基于生態(tài)足跡模型的貴州省仁懷市可持續(xù)發(fā)展及其影響因素研究

趙立君，楊 帆，王 楠，呂錫斌，李海東，王 莉①

(1.生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所，江蘇 南京 210042；2.貴州茅臺(tái)酒股份有限公司，貴州 仁懷 564501)

城市是各類(lèi)要素、資源聚集最集中的地區(qū)[1]，隨著城市化進(jìn)程的演進(jìn)，到2050年，城市地區(qū)將居住68%的全球人口[2]，而城市化帶來(lái)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和社會(huì)進(jìn)步的同時(shí)，也導(dǎo)致了一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，如土地資源浪費(fèi)、生態(tài)失調(diào)[3-4]。協(xié)調(diào)城市經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系，使城市發(fā)展更具可持續(xù)性，對(duì)于保護(hù)自然環(huán)境以及人民和整個(gè)社會(huì)福祉至關(guān)重要。2015年，聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展峰會(huì)通過(guò)了《變革我們的世界：2030年可持續(xù)發(fā)展議程》[5]，其中目標(biāo)11提出“建設(shè)包容、安全、有抵御災(zāi)害能力和可持續(xù)的城市和人類(lèi)住區(qū)”。2020年3月，習(xí)近平在湖北考察時(shí)指出“城市是生命體、有機(jī)體，要敬畏城市、善待城市，樹(shù)立‘全周期管理意識(shí)’”[6]。因此，科學(xué)度量和評(píng)價(jià)城市可持續(xù)發(fā)展水平尤為必要。

城市可持續(xù)發(fā)展水平測(cè)度方法主要包括生態(tài)足跡分析法、環(huán)境可持續(xù)性指數(shù)法、指標(biāo)體系綜合評(píng)價(jià)法和能值分析法[7]。其中，生態(tài)足跡分析法是對(duì)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行定量研究的一種有效測(cè)度方法，由REES等[8]提出，可通過(guò)比較需求面(生態(tài)足跡)與供給面(生態(tài)承載力)來(lái)衡量一個(gè)地區(qū)生態(tài)環(huán)境是否處于可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。該方法具有所需資料獲取容易、計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)便、結(jié)果直觀等優(yōu)點(diǎn)，在水資源、區(qū)域可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)安全等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[9-10]。

仁懷市地處貴州省西北部、赤水河中游，以酒聞名，目前全市有白酒生產(chǎn)企業(yè)352家，銷(xiāo)售企業(yè)1 497 家，年產(chǎn)能可達(dá)40多萬(wàn)m3，白酒已成為仁懷支柱產(chǎn)業(yè)、特色產(chǎn)業(yè)。目前，鮮有針對(duì)該區(qū)域可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r的評(píng)價(jià)研究。以白酒產(chǎn)業(yè)城市仁懷市為研究對(duì)象，以可持續(xù)發(fā)展為背景，利用生態(tài)足跡測(cè)度方法，對(duì)2010—2018年仁懷市生態(tài)足跡、生態(tài)承載力和生態(tài)盈虧進(jìn)行測(cè)算，在分析仁懷市生態(tài)足跡時(shí)空特征的基礎(chǔ)上，對(duì)仁懷市可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行多角度評(píng)價(jià)，探尋影響區(qū)域生態(tài)承載力的關(guān)鍵因素，為仁懷市特色產(chǎn)業(yè)和可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

仁懷市隸屬貴州省遵義市，屬云貴高原向四川盆地過(guò)渡的山地地帶。全市面積為1 788 km2，屬地少人多的喀斯特山區(qū)內(nèi)陸城市，其南部、中部地區(qū)地貌類(lèi)型主要為低山、中山、丘陵盆地，西北部地區(qū)主要為山地峽谷，有小型河谷盆地。全市平均海拔為880 m，年平均氣溫為16.3 ℃，年降水量為800～1 000 mm，森林覆蓋率為26.47%。2010—2018年仁懷市人口與地區(qū)生產(chǎn)總值持續(xù)增長(zhǎng)，人口從66.3萬(wàn)增至73.0萬(wàn)，GDP從200.23億元增至722.74億元，年均增長(zhǎng)28.99%，遠(yuǎn)超全國(guó)GDP年均增速水平(15.47%)。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 研究方法

2.1.1生態(tài)足跡及生態(tài)承載力模型

生態(tài)足跡(ecological footprint，EF，F(xiàn)E)[11]計(jì)算模型為

FE=N×fe=N×∑(ri×ci/pi)。

(1)

