基于改進生態足跡因子的區域可持續性動態評估
——以陜西省為例

郭曉娜，李澤紅，董鎖成，薛東前，陳艷曉

（1.陜西師范大學 旅游與環境學院，陜西 西安710062；2.中國科學院 地理科學與資源研究所，北京100101）

可持續發展作為一種發展理念和戰略，對區域可持續性進行測量，不僅是區域間合作的基礎，又是評價健康運行的標準［1－2］。一些國際組織早在20世紀80年代開始尋找衡量可持續發展的指標體系［3］，1992年里約熱內盧聯合國環境大會后，各國就開始致力于可持續發展的量化研究，而生態足跡是其中一種簡單而綜合的研究方法［4－5］，逐漸受到關注。20世紀90年代初，加拿大生態經濟學家 Rees［6－7］最早提出生態足跡概念，隨后由 Wackernagel等人［7－8］對該理論和方法逐步完善，生態足跡逐漸成為衡量人類對自然資源利用程度以及持續發展狀態的方法。2001年謝高地等［9］學者將生態足跡的方法引入中國，并對中國的生態足跡占用進行了較為全面地評估，該方法在后續的區域可持續性評估研究中得到廣泛應用［10－12］。然而，已有研究多采用全國統一的均衡因子和產量因子，在區域尺度的評價中存在較大誤差，且以靜態評價居多，長時間序列尺度的動態研究較少。本研究以陜西省為案例區，通過測算典型區域的均衡因子和產量因子，基于生態足跡方法的改進，對1995—2011年陜西省生態足跡與生態承載力進行動態評估，以期對區域的可持續發展提供科學參考。

1 研究區概況

陜西省位于中國內陸腹地，地處東經105°29′—111°15′和北緯31°42′—39°35′之間，處于黃河中游，是長江最大支流漢水的發源地。北部黃土高原是我國典型的風沙區和丘陵溝壑區，是全球氣候變化響應的敏感區域；中部關中平原地勢平坦，交通便利，氣候溫和，物產豐富，是該省工農業最發達的地區，號稱“八百里秦川”；南部秦巴山地林業資源、生物資源豐富，秦嶺是我國南北氣候分界線，是我國自然地理、生態和氣候研究的典型區域。陜西省土地面積2.06×107hm2，2011年末總人口達3 743萬。陜西省總體處于我國第一階地和第三階地的過渡地帶，區域差異明顯，生態環境總體比較脆弱，作為我國西部大開發的重點區域，脆弱的生態環境和劇烈的人類活動同時制約著區域社會經濟的可持續發展。

2 研究方法與數據來源

研究方法主要是通過“單位熱值”重新計算區域的均衡因子和產量因子，產量因子是區域單位面積熱值與全球單位面積熱值之比，均衡因子為某一類土地生產力與總土地平均生產力之比。通過區域的均衡因子和產量因子，計算區域的生態足跡和生態承載力，評估區域的可持續發展狀態。

2.1 生態足跡與生態承載力

生態足跡（EF）指的是特定區域人口在某一時段所消費的資源和吸納廢棄物所需要的生物生產面積，它反映的是人類活動對生態系統的影響。在生態足跡指標的測算過程中，將生物生產土地類型分為耕地、草地、林地、水域、化石燃料用地及建設用地等6大類。人類活動對6大類生物生產土地的占用之和即為總的生態足跡，計算公式為［3］：

式中：EF——總生態足跡；N——區域人口數；ef——人均生態足跡；i——消費項目類型；ri——第i種消費項目的均衡因子；Ai——第i種消費項目折算的人均占有生物生產面積；ci——第i種消費項目的年人均消費量；pi——第i種消費項目的全國單位面積的年平均產量。

生態承載力是與生態足跡相對應的概念，是特定區域能夠提供給人類生態生產面積的總和。提供生態承載力的主要有耕地、草地、林地、水域和建筑用地5大地類。生態承載力的計算公式為：

式中：EC——總生態承載力；ec——人均生態承載力；ai——第i種人均生態生產性面積；yi——第i種類型的土地的產量因子。

考慮世界環境與發展委員會的建議，保留12%的土地面積為保護生物多樣性［13］，剩余的即為實際可以利用的生態承載力。

2.2 生態赤字（生態盈余）與生態壓力

特定區域的可持續性狀態可以依據生態赤字（生態盈余）和生態壓力指數等指標進行判別。其中，生態赤字是生態足跡與生態承載力之差。當生態足跡大于生態承載力時，表示這個地區（或國家）的人口消費需求大于生態供給，區域發展處于不可持續狀態；當生態承載力大于或等于生態足跡時，區域發展處于可持續狀態。

