续程度较强的乡镇主要分布于临湘市北部和中部, 生态可持续指数均高于0.8, 且北部和南部部分乡镇可利用生态承载力未充分释放, 由图1(b)和1(c)可知, 临湘市北部各乡镇生态可持续水平保持相对稳定, 而中部部分乡镇生态可持续指数降低。北部的江南镇和黄盖镇是以特种水产和蔬菜生产加工为主导的江湖平原经济重点乡镇, 儒溪镇是以特色农业和农药生产以及矿产开采加工等工业为主导产业的市域经济重点发展乡镇, 源潭镇是典型的湖区乡镇, 是水产品生产基地, 中部的五里牌乡是以特色农业为主导产业的经济区重点乡镇, 羊楼司是以茶叶和竹器生产加工为主导产业的边境城镇, 高产量是以上乡镇处于强可持续状态的主要原因。而长安办的消费足迹始终远远高于其产出足迹和可利用生态承载力, 导致其一直处于中度不可持续状态, 靠进口域外的生态生产性土地来减缓自身生态生产性土地供不应求的压力。

表6 2005—2013年临湘市生态可持续指数及生态产出状态

生态产出状态方面, 由图1(a)可知, 2005年临湘市除詹桥镇、江南镇和忠防镇外, 其余乡镇生态承载潜力均充分释放, 部分乡镇的生产方式和技术水平处于逐步优化阶段, 土地质量相对稳定; 由图1(b)可知2010年, 随着临湘市社会经济的发展, 詹桥镇、江南镇和忠防镇的生态承载潜力完全释放, 且临湘市大部分乡镇生产方式和技术水平不断提高, 缓解了消费足迹增长的压力; 由图1(c)可知至2013年, 部分乡镇由于产出强度过大, 出现土地质量下降问题。

3.2.3 各地类可持续利用程度及生态产出状态分析

通过基于消费—产出账户的开放系统生态足迹模型, 对临湘市各地类的生态可持续程度及生态产出状态进行评价(由于区域无化石能源用地, 自然保留地不能直接为人类消费提供产品, 不讨论其生态产出状态), 由表7分析可知:

各地类中牧草地和水域分别处于中等可持续和强可持续状态, 但牧草地的生态可持续指数稍有下降趋势, 水域的生态可持续指数前期保持相对稳定, 后期略有增长。林地生态可持续指数增长较为明显, 由2005年的0.83增加到了2013年的0.88。以上三类生态生产性土地可利用生态承载潜力已完全释放,土地利用率高、产出效率好, 都处于较强的可持续状态, 且土地质量稳定, 可以适当的出口产品以缓解区域外的生态压力, 并促进自身的经济发展。

图1 临湘市各乡镇生态可持续指数及生态产出状态空间分布图

Figure 1 The spatial distribution of ecological sustainability index and ecological output status of each town in Linxiang

表7 临湘市各地类生态可持续指数及生态产出状态

耕地历年的生态可持续指数呈逐步加快的下降趋势, 由2005年的0.67下降到2013年的0.59, 生态可持续程度也由弱可持续转为“可持续→不可持续临界状态”, 耕地消费生态足迹的快速增长和产出强度过大导致耕地质量下降是制约临湘市耕地可持续利用水平的主要因素。建设用地的消费足迹呈增长趋势, 并超过其产出足迹, 但始终低于其可利用生态承载力, 需要通过提高建设用地的利用率来弥补生态亏损。

