張冬良，郭 穎，王 屏，彭 真

（江西農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)土資源與環(huán)境學(xué)院，南昌 330045）

生態(tài)足跡能夠衡量個(gè)人和整個(gè)區(qū)域在資源能源和環(huán)境方面的消耗狀況。生態(tài)足跡又稱生態(tài)占用，是指一定人口與經(jīng)濟(jì)規(guī)模條件下，維持資源消費(fèi)和廢物消納所必需的生物生產(chǎn)面積；生態(tài)承載力則是一個(gè)區(qū)域所能提供給人類的生物生產(chǎn)性土地面積的總和。將一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的資源、能源消費(fèi)與自己所擁有的生態(tài)能力進(jìn)行比較，可判斷該地區(qū)的發(fā)展是否處于生態(tài)承載力范圍之內(nèi)，是否具有安全性。

中國(guó)作為最大的發(fā)展中國(guó)家，社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面仍在高速發(fā)展，人們的資源消費(fèi)需求和對(duì)自然環(huán)境的影響也在增大。面對(duì)日益嚴(yán)重的生態(tài)赤字，國(guó)內(nèi)學(xué)者在不同區(qū)域尺度上進(jìn)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(yùn)用不同方法對(duì)中國(guó)生態(tài)足跡和生態(tài)承載力進(jìn)行了測(cè)度和分析；王建事等［6］、呂潔華等［7］、邱壽豐等［8］、熊鷹［9］、高標(biāo)等［10］和王禹錫等［11］則對(duì)不同省份的生態(tài)足跡和生態(tài)承載力進(jìn)行了分析，涉及更具體城市的生態(tài)足跡和生態(tài)承載力分析的文章則更為廣泛［12-19］。由于中國(guó)國(guó)土面積大，地域自然差異也很大，在計(jì)算區(qū)域，特別是具體到某一個(gè)城市時(shí)仍然采用全國(guó)平均的產(chǎn)量因子將導(dǎo)致生態(tài)承載力偏離當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況。對(duì)于生物資源豐富、社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平發(fā)展較低的城市，推測(cè)應(yīng)該不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的生態(tài)赤字，但是實(shí)際發(fā)現(xiàn)某些中西部的小城市也出現(xiàn)嚴(yán)重的生態(tài)赤字［14，16，17，20，21］。本研究通過(guò)臨湘市居民的實(shí)際消費(fèi)情況計(jì)算生態(tài)足跡，并通過(guò)當(dāng)?shù)馗魃镔Y源的實(shí)際產(chǎn)量計(jì)算獲得當(dāng)?shù)氐漠a(chǎn)量因子，從而計(jì)算當(dāng)?shù)氐膶?shí)際生態(tài)承載力，再進(jìn)行生態(tài)承載力的供需平衡分析，這樣更符合當(dāng)?shù)貙?shí)際的研究結(jié)果，更利于政府部門采取針對(duì)性措施抑制居民的生態(tài)足跡和提升區(qū)域的總生態(tài)承載力。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

臨湘市地處湖南省東北邊陲，屬于岳陽(yáng)市所屬的縣級(jí)市。位于東經(jīng)113°15′—113°45′、北緯29°10′—29°52′。西北襟帶長(zhǎng)江，與湖北省的監(jiān)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(yáng)縣、赤壁市，以及湖南省的岳陽(yáng)市市區(qū)毗連，是湘鄂兩省交界之地。同時(shí)，北去武漢，南至長(zhǎng)沙，均約170 km。

臨湘市屬北亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū)，氣候濕潤(rùn)，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(zhǎng)，嚴(yán)寒期短，四季分明，雨量充沛。

2018 年，臨湘市地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)299.31 億元，第一產(chǎn)業(yè)增加值33.28 億元，第二產(chǎn)業(yè)增加值134.14億元，第三產(chǎn)業(yè)增加值131.89 億元。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

生物資源和能源的消費(fèi)量數(shù)據(jù)來(lái)源于2010 年和2018 年《臨湘市統(tǒng)計(jì)年鑒》《臨湘市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，污染物產(chǎn)生量數(shù)據(jù)來(lái)源于臨湘市環(huán)境保護(hù)局和臨湘市市容環(huán)境衛(wèi)生管理局的環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)，土地類型數(shù)據(jù)來(lái)源于臨湘市國(guó)土資源局提供的土地利用類型數(shù)據(jù)。