式(1)中，F(xiàn)E為總生態(tài)足跡；N為人口總數(shù)；fe為人均生態(tài)足跡；ri為均衡因子；ci為第i種商品的人均消費(fèi)量；pi為第i種商品的平均生產(chǎn)能力。

生態(tài)承載力(ecological capacity，EC，CE)[11]計(jì)算模型為

CE=N×ce=N×∑(ai×ri×ji)。

(2)

式(2)中，CE為總生態(tài)承載力；N為人口總數(shù)；ce為人均生態(tài)承載力；ai為實(shí)際人均占有i類(lèi)生物生產(chǎn)土地面積；ri為均衡因子；ji為產(chǎn)量因子。

生態(tài)盈虧[11]為生態(tài)足跡與生態(tài)承載力之差，其值<0時(shí)為生態(tài)赤字(ecological deficit，ED)，表示人類(lèi)負(fù)荷超過(guò)了生態(tài)容量，地區(qū)發(fā)展處于相對(duì)不可持續(xù)狀態(tài)；反之，則為生態(tài)盈余(ecological surplus，ES)，表示區(qū)域生態(tài)容量足以支持人類(lèi)負(fù)荷，處于相對(duì)可持續(xù)狀態(tài)。

2.1.2可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)指標(biāo)

生態(tài)足跡指數(shù)(ecological footprint index，EFI，IEF)[12]是衡量可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r的度量指標(biāo)之一，IEF可分為4個(gè)等級(jí)：當(dāng)50%

生態(tài)壓力指數(shù)(ecological pressure index，EPI，IEP)[13]表示區(qū)域生態(tài)環(huán)境承壓程度，生態(tài)安全評(píng)價(jià)可分為6個(gè)等級(jí)[14]：當(dāng)IEP<0.5時(shí)，區(qū)域發(fā)展處于很安全狀態(tài)；當(dāng)0.5≤IEP<0.8時(shí)，處于較安全狀態(tài)；當(dāng)0.8≤IEP<1.0時(shí)，處于稍不安全狀態(tài)；當(dāng)1.0≤IEP<1.5時(shí)，處于較不安全狀態(tài)；當(dāng)1.5≤IEP<2.0時(shí)，處于很不安全狀態(tài)；當(dāng)IEP≥2.0時(shí)，處于極不安全狀態(tài)。IEP計(jì)算公式為

IEP=fe/ce。

生態(tài)協(xié)調(diào)系數(shù)(DS，SD)[15]表示區(qū)域發(fā)展協(xié)調(diào)狀態(tài)，其值越接近1則協(xié)調(diào)性越差，越接近1.414則協(xié)調(diào)性越好，計(jì)算公式為

萬(wàn)元GDP生態(tài)足跡(WEF，F(xiàn)WE)[16]表示居民每生產(chǎn)萬(wàn)元GDP所占用的生態(tài)足跡，萬(wàn)元GDP生態(tài)足跡大小與資源利用效率之間呈負(fù)相關(guān)，計(jì)算公式為

FWE=FE/PGD。

(3)

式(3)中，F(xiàn)E為區(qū)域總生態(tài)足跡；PGD為區(qū)域生產(chǎn)總值。

2.1.3均衡因子與產(chǎn)量因子

由于6種生態(tài)生產(chǎn)性土地單位面積生態(tài)生產(chǎn)力不同，采用均衡因子和產(chǎn)量因子[17-18]將各種土地類(lèi)型面積轉(zhuǎn)換為具有相同生態(tài)生產(chǎn)力的等量面積。均衡因子取值參照劉某承等[19]對(duì)中國(guó)各地均衡因子的測(cè)算結(jié)果，同時(shí)借鑒向書(shū)堅(jiān)等[20]和COSTANZA等[21]對(duì)林地和草地均衡因子的修正；產(chǎn)量因子參照劉某承等[22]提出的中國(guó)各土地利用類(lèi)型的產(chǎn)量因子(表1)。

表1 均衡因子與產(chǎn)量因子

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

生物資源、能源消費(fèi)、土地利用、人口和生產(chǎn)總值等數(shù)據(jù)主要來(lái)自遵義市和仁懷市統(tǒng)計(jì)年鑒。對(duì)于無(wú)法從年鑒獲取的數(shù)據(jù)，通過(guò)查找相關(guān)政府部門(mén)頒布的規(guī)劃、報(bào)告等文件獲取，如2011—2019年仁懷市《政府工作報(bào)告》、仁懷市人民政府官網(wǎng)(http:∥www.rh.gov.cn/)等。

