基于生態足跡和灰色關聯度的甘肅省可持續發展研究

宮繼萍，潘竟虎，石培基

（西北師范大學 地理與環境科學學院，蘭州730070）

自可持續發展的概念提出以來，定量測度可持續發展便成為重要的研究內容之一。國際上先后出現了一些直觀的、易于操作的可持續指標體系及其定量評價方法。如綠色國內生產總值（綠色GDP）、可持續的經濟福利指標（ISEW）、真實發展指標（GPI）、可持續的晴雨表（Barometer of Sustainability）等［1］。生態足跡方法是由Rees和Wachernagel提出并完善的一種可持續發展的生物物理評價方法，從一個全新的角度考慮人類及其發展與生態環境的關系。該方法提供了一個核算全球、國家、地區以及個人對自然資本利用狀況的簡明框架，通過測算人類對自然生態服務的需求與自然所能夠提供的生態服務之間的差距，就可以評價人類對自然資源的利用情況，從而較準確地判定評價對象的可持續發展程度和狀況［2］。縱觀其研究成果，目前主要從經濟學、生態學、社會學和系統學［3］4個方面來揭示可持續發展的內涵和實質。至今已有很多研究結果表明，發展的可持續性主要取決于自然資產［3－5］，但由于很難定量測度生態目標，這方面的研究進展一直較為緩慢。

生態足跡方法是一種靜態研究方法，它僅能反映某一區域某一時刻的可持續狀態。但是隨著該理論的不斷完善，對時間序列上的分析研究已經成為許多專家和學者研究的重點。已有學者對甘肅省時間序列上的生態足跡進行了研究［2，6］，但進一步定量研究甘肅省人均生態足跡與經濟發展關聯度的尚不多見。本文在采用生態足跡模型分析2000－2008年甘肅省人均生態足跡和生態承載力變化的基礎上，進一步定量分析甘肅省人均生態足跡與經濟發展關聯度。通過對2000－2008年甘肅省經濟發展對生態足跡影響的動態分析，研究其可持續發展狀況，以期為甘肅省的可持續發展提供基礎數據和理論依據。

1 研究區概況

甘肅省位于我國西北內陸腹地，位于92°13′－108°46′E，32°31′－42°57′N，面積45.44萬km2，共劃分為12個地級市2個自治州。2008年全省人口2 628.12萬，其中城鎮人口844.94萬人，全省生產總值3 176.11億元，人均12 110.00元。根據2008年土地利用現狀變更調查，全省土地面積中：耕地462.37萬hm2，林地518.32萬hm2，牧草地1 410.69萬hm2，水面面積15.45萬hm2，其中能夠養殖的2.44萬hm2，建設用地97.67萬hm2。

近年來，甘肅省由于人口、經濟快速增長，水土資源的壓力增加，矛盾突出，加上對自然資源的不合理開發利用，該省多數地區產生了地下水位下降、水土流失、草場退化、土地鹽漬化、荒漠化、環境污染等一系列生態環境問題，嚴重阻礙了甘肅省經濟和社會的持續、穩定發展。

2 研究方法

2.1 生態足跡計算的前提假定

生態足跡是基于如下基本假設來進行計算的：（1）人類可確定自身消費的絕大多數資源及其產生廢物的數量；（2）這些資源和廢物流能轉換成相應的生物生產面積；（3）采用生物生產力來衡量土地，不同地域間的土地能轉化為全球均衡面積，用相同的單位（如hm2）來表示；（4）各類土地在空間上是互斥的。每單位的全球均衡面積代表著相同的生物生產力。

根據生產力大小的差異，生態足跡分析法將地球表面的生物生產性土地分為6大類進行核算：耕地、林地、水域、化石能源地、建筑用地，包括各類人居設施及道路所占用的土地［1］。

2.2 生態足跡計算方法

依據 Wackernagel等［7］的國家生態足跡報告，把甘肅省的土地利用類型劃分為耕地、草地、林地、水域，化石能源地和建筑用地6大類。生態足跡可以簡單地用下列公式表示［7］：

式中：EF——總的生態足跡；N——人口數；ef——人均生態足跡；ai——第i種物質人均占用的生物生產面積；Ci——第i種物質的人均消費量；Pi——第i種物質的平均生產能力；i＝1，2，3，…，n為物質的種類數。

