張 猛，秦建新，符 靜

（1.湖南師范大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖南 長沙 410000）

1 研究區(qū)概況

洞庭湖區(qū)地處長江中游荊江南岸，跨湘、鄂2省，囊括長江中下游的弱勢生態(tài)區(qū)域，本研究選擇的范圍位于湖南省行政區(qū)內(nèi)的洞庭湖區(qū)，為環(huán)繞洞庭湖水域的丘陵和沖擊平原地區(qū)，地處湖南省東北部涉及益陽市、岳陽市和常德市，共包括8個(gè)縣級單位、4個(gè)縣級市以及7個(gè)區(qū)。湖區(qū)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)較好，內(nèi)外交通便利，生態(tài)資源獨(dú)特，城鎮(zhèn)分布密集，具備潛在的發(fā)展空間。研究區(qū)域面積3.2萬km2，占湖南省面積的15%；研究區(qū)人口1 147.72萬，占全省的16.05%；GDP總量為3 858.34億元，占全省的比例為19.62%。

2 研究方法及生態(tài)承載力計(jì)算

2.1 生態(tài)足跡方法簡介

生態(tài)足跡指特定區(qū)域內(nèi)一定人口的自然資源消費(fèi)、能源消費(fèi)和吸納這些消費(fèi)產(chǎn)生的廢棄物所需要的生態(tài)生產(chǎn)性土地面積（包括陸地和水域），表明人類社會發(fā)展對環(huán)境造成的生態(tài)負(fù)荷。生態(tài)足跡越大，對環(huán)境的破壞越大。生態(tài)足跡方法的核心思想是通過比較一個(gè)地區(qū)的的生態(tài)承載力需求和供給的差距，來判斷該地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的狀況。生態(tài)足跡分析法用生物生產(chǎn)性土地的概念代表自然資本，并為各類自然資本在全球尺度上的比較提供了一個(gè)統(tǒng)一的度量標(biāo)準(zhǔn)，即全球gha，利用這一均衡后的面積單位度量生態(tài)足跡和生態(tài)承載力，實(shí)現(xiàn)了不同地區(qū)、不同類型土地的生態(tài)足跡與生態(tài)承載力的可加與可比性。

生態(tài)承載力模型：

其中，ECC為區(qū)域總的生態(tài)承載力；N為總?cè)丝跀?shù)；ecc為人均生態(tài)承載力；aj為實(shí)際人均占有的第j類生物生產(chǎn)土地的面積；rj為均衡因子；yj為產(chǎn)量因子?？偵鷳B(tài)承載力為各類土地生態(tài)承載力之和。生態(tài)承載力模型的來源及具體使用方法可參考相關(guān)文獻(xiàn)。

2.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源及處理

以1993年、2000年、2008年3期Landsat TM 遙感影像（分辨率為30 m）為數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)獲取均為枯水期（11月至第2年2月），參照生態(tài)足跡模型的生物生產(chǎn)土地分類，將以上3期土地利用/覆被數(shù)據(jù)劃分為6種主要類型：水域、草地、耕地、林地、建設(shè)用地和未利用地，利用遙感影像處理軟件ENVI4.8,對遙感影像進(jìn)行預(yù)處理和人機(jī)交互解譯，并通過ArcGIS軟件獲得3期比例尺為1︰50萬的洞庭湖區(qū)土地利用/覆被類型圖，并進(jìn)行了野外抽樣驗(yàn)證，3期土地利用數(shù)據(jù)分類總體精度達(dá)到90%。為了便于對跨年度的生態(tài)承載力數(shù)值進(jìn)行對比。在生態(tài)承載力的計(jì)算中，均衡因子和產(chǎn)量因子是影響計(jì)算結(jié)果的2個(gè)關(guān)鍵因素。本文統(tǒng)一采用Wachernagel在《國家生態(tài)足跡》報(bào)告中公布的中國各類土地生態(tài)承載力的“均衡因子”和“產(chǎn)量因子”。均衡因子表示不同區(qū)域不同類型土地潛在的生產(chǎn)力之比，均衡因子分別取值為：水域0.2、草地0.5、耕地2.8、林地1.1、建設(shè)用地2.8。產(chǎn)量因子即某個(gè)國家或地區(qū)某類土地的平均生產(chǎn)力與世界同類土地的平均生產(chǎn)力的比率。產(chǎn)量因子分別取：水域1.0、草地0.19、耕地1.66、林地0.91、建設(shè)用地1.66。未利用地因其生產(chǎn)力極低，故均衡因子和產(chǎn)量因子均賦值為0。社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)主要來源于《湖南省統(tǒng)計(jì)年鑒》，主要是人口數(shù)據(jù)。

