基于生态足迹模型的安徽省生态盈亏状况分析

蔡懿苒，夏尚光，苏守香，李鹏翔

（安徽省林业科学研究院，安徽 合肥 230031）

可持续发展的思想是伴随着人类与自然关系的不断演化而最终形成的符合当前与未来人类利益的新发展观。马克思在《1844 年经济学哲学手稿》中提到：“没有自然界，没有感性的外部世界，劳动者就什么也不能创造。自然界和外部的感性世界是劳动者用来实现自己的劳动、在其中展开劳动活动、用以和借以生产出自己产品的材料”。这说明生态系统服务为人类社会和经济的发展提供了物质基础。但是由于人类受到了多方面的影响，罔顾经济发展与自然的和谐，社会和经济的发展违背了生态系统循环和再循环的自然规律，属于一种无限的掠夺自然资源来满足自我发展的畸形发展观。本文从森林生态系统服务的角度出发，以2019 年统计年鉴数据为基础，分析近年来安徽省社会、经济和生态环境的可持续发展所面临的问题，进而为管理者提供决策依据。

1 生态足迹模型

在人类经济系统迅速发展的今天，产生的问题也越来越突出。因此，当人类反思其发展方式时，不得不考虑整个自然环境和地球的容纳能力和人类的未来。自1992 年联合国环境与发展大会之后，可持续发展成为了人们研究的热点和前沿，诸多评估指标体系纷纷出现。1996 年，由William Rees 和Mathis Wackernagel 构建了一套“生态足迹”的计算方法，对综合承载力的计算难题作出了相当大的贡献。对于生态足迹的描述，William Rees 是这样叙述的：一只负载着人类与人类所创造的城市、工厂……的巨脚踏在地球上的脚印（见图1）。自从生态足迹诞生之后，世界上已有近20 个国家利用这一方法计算承载力的问题。世界自然基金会（World Wild Fund for Nature，WWF） 和 发 展 重 定 义（Redefing Progress，RP） 世界两大非政府机构自2000 年起，每两年公布一次世界各国的生态足迹资料。

图1 生态足迹结构示意图[4]

生态足迹（Ecological Footprint，EF）或称生态空间占用，是一种衡量人类对自然资源利用程度以及自然界为人类社会提供的生命支持服务的方法。它是计量人类对生态系统需求的指标，计量的内容包括人类拥有的自然资源、耗用的自然资源，以及资源分布情况。它显示在现有技术条件下，制定的人口单位内（一个人、一个城市、一个国家或全人类）需要多少具备生物生产力的土地和水域，来生产所需资源和吸纳衍生的废弃物。该方法通过计算维持人类的自然资源消费量和人类产生的废弃物所需要的生态生产性空间面积大小，并与给定人口区域的生态承载力进行比较，来衡量区域的可持续发展状况。人类的生态足迹涉及生物生产地、生物生产海域、能源地、可建筑用地和生物多样性土地。

1.1 生态足迹计算方法

根据生态足迹理论，地球表面的生态生产性土地可分为6 类：化石能源用地、耕地、林地、草地、建筑用地和水域。生态生产性土地是生态足迹法为各类自然资本提供的统一度量基础。

生态足迹的计算公式：

式中：EF 为生态足迹（hm）；N 为年底人口总数（人）；ef 为人均生态足迹（hm/人）；a为 i 种物质人均占用的生物生产面积（hm）；r为均衡因子；c为 i种物质的人均消费量（kg）；p为i 种物质的世界平均生产能力（kg/hm）；i 为消费的物质种类；j 为生物生产面积类型。

1.2 生态承载力计算方法

生态承载力反映了在不损害区域生产力的前提下，一个区域有限的资源能供养的最大人口数。由于不同国家或地区的资源禀赋区别，为了使地区之间的生态足迹具有可比性，引入产量因子进行处理。在计算区域的可利用生态承载力时，按照世界环境与发展委员会建议，扣除12%的生物生产面积用于保护生物的多样性。

生态承载力的计算公式：

式中：EC 为生态承载力（hm）；N 为年底人口总数（人）；ec 为人均生态承载力（hm/人）；a为人均实际占有的生物生产面积（hm）；r为均衡因子；y为产量因子；j 为生物生产面积类型。

2 基于生态系统服务的生态足迹模型

生态足迹虽然已经被人们广泛应用，且取得了非常显著的成效。但是，最初困扰生态足迹的一些难题至今仍未得到有效的解决。例如核算内容的不完整，这导致其无法全面衡量人类活动对生态系统造成的各种影响。基于此，李文华院士团队构建了一种基于生态系统服务的生态足迹模型。这项研究认为，生态足迹试图利用生物生产性土地面积度量人类利用生态系统服务活动对地球产生的各种影响，但是事实上其并没有将生态系统服务真正纳入进来，只是涵盖了其中一小部分。

