基于生態足跡模型的海島生態資源利用的評價研究
——以長島縣為例

李 蕾,李京梅

(中國海洋大學經濟學院 青島 266071)

基于生態足跡模型的海島生態資源利用的評價研究
——以長島縣為例

李 蕾,李京梅

(中國海洋大學經濟學院 青島 266071)

近年來,隨著經濟的快速發展和人口膨脹,海島所受到的來自各方面的壓力也與日俱增。文章以山東省唯一的海島縣——長島縣為例,利用生態足跡模型對長島縣的生態足跡和承載力進行評估,得出長島縣目前存在生態盈余的結論,但是存在土地供需結構失衡和能源足跡過大等問題;最后針對出現的問題提出了開發風電和水電、發展循環經濟等建議,以期為相關部門的管理決策提供科學的依據,實現長島縣的可持續發展。

生態足跡模型;生態承載力;長島縣

海島作為海洋生態系統的重要組成部分,其自身又是一個獨立而完整的生態環境地域系統,蘊含豐富的自然資源,具有獨立的生物群落。但是海島具有地域結構簡單、生態系統食物鏈層次低、復雜程度低、生物多樣性指數較小、生物物種之間以及生物與非生物之間關系簡單等特點,使得海島生態系統相對脆弱,穩定性差,容易遭受損害。近年來,工業化的加快以及對海島資源的過快、過猛開發,對海島生態系統造成了嚴重的破壞。目前,學術界也越來越關注海島的開發、利用和保護,大多數學者從定性的角度分析海島開發利用的現狀,定量分析的很少,因而現有的研究結果缺少嚴格的論證過程,不具備科學性。筆者以長島縣為例,用生態足跡模型定量分析海島開發利用的現狀,測算人類活動對海島環境資源的影響程度,并通過與生態承載力的比較結果來測算人類對海島生態資源是否過度利用,以期為相關決策部門提供科學的依據。

1 有關生態足跡的文獻綜述

生態足跡模型是由加拿大經濟學家William E.Rees于1992年提出[1]并由Mathis Wackernagel于1996年完善[2]的一種比較有代表性的評價生態可持續發展的定量方法。該方法采用生產土地的面積作為測量指標,使人們更容易理解,且也使得不同區域的可持續發展水平具有可比性。再加上其資料易獲取、計算方法簡單的優點,近年來,這種方法被廣泛地應用于國內外區域的生態承載力評價中。

國內外學者大都從方法的創新、應用和實證的角度對生態足跡模型進行研究,使生態足跡模型的有效性提高,應用范圍不斷拓寬。

1.1 國外相關研究

生態足跡模型是衡量區域可持續發展水平的一種方法,對于該方法的有效性,很多學者從不同的方面進行了探討。其中Helmut Haberl等人[3]于2004年比較了生態足跡法和凈初級生產力核算方法在衡量區域可持續發展能力時的異同點,兩種方法都是將人類消費轉換成生態生產性的土地面積,不同點在于:前者評估的是特定區域內維持該區域人類的社會經濟活動所需要的生態生產性的土地面積;而后者則是核算特定區域內人類利用土地的強度。通過比較,作者認為兩種方法可以相互補充,并不矛盾。Mathis Wackernagel等[4-5]于2004年為了提高在核算國家和全球層面上的一個時間序列上的生態足跡時的有效性時,從理論和計算方法上對生態足跡法進行了改進,使得生態足跡可用來進行動態分析并檢測數據的噪音點,且利用改進的生態足跡法和實際土地面積計算法分別計算了澳大利亞、菲律賓和韓國1961—1999年的生態足跡,最終證明兩種方法的計算結果并無差異。Thomas Wiedmann等人[6]于2006年將生態足跡方法與投入產出法相融合,提出了一種混合系統的方法,利用這種方法,可以將國家層面的生態足跡按照經濟行業、最終需求賬戶、行政區劃或者社會經濟團體來分配,極大地改善了生態足跡評估結果的有效性、一致性和可比性,節省信息收集的成本。

