基于可持续发展的神农架生态承载力研究

2015-12-22赵丽娅张雯娜江利平湖北大学资源环境学院湖北武汉430062

安徽农业科学 2015年25期

陈涛，赵丽娅，程畅，张雯娜，江利平 (湖北大学资源环境学院，湖北武汉430062)

“可持续发展”一词首次出现在国际自然与保护联盟(IUCN)1980年发布的《世界自然保护大纲》中。关于“可持续发展”的定义，直到1987年才被系统地阐述，在世界环境与发展委员会(WCED)发表的研究报告《我们共同的未来》中，可持续发展被定义为“既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展”，并指出了满足人类的需要和愿望是发展的主要目标［1－2］。随着可持续发展在世界范围内越来越被认可和重视，现今可持续发展已由最初定性描述的单一概念发展成为一套可以定量测定与评估环境可持续状态的指标体系［3］。生态承载力指自然生态系统所提供的资源和环境对人类社会系统良性发展的一种支持能力，客观反映了自然体系的调节能力［4－6］。生态承载力与可持续发展的研究目标大体一致，都是以解决人口、资源、环境及发展问题为核心，两者之间相辅相成，不可分割。实现可持续发展，实质就是要求人类必须生存于生态承载力阈值之内。因此生态承载力作为可持续发展的基石，其研究分析已成为定量判断可持续发展程度的核心指标之一，得到了大量学者的肯定，并在神农架这类资源型地区有着较多的应用［2，5，7－9］。

神农架位于湖北省西部边陲，大巴山东段的渝、鄂交界处，是我国南北植物区系的过渡地带和东西植物区系的交汇点，生物多样性极为丰富，生态价值巨大，素有原始森林之称，森林覆盖率达90.4%。神农架作为闻名中外的稀有动植物资源宝库，一直备受专家学者的关注。关于神农架生态资源的研究也很多，主要集中在神农架旅游、土地、河流及动植物资源方面［10－14］。马勇、李林立等先后运用生态补偿法探讨了神农架林区的可持续发展状况［15－16］，但这些研究大多是定性地分析了整个神农架林区的可持续程度，不能全面衡量和判定神农架林区的可持续发展现状。生态足迹作为目前最常用度量生态承载力的方法，于20世纪90年代由加拿大生态经济学家William教授和Wackernagel博士提出，是基于土地面积的指标，包括生态足迹和生态承载力两部分［17－18］。何伟等运用生态足迹法对1998～2008年神农架林区的生态足迹做了计算，通过神农架的生态盈余量评价了自然资源的可持续发展程度［19］。但对于神农架这块生态资源价值极大的绿色资源宝地，2008年之后尚没有学者运用生态足迹来定量评价神农架林区的可持续发展状况。

笔者运用改进的生态足迹计算模型，在生态足迹和生态承载力两大指标系统下，根据神农架2008～2012年的统计数据，对神农架各土地利用类型的生态承载力各项指标进行了定量计算，并用神农架5年生态承载力的动态变化分析评估神农架的可持续发展程度，以期为今后林区经济与环境的可持续发展提供依据和指导，并为其他类似地区提供参考。

1 研究方法

1.1 指标体系生态足迹的计算包括生态足迹和生态承载力两部分，从生态需求上计算生态足迹，从生态供给上计算生态承载力，通过两者的比较来判断神农架发展的可持续性。生态足迹小于生态承载力为生态盈余，表现为可持续，反之为生态赤字，表现为不可持续。在生态足迹指标计算中，针对神农架面积小、人口少的特点，笔者引进了改进型的生态足迹计算模型［20］。根据神农架林区的实际消费情况，各种资源和能源消费项目被折算为耕地、林地、牧草地、建筑用地、化石能源用地和水域6种生物生产面积类型。计算账户包括生物资源账户、能源账户、建筑用地账户和水资源账户。各指标体系具体见图1。

1.2 生态足迹计算模型

1.2.1 生态足迹计算方法。生态足迹主要是用来计算一定的人口和规模条件下维持资源消费和废弃物所必需的生物生产空间。其计算公式:EF=N×ef=N×rj×∑(aai)=N×rj×∑(cipi)。式中，EF为总的生态足迹;N为人口总数;ef为人均生态足迹;aai为人均i种交易商品折算的生物生产面积，i为消费商品和投入的类型;rj为均衡因子;j为生物生产性土地类型;ci为i种商品的人均消费量;pi为i种消费商品的平均生产能力［17］。

笔者引进“市公顷”的概念［20］来计算神农架林区的均衡因子，即某类型土地的均衡因子等于神农架该类型土地的平均生态生产力除以神农架所有各类生物生产性土地的平均生态生产力。其计算公式式中，qi指第i类土地的均衡因子;pi指第i类土地的平均生产力;P指神农架所有土地的平均生产力;Qi指第i类土地的总生物产量;Si指第i类土地的生物生产面积;∑Q指神农架所有土地的总生物量;∑S指神农架所有土地的生物生产面积。计算过程中，化石能源用地和林地的均衡因子相同，建设用地和耕地的均衡因子相同。

