賀碧湖，鄧明蓉，董賢斌，劉雅菲，朱深海

（吉首大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖南 張家界 427000）

生態(tài)承載力研究是可持續(xù)發(fā)展科學(xué)領(lǐng)域關(guān)注的熱點問題，是判定可持續(xù)發(fā)展的重要分析手段[1]。在土地資源合理利用、生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)條件下，生態(tài)承載力確保了土地資源承載人類活動規(guī)模和強(qiáng)度的限度[2]，反映了區(qū)域生態(tài)環(huán)境的安危狀況和可持續(xù)發(fā)展程度，對人類社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及生態(tài)環(huán)境變化起到預(yù)警作用[3]。隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，人們對旅游開發(fā)、城市建設(shè)以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需求更加迫切。然而，不合理的開發(fā)威脅著區(qū)域的生態(tài)環(huán)境和土地資源的可持續(xù)發(fā)展。因此，如何發(fā)掘土地生產(chǎn)潛力，有效規(guī)劃開發(fā)力度，提高土地資源承載力，對促進(jìn)生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

土地承載力研究始于1812 年馬爾薩斯時代，他提出人口與食物、土地保持相對平衡的思想[4-5]。1921年，Park 和Burgess 在生態(tài)學(xué)雜志提出了承載力的概念，指出在生存環(huán)境、物質(zhì)營養(yǎng)、空間等生態(tài)因子的特定組合環(huán)境條件下，某種生物個體生存的最大閾值即為承載力[6]。隨著土地資源短缺、生態(tài)環(huán)境污染以及人口快速增長等問題的出現(xiàn)，土地承載力研究逐漸變成熱點課題，其研究結(jié)果廣泛應(yīng)用于生態(tài)學(xué)相關(guān)領(lǐng)域。近年來，有關(guān)城市生態(tài)承載力的研究日漸增多，以計算生產(chǎn)性土地和能源消耗為主的土地承載力研究體系也日趨完善[1,7-9]。例如尹勇平等[10]利用生態(tài)足跡的原理和模型計算了長株潭城市群2006 年的生態(tài)足跡和土地生態(tài)承載力；宋戈等[11]對齊齊哈爾市的生態(tài)足跡、生態(tài)承載力和生態(tài)赤字/盈余進(jìn)行定量計算和分析；何文舉等[12]用國家生態(tài)足跡賬戶計算方法，對湖南省2012 年的各項生物生產(chǎn)性土地類型進(jìn)行了生態(tài)足跡和土地承載力的測算；周智聰?shù)萚13]運用生態(tài)足跡模型在時間維度上對鄭州市生態(tài)承載力進(jìn)行分析并提出問題與相應(yīng)對策；楊一旸等[7]分析了區(qū)域生態(tài)足跡、生態(tài)承載力的時空變化特征，并提出對應(yīng)補償方案，以期為長江中游城市群生態(tài)建設(shè)和管理提供決策依據(jù)。

筆者以張家界市桑植縣為研究區(qū)域，利用2000、2005、2010、2015、2020 年的土地利用和生產(chǎn)性土地數(shù)據(jù)，結(jié)合生態(tài)足跡、土地生態(tài)承載力相關(guān)理論和方法，定量計算分析上述5 個時期研究區(qū)域內(nèi)生態(tài)足跡和土地生態(tài)承載力的差距及變化規(guī)律，判斷區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展資源消耗是否處于生產(chǎn)性土地承載力的范圍內(nèi)，從而確定桑植縣現(xiàn)階段的生態(tài)盈余或赤字，通過變化規(guī)律預(yù)測該區(qū)域生態(tài)環(huán)境是否安全，為區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)、土地資源可持續(xù)開發(fā)利用以及社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)和指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

桑植縣隸屬張家界市，位于湖南西北邊界，東臨石門縣、慈利縣，南毗永定區(qū)和永順縣，北界湖北宣恩，處于東經(jīng)109°41′～110°46′，北緯29°17′～29°84′之間，屬于中亞內(nèi)陸季風(fēng)氣候，總面積3 474 km2，主要水域河流為澧水和溇水。桑植縣管轄12 個鎮(zhèn)以及11 個鄉(xiāng)，擁有峰巒溪國家森林公園以及國家級八大公山自然保護(hù)區(qū)，被評為全球生物多樣性保護(hù)地區(qū)以及重要生態(tài)區(qū)之一。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

土地利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于中科院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http://www.resdc.cn/），精度達(dá)90%以上。經(jīng)濟(jì)社會、農(nóng)作物產(chǎn)量數(shù)據(jù)等來源于同期《湖南統(tǒng)計年鑒》《張家界統(tǒng)計年鑒》和《湖南農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》。