1.3 計(jì)算方法

1.3.1 生態(tài)足跡 生態(tài)足跡的計(jì)算公式如下。

式中，i為消費(fèi)商品和投入的類別；Pi為第i種消費(fèi)商品的世界平均生產(chǎn)力；Ci為i種商品的人均消費(fèi)量；ri為均衡因子；aai為i種商品折算的人均生物生產(chǎn)面積；N為人口數(shù)量；ef為人均生態(tài)足跡；EF為總的生態(tài)足跡。

1.3.2 生態(tài)承載力 生態(tài)承載力計(jì)算方法如下。

式中，EC為區(qū)域生態(tài)承載力；N為人口數(shù)；ec為人均生態(tài)承載力；aj為人均生物生產(chǎn)面積；rj為均衡因子；yj為產(chǎn)量因子。

1.3.3 生態(tài)盈虧 當(dāng)一個(gè)地區(qū)的生態(tài)承載力大于生態(tài)足跡時(shí)，則產(chǎn)生生態(tài)盈余（ER）；生態(tài)承載力小于生態(tài)足跡時(shí)，則出現(xiàn)生態(tài)赤字（ED）。生態(tài)盈虧計(jì)算方法如下。

對(duì)可持續(xù)性的衡量，主要依據(jù)生態(tài)足跡和生態(tài)承載力差值。當(dāng)區(qū)域內(nèi)EF＞EC時(shí)，將出現(xiàn)生態(tài)赤字，其大小等于生態(tài)承載力減去生態(tài)足跡。生態(tài)赤字表明該地區(qū)人類對(duì)自然資源的消耗超過(guò)了生態(tài)承載力，生態(tài)安全受到脅迫，區(qū)域的發(fā)展模式處于相對(duì)不可持續(xù)狀態(tài)。當(dāng)區(qū)域內(nèi)EF≤EC時(shí)，則產(chǎn)生生態(tài)盈余，表明該區(qū)域自然生態(tài)資源可以滿足人類對(duì)資源的需求，地區(qū)內(nèi)自然生態(tài)資源在一定的保護(hù)措施下可以得到增加，使得生態(tài)承載力供給擴(kuò)大，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)處于安全狀態(tài)，自然生態(tài)資源發(fā)展以及該區(qū)域的生產(chǎn)和消費(fèi)模式具有相對(duì)可持續(xù)性。

2 臨湘市生態(tài)足跡

2.1 生物資源消費(fèi)賬戶生態(tài)足跡

在生態(tài)足跡計(jì)算中，各種物質(zhì)消費(fèi)按換算比例折算成相應(yīng)的土地面積。生態(tài)足跡分析法將地球表面的生物生產(chǎn)性土地分為6 大類進(jìn)行核算。臨湘市生物資源消費(fèi)情況如表1 所示。2009—2018 年，人均消費(fèi)量在林地產(chǎn)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(nèi)，而油桐子的消費(fèi)量較為穩(wěn)定；在耕地產(chǎn)品、草地產(chǎn)品和水域產(chǎn)品方面，除麻類和薯類產(chǎn)品消費(fèi)量有所減少外，其余產(chǎn)品消費(fèi)量增幅均較大，其中，對(duì)谷物、油料、奶制品的消費(fèi)量增幅分別為72.13%、74.86%和93.94%。為使得計(jì)算結(jié)果可以與國(guó)內(nèi)外其他地區(qū)進(jìn)行對(duì)比，在計(jì)算中采用1993 年聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織計(jì)算的世界生物生產(chǎn)面積的平均水平進(jìn)行折算。臨湘市生物資源消費(fèi)生態(tài)足跡如表1 所示，2009—2018 年，林地人均生態(tài)足跡變化幅度較小，僅為3.47%，耕地人均生態(tài)足跡增幅較大，達(dá)60.93%，主要源于谷物、油料類農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)的增加，而對(duì)肉、蛋、奶制品和水域產(chǎn)品消費(fèi)的較快增長(zhǎng)也導(dǎo)致草地產(chǎn)品和水域產(chǎn)品人均生態(tài)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(fèi)生態(tài)足跡