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)足跡變化趨勢(shì)

2010—2018年仁懷市人均生態(tài)足跡呈現(xiàn)先降后升趨勢(shì)(圖1)，從2010年的1.5 hm2·人-1升至2018年的1.8 hm2·人-1，增幅20%。其中，2010—2014年人均生態(tài)足跡總體呈下降趨勢(shì)，由1.5 hm2·人-1降至1.29 hm2·人-1，而在2015年之后，人均生態(tài)足跡開(kāi)始呈上升趨勢(shì)，由1.61 hm2·人-1增至1.8 hm2·人-1，并呈進(jìn)一步上升趨勢(shì)。

根據(jù)世界環(huán)境與發(fā)展委員會(huì)建議，在計(jì)算生態(tài)承載力時(shí)扣除12%的生物多樣性保護(hù)面積[23]。圖1顯示，人均生態(tài)承載力的時(shí)間變化特征與人均生態(tài)足跡相似，也呈先下降后上升趨勢(shì)，其中，2010—2014年人均生態(tài)承載力由0.94 hm2·人-1降至0.77 hm2·人-1，2015年之后人均生態(tài)承載力持續(xù)上升，2018年人均生態(tài)承載力為1.08 hm2·人-1。

圖1顯示，2010—2018年仁懷市均處于生態(tài)赤字狀態(tài)。2010—2014年仁懷市生態(tài)赤字相對(duì)穩(wěn)定，并有所好轉(zhuǎn)，由2010年的-0.56 hm2·人-1降至2014年的-0.52 hm2·人-1。而在2015年之后，生態(tài)赤字快速增加，至2017年時(shí)，達(dá)到最大值(-0.77 hm2·人-1)，2018年生態(tài)赤字有所緩解，為-0.72 hm2·人-1，并呈進(jìn)一步好轉(zhuǎn)趨勢(shì)。

3.2 生態(tài)足跡分布特征

對(duì)仁懷市耕地、林地、草地、水域、建筑用地和化石能源用地6種土地利用類(lèi)型的人均生態(tài)足跡和人均生態(tài)承載力分別進(jìn)行測(cè)算(圖2)。圖2顯示，2010—2018年仁懷市人均生態(tài)足跡以林地(55%)、耕地(26%)和建筑用地(13%)貢獻(xiàn)為主，3者合計(jì)占比為94%，草地、化石能源用地和水域占比較小。從時(shí)間變化特征上來(lái)看，耕地和水域的人均生態(tài)足跡基本保持穩(wěn)定態(tài)勢(shì)，而林地、草地、建筑用地和化石能源用地的人均生態(tài)足跡則呈不同程度的上升趨勢(shì)，且均在2015年之后增加幅度變大。2010—2018年仁懷市草地人均生態(tài)足跡增加幅度(116.22%)>建筑用地(102.16%)>化石能源用地(87.70%)>林地(36.37%)。

人均生態(tài)承載力以林地(40%)、耕地(39%)、建筑用地(19%)貢獻(xiàn)為主，草地、水域占比較小。其中，林地、草地和建筑用地的人均生態(tài)承載力呈上升趨勢(shì)，耕地和水域則基本保持穩(wěn)定。2010—2018年仁懷市建筑用地的人均生態(tài)承載力增加幅度(126.56%)>草地(115.73%)>林地(36.37%)?？傮w上，仁懷市各種土地利用類(lèi)型均處于生態(tài)赤字，但是耕地和建筑用地的生態(tài)盈虧相對(duì)穩(wěn)定，并有所改善。其余各類(lèi)型的生態(tài)赤字仍有進(jìn)一步增大的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)與影響因素分析

2010—2018年仁懷市可持續(xù)發(fā)展面臨一定程度挑戰(zhàn)。4項(xiàng)可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)指標(biāo)(圖3)計(jì)算結(jié)果表明，仁懷市生態(tài)足跡指數(shù)(EFI)為-76.96%～-59.22% 之間，處于第3等級(jí)(不可持續(xù))狀態(tài)；生態(tài)壓力指數(shù)(EPI)為1.59～1.77之間，處于第5等級(jí)(很不安全)狀態(tài)；生態(tài)協(xié)調(diào)系數(shù)(DS)為1.36～1.38，接近1.414，表明仁懷市生態(tài)供給與需求趨于平衡；萬(wàn)元GDP生態(tài)足跡(WEF)持續(xù)下降，由2010年的0.42 hm2·萬(wàn)元-1下降至2018年的0.14 hm2·萬(wàn)元-1，說(shuō)明仁懷市資源利用效率不斷提高，生產(chǎn)方式由粗放轉(zhuǎn)向集約。

