基于当地实际消费与产出的生态承载力分析——以湖南省临湘市为例

张冬良，郭 颖，王 屏，彭 真

（江西农业大学国土资源与环境学院，南昌 330045）

生态足迹能够衡量个人和整个区域在资源能源和环境方面的消耗状况。生态足迹又称生态占用，是指一定人口与经济规模条件下，维持资源消费和废物消纳所必需的生物生产面积；生态承载力则是一个区域所能提供给人类的生物生产性土地面积的总和。将一个国家或地区的资源、能源消费与自己所拥有的生态能力进行比较，可判断该地区的发展是否处于生态承载力范围之内，是否具有安全性。

中国作为最大的发展中国家，社会经济方面仍在高速发展，人们的资源消费需求和对自然环境的影响也在增大。面对日益严重的生态赤字，国内学者在不同区域尺度上进行了大量研究。张衍广等［1，2］、刘建伟［3］、李琳等［4］和刘东等［5］运用不同方法对中国生态足迹和生态承载力进行了测度和分析；王建事等［6］、吕洁华等［7］、邱寿丰等［8］、熊鹰［9］、高标等［10］和王禹锡等［11］则对不同省份的生态足迹和生态承载力进行了分析，涉及更具体城市的生态足迹和生态承载力分析的文章则更为广泛［12-19］。由于中国国土面积大，地域自然差异也很大，在计算区域，特别是具体到某一个城市时仍然采用全国平均的产量因子将导致生态承载力偏离当地的实际情况。对于生物资源丰富、社会经济水平发展较低的城市，推测应该不会出现严重的生态赤字，但是实际发现某些中西部的小城市也出现严重的生态赤字［14，16，17，20，21］。本研究通过临湘市居民的实际消费情况计算生态足迹，并通过当地各生物资源的实际产量计算获得当地的产量因子，从而计算当地的实际生态承载力，再进行生态承载力的供需平衡分析，这样更符合当地实际的研究结果，更利于政府部门采取针对性措施抑制居民的生态足迹和提升区域的总生态承载力。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

临湘市地处湖南省东北边陲，属于岳阳市所属的县级市。位于东经113°15′—113°45′、北纬29°10′—29°52′。西北襟带长江，与湖北省的监利市、洪湖市隔江相望。东南濒临幕阜山，与湖北省的通城县、崇阳县、赤壁市，以及湖南省的岳阳市市区毗连，是湘鄂两省交界之地。同时，北去武汉，南至长沙，均约170 km。

临湘市属北亚热带季风湿润气候区，气候湿润，由于春夏冷暖气流交替频繁，夏秋晴热少雨，秋寒偏早，温暖期长，严寒期短，四季分明，雨量充沛。

2018 年，临湘市地区生产总值达299.31 亿元，第一产业增加值33.28 亿元，第二产业增加值134.14亿元，第三产业增加值131.89 亿元。

1.2 数据来源

生物资源和能源的消费量数据来源于2010 年和2018 年《临湘市统计年鉴》《临湘市国民经济和社会发展统计公报》，污染物产生量数据来源于临湘市环境保护局和临湘市市容环境卫生管理局的环境统计年报，土地类型数据来源于临湘市国土资源局提供的土地利用类型数据。

1.3 计算方法

1.3.1 生态足迹 生态足迹的计算公式如下。

式中，i为消费商品和投入的类别；Pi为第i种消费商品的世界平均生产力；Ci为i种商品的人均消费量；ri为均衡因子；aai为i种商品折算的人均生物生产面积；N为人口数量；ef为人均生态足迹；EF为总的生态足迹。

1.3.2 生态承载力 生态承载力计算方法如下。

式中，EC为区域生态承载力；N为人口数；ec为人均生态承载力；aj为人均生物生产面积；rj为均衡因子；yj为产量因子。

1.3.3 生态盈亏 当一个地区的生态承载力大于生态足迹时，则产生生态盈余（ER）；生态承载力小于生态足迹时，则出现生态赤字（ED）。生态盈亏计算方法如下。

对可持续性的衡量，主要依据生态足迹和生态承载力差值。当区域内EF＞EC时，将出现生态赤字，其大小等于生态承载力减去生态足迹。生态赤字表明该地区人类对自然资源的消耗超过了生态承载力，生态安全受到胁迫，区域的发展模式处于相对不可持续状态。当区域内EF≤EC时，则产生生态盈余，表明该区域自然生态资源可以满足人类对资源的需求，地区内自然生态资源在一定的保护措施下可以得到增加，使得生态承载力供给扩大，区域生态系统处于安全状态，自然生态资源发展以及该区域的生产和消费模式具有相对可持续性。

