基于生态足迹-Tapio脱钩模型的娄底市区域经济可持续性研究

王 炜，朱玉林

（中南林业科技大学 经济学院，湖南 长沙 410004）

人类的生存与发展依赖于自然，地球为人类提供了生存所必须的环境与资源，如何可持续性地利用自然资源，是全球生态经济学家们长期以来关注的焦点。1992年加拿大生态经济学家Rees[1]提出了生态足迹的概念，通过将实物消费量换算为生物生产性土地面积的方法，定量地测定人类对自然资源的消费来评估人类对生态系统的影响，并将计算出的生态足迹与生物生产性土地面积存量作对比，判断地区是否存在生态盈余赤字。

随着对生态足迹理论研究的不断深入，这一方法的局限性也逐渐被意识到，徐中民，张志强等[2]认为生态足迹模型仅为一个静态模型，它并没有关注到可持续发展中的代际公平问题。另外，生态足迹理论仅关注环境系统中生态物品和服务的供求，而忽视了对经济系统的分析，研究的系统具有单一性。“脱钩”的含义即为变量与变量之间没有关系、不连结，脱钩模型常被国内外学者用于研究大气污染、碳排放等环境问题与经济发展之间的脱钩关系。其中Tapio[3]于2005年构建的脱钩模型因其使用弹性分析的方法，很大程度上降低了传统脱钩模型因基期选择问题而导致的计算偏差，故被国内外学者广泛认同并运用。在生态足迹研究的基础上，进一步分析生态压力与经济发展之间脱钩关系的优势在于：1）Tapio脱钩模型综合总量和相对量指标，能够动态反应变量的时间序列特征[4]，有效克服了传统生态足迹模型的静态性缺陷。2）脱钩弹性系数能够有效评定双系统之间的耦合程度，有效克服了传统生态足迹模型研究系统的单一性缺陷。

国内学者对生态足迹研究的主流方向大概分为以下几个方面：1）对区域生态足迹做时空分析[5]；2）研究生态足迹的驱动因素[6]；3）结合能值理论研究生态足迹[7]。目前，仅有诸如杨振华[8]、张童[9]、李坦[10]等少数学者进一步研究了生态足迹与经济发展之间的脱钩关系。基于此，本研究以湖南省娄底市为例，从生态、经济双视角出发，构建生态足迹-Tapio脱钩模型，对该市经济发展的可持续性进行研究，以期为该市能在“十四五”期间进一步协调好经济发展与生态压力的关系，优化产业结构提供对策支持及理论借鉴。

一、生态足迹-Tapio脱钩模型

综合上述对生态足迹理论以及Tapio脱钩模型的分析，为了有效克服传统生态足迹理论的缺陷并对区域可持续性做出综合评判，本研究构建生态足迹-Tapio脱钩模型，即在传统生态足迹理论的基础上，进一步研究生态压力与经济发展之间的脱钩关系。

（一）生态足迹理论

1.生态足迹的计算

计算生态足迹指数，就是将本地的各类资源和能源的消费换算为6类生物生产性土地面积（耕地、林地、牧草地、水域、化石能源用地和建筑用地），并将各类生物生产性土地面积通过均衡因子的折算并加总后获得总的生态足迹[11]。

在本次研究中，考虑到娄底市各项目进出口总量较小，故在核算本地生态足迹时，忽略进出口对居民消费的影响。消费项目的构建在杨灿、朱玉林[7]相关研究的基础上结合娄底市本地情况加以改进，如表1所示。另外，本研究属于市级尺度上的生态足迹研究，故一般以耕地、林地、草地、水域中各项目的年产量，化石能源用地、建筑用地中各项目的规模以上工业企业能源消费量作为各消费项目的替代指标。

表1 生态足迹的消费项目清单

生态足迹的计算公式为：

人均生态足迹的计算公式为：

式中：EFi表示第i年的地区总生态足迹；efi表示第i年的地区人均生态足迹；Aij表示第i年第j项生物质产量；Bij表示第i年第j项地区能源消费量；Yj表示第j种生物质的全球平均产量或全球平均能源足迹；rj表示第j项生物质项目或能源消费项目对应的生物生产性土地类型，共6类，取值直接引用Wackernagel于2004年测定的均衡因子数据，取耕地2.17、林地1.35、牧草地0.47、水域0.35、化石能源用地1.35、建筑用地2.17；aj表示第j项能源的折算系数；Ni表示地区第i年的总人口数。

