基于改进生态足迹模型的耕地资源评价

罗 园

(华北水利水电大学，河南 郑州 450046)

耕地资源作为一种不可再生资源，为人类的生活提供了各种物质，是人类最基本的生产资料，提供人类生存的落脚点，保证人类生存的基础，耕地资源的研究也因此成为了一个热门的研究方向[1]。我国目前的耕地情况不容乐观[2]，而且还在逐年扩大，环境的污染和人口的增长都使本来就稀缺的耕地资源变得越来越紧缺，再加上城镇化对城市周边耕地的破坏，致使人地关系逐渐紧张，所以在目前我国社会经济的发展过程中，落实好对耕地资源的保护是非常有必要的[3]。

生态足迹模型是1992年由加拿大生态经济学家Willian Rees提出，其显示在现有技术条件下,指定的人口单位内(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所衍生的废物[4]。生态足迹模型的计算简单、容易理解、可操作性强,具有广泛的应用范围和应用领域,在国际诸多领域引起广泛关注和应用[5]。Wackernagel等率先应用生态足迹方法对全球人类可利用的生态空间和生态占用空间2方面进行了测算,表明人类的生态足迹已经超过了地球的生态承载力[6]。传统的生态足迹模型的均衡因子以全球农业生态区为基础[7]，会产生较大的误差，因此需要对生态足迹模型进行改进，改进的生态足迹模型是在传统生态足迹模型基础上提出的，因其计量单位的不同，在计算中将全国平均生产量替代全球平均生产量，同时采用以“国家公顷”为标准计算的因子[8]。本文采用改进生态足迹模型,对湖北省2009—2016年的耕地资源数据进行分析,通过收集湖北省2009—2016年耕地中13种作物的历年数据,计算湖北省耕地资源的生态足迹、生态承载力、生态盈亏和生态可持续性,分析湖北省耕地资源的现状和变化趋势。

1 研究区概况

湖北省地处我国中部地区,位于N29°01′53"～33°06′47"、E108°21′42"～116°07′50"，地理位置卓越。根据2018年度土地变更调查初步数据汇总显示,全省耕地5239060hm2,占土地总面积的28.18%。全省划定永久基本农田3925333.33hm2,人均耕地0.087hm2,低于全国0.1013hm2的平均水平。耕地后备资源不足,人多地少的矛盾十分突出。同时，耕地资源未开发地开发难度大和耕地开发量逐年下降，耕地的供求关系日渐严峻，导致湖北省耕地资源的可持续利用面临更加严重的挑战。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本文数据主要来源于《中国统计年鉴》和《湖北省统计年鉴》，统计2009—2016年稻谷、小麦、玉米、豆类、薯类、花生、麻类、油菜籽、芝麻、甘蔗、烟叶、水果和棉花13种作物的产量和种植面积，计算湖北省2009—2016年的生态足迹和生态承载力，分析湖北省耕地资源的可持续利用状态。

2.2 研究方法

本文的研究方法，主要是运用改进生态足迹模型，对湖北省的耕地资源进行评价，采用湖北省统计年鉴中的统计数据和与生态足迹模型相关的文献，建立研究区域内的生态足迹模型，对耕地的可持续利用状况进行评价，通过对得到的评价结果进行分析，有针对性地提出实现湖北省耕地可持续利用的原则和思路。

2.2.1 生态足迹计算方法

生态足迹的计算公式：

EF=N×ef=N∑(ci/pi)×rj

(1)

式中，EF为总的生态足迹，hm2；ef为人均生态足迹，hm2；N为研究区域的人口总量；ci为第i种消费品的人均年消费量，kg；pi为对应的生态生产性土地生产第i类消费项目的全国平均生产力，kg·hm-2；rj为第j类土地利用类型的均衡因子[9]。文中均衡因子取值为1.74[10]。以湖北省2015年耕地生态足迹为例，生态足迹为10886674.05hm2，计算结果如表1所示。

表1 湖北省2015年耕地生态足迹

2.2.2 生态承载力计算方法

生态承载力的计算公式：

EC=N×ec=N×∑aj×rj×yj

(2)

式中，EC为总的生态承载力，hm2；ec为人均生态承载力，hm2；aj为第j类生态生产性土地的实际人均面积，hm2；rj为第j类土地利用类型的均衡因子；yj为第j类生态生产性土地的产量因子[11]。以湖北省2015年耕地产量因子为例,产量因子为1.0126,计算结果如表2所示。

2.2.3 生态盈亏计算方法

表2 2015年湖北省耕地产量因子

生态赤字/生态盈余反映的是生态足迹与生态承载力的关系，在一定程度上也能够反映出该地区的生态可持续性。当生态足迹大于生态承载力时,则为生态赤字;当生态承载力大于生态足迹时,则为生态盈余。

生态盈余(生态赤字)的计算方法：

ED=EF-EC

(3)

式中，ED为生态盈余/生态赤字。当ED为正值时,代表生态赤字,表明耕地的可持续性弱;当ED为负值时,代表生态盈余,表明耕地的可持续性强[12]。

2.2.4 生态可持续性计算方法

生态可持续指数(ESI)表示在一定区域内生态承载力满足人类生态足迹的程度，ESI的值越大，则表示生态可持续性越强[13]。

生态可持续性的计算方法：

ESI=EC/(EF+EC)

(4)

