基于“國家公頃”生態足跡模型的吉安市耕地可持續發展狀況分析

張振江，涂起紅

(東華理工大學地球科學學院，330013，南昌)

0 引言

耕地資源作為一種非可再生資源是人類賴以生存和發展的物質基礎，是確保國家糧食安全的根本要素，我國對耕地資源十分重視，為確保國家糧食安全，我國采取最嚴格的耕地保護制度，施行耕地數量、質量和生態“三位一體”的保護政策，能否可持續地利用耕地資源，直接關系到區域經濟、社會和自然環境的整體可持續發展。生態足跡由1992年加拿大生態經濟學家Rees提出的一種衡量人類對資源的利用程度是否處于該地區生態系統的承載力范圍內的量。耕地是生態足跡計算指標之一，計算耕地生態足跡雖不能反應研究區域的整體可持續發展水平，但對衡量該區域內是否可持續發展具有重大意義。目前不少學者應用生態足跡模型對區域耕地資源的可持續性進行了評價研究，如謝雨燕[1]等采用生態足跡法動態分析西藏地區大部分耕地的可持續發展狀況處于弱可持續狀態，需提高耕地的進一步保護；薛若晗[2]運用改進的三維生態足跡模型評價得出福建省耕地資源近10 年處于不可持續狀態；羅海平[3]等構建耕地生態足跡模型對我國糧食主產區的耕地生態盈余狀況進行了詳細的評價及分區；白茹冰[4]基于生態足跡模型得到2017年后河南省耕地可持續發展受到較大威脅，除信陽市耕地處于弱不可持續發展外，其余地市均處于中等不可持續階段；王琦[5]等分析了3種不同的生態足跡模型對四川省耕地可持續的評價結果，表明四川省耕地資源利用由弱不可持續狀態逐步向強不可持續狀態發展；周麗萍[6]等的耕地生態足跡模型研究表明臨夏州人均耕地足跡在13 a增長了26倍之多，其耕地生態系統處于極不穩定狀態。

吉安是長江中游城市群重要成員，位于江西省中部富饒的吉泰平原，吉安市土地利用類型以林地和耕地為主，截至2014年耕地面積占總面積比例17.5%。據統計2018和2020年吉安市糧食產量增長率僅0.1%，2019年糧食產量下降1.2%，其糧食安全已經出現較大隱患，且吉安市在目前的土地利用中隨著大規模的開發建設，人口、耕地逆向發展，耕地面積日漸減少，人地矛盾突出，因此對吉安市耕地可持續發展進行研究具有較大意義。

1 “國家公頃”耕地生態足跡模型的改進

1.1 “國家公頃”及數據來源

本文在傳統生態足跡模型的基礎上采用了由我國學者改進提出的“國家公頃”的生態足跡模型[7]來對吉安市的耕地生態足跡進行計算和分析。由于傳統生態足跡模型的研究依據是來源于聯合國糧農組織(FAO)使用1993年世界平均產量的計算結果，對比現在數據的時間跨度和現勢性區別較大，且與我國實際土地生產力和土地承載力相比，國際機構計算的世界平均生產力和均衡因子，并不適用于我國的實際情況，因此，在進行我國市域的生態足跡研究時，根據我國實際情況計算國家平均生產力和均衡因子更加符合實際研究需要，所得結果更能反應研究區域的實際生態承載力狀況[8]。因此在對吉安市的耕地生態足跡計算中采用“國家公頃”的概念更能真實反映吉安市的耕地利用情況和可持續發展狀態。

根據生態足跡的計算方法，本文對吉安市耕地生態足跡和生態承載力和生態盈余(赤字)進行分析和計算，涉及到的耕地生產作物有：糧食作物(包括稻谷、小麥、玉米、豆類、薯類)、油料(包括花生、芝麻、油籽等)、棉花、糖類(主要指甘蔗)、煙葉、蔬菜、茶葉和果園共8類作物。分別收集了我國2009—2018年這8類作物的單位面積產量，吉安市2009—2018年這8類作物的播種面積、年總產量并計算其單位面積產量以及吉安市2009—2018年的年末人口數量。數據來源于《中國統計年鑒》，2010—2019年《江西統計年鑒》，2010—2019年《吉安統計年鑒》和《吉安市統計公報》等。