考慮到仁懷市實(shí)際情況，結(jié)合文獻(xiàn)[24-26]，選擇白酒產(chǎn)量、常住人口數(shù)、高粱種植面積、工業(yè)能源消費(fèi)、工業(yè)廢水排放量和旅客周轉(zhuǎn)量6項(xiàng)指標(biāo)，與仁懷市生態(tài)足跡、生態(tài)承載力和生態(tài)盈虧進(jìn)行相關(guān)性分析(表2)，探究影響仁懷市可持續(xù)發(fā)展的制約因素。2010—2018年仁懷市6項(xiàng)指標(biāo)均有不同程度增長(zhǎng)，其中旅客周轉(zhuǎn)量和白酒產(chǎn)量分別增長(zhǎng)331%和164%，而工業(yè)能源消費(fèi)和工業(yè)廢水排放量在2014年之后有所減少，表明仁懷市工業(yè)綠色發(fā)展有成效。

表 2 仁懷市可持續(xù)發(fā)展影響因素相關(guān)性分析

常住人口數(shù)和旅客周轉(zhuǎn)量與生態(tài)足跡呈顯著正相關(guān)，與生態(tài)承載力呈顯著負(fù)相關(guān)，是影響仁懷市生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的關(guān)鍵因素；旅客周轉(zhuǎn)量、常住人口數(shù)、白酒產(chǎn)量和工業(yè)廢水排放量是影響生態(tài)盈虧的重要因素。相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，人口數(shù)量、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和環(huán)境容量均不同程度制約仁懷市可持續(xù)發(fā)展。

4 討論

4.1 仁懷市生態(tài)承載力變化路徑

2010—2018年，仁懷市人均生態(tài)足跡與生態(tài)承載力均呈現(xiàn)先降后升趨勢(shì)，生態(tài)赤字總體上有所增大。高鑫[27]對(duì)2009—2016年貴州省生態(tài)足跡測(cè)算發(fā)現(xiàn)，貴州人均生態(tài)足跡具有逐漸增長(zhǎng)趨勢(shì)，由2009年的2.2 hm2增加到2016年的2.61 hm2，增長(zhǎng)18.6%，人均生態(tài)承載力緩慢降低，生態(tài)壓力不斷加大。與貴州省人均生態(tài)足跡變化路徑相似，仁懷市依靠自然資源稟賦和特色產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的同時(shí)，產(chǎn)生大量資源消耗和污染排放，導(dǎo)致人均生態(tài)足跡快速增長(zhǎng)。與貴州省人均生態(tài)承載力緩慢降低的趨勢(shì)不同，“十三五”以來(lái)仁懷市先后制定并實(shí)施了《仁懷市環(huán)境容量核定與污染防治規(guī)劃》《仁懷市醬香型白酒產(chǎn)業(yè)發(fā)展區(qū)域布局規(guī)劃》《赤水河流域(仁懷段)生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》，保護(hù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境，控制開(kāi)發(fā)強(qiáng)度，保障區(qū)域與產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，使得仁懷市人均生態(tài)承載力持續(xù)增加。2016年，仁懷市人均生態(tài)承載力(0.97 hm2·人-1)比貴州省水平(0.83 hm2·人-1[27])高16.9%。2017年之后，仁懷市生態(tài)赤字呈現(xiàn)好轉(zhuǎn)趨勢(shì)。

4.2 特色產(chǎn)業(yè)區(qū)域生態(tài)承載力特征

貴州省人均生態(tài)承載力主要依靠耕地和林地貢獻(xiàn)，占比高達(dá)91%[28]，仁懷市人均生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的分布特征與貴州省相一致，耕地和林地貢獻(xiàn)分別占人均生態(tài)足跡的81%和人均生態(tài)承載力的79%。與其他白酒產(chǎn)地區(qū)域特征相比，2006—2015年四川省宜賓市生態(tài)承載力主要來(lái)自耕地，而林地、草地、水域和建筑用地人均生態(tài)承載力都較弱[29]。2015年江蘇省宿遷市人均生態(tài)足跡以化石能源用地、林地和耕地貢獻(xiàn)為主，人均生態(tài)承載力以耕地貢獻(xiàn)為主，占比為89.6%[30]。仁懷市人均生態(tài)承載力分布與同處于赤水河流域的宜賓市類(lèi)似，主要來(lái)自耕地，但宜賓市林地的生態(tài)承載力貢獻(xiàn)相對(duì)較弱；仁懷市人均生態(tài)足跡分布與宿遷市差異較大，宿遷市生態(tài)足跡貢獻(xiàn)中化石能源用地占比突出，這是由于宿遷處于東部平原地區(qū)，人口規(guī)模、人均消費(fèi)和資源消費(fèi)強(qiáng)度明顯高于西部地區(qū)，導(dǎo)致化石能源用地在人均生態(tài)足跡中占比較高。

