基于生态足迹模型的湖北1991～2010年人地协调度演变研究

姚凯彬

（湖北大学 资源环境学院，湖北 武汉430000）

1 引言

经济的飞速发展、人口迅猛增长，生态环境遭受的破坏的加剧，自然资源消耗不断增加，因此人地协调发展逐渐成为学术界的热点课题。随着研究的深入，生态足迹逐渐体现出其在衡量人地协调度及生态可持续性评估方面的有效性，国内外众多学者纷纷开始关注和研究生态足迹模型。William Rees［1］于1992年提出生态足迹的概念，他的学生 Mathis Wackernagel［2］随后加以完善。根据 Mathis Wackernagel［2］的理论，人类对资源的需求及自然资源对人类的供给之间的比较可作为人地关系协调度的评估。因此，生态足迹模型以其操作便捷、科学合理的特质，使得越来越多的学者利用其来定量分析区域的人地关系演变规律。

湖北地区是中国中部偏南地区，随着人口规模的扩大和经济的增长，湖北日益受到资源和环境的双重约束。为构建两型社会，湖北需要在进行区域经济建设的同时需要进行考虑到人地关系的协调度。为了进一步研究人地关系的动态变化规律及其影响因素，本文引入生态足迹模型，定量分析湖北1991～2010年人地关系演变状况。

2 研究模型：生态足迹模型

2.1 生态足迹

生态足迹主要将人类对自然环境的需求转换为面积需求来计算生物生产面积，主要考虑耕地、林地、草地、建筑用地、水域和化石燃料用地6类土地类型。其计算公式如下：

公式中：i为消费商品和投入的类型，n为消费商品数量；Pi为i种消费商品的平均生产能力；Ci为i种商品的人均消费量；ai为人均i种交易商品占用的生物生产土地面积；N为人口数；ef为人均生态足迹；EF为总的生态足迹。

考虑到这6类土地之间的生物生产能力差异较大，在计算中需要对各类土地赋予不同的均衡因子进行等量化处理。目前国际上普遍采用的均衡因子为：耕地和建筑用地为2.8，林地与化石燃料用地为1.1，草地为0.5，水域为0.2。其计算公式为：

公式中：ef为均衡后的人均生态足迹，rj为均衡因子，aj为人均各类生物生产土地面积，j为不同的生物生产土地类型。

2.2 生态承载力计算

区域生态总承载力就是指区域内部所有的生物生产性土地。各种土地类型也必须进行均衡化处理，转变为可以进行累加的世界性平均生产土地。计算公式如下：

公式中：yj为产量因子；rj为均衡因子；aj为实际人均占有的第j类生物生产土地面积；N为人口数；ec为人均生态承载力；EC为总的生态承载力。产量因子分别采用传统取值：耕地、建筑用地为1.66，林地为0.91，草地为0.19，水域为1.00，化石原料用地为0。

2.3 人地协调度及生态可持续性评估

将生态足迹和生态承载力进行比较。若生态足迹大于生态承载力，则生态赤字；反之则生态盈余。其计算公式为：ED（ES）＝EF－EC。

公式中，ED（ES）表示人均生态赤字（生态盈余），它反映资源供需平衡的不协调性，可以作为直接依据判断人地关系是否协调，生态发展是否可持续。

3 计算结果与分析

3.1 生态足迹与生态承载力计算

生态足迹的计算主要包括以下两部分：生物资源的消费。湖北省生物资源消费有农、林、牧、渔四大类生物产品的项目，折算成耕地土地产品、林地土地产品、草地土地产品、水域土地类型的产品。数据来源于《湖北统计年鉴（1992～2012）》、《湖北农村统计年鉴》。能源的消费，能源资源包括柴油、电力、煤炭、汽油。该部分主要以世界上单位化石燃料生产土地面积的平均发热量为标准，利用总能源消费（折标煤）和热力电力等主要数据，把能源消费消耗的热量换算成化石燃料用地面积和建设用地面积。同时出于谨慎性考虑，需要扣除12%的生物多样性保护面积。计算得到表1和图1。

表1 湖北1991～2010年生态足迹、生态承载力、生态赤字

3.2 计算结果分析

3.2.1 资源供需整体变化分析

从资源供需数量看，1991～2010年，湖北生态足迹和生态承载力均呈上升趋势，生态足迹总量上升速度较快，年增速约为4.79%，人均生态足迹增长了2.32倍，总生态承载力年增速为0.29%，人均生态承载力仅增长1.15倍，生态承载力增速远小于生态足迹。可见湖北生态足迹的增长明显快于生态承载力的增长，表明湖北地区自然资源供给十分紧张，生态环境不断恶化。