2.生态承载力的计算

生态承载力可被认为是生态足迹的供给端，但因为资源禀赋的不同，简单相加的生物生产性面积不具有区域间的可比性，所以生态承载力的计算须是经均衡因子和产量因子的折算，并扣除12%的面积用以保护生态系统的多样性后所得到的生物生产性面积的总量。

人均生态承载力的计算公式为：

式中：ECi表示第i年的地区总生态承载力；eci表示第i年的地区人均生态承载力；γj为产量因子，结合娄底市本地生产力发展情况取耕地2.180 4、牧草地4.574 4、林地1.677 3、建筑用地2.180 4、水域4.574 4、CO2吸收0[12]。

3.人均生态赤字与人均生态盈余

人均生态赤字或人均生态盈余是指人均生态足迹与人均生态承载力之间的差值，在一定程度上反应了地区发展的可持续性。

计算公式为：

式中：εi表示人均生态赤字或盈余，εi＜0，则存在生态赤字，εi＞0则存在生态盈余

（二）经济发展与生态压力的脱钩分析

本研究基于Tapio脱钩模型，构建GDP（衡量经济发展）与生态足迹（衡量生态压力）之间的脱钩弹性方程，分析并得到了娄底市2008～2019年间各变量之间的脱钩情况随时间的变化趋势。计算公式如下：

脱钩弹性指数对应的脱钩类型沿用Tapio构建的划分体系，如表2所示。其中，在经济发展与生态压力的脱钩关系中，最理想的情况为强脱钩，即表示经济的发展对造成生态压力的依赖度非常低，经济的持续发展不会以造成更大的生态压力为代价；最不理想的情况为强负脱钩，即表示经济衰退但生态压力加剧。

表2 脱钩弹性系数比对†

二、计算结果与分析

（一）研究区域介绍

娄底市矿产资源丰富，已探明矿种47类，矿产地58处，其中锑矿保有储量为全世界第一，煤矿保有储量为湖南省第一，享有“世界锑都”“江南煤海”的美誉；雨水充沛，水系完整，东部涟水，为湘江中游一大支流，境内全长85.85 km，流域面积3 985 km2。

娄底市是湖南省重要的原材料与能源工业基地，但产能过剩、城镇化程度低的问题较为显著。近年来，娄底市致力于改善产业结构[13]将去除过剩产能，发展新型产业作为长期发展的目标，第二产业GDP占总GDP比重已从2008年的50.38%降为2019年的38.57%。通过近年的努力，娄底取得了令人骄傲的成绩，但在改善产业结构、促进城镇化的道路上，依然任重而道远。

（二）数据来源及说明

娄底市人口、GDP等社会经济指标来自于各年份《湖南省统计年鉴》；娄底市各生物质产量、规模以上企业能源消费量来自于各年份《湖南省统计年鉴》《湖南省农村统计年鉴》；由于土地利用数据的可获得性较差，本研究以娄底市森林覆盖面积代替林地面积。其中，耕地、牧草地、水域、建筑用地的面积数据来自于各年份《湖南省农村统计年鉴》《娄底年鉴》《娄底统计年鉴》及其他文献[14]，森林覆盖面积来自于各年份《娄底市国民经济和社会发展统计公报》，化石能源用地面积取0，部分土地利用数据缺失的年份，通过插值法代入。

原始数据中共有消费端项目34项，分为生物质产量与能源消费两个主要板块，各类生物生产性土地的具体消费项目已在表1中列出，此处不再赘述。生物质消费项目中，竹材取每根0.015 m³。能源消费项目中的能源转换系数参考中国能源统计年鉴，各消费项目的全球平均产量或平均能源足迹参考联合国粮农组织网站（faostat.fao.org）。

（三）娄底市生态足迹与承载力的时间序列分析

依据公式（1）～（4）可计算出娄底市各年份人均生态足迹、人均生态承载力以及人均生态盈余，计算结果见表3、表4。

根据图1，从人均生态足迹的结构上分析，研究时段内，历年各类生物生产性土地的生态足迹贡献率大小情况一致：化石能源用地＞牧草地＞耕地＞水域＞林地＞建筑用地，化石能源用地的生态足迹贡献率占了相当大的一部分，其中2019年最低为64.18%，2017年最高为71.95%。娄底市是湖南省的重要原材料基地，其主导产业为煤炭、钢材、建材等“两高一资”型传统产业[15]，高耗能、高污染对应了高的生态足迹消费需求以及生态治理成本，这也解释了为什么化石能源用地的生态足迹贡献率在该市居高不下，长期居于首位。

