基于生態足跡的山東省可持續發展分析

劉貴芬 田 勇* 李圣增 姜騰龍 朱從旭

(1.山東省濟南生態環境監測中心，濟南 250100；2.濟南市國土資源執法監察支隊，濟南 250000)

山東省作為東部沿海經濟、人口大省,在全國區域經濟格局中占有重要位置，城鎮化建設不斷加快、經濟建設不斷加速，同時發展不平衡不充分問題比較突出，資源環境約束趨緊，能耗、土地、環境容量制約凸顯，實現可持續發展任重道遠。而山東省正處于“一帶一路”重要戰略節點，新舊動能轉換綜合試驗區、中國(山東)自由貿易試驗區、上合組織地方經貿合作示范區等國字號平臺加快建設，特別是黃河流域生態保護和高質量發展戰略，賦予山東重大歷史機遇。本文利用生態足跡模型，根據《中國統計年鑒》、《山東省統計年鑒》(2012-2020年)與有關資料，計算、匯總出山東省2011—2019年間的最新生態足跡，從多個角度對山東省2011—2019年間的最新可持續發展狀況及發展趨勢做了定量分析，并與其他部分省份做了橫向比較，以期為山東省實現歷史性跨越提供決策依據。

1 文獻綜述

生態足跡(Ecological footprint，EF)，也稱生態痕跡或生態占用，是指能夠持續的提供資源或消納廢物的、具有生物生產力的地域空間(包括陸地和水域)[1-4]，目前，有關區域可持續發展狀態的測度方法有很多，其中由加拿大生態經濟學家 Willian Rees(1992)[5]提出并由其學生Wackernagel 教授(1996)[6-7]完善的生態足跡模型被廣泛應用于全球、國家、省、城市等不同尺度的可持續發展測度研究中。Wackernagel[8]以智利圣地亞哥為例，為計算城市生態足跡以及如何將該足跡與可供人類使用的生物容量相比較提供了參考。Fricker[9]利用生態足跡模型測算了新西蘭的包括海洋資源在內的生態足跡和生態承載力，并據此對世界的可持續性作出預警。在國內，張志強等[10]、翟勝等[11]較早闡述了生態足跡的理論，并對方法和計算模型進行改進; 安寶晟等[12]、楊屹等[13]、趙正等[14]和謝霞等[15]利用生態足跡模型，分別測算了西藏、陜西、黑龍江大慶市和甘肅省的生態足跡及生態承載力；李中才[16]、王建事等[17-18]分別測算研究了山東省生態足跡及可持續發展狀況。

有關山東省生態足跡和可持續發展的研究相對較少，并且缺乏與其他地區橫向比較。

2 研究區概況

山東省位于中國東部沿海、黃河下游，陸域位于東經114°48′～122°42′、北緯34°23′～38°17′，東西長721.03 km，南北長437.28 km。境域包括半島和內陸兩部分，山東半島突出于渤海、黃海之中，同遼東半島遙相對峙；內陸部分自北而南與河北、河南、安徽、江蘇4省接壤。全省陸域面積15.58 km2，海洋面積15.96 km2。2019年年末，常住人口10 070.21萬人。

3 數據來源與研究方法

3.1 數據來源

生態足跡賬戶中生物資源賬戶、能源消耗賬戶、各地類面積、人口數量及GDP數據均來自 2012—2020 年《中國統計年鑒》及《山東省統計年鑒》。為更貼近實際， 根據生產力大小的差異及山東省省情，在生態足跡模型帳戶計算中，將生物生產性土地面積劃分為耕地、草地、林地、園地、水域、建設用地和化石能源用地共7類。在研究人類活動消費的各種資源、排放的廢棄物以及自然的生態供給時，就將這些消費項目和自然生態供給折算成相應的生物生產性面積。 由于7類生物生產性土地面積的生產力水平各不相同，引入均衡因子和產量因子對各類型生物生產性面積進行標準化處理，從而將其轉化為以全球平均生物生產力(全球性公頃)表述的面積總量。根據山東省實際，園地生產力和林地近似，故保守采用相同的均衡因子和產量因子。耕地、林地、園地、草地、水域、建設用地、能源用地七大土地類型的均衡因子和產量因子分別為 2.8，1.1，1.1，0.5，0.2，2.8，1.1 和 1.66，0.91，0.91，0.19，1，1.66，0[17]。水域面積無法從年鑒獲取相應數據，臨時采用年鑒濕地面積。計算時將能源消費轉化為化石能源土地面積，采用世界上單位化石能源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折算成一定的化石能源土地面積[19]。各生物資源消費量以生產量數據為測算依據。為更接近真實情況，生物資源平均產量優先采用謝鴻宇[20]的研究成果，其次采用世界糧農組織數據庫2010年統計年鑒世界平均產量，再次采用FAO計算的1993年有關生物資源的世界平均產量。

