岳阳市耕地足迹与经济脱钩分析及预测研究

尹伟特，张亚丽，杨贤均

（1.武冈市城市管理和综合执法局，湖南 武冈 422400；2.中南林业科技大学，长沙 410004；3.邵阳学院城乡建设学院，湖南 邵阳 422000）

中国正处在耕地资源结构性短缺问题严峻，建设用地不断扩张的发展阶段，建设用地和耕地等用地类型占比难以达到平衡，特别是依靠土地资源优势快速崛起的中部城市，很容易陷入“资源诅咒”危机［1］，导致发展不可持续。《2019年全国耕地质量等级情况公报》显示，评级为三等以下的耕地资源占据耕地总量的68.76%，未来耕地质量建设和保护仍然关乎着人民群众的民生福祉，是城市发展需要重点考虑的因素。生态足迹测算模型是辅助政府、机构决策的资源核算工具［2］，能够清晰明了地评估自然资本的利用强度，经Niccolucci等［3］进一步完善后，加强了自然资本存量和流量之间利用强度的比较能力，增进了对自然资本利用效率在时空变化上的解释力［4］。脱钩模型则是目前较为可靠的、能够评判地区经济发展与资源消耗之间关联程度的工具［5］，通过生态足迹测算模型和脱钩模型相结合，能够从经济发展层面判断耕地开发利用的可持续情况，从而起到警示以及推动地区相关优化策略的实施，对未来耕地高质量建设和保护起到积极意义。

以岳阳市耕地为研究对象，分别通过生态足迹模型、Tapio脱钩模型和灰色预测模型对该区域的耕地生态足迹动态变化、与经济的脱钩关系以及未来的脱钩情况进行定量研究，这对岳阳市未来的耕地发展能够提供可靠的理论支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区域

岳阳市位于湖南省北端，北纬28°25′31.65″—29°51′6.23″，东经112°18′33.13″—114°09′11.64″，该地区江湖交汇，路网纵横，资源禀赋优越，岳阳市作为长江经济带重要的港口城市、长株潭城市群的中坚力量，既肩负着经济驱动的任务，又承担着洞庭湖生态功能保护的重要使命。尤其是“十三五”以来，岳阳市作为湖南省重要的农产品供应区，耕地保护面积达3 542 km2，粮食产量超过320万t，已建成55个省级现代化农业产业园，农产品供应水平不断提高。至此，耕地高质量开发和保护是实现岳阳市农业又好又快发展的必由途径。

1.2 数据来源

研究模型计算所需数据均采集于1999—2019年《岳阳市统计年鉴》；因不涉及空间比较，均衡因子、产量因子直接采用刘某承等［6，7］的计算结果，分别为1.74、1.43；对于数据缺失的情况，在参考《湖南省统计年鉴》《岳阳市国民经济与社会发展统计公报》的基础上，通过相邻年均值求出；农业污染数据有较多缺失，因此不考虑污染项目。

1.3 研究方法

1.3.1 三维生态足迹模型 生态足迹（E F）测算采用了三维生态足迹模型，目的在于区分耕地在被占用或消耗的过程中，自然资本流量和存量的差异情况［8］。但二维生态足迹模型仅限于单位年份的自然资本流量研究，不适宜评估长时间跨度的自然资本利用强度［9］，Niccolucci等［3］基于二维生态足迹模型建立了三维生态足迹模型，弥补了二维生态足迹模型的不足。其中，足迹深度（E F dept h）具体指的是一定区域内一年所消耗的自然资本需要多少年才能再生，足迹广度（E F s iz e）具体指的是对自然资本流量的占用程度［10］，具体计算公式（包括二维生态足迹模型公式）如下。

式中，E C为生态承载力，E Fdep th原始值设为1，增减量由E F与E C的差值决定，当E F＞E C时，自然资本流量不能满足消费量，E Fdepth＞1；当E F≤E C时，自然资本流量满足消费量后仍有剩余，E Fdep th=1；E Fsi ze取值范围由区域内的生态承载力大小所限定；E F3D为三维生态足迹总量。

式中，N为常住人口数；ef为耕地人均生态足迹量，ec为耕地人均生态承载力；rj为耕地均衡因子，yj为耕地产量因子；ci为耕地中第i项消耗项目的人均消费量，pi为耕地中第i种消耗项目的人均消费量，Aj为人均耕地面积；E F2D为二维生态足迹。