1.2 “國家公頃”模型中的均衡因子含義

不同類型土地的平均生物生產力相差很大，要通過各自的均衡因子來轉化成可以直接進行比較的標準面積。傳統生態足跡中的土地類型有：耕地、林地、水域、化石能源地、草地和建設用地，其均衡因子主要引用了Rees所提出的全球均衡因子值。隨著我國學者對生態足跡模型的廣泛應用，均衡因子極其有必要進行本地化研究。本文基于改進的“國家公頃”生態足跡概念引用了我國學者劉某承[9]等根據MODIS數據和植被的凈初級生產力所計算出的我國各土地利用類型平均均衡因子。由于本文章只計算耕地一種生態足跡，引用其計算結果均衡因子為1.74。

1.3 “國家公頃”模型中的產量因子含義

由于國內區域間生產條件和環境的差異，即使是同類生物生產性土地的生產力也存在地域差異，不同區域同類土地間的生物生產力也不相同。因此，不同地域的同類生物生產性土地的實際面積也不能直接相比，需要通過產量因子進行轉換[7]。這里的產量因子是通過把研究區內的某類土地的平均生產力除以全國同類土地的平均生產力得到的，這一因子綜合反映了特定地域環境和社會經濟因素。吉安市各類農作物產量因子計算方法為：產量因子=吉安市耕地各類型農作物平均單位面積產量/全國該類型農作物平均單位面積產量。2009—2018年全國和吉安市耕地農作物平均單位面積產量和各類型農作物產量因子見表1。根據計算結果，吉安市除糧食作物、棉花以及煙葉的單產略高于全國平均水平外，茶葉、果類作物單產不足全國平均產量的一半。

表1 2009—2018年吉安市耕地各類型農作物產量因子

2 材料與方法

2.1 耕地生態足跡的計算

任何一個特定的人口其生態足跡是其所占有的用于生產其所消耗資源和收納其所產生廢物的生產性土地面積。計算公式為：

(1)

式中：EF表示吉安市生態足跡總量；ef表示人均生態足跡；N表示吉安市的各年人口總數；Ci表示吉安市耕地上i類農作物各年人均生產量；ri為第i類農作物的土地利用類型的均衡因子；pi表示第i類消費品的全國平均生產能力。

2.2 耕地生態承載力的計算

生態承載力是指區域內自然生態系統能夠提供給人類生存和發展所需資源的生態生產性土地面積總和。其計算公式為：

EC=N·ec=N·∑ai·yi·ri

(2)

式中：EC為吉安市總的生態承載力，N為吉安市人口數量，ec為吉安市人均生態承載力，ai為吉安市i類農作物人均生產面積，yi為第i類農作物的產量因子，ri為第i類農作物土地利用類型的均衡因子。

2.3 耕地生態盈虧

生態承載力大于生態足跡時即為生態盈余，反之為生態赤字。生態盈虧計算公式為：

ED=EC-EF=N·(ec-ef)

(3)

式中：ED為生態赤字/盈余，ec、ef分別是人均生態承載力和人均生態足跡。ED>0 為生態盈余，表明該區域的生態供給大于人口消費需求，區域耕地處于可持續發展狀態；ED<0 為生態赤字，表明該區域的生態供給小于人口消費需求，區域耕地處于不可持續發展狀態。

