羅 園

(華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450046)

耕地資源作為一種不可再生資源，為人類的生活提供了各種物質(zhì)，是人類最基本的生產(chǎn)資料，提供人類生存的落腳點(diǎn)，保證人類生存的基礎(chǔ)，耕地資源的研究也因此成為了一個(gè)熱門的研究方向[1]。我國(guó)目前的耕地情況不容樂(lè)觀[2]，而且還在逐年擴(kuò)大，環(huán)境的污染和人口的增長(zhǎng)都使本來(lái)就稀缺的耕地資源變得越來(lái)越緊缺，再加上城鎮(zhèn)化對(duì)城市周邊耕地的破壞，致使人地關(guān)系逐漸緊張，所以在目前我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展過(guò)程中，落實(shí)好對(duì)耕地資源的保護(hù)是非常有必要的[3]。

生態(tài)足跡模型是1992年由加拿大生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)家Willian Rees提出，其顯示在現(xiàn)有技術(shù)條件下,指定的人口單位內(nèi)(一個(gè)人、一個(gè)城市、一個(gè)國(guó)家或全人類)需要多少具備生物生產(chǎn)力的土地和水域,來(lái)生產(chǎn)所需資源和吸納所衍生的廢物[4]。生態(tài)足跡模型的計(jì)算簡(jiǎn)單、容易理解、可操作性強(qiáng),具有廣泛的應(yīng)用范圍和應(yīng)用領(lǐng)域,在國(guó)際諸多領(lǐng)域引起廣泛關(guān)注和應(yīng)用[5]。Wackernagel等率先應(yīng)用生態(tài)足跡方法對(duì)全球人類可利用的生態(tài)空間和生態(tài)占用空間2方面進(jìn)行了測(cè)算,表明人類的生態(tài)足跡已經(jīng)超過(guò)了地球的生態(tài)承載力[6]。傳統(tǒng)的生態(tài)足跡模型的均衡因子以全球農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)為基礎(chǔ)[7]，會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，因此需要對(duì)生態(tài)足跡模型進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)的生態(tài)足跡模型是在傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型基礎(chǔ)上提出的，因其計(jì)量單位的不同，在計(jì)算中將全國(guó)平均生產(chǎn)量替代全球平均生產(chǎn)量，同時(shí)采用以“國(guó)家公頃”為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的因子[8]。本文采用改進(jìn)生態(tài)足跡模型,對(duì)湖北省2009—2016年的耕地資源數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,通過(guò)收集湖北省2009—2016年耕地中13種作物的歷年數(shù)據(jù),計(jì)算湖北省耕地資源的生態(tài)足跡、生態(tài)承載力、生態(tài)盈虧和生態(tài)可持續(xù)性,分析湖北省耕地資源的現(xiàn)狀和變化趨勢(shì)。

1 研究區(qū)概況

湖北省地處我國(guó)中部地區(qū),位于N29°01′53"～33°06′47"、E108°21′42"～116°07′50"，地理位置卓越。根據(jù)2018年度土地變更調(diào)查初步數(shù)據(jù)匯總顯示,全省耕地5239060hm2,占土地總面積的28.18%。全省劃定永久基本農(nóng)田3925333.33hm2,人均耕地0.087hm2,低于全國(guó)0.1013hm2的平均水平。耕地后備資源不足,人多地少的矛盾十分突出。同時(shí)，耕地資源未開(kāi)發(fā)地開(kāi)發(fā)難度大和耕地開(kāi)發(fā)量逐年下降，耕地的供求關(guān)系日漸嚴(yán)峻，導(dǎo)致湖北省耕地資源的可持續(xù)利用面臨更加嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文數(shù)據(jù)主要來(lái)源于《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》和《湖北省統(tǒng)計(jì)年鑒》，統(tǒng)計(jì)2009—2016年稻谷、小麥、玉米、豆類、薯類、花生、麻類、油菜籽、芝麻、甘蔗、煙葉、水果和棉花13種作物的產(chǎn)量和種植面積，計(jì)算湖北省2009—2016年的生態(tài)足跡和生態(tài)承載力，分析湖北省耕地資源的可持續(xù)利用狀態(tài)。