3.2 研究方法

3.2.1 生態足跡模型

生態足跡模型將區域的生物資源和能源的消費與供給，用“全球性公頃”進行標準化處理后折算為一定的生物生產性面積需求(生態足跡)與自然供給(生態承載力)；然后通過比較分析這種供需狀況，定量判斷研究區域過去或者現在發展的可持續性。生態足跡的計算基于兩個假設：人類活動消費的絕大多數資源以及產生的廢棄物數量，是可以追蹤統計的；人類消費的這些資源和產生的廢棄物，可以轉換成生產這些資源和吸收排放的廢棄物所必需的生物生產性土地面積。

3.2.2 消費項目的具體劃分

根據國家及山東省統計年鑒數據，生態足跡計算涉及到的消費項目及其對應的生物生產性土地如下：

耕地對應的消費項目主要有：農產品如谷物、豆類、薯類、油料、麻類、棉花、甜菜、煙葉、蔬菜，動物產品中的豬肉、禽肉和禽蛋。水域對應的消費項目主要是水產品的消費。園地對應的消費項目主要是蠶繭、茶葉和水果。林地對應的消費項目主要是木材、核桃和板栗。牧草地對應的消費項目主要是牛肉、羊肉、奶類及羊毛等。

建設用地對應的消費項目主要有：電力用地，由于這些項目一般都是對耕地的占用，所以將其生物生產力等值于耕地的生物生產力來處理。

化石能源用地對應的消費項目主要有：煤品、油品、天然氣等能源項目。

3.2.3 生態足跡的計算

確定了各項消費項目和均衡因子后，生態足跡計算公式：

EF=N×ef

(1)

式中：EF為區域總生態足跡；N為人口數；ef為人均生態足跡總和，其值為：

ef=∑Y·(Ai)=∑Y·(Ci/Pi)

(2)

式中：Y為均衡因子；Ai為人均i種消費項目折算的生態生產性面積，i為消費項目類型；Pi為i種消費項目的平均生產能力；Ci為i種消費項目的人均年消費量。

3.2.4 生態承載力計算

區域總生態承載力，計算公式為:

EC=N×ec

(3)

式中，EC為區域總人口的生態承載力 ，N為人口數。

某類生態生產性土地人均承載力ec=該類生態生產性土地人均面積×均衡因子×產量因子

(4)

3.2.5 生態盈余或赤字計算

生態盈余/赤字=生態承載力-生態足跡

(5)

如果生態足跡超過生態承載力，就出現生態赤字；如果生態足跡小于生態承載力，就出現生態盈余。

3.2.6 生態壓力指數

生態壓力指數(EPI)由趙先貴等[21]提出，是人均生態足跡與人均生態承載力的比值，該指數反映了區域生態環境的承壓程度，用于可持續發展評價。EPI≤1，表示生態壓力處于可控范圍，生態安全仍有保障;EPI>1，表明生態壓力已經影響到了生態安全，生態系統平衡受到威脅，值越大，威脅越大。根據EPI值將耕地生態壓力水平劃分為6個等級，<0.5、0.51～0.80、0.81～1. 00、1.01～1.50、1.51～2.00、>2.00，分別表征很安全、較安全、稍不安全、較不安全、很不安全、極不安全狀態。生態壓力指數計算公式為

EPI=ef/ec

(6)

3.2.7 萬元GDP生態足跡

為了在生態足跡模型框架內評價區域內生物生產性土地的生產潛力，一般引入“萬元GDP的生態足跡”指標來反映區域生物生產性土地面積的資源利用效率。其計算公式為:

萬元GDP的生態足跡=研究區域的生態足跡總量/研究區域的萬元GDP總量

(7)

由計算公式可知:萬元GDP的生態足跡量越大，那么研究區域的生物生產性土地面積的產出率越低，即該地區的自然資源利用效率就越低，反之亦然[22]。

4 結果與分析

根據公式(1)-(7),計算出山東省2011年-2019年人均生態承載力、人均生態足跡及生態盈余或者生態赤字(表1)，山東省萬元GDP生態足跡、生態壓力指數(表2)。根據劉運偉[23]、索朗央拉[24]、聞 熠[25]等研究結果，將2011年山東省萬元GDP生態足跡與四川省、西藏自治區、上海市萬元GDP生態足跡數據，做了橫向對比(表3)。各指標的時間變化如圖1-5。