2.3 生態(tài)承載力計(jì)算

根據(jù)3期洞庭湖區(qū)土地利用/覆被類型圖，結(jié)合生態(tài)承載模型計(jì)算出湖區(qū)3 a的人均生態(tài)承載力如表1。

表1 洞庭湖區(qū)人均生態(tài)承載力/gha

生態(tài)承載力絕對值：將洞庭湖區(qū)土地利用圖的屬性表與生態(tài)足跡的均衡因子、產(chǎn)量因子、土地利用類型相關(guān)聯(lián)，得到 3期基于圖斑尺度的洞庭湖區(qū)生態(tài)承載力空間分布圖，如圖1所示。由于每個(gè)圖斑包含土地類型和對應(yīng)的生態(tài)因子屬性，并無行政區(qū)劃屬性，計(jì)算時(shí)未考慮圖斑面積大小的影響，因此每個(gè)土地利用圖斑的值為均衡因子和產(chǎn)量因子之積，稱為“生態(tài)承載力絕對值”，用于表示生態(tài)承載力在圖斑尺度上由于土地利用變化所導(dǎo)致的區(qū)域差異。

湖區(qū)各市、縣總生態(tài)承載力值：將洞庭湖區(qū)行政區(qū)劃圖與生態(tài)承載力絕對值圖相疊加，并按行政單元統(tǒng)計(jì)各市、縣總生態(tài)承載力值以及人均生態(tài)承載力值，制作各市、縣總生態(tài)承載力及人均生態(tài)承載力空間分布圖（圖2、圖3）用于分析其占整個(gè)研究區(qū)生態(tài)承載力的比重及其變化。

圖1 洞庭湖區(qū)生態(tài)承載力（絕對值）空間分布圖

圖2 洞庭湖區(qū)各縣、市總生態(tài)承載力空間分布圖/gha

圖3 洞庭湖區(qū)各縣、市人均生態(tài)承載力空間分布圖/gha

3 洞庭湖區(qū)生態(tài)承載力時(shí)空分析

3.1 洞庭湖區(qū)生態(tài)承載力時(shí)間分析

表1表明，洞庭湖區(qū)人均生態(tài)承載力整體呈下降趨勢。從圖1也可以看出，隨著時(shí)間的推移，在近15 a間整個(gè)洞庭湖區(qū)生態(tài)承載力（絕對值）色度呈變淡趨勢，說明湖區(qū)及其內(nèi)部大部分地區(qū)的生態(tài)承載力呈下降趨勢。2000年人均生態(tài)承載力與1993年相比降低了10.8%，2008年與2000年相比降低了8.6%。由此可以看出，洞庭湖區(qū)人均生態(tài)承載力在1993～2000年這一時(shí)期的變化較2000～2008年這一時(shí)期大，因耕地生態(tài)承載力的比例最高，耕地面積的減少導(dǎo)致了生態(tài)承載力的下降。1998年洪水以后，整個(gè)洞庭湖區(qū)實(shí)施“退田還湖，退耕還林”的國家政策，減輕了湖區(qū)濕地資源的壓力，濕地生態(tài)環(huán)境在一定程度上得到恢復(fù)，對保護(hù)湖區(qū)生態(tài)環(huán)境起到了非常積極的作用。

比較1993～2008年湖區(qū)各縣、市總生態(tài)承載力以及人均生態(tài)承載力變化情況，湖區(qū)大部分縣、市都有不同程度的下降，其中下降幅度較大的是岳陽市、常德市、安鄉(xiāng)縣、津市市、澧縣、臨澧縣、南縣，下降幅度較小甚至出現(xiàn)正增長的有華容縣、岳陽縣、臨湘市、汨羅市、湘陰縣。

3.2 洞庭湖區(qū)生態(tài)承載力空間動態(tài)分析

利用GIS空間分析技術(shù)，基于圖斑對研究區(qū)生態(tài)承載力的整體以及基于縣域?qū)ρ芯繀^(qū)各縣域生態(tài)承載力，兩級空間尺度較全面地分析湖區(qū)內(nèi)部生態(tài)承載力的分布狀況和變化規(guī)律。

3.2.1 基于圖斑尺度的區(qū)域生態(tài)承載力空間分析

由圖斑尺度的生態(tài)承載力（絕對值）空間分布圖（圖1）可以看出，洞庭湖區(qū)生態(tài)承載力表現(xiàn)為較不均勻的分布狀態(tài)，整體呈四周高、中間低的“盆地形”，并呈現(xiàn)東西兩側(cè)明顯的變化。由于洞庭湖的存在，水體及泥沙灘地相對較多，故研究區(qū)中間部分的生態(tài)承載力相對較小，洞庭湖四周多耕地及林地，從而生態(tài)承載力較研究區(qū)中部大，各市區(qū)內(nèi)部生態(tài)承載力也呈不均勻分布。

洞庭湖區(qū)生態(tài)承載力的空間分布與各縣、市的土地利用方式以及土地生產(chǎn)力具有明顯的空間關(guān)聯(lián)性，呈現(xiàn)耕地和建設(shè)用地相對集中的地區(qū)生態(tài)承載力較高，林地次之，水域和草地又次之，未利用地最低的分布規(guī)律。如1993年總生態(tài)承載力最高的常德市，其水域、耕地、林地、建設(shè)用地、草地、未利用地的面積分別為：129.07 km2，1 132.18 km2，553.39 km2，116.65 km2，410.61 km2，337.12 km2，因未利用地的產(chǎn)量因子和均衡因子均為0可以忽略不計(jì)，其耕地面積和建設(shè)用地面積占其他4種土地類型面積和的53.53%，相對于總生態(tài)承載力最低的臨湘市，其耕地面積和建設(shè)用地面積占其他5種土地類型面積的3.44%。

