基于生态足迹的毕节试验区生态承载力动态分析

秦如培， 张绍辉

(华中科技大学 土木工程与力学学院， 湖北 武汉 430074)

自1987年 “可持续发展”的概念提出以来，各种关于可持续发展的生态研究如雨后春笋般出现。“可持续发展”的重点和难点在于建立一套指标体系完善、适应性强的评估方法，从而将研究从定性描述转化到定量测量。生态足迹法是由加拿大的生态经济学家Willia和他的博士生Wackernagel于1992年提出的，它是计算生态承载力的一种方法。生态足迹法的提出是生态可持续发展定量计算的一大进步，提出20多年来，经过Wackernagel和他的研究小组的不断完善，虽然还有许多缺点有待进一步的改进，但是由于它完善的理论基础、完整的指标体系以及其自身的普遍适应性，最终得到了大量学者的认可和应用[1]。

本文通过对毕节试验区近20年的数据进行研究，计算得出毕节试验区的生态足迹和生态承载力，试图找出毕节试验区各个时段的可持续发展状态，并通过对可持续发展状态的预测，为毕节试验区相关部门未来的决策提供依据，同时提出一些合理化建议。

1 生态足迹法模型

1.1 生态足迹的原理

生态足迹法从需求面计算生态足迹的大小，从供给面计算生态承载力的大小，通过对这两者的比较，评价研究对象的可持续发展状况[2,3]。从本源上讲，生态足迹理念的设计思路是：人类要维持生存就必须消费各种产品、资源和服务，人类每一项最终消费的量都可以追溯到提供生产该消费所需的原始的物质与能量的生态生产性土地上[4]。除了维持人类生存所必须的消费，人类还在消费的过程中向生态系统排放大量的废水、废气等污染物，这些也需要归结到原始的物质与能量的生态生产性土地上。因此，Wackernagel将生态生产性土地分为六个类型：耕地、林地、牧草地、水域、建筑用地、化石能源用地。

在生态足迹法中，生态承载力是指一个区域实际提供给人类的所有生物生产性土地面积和水域面积的总和。生态足迹和生态承载力都通过生物生产性土地面积这个指标进行量化，使之具有一定的可比性[5]。由于不同国家或者同一国家的不同地区的同一种类型的土地生产能力是不同的，因此，如果根据生态足迹法的设计思路进行计算，那么对于不同国家或者同一国家的不同地区所得的计算结果就没有一定的可比性，也不能建立一个全球通用的指标体系[6]。为了解决这个问题，Wackernagel引入了产量因子的概念，通过产量因子可以将某个地区的生态生产性面积转化为基于全球平均生产力的生态生产性面积。在计算生态承载力时，除了乘以各类不同类型土地的产量因子外，还需乘以均衡因子。

生态承载力的计算是基于一个基本理论假设和两个基本事实。一个基本假设：即“空间互斥性”假设，各类土地的作用类型是单一的，在空间上是互斥的[7]。两个基本事实：一是人类能够估计自身消费的绝大多数资源、能源以及所产生的废物数量；二是这些资源和废弃物的量能折算成生产或消纳它们的生态生产性土地面积[1,8]。

1.2 生态足迹的计算

生态足迹既能够反映出个人或地区的资源消耗强度，又能够反映出区域的资源供给能力和资源消耗总量，也揭示了人类持续生存的生态阈值[9]。因此，生态足迹计算的是人类为了维持生存必须消费各种产品、资源、服务以及吸收人类生活中所产生的各种废物的生态生产性面积。其计算公式如下：

EF=N×ef=N∑aai×ri=N×∑ci/pi×ri

式中：EF为总的生态足迹；N为人口数量；ef为人均生态足迹(hm2/人)；i为消费项目和投入类型；aai为第i种消费项目折算的生物生产性土地面积;ri为第i种类型土地的均衡因子；ci为第i种消费项目的人均消费量；pi为第i种消费项目的年平均生产能力。由于6种土地类型的生态生产力存在着差异，因此不能将它们直接相加。在计算生态足迹时必须对每种生态生产性土地面积乘以相应的均衡因子，将其转化为可直接比较的生态生产性面积，然后进行相加。均衡因子计算如下：

某种生态生产性土地的均衡因子ri=全球该类生态生产性土地面积的平均生态生产力/全球所有各类生态生产性土地面积的平均生态生产力。

目前采用的均衡因子分别为：森林和化石能源用地1.1，耕地和建设用地2.8，草地0.5，海洋0.2[4,10,11]。

1.3 生态承载力的计算

生态承载力的定义是在不破坏现有的生态环境状况的条件下，所能容纳的最大人口数量。在计算生态承载力时，由于不同国家或者同一国家的不同地区的同一种类型的土地的生产能力是不同的，因此需要加入产量因子yi来调整。其计算公式如下：[12]