1.2.2 生态承载力计算方法。生态承载力的计算具体表示为一个区域所能提供给人类生活的生物生产性面积。生态承载力的计算公式:EC=N×ec=N×∑aj×rj×yj(j=1，2，…，6)。式中，EC为区域总生态承载力;N为人口数;ec为人均生态承载力;aj为人均生物生产面积;rj为均衡因子;yj为产量因子［17］。

该研究中产量因子的计算是神农架某类型土地平均生产力与湖北省同类土地平均生产力的比率。具体计算公式:yi指神农架第i类土地的产量因子;pi指神农架第i类土地的平均生产力;Pi指湖北省第i类土地的平均生产力;qi指神农架第i类土地的总产出;si指神农架第i类土地的总面积;Qi指湖北省第i类土地总产出;Si指湖北省第i类土地的总面积;pki指神农架第i类土地的第k种产品的年产量;Pki指湖北省第i类土地的第k种产品的年产量。计算过程中建设用地和耕地的产量因子相同。

1.3 数据来源基础数据来源于《神农架林区统计年鉴》(2008－2012年)和神农架有关部门的相关资料，全国平均产量计算数据取自《中国统计年鉴》(2008－2012年)，年用水量数据取自湖北省和《中国水资源公报》(2008－2012年)。该研究采用的产量因子和均衡因子的值是2008～2012年5年的平均值，计算时个别农作物数据采用近似生物产品或同类产品的平均热值代替。

2 神农架生态足迹计算

2.1 生态足迹

2.1.1 生物资源账户。神农架的生物资源账户分为农产品、动物产品、水产品和林产品四大类，各大类再具体划分细类，以便尽可能取得更加准确，更加切近实际的结果。由于神农架的猪和家禽主要以饲料养殖，属于间接农产品，故在计算的过程中，将猪肉、禽肉、禽蛋等归于耕地类型。在该研究中所用的生产面积折算是2008～2012年相关生物资源的全国平均产量。神农架2008～2012年的生物资源账户生态足迹计算详见表1。

2.1.2 能源账户。神农架能源账户生态足迹计算是将神农架的能源消费转化为化石燃料生产土地面积，采用的是将当地能源消耗量折算成标准煤进行计算，1 t标准煤所需森林面积为 0.123 4 hm2［17］。具体计算结果见表 2。

2.1.3 建设用地账户。神农架建设用地账户的计算主要包括居民点、工矿用地、交通用地和水利设施用地等。使用实际占用法计算，结果见表3。

2.1.4 水资源账户。神农架水资源账户的计算主要包括生产用水、生活用水和生态用水三大方面，数据选取的是新口径用水量，全国平均产水量 2 209.831 3 m3/hm2［17］，计算结果见表4。

2.1.5 生态足迹汇总。根据“市公顷”计算方法，计算得到神农架耕地、林地、水域、草地、水资源的均衡因子分别为4.925、0.314、0.447、0.038、1.69，汇总神农架 2008 ～ 2012 年各土地类型的人均生态足迹计算结果(表5)。

表1 神农架2008～2012年生物资源消费账户生态足迹计算

表2 神农架2008～2012年能源账户生态足迹计算

表3 神农架2008～2012年建设用地账户生态足迹计算 hm2

表4 神农架2008～2012年水资源消费账户生态足迹计算

2.2 生态承载力根据上述产量因子计算公式，计算得到神农架各类土地的产量因子，其中建设用地和耕地的产量因子为1.656 6、林地和化石能源产地的产量因子为0.088、淡水水域的产量因子为0.014、水资源的产量因子为1.68。在计算生态承载力时，因为目前没有专门的用地来吸收能源消费过程中排放CO2，一般把能源用地的数量看作0，因此化石能源用地为0。在计算生态承载力的时候，按照国际惯例，还要减去12%维持生物多样性要保护的土地［9］，生态承载力的计算结果见表6。

3 结论与讨论

3.1 生态盈余/赤字总体变化由神农架生态足迹和生态承载力的计算结果，计算得出神农架生态系统的生态盈余和赤字(表7和图2)，其中正值表示生态盈余，负值表示生态赤字。2012年神农架的生态需求量仅为生态承载力的1/6，这首先得益于神农架极度丰富的自然资源，其次也与林区注重保护自然资源以及合理开发利用资源息息相关。表7总体结果表明，神农架生态供给远大于需求，林区对自然资源的消费量小于林区自然生态系统的生态承载力范围，整体上处于健康的可持续发展状态。

图2可知人均生态足迹、人均生态承载力、人均生态盈余的连续变化情况，人均生态足迹5年内波动不大，基本保持平衡，人均生态承载力的变化十分明显，波动显著，这成为影响人均生态盈余的关键因素。神农架人均生态盈余从2008 年的7.834 9 hm2下降到 2012 年的 6.011 1 hm2，2011年神农架生态盈余量最高，达到了8.473 5 hm2，这得益于2011年林区雨水充足，全区水资源量更是达到了5年内的最高值。