2.1 生态足迹计算方法

基于生态系统服务的生态足迹（Ecosystem-Service-based Ecological Footprint，ESEF），即将足迹构建于生态系统提供多种生态系统服务的能力之上。这种模型以生态系统提供多种生态系统服务的能力为基础，衡量人类社会经济系统利用生态系统服务的水平，以及对生态系统产生的影响。其通用生态足迹模型公式：

式中：ESEF 为基于该种生态系统服务的生态足迹（hm）；E 为该种生态系统服务的消费量（kg）；GS为该种生态系统服务的世界平均供给能力（kg/hm）；EQF 为该种生态系统服务的均衡因子；NS 为该种生态系统服务的国家平均供给能力（kg/hm）；SF 为该种生态系统服务的供给因子。

因为我国经纬度跨度较大，并且地形复杂，使得其具有世界上较为丰富的森林生态系统类型，所以世界平均供给能力则采用我国的森林生态系统的平均供给能力。另外，文中所采用的为森林生态系统的调节水量、固碳、吸收污染气体和滞尘能力，因为这些均能找到相应的消费指标。数据主要来源为安徽省2019 年统计年鉴，其中安徽省各地市居民用自来水水价，来源于安徽省物价局官方网站；固碳价格采用瑞典碳税价格：136 美元/t 二氧化碳，人民币对美元汇率按照平均汇率6.505 9 计算贴现；二氧化硫、氮氧化物、氟化物、降尘清理费用依据中华人民共和国主席令第六十一号《中华人民共和国环境保护税法》计算。

2.2 生态承载力计算方法

生态系统服务的生态承载力（Ecosystem-Service-based Ecological Capacity，ESEC） 是指区域能够给人类提供生态系统服务的生态系统面积总和。就某一生态系统类型、某一生态系统服务类型而言，其通用生态承载力模型公式：

式中：ESEC 为基于该种生态系统服务的生态承载力（hm）；A 为提供该种生态系统服务的该种生态系统类型的面积（hm）。

3 基于生态系统服务的生态足迹模型的计算结果分析

3.1 基于安徽省森林生态系统服务的人均生态足迹

从表1 中可以看出，对于森林生态系统调节水量的生态足迹介于0.032~0.787 hm。生态足迹较大的均集中在安徽省经济活动较为活跃的地级市，如铜陵市和马鞍山市，同时这些地区也是安徽省工业较为发达的区域，其耗费的水资源高于其他地区。皖北平原的几个地级市调节水量生态足迹较低，这是因为这些区域主要以农业为主，其耗费的水资源较少。安徽省森林生态系统固碳功能的生态足迹介于0.041~0.486 hm。最高的同样为马鞍山市和铜陵市，其工业生产所消耗的能源量较高，向大气中排放了大量的二氧化碳。固碳生态足迹最低的集中在皖南山区，这一区域的人类经济活动较弱，其碳排放量低于其他区域。同时，与人类经济活动有关的还包括吸收污染气体和滞尘的生态足迹，这两项生态足迹在各地级市之间的分布格局与固碳相同。

表1 基于安徽省森林生态系统服务的人均生态足迹/hm2

基于安徽省森林生态系统服务生态足迹除了与人类经济活动有关外，还与其人口密度和森林资源数量和质量有必然的联系。通过查询安徽省统计年鉴可以看出，安徽省人口密度与该区域的经济活动强弱有直接的关系。人口密度高和经济活动较强，带来了森林生态系统服务的生态足迹面积较大，比如：安庆市、合肥市和阜阳市的人口密度均在5 000 人/km以上，而皖南山区几个地级市的人口密度均在1 000 人/km以下。可以看出，基于森林生态系统服务的各地级市生态足迹大小分布格局与其森林生态系统服务的强弱恰恰相反，也就是森林数量和质量较高的地市级，其森林生态系统能够提供更多的水资源和吸收更多的人类排放的污染物，发挥较强的森林生态系统服务功能，从而为人类带来了生态福祉。

从表1 中还可以看出，基于安徽省森林生态系统服务的生态足迹中，大多数地级市（包括蚌埠、滁州、六安、马鞍山、芜湖、宣城、铜陵、池州、安庆、黄山）调节水量生态足迹较大，大部分均存在调节水量＞吸收污染气体＞固碳＞滞尘的情况，这样的格局表示，安徽省在水资源方面面临的生态压力高于其他方面。安徽省作为华东地区的主要水源地，维护水资源安全对于安徽省乃至整个华东地区的社会经济可持续发展的意义重大。有研究表明，虽然安徽煤炭等矿产资源丰富，但土地、水资源却很有限，恰恰这些资源无法进行空间转移，是影响安徽省发展的重要瓶颈。而合肥、淮北、宿州、淮南地区的吸收污染气体生态足迹较大，说明经济发展和社会活动对大气生态环境造成了一定的影响，尤其是工业的发展，包括制造业和一些轻工业的运行，产生了大量工业废气，虽然在政策和制度的制约上，企业均采取措施限制和减缓废气的排放，但仍然对大气环境产生了负面影响。此外，亳州、阜阳固碳生态足迹较大，说明安徽省的能源消费以污染较为严重的煤炭为主，其能源消费结构很不合理。数据显示安徽每万元GDP 消耗0.44 t 标准煤，比相邻的江苏省和浙江省高出26.3%、25.5%。安徽省单位GDP 所消耗的资源不仅远高于周边的江苏省和浙江省，而且其资源利用效率未达到全国平均水平，说明安徽省的经济发展模式与江浙两省相比仍较为粗放。江永红也指出，安徽产业结构层次不高，高耗能行业占工业比重在三分之一以上，能源利用效率不高。这意味着在其他条件不变情况下，生产同等的国内生产总值，安徽承受的资源和环境压力更大。所以，安徽省亟需经济发展模式的转型，降低单位GDP 能耗，减少碳排放和污染气体排放量，以利于维护区域生态环境安全，保障社会、经济和生态环境的可持续发展。