2.2 研究方法

本文的研究方法，主要是運(yùn)用改進(jìn)生態(tài)足跡模型，對(duì)湖北省的耕地資源進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用湖北省統(tǒng)計(jì)年鑒中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和與生態(tài)足跡模型相關(guān)的文獻(xiàn)，建立研究區(qū)域內(nèi)的生態(tài)足跡模型，對(duì)耕地的可持續(xù)利用狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)對(duì)得到的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分析，有針對(duì)性地提出實(shí)現(xiàn)湖北省耕地可持續(xù)利用的原則和思路。

2.2.1 生態(tài)足跡計(jì)算方法

生態(tài)足跡的計(jì)算公式：

EF=N×ef=N∑(ci/pi)×rj

(1)

式中，EF為總的生態(tài)足跡，hm2；ef為人均生態(tài)足跡，hm2；N為研究區(qū)域的人口總量；ci為第i種消費(fèi)品的人均年消費(fèi)量，kg；pi為對(duì)應(yīng)的生態(tài)生產(chǎn)性土地生產(chǎn)第i類消費(fèi)項(xiàng)目的全國(guó)平均生產(chǎn)力，kg·hm-2；rj為第j類土地利用類型的均衡因子[9]。文中均衡因子取值為1.74[10]。以湖北省2015年耕地生態(tài)足跡為例，生態(tài)足跡為10886674.05hm2，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 湖北省2015年耕地生態(tài)足跡

2.2.2 生態(tài)承載力計(jì)算方法

生態(tài)承載力的計(jì)算公式：

EC=N×ec=N×∑aj×rj×yj

(2)

式中，EC為總的生態(tài)承載力，hm2；ec為人均生態(tài)承載力，hm2；aj為第j類生態(tài)生產(chǎn)性土地的實(shí)際人均面積，hm2；rj為第j類土地利用類型的均衡因子；yj為第j類生態(tài)生產(chǎn)性土地的產(chǎn)量因子[11]。以湖北省2015年耕地產(chǎn)量因子為例,產(chǎn)量因子為1.0126,計(jì)算結(jié)果如表2所示。

2.2.3 生態(tài)盈虧計(jì)算方法

表2 2015年湖北省耕地產(chǎn)量因子

生態(tài)赤字/生態(tài)盈余反映的是生態(tài)足跡與生態(tài)承載力的關(guān)系，在一定程度上也能夠反映出該地區(qū)的生態(tài)可持續(xù)性。當(dāng)生態(tài)足跡大于生態(tài)承載力時(shí),則為生態(tài)赤字;當(dāng)生態(tài)承載力大于生態(tài)足跡時(shí),則為生態(tài)盈余。

生態(tài)盈余(生態(tài)赤字)的計(jì)算方法：

ED=EF-EC

(3)

式中，ED為生態(tài)盈余/生態(tài)赤字。當(dāng)ED為正值時(shí),代表生態(tài)赤字,表明耕地的可持續(xù)性弱;當(dāng)ED為負(fù)值時(shí),代表生態(tài)盈余,表明耕地的可持續(xù)性強(qiáng)[12]。

2.2.4 生態(tài)可持續(xù)性計(jì)算方法

生態(tài)可持續(xù)指數(shù)(ESI)表示在一定區(qū)域內(nèi)生態(tài)承載力滿足人類生態(tài)足跡的程度，ESI的值越大，則表示生態(tài)可持續(xù)性越強(qiáng)[13]。

生態(tài)可持續(xù)性的計(jì)算方法：

ESI=EC/(EF+EC)

(4)