表5 2008～2012年神农架人均生态足迹计算汇总hm2

表6 2008～2012年神农架生态承载力计算汇总 hm2

表7 2008～2012年神农架生态盈余计算hm2

3.2 不同土地利用类型生态盈余/赤字变化分析表8对神农架2008～2012年生态系统各类土地利用类型的人均生态盈余/赤字进行了计算。不难发现，水资源、林地、建筑用地2008～2012年一直保持生态盈余，水资源的生态盈余优势最为明显，林地、建筑用地次之。一方面表明了神农架这类资源型城市水资源、林地的巨大优势，另一方面说明神农架注重林地的保护、建筑用地的合理利用和水资源的合理开发。其中水资源量5年内总体呈现波动变化，2009年林区降雨为5年内最少，这也导致2009年水资源的生态盈余为最小值，2011年正好相反，雨水最为充沛，生态盈余最大;建筑用地的生态盈余呈现逐年增加，由2008年的0.103 374 hm2增加到2012年的0.131 39 hm2，主要原因是神农架林区人口密度小，林区政府合理规划建筑用地，在加快林区城镇化建设的同时也必然导致了建筑用地的增加;林地的人均生态盈余呈现波动增长的总体趋势，由2008年的0.037 8 hm2增长到2012年的0.048 9 hm2，2010年林地的盈余量达到最高，这与林区注重林地保护，实施退耕还林等一系列保护措施紧密相关。耕地2010年出现生态赤字，其他年份均为生态盈余，2012年生态盈余达到了0.117 8 hm2，这得益于林区合理规划耕地，土地整改取得良效。化石能源用地和水域基本呈现生态赤字，其中水域2008年为生态盈余，盈余额为2.57×10－5hm2，往后一直为生态赤字，数额逐年增加，但增加数值较小，2012年水域生态赤字为1.1×10－4hm2，基本可以需求与供给相当;化石能源用地的赤字额呈现逐年增加，从2008年的0.046 hm2到2012年的0.067 hm2，表明随着经济的发展和城镇化的加快，全区对能源的依赖程度越来越高，消耗量越来越大，能源形势日益严峻，造成了生态赤字逐年扩大。

3.3 与其他地区比较在湖北省范围内来看，湖北省2010年的人均生态足迹为2.583 4 hm2，人均生态承载力为0.505 2 hm2，人均生态赤字为 2.078 2 hm2［21］;2010 年神农架林区的人均生态足迹为1.219 3 hm2，仅为湖北省的47%，人均生态承载力为7.771 8 hm2，是湖北省的15倍之多，人均生态盈余量为6.552 5 hm2，也是生态环境较好的恩施的 14 倍［22］。

在世界和全国范围内来比较，2012年世界自然基金会的《Living Planet Report》研究结果显示，2008年世界人均生态足迹为2.7 hm2，人均生态承载力为1.78 hm2;我国人均生态足迹为2.13 hm2，人均生态承载力为0.87 hm2。2008年神农架林区的人均生态足迹为1.076 hm2，人均生态承载力为8.910 9 hm2。对比发现，神农架经济发展对资源的索取相对较小，资源供给量远远高于全国和世界平均水平，表明神农架环境保护与持续发展并重。

［1］曹利军.可持续发展评价理论与方法［M］.北京:科学出版社，1999:2－9.

［2］朱云峰.基于生态承载力的县域生态环境可持续发展研究［D］.长春:吉林大学，2006.

［3］孟宪振.城市可持续发展指标体系的比较研究［D］.重庆:重庆交通大学，2012.

［4］杨艳，牛建明，张庆，等.基于生态足迹的半干旱草原区生态承载力与可持续发展研究:以内蒙古锡林郭勒盟为例［J］.生态学报，2011，31(17):5096－5104.

［5］曹永辉.生态承载力视角下可持续发展的政策响应研究［J］.资源开发与市场，2013，29(8):832 －835.

［6］毛汉英，余丹林.区域承载力定量研究方法探讨［J］.地球科学进展，2001，16(4):549 －555.

［7］元利.基于可持续发展视角的武安市生态承载力研究［D］.石家庄:河北师范大学，2012.

［8］张志斌，唐素然，赵拥华.基于生态足迹分析的资源型城市可持续发展研究:以甘肃省白银市为例［J］.干旱区地理，2008，31(3):464 －469.

［9］陈晨，夏显力.基于生态足迹模型的西部资源型城市可持续发展评价［J］.水土保持研究，2012，19(1):197 －201.

［10］陈孝青，胡仁华，张家来.论廿一世纪神农架生态旅游可持续发展［J］.林业资源管理，2002(4):53－56.

［11］何逢志，任泽，董笑语，等.神农架林区河流生态系统健康评价［J］.应用与环境生物学报，2014，20(1):35 －39.

［12］刘永杰，王世畅，彭皓，等.神农架自然保护区森林生态系统服务价值评估［J］.应用生态学报，2014(5):1－12.