由于這6類生物生產土地面積的生產能力差異很大，計算出的各類生物生產土地面積不能直接相加，因此必須對每種生物生產土地面積乘以均衡因子，以轉化為統一的、可比較的生物生產土地面積。均衡因子的選取來于已有研究中普遍使用的數據資料，分別為［7］：林地和化石能源用地為1.14，耕地和建筑用地為2.82，草地為0.54，水域為0.22。因此，在計算人均生態足跡時，需將各類生物生產土地面積乘以相應的均衡因子，用公式表示為［1］：

式中：ef——人均生態足跡；rj——均衡因子；aaj——各類生物生產土地面積；j＝1，2，3，…，6表示6類生物生產土地面積。

2.3 生態承載力計算方法

土地類型的產出因子取自徐中民、張志強等計算甘肅省1998年生態足跡中的數據，分別為［1］：林地為0.8，化石能源用地為0，耕地和建筑用地為2.82，草地為2.19，水域為1。同時，根據世界環境與發展委員會（WCED）的建議，扣除了12%的生物多樣性保護面積。計算生態承載力的公式為［1］：

式中：EC——區域生態承載力；N——人口數；ec——人均生態承載力；aj、rj、yj分別為第j類消費商品人均生物生產面積、均衡因子和產量因子。

2.4 生態赤字（盈余）計算方法

式中：ED——為區域生態赤字（盈余），表示資源供需平衡的協調性；EF——總的生態足跡；EC——區域生態承載力；N——人口數；ef——人均生態足跡；ec——人均生態承載力；若ED＞0，則生態盈余，表明該區域的生態供給可以承受人類負荷，該區域發展模式處于相對可持續狀態；ED＜0，則說明出現生態赤字，表明該區域的人類負荷超過了其生態供給，區域發展模式處于相對不可持續狀態。同時，某區域的ED也反映了該區域人口對自然資源的利用狀況。

2.5 灰色關聯度綜合評價法

灰色系統的關聯分析主要是對系統動態發展過程的量化分析，它是根據因素之間發展態勢的相似或相異程度，來衡量因素間接近的程度，實質上就是各評價對象與理想對象的接近程度，評價對象與理想對象越接近，其關聯度就越大。利用灰色關聯度進行綜合評價的步驟［9］如下：

式中：r0i——子序列i與母序列0的關聯度；N——比較序列的數據個數；Δ0i（k）——時刻兩比較序列的絕對差；Δmax，Δmin——所有比較序列各個時刻絕對差中的最大值與最小值；ρ——分辨系數，其意義是削弱最大絕對差數值太大引起的失真，提高關聯系數之間的差異顯著性，ρ∈（0，1），一般取0.5。

3 結果與分析

3.1 人均生態足跡和生態承載力動態分析

甘肅省近5a來的生態足跡計算主要包括2部分：（1）生物資源的消費；（2）化石能源的消費。根據甘肅省2009年統計年鑒［10］，其生物資源消費分為農產品、動物產品、林產品和木材等；能源消費主要包括煤炭、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、液化石油氣、天然氣和電力。因為熱力主要由煤和天然氣等其他能源轉換而來，為了避免重復計算，故熱力的消費未納入能源部分帳戶［11］。生物生產土地類型分為耕地、草地、林地、水域、化石燃料地和建筑用地6大類。經過均衡轉化后的各種生物資源和能源消費的足跡便構成了甘肅省的生態足跡（圖1）。

圖1 2000－2008年甘肅省人均6類生物生產土地類型的生態足跡變化趨勢

年際間縱向比較，甘肅省人均生態足跡由2000年的1.909hm2逐年增加至2008年的2.843hm2，人均生態承載力由0.949hm2逐年增加到0.969 hm2，可見生態足跡增長率大大超過生態承載力。甘肅省人均生態赤字為由0.96hm2增至1.874hm2。說明甘肅省人口對自然資源的利用逐年增加，目前已超出了自然生態系統的生態承載能力的范圍，生態足跡與生態承載力之間的矛盾加劇，生態系統退化，人地關系緊張。

