郭曉娜，李澤紅，董鎖成，薛東前，陳艷曉

（1.陜西師范大學(xué) 旅游與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安710062；2.中國(guó)科學(xué)院 地理科學(xué)與資源研究所，北京100101）

可持續(xù)發(fā)展作為一種發(fā)展理念和戰(zhàn)略，對(duì)區(qū)域可持續(xù)性進(jìn)行測(cè)量，不僅是區(qū)域間合作的基礎(chǔ)，又是評(píng)價(jià)健康運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)［1－2］。一些國(guó)際組織早在20世紀(jì)80年代開始尋找衡量可持續(xù)發(fā)展的指標(biāo)體系［3］，1992年里約熱內(nèi)盧聯(lián)合國(guó)環(huán)境大會(huì)后，各國(guó)就開始致力于可持續(xù)發(fā)展的量化研究，而生態(tài)足跡是其中一種簡(jiǎn)單而綜合的研究方法［4－5］，逐漸受到關(guān)注。20世紀(jì)90年代初，加拿大生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)家 Rees［6－7］最早提出生態(tài)足跡概念，隨后由 Wackernagel等人［7－8］對(duì)該理論和方法逐步完善，生態(tài)足跡逐漸成為衡量人類對(duì)自然資源利用程度以及持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)的方法。2001年謝高地等［9］學(xué)者將生態(tài)足跡的方法引入中國(guó)，并對(duì)中國(guó)的生態(tài)足跡占用進(jìn)行了較為全面地評(píng)估，該方法在后續(xù)的區(qū)域可持續(xù)性評(píng)估研究中得到廣泛應(yīng)用［10－12］。然而，已有研究多采用全國(guó)統(tǒng)一的均衡因子和產(chǎn)量因子，在區(qū)域尺度的評(píng)價(jià)中存在較大誤差，且以靜態(tài)評(píng)價(jià)居多，長(zhǎng)時(shí)間序列尺度的動(dòng)態(tài)研究較少。本研究以陜西省為案例區(qū)，通過測(cè)算典型區(qū)域的均衡因子和產(chǎn)量因子，基于生態(tài)足跡方法的改進(jìn)，對(duì)1995—2011年陜西省生態(tài)足跡與生態(tài)承載力進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)估，以期對(duì)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況

陜西省位于中國(guó)內(nèi)陸腹地，地處東經(jīng)105°29′—111°15′和北緯31°42′—39°35′之間，處于黃河中游，是長(zhǎng)江最大支流漢水的發(fā)源地。北部黃土高原是我國(guó)典型的風(fēng)沙區(qū)和丘陵溝壑區(qū)，是全球氣候變化響應(yīng)的敏感區(qū)域；中部關(guān)中平原地勢(shì)平坦，交通便利，氣候溫和，物產(chǎn)豐富，是該省工農(nóng)業(yè)最發(fā)達(dá)的地區(qū)，號(hào)稱“八百里秦川”；南部秦巴山地林業(yè)資源、生物資源豐富，秦嶺是我國(guó)南北氣候分界線，是我國(guó)自然地理、生態(tài)和氣候研究的典型區(qū)域。陜西省土地面積2.06×107hm2，2011年末總?cè)丝谶_(dá)3 743萬。陜西省總體處于我國(guó)第一階地和第三階地的過渡地帶，區(qū)域差異明顯，生態(tài)環(huán)境總體比較脆弱，作為我國(guó)西部大開發(fā)的重點(diǎn)區(qū)域，脆弱的生態(tài)環(huán)境和劇烈的人類活動(dòng)同時(shí)制約著區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

研究方法主要是通過“單位熱值”重新計(jì)算區(qū)域的均衡因子和產(chǎn)量因子，產(chǎn)量因子是區(qū)域單位面積熱值與全球單位面積熱值之比，均衡因子為某一類土地生產(chǎn)力與總土地平均生產(chǎn)力之比。通過區(qū)域的均衡因子和產(chǎn)量因子，計(jì)算區(qū)域的生態(tài)足跡和生態(tài)承載力，評(píng)估區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