EC= (1-12%)N×ec=(1-12%)N×

∑aai×ri×yi

式中：EC为生态总承载力；N为人口数量；ec为人均生态承载力；aai为实际人均占有i类生物生产性土地面积；ri为第i类生物生产性土地的均衡因子；yi为第i类生物生产性土地的产量因子；12%为生态多样性扣除值。产量因子计算如下：

某地区土地的产量因子(yi)=某地区第i类生态生产性土地的平均生态生产力/全球第i类生态生产性土地面积的平均生态生产力。

2 毕节试验区生态承载力计算与分析

2.1 毕节试验区概况

毕节试验区位于贵州省西北部的毕节市，是川、滇、黔三省的交通要冲。北接四川、西邻云南，东与遵义市、贵阳市接壤，南与六盘水市、安顺市相连。辖七星关、大方、黔西、金沙、织金、纳雍、威宁、赫章一区七县，涵盖贵州省毕节市全部市县，面积26853 km2，人口720万。我国改革开放以来，特别是1988年，时任贵州省委书记的胡锦涛同志提议在贵州省毕节地区建立以“开发扶贫，生态建设”为主题的试验区，获得国务院批准，此后全区经济取得了长足发展，生态环境得到了有效的改善。

2.2 毕节试验区生态足迹计算

毕节试验区的生态足迹主要是生物资源消费。生物资源消费主要为粮食(包括稻谷、小麦等)；其他作物(包括油料、蔬菜等)、农副产品(包括牛肉、猪肉、奶制品等)、水果和水产品等20种[13]。在计算不同种类生态生产性土地的面积时，采用联合国粮农组织1993年计算的全球平均值。假设毕节地区是一个自给自足的地区，因此毕节试验区产出的粮食、肉类、水果、水产品等都用来支撑本地区的消费，即毕节试验区的生态足迹。如果在某一年生态足迹大于生态承载力，那么说明在这一年毕节试验区已经不是可持续发展。又因为省去了生态足迹的另一组成部分能源消费，因此所得结果是对毕节试验区的乐观估计，更说明毕节试验区早已是不可持续发展，必须引起高度重视。

在计算过程中，不同类型的生态生产性土地的加和需乘以均衡因子。计算过程如表1：

表1 毕节试验区人均生态足迹汇总(单位：hm2/人)

数据来源：《毕节试验区数字二十年》以及联合国粮农组织(FAO)中的数据

2.3 毕节试验区生态承载力计算

根据现有查到的毕节试验区数据，采用上述的生态承载力计算公式，对于人均拥有的各类生产性土地面积乘以均衡因子和产量因子，然后减去由于生态多样性而扣除的12%后，得到毕节试验区1987～2007年的人均生态承载力。

表2 毕节试验区1987年—1996年耕地产量因子确定

表3 毕节试验区1997年—2007年耕地产量因子确定

数据来源：《毕节试验区数字二十年》以及参考文献[14]中的数据。

在计算过程中，所使用的产量因子是Wackernagel在计算中国生态足迹时所取的值，即林地0.91，草地0.19，化石燃料用地0，而建筑用地多数建立在肥沃的土地上，因此耕地和建筑用地的产量因子是一样的。由于毕节试验区的粮食产量从1987年到2007年都有很大的变动，因此采用同一产量因子会使所得到的误差较大，因此本文将耕地产量因子化成两段时间，经计算，第一段时间1987～1996年产量因子为0.93，第二段时间1997～2007年产量因子为1.11。计算过程如表2和表3。

由于缺乏1996年以前的牧草、水域、建筑用地的历史数据，仅计算了1996～2007年这12年的生态承载力。由于水域的面积较少且对于结果的影响较低，因此对于部分年份缺少的数据直接取前后两年的平均值。对于牧草面积的缺项用有数据的年份进行线性计算。

表4 毕节试验区人均生态承载力汇总(单位：hm2/人)

数据来源：《毕节试验区数字二十年》以及参考文献[15-18]中的数据。

2.4 毕节试验区生态足迹、生态承载力以及生态赤字分析

由表1可以看出毕节试验区1987～2007年生态足迹大体呈上升趋势。由1987年的0.3875 hm2/人增长到2007年的0.7549 hm2/人，增长幅度为94.6%。在四种生态足迹类型中草地和耕地占主要，两者之和占当年生态足迹的99%以上，其中1987年的百分率最低为99.2%，1996年的百分率最高为99.7%。从四中生态足迹类型各自的增幅来看，水域的生态足迹增幅最大，但是由于水域在总的生态足迹中所占份额太小，因此对生态足迹的影响不大；位居第二的是草地，增幅166%，对生态足迹的影响较大。

