基于生態足跡模型的湖北1991～2010年人地協調度演變研究

姚凱彬

（湖北大學 資源環境學院，湖北 武漢430000）

1 引言

經濟的飛速發展、人口迅猛增長，生態環境遭受的破壞的加劇，自然資源消耗不斷增加，因此人地協調發展逐漸成為學術界的熱點課題。隨著研究的深入，生態足跡逐漸體現出其在衡量人地協調度及生態可持續性評估方面的有效性，國內外眾多學者紛紛開始關注和研究生態足跡模型。William Rees［1］于1992年提出生態足跡的概念，他的學生 Mathis Wackernagel［2］隨后加以完善。根據 Mathis Wackernagel［2］的理論，人類對資源的需求及自然資源對人類的供給之間的比較可作為人地關系協調度的評估。因此，生態足跡模型以其操作便捷、科學合理的特質，使得越來越多的學者利用其來定量分析區域的人地關系演變規律。

湖北地區是中國中部偏南地區，隨著人口規模的擴大和經濟的增長，湖北日益受到資源和環境的雙重約束。為構建兩型社會，湖北需要在進行區域經濟建設的同時需要進行考慮到人地關系的協調度。為了進一步研究人地關系的動態變化規律及其影響因素，本文引入生態足跡模型，定量分析湖北1991～2010年人地關系演變狀況。

2 研究模型：生態足跡模型

2.1 生態足跡

生態足跡主要將人類對自然環境的需求轉換為面積需求來計算生物生產面積，主要考慮耕地、林地、草地、建筑用地、水域和化石燃料用地6類土地類型。其計算公式如下：

公式中：i為消費商品和投入的類型，n為消費商品數量；Pi為i種消費商品的平均生產能力；Ci為i種商品的人均消費量；ai為人均i種交易商品占用的生物生產土地面積；N為人口數；ef為人均生態足跡；EF為總的生態足跡。

考慮到這6類土地之間的生物生產能力差異較大，在計算中需要對各類土地賦予不同的均衡因子進行等量化處理。目前國際上普遍采用的均衡因子為：耕地和建筑用地為2.8，林地與化石燃料用地為1.1，草地為0.5，水域為0.2。其計算公式為：

公式中：ef為均衡后的人均生態足跡，rj為均衡因子，aj為人均各類生物生產土地面積，j為不同的生物生產土地類型。

2.2 生態承載力計算

區域生態總承載力就是指區域內部所有的生物生產性土地。各種土地類型也必須進行均衡化處理，轉變為可以進行累加的世界性平均生產土地。計算公式如下：

公式中：yj為產量因子；rj為均衡因子；aj為實際人均占有的第j類生物生產土地面積；N為人口數；ec為人均生態承載力；EC為總的生態承載力。產量因子分別采用傳統取值：耕地、建筑用地為1.66，林地為0.91，草地為0.19，水域為1.00，化石原料用地為0。

2.3 人地協調度及生態可持續性評估

將生態足跡和生態承載力進行比較。若生態足跡大于生態承載力，則生態赤字；反之則生態盈余。其計算公式為：ED（ES）＝EF－EC。

公式中，ED（ES）表示人均生態赤字（生態盈余），它反映資源供需平衡的不協調性，可以作為直接依據判斷人地關系是否協調，生態發展是否可持續。

3 計算結果與分析

3.1 生態足跡與生態承載力計算

生態足跡的計算主要包括以下兩部分：生物資源的消費。湖北省生物資源消費有農、林、牧、漁四大類生物產品的項目，折算成耕地土地產品、林地土地產品、草地土地產品、水域土地類型的產品。數據來源于《湖北統計年鑒（1992～2012）》、《湖北農村統計年鑒》。能源的消費，能源資源包括柴油、電力、煤炭、汽油。該部分主要以世界上單位化石燃料生產土地面積的平均發熱量為標準，利用總能源消費（折標煤）和熱力電力等主要數據，把能源消費消耗的熱量換算成化石燃料用地面積和建設用地面積。同時出于謹慎性考慮，需要扣除12%的生物多樣性保護面積。計算得到表1和圖1。

表1 湖北1991～2010年生態足跡、生態承載力、生態赤字

3.2 計算結果分析

3.2.1 資源供需整體變化分析

從資源供需數量看，1991～2010年，湖北生態足跡和生態承載力均呈上升趨勢，生態足跡總量上升速度較快，年增速約為4.79%，人均生態足跡增長了2.32倍，總生態承載力年增速為0.29%，人均生態承載力僅增長1.15倍，生態承載力增速遠小于生態足跡?？梢姾鄙鷳B足跡的增長明顯快于生態承載力的增長，表明湖北地區自然資源供給十分緊張，生態環境不斷惡化。