2.1 生態(tài)足跡與生態(tài)承載力

生態(tài)足跡（EF）指的是特定區(qū)域人口在某一時(shí)段所消費(fèi)的資源和吸納廢棄物所需要的生物生產(chǎn)面積，它反映的是人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響。在生態(tài)足跡指標(biāo)的測(cè)算過程中，將生物生產(chǎn)土地類型分為耕地、草地、林地、水域、化石燃料用地及建設(shè)用地等6大類。人類活動(dòng)對(duì)6大類生物生產(chǎn)土地的占用之和即為總的生態(tài)足跡，計(jì)算公式為［3］：

式中：EF——總生態(tài)足跡；N——區(qū)域人口數(shù)；ef——人均生態(tài)足跡；i——消費(fèi)項(xiàng)目類型；ri——第i種消費(fèi)項(xiàng)目的均衡因子；Ai——第i種消費(fèi)項(xiàng)目折算的人均占有生物生產(chǎn)面積；ci——第i種消費(fèi)項(xiàng)目的年人均消費(fèi)量；pi——第i種消費(fèi)項(xiàng)目的全國(guó)單位面積的年平均產(chǎn)量。

生態(tài)承載力是與生態(tài)足跡相對(duì)應(yīng)的概念，是特定區(qū)域能夠提供給人類生態(tài)生產(chǎn)面積的總和。提供生態(tài)承載力的主要有耕地、草地、林地、水域和建筑用地5大地類。生態(tài)承載力的計(jì)算公式為：

式中：EC——總生態(tài)承載力；ec——人均生態(tài)承載力；ai——第i種人均生態(tài)生產(chǎn)性面積；yi——第i種類型的土地的產(chǎn)量因子。

考慮世界環(huán)境與發(fā)展委員會(huì)的建議，保留12%的土地面積為保護(hù)生物多樣性［13］，剩余的即為實(shí)際可以利用的生態(tài)承載力。

2.2 生態(tài)赤字（生態(tài)盈余）與生態(tài)壓力

特定區(qū)域的可持續(xù)性狀態(tài)可以依據(jù)生態(tài)赤字（生態(tài)盈余）和生態(tài)壓力指數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行判別。其中，生態(tài)赤字是生態(tài)足跡與生態(tài)承載力之差。當(dāng)生態(tài)足跡大于生態(tài)承載力時(shí)，表示這個(gè)地區(qū)（或國(guó)家）的人口消費(fèi)需求大于生態(tài)供給，區(qū)域發(fā)展處于不可持續(xù)狀態(tài)；當(dāng)生態(tài)承載力大于或等于生態(tài)足跡時(shí)，區(qū)域發(fā)展處于可持續(xù)狀態(tài)。

生態(tài)壓力指數(shù)是某一區(qū)域人均生態(tài)足跡與生態(tài)承載力的比率［11］，比率的大小反映地區(qū)或國(guó)家生態(tài)環(huán)境的承壓程度。當(dāng)生態(tài)壓力指數(shù)大于1時(shí)，表示該區(qū)域的發(fā)展處于不可持續(xù)狀態(tài)；當(dāng)生態(tài)壓力指數(shù)小于1時(shí)，表示該區(qū)域的發(fā)展處于可持續(xù)狀態(tài)；當(dāng)生態(tài)壓力指數(shù)小于0.5時(shí)，表明區(qū)域具有很強(qiáng)的可持續(xù)性；當(dāng)生態(tài)壓力指數(shù)介于0.5～0.8之間時(shí)，表明區(qū)域具有較強(qiáng)的可持續(xù)性；當(dāng)生態(tài)壓力指數(shù)介于0.8～1之間時(shí)，表明區(qū)域具有較弱的可持續(xù)性；當(dāng)生態(tài)壓力指數(shù)介于1～1.5之間時(shí)，表明區(qū)域具有較弱的不可持續(xù)性；當(dāng)生態(tài)壓力指數(shù)介于1.5～2之間時(shí)，表明區(qū)域具有較強(qiáng)的不可持續(xù)性；當(dāng)生態(tài)壓力指數(shù)大于2時(shí)，表明區(qū)域具有很強(qiáng)的不可持續(xù)性［12］。

2.3 均衡因子與產(chǎn)量因子的改進(jìn)

