岳陽市耕地足跡與經濟脫鉤分析及預測研究

尹偉特，張亞麗，楊賢均

（1.武岡市城市管理和綜合執法局，湖南 武岡 422400；2.中南林業科技大學，長沙 410004；3.邵陽學院城鄉建設學院，湖南 邵陽 422000）

中國正處在耕地資源結構性短缺問題嚴峻，建設用地不斷擴張的發展階段，建設用地和耕地等用地類型占比難以達到平衡，特別是依靠土地資源優勢快速崛起的中部城市，很容易陷入“資源詛咒”危機［1］，導致發展不可持續。《2019年全國耕地質量等級情況公報》顯示，評級為三等以下的耕地資源占據耕地總量的68.76%，未來耕地質量建設和保護仍然關乎著人民群眾的民生福祉，是城市發展需要重點考慮的因素。生態足跡測算模型是輔助政府、機構決策的資源核算工具［2］，能夠清晰明了地評估自然資本的利用強度，經Niccolucci等［3］進一步完善后，加強了自然資本存量和流量之間利用強度的比較能力，增進了對自然資本利用效率在時空變化上的解釋力［4］。脫鉤模型則是目前較為可靠的、能夠評判地區經濟發展與資源消耗之間關聯程度的工具［5］，通過生態足跡測算模型和脫鉤模型相結合，能夠從經濟發展層面判斷耕地開發利用的可持續情況，從而起到警示以及推動地區相關優化策略的實施，對未來耕地高質量建設和保護起到積極意義。

以岳陽市耕地為研究對象，分別通過生態足跡模型、Tapio脫鉤模型和灰色預測模型對該區域的耕地生態足跡動態變化、與經濟的脫鉤關系以及未來的脫鉤情況進行定量研究，這對岳陽市未來的耕地發展能夠提供可靠的理論支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區域

岳陽市位于湖南省北端，北緯28°25′31.65″—29°51′6.23″，東經112°18′33.13″—114°09′11.64″，該地區江湖交匯，路網縱橫，資源稟賦優越，岳陽市作為長江經濟帶重要的港口城市、長株潭城市群的中堅力量，既肩負著經濟驅動的任務，又承擔著洞庭湖生態功能保護的重要使命。尤其是“十三五”以來，岳陽市作為湖南省重要的農產品供應區，耕地保護面積達3 542 km2，糧食產量超過320萬t，已建成55個省級現代化農業產業園，農產品供應水平不斷提高。至此，耕地高質量開發和保護是實現岳陽市農業又好又快發展的必由途徑。

1.2 數據來源

研究模型計算所需數據均采集于1999—2019年《岳陽市統計年鑒》；因不涉及空間比較，均衡因子、產量因子直接采用劉某承等［6，7］的計算結果，分別為1.74、1.43；對于數據缺失的情況，在參考《湖南省統計年鑒》《岳陽市國民經濟與社會發展統計公報》的基礎上，通過相鄰年均值求出；農業污染數據有較多缺失，因此不考慮污染項目。

1.3 研究方法

1.3.1 三維生態足跡模型 生態足跡（E F）測算采用了三維生態足跡模型，目的在于區分耕地在被占用或消耗的過程中，自然資本流量和存量的差異情況［8］。但二維生態足跡模型僅限于單位年份的自然資本流量研究，不適宜評估長時間跨度的自然資本利用強度［9］，Niccolucci等［3］基于二維生態足跡模型建立了三維生態足跡模型，彌補了二維生態足跡模型的不足。其中，足跡深度（E F dept h）具體指的是一定區域內一年所消耗的自然資本需要多少年才能再生，足跡廣度（E F s iz e）具體指的是對自然資本流量的占用程度［10］，具體計算公式（包括二維生態足跡模型公式）如下。

式中，E C為生態承載力，E Fdep th原始值設為1，增減量由E F與E C的差值決定，當E F＞E C時，自然資本流量不能滿足消費量，E Fdepth＞1；當E F≤E C時，自然資本流量滿足消費量后仍有剩余，E Fdep th=1；E Fsi ze取值范圍由區域內的生態承載力大小所限定；E F3D為三維生態足跡總量。

式中，N為常住人口數；ef為耕地人均生態足跡量，ec為耕地人均生態承載力；rj為耕地均衡因子，yj為耕地產量因子；ci為耕地中第i項消耗項目的人均消費量，pi為耕地中第i種消耗項目的人均消費量，Aj為人均耕地面積；E F2D為二維生態足跡。