2 临湘市生态足迹

2.1 生物资源消费账户生态足迹

在生态足迹计算中，各种物质消费按换算比例折算成相应的土地面积。生态足迹分析法将地球表面的生物生产性土地分为6 大类进行核算。临湘市生物资源消费情况如表1 所示。2009—2018 年，人均消费量在林地产品方面变化不一，其中，茶叶、油茶子、竹笋干、木材的增幅为7.75%～94.83%，板栗、水果的减幅在26%以内，而油桐子的消费量较为稳定；在耕地产品、草地产品和水域产品方面，除麻类和薯类产品消费量有所减少外，其余产品消费量增幅均较大，其中，对谷物、油料、奶制品的消费量增幅分别为72.13%、74.86%和93.94%。为使得计算结果可以与国内外其他地区进行对比，在计算中采用1993 年联合国粮食及农业组织计算的世界生物生产面积的平均水平进行折算。临湘市生物资源消费生态足迹如表1 所示，2009—2018 年，林地人均生态足迹变化幅度较小，仅为3.47%，耕地人均生态足迹增幅较大，达60.93%，主要源于谷物、油料类农产品消费的增加，而对肉、蛋、奶制品和水域产品消费的较快增长也导致草地产品和水域产品人均生态足迹的明显增加，增幅分别为19.10%和29.41%。

表1 临湘市2009、2018 年生物资源消费生态足迹

2.2 能源消耗账户生态足迹

能源消费的生态足迹是指能源生产及能源消费后吸收其所产生CO2所需的生态空间。Wackernagel等［22］所确定的煤、石油、天然气和水电的全球平均土地产出率（足迹）分别为55、93、93、1 000 GJ/hm2，据此可以将能源消费所消耗的热量折算成一定的化石能源土地。临湘市能源消费足迹如表2 所示，2009—2018 年，随着经济的快速发展，人均对各类能源的消费量和由此产生的生态足迹都明显增加，生态足迹平均增幅为29.02%，其中，在国家更加关注环境保护的形势下，对天然气和电力等清洁能源的消费增加更加明显，增幅分别为421.77% 和74.47%。

表2 临湘市2009、2018 年能源消费生态足迹

2.3 污染物生态足迹

在经济发展、城市化发展的进程中，产生的污染物质越来越多，用来直接或间接处理污染物质的土地就越来越多，这些污染物质对生态环境造成了不良影响，它们占用的生态足迹不容忽视，因此，在生态足迹计算时，需要考虑加入污染物生态足迹的计算。污染物质的排放类型大体分为三大类，即废水、废气和固体废弃物。计算污染物处理部分需要消耗的生态生产性土地面积和污染物未处理部分对生态生产性土地破坏的面积。各污染物生态足迹如表3所示，废气中SO2和烟粉尘的消纳能力分别为0.088 65、10.110 00 t/hm2［23］，废水的消纳能力为1.000 00 t/hm2［24］，固体废弃物的消纳能力为10.190 00 t/hm2［25］。2009—2018 年，经济发展、生活水平的提高导致废气中的烟粉尘和固体废弃物的总量大幅增加，相应的烟粉尘和固体废弃物产生的人均生态足迹也明显增加，增幅分别为76.30%和40.37%。