生態壓力指數是某一區域人均生態足跡與生態承載力的比率［11］，比率的大小反映地區或國家生態環境的承壓程度。當生態壓力指數大于1時，表示該區域的發展處于不可持續狀態；當生態壓力指數小于1時，表示該區域的發展處于可持續狀態；當生態壓力指數小于0.5時，表明區域具有很強的可持續性；當生態壓力指數介于0.5～0.8之間時，表明區域具有較強的可持續性；當生態壓力指數介于0.8～1之間時，表明區域具有較弱的可持續性；當生態壓力指數介于1～1.5之間時，表明區域具有較弱的不可持續性；當生態壓力指數介于1.5～2之間時，表明區域具有較強的不可持續性；當生態壓力指數大于2時，表明區域具有很強的不可持續性［12］。

2.3 均衡因子與產量因子的改進

本研究采用的均衡因子基于“區域公頃”模型之上，計算區域每年動態變化的均衡因子，根據每年單位面積對應的生物生產量進行測算，引入單位熱值使生物資源的面積具有可加性［14－16］，其值來自于《農業技術經濟手冊（修訂版）》［17］。均衡因子的計算公式為：

在不同區域同種類型的土地的生產力也會存在很大差異，不同類型的生物生產面積也不能直接比較，需要用產量因子對其進行調整。產量因子是特定時期特定區域某一地類的生產力與該類地的世界平均生產力的差異程度，用比值來表示。已有生態承載力的測算多使用全國和全國統一的產量因子，其不能準確反映區域實際的生態承載力。本研究使用國家產量因子乘以“國公頃”基礎上相對區域因子，計算出研究區的產量因子［15－16］。區域產量因子的計算公式為：

式中：GPi——全國第i類土地的平均生產能力；Yi——我國第i類土地的產量因子；GQi——我國第i類土地的總產出熱值；GSi——我國第i類土地的總面積；——我國第i類土地的第k種產品的年產量。其中1m3的木材相當于0.175t木材，一般建筑用地為農田用地，所以建筑用地和耕地的產量因子相同。

2.4 數據來源

研究所需數據主要來源于《陜西省統計年鑒（1995—2011 年）》和 《中國 統 計 年 鑒 （1995—2011年）》。水產品產量數據來源于《中國漁業年鑒》，部分木材產量數據來源于《中國林業統計年鑒》，部分水域面積采用已有學者測算的陜西省人均生態足跡推算出實際的水域面積［18－19］，2000年及以前的建筑面積來源于《中國國土年鑒》。

3 結果分析

3.1 陜西省均衡因子與產量因子

陜西省各年份不同地類的均衡因子和產量因子計算結果見表1。從表1可以看出，陜西省產量因子和均衡因子與全國統一因子值相差較大，主要表現在水域和草地方面。

表1 陜西省1995－2011年各地類的均衡因子和產量因子

陜西省的水域的產量因子較低，這與陜西省位于我國內陸省份，水域面積小，水質較差，水產業不發達有密切關系；而草地生產力高主要得益于陜南地區天然草地生產力高。由于各年份氣候、水文等自然條件的差異，各地類的生產能力在年度間有所變化，故均衡因子與產量因子隨著時間序列呈動態變化，這比使用統一的固定因子值計算更為精確。

3.2 陜西省生態足跡與生態承載力動態變化

利用表1中的均衡因子和產量因子對陜西省生態足跡和生態承載力進行測算。其中，1995—2011年生物資源消費項目根據陜西省的實際消費情況選取糧食、油料、糖類、肉類、禽蛋等27個項目，能源消費主要包括煤炭、石油、天然氣及其電力，根據數據計算出能源的人均生態足跡。計算生物資源消費中的食、油料、糖類、肉類、禽蛋的人均生態足跡分量時，采用FAO發布的各種農作物的全國平均產量數據。通過數據計算和整理，陜西省1995—2011年各種生物生產土地的生態足跡結果詳見表2。根據陜西省歷年來的耕地、草地、林地、水域及其建筑用地面積計算出陜西省1995—2011年生物資源生態承載力，計算結果詳見表3。從表2中可以看出，1995—2011年的人均生態足跡逐漸變大，2011年化石燃料用地面積減少，說明陜西省對能源的使用量大幅度降低或向清潔能源轉變。從表3可以看出，1995—2010年人均生態承載力變大，其中林地的生態承載力穩定上升，說明林地面積變大或科技能力的提升使得木材、水果產量增加；1995—2007年建筑用地的生態承載力增加，說明城市化進程加快，建筑用地面積增加。

表2 陜西省1995－2011年人均生態足跡

表3 陜西省1995－2011年人均生態承載力

3.3 陜西省生態赤字與生態壓力指數動態變化

根據表2—3，將陜西省各年份的人均生態足跡和人均生態承載力的計算結果進行比較，得出陜西省各年份的生態承載力明顯小于生態足跡，生態赤字總體呈擴大趨勢。生態壓力指數總體呈上升趨勢，1995—2006年緩慢上升，從2007—2011年出現波動性上升（圖1）。根據生態壓力指數等級判斷標準，從1995—2008年陜西省有較強的不可持續性，2009—2011出現了很強的不可持續性。