式中，ESI為生態(tài)持續(xù)性。生態(tài)可持續(xù)指數(shù)ESI的值介于0～1,當(dāng)0

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)足跡分析

圖1 湖北省2009—2016年耕地生態(tài)足跡及人均耕地

湖北省2009—2016年間生態(tài)足跡整體上呈平穩(wěn)趨勢(shì)，見(jiàn)圖1。生態(tài)足跡的計(jì)算主要是與耕地的產(chǎn)量、面積和均衡因子有關(guān)。由圖1看出，湖北省耕地生態(tài)足跡呈現(xiàn)出先下降再上升再下降3個(gè)過(guò)程，2009—2011年，耕地生態(tài)足跡由1082.80萬(wàn)hm2下降到1067.79萬(wàn)hm2；2011—2013年，耕地生態(tài)足跡由1067.79萬(wàn)hm2上升到1100.44萬(wàn)hm2；2013—2016年，耕地生態(tài)足跡由1100.44萬(wàn)hm2下降到1087.53萬(wàn)hm2。湖北省2009—2016年間人均生態(tài)足跡整體上呈下降趨勢(shì)，人均生態(tài)足跡由2009年的0.1893hm2·cap-1到2016年的0.1848hm2·cap-1，人均生態(tài)足跡是通過(guò)生態(tài)足跡與對(duì)應(yīng)年份常住人口的比值得到，生態(tài)足跡在2009—2016年間整體上呈平穩(wěn)趨勢(shì)，人均生態(tài)足跡整體下降與湖北省人口數(shù)量從2009年的5720萬(wàn)人一直增長(zhǎng)到2016年的5885萬(wàn)人密切有關(guān)，因?yàn)閰⑴c計(jì)算的人口數(shù)量只統(tǒng)計(jì)了常住人員的數(shù)量有關(guān)，因此計(jì)算得到的人均生態(tài)足跡結(jié)果與實(shí)際情況相比，計(jì)算結(jié)果較大。

3.2 生態(tài)承載力分析

圖2 湖北省2009—2016年耕地生態(tài)承載力及人均耕地

湖北省2009—2016年間耕地生態(tài)承載力整體上呈先下降后上升趨勢(shì)，見(jiàn)圖2。2011年之前,耕地生態(tài)承載力由2009年的588.90萬(wàn)hm2減少到575.23hm2,減少幅度為2.32%。2011年之后開(kāi)始增加,到2016年增加至609.30萬(wàn)hm2,增加幅度為5.59%。耕地生態(tài)承載力的大小與耕地面積、均衡因子和產(chǎn)量因子3個(gè)因素相關(guān)。其中，耕地面積從2009年的3308.35千hm2增長(zhǎng)到3444.31千hm2,增幅為4.11%；均衡因子能夠有效反映區(qū)域耕地的生產(chǎn)力，是基于全國(guó)公頃所得到;產(chǎn)量因子基于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算而來(lái),產(chǎn)量因子從2009年1.0230減小到2011年的0.9834,又上升到2016年的1.0233,產(chǎn)量因子先下降后上升的變化趨勢(shì)與生態(tài)承載力變化趨勢(shì)相符合,因此產(chǎn)量因子對(duì)于耕地生態(tài)承載力有顯著影響。湖北省2009—2016年間人均耕地生態(tài)承載力整體上與耕地生態(tài)承載力的趨勢(shì)一致,2012—2016年人均耕地生態(tài)承載力的增勢(shì)變緩,與湖北省常住人口數(shù)量增勢(shì)變緩密切相關(guān)。

3.3 生態(tài)盈虧分析

通過(guò)研究湖北省耕地的生態(tài)赤字，可以分析出湖北省耕地現(xiàn)階段的利用狀況，為湖北省耕地的發(fā)展提供有效的建議。

耕地生態(tài)盈虧由耕地生態(tài)足跡與耕地生態(tài)承載力的差值所決定,從圖3可以看出,湖北省2009—2016年間耕地處于生態(tài)赤字,呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)。耕地生態(tài)赤字由2009年的493.89萬(wàn)hm2上升至2013年的505.48萬(wàn)hm2,增幅2.35%;自2013年下降到2016年的478.23萬(wàn)hm2,降幅為5.39%。湖北省2009—2016年的耕地生態(tài)足跡始終大于生態(tài)承載力,導(dǎo)致湖北省的耕地生態(tài)盈虧為生態(tài)赤字。湖北省的耕地生態(tài)赤字的變化趨勢(shì),主要是受到湖北省的耕地生態(tài)承載力變化的影響,湖北省2009—2016年的耕地生態(tài)足跡基本穩(wěn)定,耕地生態(tài)承載力先下降后上升，與湖北省2009—2016年的耕地生態(tài)赤字變化趨勢(shì)一致。