本研究采用的均衡因子基于“區(qū)域公頃”模型之上，計(jì)算區(qū)域每年動(dòng)態(tài)變化的均衡因子，根據(jù)每年單位面積對(duì)應(yīng)的生物生產(chǎn)量進(jìn)行測(cè)算，引入單位熱值使生物資源的面積具有可加性［14－16］，其值來自于《農(nóng)業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)手冊(cè)（修訂版）》［17］。均衡因子的計(jì)算公式為：

在不同區(qū)域同種類型的土地的生產(chǎn)力也會(huì)存在很大差異，不同類型的生物生產(chǎn)面積也不能直接比較，需要用產(chǎn)量因子對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。產(chǎn)量因子是特定時(shí)期特定區(qū)域某一地類的生產(chǎn)力與該類地的世界平均生產(chǎn)力的差異程度，用比值來表示。已有生態(tài)承載力的測(cè)算多使用全國(guó)和全國(guó)統(tǒng)一的產(chǎn)量因子，其不能準(zhǔn)確反映區(qū)域?qū)嶋H的生態(tài)承載力。本研究使用國(guó)家產(chǎn)量因子乘以“國(guó)公頃”基礎(chǔ)上相對(duì)區(qū)域因子，計(jì)算出研究區(qū)的產(chǎn)量因子［15－16］。區(qū)域產(chǎn)量因子的計(jì)算公式為：

式中：GPi——全國(guó)第i類土地的平均生產(chǎn)能力；Yi——我國(guó)第i類土地的產(chǎn)量因子；GQi——我國(guó)第i類土地的總產(chǎn)出熱值；GSi——我國(guó)第i類土地的總面積；——我國(guó)第i類土地的第k種產(chǎn)品的年產(chǎn)量。其中1m3的木材相當(dāng)于0.175t木材，一般建筑用地為農(nóng)田用地，所以建筑用地和耕地的產(chǎn)量因子相同。

2.4 數(shù)據(jù)來源

研究所需數(shù)據(jù)主要來源于《陜西省統(tǒng)計(jì)年鑒（1995—2011 年）》和 《中國(guó) 統(tǒng) 計(jì) 年 鑒 （1995—2011年）》。水產(chǎn)品產(chǎn)量數(shù)據(jù)來源于《中國(guó)漁業(yè)年鑒》，部分木材產(chǎn)量數(shù)據(jù)來源于《中國(guó)林業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》，部分水域面積采用已有學(xué)者測(cè)算的陜西省人均生態(tài)足跡推算出實(shí)際的水域面積［18－19］，2000年及以前的建筑面積來源于《中國(guó)國(guó)土年鑒》。

3 結(jié)果分析

3.1 陜西省均衡因子與產(chǎn)量因子

陜西省各年份不同地類的均衡因子和產(chǎn)量因子計(jì)算結(jié)果見表1。從表1可以看出，陜西省產(chǎn)量因子和均衡因子與全國(guó)統(tǒng)一因子值相差較大，主要表現(xiàn)在水域和草地方面。

表1 陜西省1995－2011年各地類的均衡因子和產(chǎn)量因子

陜西省的水域的產(chǎn)量因子較低，這與陜西省位于我國(guó)內(nèi)陸省份，水域面積小，水質(zhì)較差，水產(chǎn)業(yè)不發(fā)達(dá)有密切關(guān)系；而草地生產(chǎn)力高主要得益于陜南地區(qū)天然草地生產(chǎn)力高。由于各年份氣候、水文等自然條件的差異，各地類的生產(chǎn)能力在年度間有所變化，故均衡因子與產(chǎn)量因子隨著時(shí)間序列呈動(dòng)態(tài)變化，這比使用統(tǒng)一的固定因子值計(jì)算更為精確。

