基于當?shù)貙嶋H消費與產(chǎn)出的生態(tài)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(nóng)業(yè)大學國土資源與環(huán)境學院，南昌 330045）

生態(tài)足跡能夠衡量個人和整個區(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)濟規(guī)模條件下，維持資源消費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。將一個國家或地區(qū)的資源、能源消費與自己所擁有的生態(tài)能力進行比較，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。

中國作為最大的發(fā)展中國家，社會經(jīng)濟方面仍在高速發(fā)展，人們的資源消費需求和對自然環(huán)境的影響也在增大。面對日益嚴重的生態(tài)赤字，國內(nèi)學者在不同區(qū)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(tài)足跡和生態(tài)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(tài)足跡和生態(tài)承載力進行了分析，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］。由于中國國土面積大，地域自然差異也很大，在計算區(qū)域，特別是具體到某一個城市時仍然采用全國平均的產(chǎn)量因子將導致生態(tài)承載力偏離當?shù)氐膶嶋H情況。對于生物資源豐富、社會經(jīng)濟水平發(fā)展較低的城市，推測應該不會出現(xiàn)嚴重的生態(tài)赤字，但是實際發(fā)現(xiàn)某些中西部的小城市也出現(xiàn)嚴重的生態(tài)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(tài)足跡，并通過當?shù)馗魃镔Y源的實際產(chǎn)量計算獲得當?shù)氐漠a(chǎn)量因子，從而計算當?shù)氐膶嶋H生態(tài)承載力，再進行生態(tài)承載力的供需平衡分析，這樣更符合當?shù)貙嶋H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(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，屬于岳陽市所屬的縣級市。位于東經(jīng)113°15′—113°45′、北緯29°10′—29°52′。西北襟帶長江，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、崇陽縣、赤壁市，以及湖南省的岳陽市市區(qū)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(qū)，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(qū)生產(chǎn)總值達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)來源

生物資源和能源的消費量數(shù)據(jù)來源于2010 年和2018 年《臨湘市統(tǒng)計年鑒》《臨湘市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》，污染物產(chǎn)生量數(shù)據(jù)來源于臨湘市環(huán)境保護局和臨湘市市容環(huán)境衛(wèi)生管理局的環(huán)境統(tǒng)計年報，土地類型數(shù)據(jù)來源于臨湘市國土資源局提供的土地利用類型數(shù)據(jù)。

1.3 計算方法

1.3.1 生態(tài)足跡 生態(tài)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(chǎn)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(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 當一個地區(qū)的生態(tài)承載力大于生態(tài)足跡時，則產(chǎn)生生態(tài)盈余（ER）；生態(tài)承載力小于生態(tài)足跡時，則出現(xiàn)生態(tài)赤字（ED）。生態(tài)盈虧計算方法如下。

對可持續(xù)性的衡量，主要依據(jù)生態(tài)足跡和生態(tài)承載力差值。當區(qū)域內(nèi)EF＞EC時，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)人類對自然資源的消耗超過了生態(tài)承載力，生態(tài)安全受到脅迫，區(qū)域的發(fā)展模式處于相對不可持續(xù)狀態(tài)。當區(qū)域內(nèi)EF≤EC時，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資源的需求，地區(qū)內(nèi)自然生態(tài)資源在一定的保護措施下可以得到增加，使得生態(tài)承載力供給擴大，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)和消費模式具有相對可持續(xù)性。

2 臨湘市生態(tài)足跡

2.1 生物資源消費賬戶生態(tài)足跡

在生態(tài)足跡計算中，各種物質(zhì)消費按換算比例折算成相應的土地面積。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(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)品消費量有所減少外，其余產(chǎn)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(nèi)外其他地區(qū)進行對比，在計算中采用1993 年聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織計算的世界生物生產(chǎn)面積的平均水平進行折算。臨湘市生物資源消費生態(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60.93%，主要源于谷物、油料類農(nóng)產(chǎn)品消費的增加，而對肉、蛋、奶制品和水域產(chǎn)品消費的較快增長也導致草地產(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 年生物資源消費生態(tài)足跡

2.2 能源消耗賬戶生態(tài)足跡

能源消費的生態(tài)足跡是指能源生產(chǎn)及能源消費后吸收其所產(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(jīng)濟的快速發(fā)展，人均對各類能源的消費量和由此產(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，在國家更加關注環(huán)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(tài)足跡

2.3 污染物生態(tài)足跡

在經(jīng)濟發(fā)展、城市化發(fā)展的進程中，產(chǎn)生的污染物質(zhì)越來越多，用來直接或間接處理污染物質(zhì)的土地就越來越多，這些污染物質(zhì)對生態(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)足跡計算時，需要考慮加入污染物生態(tài)足跡的計算。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)濟發(fā)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(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

通過上述計算已經(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)足跡并不是將各項生態(tài)足跡進行簡單相加，因此需要將臨湘市各種生態(tài)生產(chǎn)性土地面積轉化為可比較的生態(tài)生產(chǎn)性土地面積，這種轉化需要通過乘以一個均衡因子來實現(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(wǎng)絡（GFN）2012 年發(fā)布的《國家生態(tài)足跡賬戶計算方法》（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)實際水平，通過統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)，計算臨湘市實際產(chǎn)量水平，將計算結果與全球平均產(chǎn)量進行對比得出產(chǎn)量因子?？紤]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)量因子的計算結果如表5 所示，除林地產(chǎn)量外，臨湘市耕地和水域的實際產(chǎn)量遠高于全球平均產(chǎn)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(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(chǎn)土地面積的12%用于生物多樣性的保護。因此，在計算生態(tài)承載力時，應從總數(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，由于受中國農(nóng)業(yè)技術的成熟穩(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)足跡的增長表現(xiàn)為人類對化石能源、水域產(chǎn)品和耕地資源需求的增加，此趨勢與社會經(jīng)濟發(fā)展的趨勢一致。科技水平的提高使得水域產(chǎn)品和一些生物資源的單產(chǎn)提高，一定程度上彌補了減少的生態(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。

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

近年來出現(xiàn)的生態(tài)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(jīng)濟發(fā)展對資源的需求超過了區(qū)域的生態(tài)供給，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和城市化進程的加快，臨湘市不可持續(xù)發(fā)展的狀態(tài)將進一步加劇。

5 小結與討論

隨著社會的高速發(fā)展、技術和管理水平的提升，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程中，關鍵點是協(xié)調(diào)兩者處于一個和諧的動態(tài)平衡中。

1）隨著社會經(jīng)濟的發(fā)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(tài)足跡也將呈持續(xù)增長趨勢。

2）采用當?shù)貙嶋H的消費數(shù)據(jù)計算得出更貼近當?shù)貙嶋H的生態(tài)足跡，利用當?shù)馗魃镔Y源實際產(chǎn)量計算產(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?shù)氐纳鐣?jīng)濟發(fā)展水平相對較低造成的；另一方面，臨湘市生態(tài)資源產(chǎn)量高于全國平均水平，特別是水域和耕地資源產(chǎn)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(qū)域生態(tài)赤字。