尹偉特，張亞麗，楊賢均

（1.武岡市城市管理和綜合執(zhí)法局，湖南 武岡 422400；2.中南林業(yè)科技大學，長沙 410004；3.邵陽學院城鄉(xiāng)建設(shè)學院，湖南 邵陽 422000）

中國正處在耕地資源結(jié)構(gòu)性短缺問題嚴峻，建設(shè)用地不斷擴張的發(fā)展階段，建設(shè)用地和耕地等用地類型占比難以達到平衡，特別是依靠土地資源優(yōu)勢快速崛起的中部城市，很容易陷入“資源詛咒”危機［1］，導致發(fā)展不可持續(xù)。《2019年全國耕地質(zhì)量等級情況公報》顯示，評級為三等以下的耕地資源占據(jù)耕地總量的68.76%，未來耕地質(zhì)量建設(shè)和保護仍然關(guān)乎著人民群眾的民生福祉，是城市發(fā)展需要重點考慮的因素。生態(tài)足跡測算模型是輔助政府、機構(gòu)決策的資源核算工具［2］，能夠清晰明了地評估自然資本的利用強度，經(jīng)Niccolucci等［3］進一步完善后，加強了自然資本存量和流量之間利用強度的比較能力，增進了對自然資本利用效率在時空變化上的解釋力［4］。脫鉤模型則是目前較為可靠的、能夠評判地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展與資源消耗之間關(guān)聯(lián)程度的工具［5］，通過生態(tài)足跡測算模型和脫鉤模型相結(jié)合，能夠從經(jīng)濟發(fā)展層面判斷耕地開發(fā)利用的可持續(xù)情況，從而起到警示以及推動地區(qū)相關(guān)優(yōu)化策略的實施，對未來耕地高質(zhì)量建設(shè)和保護起到積極意義。

以岳陽市耕地為研究對象，分別通過生態(tài)足跡模型、Tapio脫鉤模型和灰色預測模型對該區(qū)域的耕地生態(tài)足跡動態(tài)變化、與經(jīng)濟的脫鉤關(guān)系以及未來的脫鉤情況進行定量研究，這對岳陽市未來的耕地發(fā)展能夠提供可靠的理論支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

岳陽市位于湖南省北端，北緯28°25′31.65″—29°51′6.23″，東經(jīng)112°18′33.13″—114°09′11.64″，該地區(qū)江湖交匯，路網(wǎng)縱橫，資源稟賦優(yōu)越，岳陽市作為長江經(jīng)濟帶重要的港口城市、長株潭城市群的中堅力量，既肩負著經(jīng)濟驅(qū)動的任務，又承擔著洞庭湖生態(tài)功能保護的重要使命。尤其是“十三五”以來，岳陽市作為湖南省重要的農(nóng)產(chǎn)品供應區(qū)，耕地保護面積達3 542 km2，糧食產(chǎn)量超過320萬t，已建成55個省級現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園，農(nóng)產(chǎn)品供應水平不斷提高。至此，耕地高質(zhì)量開發(fā)和保護是實現(xiàn)岳陽市農(nóng)業(yè)又好又快發(fā)展的必由途徑。

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究模型計算所需數(shù)據(jù)均采集于1999—2019年《岳陽市統(tǒng)計年鑒》；因不涉及空間比較，均衡因子、產(chǎn)量因子直接采用劉某承等［6，7］的計算結(jié)果，分別為1.74、1.43；對于數(shù)據(jù)缺失的情況，在參考《湖南省統(tǒng)計年鑒》《岳陽市國民經(jīng)濟與社會發(fā)展統(tǒng)計公報》的基礎(chǔ)上，通過相鄰年均值求出；農(nóng)業(yè)污染數(shù)據(jù)有較多缺失，因此不考慮污染項目。