3.2 陜西省生態(tài)足跡與生態(tài)承載力動(dòng)態(tài)變化

利用表1中的均衡因子和產(chǎn)量因子對(duì)陜西省生態(tài)足跡和生態(tài)承載力進(jìn)行測(cè)算。其中，1995—2011年生物資源消費(fèi)項(xiàng)目根據(jù)陜西省的實(shí)際消費(fèi)情況選取糧食、油料、糖類、肉類、禽蛋等27個(gè)項(xiàng)目，能源消費(fèi)主要包括煤炭、石油、天然氣及其電力，根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算出能源的人均生態(tài)足跡。計(jì)算生物資源消費(fèi)中的食、油料、糖類、肉類、禽蛋的人均生態(tài)足跡分量時(shí)，采用FAO發(fā)布的各種農(nóng)作物的全國(guó)平均產(chǎn)量數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)計(jì)算和整理，陜西省1995—2011年各種生物生產(chǎn)土地的生態(tài)足跡結(jié)果詳見表2。根據(jù)陜西省歷年來的耕地、草地、林地、水域及其建筑用地面積計(jì)算出陜西省1995—2011年生物資源生態(tài)承載力，計(jì)算結(jié)果詳見表3。從表2中可以看出，1995—2011年的人均生態(tài)足跡逐漸變大，2011年化石燃料用地面積減少，說明陜西省對(duì)能源的使用量大幅度降低或向清潔能源轉(zhuǎn)變。從表3可以看出，1995—2010年人均生態(tài)承載力變大，其中林地的生態(tài)承載力穩(wěn)定上升，說明林地面積變大或科技能力的提升使得木材、水果產(chǎn)量增加；1995—2007年建筑用地的生態(tài)承載力增加，說明城市化進(jìn)程加快，建筑用地面積增加。

表2 陜西省1995－2011年人均生態(tài)足跡

表3 陜西省1995－2011年人均生態(tài)承載力

3.3 陜西省生態(tài)赤字與生態(tài)壓力指數(shù)動(dòng)態(tài)變化

根據(jù)表2—3，將陜西省各年份的人均生態(tài)足跡和人均生態(tài)承載力的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，得出陜西省各年份的生態(tài)承載力明顯小于生態(tài)足跡，生態(tài)赤字總體呈擴(kuò)大趨勢(shì)。生態(tài)壓力指數(shù)總體呈上升趨勢(shì)，1995—2006年緩慢上升，從2007—2011年出現(xiàn)波動(dòng)性上升（圖1）。根據(jù)生態(tài)壓力指數(shù)等級(jí)判斷標(biāo)準(zhǔn)，從1995—2008年陜西省有較強(qiáng)的不可持續(xù)性，2009—2011出現(xiàn)了很強(qiáng)的不可持續(xù)性。

3.4 結(jié)果討論

徐坡、王偉等［19－20］學(xué)者利用全國(guó)統(tǒng)一的均衡因子和產(chǎn)量因子對(duì)陜西省的生態(tài)足跡、生態(tài)承載力等進(jìn)行過較為詳細(xì)的測(cè)算，結(jié)果詳見表4。對(duì)比分析可知，測(cè)算出的4項(xiàng)指標(biāo)值均小于同行學(xué)者的研究結(jié)果，陜西省的可持續(xù)狀態(tài)沒有以往學(xué)者評(píng)估的那么嚴(yán)峻。

圖1 陜西省1995－2011年生態(tài)足跡變化趨勢(shì)

表4 本研究與傳統(tǒng)方法對(duì)陜西省生態(tài)足跡研究結(jié)果對(duì)比

本研究計(jì)算的人均生態(tài)足跡和生態(tài)承載力與以往學(xué)者的結(jié)果存在較大差別，主要因?yàn)楸狙芯繉?duì)生態(tài)足跡方法進(jìn)行改進(jìn)，獨(dú)立測(cè)算陜西省自身每年的產(chǎn)量因子和均衡因子，而非使用全國(guó)統(tǒng)一的產(chǎn)量因子和均衡因子。全球各地的土地生產(chǎn)力差距較大，使用陜西省自己的均衡因子和產(chǎn)量因子更為可靠。

4 結(jié)論

在對(duì)典型案例區(qū)的可持續(xù)性評(píng)估中，嘗試性地對(duì)生態(tài)足跡方法中的均衡因子和產(chǎn)量因子進(jìn)行了改進(jìn)。從理論上講，利用案例區(qū)自身的均衡因子和產(chǎn)量因子測(cè)算出的指標(biāo)值比全國(guó)因子測(cè)算出的結(jié)果應(yīng)該更為精確，更能反映研究區(qū)的實(shí)際狀態(tài)。從研究結(jié)果對(duì)比看，利用案例區(qū)自身因子測(cè)算，生態(tài)赤字和生態(tài)壓力指數(shù)都比較穩(wěn)定，分別在0.138 9～0.497 8hm2／人和1.170 3～2.613 7之間，并沒有如以往學(xué)者分析那么嚴(yán)重，這一結(jié)論有利于更準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)一個(gè)地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展能力。因此，在對(duì)我國(guó)典型區(qū)域生態(tài)占用狀態(tài)和可持續(xù)性狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估時(shí)，有必要建立一套符合國(guó)情和典型區(qū)域?qū)嶋H的生態(tài)足跡測(cè)算因子，更為準(zhǔn)確地判斷典型區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。當(dāng)然，改進(jìn)生態(tài)足跡因子的方法一定程度上增加了對(duì)原始數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和收集的難度。