4.3 仁懷市可持續(xù)發(fā)展關(guān)鍵影響因素識(shí)別

仁懷市生態(tài)足跡指數(shù)(EFI)和生態(tài)壓力指數(shù)(EPI)分別處于第3和第5等級(jí)狀態(tài)，區(qū)域可持續(xù)發(fā)展面臨一定挑戰(zhàn)，但生態(tài)協(xié)調(diào)系數(shù)(DS)和萬(wàn)元GDP生態(tài)足跡(WEF)狀態(tài)良好。與其他白酒產(chǎn)地相比，2015年宜賓市翠屏區(qū)和宿遷市萬(wàn)元GDP生態(tài)足跡分別為0.498[31]和0.396 hm2·萬(wàn)元-1[30]，而仁懷市萬(wàn)元GDP生態(tài)足跡為0.178 hm2·萬(wàn)元-1，表明仁懷市資源利用效益最高，資源利用方式更為集中。仁懷市可持續(xù)發(fā)展影響因素分析結(jié)果表明，常住人口數(shù)和旅客周轉(zhuǎn)量是影響仁懷市生態(tài)承載力的關(guān)鍵因素。2010—2018年，仁懷市常住人口數(shù)增長(zhǎng)5%，旅客周轉(zhuǎn)量增長(zhǎng)331%，人口數(shù)量的增加，特別是外來(lái)旅游人口的涌入，給仁懷市環(huán)境容量帶來(lái)巨大壓力。林地和耕地作為影響仁懷市可持續(xù)發(fā)展的基本因素，兩者面積占全市面積的90%以上，生態(tài)功能明顯，生態(tài)保護(hù)地位極為重要。但目前仍存在森林總量不足、分布不均、質(zhì)量不高，產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對(duì)滯后，大量坡耕地和石漠化面積需要治理等問(wèn)題，嚴(yán)重制約仁懷市可持續(xù)發(fā)展空間。作為影響仁懷市可持續(xù)發(fā)展的重要因素，白酒產(chǎn)量與生態(tài)足跡呈正相關(guān)，與生態(tài)承載力和生態(tài)盈虧呈負(fù)相關(guān)，而仁懷市白酒生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量眾多，用地需求量大。同時(shí)，白酒生產(chǎn)產(chǎn)生的大量廢水、廢棄物也給仁懷市生態(tài)環(huán)境帶來(lái)挑戰(zhàn)。

5 結(jié)論

(1)2010—2018年仁懷市人均生態(tài)足跡和人均生態(tài)承載力均呈先降后升趨勢(shì)，人均生態(tài)足跡由1.5 hm2·人-1升至1.8 hm2·人-1，增幅為20%，人均生態(tài)承載力由0.94 hm2·人-1升至1.08 hm2·人-1，增幅為14.89%，生態(tài)赤字有所增大，由-0.56 hm2增至-0.74 hm2。

(2)仁懷市的人均生態(tài)足跡和人均生態(tài)承載力分別以耕地和林地貢獻(xiàn)為主，分別占人均生態(tài)足跡的81%和人均生態(tài)承載力的79%。2014年之后，林地、草地、建筑用地和化石能源用地的人均生態(tài)足跡均呈現(xiàn)不同程度上升趨勢(shì)。2010—2018年仁懷市建筑用地的人均生態(tài)承載力增加幅度(126.56%)>草地(115.73%)>林地(36.37%)。

(3)仁懷市生態(tài)足跡指數(shù)(EFI)在-76.96%～-59.22%之間，處于不可持續(xù)狀態(tài)；生態(tài)壓力指數(shù)(EPI)在1.59～1.77之間，處于很不安全狀態(tài)，區(qū)域可持續(xù)發(fā)展面臨挑戰(zhàn)；影響仁懷市生態(tài)承載力的因素主要有常住人口數(shù)、旅客周轉(zhuǎn)量、白酒產(chǎn)量和工業(yè)廢水排放量等。