基于當地實際消費與產出的生態承載力分析
——以湖南省臨湘市為例

張冬良，郭 穎，王 屏，彭 真

（江西農業大學國土資源與環境學院，南昌 330045）

生態足跡能夠衡量個人和整個區域在資源能源和環境方面的消耗狀況。生態足跡又稱生態占用，是指一定人口與經濟規模條件下，維持資源消費和廢物消納所必需的生物生產面積；生態承載力則是一個區域所能提供給人類的生物生產性土地面積的總和。將一個國家或地區的資源、能源消費與自己所擁有的生態能力進行比較，可判斷該地區的發展是否處于生態承載力范圍之內，是否具有安全性。

中國作為最大的發展中國家，社會經濟方面仍在高速發展，人們的資源消費需求和對自然環境的影響也在增大。面對日益嚴重的生態赤字，國內學者在不同區域尺度上進行了大量研究。張衍廣等［1，2］、劉建偉［3］、李琳等［4］和劉東等［5］運用不同方法對中國生態足跡和生態承載力進行了測度和分析；王建事等［6］、呂潔華等［7］、邱壽豐等［8］、熊鷹［9］、高標等［10］和王禹錫等［11］則對不同省份的生態足跡和生態承載力進行了分析，涉及更具體城市的生態足跡和生態承載力分析的文章則更為廣泛［12-19］。由于中國國土面積大，地域自然差異也很大，在計算區域，特別是具體到某一個城市時仍然采用全國平均的產量因子將導致生態承載力偏離當地的實際情況。對于生物資源豐富、社會經濟水平發展較低的城市，推測應該不會出現嚴重的生態赤字，但是實際發現某些中西部的小城市也出現嚴重的生態赤字［14，16，17，20，21］。本研究通過臨湘市居民的實際消費情況計算生態足跡，并通過當地各生物資源的實際產量計算獲得當地的產量因子，從而計算當地的實際生態承載力，再進行生態承載力的供需平衡分析，這樣更符合當地實際的研究結果，更利于政府部門采取針對性措施抑制居民的生態足跡和提升區域的總生態承載力。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

臨湘市地處湖南省東北邊陲，屬于岳陽市所屬的縣級市。位于東經113°15′—113°45′、北緯29°10′—29°52′。西北襟帶長江，與湖北省的監利市、洪湖市隔江相望。東南瀕臨幕阜山，與湖北省的通城縣、崇陽縣、赤壁市，以及湖南省的岳陽市市區毗連，是湘鄂兩省交界之地。同時，北去武漢，南至長沙，均約170 km。

臨湘市屬北亞熱帶季風濕潤氣候區，氣候濕潤，由于春夏冷暖氣流交替頻繁，夏秋晴熱少雨，秋寒偏早，溫暖期長，嚴寒期短，四季分明，雨量充沛。

2018 年，臨湘市地區生產總值達299.31 億元，第一產業增加值33.28 億元，第二產業增加值134.14億元，第三產業增加值131.89 億元。

1.2 數據來源

生物資源和能源的消費量數據來源于2010 年和2018 年《臨湘市統計年鑒》《臨湘市國民經濟和社會發展統計公報》，污染物產生量數據來源于臨湘市環境保護局和臨湘市市容環境衛生管理局的環境統計年報，土地類型數據來源于臨湘市國土資源局提供的土地利用類型數據。

1.3 計算方法

1.3.1 生態足跡 生態足跡的計算公式如下。

式中，i為消費商品和投入的類別；Pi為第i種消費商品的世界平均生產力；Ci為i種商品的人均消費量；ri為均衡因子；aai為i種商品折算的人均生物生產面積；N為人口數量；ef為人均生態足跡；EF為總的生態足跡。

1.3.2 生態承載力 生態承載力計算方法如下。

式中，EC為區域生態承載力；N為人口數；ec為人均生態承載力；aj為人均生物生產面積；rj為均衡因子；yj為產量因子。

1.3.3 生態盈虧 當一個地區的生態承載力大于生態足跡時，則產生生態盈余（ER）；生態承載力小于生態足跡時，則出現生態赤字（ED）。生態盈虧計算方法如下。

對可持續性的衡量，主要依據生態足跡和生態承載力差值。當區域內EF＞EC時，將出現生態赤字，其大小等于生態承載力減去生態足跡。生態赤字表明該地區人類對自然資源的消耗超過了生態承載力，生態安全受到脅迫，區域的發展模式處于相對不可持續狀態。當區域內EF≤EC時，則產生生態盈余，表明該區域自然生態資源可以滿足人類對資源的需求，地區內自然生態資源在一定的保護措施下可以得到增加，使得生態承載力供給擴大，區域生態系統處于安全狀態，自然生態資源發展以及該區域的生產和消費模式具有相對可持續性。

