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(1.湖北民族學院 生物科學與技術學院，湖北 恩施 445000；2.湖北民族學院 林學與園藝學院，湖北 恩施 445000)

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基于生態(tài)足跡模型的恩施州可持續(xù)發(fā)展評價

常勝1，繩志忠2

(1.湖北民族學院 生物科學與技術學院，湖北 恩施 445000；2.湖北民族學院 林學與園藝學院，湖北 恩施 445000)

摘要：生態(tài)足跡是研究可持續(xù)發(fā)展的重要工具.通過建立生態(tài)足跡模型，對恩施州1990、2000、2010年三個時間點的生態(tài)足跡指標進行分析，了解恩施州生態(tài)足跡數(shù)量變化、生態(tài)承載力變化、生態(tài)盈余(赤字)趨勢，最后聯(lián)合本地區(qū)的經濟經行分析，發(fā)現(xiàn)恩施州的經濟發(fā)展是不可持續(xù)的.

關鍵詞：生態(tài)足跡；生態(tài)承載力；可持續(xù)發(fā)展

經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境之間的協(xié)調問題是全世界很多國家共同面臨的重要課題，建立科學有效的監(jiān)控機制對于解決這一難題很有必要性.在中國過去幾十年，高消耗低輸出、只注重數(shù)量不關注質量的粗放發(fā)展模式，沒有真正的解決發(fā)展問題同時對生態(tài)環(huán)境也是一種很大的傷害.如何根據(jù)各地區(qū)的實際情況因地制宜，建立能夠隨時監(jiān)控經濟發(fā)展與環(huán)境承載力匹配機制是未來各政府應著力思考和關注的地方.

加拿大生態(tài)經濟學家Willam Rees，1992年提出了生態(tài)足跡的方法[1]，該方法把按照某一種生活方式所消費的，自然生態(tài)系統(tǒng)提供的，各種商品和服務功能，以及在這一過程中所產生的廢棄物需要環(huán)境(生態(tài)系統(tǒng)) 吸納生態(tài)足跡，并以生物生產性土地(或水域) 面積來表示的一種可操作的定量方法折合成為全球統(tǒng)一的、具有生產力的地域面積，即生態(tài)足跡.通過計算區(qū)域生態(tài)足跡總供給與總需求之間的差值——生態(tài)赤字或生態(tài)盈余，準確地反映了不同區(qū)域對于全球生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀的貢獻.生態(tài)足跡既能夠反映出個人或地區(qū)的資源消耗強度，又能夠反映出區(qū)域的資源供給能力和資源消耗總量，也揭示了人類持續(xù)生存的生態(tài)閾值.它通過相同的單位比較人類的需求和自然界的供給，使可持續(xù)發(fā)展的衡量真正具有區(qū)域可比性，評估的結果清楚地表明在所分析的每一個時空尺度上，人類對生物圈所施加的加壓及其量級.在國內，1999 年徐中民率先開展生態(tài)足跡核算，隨后這一方法受到熱烈響應[2-5]，并迅速擴散.2001年中國學者首次核算了中國的生態(tài)足跡與生物承載力[6]，并開展省際尺度上的時間序列研究.2004年，中國21 世紀議程管理中心發(fā)表了1980—2000 年中國及其各省份的生態(tài)足跡的時間序列變化結果：從1980年到2000年,我國的人均生態(tài)足跡由0.188 5 hm2增加至1.125 8 hm2,人均生態(tài)赤字由0.127 hm2增加到了0.155 hm2,呈持續(xù)增加態(tài)勢,說明我國已長時間處于大范圍生態(tài)透支狀態(tài)[7-13].

恩施州位于湖北省西南部，山區(qū)面積廣森林覆蓋率大，是全國生態(tài)保護的重要基地，研究和監(jiān)控經濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調問題在恩施州顯得尤為重要，通過檢測獲得本州內居民消費等生活生產消費數(shù)據(jù)，建立生態(tài)足跡模型分析生態(tài)承載力的方法是一種簡便而有效的嘗試.