根据图1，从人均生态足迹的时间趋势上分析，人均生态足迹的变化随时间呈现出倒“U”型的变化特征，拐点出现在2014年。人均生态足迹由2008年的3.07 hm²（最小值）上升到2014年的4.89 hm²（最大值），再下降到2019年的3.31 hm²。从分项生态足迹分析，牧草地与化石能源用地的人均生态足迹也呈现出倒“U”型状，且其拐点与总的人均生态足迹相吻合。其余四类土地呈现单调递增或上下波动型态势。2008年金融危机以后，为刺激经济，稳住就业，娄底市政府提出“工业主导、基础先行、项目带动、协调发展”的战略举措，扩大招商引资规模，一大批耗能高、规模大的项目落地，规模以上企业能源消耗量在接下来的几年中高速增长，这也直接导致了娄底市人均生态足迹的持续增加。2015年是“十二五”计划的收官之年，娄底市一是狠抓产业转型，以“四转三化”为抓手、“三量齐升”为目标，培育了一批战略性新兴产业，推进了薄板深加工产业园和汽车零部件基地的建设；二是致力于改造传统产业，加大力度引导煤炭、钢铁等产业走向高端，并关闭了一大批落后煤矿，据统计，娄底市煤矿已从2010年的486家减少为2014年的249家，故该年人均生态足迹首次呈现出下降态势。“十三五”期间，娄底市加快产业转型升级的步伐，深入践行绿色发展的理念，第二产业GDP与第三产业GDP的比值（衡量产业结构）不断下降，从2015年的1.437下降为2019年的0.759，一大批产能过剩的企业或淘汰或改造，反应在生态足迹上就是2015—2019年间人均生态足迹的持续降低。

图1 娄底市2008年—2019年人均生态足迹堆积图（分项目）

根据表3、表4所示，娄底市的人均承载力较低，但除了在2016年有略微的减小以外，总体上还是呈现出缓慢增长的态势，人均承载力绝对值从2008年的0.56 hm²增长为2019年的0.7 hm²。这主要是因为娄底市长期以来致力于退耕还草还林、坚守耕地红线、严格控制对建设用地审批，大力开展对已破坏生态系统的修复工作，并对国家自然保护区、国家森林公园实施严格的保护政策，一定程度上增加了生态产品和服务的供给，提高了生态承载力。

表3 娄底市2008—2013年的人均生态足迹（分项目）、承载力、生态盈余 hm2

表4 娄底市2014—2019年的人均生态足迹（分项目）/承载力/生态盈余 hm2

根据图2，在12年的研究时段内，人均生态盈余均为负数，表明该市每年都存在严重的生态赤字，人均生态足迹与人均生态承载力的比值在2012年最大为7.00，在2019年最小为4.75，生态压力负载严重。研究时段内，该市经济发展迅速，但经济系统的这种发展是以剥夺过量生态物品的发展，是相对不可持续的发展。人均生态盈余呈“U”型分布，2014年以后，生态赤字逐年减小，生态系统压力相对释放并呈持续向好的态势，但生态系统负载严重的情形依然严峻。

图2 娄底市2008—2019年人均生态足迹/承载力/盈余变化趋势

（四）娄底市环境-经济系统脱钩状况的时间序列综合分析

根据公式（5）可计算出娄底市各年度生态足迹与GDP之间的脱钩弹性，计算结果见表5。根据表5，可以看出娄底市2009—2019年的经济发展与生态压力之间的脱钩情况经历了由“扩张性负脱钩”到“弱脱钩”到“强脱钩”的变化过程，且研究时段内ΔGDP均为正数，这说明了该市经济发展逐渐摆脱了对造成生态压力的依赖，发展的可持续性正不断向好的方向发展，但上节已分析，该市仍处于严重的生态赤字中，面临的生态压力依然沉重。