3.2 生態協調性分析

生態赤字是一個絕對的數值，在區域的橫向比較中缺乏說服力，同樣的生態赤字對于發達城市和經濟落后地區的意義不同。為了更好地反映甘肅省生態足跡與區域資源稟賦之間的關系，引入生態協調系數DS。

式中：DS——生態協調系數；ef——人均生態足跡；ec——人均生態承載力。當DS越接近1（極小值），說明區域協調發展度越差；DS接近1.414（極大值），說明區域協調發展度越好。其中，若ef＞ec，區域生態需求大于供給，區域發展是通過消耗自然資本存量來彌補生態承載力的不足，處于一種生態不協調狀態；ef＜ec時，區域生態需求小于供給，自然資本未能得到最有效的利用，區域尚待開發［6］。由表1可知，2000－2008年甘肅省協調發展度總體呈下降趨勢，且其發展是通過消耗自然資本存量來彌補生態承載力的不足，處于一種生態不協調狀態。

表1 2000－2008年甘肅省人均生態足跡和人均生態承載力

3.3 生態足跡與經濟發展的關聯度分析

依據2000－2008年甘肅省統計年鑒中的經濟指標數據（表2），采用灰色關聯度模型分析了甘肅省生態足跡與GDP的關聯度（表3）以及三產發展與生態赤字的關聯度（表4）。

表2 2000－2008年甘肅省經濟指標數據 億元

表3 2000－2008年甘肅省生態足跡指標與GDP發展趨勢關聯度

由表3可知，各項關聯度都在0.5以上，表明甘肅省經濟發展與生態足跡占用有著密切的關系。其中建筑用地生態足跡變化與GDP發展趨勢關聯度最大，為0.83。這主要是由于甘肅省近年來建筑用地發展迅速，建筑用地生態足跡的增加成為影響經濟發展的主要因素。由于甘肅省生態造林和退耕還林成績顯著，林地面積上升使林業資本亦有較大的增長，林地生態足跡與經濟發展的關聯度為0.8，居第2位。化石能源生態足跡與經濟發展的關聯度為0.761 9，居第3位，主要原因是近年來甘肅省大力發展工業，能源的消耗對經濟發展的影響很大。而畜牧業的迅速發展使得草地生態足跡與經濟發展的關聯度為0.736，居第4位。此外，經濟和社會的發展會引起建設用地面積的增加，必然導致耕地面積的減少，耕地生態足跡與經濟發展的關聯度為0.618，居第5位。與其它指標相比，水域生態足跡的變動對GDP的影響最小，關聯度為0.574，居最后一位。

表4 2000－2008年甘肅省經濟指標與生態赤字關聯度

由表4可知，甘肅省經濟的快速發展導致了生態赤字的加劇，第一產業對生態赤字的影響最大，第三產業對生態赤字的影響最小。甘肅省作為西部地區的一個農業大省，第一產業的發展不能忽視，但要想從第一產業減少生態足跡，就應該加大對第一產業的科技投入，提高第一產業生產的集約度。近年來，甘肅省第二產業特別是工業的發展，對當地的資源造成極大消耗的同時，也產生了極大的環境問題，因此，必須要提倡節約用能，控制第二產業對生態的過度占用；第三產業是生態占用最小的產業，對生態赤字的影響最小，甘肅省應大力發展第三產業。

4 結論

（1）甘肅省人均生態赤字2008年比2000年增長了95.15%，而生態協調系數降低了16.28%。表明甘肅省近8a來生態赤字不斷加大，生態環境已超出其承載力范圍，生態承載力已不能支持其生態足跡的需求，處于不可持續的發展狀態，生態赤字只能通過資源進口或過度消耗資源來彌補。

（2）2008年甘肅省的三次產業結構比例為14.55∶46.33∶39.12。各產業對生態赤字貢獻不同，甘肅省應進行產業調整，努力從第一產業減少生態赤字，控制第二產業，大力發展第三產業，以期減少對資源的消耗。

（3）面對當前經濟利益和耕地數量下降的矛盾，應嚴格控制建筑用地的盲目擴張，同時認真落實耕地“占一補一”制度，力爭實現耕地資源的動態平衡。同時加大對現有資源的保護力度，提高利用效率，遏制環境惡化趨勢，轉變人們的消費觀念和生活方式，以便走上生態與經濟的可持續之道。

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