1.3.2 Tapio脱钩模型 弹性脱钩模型（Tapio）是经由经济合作与发展组织（OECD）所改良而来的分析环境变量与经济变量之间阻断关系的经典模型。细分的脱钩类型划分能够较为准确地分辨环境压力与经济变化之间的脱钩情况［11］。该模型假设在正常发展中，两个变量不为零，然后通过对两个变量变化率之间的关系特征进行细分，最终判断脱钩状态。以本研究为例，该模型的判断结果取决于ΔE F、ΔG F P和ei3项数值的变化方向，且判断结果不是绝对结果，仅代表相对情况下的发展趋势，具体公式如下。

式中，Ei为第i年脱钩弹性系数；ΔE F为生态足迹变量；ΔG F P为农业生产总值变量；E Fi为第i年生态足迹；G F Pi为第i年农业生产总值。根据Tapio研究成果制作脱钩评价情况，如表1所示。

表1 脱钩评价情况

1.3.3 GM（1，1）灰色预测模型 当预测对象既含有已知信息又存在非确定信息，且对象的变化过程与时间存在关系时，GM（1，1）灰色预测模型是十分有效的预测工具［12］。该模型有着对样本需求量少、建模过程所需信息少、中短期预测结果比较准确的特点［13］，适用于本次研究。

式中，a为发展灰数；u为内生控制灰数；t为时间序列；e为自然常数；X（0）为原始序列；X（1）为一次累加后得到的序列；X（1）（t）为累加预测值；X（K）（t）为实际预测值；计算累减结果为预测值；模型检验用相对残差检验法，所有|ε（t）|＜0.1，为较高准确度，|ε（t）|＜0.2，为一般准确度。

2 结果与分析

2.1 岳阳市耕地足迹动态变化分析

如图1所示，岳阳市人均生态足迹和人均生态赤字变化较小。1999—2019年人均生态足迹变化趋势总体上可分为4个阶段，1999—2005年为平稳期，人均足迹保持在0.793 hm2/人；2005—2006年为下降期，下降幅度为28%；2006—2014年为上升阶段，上涨幅度为67%；2014—2019年为下降期，下降幅度为3.4%。从整个阶段来看，岳阳市属于经济快速增长的趋势，人口不断增长，城镇化程度日益提高，导致人均生态足迹持续呈上涨状态，该时期岳阳市的足迹变化曲线没有达到环境库兹涅曲线的发展“拐点”。分时期来看，2005—2006年出现下跌状态，这与岳阳市2005年进行土地利用总体规划调整有一定关系。2006年以后，人均生态足迹出现显著增长，到2014年达到研究时段峰值，造成此变化的主要原因是该时期岳阳市经济运行存在结构性、素质性问题，经济增长方式粗放，经济增长和资源短缺的矛盾加深。到2015年，开始出现下跌趋势，说明在经历粗放式发展模式后，岳阳市政府积极推进生态文明建设，着实开展节能减排政策，提高单位耕地利用效率，这与“十三五”规划的要求是一致的。但整体上来考量，人均生态赤字水平较高，在耕地资源有限的情况下，未来“十四五”规划中，农业产业结构调整、耕地利用水平加强提升仍然是发展的基本要求。

图1 岳阳市耕地足迹变化

如图2所示，岳阳市足迹深度总体表现为先增大后减小再增大的趋势，并在2012年达到峰值，暂未接近环境库兹涅茨曲线的“拐点”，证明岳阳市还处于以消耗自然资本存量为代价换取经济发展的模式。1999—2004年，足迹深度增大说明岳阳市过度消耗耕地自然资本存量，耕地资源压力上升；2004—2005年，足迹深度下降说明自然资本存量消耗的势头得到了遏制；2005—2019年，特别是2010—2011年，足迹深度出现跨越式增长，足迹深度为存量自然深度（自然深度为1）的6.2倍，意味着2004—2005年的足迹深度减小并不是绿色发展的成果，岳阳市及消费市场对岳阳市耕地自然资本的需求超过供给，自然资本的流量无法满足其维持发展的需求，就地消耗存量或“异地占用”资本存量是弥补自然资本流量不足的主要途径。研究期间，岳阳市人均足迹广度虽保持着增长趋势，但总体水平较低，与足迹深度保持着40～42倍的差距，说明岳阳市农业发展一方面存在着严重的供需矛盾，另一方面岳阳市的农产品长期依赖消耗自然资本或外部引进，存有农产品供应安全隐患，易受外界不确定因素的影响。