1研究區(qū)簡介

恩施州位于湖北省西南部，地處湘、鄂、渝三省(市)交匯處，位于東經108°23′12″～110°38′08″、北緯29°07′10″～31°24′13″.西連重慶市黔江區(qū)，北鄰重慶市萬州區(qū)，南面與湖南湘西土家族苗族自治州接壤，東北端連本省神農架林區(qū)，東面與本省宜昌市為鄰.恩施州國土總面積24 111 km2，總人口約403.25萬人，森林覆蓋率近70%.恩施州境內地形以山區(qū)為主，喀斯特地貌發(fā)育，溶洞溶洼眾多，屬亞熱帶季風性山地濕潤氣候，冬少嚴寒，夏無酷暑，雨量充沛，四季分明，境內年均氣溫16.2 ℃，年平均降水量1 600 mm.

2研究方法

式中：EF表示總的生態(tài)足跡，單位為hm2；ef表示人均生態(tài)足跡；N表示人口數(shù)；ai表示人均消耗的第i種資源占用的生物生產性土地面積,單位為hm2；ci表示第i種資源的人均消費量；pi表示第i種資源的全球平均生產能力.

在計算中，由于人類使用的6種生物生產性土地的生產力大小不同，需采用均衡因子將各類生物生產性土地調整為等價生產力的土地面積，匯總后得到均衡面積.根據(jù)WWF2004年的生態(tài)足跡報告，耕地、林地、草地、水域、建設用地和化石能源地的均衡因子分別為2.19、1.38、0.48、0.36、2.19和1.38.

2)計算生態(tài)承載.生態(tài)承載即一個區(qū)域所能夠提供的生物生產性土地面積，在數(shù)值上等于這個區(qū)域能夠提供資源或消納廢物的生物生產性土地面積的總和.其計算公式為：

(1)

式中：EC表示區(qū)域生態(tài)承載；ec表示人均生態(tài)承載；aj表示區(qū)域可提供的第j種生物生產性土地人均面積；rj表示均衡因子；yi表示產量因子.

不同國家和地區(qū)，同類生物生產性土地的生產力不同，因而各國各地區(qū)同類生產性土地的實際面積是不能直接進行對比的.產量因子就是將各國各地區(qū)同類生產性土地轉化為可比面積的參數(shù)，是一個國家或地區(qū)某類土地的平均生產力與世界同類土地的平均生產力的比值.

3) 計算生態(tài)盈余(赤字).生態(tài)盈余的計算公式為：ES=EF-EC;es=ef-ec.

式中：ES表示區(qū)域總生態(tài)盈余；es表示人均生態(tài)盈余.ES(es)>0,區(qū)域呈現(xiàn)生態(tài)盈余；ES(es)<0,表示出現(xiàn)生態(tài)赤字.

4)生態(tài)足跡多樣性指數(shù)與區(qū)域發(fā)展能力.多樣性理論被廣泛運用于探討系統(tǒng)結構與系統(tǒng)所表現(xiàn)出來的功能大小之間的關系.無論是生態(tài)系統(tǒng),還是經濟系統(tǒng),多樣性都與效益改進、生產力和產出密切相關,而且反映系統(tǒng)的進化演替過程,因而具有重要的研究意義.Ulanowicz[8]的研究表明,多樣性與發(fā)展能力相關.

徐中民[3]在測算中國及各省(區(qū)市) 1999年生態(tài)足跡的基礎上,將生態(tài)足跡計算中不同土地類型面積作為測算生態(tài)經濟系統(tǒng)多樣性的指標,并采用Ulanowicz的發(fā)展能力公式分析了29個省(區(qū)市) 的發(fā)展能力，并將各省(區(qū)市)的發(fā)展能力與人均GDP進行相關分析，發(fā)現(xiàn)二者之間存在較大的正相關，相關系數(shù)達到0.63，說明基于生態(tài)足跡的發(fā)展能力指標可以較好的反映生態(tài)經濟的發(fā)展狀況.

生態(tài)足跡的多樣性指數(shù)采用Shannon-weaver公式計算：H=-∑(PilnPi).

式中：H表示生態(tài)足跡多樣性指數(shù)；Pi表示第i種類型的生態(tài)足跡在總生態(tài)足跡中的比例.

發(fā)展能力指標按Ulanowicz公式計算：D=EF×H.

式中：D表示發(fā)展能力,H表示生態(tài)足跡多樣性指數(shù).