1.3.2 Tapio脫鉤模型 彈性脫鉤模型（Tapio）是經由經濟合作與發展組織（OECD）所改良而來的分析環境變量與經濟變量之間阻斷關系的經典模型。細分的脫鉤類型劃分能夠較為準確地分辨環境壓力與經濟變化之間的脫鉤情況［11］。該模型假設在正常發展中，兩個變量不為零，然后通過對兩個變量變化率之間的關系特征進行細分，最終判斷脫鉤狀態。以本研究為例，該模型的判斷結果取決于ΔE F、ΔG F P和ei3項數值的變化方向，且判斷結果不是絕對結果，僅代表相對情況下的發展趨勢，具體公式如下。

式中，Ei為第i年脫鉤彈性系數；ΔE F為生態足跡變量；ΔG F P為農業生產總值變量；E Fi為第i年生態足跡；G F Pi為第i年農業生產總值。根據Tapio研究成果制作脫鉤評價情況，如表1所示。

表1 脫鉤評價情況

1.3.3 GM（1，1）灰色預測模型 當預測對象既含有已知信息又存在非確定信息，且對象的變化過程與時間存在關系時，GM（1，1）灰色預測模型是十分有效的預測工具［12］。該模型有著對樣本需求量少、建模過程所需信息少、中短期預測結果比較準確的特點［13］，適用于本次研究。

式中，a為發展灰數；u為內生控制灰數；t為時間序列；e為自然常數；X（0）為原始序列；X（1）為一次累加后得到的序列；X（1）（t）為累加預測值；X（K）（t）為實際預測值；計算累減結果為預測值；模型檢驗用相對殘差檢驗法，所有|ε（t）|＜0.1，為較高準確度，|ε（t）|＜0.2，為一般準確度。

2 結果與分析

2.1 岳陽市耕地足跡動態變化分析

如圖1所示，岳陽市人均生態足跡和人均生態赤字變化較小。1999—2019年人均生態足跡變化趨勢總體上可分為4個階段，1999—2005年為平穩期，人均足跡保持在0.793 hm2/人；2005—2006年為下降期，下降幅度為28%；2006—2014年為上升階段，上漲幅度為67%；2014—2019年為下降期，下降幅度為3.4%。從整個階段來看，岳陽市屬于經濟快速增長的趨勢，人口不斷增長，城鎮化程度日益提高，導致人均生態足跡持續呈上漲狀態，該時期岳陽市的足跡變化曲線沒有達到環境庫茲涅曲線的發展“拐點”。分時期來看，2005—2006年出現下跌狀態，這與岳陽市2005年進行土地利用總體規劃調整有一定關系。2006年以后，人均生態足跡出現顯著增長，到2014年達到研究時段峰值，造成此變化的主要原因是該時期岳陽市經濟運行存在結構性、素質性問題，經濟增長方式粗放，經濟增長和資源短缺的矛盾加深。到2015年，開始出現下跌趨勢，說明在經歷粗放式發展模式后，岳陽市政府積極推進生態文明建設，著實開展節能減排政策，提高單位耕地利用效率，這與“十三五”規劃的要求是一致的。但整體上來考量，人均生態赤字水平較高，在耕地資源有限的情況下，未來“十四五”規劃中，農業產業結構調整、耕地利用水平加強提升仍然是發展的基本要求。

圖1 岳陽市耕地足跡變化

如圖2所示，岳陽市足跡深度總體表現為先增大后減小再增大的趨勢，并在2012年達到峰值，暫未接近環境庫茲涅茨曲線的“拐點”，證明岳陽市還處于以消耗自然資本存量為代價換取經濟發展的模式。1999—2004年，足跡深度增大說明岳陽市過度消耗耕地自然資本存量，耕地資源壓力上升；2004—2005年，足跡深度下降說明自然資本存量消耗的勢頭得到了遏制；2005—2019年，特別是2010—2011年，足跡深度出現跨越式增長，足跡深度為存量自然深度（自然深度為1）的6.2倍，意味著2004—2005年的足跡深度減小并不是綠色發展的成果，岳陽市及消費市場對岳陽市耕地自然資本的需求超過供給，自然資本的流量無法滿足其維持發展的需求，就地消耗存量或“異地占用”資本存量是彌補自然資本流量不足的主要途徑。研究期間，岳陽市人均足跡廣度雖保持著增長趨勢，但總體水平較低，與足跡深度保持著40～42倍的差距，說明岳陽市農業發展一方面存在著嚴重的供需矛盾，另一方面岳陽市的農產品長期依賴消耗自然資本或外部引進，存有農產品供應安全隱患，易受外界不確定因素的影響。