从资源供需结构看，1991～2010年湖北生态足迹的构成发生了较大的变化。在人均生态足迹中，建筑用地增长速度最快，增长幅度为1991年的9.25倍，这与近些年来湖北省大力开发水力资源、不断扩大城市化规模有关。水域、草地、化石能源地、耕地、林地的增幅分别为3.47倍、3.52倍、2.3倍、1.96倍、1.18倍。在生态足迹的构成中，化石能源地、耕地、草地及水域所占比重最大，随着经济规模的不断扩大，尤其是第二、第三产业在经济结构逐渐占据更大的比重，湖北地区对化石能源消费的依赖不断增强，因此从图1中可以发现，从2003年以后化石能源地的比重超过耕地，成为湖北省生态足迹构成的最大影响因素；其次，居民生活水平的不断提高也使得人们的饮食需求结构不断变化，从而影响了草地和水域的生态足迹的改变，湖北素有“千湖之省”之称，人们对提高生活质量的水产品需求加大使得水域的生态足迹增加。耕地的生态足迹的增幅减缓则是由于人们在生物产品方面的消费比例逐渐减少，不过在生态足迹构成中的耕地仍然是重要的影响因素。

在人均承载力的构成中，耕地和林地对于生态承载力的影响最大，所占比重分别达到61.2%和21.6%，同时也是对生态环境改善作用最大的两种土地类型。在1991年湖北省耕地面积为345.846万hm2，2010年湖北省耕地面积为337.215万hm2，相比于1991年减少了8.631万hm2。耕地减少的主要原因是城镇化建设用地的占用，同时由于农业结构调整、退耕还林、自然灾害等也对耕地造成巨大影响。耕地和林地面积的减少是生态承载力不高的决定因素。

图1 1991～2010年湖北不同土地类型的人均生态足迹

3.2.2 人地协调度分析及生态可持续性评估

由人口、资源、环境、经济等组成要素的动态平衡才能维持生态系统的稳定性。湖北地区的生态足迹由于人口增长和消费上升迅速增加，近年来虽然技术的提高使得生态承载力略有上升，但由于人为因素和自然因素的影响，湖北地区依然出现了生态赤字，经济发展和生态环境没有保持均衡。

生态赤字的存在只能说明湖北地区人地关系不协调，却无法揭示出湖北地区人地关系演变的不可持续程度。本文在此引进生态足迹指数作为评估可持续发展的指标，用以定量研究湖北的可持续发展程度。生态足迹指数是生态承载力与生态足迹之差占生态承载力的百分比。数值在0到100%之间说明具备可持续性；数值小于0表明其不可持续性；数值等于0则为边际可持续性。其计算公式为：

式中：EFI为生态足迹指数；EF为生态足迹；EC为生态承载力。

根据公式计算出的湖北1991～2010年生态足迹指数（表2）。

表2 湖北1991～2010年生态足迹指数

由表2可知，从1991年到2010年的生态足迹的指数都小于0，生态足迹指数绝对值虽然在1998年、2000年和2007年有所下降，但总体上随着年份的增加依然是不断加大的，而且数值增加的速度逐渐加快，这说明湖北地区的不可持续状态比较严重，其不可持续的程度也呈现逐渐增加的趋势。

4 结语与讨论

通过运用生态足迹模型计算和分析1991～2010年湖北生态足迹，对湖北地区的人地协调度演变状态及生态可持续性评估进行了定量研究，主要结论如下。

（1）从1991～2010年，湖北的生态足迹和生态承载力均呈现总体上升趋势，并且生态足迹的增长明显快于生态承载力，表明湖北地区自然环境对人类的供给作用正在不断减弱。化石燃料用地生态足迹占生态足迹总增长的71.52%，是生态足迹增加的主要影响因素。同时生态足迹和生态承载力构成的变化也反映了资源利用方式和供需结构的转变，也即是湖北地区产业结构以及居民消费需求结构的变化。

（2）湖北地区人地关系不协调程度在加剧。湖北地区生态承载力远远无法抵消生态足迹的增长，生态赤字不断扩大，生态环境处于巨大压力之下。对化石能源地需求的增加以及建筑用地的扩张是生态赤字的决定性因素，同时耕地和林地面积下降也影响生态赤字，城市化进程加快、经济结构不合理、资源利用效率低下及人口的快速增长等是生态赤字潜在的驱动因子。

（3）从人地协调度、生态足迹指数的变化可以看出湖北地区的可持续发展能力受到了严重的制约，必须适当转变经济发展方式、调整经济增长模式、调整产业结构、转变发展观念，从根本上解决湖北地区未来长远的发展问题。

本文对湖北1991～2010年人地协调度的研究结果已经表明，湖北目前的人地关系极不协调，人类需求与自然环境供给之间存在着巨大矛盾，而如果要实现可持续发展，经济发展必须要与生态环境保持平衡协调的关系。因此，要在经济发展的同时兼顾生态环境，走可持续发展道路，就需要贯彻计划生育政策，控制人口的过快增长，提高人口素质，控制人口数量，保护基本农田，控制城镇的盲目扩张，加快开发清洁能源，优化生产生活方式，促进产业多元化，消费多元化，提高资源利用率，促进一种真正的科学发展观的形成，实现全面协调持续的发展。

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