3.2.2 基于縣級行政區(qū)的生態(tài)承載力空間分析

從洞庭湖區(qū)各縣、市總生態(tài)承載力（圖2）、人均生態(tài)承載力（圖3）等指標(biāo)的空間分布圖可以看出各相關(guān)指標(biāo)的空間分布格局。

圖2顯示，洞庭湖區(qū)各市、縣總生態(tài)承載力的空間分布不均勻，各縣之間沒有明顯的過渡帶。常德市的總生態(tài)承載力比較高，津市市的總生態(tài)承載力較低，湖區(qū)中間大部分縣、市總生態(tài)承載力相對穩(wěn)定。由于各縣、市所管轄的土地面積大小無規(guī)律可循，因此無法通過比較總生態(tài)承載力的大小說明各縣、市之間生態(tài)承載力狀況的等級或優(yōu)劣。

臨澧縣、安鄉(xiāng)縣、沅江市等縣、市的人均生態(tài)承載力明顯較高，尤其是安鄉(xiāng)縣（圖3）。岳陽市、臨湘市、常德市、益陽市等縣、市的人均生態(tài)承載力較低，尤其是岳陽市。相對而言，人口稠密的縣、市人均生態(tài)承載力較小。

4 結(jié) 語

本文基于生態(tài)足跡方法，利用遙感與GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)了生態(tài)承載力定量評價(jià)，描述洞庭湖區(qū)生態(tài)承載力的空間分布格局，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)生態(tài)足跡方法僅用社會統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算生態(tài)承載力的缺陷，以及在生態(tài)承載力空間格局分析方面的不足。通過分析湖區(qū)的動態(tài)變化和空間分異情況，對研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略有一定的指導(dǎo)作用。

[1]蔡海生，朱德海，張學(xué)玲.鄱陽湖自然保護(hù)區(qū)生態(tài)承載力[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2007,27(11)：4 751-4 757

[2]岳東霞，馬金輝，鞏杰.中國西北地區(qū)基于GIS的生態(tài)承載力定量評價(jià)與空間格局[J].蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)，2009,45(6)：68-75

[3]徐中民，程國棟，張志強(qiáng).生態(tài)足跡方法:可持續(xù)性定量研究的新方法——以張掖地區(qū)1995年的生態(tài)足跡計(jì)算為例[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2001,21(9):1 484-1 493

[4]Lieth H F H.Modeling the Primary Productivity of the World [J].Nature and Resources.1972,8(2):5

[5]Odum H T.Environmental Accounting: Energy and Environmental Decision Making [M].New York: John Wiley and Sous,1996

[6]Rees W E.Ecological Footprint and Appropriated Carrying Capacity: What Urban Economics Leaves Out [J].Environ Urbanization,1992,4(2):121-130

[7]高吉喜.可持續(xù)發(fā)展理論探索:生態(tài)承載力理論、方法與應(yīng)用[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2001

[8]岳東霞,杜軍,劉俊艷.基于RS和轉(zhuǎn)移矩陣的涇河流域生態(tài)承載力時(shí)空動態(tài)評價(jià)[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2011,31(9)：2 550-2 558

[9]Rees W E.Wackernagel M.Ecological Footprints and Appropriated Carrying Capacity: Measuring the Natural Capital Requirements of the Human Economy[M].Washington DC:Island Press, 1994

[10]Wackernagel M,Onisto L, Linares A C, et al.Ecological Footprints of Nations: How Much Nature do They Use? How Much Nature do They Have?[C].Commissioned by the Earth Council for the Rioc Forum, Toronto, 1997

[11]徐中民,程國棟,邱國玉.可持續(xù)性評價(jià)的ImPACTS等式[J].地理學(xué)報(bào),2005, 60(2) : 198-208

[12]熊德國，鮮學(xué)福.生態(tài)足跡理論在區(qū)域可持續(xù)發(fā)展評價(jià)中的應(yīng)用及改進(jìn)[J].地理科學(xué)進(jìn)展，2003,22(6):28-32

[13]孫占東,黃群,姜加虎.洞庭湖主要生態(tài)環(huán)境問題變化分析[J].長江流域資源與環(huán)境,2011,20(9):1 108-1 112

[14]熊建新,陳端呂,謝雪梅.基于狀態(tài)空間法的洞庭湖區(qū)生態(tài)承載力綜合評價(jià)研究[J].經(jīng)濟(jì)地理,2012,32(11):138-142

[15]Yue D X, Xu X F, Hui C, et al.Biocapacity Supply and Demand in Northwestern China-a Spatial Appraisal of Sustainability[J].Ecological Economics, 2011,70(5):988-994