2 臨湘市生態足跡

2.1 生物資源消費賬戶生態足跡

在生態足跡計算中，各種物質消費按換算比例折算成相應的土地面積。生態足跡分析法將地球表面的生物生產性土地分為6 大類進行核算。臨湘市生物資源消費情況如表1 所示。2009—2018 年，人均消費量在林地產品方面變化不一，其中，茶葉、油茶子、竹筍干、木材的增幅為7.75%～94.83%，板栗、水果的減幅在26%以內，而油桐子的消費量較為穩定；在耕地產品、草地產品和水域產品方面，除麻類和薯類產品消費量有所減少外，其余產品消費量增幅均較大，其中，對谷物、油料、奶制品的消費量增幅分別為72.13%、74.86%和93.94%。為使得計算結果可以與國內外其他地區進行對比，在計算中采用1993 年聯合國糧食及農業組織計算的世界生物生產面積的平均水平進行折算。臨湘市生物資源消費生態足跡如表1 所示，2009—2018 年，林地人均生態足跡變化幅度較小，僅為3.47%，耕地人均生態足跡增幅較大，達60.93%，主要源于谷物、油料類農產品消費的增加，而對肉、蛋、奶制品和水域產品消費的較快增長也導致草地產品和水域產品人均生態足跡的明顯增加，增幅分別為19.10%和29.41%。

表1 臨湘市2009、2018 年生物資源消費生態足跡

2.2 能源消耗賬戶生態足跡

能源消費的生態足跡是指能源生產及能源消費后吸收其所產生CO2所需的生態空間。Wackernagel等［22］所確定的煤、石油、天然氣和水電的全球平均土地產出率（足跡）分別為55、93、93、1 000 GJ/hm2，據此可以將能源消費所消耗的熱量折算成一定的化石能源土地。臨湘市能源消費足跡如表2 所示，2009—2018 年，隨著經濟的快速發展，人均對各類能源的消費量和由此產生的生態足跡都明顯增加，生態足跡平均增幅為29.02%，其中，在國家更加關注環境保護的形勢下，對天然氣和電力等清潔能源的消費增加更加明顯，增幅分別為421.77% 和74.47%。

表2 臨湘市2009、2018 年能源消費生態足跡

2.3 污染物生態足跡

在經濟發展、城市化發展的進程中，產生的污染物質越來越多，用來直接或間接處理污染物質的土地就越來越多，這些污染物質對生態環境造成了不良影響，它們占用的生態足跡不容忽視，因此，在生態足跡計算時，需要考慮加入污染物生態足跡的計算。污染物質的排放類型大體分為三大類，即廢水、廢氣和固體廢棄物。計算污染物處理部分需要消耗的生態生產性土地面積和污染物未處理部分對生態生產性土地破壞的面積。各污染物生態足跡如表3所示，廢氣中SO2和煙粉塵的消納能力分別為0.088 65、10.110 00 t/hm2［23］，廢水的消納能力為1.000 00 t/hm2［24］，固體廢棄物的消納能力為10.190 00 t/hm2［25］。2009—2018 年，經濟發展、生活水平的提高導致廢氣中的煙粉塵和固體廢棄物的總量大幅增加，相應的煙粉塵和固體廢棄物產生的人均生態足跡也明顯增加，增幅分別為76.30%和40.37%。

表3 臨湘市污染物生態足跡

2.4 臨湘市生態足跡分析

通過上述計算已經獲得人均消耗各種生物資源和能源的生態足跡，由于各種土地資源的生產能力不同，總的生態足跡并不是將各項生態足跡進行簡單相加，因此需要將臨湘市各種生態生產性土地面積轉化為可比較的生態生產性土地面積，這種轉化需要通過乘以一個均衡因子來實現。均衡因子為某類生物生產面積的世界平均潛在生產力與全球各類生物生產面積的平均潛在生產力的比值。由于數據來源各異，采用的均衡因子也不同。為了使研究結果具有可比性，本研究采用全球足跡網絡（GFN）2012 年發布的《國家生態足跡賬戶計算方法》（2010年版）公布的數據［26］。由表4 可知，2009—2018 年人們生活水平的快速提高，導致人均消耗的農產品、能源急劇增加，居住條件的改善也使得人均居住面積增加，由此導致人均生態足跡在耕地、化石能源用地和建筑用地等方面明顯增加，增幅分別為60.93%、29.02%和64.01%。2009—2018 年，臨湘市的人均生態足跡從1.240 392 ghm2（全球公頃）增加到1.675 334 ghm2，增幅為35.06%。