3.2 基于安徽省森林生态系统服务的人均生态承载力

生态承载力方面如表2 所示。对于安徽省森林生态系统调节水量的生态承载力介于0.009～0.311 hm，各地级市之间的分布格局呈现为南部＞中部＞北部，这与森林生态系统涵养水源功能的分布格局一致。基于森林生态系统固碳、吸收污染气体和滞尘的生态承载力在各地级市间的分布格局与调节水量生态承载力相同，均与各项森林生态系统服务在各地级市间的分布格局相关。从基于生态系统服务的生态承载力计算公式可以看出，生态承载力完全由森林资源面积和森林生态系统服务的大小决定。可以看出，安徽省南部区域的森林面积、森林生态系统调节水量、固碳量、吸收污染气体量和滞尘量分别占全省总量的 70.92%、80.98%、64.21%、66.33%和64.24%，因此安徽省南部的生态承载力明显高于中部和北部。这说明尽管安徽省的城市化、房地产建设和家具消费增加了对木材的需求，但由于近年来各重点区域积极实施了植树造林和退耕还林政策，其森林生态系统的生态承载力较高。

表2 基于安徽省森林生态系统服务的人均生态承载力/hm2

3.3 基于安徽省森林生态系统服务的生态盈余/赤字

一个地区的生态承载力可能存在大于、小于或等于生态足迹三种情况，分别称之为“生态盈余”“生态赤字”和“生态平衡”。生态赤字和生态盈余是指生态承载力与生态足迹的差值。其中，生态盈余是指研究对象的生态承载力大于生态足迹，即研究对象对资源的索取没有超出其生态供给能力；生态赤字则是指生态承载力小于生态足迹，生态赤字越大说明研究对象经济发展所造成的环境超载问题越严重。

基于安徽省森林生态系统服务的生态盈余/赤字情况如表3 所示。调节水量方面，只有宣城、池州和黄山市表现为生态盈余，分别为0.061 hm、0.071 hm和0.570 hm，其余均表现为生态赤字，这足以说明安徽省面临着非常严重的水资源问题。尽管安徽省的水域面积较大，但由于受水污染和水产养殖业较为粗放等因素影响，其水域的利用效率较低，造成了较为严重的生态赤字。固碳方面，安徽省所面临的情况好于调节水量，宿州、六安、宣城、池州、安庆和黄山市表现为生态盈余，其余表现为生态赤字。其中，宣城、池州和黄山市生态盈余空间较大，分别为 0.390 hm、0.435 hm和 0.506 hm。吸收污染气体方面，亳州、六安、宣城、池州、安庆和黄山市表现为生态盈余，其余表现为生态赤字。其中，同样是宣城、池州和黄山市生态盈余空间较大。滞尘方面，安徽省各地级市均为生态盈余，这说明安徽省的森林生态系统对于吸滞空气颗粒物起到了非常重要的作用，很大程度上起到了治污减霾的功能。

表3 基于安徽省森林生态系统服务的生态盈余/赤字/hm2

4 结论

从以上分析可以看出，安徽省近年来生态赤字的情况较为严重。自然生态系统的净化能力有一个阈值，一旦超过临界值，自然生态系统的稳定性将不能恢复。安徽省社会、经济与生态环境之间的可持续发展面临着非常严重的挑战，尤其是在水资源和节能减排方面尤为突出，这说明经济的高速发展给生态环境造成的压力越来越大。其环境超载问题不断加重的同时，也在一定程度上反映出安徽省的发展存在有高污染、高消耗的粗放型发展模式，如不加以控制，必将对全省经济可持续发展产生障碍，进而加剧对生态环境的影响。我们必须扭转安徽省生态赤字的严峻形势。首先，必须坚定不移地全面贯彻习近平总书记生态文明思想，持之以恒加大林业生态建设，通过各项林业生态工程的实施，大力提高森林面积；其次，通过森林经营管理措施，提高森林质量，增强其生态系统服务。

在大力推进生态文明建设的时代背景下，安徽省应该采取多方面的应对措施，包括转型经济发展模式和加大林业生态建设，提高生态承载力，转变面临的生态赤字严峻的局面，努力实现社会、经济和生态环境的可持续发展，切实承担起实现美丽中国的伟大历史重任。