基于生態足跡的雅安市土地生態安全研究

何淑勤,鄭子成,孟慶文,宮淵波,王昌全

(1.四川農業大學 林學院,四川 雅安625014;2.四川農業大學 資源環境學院,四川 雅安 625014)

生態足跡(ecological foot print)是一種衡量人類對自然資源利用程度以及自然界為人類提供的生命支持服務功能的方法。生態足跡作為可持續發展的評價指標,通過生態足跡與生態承載力數值的對比,綜合核算資源資產的可持續發展狀況。生態足跡以其理論、方法的創新性以及實踐的可操作性,成為資源開發與環境保護研究中的前沿領域[1-2]。生態足跡理論在我國的研究和發展是基于徐中民等學者對生態足跡模型的引入和介紹[3]。隨著相關研究在國內迅速開展,在研究內容和問題分析范圍上,涉及基于生態足跡的不同尺度(如國家、省、市、縣等)的區域可持續發展狀況研究;在生態足跡的研究和應用中,研究者也在不斷地對其模型和方法進行改進和完善;部分學者還對生態足跡模型的優缺點進行了評價和分析。生態足跡的意義在于探討人類持續依賴自然以及要怎么做才能保障地球的承受力,進而支持人類未來的生存。土地資源的安全與否,影響著國家經濟安全、糧食安全、生態安全和社會安全,關系到社會經濟發展的全局。隨著工業化和城市化的不斷加速,人地矛盾日益突出,對土地的利用程度已經達到甚至超過區域土地生態承載力,導致區域內的生態環境逐漸惡化,土地生態安全成為一大嚴峻的挑戰,其研究勢在必行。生態安全是土地可持續利用的核心和基礎,土地生態安全研究已經成為土地可持續利用研究的前沿課題。

雅安市作為四川省重點建設的生態旅游城市,每年到雅安旅游的人數超過60萬人次,創經濟效益2億多元。流動人口的急劇增加使住房和交通等問題日益突出,對土地資源、水資源、能源和森林資源造成很大的壓力,同時加劇了環境的污染。因此,對雅安市土地生態系統安全情況進行評價十分必要。本文運用生態足跡模型探討雅安市土地生態安全問題,以期為該地區土地資源、環境、經濟和社會的持續協調發展和土地利用規劃決策提供依據。

1 研究區概況

雅安市位于四川盆地西部邊緣,幅員 15 314 km2,位置特殊 ,介于北緯 28°50′10″-30°56′40″,東經101°56′26″-103°23′28″之間。東北邊與成都市交界,東邊與眉山市為鄰,東南邊與樂山相鄰,南依涼山彝族自治州,西邊與甘孜藏族自治州相連,北邊與阿壩藏族羌族自治州接壤。雅安市地形以山地為主,面積占全市總面積的94%,在地貌上,雅安市處于四川盆地和青藏高原的交會地帶。河流屬于長江流域岷江水系,區內切割強烈,山脈縱橫,形成北部的青衣江水系和南部的大渡河水系。氣候屬于亞熱帶季風山地氣候。2006年雅安市總人口154.32萬人,耕地總面積為5.87萬hm2。隨著經濟的快速發展,人地矛盾日益突出,土地生態環境脆弱性加劇。

2 研究方法

根據生態足跡評價的理論、方法及區域實際情況,本文選用了以下幾種模型來測算研究區生態安全情況。

2.1 生態足跡模型

生態足跡(EF)是指為生產某一國家或地區相應人口所消費的所有資源和消納這些人口產生的所有廢物所需要的生物生產性面積(bio-productive area)。根據生產力大小的差異,生態足跡分析法將地球表面的生物生產性土地分為耕地、林地、草地、化石燃料用地、建筑用地和水域6大類進行核算[4],生態足跡的計算公式如式(1)。

式中：EF——總的生態足跡;N ——人口數;ef——人均生態足跡(hm2/人);ci——i種商品的人均消費量;p i——i種商品的平均生產能力;aai——人均i種交易商品折算的生物生產面積;i——所消費商品和投入的類型;Ai——第i種消費項目折算的人均占有的生物生產面積;j——生物生產性土地類型;r j——均衡因子,文中均衡因子的取值：化石能源地和森林為1.1,耕地和建設用地為2.8,牧草地為0.5,水域為0.2。

生態承載力EC(ecological capacity)是指一個區域實際提供給人類的所有生物生產土地面積(包括水域)的總和。生態承載力的計算公式如式(2)[5]。

式中：EC——區域總生態承載力;N——人口數;ec——人均生態承載力(hm2/人);aj——人均生物生產面積;r j——均衡因子;y j——產量因子,文中取值：耕地、建筑用地為1.66,林地為 0.91,草地為0.19,水域為1.00,化石原料用地為0。出于謹慎性考慮,在生態承載力計算時扣除12%的生物多樣性保護面積[6-7]。

如果區域的生態足跡超過了區域所能提供的生態承載力,就會出現生態赤字,反之,則表現為生態盈余。生態赤字的計算公式如式(3)。

式中：EC——區域總生態承載力;EF——區域總生態足跡;ED——區域總生態赤字水平。

2.2 生態壓力指數模型

生態壓力指數定義為某一國家或地區可更新資源的生態足跡與生態承載力的比率,該指數代表了區域生態環境的承壓程度[8],其模型為：

式中：EC——區域生態承載力;EF′—— 區域可更新資源生態足跡;ETI——生態壓力指數。

2.3 單位GDP生態足跡模型

單位GDP生態足跡即區域經濟生產單位GDP所產生的生態足跡,單位GDP生態足跡越小,表明生物生產面積的產出率越高[9]。計算公式如式(5)。PGEF=EF/GDP (5)式中：PGEF——單位GDP生態足跡;EF——區域總的生態足跡;GDP——國內生產總值。