式中，ESI为生态持续性。生态可持续指数ESI的值介于0～1,当0

3 结果与分析

3.1 生态足迹分析

图1 湖北省2009—2016年耕地生态足迹及人均耕地

湖北省2009—2016年间生态足迹整体上呈平稳趋势，见图1。生态足迹的计算主要是与耕地的产量、面积和均衡因子有关。由图1看出，湖北省耕地生态足迹呈现出先下降再上升再下降3个过程，2009—2011年，耕地生态足迹由1082.80万hm2下降到1067.79万hm2；2011—2013年，耕地生态足迹由1067.79万hm2上升到1100.44万hm2；2013—2016年，耕地生态足迹由1100.44万hm2下降到1087.53万hm2。湖北省2009—2016年间人均生态足迹整体上呈下降趋势，人均生态足迹由2009年的0.1893hm2·cap-1到2016年的0.1848hm2·cap-1，人均生态足迹是通过生态足迹与对应年份常住人口的比值得到，生态足迹在2009—2016年间整体上呈平稳趋势，人均生态足迹整体下降与湖北省人口数量从2009年的5720万人一直增长到2016年的5885万人密切有关，因为参与计算的人口数量只统计了常住人员的数量有关，因此计算得到的人均生态足迹结果与实际情况相比，计算结果较大。

3.2 生态承载力分析

图2 湖北省2009—2016年耕地生态承载力及人均耕地

湖北省2009—2016年间耕地生态承载力整体上呈先下降后上升趋势，见图2。2011年之前,耕地生态承载力由2009年的588.90万hm2减少到575.23hm2,减少幅度为2.32%。2011年之后开始增加,到2016年增加至609.30万hm2,增加幅度为5.59%。耕地生态承载力的大小与耕地面积、均衡因子和产量因子3个因素相关。其中，耕地面积从2009年的3308.35千hm2增长到3444.31千hm2,增幅为4.11%；均衡因子能够有效反映区域耕地的生产力，是基于全国公顷所得到;产量因子基于统计数据计算而来,产量因子从2009年1.0230减小到2011年的0.9834,又上升到2016年的1.0233,产量因子先下降后上升的变化趋势与生态承载力变化趋势相符合,因此产量因子对于耕地生态承载力有显著影响。湖北省2009—2016年间人均耕地生态承载力整体上与耕地生态承载力的趋势一致,2012—2016年人均耕地生态承载力的增势变缓,与湖北省常住人口数量增势变缓密切相关。

3.3 生态盈亏分析

通过研究湖北省耕地的生态赤字，可以分析出湖北省耕地现阶段的利用状况，为湖北省耕地的发展提供有效的建议。

耕地生态盈亏由耕地生态足迹与耕地生态承载力的差值所决定,从图3可以看出,湖北省2009—2016年间耕地处于生态赤字,呈现先上升后下降趋势。耕地生态赤字由2009年的493.89万hm2上升至2013年的505.48万hm2,增幅2.35%;自2013年下降到2016年的478.23万hm2,降幅为5.39%。湖北省2009—2016年的耕地生态足迹始终大于生态承载力,导致湖北省的耕地生态盈亏为生态赤字。湖北省的耕地生态赤字的变化趋势,主要是受到湖北省的耕地生态承载力变化的影响,湖北省2009—2016年的耕地生态足迹基本稳定,耕地生态承载力先下降后上升，与湖北省2009—2016年的耕地生态赤字变化趋势一致。

图3 湖北省2009—2016年耕地生态赤字

3.4 生态可持续性分析

生态可持续性是耕地资源的重要评价指标之一，分析耕地的可持续性能够进一步深度解析耕地的状态。

图4 湖北省2009—2016年耕地生态可持续性的变化

湖北省2009—2016年间耕地生态可持续性呈先下降后上升趋势，见图4。耕地生态可持续性由2009年的0.3523下降到2012年的0.3494,之后上升到2016年的0.3591,湖北省2009—2016年间耕地处于生态不可持续状态。这说明人类对耕地资源产出的消费能力越来越大,耕地资源的生态生产能力与人类的消费能力已经失衡。虽然在2012年之后有向弱可持续逼近的趋势,但是其增长速度缓慢,与湖北省的现代化发展有关,因此基于湖北省的耕地资源可持续性正处于缓慢上升的现状。

4 结论与建议

运用改进的生态足迹模型对湖北省耕地资源的生态足迹、生态承载力、生态盈亏和生态可持续性进行分析，以此对湖北省耕地资源进行评价，最终得到以下结论。

湖北省2009—2016年的耕地生态足迹和人均耕地生态足迹基本处于平稳状态；湖北省2009—2016年的耕地生态承载力和人均耕地生态承载力先下降后上升。这与湖北省居民消费结构、经济增长、人口增长和城市化进程加快有关，耕地生态足迹的平稳表明居民消费结构较为合理，能够基本满足居民对饮食结构的要求，耕地生态承载力的提升说明湖北省耕地资源的供给能力逐渐提升，与湖北省耕地质量的提高和耕地面积的增加密不可分。通过调整居民消费结构，完善资源节约的标准，创建节约型生产和消费体系，发展现代化农业，来降低耕地生态足迹，提升耕地生态承载力。

湖北省耕地质量整体处于生态赤字。从2013年开始,生态赤字数值正在逐渐下降,说明湖北省的生态足迹大于生态承载力。耕地生态赤字对耕地资源可持续发展产生极大的阻碍,因此需要加大对耕地资源的管理,提升耕地的质量,提高土壤费力,扩大耕地面积,合理调整作物的种植结构,进行科学化种植,切实提升耕地的生产能力。另外还需要多方面的配合,相关农业技术的进一步发展,农业人才的培养,国家对农业方面的扶持以及相关的法律法规的制定等都能够对耕地资源的可持续利用作贡献。

湖北省2009—2016年的生态可持续性先下降后上升,耕地资源利用由弱不可持续状态向弱可持续发展状态发展。但生态可持续指数介于0.3～0.4,湖北省的耕地资源依然处于弱不可持续状态,因此还需合理调配耕地资源,进一步提升湖北省的耕地产量,优化产业结构,确保耕地资源可持续发展,提高湖北省农业经济。