2.2 研究方法

（1）生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的計算。生態(tài)足跡是指能夠持續(xù)地提供資源或消納廢棄物的、具有生物生產(chǎn)力的地域空間。借鑒劉某承等[14]計算的湖南省各種土地類型的均衡因子，即農(nóng)地、林地、畜牧地、漁業(yè)水域、建筑用地、能源用地分別取值1.32、0.82、0.71、0.56、1.32、0.82。用公式（1）計算區(qū)域的總生態(tài)足跡（EF）。

式中：N為人口數(shù)；ef為區(qū)域人均生態(tài)足跡；Ai為各類消費帳戶的人均生態(tài)足跡；i為消費項目的類型；Yi為食物生產(chǎn)性土地第i種消費項目的世界平均產(chǎn)量；Pi為第i種消費項目的年生產(chǎn)量；ri為均衡因子。

（2）生態(tài)承載力是將生物生產(chǎn)性土地面積分別乘相應(yīng)的產(chǎn)量因子和均衡因子。用公式（2）計算區(qū)域總生態(tài)承載力（EC）。

式中：N為人口數(shù)；ec為區(qū)域人均生態(tài)承載力；Cj為第j種消費項目的人均生態(tài)承載力分量；aj為人均生物生產(chǎn)面積；rj和yj分別為均衡因子和產(chǎn)量因子。根據(jù)劉某承等[15]的研究成果，即湖南省耕地、草地、林地、建筑用地、水域、CO2吸收的產(chǎn)量因子分別取值1.43、3.00、1.10、1.43、3.00、0.00。再結(jié)合申海建等[16]研究得出的張家界市耕地產(chǎn)量因子為1.241 1。同時以耕地調(diào)整系數(shù)（1.020 7）為基準(zhǔn)，類比將張家界市市域內(nèi)草地、林地、建筑用地、水域、CO2吸收的產(chǎn)量因子同步修正為2.603 7、0.954 7、1.241 1、2.603 7、0.000 0。

（3）生態(tài)安全度評價模型的建立。生態(tài)安全度評價模型是利用生態(tài)足跡和承載力的數(shù)值，結(jié)合生態(tài)赤字/盈余和生態(tài)壓力指數(shù)的方法，用以判斷區(qū)域安全性的評價模型[17]。生態(tài)赤字/盈余（ED）可判斷區(qū)域的生態(tài)安全狀態(tài)，生態(tài)壓力指數(shù)（N）用以表示區(qū)域安全程度，分別用公式（3）和（4）計算。

3 結(jié)果與分析

3.1 研究區(qū)域土地承載力分析

利用各年鑒所統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，根據(jù)公式（1）計算桑植縣2000—2020 年的生態(tài)足跡。由表1 可知，桑植縣總生態(tài)足跡由2000 年的302 369 hm2到2010年的471 692 hm2，增加了169 323 hm2，到2020 年的265 982 hm2，減少了36 387 hm2，由圖1 可知，桑植縣人均生態(tài)足跡由2000 年的0.709 8 hm2/人增加到2010年的1.241 3 hm2/人，再減少2020 年的0.683 2 hm2/人，平均值為0.817 4 hm2/人。耕地和草地的年平均生態(tài)足跡值分別達(dá)到79 544.6 hm2和205 445.6 hm2，人均生態(tài)足跡占比分別是24.31%和62.79%，在各類用地中居前兩位，說明居民的肉質(zhì)消費增加，生活水平提高；水域年平均生態(tài)足跡為36 819.2 hm2，僅次于耕地和草地。2000—2010 年是旅游業(yè)快速發(fā)展時期，桑植縣確定了“以旅游業(yè)為龍頭，以農(nóng)業(yè)為基礎(chǔ)”的基本方針[18]，大力開發(fā)旅游景區(qū)以及服務(wù)設(shè)施，由于生態(tài)建設(shè)思想認(rèn)識滯后、林業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后，導(dǎo)致逐步出現(xiàn)農(nóng)村林業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量不高、生態(tài)保護(hù)經(jīng)費欠缺、政策引導(dǎo)不夠、機(jī)制不全等問題[19]。2010 年的人均生態(tài)足跡增長至2000 年的1.75 倍，耕地、林地、草地、水域呈上升趨勢，這段時間桑植縣對生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)能源索取超過生物性能源生產(chǎn)土地提供的能源。2010 年到2020 年，根據(jù)《全國主體功能區(qū)規(guī)劃》和《湖南省主體功能區(qū)規(guī)劃》，桑植縣被劃定為重點生態(tài)功能區(qū)，是保障湖南生態(tài)安全的重要區(qū)域，是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要生態(tài)功能區(qū)[20]，加上旅游綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展、污染工業(yè)的轉(zhuǎn)型以及國家發(fā)布政策對生態(tài)環(huán)境進(jìn)行保護(hù)與整改，桑植縣的總體人均生態(tài)足跡慢慢呈下降恢復(fù)狀態(tài)。