由表4可以看出，1996～2007年的人均生态承载力在0.4848～0.5604 hm2之间浮动，其中耕地对年人均承载力的贡献最大且都在80%以上。1987年的耕种面积为676.48千公顷，2007年的耕种面积为1026.65千公顷，增幅51.76%。1987年毕节试验区的人口为558.87万，2007年毕节试验区人口为759.66万，增幅35.93%，因此耕地数量的增长是应对人口增长提高人均生态承载力的主要方式。对于林业面积，1987年毕节试验区的森林覆盖率为14.94%，2007年毕节试验区的森林覆盖率为35.92%，森林覆盖率得到了大幅度的提升，但是由于林业的均衡因子较小，因此对人均年生态承载力的影响较小。

生态赤字是衡量一个地区是否处于可持续发展状态的阀值。生态赤字的计算公式为：生态赤字=生态承载力-生态足迹。当生态赤字大于0时，说明了生态状况良好，生态环境处于可持续发展状态；当生态赤字小于0时，说明了生态状况发生恶化，生态环境处于不可持续发展状态。如图1所示，生态赤字从1996年到2007年均小于0，除了1997年外。而生态赤字在1997年大于零，这是因为本文对产量因子做出了修正，1996年以前为0.93，1996年以后为1.1，因此1997年的生态承载力突然增大。从整体上来看，生态赤字处于增长过程中，从1997年到2003年增长幅度比较缓慢，从2004年到2007年下降幅度逐渐变快。从生态赤字的数据可以看出，毕节试验区的各类生产活动已经超出了自然系统所能提供的“利息”[19]。

图1 毕节试验区人均生态足迹、生态承载力、生态赤字变化

2.5 生态承载力供需平衡指数

生态承载力供需平衡指数ECCI是指区域人均生态足迹与人均生态承载力的比值，反映了生态资源供给与需求的关系。公式如下：

ECCI=ef/ec

理论上，当ECCI等于1时，区域表现为生态平衡，考虑到现实中此情景较少，因此，将ECCI=1上下浮动10%作为平衡区，即ECCI介于0.9～1.1为生态平衡区，ECCI低于0.9和高于1.1则分别为生态盈余区和生态赤字区。随后，分别根据生态盈余区、平衡区和赤字区ECCI值的范围，进一步将其分成8个级别，如表5所示[20]。

表5 基于ECCI的中国生态承载力供需平衡分类评价标准

根据2.2和2.3计算的生态足迹和生态承载力，我们可以得出毕节试验区从1996年到2007年的生态承载力平衡指数，结果如表6所示。

表6 毕节试验区1996～2007年生态承载力平衡指数

从计算结果可以看出有1年处于平衡有余，有2年处于临界超载，有9年处于超载状态。从ECCI的发展趋势来看，ECCI值在不断增大，到2007年时已经达到1.48，濒临过载。这说明毕节试验区的可持续发展状态非常危险，发展的不稳定性和风险性也随之增加，区域的协调将面临更加艰巨的任务。

3 结 语

生态足迹法表明可持续发展是可测的[21]。本文通过生态足迹的方法，计算了毕节试验区的生态足迹、生态承载力、生态赤字、生态承载力平衡指数。生态足迹从0.3875 hm2/人到0.7549 hm2/人不断增加，表明人类的生活得到了日益提高，人类所消耗的资源在不断增加。人均生态承载力在0.4848 hm2到0.5669 hm2之间波动，表明随着人口数量的不断增加，毕节试验区在生态承载力的主要贡献方——耕地和草地方面下了很大功夫，但是目前的努力仍旧不能减缓由于人口增长、产业结构不合理等问题带来的负面影响。生态赤字的数值开始从缓慢增加到快速增加以及生态承载力平衡指数也逐渐从平衡有余到平衡超载再到超载并有继续向过载发展的趋势表明，经济发展与自然资源的利用状态是不可持续的，如果让这种状态随意发展，那么将会给毕节试验区带来不可估量的损失。造成这种状态的原因是对生态的保护程度和经济增长过快的状态不协调；人口增长过快，增加了生态足迹，降低了生态承载力；产业结构的不合理，应逐步从“二三一”向“三二一”转变等。下面就以上的几个方面给出一些建议：

(1)调整耕地、林地、草地的结构。毕节试验区是贵州最为典型的喀斯特高寒贫困山区，可用耕地面积有限，可以在保障高产耕地的基础上进行退耕还林还草，提高耕地的收益率，扩大林地和草地面积，大力发展畜牧业、园林等，提高土地的使用效率，使土地的结构更加合理。

(2)引入高新科技，提高资源利用率。毕节市2008年万元GDP生态足迹4.5142万元/hm2[17]大于全国的万元GDP生态足迹1.297万元/hm2，由此可以看出，毕节试验区的资源利用效率不高，需要引入高新科技，提高资源的利用率，从而降低生态足迹。

(3)适当控制人口增长。人口的数量在生态足迹计算中起着重大的作用，适当的控制人口的增长可以相对延缓人均生态足迹的增加，相对加快人均生态承载力的增加，从而使得毕节试验区进入良性的发展轨道。

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