另外,學者們紛紛對生態足跡模型進行改進,不斷地拓寬生態足跡模型的應用范圍。Colin Hunter[7]在理論上從可持續旅游業與旅游業的生態足跡的關系的角度初步探討了旅游業的生態足跡以及其潛在的應用,首次提出“旅游生態足跡”的概念,認為旅游者的出發地、中轉地以及目的地的生態足跡應該區別開來,分別進行核算。并于2007年[8]設計了一種計算國際旅游活動的生態足跡的方法,并核算出發地、中轉地以及目的地的生態足跡,但此方法僅限于采用飛機作為交通工具的旅游活動。Erling Holden[9]將生態足跡法應用于城市規劃的分析中,通過研究城市規劃與家庭消費的關系,提出城市生態足跡與城市規劃密切相關的理論,認為分散式集中是城市布局的最理想方式,并以挪威為例驗證了該結論。Daniel D.Mo ran等[10]利用產品的土地利用矩陣將生態足跡方法推廣到國際貿易領域中,核算一國通過國際貿易而產生的對其他國家的生態需求量,結果表明:中高等收入水平的國家對彼此的生態需求相對較高,而對低收入水平國家則需求很低。

在實證分析方面,國外學者也做了很多的研究。如,Daniel D.Mo ran[11]于2008年利用人類發展指數(HD I)和生態足跡分別作為衡量人類經濟社會發展水平和人類對生態系統需求的指標,得出:只有在HD I不少于0.8并且人均生態足跡低于全球人均生態承載力的情況下,才能實現可持續的發展的結論,并于2003年對93個國家的可持續發展進行實證研究,結果表明僅有巴拿馬達到了這個標準,并且發現在過去的25年內發達國家的HD I的提高伴隨著生態足跡的升高,偏離可持續發展的軌道,然而一些低收入的國家卻在維持可持續發展的背景下實現了經濟社會發展水平的改善。

1.2 國內相關研究

生態足跡的概念1999年被引入我國,區域生態足跡研究的實踐成果最早見于2000年。據2008年《中國生態足跡報告》[12],我國學術界研究總體上歸為兩類:一是采用綜合法生態足跡模型;二是采用組分法生態足跡模型。

在我國學者對生態足跡的研究初期大都采用綜合法,在國家及省級空間尺度上衡量不同區域的自然資本需求,最初大多集中在對我國西部的研究,現在逐步擴展到了東部地區,同時由省市級尺度擴展到了地區級尺度的研究[13]。如,徐中民[14]于2000年率先采用此方法對甘肅省的生態足跡進行核算。另外,我國學者不斷探索生態足跡模型的應用領域,并取得了一些成就。如,孟海濤等[15]于2007年將生態足跡方法應用于圍填海評價中,對廈門西海域1984—2005年的圍填海工程造成的生態承載力的累積性變化做了量化分析,結果表明,廈門的生態足跡在逐漸變大,生態承載力在逐漸變小,生態赤字不斷增長。隨著研究的深入,我國學者在運用生態足跡評價區域的可持續發展水平時,融入時間序列分析方法,分析區域的動態發展。如,盧遠等[16]分析了廣西1990—2002年的生態足跡;楊梅煥等[17]核算了西安市1997—2005年的生態足跡和生態承載力;趙先貴等[18]更是建立了生態足跡的預測模型,并預測了未來陜西省的可持續發展趨勢。

組分法生態足跡模型是生態足跡分析的另一種方法,核算某一特定生產和消費行為從原材料獲取到產品最終處置的所有環節的生態影響。目前,我國的組分法生態足跡研究主要針對旅游、水資源、交通和教育等領域,其中,旅游生態足跡較為成熟。我國學者在國外學者初步探討的基礎之上,將旅游生態足跡分為6個子項目分別進行核算,即旅游交通、旅游住宿、旅游餐飲、旅游購物、旅游游覽和旅游娛樂,進而探討區域旅游的生態需求和旅游的可持續發展,我國學者章錦河[19]和符國基等[20]都利用這種方法做了實證研究。基于生態足跡模型僅評價了地表水域的漁業功能忽略地下水和地表水作為水資源的其他功能的事實,黃林楠等[21]設立了水資源生態足跡賬戶,建立了水資源生態足跡的計算模型,彌補了生態足跡模型的不足。