表3 临湘市污染物生态足迹

2.4 临湘市生态足迹分析

通过上述计算已经获得人均消耗各种生物资源和能源的生态足迹，由于各种土地资源的生产能力不同，总的生态足迹并不是将各项生态足迹进行简单相加，因此需要将临湘市各种生态生产性土地面积转化为可比较的生态生产性土地面积，这种转化需要通过乘以一个均衡因子来实现。均衡因子为某类生物生产面积的世界平均潜在生产力与全球各类生物生产面积的平均潜在生产力的比值。由于数据来源各异，采用的均衡因子也不同。为了使研究结果具有可比性，本研究采用全球足迹网络（GFN）2012 年发布的《国家生态足迹账户计算方法》（2010年版）公布的数据［26］。由表4 可知，2009—2018 年人们生活水平的快速提高，导致人均消耗的农产品、能源急剧增加，居住条件的改善也使得人均居住面积增加，由此导致人均生态足迹在耕地、化石能源用地和建筑用地等方面明显增加，增幅分别为60.93%、29.02%和64.01%。2009—2018 年，临湘市的人均生态足迹从1.240 392 ghm2（全球公顷）增加到1.675 334 ghm2，增幅为35.06%。

表4 临湘市人均生态足迹

3 生态承载力

3.1 临湘市产量因子

为使临湘市生态承载力更能体现实际水平，通过统计年鉴数据，计算临湘市实际产量水平，将计算结果与全球平均产量进行对比得出产量因子。考虑到临湘市草地资源较少，选取产量因子为0.19。2009 年其他类型土地产量因子的计算结果如表5 所示，除林地产量外，临湘市耕地和水域的实际产量远高于全球平均产量，主要是因为中国人口众多，人均耕地面积少，精耕细作使得单产更高，如谷物和瓜类的平均产量都是全球平均产量的5 倍以上，作为鱼米之乡的临湘市，水域产量更是达到全球平均水平的44.517 倍。2018 年的产量因子可以用同样的方法计算。

表5 临湘市2009 年各生物资源产量因子

3.2 临湘市生态承载力

根据世界与发展委员会报告《我们共同的未来》指出，生物并非人类所独有，人类应将生物生产土地面积的12%用于生物多样性的保护。因此，在计算生态承载力时，应从总数中扣除这一部分。临湘市2009 年和2018 年人均生态承载力如表6 所示，由于受中国农业技术的成熟稳定以及人口增加等因素的综合影响，2009—2018 年，临湘市的人均生态承载力减少了2.10%，变化幅度较小。

4 临湘市生态盈亏分析

比较所得的生态足迹与生态承载力，计算生态盈亏，为临湘市的可持续发展提供依据及参考。依据式（3），计算出临湘市2009、2018 年生态盈亏，如表7 所示。2009 年临湘市还有一定的生态盈余，人均生态盈余为0.413 603 ghm2，而2018 年则出现了生态赤字，人均生态盈余为-0.056 076 ghm2。生态足迹的增长表现为人类对化石能源、水域产品和耕地资源需求的增加，此趋势与社会经济发展的趋势一致。科技水平的提高使得水域产品和一些生物资源的单产提高，一定程度上弥补了减少的生态用地类型面积，所以临湘市区域总生态承载力出现了一定的提高，2009 年临湘市总生态承载力为843 819 ghm2，而2018 年则为878 219 ghm2，但是由于人口的增加，人均生态承载力呈下降趋势。

表7 临湘市2009、2018 年生态盈亏分析 （单位：ghm2）

近年来出现的生态赤字表明，长期以来对资源的过度使用和废弃物排放使得临湘市社会经济发展对资源的需求超过了区域的生态供给，随着社会经济的发展和城市化进程的加快，临湘市不可持续发展的状态将进一步加剧。

5 小结与讨论

随着社会的高速发展、技术和管理水平的提升，人均生态足迹和单位土地的生态承载力都处于不断上升过程中，关键点是协调两者处于一个和谐的动态平衡中。

1）随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，人们对资源能源的消耗和污染物排放都将进一步增加，临湘市人均生态足迹也将呈持续增长趋势。

2）采用当地实际的消费数据计算得出更贴近当地实际的生态足迹，利用当地各生物资源实际产量计算产量因子从而得出的生态承载力更贴近临湘市的实际情况。

3）临湘市2009 年尚存在一定的生态盈余，2018年则出现生态赤字，总体来看，情况要远好于全国平均水平。但同时也应该看到，这一方面是因为当地的社会经济发展水平相对较低造成的；另一方面，临湘市生态资源产量高于全国平均水平，特别是水域和耕地资源产量远高于全国平均水平。

4）控制人口增长，加强耕地和水域的保护，提高能源利用效率和减少污染物排放能有效减缓临湘市的区域生态赤字。