2.2 能源消耗賬戶生態(tài)足跡

能源消費(fèi)的生態(tài)足跡是指能源生產(chǎn)及能源消費(fèi)后吸收其所產(chǎn)生CO2所需的生態(tài)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(chǎn)出率（足跡）分別為55、93、93、1 000 GJ/hm2，據(jù)此可以將能源消費(fèi)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(fèi)足跡如表2 所示，2009—2018 年，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人均對(duì)各類能源的消費(fèi)量和由此產(chǎn)生的生態(tài)足跡都明顯增加，生態(tài)足跡平均增幅為29.02%，其中，在國(guó)家更加關(guān)注環(huán)境保護(hù)的形勢(shì)下，對(duì)天然氣和電力等清潔能源的消費(fèi)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(fèi)生態(tài)足跡

2.3 污染物生態(tài)足跡

在經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市化發(fā)展的進(jìn)程中，產(chǎn)生的污染物質(zhì)越來(lái)越多，用來(lái)直接或間接處理污染物質(zhì)的土地就越來(lái)越多，這些污染物質(zhì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了不良影響，它們占用的生態(tài)足跡不容忽視，因此，在生態(tài)足跡計(jì)算時(shí)，需要考慮加入污染物生態(tài)足跡的計(jì)算。污染物質(zhì)的排放類型大體分為三大類，即廢水、廢氣和固體廢棄物。計(jì)算污染物處理部分需要消耗的生態(tài)生產(chǎn)性土地面積和污染物未處理部分對(duì)生態(tài)生產(chǎn)性土地破壞的面積。各污染物生態(tài)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(jīng)濟(jì)發(fā)展、生活水平的提高導(dǎo)致廢氣中的煙粉塵和固體廢棄物的總量大幅增加，相應(yīng)的煙粉塵和固體廢棄物產(chǎn)生的人均生態(tài)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(tài)足跡

2.4 臨湘市生態(tài)足跡分析

通過(guò)上述計(jì)算已經(jīng)獲得人均消耗各種生物資源和能源的生態(tài)足跡，由于各種土地資源的生產(chǎn)能力不同，總的生態(tài)足跡并不是將各項(xiàng)生態(tài)足跡進(jìn)行簡(jiǎn)單相加，因此需要將臨湘市各種生態(tài)生產(chǎn)性土地面積轉(zhuǎn)化為可比較的生態(tài)生產(chǎn)性土地面積，這種轉(zhuǎn)化需要通過(guò)乘以一個(gè)均衡因子來(lái)實(shí)現(xiàn)。均衡因子為某類生物生產(chǎn)面積的世界平均潛在生產(chǎn)力與全球各類生物生產(chǎn)面積的平均潛在生產(chǎn)力的比值。由于數(shù)據(jù)來(lái)源各異，采用的均衡因子也不同。為了使研究結(jié)果具有可比性，本研究采用全球足跡網(wǎng)絡(luò)（GFN）2012 年發(fā)布的《國(guó)家生態(tài)足跡賬戶計(jì)算方法》（2010年版）公布的數(shù)據(jù)［26］。由表4 可知，2009—2018 年人們生活水平的快速提高，導(dǎo)致人均消耗的農(nóng)產(chǎn)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(dǎo)致人均生態(tài)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(tài)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(tài)足跡

3 生態(tài)承載力

3.1 臨湘市產(chǎn)量因子

為使臨湘市生態(tài)承載力更能體現(xiàn)實(shí)際水平，通過(guò)統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)，計(jì)算臨湘市實(shí)際產(chǎn)量水平，將計(jì)算結(jié)果與全球平均產(chǎn)量進(jìn)行對(duì)比得出產(chǎn)量因子。考慮到臨湘市草地資源較少，選取產(chǎn)量因子為0.19。2009 年其他類型土地產(chǎn)量因子的計(jì)算結(jié)果如表5 所示，除林地產(chǎn)量外，臨湘市耕地和水域的實(shí)際產(chǎn)量遠(yuǎn)高于全球平均產(chǎn)量，主要是因?yàn)橹袊?guó)人口眾多，人均耕地面積少，精耕細(xì)作使得單產(chǎn)更高，如谷物和瓜類的平均產(chǎn)量都是全球平均產(chǎn)量的5 倍以上，作為魚米之鄉(xiāng)的臨湘市，水域產(chǎn)量更是達(dá)到全球平均水平的44.517 倍。2018 年的產(chǎn)量因子可以用同樣的方法計(jì)算。