3結果分析

收集研究區(qū)1990、2000、2010年統(tǒng)計年鑒，查找區(qū)域人口消費數(shù)據(jù)和土地資源情況，根據(jù)以上方法計算得到恩施州生態(tài)足跡情況如表1～2.

圖1　主要資源消費項目生態(tài)足跡變化Fig.1　Main resources consumption ecological footprint change

消費項目全球平均產量/kg·(hm2)-11990人均消費/kgEF2000人均消費/kgEF2010人均消費/kgEF糧食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麻類15000.0292373240.0000194920.0176738180.0000117830.0045270710.000003018糖類180000.8347952000.0000463780.7901533920.0000438970.0777147150.000004317煙葉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茶葉5661.7269512430.0030511510.5000000000.00088339211.5950857140.020486017豬肉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水產290.4825550640.0166398301.3053560700.0450122781.5449886460.053275471能源消費(取同期湖北省人均消耗量計算)標煤0.3805454551.2623140960.4803678911.3644863990.5192490972.3533423930.895553751

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

表2　恩施州1990年、2000年、2010年生態(tài)足跡匯總表　單位：hm2

1)生態(tài)足跡數(shù)量變化分析.恩施州1990年、2000年、2010年生態(tài)足跡細目表和匯總表見表1～2，主要資源消費項目的生態(tài)足跡變化見圖1.

從1990年到2000年再到2010年，區(qū)域人均生態(tài)足跡總體呈上升態(tài)勢，1990年人均生態(tài)足跡為1.25 hm2，2000年為1.47 hm2，2010年上升為2.22 hm2.兩個時段相比較，2000以后人均生態(tài)足跡上升速度更快.

從主要消費項目生態(tài)足跡上看(圖2a)，以能源消費的生態(tài)足跡所占比例最大，且總體上呈上升態(tài)勢；其次是糧食消費所占的生態(tài)足跡，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較大；豬肉消費的生態(tài)足跡所占比重在1990年到2000年期間上緩慢，2000年后上升幅度增大.其所占比例緩慢上升，2000后其所占比例上升幅度較大；蔬菜消費則較為穩(wěn)定.

將消費項目按生物性產品和能源歸類，加上野生動植物保護用地，得到歸類生態(tài)足跡的構成及其變動狀況：1990年生物性產品消費的生態(tài)足跡為0.433 hm2，占人均生態(tài)足跡的34.76%，能源消費的生態(tài)足跡為0.663 hm2，占人均生態(tài)足跡的53.24%；2000年，生物性產品消費的生態(tài)足跡為0.574 hm2，占人均生態(tài)足跡的39.12%，能源消費足跡為0.717 hm2，占48.88%；2010年，生物性產品消費足跡為0.716 hm2，所占比例為32.28%，能源足跡為1.236 hm2，所占比例為55.72%.

進一步分析生物性產品消費生態(tài)足跡的構成狀況，各年生物性產品的消費以植物性產品消費為主(圖2b).1990年，植物性產品消費的生態(tài)足跡為0.371 hm2，占生物性消費生態(tài)足跡的85.8%，動物性產品消費的生態(tài)足跡為0.061 hm2，所占比例為14.2%；2000年，植物性產品消費的生態(tài)足跡增加至0.434 hm2，所占比例上升為57.35%，動物性產品消費的生態(tài)足跡也同時增加至0.139 hm2，所占比例增長為24.26%；2010年，植物性產品消費的生態(tài)足跡比2000年有所下降，為0.237 hm2，所占比例為33.89%，動物性消費足跡為0.463 hm2，比例為66.11%.在植物性產品消費的生態(tài)足跡中(圖2c)，生態(tài)足跡最大的為糧食消費的生態(tài)足跡，其余消費項目中，生態(tài)足跡較大的有油料、蔬菜和煙葉.動物性產品消費的生態(tài)足跡(圖2d)則以豬肉消費的生態(tài)足跡最大，其次是禽肉和水產品消費的生態(tài)足跡.

a 分三類生態(tài)足跡構成 b 生物性產品消費生態(tài)足跡構成

c 植物性消費項目生態(tài)足跡構成 d 動物性消費項目生態(tài)足跡構成　圖2　分類生態(tài)足跡構成狀況Fig.2　Classification of the ecological footprint constitute conditions