綜上所述,生態足跡模型自提出后不斷得到改進,并且其應用范圍也得到了拓展,不再局限于區域可持續發展水平的測度,而是拓展到生態足跡在國際范圍的流動、旅游生態足跡的核算、城市生態足跡以及城市規劃等領域中。但模型仍然有一些固有的缺陷未被克服,如,模型假設現在產出水平永遠保持不變,因而低估了支撐人類目前生活方式的生態生產性的土地面積;忽略了生態系統的一些服務功能,以及忽視了各種污染物質對生態生產性土地的需求等都會低估生態足跡的結果;綜合法生態足跡模型存在固有的低估生態足跡的缺陷,雖然組分法生態足跡發展逐漸趨于成熟,但是尚未彌補前者的不足。筆者試圖將綜合生態足跡模型應用于縣級尺度的可持續發展評估中,對長島縣的生態足跡進行核算,探討其可持續發展的現狀和問題,為決策者的社會經濟決策提供建議。

2 生態足跡模型的理論介紹

2.1 生態足跡的概念

生態足跡模型包括生態足跡和生態承載力兩部分。生態足跡是指:在一定技術條件下,為能夠持續的生產某區域人口所消費的所有資源、能源及吸收這些人口所生產的廢棄物,本身具有生態生產力的生態生產性土地[22]。生態承載力是指:在不破壞生態系統結構和功能完整性的前提下,系統所允許的人類活動的最大強度,從提供生態服務功能的角度來講,被定義為一個地區所能提供給人類的生態生產性土地的面積總和[23]。前者從需求面計算生態占用的大小,通過將區域內所有人每一項最終消費的量折算轉化成提供生產該消費的原始物質與能量的生態生產性土地面積;后者從供給面計算具有生態生產能力的土地面積,通過二者的比較,了解該區域的生態利用現狀,判斷該區域的發展是否處于生態承載力的范圍之內,進而為生態系統保護和區域的可持續發展提供對策建議[24]。

2.2 生態足跡模型的計算

2.2.1 生態足跡的計算

生態足跡的計算基于以下兩個基本的假設:一是人類可以確定自身消費的絕大多數資源及其所產生廢棄物的數量;二是這些資源和廢棄物能轉化成相應的生態生產性土地面積。生態足跡方法根據生態生產力的大小不同將生態生產性土地劃分為6類:耕地、林地、草地、建筑用地、化石燃料用地和水域。即生態足跡方法將各種生物資源和能源的消費項目折算成這6種類型的生態生產性土地面積。

生態足跡(EF)的計算公式為

式中:ef為人均生態足跡;i為第i種消費商品;j為第j種土地類型;ci為第i種消費項目的人均消費量;N為人口數;pi為相應的生態生產性土地生產第i項消費的年平均生產力;rj為均衡因子。

在不同的國家和地區,由于不同類型土地的生產力是有差異的,因此不同類型生態生產性土地的實際面積是無法直接進行對比的,這就需要對不同類型的面積進行調整,于是在生態足跡的計算中引入了參數rj。

目前采用的均衡因子分別為耕地和建筑用地為2.82,林地和化石能源用地為1.14,草地為0.54,水域為0.22[25]。

2.2.2 生態承載力的計算

生態承載力是指一個地區所能提供給人類的生態生產性土地的面積總和[17],從供給面提供了生態生產性土地的面積,使得生態承載力與生態足跡具有可比性。由于不同國家和地區的資源稟賦不同,單位面積同種類型的生態生產型土地的生態生產能力有很大差別,因此,不同國家和地區同種類型的生態生產性土地的實際面積是不能直接對比的,需要引入產量因子進行調整。

生態承載力(EC)的計算公式為:

式中:ec為人均生態承載力;N為人口數;aj為人均生態生產性土地面積;rj為均衡因子;yj為產量因子。

3 實證分析

3.1 長島縣的基本情況介紹

長島又稱廟島群島,是山東省唯一的海島縣,位于膠東和遼東半島之間,黃渤海交匯處,地處環渤海經濟圈的連接帶,東臨韓國、日本。全縣由32個島嶼組成,其中有居民島10個,島嶼陸地面積56 km2,海域面積8 700 km2,海岸線146 km。年平均氣溫11.9℃,年平均降水量為560 mm。長島縣海域遼闊,條件優越,進行海珍品養殖有得天獨厚的優勢,適宜海參、鮑魚、海膽、蝦夷扇貝、海帶的增養殖,盛產30多種經濟魚類和200多種貝藻類水產品,其水產品具有產量大、質量高的特點,使得漁業成為長島縣的主要產業之一。長島縣旅游資源十分豐富,島嶼山清水秀,礁峻灘美,文化底蘊深厚,是理想的旅游度假勝地。近年來,長島縣經濟發展迅速,人均GDP、人均儲蓄和漁民人均收入等指標均位于全省縣級前列。但是,伴隨著經濟的增長和收入水平的提高,環境污染、資源過度利用等問題不斷顯現。長島作為一個海島縣,其特殊的地理位置和獨特的生態系統,要求海島經濟的發展必須在海島所能承受的人口數量和產業規模的限度內。筆者使用生態足跡法,對長島的生態足跡進行核算,為長島縣的可持續發展提供決策依據。

3.2 長島縣生態足跡的計算

2008年長島縣生態足跡的計算主要有兩部分:一是生物資源消費賬戶;二是能源消費賬戶。這兩類賬戶的人均消費量采用《長島縣統計年鑒2008年》的數據。生物資源消費賬戶主要分為農產品、動物產品和水果等幾類。在生物資源生態生產性土地面積計算時,采用聯合國糧農組織有關生物資源的世界平均產量資料,將各項消費資源或產品的消費折算為實際生態生產性土地的面積,以及實際生態足跡的各項組分。長島縣生物資源消費賬戶見表1。

表1 長島縣生物資源消費賬戶

能源消費賬戶主要包括汽油、柴油、電力和煤炭等。能源消費量轉化為化石燃料生產土地面積時,采用世界上單位化石燃料生產土地面積的平均發熱量為標準,將當地能源消費所消耗的熱量轉化為化石燃料土地面積。長島縣能源消費賬戶見表2。

表2 長島縣能源消費賬戶

需要說明的是,模型中未進行貿易調整,一方面是因為直接采用長島縣生物資源的人均消費量,而不是生產量數據,因此不需要進行進出口貿易的調整;另一方面因為缺乏長島縣國內貿易量的詳細數據,在計算能源消費量時暫不考慮貿易商品中所含的能源貿易量。

在計算生態承載力時,需要用產出因子對生態生產性土地面積進行調整,使得地區間可比,在長島縣生態承載力的計算中,根據長島縣糧食的平均產量與世界糧食的平均產量的比值得出耕地的產出因子為1.712,由于建筑用地大多占用的是高產量的耕地,所以采用同耕地相同的產出因子,即1.712,其他林地、草地、水域的產出因子受數據資料的限制不能根據產出因子的公式一一得出,在這里取中國生態足跡報告中的相應數據,分別是0.91、0.19和1。

在長島縣生態承載力的計算中,人均建筑用地的面積取同年山東省的人均建筑用地面積。由于長島縣沒有大面積的草地分布,所以不予考慮。至于化石原料用地,目前我們國家并沒有劃出專門的吸收二氧化碳的土地,所以也不予考慮。具體計算結果見表3。

表3 長島縣生態足跡賬戶

3.3 計算結果

從表3可以看出,長島縣的總人均生態足跡為1.058 9 hm2,總供給面積為4.481 1 hm2,扣除12%的生物多樣性的土地面積,剩余即為總生態承載力3.943 4 hm2,從而得出生態盈余2.884 5 hm2,說明長島縣的土地需求維持在土地供給的范圍之內。但從表3可看出:除水域外,其他類型的土地均出現生態赤字,說明耕地、林地、建筑用地、化石燃料用地以及草地的土地供給已不足以支撐土地的需求。其中,由于長島縣沒有草地的供給,所以其草地的生態需求都需要從外地輸入,水域供給占總供給面積的98.9%,其他類型的土地供給僅占1.1%;而人類平均的水域足跡的需求僅占總需求的14.8%,對其他類型足跡的需求占85.2%,因而,長島縣土地的供需結構嚴重失衡。