1.3 研究方法

1.3.1 三維生態(tài)足跡模型 生態(tài)足跡（E F）測算采用了三維生態(tài)足跡模型，目的在于區(qū)分耕地在被占用或消耗的過程中，自然資本流量和存量的差異情況［8］。但二維生態(tài)足跡模型僅限于單位年份的自然資本流量研究，不適宜評估長時間跨度的自然資本利用強度［9］，Niccolucci等［3］基于二維生態(tài)足跡模型建立了三維生態(tài)足跡模型，彌補了二維生態(tài)足跡模型的不足。其中，足跡深度（E F dept h）具體指的是一定區(qū)域內(nèi)一年所消耗的自然資本需要多少年才能再生，足跡廣度（E F s iz e）具體指的是對自然資本流量的占用程度［10］，具體計算公式（包括二維生態(tài)足跡模型公式）如下。

式中，E C為生態(tài)承載力，E Fdep th原始值設(shè)為1，增減量由E F與E C的差值決定，當E F＞E C時，自然資本流量不能滿足消費量，E Fdepth＞1；當E F≤E C時，自然資本流量滿足消費量后仍有剩余，E Fdep th=1；E Fsi ze取值范圍由區(qū)域內(nèi)的生態(tài)承載力大小所限定；E F3D為三維生態(tài)足跡總量。

式中，N為常住人口數(shù)；ef為耕地人均生態(tài)足跡量，ec為耕地人均生態(tài)承載力；rj為耕地均衡因子，yj為耕地產(chǎn)量因子；ci為耕地中第i項消耗項目的人均消費量，pi為耕地中第i種消耗項目的人均消費量，Aj為人均耕地面積；E F2D為二維生態(tài)足跡。

1.3.2 Tapio脫鉤模型 彈性脫鉤模型（Tapio）是經(jīng)由經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（OECD）所改良而來的分析環(huán)境變量與經(jīng)濟變量之間阻斷關(guān)系的經(jīng)典模型。細分的脫鉤類型劃分能夠較為準確地分辨環(huán)境壓力與經(jīng)濟變化之間的脫鉤情況［11］。該模型假設(shè)在正常發(fā)展中，兩個變量不為零，然后通過對兩個變量變化率之間的關(guān)系特征進行細分，最終判斷脫鉤狀態(tài)。以本研究為例，該模型的判斷結(jié)果取決于ΔE F、ΔG F P和ei3項數(shù)值的變化方向，且判斷結(jié)果不是絕對結(jié)果，僅代表相對情況下的發(fā)展趨勢，具體公式如下。

式中，Ei為第i年脫鉤彈性系數(shù)；ΔE F為生態(tài)足跡變量；ΔG F P為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值變量；E Fi為第i年生態(tài)足跡；G F Pi為第i年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值。根據(jù)Tapio研究成果制作脫鉤評價情況，如表1所示。

表1 脫鉤評價情況

1.3.3 GM（1，1）灰色預測模型 當預測對象既含有已知信息又存在非確定信息，且對象的變化過程與時間存在關(guān)系時，GM（1，1）灰色預測模型是十分有效的預測工具［12］。該模型有著對樣本需求量少、建模過程所需信息少、中短期預測結(jié)果比較準確的特點［13］，適用于本次研究。

式中，a為發(fā)展灰數(shù)；u為內(nèi)生控制灰數(shù)；t為時間序列；e為自然常數(shù)；X（0）為原始序列；X（1）為一次累加后得到的序列；X（1）（t）為累加預測值；X（K）（t）為實際預測值；計算累減結(jié)果為預測值；模型檢驗用相對殘差檢驗法，所有|ε（t）|＜0.1，為較高準確度，|ε（t）|＜0.2，為一般準確度。