2)生態(tài)承載變化分析.按式(1)計算得出各年研究區(qū)域人均生態(tài)承載能力，見表3.從表3中可看出，研究區(qū)域內人均生態(tài)承載能力持續(xù)降低，1990年人均生態(tài)承載為1.447 hm2，2000年降為1.384 6 hm2，2010年進一步下降為1.220 3 hm2.從1990年以來，林地人均生態(tài)承載持續(xù)增加，而耕地人均生態(tài)承載持續(xù)下降，耕地承載下降的幅度超過林地承載增長的幅度.

表3　恩施州1990年、2000年、2010年生態(tài)承載變化表　單位：hm2

根據(jù)區(qū)域土地生態(tài)承載的計算原理，在區(qū)域土地總面積不變的情況下，影響區(qū)域土地人均生態(tài)承載能力高低因素有三個：人口數(shù)量、土地利用結構和產量因子，本研究中采用不變單產來計算土地的生態(tài)承載能力，因此，影響區(qū)域土地人均生態(tài)承載能力因素為人口數(shù)量和土地利用結構：一方面，研究區(qū)人口持續(xù)增長，人均土地面積下降；另一方面，研究區(qū)內生態(tài)承載能力較強的耕地大量轉變?yōu)榱值睾徒ㄔO用地.這兩個方面的原因導致研究區(qū)土地人均生態(tài)承載能力持續(xù)下降.

3)生態(tài)盈余(赤字)分析.將表2中的人均生態(tài)足跡和和表3中的人均生態(tài)承載進行對比，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)土地在1990年呈生態(tài)盈余，人均生態(tài)盈余為0.202 hm2.此后，研究區(qū)土地利用表現(xiàn)為生態(tài)赤字，并且赤字迅速擴大，2000年人均生態(tài)赤字為0.081 hm2，2010年擴大為1.199 hm2.表明區(qū)域人口消費給生態(tài)環(huán)境帶來的壓力巨大，維持目前的消費是以透支環(huán)境為代價的.

表4　壓力指數(shù)、GDP足跡、多樣性及發(fā)展能力

可采用生態(tài)足跡壓力指數(shù)來進一步刻畫區(qū)域生態(tài)環(huán)境被透支的程度.生態(tài)足跡壓力指數(shù)定義為區(qū)域生態(tài)足跡與生態(tài)承載力的比值.1990年區(qū)域的生態(tài)足跡壓力指數(shù)為0.85，表明生態(tài)盈余的空間還比較大；2000年區(qū)域的生態(tài)足跡壓力指數(shù)為1.04，表明1990年到2000年期間，區(qū)域人口消費的增長已經遠遠超過了區(qū)域的生態(tài)承載能力；到2010年，生態(tài)足跡壓力指數(shù)增長到2.1776，區(qū)域人口消費給環(huán)境帶來的壓力更大，區(qū)域生態(tài)環(huán)境被嚴重透支(表4).

4)生態(tài)足跡與區(qū)域經濟的聯(lián)合分析.將生態(tài)足跡視為社會經濟系統(tǒng)的消耗投入，將區(qū)域GDP視為對應的產出，可分析生態(tài)足跡消耗的經濟效率.計算出各年萬元GDP所占用的生態(tài)足跡(表4)，1990年萬元GDP占用的生態(tài)足跡為8.27 hm2，到2000年，萬元GDP生態(tài)足跡迅速降到3.81 hm2，此后，又表現(xiàn)出緩慢下降的趨勢，到2010年下降為2.21 hm2.

采用生態(tài)足跡多樣性指數(shù)及發(fā)展能力可以進一步分析生態(tài)足跡構成結構與區(qū)域經濟產出能力的關系.從表4中可以看出，在評價的三個時間點上，2010年區(qū)域生態(tài)足跡多樣性指數(shù)和發(fā)展能力都是最高.區(qū)域經濟的發(fā)展能力不僅受到投入構成的多樣性的影響，更為重要的是還受到投入大小的影響.雖然2000年區(qū)域生態(tài)足跡的多樣性與2010年數(shù)值相近，但2000年的生態(tài)足跡總量遠遠小于2010年，故發(fā)展能力指數(shù)以2010最高.但是，將生態(tài)足跡多樣性指數(shù)與萬元GDP足跡進行比較，可以發(fā)現(xiàn)，二者的變動趨勢較為一致，這也印證了結構多樣性對經濟產出能力的影響作用.