從長島縣生態足跡結構圖(圖1)可以看出,2008年能源足跡所占比例最大,為55%。其次為草地、水域、耕地、建筑用地和林地,分別占總需求足跡的18%、15%、7%、4%和1%。這與地方經濟發展水平相關,地方經濟發展水平越高,能源足跡越大。同時,與長島縣化石燃料用地極為有限相矛盾,其能源需求基本依賴外部輸入,經濟發展對外部的依賴性很大,如何解決能源供給不足、發展清潔能源成為長島縣實現可持續發展亟須解決的問題。

圖1 長島縣生態足跡結構

萬元GDP生態足跡指每萬元GDP所占用的生態空間,其值越小,表明生態生產性土地面積的產出率越高,資源利用效率高;反之則利用效率低。長島縣2008年總的生態足跡為45 651.710 3 hm2,GDP為349 575萬元,可得出其萬元GDP生態足跡為0.130 6 hm2,小于全國萬元GDP生態足跡1.87 hm2,一方面說明土地產出率高于全國平均水平,且資源利用效率也很高,這是因為長島縣海域遼闊,具有優越的養殖經濟型魚類的條件;另一方面是由于長島縣的旅游業發達,旅游收入占GDP的比重為28%,但是由于數據資料的限制,在計算中并沒有將旅游收入核算在內,使得結果低估。

3.4 實現長島縣可持續發展的建議

長島縣目前出現生態盈余,但其土地供需結構卻不平衡,要減緩這個矛盾,進一步降低生態需求,控制人口增長是一條途徑。從資源利用的角度講,還可以考慮以下幾條途徑。

3.4.1 開發風電和水電能源

據以上分析,長島縣的能源資源非常匱乏,經濟發展對外部依賴性很大,為改變這種外部依賴性,必須開發新能源,節約傳統能源的消費。長島縣是著名三大風場之一,且四面環海,具有豐富的水資源,因此,解決長島縣能源不足的最好途徑是就地取材,利用其豐富的風力資源和水資源來發電。這樣不僅可減少二氧化碳的排放量,直接減少能源消費帶來的生態赤字,而且還能提高生態環境的質量,一舉兩得。

3.4.2 發展循環經濟

對于長島縣來說,如果除去水域,其他類型的土地足跡已經出現生態赤字,我們需要做的一方面是減少生態足跡;另一方面增加生態供給,即提高生態承載力。循環經濟以“減量化、再利用、資源化”為原則,實現資源的高效、循環利用,可以有效地提高資源的利用效率,進而減少資源存量的消耗;另外還可以降低污染物的排放,通過減少用來處理廢棄物和污染氣體的土地面積達到降低生態需求的目的。

3.4.3 合理利用耕地

長島縣的島嶼陸地面積僅有56 km2,居民的大部分活動都發生在這部分陸域面積上,隨著人口的不斷增加,島嶼生存空間的需求壓力也不斷增大,尤其是對耕地的需求。為了減緩耕地的需求壓力,除了控制人口增長之外,還應該加大耕地的保護力度,嚴格土地使用的審批程序,提高土地使用的門檻,以減少建筑用地和公路等交通用地對耕地的占用,防止人均耕地面積的減少。另外,還可以通過提高耕地的生態承載力來降低生態赤字,具體的措施為:加大科技投入,提高耕地的單位面積產量。

4 結論

筆者在總結前人對生態足跡模型研究的基礎之上,利用綜合生態足跡模型評估了長島縣的生態足跡,其人均生態足跡為1.058 9 hm2,扣除12%的生物多樣性土地面積后的總生態承載力3.943 4 hm2,生態盈余2.884 5 hm2。雖然存在生態盈余,但是長島縣存在土地供需結構失衡、能源足跡赤字嚴重和經濟發展對外部依賴性大等問題。針對這些問題,筆者認為可以通過控制人口增長、開發水電和風電、發展循環經濟和合理利用耕地等途徑來解決這些問題,實現長島縣的可持續發展。

本研究盡可能地提高所用數據的精確度,減少計算誤差,但是一方面仍然無法規避生態足跡模型固有的缺陷;另一方面,由于數據資料的限制,無法將旅游生態足跡核算在內,導致生態足跡的結果低估。因此,也希望有關部門能夠考慮到這一點,避免決策失誤。

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