3.4 結果討論

徐坡、王偉等［19－20］學者利用全國統一的均衡因子和產量因子對陜西省的生態足跡、生態承載力等進行過較為詳細的測算，結果詳見表4。對比分析可知，測算出的4項指標值均小于同行學者的研究結果，陜西省的可持續狀態沒有以往學者評估的那么嚴峻。

圖1 陜西省1995－2011年生態足跡變化趨勢

表4 本研究與傳統方法對陜西省生態足跡研究結果對比

本研究計算的人均生態足跡和生態承載力與以往學者的結果存在較大差別，主要因為本研究對生態足跡方法進行改進，獨立測算陜西省自身每年的產量因子和均衡因子，而非使用全國統一的產量因子和均衡因子。全球各地的土地生產力差距較大，使用陜西省自己的均衡因子和產量因子更為可靠。

4 結論

在對典型案例區的可持續性評估中，嘗試性地對生態足跡方法中的均衡因子和產量因子進行了改進。從理論上講，利用案例區自身的均衡因子和產量因子測算出的指標值比全國因子測算出的結果應該更為精確，更能反映研究區的實際狀態。從研究結果對比看，利用案例區自身因子測算，生態赤字和生態壓力指數都比較穩定，分別在0.138 9～0.497 8hm2／人和1.170 3～2.613 7之間，并沒有如以往學者分析那么嚴重，這一結論有利于更準確地認識一個地區的可持續發展能力。因此，在對我國典型區域生態占用狀態和可持續性狀態進行評估時，有必要建立一套符合國情和典型區域實際的生態足跡測算因子，更為準確地判斷典型區域的可持續發展狀態。當然，改進生態足跡因子的方法一定程度上增加了對原始數據統計和收集的難度。

［1］王書華，毛漢英，王忠靜.生態足跡研究的國內外近期進展［J］.自然資源學報，2002，17（6）：776－782.

［2］牛文元.持續發展導論［M］.北京：科學出版社，1994.

［3］Hardi P，Barg S，Hodge T，et al.Measuring sustainable development：Review of current practice［R］.Occasional Paper，1997：1－2，49－51.

［4］楊開忠，楊詠，陳潔.生態足跡分析理論與方法［J］.地球科學進展，2000，15（6）：630－636.

［5］徐中民，張志強，程國棟.甘肅省1998年生態足跡計算與分析［J］.地理學報，2000，55（5）：607－616.

［6］Rees W E.Ecological footprint and appropriated carrying capacity：What urban economics leaves out［J］.Environment and Urbanization，1992，4（2）：121－130.

［7］Rees W E.Revisiting carrying capacity：Area－based indicators of sustainability［EB／OL］∥ Wackernagel M.Ecological Footprint Nation.http：∥www.ecuncil.ac.cr／rio／focus／report／english／footprint，1997.

［8］Wackernagel M，Onisto L，Bello P，et al.National natural capital accounting with the ecological footprint concept［J］.Ecological Economics，1999，29（3）：375－390.

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

［10］趙先貴，王書轉，馬彩虹，等.西安市2002年生態足跡分析［J］.干旱區資源與環境，2005，19（6）：33－37.

［11］趙先貴，馬彩虹，高立峰，等.基于生態壓力指數不同尺度區域生態安全評價［J］.中國農業生態學報，2007，15（6）：135－138.

［12］李澤紅，董鎖成，湯尚穎，等.基于生態足跡模型的石嘴山市生態經濟可持續性評價［J］.中國地質大學學報：社會科學版，2008，8（3）：41－45.

［13］歐陽志云，王效科，苗鴻.中國陸地生態系統服務功能及其生態經濟價值的初步研究［J］.生態學報，1999，19（5）：19－25.

［14］張恒義，劉衛東，萬世忠，等.“省公頃”生態足跡模型中的均衡因子及產量因子的計算：以浙江省為例［J］.自然資源學報，2009，24（1）：82－93.

［15］Wackernagel M，Monfreda C，Schulz N B，et al.Calculating national and global ecological footprint tine series：resolving conceptual challenges［J］.Land Use Policy，2004，21（3）：271－278.

［16］Monfreda C，Wackernagel M，Deumling D.Establishing national natural capital accounts based on detailed ecological footprint and biological capacity assessments［J］.Land Use Policy，2004，21（3）：231－246.

［17］牛若峰，劉天福.農業技術經濟手冊［M］.修訂版.北京：農業出版社，1983.

［18］吳介軍，蔡琳，張秋花，等.1993—2004年陜西省生態足跡分析與評價［J］.陜西師范大學學報：自然科學版，2006，34（4）：104－108.

［19］徐坡，張陽生.陜西省生態足跡動態變化分析［J］.安徽農業科學，2011，39（8）：4862－4866.

［20］王偉，韋葦.動態生態足跡測度與分析：陜西省可持續發展研究［J］.重慶工商大學學報：西部論壇，2007，17（4）：52－56.