4結論與討論

通過恩施州1990、2000、2010三個年份生態(tài)足跡的計算及分析結果表明：一方面由于人口增長及生活水平的提高，恩施州總生態(tài)足跡及人均生態(tài)足跡均呈持續(xù)上升態(tài)勢；另一方面，人均土地面積下降，加上退耕還林、建設占用耕地，使生態(tài)承載能力較強的耕地轉變?yōu)樯鷳B(tài)承載能力較弱的林地和建設用地，區(qū)域人均生態(tài)承載持續(xù)下降.研究區(qū)在1990年還處于生態(tài)盈余狀態(tài)，而2000年之后則處于生態(tài)赤字狀態(tài)，要維持區(qū)域社會經濟發(fā)展，區(qū)域資源環(huán)境面臨較大壓力.

本研究大約以10年為時間尺度開展研究，在時間分辨率上還不夠細致，比如，研究區(qū)到底在什么時候從生態(tài)盈余轉為生態(tài)赤字？由于時間分辨率不夠，本研究無法回答這一問題，若能將研究的時間尺度細化到年份，將能更清晰的揭示研究區(qū)生態(tài)足跡的變化.

參考文獻:

[1]Wackernagel M,ReesW E.OurEcologicalFotprint:ReducingHumanImpactontheEarth[M].NewSociety,Gabrioala,B C,Canada,1996.

[2]徐中民,張志強,程國棟.甘肅省1998年生態(tài)足跡計算與分析[J].地理學報,2000(5):607-616.

[3]徐中民,張志強,程國棟,等.中國1999年生態(tài)足跡計算與發(fā)展能力分析[J].應用生態(tài)學報,2003(2):280-285.

[4]茆長寶,陳勇,程琳.我國不同地區(qū)生態(tài)足跡差異與可持續(xù)發(fā)展的實證研究[J].農業(yè)現(xiàn)代化研究,2009(3):356-359.

[5]辛毅,田旸,吳燕紅.生態(tài)足跡理論在我國民族地區(qū)可持續(xù)發(fā)展研究中的應用[J].中國人口·資源與環(huán)境,2014,S3:144-148.

[6]謝高地,魯春霞,成升魁,等.中國的生態(tài)空間占用研究[J].資源科學,2001(6):20-23.

[7]周海林,劉榮霞.1980-2000年中國發(fā)展的資源環(huán)境成本分析[J].中國人口·資源與環(huán)境,2006(6):135-141.

[8]Ulanowicz R E.Growth and development[C]//New York:EcosystemsPhenomenology,Springer2Verlag,1986.

[9]賀申泰.鄂西生態(tài)足跡文化旅游圈生態(tài)足跡動態(tài)分析[J].湖北民族學院學報(自然科學版),2015,33(2):218-224.

[10]劉廷廷，劉元志.基于生態(tài)足跡的皖江城市帶可持續(xù)發(fā)展實證研究[J].赤峰學院學報(自然科學版):2015,31(1):84-87.

[11]曉蘭，王丹丹.生態(tài)足跡應用研究進展[J].赤峰學院學報(自然科學版):2013,29(1):20-26.

[12]劉偉鵬,秦云雁.基于生態(tài)足跡模型的黃河三角洲可持續(xù)發(fā)展分析[J].安徽農業(yè)科學,2013,41(34):13357-13361.

[13]陳鵬,張立峰,孫瀅悅,等.國內生態(tài)足跡研究綜述[J].安徽農業(yè)科學,2015,43(28):358-359.

責任編輯：時凌

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.

基金項目：湖北省教育廳科學技術研究項目(Q20122901)；湖北民族學院博士啟動基金項目(MY2010B011).

作者簡介：常勝(1979- )，男，博士，副教授，主要從事土地資源評價與管理等的研究.

文章編號：1008-8423(2016)01-0104-05

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

中圖分類號：F062.2

文獻標志碼：A