2 結(jié)果與分析

2.1 岳陽市耕地足跡動態(tài)變化分析

如圖1所示，岳陽市人均生態(tài)足跡和人均生態(tài)赤字變化較小。1999—2019年人均生態(tài)足跡變化趨勢總體上可分為4個階段，1999—2005年為平穩(wěn)期，人均足跡保持在0.793 hm2/人；2005—2006年為下降期，下降幅度為28%；2006—2014年為上升階段，上漲幅度為67%；2014—2019年為下降期，下降幅度為3.4%。從整個階段來看，岳陽市屬于經(jīng)濟快速增長的趨勢，人口不斷增長，城鎮(zhèn)化程度日益提高，導致人均生態(tài)足跡持續(xù)呈上漲狀態(tài)，該時期岳陽市的足跡變化曲線沒有達到環(huán)境庫茲涅曲線的發(fā)展“拐點”。分時期來看，2005—2006年出現(xiàn)下跌狀態(tài)，這與岳陽市2005年進行土地利用總體規(guī)劃調(diào)整有一定關(guān)系。2006年以后，人均生態(tài)足跡出現(xiàn)顯著增長，到2014年達到研究時段峰值，造成此變化的主要原因是該時期岳陽市經(jīng)濟運行存在結(jié)構(gòu)性、素質(zhì)性問題，經(jīng)濟增長方式粗放，經(jīng)濟增長和資源短缺的矛盾加深。到2015年，開始出現(xiàn)下跌趨勢，說明在經(jīng)歷粗放式發(fā)展模式后，岳陽市政府積極推進生態(tài)文明建設(shè)，著實開展節(jié)能減排政策，提高單位耕地利用效率，這與“十三五”規(guī)劃的要求是一致的。但整體上來考量，人均生態(tài)赤字水平較高，在耕地資源有限的情況下，未來“十四五”規(guī)劃中，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、耕地利用水平加強提升仍然是發(fā)展的基本要求。

圖1 岳陽市耕地足跡變化

如圖2所示，岳陽市足跡深度總體表現(xiàn)為先增大后減小再增大的趨勢，并在2012年達到峰值，暫未接近環(huán)境庫茲涅茨曲線的“拐點”，證明岳陽市還處于以消耗自然資本存量為代價換取經(jīng)濟發(fā)展的模式。1999—2004年，足跡深度增大說明岳陽市過度消耗耕地自然資本存量，耕地資源壓力上升；2004—2005年，足跡深度下降說明自然資本存量消耗的勢頭得到了遏制；2005—2019年，特別是2010—2011年，足跡深度出現(xiàn)跨越式增長，足跡深度為存量自然深度（自然深度為1）的6.2倍，意味著2004—2005年的足跡深度減小并不是綠色發(fā)展的成果，岳陽市及消費市場對岳陽市耕地自然資本的需求超過供給，自然資本的流量無法滿足其維持發(fā)展的需求，就地消耗存量或“異地占用”資本存量是彌補自然資本流量不足的主要途徑。研究期間，岳陽市人均足跡廣度雖保持著增長趨勢，但總體水平較低，與足跡深度保持著40～42倍的差距，說明岳陽市農(nóng)業(yè)發(fā)展一方面存在著嚴重的供需矛盾，另一方面岳陽市的農(nóng)產(chǎn)品長期依賴消耗自然資本或外部引進，存有農(nóng)產(chǎn)品供應安全隱患，易受外界不確定因素的影響。

圖2 岳陽市耕地足跡深度和廣度變化

2.2 岳陽市生態(tài)足跡與農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值脫鉤分析

岳陽市耕地的足跡增長壓力與農(nóng)產(chǎn)值（GFP）增長的脫鉤關(guān)系總體上處于較好水平，生態(tài)足跡與GFP之間出現(xiàn)弱脫鉤、強脫鉤、增長連接、增長負脫鉤、弱負脫鉤的頻率分別為60%、20%、10%、5%、5%。由圖1和表2可知，1999—2005年是岳陽市耕地生態(tài)足跡的平穩(wěn)期，足跡增長相比經(jīng)濟增長較為緩慢，出現(xiàn)持續(xù)性的弱脫鉤狀態(tài)，這與經(jīng)濟發(fā)展水平不高有一定的關(guān)系；2005—2006年人均足跡的突然下降致使出現(xiàn)強脫鉤狀態(tài)；2006—2009年出現(xiàn)波動性變化，足跡與經(jīng)濟發(fā)展關(guān)聯(lián)度提升，足跡變化量高出歷史水準；2009—2019年弱脫鉤狀態(tài)開始占據(jù)主導，同時強脫鉤狀態(tài)開始與弱脫鉤交替出現(xiàn)，原因是岳陽市農(nóng)業(yè)發(fā)展開始轉(zhuǎn)型，耕地利用效率上升，生態(tài)環(huán)境的邊際效應開始起作用。