表1 2011—2019年山東省各生物生產性土地面積匯總

表2 山東省萬元GDP生態足跡、生態壓力指數

結合表1-3、圖1和圖2可知，2011年-2019年，山東省人均生態承載力在0.510 hm2/cap左右出現波動性變化，呈現先上升后下降，總體下降趨勢；人均生態足跡先上升，在2015年達最高點，為5.371 hm2/cap，后呈現下降趨勢；生態盈虧一直處于生態赤字狀態，變化趨勢和人均生態足跡正好相反，先逐年下降，在2015年出現最大的生態赤字-4.861 hm2/cap，之后再逐年上升；萬元GDP的生態足跡出現逐年下降的趨勢，由2011年的1.177 hm2/萬元下降至2019年的0.709 hm2/萬元；生態壓力指數一路攀升，從2011年的9.311上升到2018年的10.529，2019年有小幅度下降。為更好分析山東省資源利用效率，根據數據獲取可行性，把2011年的山東省萬元GDP生態足跡和其它省份(直轄市)做了橫向比較(表3)，山東省萬元GDP生態足跡比上海市低，比西藏自治區和四川省要高。根據李金滟研究成果[26]，2009年全國平均、廣東省、安徽省、江西省、湖南省、湖北省、山西省、河南省萬元GDP生態足跡分別是0.54、0.24、0.71、0.57、0.68、0.48、0.68、0.78 hm2/cap，根據萬元GDP生態足跡均呈下降趨勢來看，2011年全國平均、廣東省、安徽省、江西省、湖南省、湖北省、山西省、河南省萬元GDP生態足跡還要低一些，更低于本文山東省萬元GDP生態足跡。需要說明的是，本文均衡因子和西藏自治區取值一致，但低于上海市(兩種最重要地類耕地和建設用地)和四川省取值，所以萬元GDP生態足跡比實際要高。和李金滟研究成果相比，研究方法和計算方法的不一致也會導致數據可比性需要提升。

結合表1和圖3可知，各地類人均生態承載力動態變化總體不大，但各地類結構不均衡。除化石能源用地不考慮外，耕地比例最大，平均占68%左右，并且整體呈現下降趨勢；其次是建設用地，平均占26%左右，一直呈上升趨勢；再次是林地、園地和水域，均不足2%；牧草地比例最小，僅占0.00245%左右；林地維持穩定，園地、水域和牧草地均出現下降趨勢。

圖1 2011年-2019年山東省人均生態承載力、人均生態足跡和生態盈虧動態變化(hm2/cap)

圖2 2011年-2019年山東省萬元GDP生態足跡(hm2/cap)和生態壓力指數動態變化

圖3 2011年-2019年山東省各地類人均生態承載力動態變化(hm2/cap)

圖4 2011年-2019年山東省各地類人均生態足跡動態變化(hm2/cap)

結合表1和圖4可知，各地類人均生態足跡分布不均衡，牧草地所占比例最大，占40%以上，呈現波動性、整體上升的變化趨勢，2016年達峰值2.396 hm2/cap；其次是化石能源用地，占比在30%以上，呈現先上升后下降整體上升趨勢，在2015年達峰值1.905 hm2/cap；再次是耕地，呈現曲折的波動變化過程，占比在18%左右，2017年達峰值1.015 hm2/cap，2019年出現最小值0.777 hm2/cap；最后依次是水域、林地、園地和建設用地，水域占比大于1%，建設用地占比不足1‰。

結合表1和圖5可知，除建設用地出現生態盈余、且其生態盈余整體呈現上升趨勢外，其他地類均出現持續生態赤字。其中，牧草地生態赤字貢獻率最大，占比在50%左右；化石能源用地生態赤字貢獻率其次，占比在40%左右；耕地生態赤字貢獻率緊隨其后，占比在10%左右；再次生態赤字貢獻率按照由大到小依次是水域、林地和園地，水域生態赤字貢獻率大于1%；并且都會隨著生態足跡最大時出現最大生態赤字。

圖5 2011年-2019年山東省各地類生態盈虧動態變化(hm2/cap)