［1］王書華，毛漢英，王忠靜.生態(tài)足跡研究的國(guó)內(nèi)外近期進(jìn)展［J］.自然資源學(xué)報(bào)，2002，17（6）：776－782.

［2］牛文元.持續(xù)發(fā)展導(dǎo)論［M］.北京：科學(xué)出版社，1994.

［3］Hardi P，Barg S，Hodge T，et al.Measuring sustainable development：Review of current practice［R］.Occasional Paper，1997：1－2，49－51.

［4］楊開忠，楊詠，陳潔.生態(tài)足跡分析理論與方法［J］.地球科學(xué)進(jìn)展，2000，15（6）：630－636.

［5］徐中民，張志強(qiáng)，程國(guó)棟.甘肅省1998年生態(tài)足跡計(jì)算與分析［J］.地理學(xué)報(bào)，2000，55（5）：607－616.

［6］Rees W E.Ecological footprint and appropriated carrying capacity：What urban economics leaves out［J］.Environment and Urbanization，1992，4（2）：121－130.

［7］Rees W E.Revisiting carrying capacity：Area－based indicators of sustainability［EB／OL］∥ Wackernagel M.Ecological Footprint Nation.http：∥www.ecuncil.ac.cr／rio／focus／report／english／footprint，1997.

［8］Wackernagel M，Onisto L，Bello P，et al.National natural capital accounting with the ecological footprint concept［J］.Ecological Economics，1999，29（3）：375－390.

［9］謝高地，魯春霞，成升魁，等.中國(guó)的生態(tài)空間占用研究［J］.資源科學(xué)，2001，23（6）：20－23.

［10］趙先貴，王書轉(zhuǎn)，馬彩虹，等.西安市2002年生態(tài)足跡分析［J］.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2005，19（6）：33－37.

［11］趙先貴，馬彩虹，高立峰，等.基于生態(tài)壓力指數(shù)不同尺度區(qū)域生態(tài)安全評(píng)價(jià)［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，15（6）：135－138.

［12］李澤紅，董鎖成，湯尚穎，等.基于生態(tài)足跡模型的石嘴山市生態(tài)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性評(píng)價(jià)［J］.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2008，8（3）：41－45.

［13］歐陽志云，王效科，苗鴻.中國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及其生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的初步研究［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，1999，19（5）：19－25.

［14］張恒義，劉衛(wèi)東，萬世忠，等.“省公頃”生態(tài)足跡模型中的均衡因子及產(chǎn)量因子的計(jì)算：以浙江省為例［J］.自然資源學(xué)報(bào)，2009，24（1）：82－93.

［15］Wackernagel M，Monfreda C，Schulz N B，et al.Calculating national and global ecological footprint tine series：resolving conceptual challenges［J］.Land Use Policy，2004，21（3）：271－278.

［16］Monfreda C，Wackernagel M，Deumling D.Establishing national natural capital accounts based on detailed ecological footprint and biological capacity assessments［J］.Land Use Policy，2004，21（3）：231－246.

［17］牛若峰，劉天福.農(nóng)業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)手冊(cè)［M］.修訂版.北京：農(nóng)業(yè)出版社，1983.

［18］吳介軍，蔡琳，張秋花，等.1993—2004年陜西省生態(tài)足跡分析與評(píng)價(jià)［J］.陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006，34（4）：104－108.

［19］徐坡，張陽生.陜西省生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)變化分析［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（8）：4862－4866.

［20］王偉，韋葦.動(dòng)態(tài)生態(tài)足跡測(cè)度與分析：陜西省可持續(xù)發(fā)展研究［J］.重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào)：西部論壇，2007，17（4）：52－56.