表5 娄底市2009—2019年脱钩结果分析表

根据脱钩状况表现出的不同特征，可将研究时期划分为两个研究阶段。

第一阶段为2009—2014年，具体表现为经济增长与造成生态压力之间呈较强的关联性。这一阶段EF均为正增长，平均年增长率达到了6.65%，其中以2009年、2010年最高，分别为10.71%和10.98%，上文已分析过这一阶段的EF高速增长主要是因为2008年金融危机后娄底市的能源足迹不断扩大，此处不再赘述。与此同时，总GDP在这段时期内也保持了一个高速的增长，平均增速为14.99%，再对总GDP细分产业进行分析，第二、第三产业总产出分别保持了16.28%和15.25%的年平均增长率，年均占总GDP比重分别为53.24%和31.24%。综上所述，结合娄底市本地产业实际情况分析，这一阶段的经济高速增长主要是源自煤炭、建材、有色金属等传统高耗能产业在这一时期的快速扩张，但这种增长对生态系统的依赖程度非常高，这加剧了该地区的生态压力[16]。

第二阶段为2014—2019年，具体表现为经济增长与造成生态压力之间呈较弱的关联性。这一阶段的特征为EF均为负增长，平均年增长率为-6.96%，这主要得益于该地区在“十二五”期间立足于淘汰和改造产能过剩企业，并于“十三五”期间继续加快产业转型的步伐，能源足迹的逐年下降。这一时期，娄底市经济仍能保持一个中高速的增长（除了2017年外，GDP年平均增速都大于6.5%），再对总GDP细分产业进行分析，第三产业总产出依旧保持了高速增长的态势，年均增长率为16.55%，并于2019年首次超过第二产业总产出，居三产GDP贡献率首位。然而第二产业总产出的年均增长率却下降为-0.4%，根据世界发达国家和国内先进城市的经验[17]，这一变化符合现代城市发展的逻辑，虽然经济增速较第一阶段有所放缓，但消耗更少的环境资源，释放了更多的生态负荷，所以可以认为，这样的发展更符合可持续发展的原则。

三、结论与对策

第一，结构上分析，能源足迹始终位居区域总生态足迹贡献率首位，说明该市以工业为主导的发展模式仍未改变。时间趋势上分析，生态足迹呈倒“U”型分布，尤其是拐点以后生态足迹的逐年下降，说明近年来该市在生态建设、产业转型等方面的努力卓有成效，但是该市仍然长年处于严重的生态赤字当中，面临较大的生态压力。

第二，生态承载力大体上呈现出逐年递增的状态（2010年除外），但是增长幅度较小，生态物品和生态服务呈现出明显的供不应求状态，凸显出娄底市的土地资源结构亟待改善。

第三，经济增长与生态压力之间的脱钩关系经历了由“扩张性负脱钩”-“弱脱钩”-“强脱钩”转变，经济的增长不再依赖于对生态物品和生态服务的过度消费[18]，这主要得益于娄底市长期以来致力于优化产业结构，大力发展现代化服务业，减少能源消费项目。

综上所述，娄底市经济发展逐渐摆脱了对造成生态压力的依赖，人均生态足迹与人均生态盈余均已度过曲线拐点，正朝好的方向发展，但该市长期处于严重生态赤字的局面没有改变，生态压力依旧巨大，处于相对的不可持续状态。为持续释放生态压力，防止生态盈余从“U”型曲线向倒“N”型曲线转变，结合该市近年发展的情况，提出以下四点对策建议：

一是进一步优化产业结构，改造传统产业、淘汰落后产业、扶植新兴产业；不断增加第三产业在全产业中占比；扩大产业园区的建设力度，通过产业集聚效应提高资源的利用效率；延长并完善产业链，提升资源配置及生产效率；金融领域上拓宽科创型中小微企业的融资方式，畅通直接融资渠道。

二是持续推进可再生能源的利用，倡导清洁能源的使用，以减少化石能源用地的生态足迹。以“金太阳”新能源示范工程为契机，大力发展太阳能相关产业；充分利用降雨充沛、水系完整等优势，推进水电行业的建设。

三是改善土地资源结构，提高生态承载力，严格审批建筑用地的开发；实行红线原则，守住耕地资源不滥用；进一步推行植树造林，提高森林覆盖率；严格管控水污染，确保水资源的生态安全；推进土地资源集约化利用，充分提高用地效率[19]。

四是倡导绿色消费、理性消费，拒绝铺张浪费、盲目消费，从居民消费端减小生态压力；提倡绿色出行，普及公共交通工具在全市范围内的使用，政策上向新能源汽车倾斜，推进节能减排。