图2 岳阳市耕地足迹深度和广度变化

2.2 岳阳市生态足迹与农业总产值脱钩分析

岳阳市耕地的足迹增长压力与农产值（GFP）增长的脱钩关系总体上处于较好水平，生态足迹与GFP之间出现弱脱钩、强脱钩、增长连接、增长负脱钩、弱负脱钩的频率分别为60%、20%、10%、5%、5%。由图1和表2可知，1999—2005年是岳阳市耕地生态足迹的平稳期，足迹增长相比经济增长较为缓慢，出现持续性的弱脱钩状态，这与经济发展水平不高有一定的关系；2005—2006年人均足迹的突然下降致使出现强脱钩状态；2006—2009年出现波动性变化，足迹与经济发展关联度提升，足迹变化量高出历史水准；2009—2019年弱脱钩状态开始占据主导，同时强脱钩状态开始与弱脱钩交替出现，原因是岳阳市农业发展开始转型，耕地利用效率上升，生态环境的边际效应开始起作用。

表2 岳阳市耕地不同时期脱钩指数

2.3 岳阳市耕地足迹与农业总产值脱钩预测

为促进岳阳市耕地得到高质量的保护和利用，提高耕地发展规划前瞻性，以1999—2019年的生态足迹和GFP数据为样本，运用Excel软件，建立GM（1，1）灰色预测模型，对2020—2025年岳阳市的生态足迹和GFP进行预测，预测模型如下。

式中，δ指相对误差值；L指实际观测值；ε^指残差值。对生态足迹预测模型进行检验，拟合结果表明，预测模型的残差值均小于0.1，符合预测要求，具体检验情况见表3。

表3 预测检验情况

结合生态足迹预测模型和检验方法，确定GFP预测模型，预测模型的残差值均小于0.1，符合预测要求，模型如下。

两项模型预测结果（表4）显示，2020—2025年随着农业总产值的提高，岳阳市人均生态足迹保持年均1.65%的小幅度上升趋势，说明以消耗自然资本存量为代价的耕地发展模型仍可能保持一段时间。从脱钩状态来看，预测结果没有表现出岳阳市将延续2014—2019年的强、弱脱钩交替状态，弱脱钩状态为未来五年的主要状态。同时，脱钩指数虽然较小，但突破阈值达到强脱钩状态还有一定差距，仍然需要保持关注。

表4 岳阳市耕地生态足迹与GFP脱钩预测

3 小结

本研究基于岳阳市1999—2019年的耕地生产数据，计算并分析了岳阳市耕地生态足迹动态变化、足迹与农业总产值（GFP）脱钩关系及未来五年预测结果，得出的主要结论如下。

1）岳阳市耕地人均生态足迹仍然保持较高的水准。岳阳市人均生态足迹自1999年以来，一直处于扩张期，且足迹水平与生态承载力差距持续拉大，其中人均生态足迹峰值达0.99 hm2/人，生态赤字水平达0.833 hm2/人；生态足迹深度和广度均呈上升趋势，其中足迹深度一度达6.3，意味着耕地自然资本存量的利用程度是流量的6.3倍，而足迹广度一直保持在相对较低的水平（0.100～0.157）。

2）岳阳市耕地生态足迹与农产值脱钩情况总体上比较乐观。岳阳市耕地足迹与农产值脱钩状态以弱脱钩为主，出现频率为60%，强脱钩也有20%的出现频率，耕地发展处于产业发展、资源压力逐步上升的状态，说明压力是可控的。但是脱钩系数和足迹变化量的多次波动说明了仍需持谨慎态度，且从预测结果来看，未来的人均生态足迹将得到进一步增长，脱钩状态由2014—2019年的强、弱脱钩交替转为以弱脱钩为主，说明未来在“十四五”期间，岳阳市需要保持生态文明建设定力，严格制定生态文明建设策略，严守耕地生态红线，稳步提高耕地开发利用的科技含量，着实提高耕地生态承载力。