3 吉安市耕地生態足跡變化趨勢

根據上述公式及數據計算得到吉安市2009—2018年耕地生態足跡結果如圖1所示。

圖1 吉安市2009—2018年人均耕地生態足跡、人均耕地生態承載力及人均耕地生態盈虧變化

3.1 吉安市人均耕地生態足跡分析

圖1表明，2009—2018年吉安市耕地人均生態足跡整體增長，2018年較2009年10 a增長了10.2%，增幅最大的一年為2010年，在2014年的達到最高值的0.334 4 hm2，隨后又呈緩慢下降狀態，其下降速度遠不及2009—2014年的增長速度，2014—2017年3 a總體下降幅度僅略高于2013—2014年的增長幅度。

3.2 吉安市人均耕地生態承載力分析

圖1表明2009—2018年吉安市人均耕地生態承載力總體來說10 a增長率僅不到1.4%，其增長率遠低于人均耕地生態足跡的增幅，2009—2014年生態承載力變化趨勢和生態足跡趨勢基本一樣，2014年和2015年生態承載力變化不大，2015年后生態承載力下降明顯，說明吉安市2015年后土地利用狀況開始趨于不合理，耕地壓力增大。

3.3 吉安市人均耕地生態盈余(赤字)分析

圖1表明，吉安市2009—2012年人均生態足跡都小于人均生態承載力，處于生態盈余狀態，吉安市的耕地生產力滿足當地居民的需求量，處于可持續利用狀態，但是每年都在減少，2013年生態足跡大于生態承載力，開始處于生態赤字，耕地的生產不再滿足當地居民的需要，耕地的人均生態赤字在2014年達到頂峰為0.006 2 hm2，2015年雖下降至0.002 1 hm2，但隨后波動上升的趨勢，至2018年生態赤字又增長至0.005 2 hm2，較2015年增長了1.48倍。

3.4 吉安市耕地可持續發展指數

為了能夠較為直觀地反應吉安市耕地的利用程度，又引用了我國學者劉欽普[10]等提出的耕地可持續發展指數(SDI)來直觀地表示耕地可持續發展程度，其計算方法為耕地生態承載力同耕地生態足跡與耕地生態承載力的和的比，SDI的取值范圍為0～1，以0.5為界限，以0.15為階段，SDI值越接近1表明耕地生態處于越強可持續狀態，越接近于0表明耕地處于越不可持續狀態。通過計算可以得到2009—2018年各年份吉安市耕地生態可持續發展狀態指數，結合表2可知10 a吉安市耕地生態可持續指數下降較為明顯，2013年后均處于弱不可持續狀態。

表2 2009—2018年吉安市耕地生態可持續發展狀態指數

4 結論與建議

4.1 結論

根據2009—2018年吉安市耕地生態足跡、生態承載力、生態盈余(赤字)以及耕地可持續發展指數的結果可以得到：吉安市的耕地生態足跡2018年與2009年相比增長了10.2%，但是2014年后處于緩慢下降趨勢，但下降緩慢；吉安市的耕地生態承載力2018年與2009年相比僅增長1.4%，2014年后處于快速下降的趨勢；2013年后耕地生態足跡開始大于耕地生態承載力，耕地可持續指數開始由弱可持續轉變為弱不可持續，2014年耕地生態赤字達到最高，2015年以后也處于波動上升趨勢，不利于吉安市的耕地資源的可持續發展。

4.2 建議

通過“國家公頃”的吉安市耕地生態足跡模型的計算以及統計數據，目前吉安市的耕地不可持續發展的主要原因不僅在于耕地數量下降明顯，而且耕地質量明顯較低，導致大部分農作物的單產遠低于國家平均水平。為了保護吉安市耕地持續向好發展，防止耕地向不可持續的無限轉變，吉安市應該在我國“三位一體”耕地保護政策體系下，合理控制建設用地在城市化過程中的無限制增長，防止過多耕地轉變為建設用地，還應加大農業科技與政策方面的投入，優化耕地生產模式，提高土地產量，加強耕地集約化利用與高標準農田的建設，完善耕地生態保護補償制度，提高區域內耕地的生態保護意識。