表5 臨湘市2009 年各生物資源產(chǎn)量因子

3.2 臨湘市生態(tài)承載力

根據(jù)世界與發(fā)展委員會(huì)報(bào)告《我們共同的未來(lái)》指出，生物并非人類所獨(dú)有，人類應(yīng)將生物生產(chǎn)土地面積的12%用于生物多樣性的保護(hù)。因此，在計(jì)算生態(tài)承載力時(shí)，應(yīng)從總數(shù)中扣除這一部分。臨湘市2009 年和2018 年人均生態(tài)承載力如表6 所示，由于受中國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)的成熟穩(wěn)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(tài)承載力減少了2.10%，變化幅度較小。

4 臨湘市生態(tài)盈虧分析

比較所得的生態(tài)足跡與生態(tài)承載力，計(jì)算生態(tài)盈虧，為臨湘市的可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)及參考。依據(jù)式（3），計(jì)算出臨湘市2009、2018 年生態(tài)盈虧，如表7 所示。2009 年臨湘市還有一定的生態(tài)盈余，人均生態(tài)盈余為0.413 603 ghm2，而2018 年則出現(xiàn)了生態(tài)赤字，人均生態(tài)盈余為-0.056 076 ghm2。生態(tài)足跡的增長(zhǎng)表現(xiàn)為人類對(duì)化石能源、水域產(chǎn)品和耕地資源需求的增加，此趨勢(shì)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢(shì)一致?？萍妓降奶岣呤沟盟虍a(chǎn)品和一些生物資源的單產(chǎn)提高，一定程度上彌補(bǔ)了減少的生態(tài)用地類型面積，所以臨湘市區(qū)域總生態(tài)承載力出現(xiàn)了一定的提高，2009 年臨湘市總生態(tài)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(tài)承載力呈下降趨勢(shì)。

表7 臨湘市2009、2018 年生態(tài)盈虧分析 （單位：ghm2）

近年來(lái)出現(xiàn)的生態(tài)赤字表明，長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)資源的過(guò)度使用和廢棄物排放使得臨湘市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)資源的需求超過(guò)了區(qū)域的生態(tài)供給，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，臨湘市不可持續(xù)發(fā)展的狀態(tài)將進(jìn)一步加劇。

5 小結(jié)與討論

隨著社會(huì)的高速發(fā)展、技術(shù)和管理水平的提升，人均生態(tài)足跡和單位土地的生態(tài)承載力都處于不斷上升過(guò)程中，關(guān)鍵點(diǎn)是協(xié)調(diào)兩者處于一個(gè)和諧的動(dòng)態(tài)平衡中。

1）隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)資源能源的消耗和污染物排放都將進(jìn)一步增加，臨湘市人均生態(tài)足跡也將呈持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)。

2）采用當(dāng)?shù)貙?shí)際的消費(fèi)數(shù)據(jù)計(jì)算得出更貼近當(dāng)?shù)貙?shí)際的生態(tài)足跡，利用當(dāng)?shù)馗魃镔Y源實(shí)際產(chǎn)量計(jì)算產(chǎn)量因子從而得出的生態(tài)承載力更貼近臨湘市的實(shí)際情況。

3）臨湘市2009 年尚存在一定的生態(tài)盈余，2018年則出現(xiàn)生態(tài)赤字，總體來(lái)看，情況要遠(yuǎn)好于全國(guó)平均水平。但同時(shí)也應(yīng)該看到，這一方面是因?yàn)楫?dāng)?shù)氐纳鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)較低造成的；另一方面，臨湘市生態(tài)資源產(chǎn)量高于全國(guó)平均水平，特別是水域和耕地資源產(chǎn)量遠(yuǎn)高于全國(guó)平均水平。

4）控制人口增長(zhǎng)，加強(qiáng)耕地和水域的保護(hù)，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(qū)域生態(tài)赤字。