圖1 2000—2020 年桑植縣人均生態(tài)足跡

表1 2000—2020 年張家界桑植縣生態(tài)足跡

3.2 研究區(qū)域土地承載力變化分析

由表2 可知，桑植縣總?cè)丝诘纳鷳B(tài)承載力由2000年385 150.06 hm2增加到2020年386 972.42 hm2，階段均值為385 196.75 hm2；2000 年的人均生態(tài)承載力為0.904 1 hm2/人，增加至2010 年最高值1.009 8 hm2/人，再減少至2020 年0.827 7 hm2/人。2000—2020 年的平均人均生態(tài)承載力0.795 7 hm2/人?？偟膩砜?，2000—2020 年桑植縣的生態(tài)承載力基本保持一個水平狀態(tài)，扣除12%的生物多樣性保護(hù)面積，它的人均生態(tài)土地承載力也基本保持穩(wěn)定，但是人均生態(tài)承載力呈現(xiàn)波動態(tài)勢。這是因為桑植縣的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一為旅游產(chǎn)業(yè)，是湖南省主要的旅游基地和重點生態(tài)保護(hù)地區(qū)，其建筑用地和水域用地保護(hù)建設(shè)相對較好，總體土地生態(tài)承載力略有提升；但土地資源短缺，隨著城市發(fā)展建設(shè)的需求，生物生產(chǎn)性土地減少，使得區(qū)域土地承載力增加幅度較小。

由表2 可知，耕地、林地、水域和建設(shè)用地的生態(tài)承載力在2000—2020 年總體呈上升趨勢。林地的生態(tài)承載力從2000 年的183 589.75 hm2到2020 年的183 962.78 hm2，增加了373.03 hm2；水域的生態(tài)承載力從2000 年的3 846.27 hm2到2020 年的7 351.11 hm2，增加了近一倍；建筑用地的生態(tài)承載力從2000 年的597.43 hm2到2020 年的1 421.70 hm2，增加了824.27 hm2。草地的生態(tài)承載力從2000 年的69 602.20 hm2到2020年的61 439.82 hm2，減少了8 162.38 hm2呈下降趨勢。但土地總體生態(tài)承載力呈上升趨勢，說明2000—2020年研究區(qū)承載力處于安全范圍內(nèi)。

表2 2000—2020 年桑植縣土地生態(tài)承載力

3.3 研究區(qū)域生態(tài)安全度分析

根據(jù)上述生態(tài)足跡和生態(tài)承載力計算結(jié)果，結(jié)合公式（3）（4）計算出桑植縣各年的生態(tài)赤字/盈余和生態(tài)壓力指數(shù)，生態(tài)赤字越大、生態(tài)壓力指數(shù)越高，表示該地區(qū)生態(tài)安全度越低；反之，生態(tài)赤字越小、生態(tài)壓力指數(shù)越低，表明該地區(qū)的生態(tài)安全度越高[11]。由圖2 可知，研究區(qū)域的生態(tài)赤字從2000 年到2010 年，經(jīng)歷了由0.194 3 增至0.235 5 再降至-0.231 5的變化過程，在2005—2015 年，生態(tài)足跡大于土地生態(tài)承載力，處于赤字階段，2010 年達(dá)到最低峰值為-0.231 5，隨后開始回升，到2015 年升至0.194 8，到2020 年有所回落，2000—2020 年的人均生態(tài)赤字均值為0.105 1；2005—2015 年人均生態(tài)壓力指數(shù)大于1，平均生態(tài)壓力指數(shù)為0.877 9，表明這一時期桑植縣自然生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)處于危險狀態(tài)；2015—2020 年，生態(tài)壓力指數(shù)指標(biāo)恢復(fù)到安全數(shù)值內(nèi)。