圖3 湖北省2009—2016年耕地生態(tài)赤字

3.4 生態(tài)可持續(xù)性分析

生態(tài)可持續(xù)性是耕地資源的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，分析耕地的可持續(xù)性能夠進(jìn)一步深度解析耕地的狀態(tài)。

圖4 湖北省2009—2016年耕地生態(tài)可持續(xù)性的變化

湖北省2009—2016年間耕地生態(tài)可持續(xù)性呈先下降后上升趨勢(shì)，見(jiàn)圖4。耕地生態(tài)可持續(xù)性由2009年的0.3523下降到2012年的0.3494,之后上升到2016年的0.3591,湖北省2009—2016年間耕地處于生態(tài)不可持續(xù)狀態(tài)。這說(shuō)明人類對(duì)耕地資源產(chǎn)出的消費(fèi)能力越來(lái)越大,耕地資源的生態(tài)生產(chǎn)能力與人類的消費(fèi)能力已經(jīng)失衡。雖然在2012年之后有向弱可持續(xù)逼近的趨勢(shì),但是其增長(zhǎng)速度緩慢,與湖北省的現(xiàn)代化發(fā)展有關(guān),因此基于湖北省的耕地資源可持續(xù)性正處于緩慢上升的現(xiàn)狀。

4 結(jié)論與建議

運(yùn)用改進(jìn)的生態(tài)足跡模型對(duì)湖北省耕地資源的生態(tài)足跡、生態(tài)承載力、生態(tài)盈虧和生態(tài)可持續(xù)性進(jìn)行分析，以此對(duì)湖北省耕地資源進(jìn)行評(píng)價(jià)，最終得到以下結(jié)論。

湖北省2009—2016年的耕地生態(tài)足跡和人均耕地生態(tài)足跡基本處于平穩(wěn)狀態(tài)；湖北省2009—2016年的耕地生態(tài)承載力和人均耕地生態(tài)承載力先下降后上升。這與湖北省居民消費(fèi)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、人口增長(zhǎng)和城市化進(jìn)程加快有關(guān)，耕地生態(tài)足跡的平穩(wěn)表明居民消費(fèi)結(jié)構(gòu)較為合理，能夠基本滿足居民對(duì)飲食結(jié)構(gòu)的要求，耕地生態(tài)承載力的提升說(shuō)明湖北省耕地資源的供給能力逐漸提升，與湖北省耕地質(zhì)量的提高和耕地面積的增加密不可分。通過(guò)調(diào)整居民消費(fèi)結(jié)構(gòu)，完善資源節(jié)約的標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)建節(jié)約型生產(chǎn)和消費(fèi)體系，發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，來(lái)降低耕地生態(tài)足跡，提升耕地生態(tài)承載力。

湖北省耕地質(zhì)量整體處于生態(tài)赤字。從2013年開(kāi)始,生態(tài)赤字?jǐn)?shù)值正在逐漸下降,說(shuō)明湖北省的生態(tài)足跡大于生態(tài)承載力。耕地生態(tài)赤字對(duì)耕地資源可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生極大的阻礙,因此需要加大對(duì)耕地資源的管理,提升耕地的質(zhì)量,提高土壤費(fèi)力,擴(kuò)大耕地面積,合理調(diào)整作物的種植結(jié)構(gòu),進(jìn)行科學(xué)化種植,切實(shí)提升耕地的生產(chǎn)能力。另外還需要多方面的配合,相關(guān)農(nóng)業(yè)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,農(nóng)業(yè)人才的培養(yǎng),國(guó)家對(duì)農(nóng)業(yè)方面的扶持以及相關(guān)的法律法規(guī)的制定等都能夠?qū)Ω刭Y源的可持續(xù)利用作貢獻(xiàn)。

湖北省2009—2016年的生態(tài)可持續(xù)性先下降后上升,耕地資源利用由弱不可持續(xù)狀態(tài)向弱可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)發(fā)展。但生態(tài)可持續(xù)指數(shù)介于0.3～0.4,湖北省的耕地資源依然處于弱不可持續(xù)狀態(tài),因此還需合理調(diào)配耕地資源,進(jìn)一步提升湖北省的耕地產(chǎn)量,優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),確保耕地資源可持續(xù)發(fā)展,提高湖北省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)。