4 结论与讨论

①临湘市大部分乡镇生态承载潜力得到充分释放, 产出效率较高, 且可出口生态生产性土地, 但在2005—2013年期间, 部分乡镇生态产出状态呈状态Ⅰ转为状态Ⅱ的趋势, 其生态资源利用强度过大抑制了生态产出效率的提升; 另外由于各乡镇的资源依托和功能定位不同, 位于北部江湖平原区的乡镇的可持续利用程度相对最高, 而处于中心城区的乡镇出现了不可持续状态。临湘市应注重产业布局优化和城乡统筹发展, 加快科技投入与转化生产力速度, 以维持土地生物性生产能力的稳定提升能源资源利用率, 改变粗放的经济发展方式, 建立集约节约型及生态型的生产模式; 向企业征收与生态地租等值的生态税用于治理生态环境促进经济发展与资源、环境相协调[24]。②临湘市当前耕地、牧草地和水域处于生态可持续利用状态, 但如果人类为了满足消费而无节制地增加产量, 会导致地力下降、生态失衡等问题。为保持生态生产性土地较好的生态产出状态, 应适当实施间歇性休耕、休渔等政策。建设用地虽处于生态可持续利用状态, 但其利用率较低, 应逐步提升建设用地的集约利用水平, 同时为防止建设用地无序扩张, 必须严格落实规划用地面积指标控制和用途、空间管制制度, 从而保护耕地及其他具有生态生产性功能的土地面积, 促进各类土地的可持续利用。③基于消费—产出账户的开放系统生态足迹模型充分考虑了区域生态系统的开放性, 实现了产品消费与产出的衔接, 兼顾了区域的发展动态性和生态稳定性。改进后的模型建立并整合了生态可持续程度和生态产出状态两项判别标准, 能够对不同区域间的生态可持续程度进行横向对比分析, 便于对土地利用方式进行科学有效的指导, 避免出现盲目增加产出而破坏生态稳定性的问题, 在区域开放生态系统生态可持续性评价的实用性、合理性、完整性等方面, 相比传统EF模型和现有改进模型均有较大提升。

理论上, 无论计算消费生态足迹还是产出生态足迹, 都应该包括区域所消费或生产的所有产品, 但由于数据资料的局限, 文章用到的原始资料数据大部分都来源于临湘市历年的统计年鉴, 对于各种资源产品的分类还有待在后续的研究中加以进一步细化; 其次, 有待深入开展改进模型与生态地租理论相结合的实证研究。

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Ecological footprint accounting and application to open eco-economic system based on consumption-output account classification

CHEN Zhang1, LIU Yanzhong1,*, SUN Rongze1, CHEN Yong1, ZHANG Zuo2

1. Collage of Resources and Environment Engineering, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China 2. Collage of Public Administration, Central China Normal University, Wuhan 430079, China

Existing ecological footprint models lack criteria of ecological sustainability and status of ecological output for regions, we construct and integrate the above two criteria based on consumption-output account classification, ultimately propose an ecological footprint model suitable for open eco-economic system. To validate the proposed model, we take the Linxiang City as an example to conduct empirical analysis. The results are as follows. (1) The modified ecological footprint model is more comparable and complete than either the traditional ecological footprint model or existing ecological sustainability criteria for region. (2) The potential of ecological carrying capacity has been fully released in Linxiang City, with efficient output and exportable productive land. However, due to excessive land use intensity in some villages and towns, the quality of land has declined, which inhibits the improvement of output efficiency. (3) The degree of sustainable use of areas in the northern plains of Linxiang City is relatively high, while the ecological footprint of consumption in the urban areas has grown too fast where unsustainability appears gradually. (4) Linxiang City's cultivated land, grassland and waters are in a state of sustainable use, but due to blindly increasing output, there has been a drop in fertility of land, ecological imbalances and other issues.

ecological footprint model; consumption-output; open eco-economic system; ecological sustainability; status of ecological output

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.06.023

X24

A

1008-8873(2019)06-156-09

2018-12-02;

2019-01-16

国家自然科学基金资助项目(41201600,71774066)

陈章(1994—), 男, 湖北恩施人, 硕士研究生, 主要从事土地资源和可持续发展研究, E-mail: 1216318337@qq.com

刘艳中, 男, 博士, 教授, 主要从资源环境与区域可持续发展等研究, E-mail: Liuyanzhong@wust.edu.cn

陈章, 刘艳中, 孙荣泽, 等. 基于消费—产出账户分类的开放系统生态足迹研究及应用 [J]. 生态科学, 2019, 38(6): 156-164.

CHEN Zhang, LIU Yanzhong, SUN Rongze,et al. Ecological footprint accounting and application to open eco-economic system based on consumption-output account classification[J]. Ecological Science, 2019, 38(6): 156-164.