表2 岳陽市耕地不同時期脫鉤指數(shù)

2.3 岳陽市耕地足跡與農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值脫鉤預測

為促進岳陽市耕地得到高質(zhì)量的保護和利用，提高耕地發(fā)展規(guī)劃前瞻性，以1999—2019年的生態(tài)足跡和GFP數(shù)據(jù)為樣本，運用Excel軟件，建立GM（1，1）灰色預測模型，對2020—2025年岳陽市的生態(tài)足跡和GFP進行預測，預測模型如下。

式中，δ指相對誤差值；L指實際觀測值；ε^指殘差值。對生態(tài)足跡預測模型進行檢驗，擬合結(jié)果表明，預測模型的殘差值均小于0.1，符合預測要求，具體檢驗情況見表3。

表3 預測檢驗情況

結(jié)合生態(tài)足跡預測模型和檢驗方法，確定GFP預測模型，預測模型的殘差值均小于0.1，符合預測要求，模型如下。

兩項模型預測結(jié)果（表4）顯示，2020—2025年隨著農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的提高，岳陽市人均生態(tài)足跡保持年均1.65%的小幅度上升趨勢，說明以消耗自然資本存量為代價的耕地發(fā)展模型仍可能保持一段時間。從脫鉤狀態(tài)來看，預測結(jié)果沒有表現(xiàn)出岳陽市將延續(xù)2014—2019年的強、弱脫鉤交替狀態(tài)，弱脫鉤狀態(tài)為未來五年的主要狀態(tài)。同時，脫鉤指數(shù)雖然較小，但突破閾值達到強脫鉤狀態(tài)還有一定差距，仍然需要保持關(guān)注。

表4 岳陽市耕地生態(tài)足跡與GFP脫鉤預測

3 小結(jié)

本研究基于岳陽市1999—2019年的耕地生產(chǎn)數(shù)據(jù)，計算并分析了岳陽市耕地生態(tài)足跡動態(tài)變化、足跡與農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值（GFP）脫鉤關(guān)系及未來五年預測結(jié)果，得出的主要結(jié)論如下。

1）岳陽市耕地人均生態(tài)足跡仍然保持較高的水準。岳陽市人均生態(tài)足跡自1999年以來，一直處于擴張期，且足跡水平與生態(tài)承載力差距持續(xù)拉大，其中人均生態(tài)足跡峰值達0.99 hm2/人，生態(tài)赤字水平達0.833 hm2/人；生態(tài)足跡深度和廣度均呈上升趨勢，其中足跡深度一度達6.3，意味著耕地自然資本存量的利用程度是流量的6.3倍，而足跡廣度一直保持在相對較低的水平（0.100～0.157）。

2）岳陽市耕地生態(tài)足跡與農(nóng)產(chǎn)值脫鉤情況總體上比較樂觀。岳陽市耕地足跡與農(nóng)產(chǎn)值脫鉤狀態(tài)以弱脫鉤為主，出現(xiàn)頻率為60%，強脫鉤也有20%的出現(xiàn)頻率，耕地發(fā)展處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展、資源壓力逐步上升的狀態(tài)，說明壓力是可控的。但是脫鉤系數(shù)和足跡變化量的多次波動說明了仍需持謹慎態(tài)度，且從預測結(jié)果來看，未來的人均生態(tài)足跡將得到進一步增長，脫鉤狀態(tài)由2014—2019年的強、弱脫鉤交替轉(zhuǎn)為以弱脫鉤為主，說明未來在“十四五”期間，岳陽市需要保持生態(tài)文明建設(shè)定力，嚴格制定生態(tài)文明建設(shè)策略，嚴守耕地生態(tài)紅線，穩(wěn)步提高耕地開發(fā)利用的科技含量，著實提高耕地生態(tài)承載力。