5 結論與討論

分析山東省2011年-2019年生態足跡及相關指標數據，可得出以下結論：

(1)從總體來看，山東省人均生態承載力圍繞0.510 hm2/cap出現波動，總體呈現下降趨勢；人均生態足跡呈現“Λ”型發展趨勢，在2015年達最高點5.371 hm2/cap，從2016年開始，隨著人口增加，總的人均生態足跡在下降；生態盈虧一直處于生態赤字狀態，變化趨勢和人均生態足跡正好相反，2015年出現最大生態赤字-4.861 hm2/cap，呈現“Ⅴ”型發展趨勢，目前處于向好發展態勢；萬元GDP的生態足跡出現逐年下降趨勢，由2011年的1.177 hm2/萬元下降至2019年的0.709 hm2/萬元，說明資源利用效率和經濟發展質量一直在提升；生態壓力指數一路攀升，從2011年的9.311上升到2018年的10.529，2019年有小幅度下降，表明生態安全形勢比較嚴峻。

(2)從各地類變化趨勢來看，人均生態承載力分布不均衡，耕地比例最大，平均占68%左右；其次是建設用地，平均占26%左右；其他均不足2%；除了林地維持穩定、建設用地一直增加外，其他地類均處于下降趨勢。人均生態足跡分布也不均衡，牧草地和化石能源用地占生態足跡70%以上，并呈現先上升后下降、整體上升的變化趨勢；其次是耕地占比18%左右，呈現曲折的波動變化趨勢；最后依次是水域、林地、園地和建設用地，占比均比較小，建設用地一直在增加，其他變化相對穩定。各地類供給和需求存在錯位，供給最大的是耕地和建設用地，需求最大的是牧草地和化石能源用地。

(3)從各地類結構來看，牧草地供需矛盾最突出，生態赤字最大，生態壓力最大；其次化石能源用地和耕地；建設用地持續出現生態盈余，且生態盈余整體呈現上升趨勢，生態壓力指數小于1，處于可控范圍；其他地類均出現“Ⅴ”型持續生態赤字，生態壓力指數均大于1，生態壓力已經影響到了生態安全，生態系統平衡受到威脅。

(4)從與其他個別省份橫向比較來看，2011年山東省萬元GDP生態足跡比上海市低，比西藏自治區和四川省要高，比全國平均水平、廣東省、安徽省、江西省、湖南省、湖北省、山西省、河南省要高，說明資源利用效率高于上海市，低于西藏自治區和四川省，低于全國平均水平，低于安徽省、江西省、湖南省、湖北省、山西省、河南省，更低于廣東省。

耕地和建設用地是山東省生態承載力的主要載體，牧草地和林地等明顯不足。而隨著生活水平的迅速提升，飲食結構趨向多元化、牛羊肉及奶制品需求量快速增加，私家車輛越來越多，牧草地、化石能源用地和耕地成為生態足跡的最大組成部分，導致出現最大的生態赤字和生態壓力，已經影響了山東省生態安全，必須引起足夠的重視。

作為人口大省、農業大省和經濟大省，山東省生態安全狀況嚴重影響其可持續發展。為此，根據《中共山東省委關于制定山東省國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二○三五年遠景目標的建議》[27]，要大力發展現代種植業，提高農業質量效益和競爭力，嚴守耕地保護紅線，確保糧食產能穩定在千億斤以上，提高蔬菜、果品、花生、生豬、禽蛋、奶業、水產品等穩產保供水平，培育具有競爭力的農業產業化龍頭企業；加快推動綠色低碳發展，加快優化能源結構、產業結構、交通運輸結構、農業投入結構，實施煤炭消費總量控制，推進清潔能源倍增行動，發展壯大環保產業，開展綠色生活創建活動，推動形成簡約適度、綠色低碳的生活方式；系統修復和保護自然生態，統籌山水林田湖草系統治理，加強黃河、大運河、海岸線等重要生態廊道建設，推進泰山、沂蒙山、昆崳山、東平湖、南四湖等重點生態區域保護修復，強化森林、濕地等生態資源管護，健全以國家公園為主體的自然保護地體系；全面提高資源利用效率，加快盤活閑置低效土地。此外，在保護好現有自然條件和自然資源、優化國土空間布局基礎上，需要及時預防控制生態環境污染、提升生態環境質量，提高產業現代化水平、提升經濟承載力，適量控制人口增長，大力提升環境承載力。

另外，在本文的研究中發現，有個別因素會影響生態足跡計算和評價結果：一是生態足跡處理數據量較大，年鑒統計資料一些年份濕地面積和林地面積未更新，缺乏其他數據獲取渠道，對生態足跡計算結果會有一定影響；二是貿易數據缺失，本文各生物資源消費量以生產量數據為測算依據，不能如實反映凈消費量。同時，生態足跡是一種納入指標體系不夠完善的分析方法,其計算結果對未來發展趨勢預測的準確性有待進一步提升，這需要以后生態足跡指標體系的不斷完善予以解決。