從資源供需結構看，1991～2010年湖北生態足跡的構成發生了較大的變化。在人均生態足跡中，建筑用地增長速度最快，增長幅度為1991年的9.25倍，這與近些年來湖北省大力開發水力資源、不斷擴大城市化規模有關。水域、草地、化石能源地、耕地、林地的增幅分別為3.47倍、3.52倍、2.3倍、1.96倍、1.18倍。在生態足跡的構成中，化石能源地、耕地、草地及水域所占比重最大，隨著經濟規模的不斷擴大，尤其是第二、第三產業在經濟結構逐漸占據更大的比重，湖北地區對化石能源消費的依賴不斷增強，因此從圖1中可以發現，從2003年以后化石能源地的比重超過耕地，成為湖北省生態足跡構成的最大影響因素；其次，居民生活水平的不斷提高也使得人們的飲食需求結構不斷變化，從而影響了草地和水域的生態足跡的改變，湖北素有“千湖之省”之稱，人們對提高生活質量的水產品需求加大使得水域的生態足跡增加。耕地的生態足跡的增幅減緩則是由于人們在生物產品方面的消費比例逐漸減少，不過在生態足跡構成中的耕地仍然是重要的影響因素。

在人均承載力的構成中，耕地和林地對于生態承載力的影響最大，所占比重分別達到61.2%和21.6%，同時也是對生態環境改善作用最大的兩種土地類型。在1991年湖北省耕地面積為345.846萬hm2，2010年湖北省耕地面積為337.215萬hm2，相比于1991年減少了8.631萬hm2。耕地減少的主要原因是城鎮化建設用地的占用，同時由于農業結構調整、退耕還林、自然災害等也對耕地造成巨大影響。耕地和林地面積的減少是生態承載力不高的決定因素。

圖1 1991～2010年湖北不同土地類型的人均生態足跡

3.2.2 人地協調度分析及生態可持續性評估

由人口、資源、環境、經濟等組成要素的動態平衡才能維持生態系統的穩定性。湖北地區的生態足跡由于人口增長和消費上升迅速增加，近年來雖然技術的提高使得生態承載力略有上升，但由于人為因素和自然因素的影響，湖北地區依然出現了生態赤字，經濟發展和生態環境沒有保持均衡。

生態赤字的存在只能說明湖北地區人地關系不協調，卻無法揭示出湖北地區人地關系演變的不可持續程度。本文在此引進生態足跡指數作為評估可持續發展的指標，用以定量研究湖北的可持續發展程度。生態足跡指數是生態承載力與生態足跡之差占生態承載力的百分比。數值在0到100%之間說明具備可持續性；數值小于0表明其不可持續性；數值等于0則為邊際可持續性。其計算公式為：

式中：EFI為生態足跡指數；EF為生態足跡；EC為生態承載力。

根據公式計算出的湖北1991～2010年生態足跡指數（表2）。

表2 湖北1991～2010年生態足跡指數

由表2可知，從1991年到2010年的生態足跡的指數都小于0，生態足跡指數絕對值雖然在1998年、2000年和2007年有所下降，但總體上隨著年份的增加依然是不斷加大的，而且數值增加的速度逐漸加快，這說明湖北地區的不可持續狀態比較嚴重，其不可持續的程度也呈現逐漸增加的趨勢。

4 結語與討論

通過運用生態足跡模型計算和分析1991～2010年湖北生態足跡，對湖北地區的人地協調度演變狀態及生態可持續性評估進行了定量研究，主要結論如下。

（1）從1991～2010年，湖北的生態足跡和生態承載力均呈現總體上升趨勢，并且生態足跡的增長明顯快于生態承載力，表明湖北地區自然環境對人類的供給作用正在不斷減弱。化石燃料用地生態足跡占生態足跡總增長的71.52%，是生態足跡增加的主要影響因素。同時生態足跡和生態承載力構成的變化也反映了資源利用方式和供需結構的轉變，也即是湖北地區產業結構以及居民消費需求結構的變化。

（2）湖北地區人地關系不協調程度在加劇。湖北地區生態承載力遠遠無法抵消生態足跡的增長，生態赤字不斷擴大，生態環境處于巨大壓力之下。對化石能源地需求的增加以及建筑用地的擴張是生態赤字的決定性因素，同時耕地和林地面積下降也影響生態赤字，城市化進程加快、經濟結構不合理、資源利用效率低下及人口的快速增長等是生態赤字潛在的驅動因子。

（3）從人地協調度、生態足跡指數的變化可以看出湖北地區的可持續發展能力受到了嚴重的制約，必須適當轉變經濟發展方式、調整經濟增長模式、調整產業結構、轉變發展觀念，從根本上解決湖北地區未來長遠的發展問題。

本文對湖北1991～2010年人地協調度的研究結果已經表明，湖北目前的人地關系極不協調，人類需求與自然環境供給之間存在著巨大矛盾，而如果要實現可持續發展，經濟發展必須要與生態環境保持平衡協調的關系。因此，要在經濟發展的同時兼顧生態環境，走可持續發展道路，就需要貫徹計劃生育政策，控制人口的過快增長，提高人口素質，控制人口數量，保護基本農田，控制城鎮的盲目擴張，加快開發清潔能源，優化生產生活方式，促進產業多元化，消費多元化，提高資源利用率，促進一種真正的科學發展觀的形成，實現全面協調持續的發展。

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