表4 臨湘市人均生態足跡

3 生態承載力

3.1 臨湘市產量因子

為使臨湘市生態承載力更能體現實際水平，通過統計年鑒數據，計算臨湘市實際產量水平，將計算結果與全球平均產量進行對比得出產量因子。考慮到臨湘市草地資源較少，選取產量因子為0.19。2009 年其他類型土地產量因子的計算結果如表5 所示，除林地產量外，臨湘市耕地和水域的實際產量遠高于全球平均產量，主要是因為中國人口眾多，人均耕地面積少，精耕細作使得單產更高，如谷物和瓜類的平均產量都是全球平均產量的5 倍以上，作為魚米之鄉的臨湘市，水域產量更是達到全球平均水平的44.517 倍。2018 年的產量因子可以用同樣的方法計算。

表5 臨湘市2009 年各生物資源產量因子

3.2 臨湘市生態承載力

根據世界與發展委員會報告《我們共同的未來》指出，生物并非人類所獨有，人類應將生物生產土地面積的12%用于生物多樣性的保護。因此，在計算生態承載力時，應從總數中扣除這一部分。臨湘市2009 年和2018 年人均生態承載力如表6 所示，由于受中國農業技術的成熟穩定以及人口增加等因素的綜合影響，2009—2018 年，臨湘市的人均生態承載力減少了2.10%，變化幅度較小。

4 臨湘市生態盈虧分析

比較所得的生態足跡與生態承載力，計算生態盈虧，為臨湘市的可持續發展提供依據及參考。依據式（3），計算出臨湘市2009、2018 年生態盈虧，如表7 所示。2009 年臨湘市還有一定的生態盈余，人均生態盈余為0.413 603 ghm2，而2018 年則出現了生態赤字，人均生態盈余為-0.056 076 ghm2。生態足跡的增長表現為人類對化石能源、水域產品和耕地資源需求的增加，此趨勢與社會經濟發展的趨勢一致。科技水平的提高使得水域產品和一些生物資源的單產提高，一定程度上彌補了減少的生態用地類型面積，所以臨湘市區域總生態承載力出現了一定的提高，2009 年臨湘市總生態承載力為843 819 ghm2，而2018 年則為878 219 ghm2，但是由于人口的增加，人均生態承載力呈下降趨勢。

表7 臨湘市2009、2018 年生態盈虧分析 （單位：ghm2）

近年來出現的生態赤字表明，長期以來對資源的過度使用和廢棄物排放使得臨湘市社會經濟發展對資源的需求超過了區域的生態供給，隨著社會經濟的發展和城市化進程的加快，臨湘市不可持續發展的狀態將進一步加劇。

5 小結與討論

隨著社會的高速發展、技術和管理水平的提升，人均生態足跡和單位土地的生態承載力都處于不斷上升過程中，關鍵點是協調兩者處于一個和諧的動態平衡中。

1）隨著社會經濟的發展和人民生活水平的提高，人們對資源能源的消耗和污染物排放都將進一步增加，臨湘市人均生態足跡也將呈持續增長趨勢。

2）采用當地實際的消費數據計算得出更貼近當地實際的生態足跡，利用當地各生物資源實際產量計算產量因子從而得出的生態承載力更貼近臨湘市的實際情況。

3）臨湘市2009 年尚存在一定的生態盈余，2018年則出現生態赤字，總體來看，情況要遠好于全國平均水平。但同時也應該看到，這一方面是因為當地的社會經濟發展水平相對較低造成的；另一方面，臨湘市生態資源產量高于全國平均水平，特別是水域和耕地資源產量遠高于全國平均水平。

4）控制人口增長，加強耕地和水域的保護，提高能源利用效率和減少污染物排放能有效減緩臨湘市的區域生態赤字。