圖2 岳陽市耕地足跡深度和廣度變化

2.2 岳陽市生態足跡與農業總產值脫鉤分析

岳陽市耕地的足跡增長壓力與農產值（GFP）增長的脫鉤關系總體上處于較好水平，生態足跡與GFP之間出現弱脫鉤、強脫鉤、增長連接、增長負脫鉤、弱負脫鉤的頻率分別為60%、20%、10%、5%、5%。由圖1和表2可知，1999—2005年是岳陽市耕地生態足跡的平穩期，足跡增長相比經濟增長較為緩慢，出現持續性的弱脫鉤狀態，這與經濟發展水平不高有一定的關系；2005—2006年人均足跡的突然下降致使出現強脫鉤狀態；2006—2009年出現波動性變化，足跡與經濟發展關聯度提升，足跡變化量高出歷史水準；2009—2019年弱脫鉤狀態開始占據主導，同時強脫鉤狀態開始與弱脫鉤交替出現，原因是岳陽市農業發展開始轉型，耕地利用效率上升，生態環境的邊際效應開始起作用。

表2 岳陽市耕地不同時期脫鉤指數

2.3 岳陽市耕地足跡與農業總產值脫鉤預測

為促進岳陽市耕地得到高質量的保護和利用，提高耕地發展規劃前瞻性，以1999—2019年的生態足跡和GFP數據為樣本，運用Excel軟件，建立GM（1，1）灰色預測模型，對2020—2025年岳陽市的生態足跡和GFP進行預測，預測模型如下。

式中，δ指相對誤差值；L指實際觀測值；ε^指殘差值。對生態足跡預測模型進行檢驗，擬合結果表明，預測模型的殘差值均小于0.1，符合預測要求，具體檢驗情況見表3。

表3 預測檢驗情況

結合生態足跡預測模型和檢驗方法，確定GFP預測模型，預測模型的殘差值均小于0.1，符合預測要求，模型如下。

兩項模型預測結果（表4）顯示，2020—2025年隨著農業總產值的提高，岳陽市人均生態足跡保持年均1.65%的小幅度上升趨勢，說明以消耗自然資本存量為代價的耕地發展模型仍可能保持一段時間。從脫鉤狀態來看，預測結果沒有表現出岳陽市將延續2014—2019年的強、弱脫鉤交替狀態，弱脫鉤狀態為未來五年的主要狀態。同時，脫鉤指數雖然較小，但突破閾值達到強脫鉤狀態還有一定差距，仍然需要保持關注。

表4 岳陽市耕地生態足跡與GFP脫鉤預測

3 小結

本研究基于岳陽市1999—2019年的耕地生產數據，計算并分析了岳陽市耕地生態足跡動態變化、足跡與農業總產值（GFP）脫鉤關系及未來五年預測結果，得出的主要結論如下。

1）岳陽市耕地人均生態足跡仍然保持較高的水準。岳陽市人均生態足跡自1999年以來，一直處于擴張期，且足跡水平與生態承載力差距持續拉大，其中人均生態足跡峰值達0.99 hm2/人，生態赤字水平達0.833 hm2/人；生態足跡深度和廣度均呈上升趨勢，其中足跡深度一度達6.3，意味著耕地自然資本存量的利用程度是流量的6.3倍，而足跡廣度一直保持在相對較低的水平（0.100～0.157）。

2）岳陽市耕地生態足跡與農產值脫鉤情況總體上比較樂觀。岳陽市耕地足跡與農產值脫鉤狀態以弱脫鉤為主，出現頻率為60%，強脫鉤也有20%的出現頻率，耕地發展處于產業發展、資源壓力逐步上升的狀態，說明壓力是可控的。但是脫鉤系數和足跡變化量的多次波動說明了仍需持謹慎態度，且從預測結果來看，未來的人均生態足跡將得到進一步增長，脫鉤狀態由2014—2019年的強、弱脫鉤交替轉為以弱脫鉤為主，說明未來在“十四五”期間，岳陽市需要保持生態文明建設定力，嚴格制定生態文明建設策略，嚴守耕地生態紅線，穩步提高耕地開發利用的科技含量，著實提高耕地生態承載力。