4 討論與結(jié)論

4.1 討 論

桑植縣屬于重點生態(tài)保護(hù)區(qū)，是保障湖南生態(tài)安全的重要區(qū)域，也是重要旅游開發(fā)區(qū)[19]。學(xué)者們就如何建設(shè)生態(tài)桑植提出了創(chuàng)新觀念、健全機(jī)制、規(guī)劃領(lǐng)先、強(qiáng)化保護(hù)、經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型、政策引導(dǎo)等具體思路和對策[20]；從森林資源和林業(yè)重點工程與項目建設(shè)2 個方面簡述了桑植縣林業(yè)生態(tài)建設(shè)現(xiàn)狀[21]；結(jié)合桑植縣生態(tài)保護(hù)與發(fā)展現(xiàn)狀以及建設(shè)背景分析了發(fā)展建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)，提出了基本發(fā)展策略和建設(shè)方案[19]。筆者采用了生態(tài)足跡法對桑植縣土地生態(tài)承載力進(jìn)行了研究，雖然生態(tài)足跡法在理論和計算方面也有一些不足之處[22]，但優(yōu)點在于它可以反映出研究區(qū)域的生態(tài)生產(chǎn)水平和能源流動過程，能從供給方面測算研究區(qū)域的生態(tài)承載量[23]。依據(jù)研究區(qū)域2000—2020 年共5 期的數(shù)據(jù)進(jìn)行生態(tài)足跡和土地生態(tài)承載力計算和分析，時間周期較長，可以更好地對桑植縣的每類土地生態(tài)足跡與承載力進(jìn)行動態(tài)觀測分析。通過桑植縣居民資源消耗是否超出生產(chǎn)性土地產(chǎn)出，判斷區(qū)域生態(tài)是否處于平衡狀態(tài)，同時還可以判斷生態(tài)赤字或盈余狀態(tài)。結(jié)合壓力指數(shù)可以分析桑植縣的生態(tài)是否處于安全狀態(tài)，讓結(jié)果更具指導(dǎo)意義。

隨著旅游業(yè)的快速發(fā)展，旅游人口不斷上升，桑植縣旅游產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，旅游開發(fā)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)逐漸滿足不了需求。土地資源缺乏等諸多因素的限制使得發(fā)展用地與生態(tài)環(huán)境之間的矛盾越來越激烈，環(huán)境壓力越來越大。因此，如何提高區(qū)域土地利用效率、合理規(guī)劃經(jīng)濟(jì)建設(shè)與生態(tài)保護(hù)是該區(qū)域可持續(xù)發(fā)展需重點關(guān)注的問題。

4.2 結(jié) 論

（1）2000—2020 年期間內(nèi)，桑植縣總生態(tài)足跡由2000 年 的302 369 hm2到2010 年 的471 692 hm2，增加了169 323 hm2，再到2020 年的265 982 hm2，減少了36 387 hm2，人均生態(tài)足跡由2000 年的0.709 8 hm2增加到2010 年的1.241 3 hm2，再減少到2020 年的0.683 2 hm2。人均生態(tài)足跡由升到降，說明桑植在2000—2010 年對生態(tài)環(huán)境的索取超出了生產(chǎn)性土地資源的供給，而在2010—2020 年人均生態(tài)足跡得到一定恢復(fù)，生產(chǎn)性土地資源的供給有所過剩，說明生態(tài)環(huán)境保護(hù)發(fā)揮了一定作用。

（2）耕地和草地的年平均生態(tài)足跡值分別達(dá)到79 544.60 和205 445.60 hm2，人均生態(tài)足跡占比分別是24.310%和62.787%。草地是肉制品和奶制品的主要生產(chǎn)原料，其利用占據(jù)了人均生態(tài)足跡的一半以上，說明居民的肉質(zhì)消費增加，生活水平大幅提升。

（3）桑植縣總?cè)丝诘纳鷳B(tài)承載力由2000 年385 150.06 hm2增加到2020 年386 972.42 hm2，階段均值為385 196.75 hm2；2000 年的人均土地生態(tài)承載力為0.904 1 hm2/人，增加至2010 年最高值1.009 8 hm2/人，再減少至2020 年0.827 7 hm2/人。耕地、草地和林地土地承載力處于下降趨勢。因此，需要調(diào)整用地結(jié)構(gòu)以緩解承載力的下降。

（4）桑植縣的生態(tài)赤字指數(shù)從2000 年到2010 年，由0.1943 減至-0.2315，出現(xiàn)赤字現(xiàn)象，再到2010 年到2020 年期間從-0.231 5 升至0.144 5，出現(xiàn)盈余現(xiàn)象，平均指數(shù)為-0.105 1，平均生態(tài)壓力指數(shù)為0.877 9。這表明桑植縣的生態(tài)安全由安全轉(zhuǎn)為不安全再轉(zhuǎn)為安全，但2020 年土地生態(tài)盈余現(xiàn)象呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢。

以上結(jié)論可為桑植縣今后的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)提供參考。在研究中由于能源消費數(shù)據(jù)的缺失，未能考慮能源消費因素以及經(jīng)濟(jì)、科技發(fā)展等對生態(tài)承載力的影響。因此，在今后的研究中應(yīng)該結(jié)合更多的評價指標(biāo)，建立更完善的評價體系和方法。