3 結果與分析

根據生態足跡計算模型測算出雅安市1999-2006年的人均生態足跡(表1)、人均生態承載力(表2)。

表1 1998-2005年間雅安市人均生態足跡ef變化情況 hm2/人

表2 1998-2005年間雅安市人均生態承載力ec變化情況 hm2/人

3.1 生態足跡變化總體趨勢分析

由表1、表2可知,雅安市人均生態足跡從1999年的1.068 hm2增加到2006年的1.657 hm2,人均生態承載力由1999年的 0.925 hm2變為 2006年的0.833 hm2。可見,雅安市社會經濟的發展對生物生產性土地的需求在不斷增加,而該地區土地資源提供的可供利用的人均生態承載力卻出現小幅降低,生態赤字由1999年的0.143 hm2增加到2006年的0.825 hm2,且在2004年曾達到0.985 hm2,總體上呈不斷增大的趨勢。結果表明：雅安市生態赤字的增加主要是由于生態足跡的增加引起的,雅安市社會經濟的發展對資源的需求已經大大超過了該地區土地資源生態系統的承載能力,其生態能力已不能滿足人們對自然資源的消耗水平,主要靠消耗自然資源的存量來彌補該地區生態承載力的不足,雅安市的土地利用出于一種不可持續發展的狀態。隨著近年來住宅面積的需求劇增,自然資源開發過度,利用率升高,也對生態環境造成了一定的影響。隨著經濟的發展,工農業對資源的開發量和需求量大大增加,但資源的利用率卻一直未得到有效全面的提高,造成了資源的巨大浪費。這也就促使了生態足跡的進一步增加。通過生態足跡分析表明,研究時段內全市人均生態足跡上升0.589 hm2/人,增長速度遠高于全國水平[10];而各類生態供給均呈現不同程度的遞減趨勢。全市處于生態赤字發展階段,且生態赤字明顯擴大。由于人口增加、對食物總量和食物品質的新要求、耕地減少、能源需求以及環境污染等問題加劇生態的赤字化。為了緩解日益增加的生態赤字,實現土地資源的可持續利用,應積極采取相應措施：(1)控制人口增長;(2)強化土地利用規劃的宏觀調控作用,確定科學合理的規劃指標,集約利用土地,協調土地供應與地區經濟發展需求;(3)改變人們的生產和生活消費方式,建立資源節約型的社會生產和消費體系;加強貿易,以境外的生物供給來分擔境內的生態赤字壓力。

3.2 生態足跡供需結構變化分析

由圖1可知,雅安市生態足跡的消費59.71%來自農作物消費,27.15%來自建筑用地消費,10.86%來自化石燃料消費。分析數據顯示：雅安市的社會經濟對農業生產用地的需求最高,其次是建筑用地,再次是化石燃料能源用地。雅安市生態系統在生物生產性土地供給結構與需求結構之間具有明顯不均衡性,突出表現在耕地、水域、化石燃料用地及草地的供需矛盾,只有林地和建設用地供給量較充裕。在能源消費賬戶的構成中,草地和林地消費產生的生態足跡與1998年相比分別增長了96.48%和216%,這和雅安市耕地等資源供需緊張是分不開的,但是正在創建生態城市的雅安市過于靠林地和草地資源來彌補其他資源緊張的做法是否科學值得思考,因為保持一定數量的林地和草地對于維持生態系統安全有著至關重要的作用。存在其它原因：(1)如人多地少,人口過于密集,人均耕地匱乏,農民為解決“吃飯問題”,大面積開墾耕作,對植被和地表造成很大的破壞,使得連年災害頻發,造成經濟的巨大損失。(2)隨著西部大開發的進行,對處于西部地區特殊位置的雅安市扶持力度的增大,大批工業的運作,對高能源的消耗也逐年遞增,這也給巨大生態赤字的形成起到了不小的作用。簡言之,如果生態足跡超過了生態承載能力,就是不可持續的。為了雅安市的可持續發展,每個人都有義務和責任來減少自然資源的消費,減小自身的生態足跡,均衡開發利用各種自然資源。

圖1 1999-2006年雅安市生態足跡供需結構變化趨勢

3.3 生態壓力指數變化分析

生態壓力指數(ETI)模型是在生態足跡原理的基礎上提出來的[11]。從圖2可以看出,雅安市的生態壓力指數從1999年的0.858逐漸增加到2006年的1.126,8年增加了31.29%,區域土地生態系統一直處于超負荷利用的狀態,并有進一步加重的趨勢。根據肖玲等提出的生態壓力指數劃分標準[12]進行評價,該市1999-2006年的土地生態系統始終處于不安全的狀態。究其原因是農民生態保護意識落后,森林、草地被大面積砍伐破壞,農業生產條件改善滯后,加重了生態負荷;生態建設資金投入不足,“退耕還林”政策推行力度和深度不夠,在許多地方甚至失去其本來的含義。雅安市要實現減小生態赤字,可持續發展,在不降低人們生活水平的前提條件下,除了嚴格遵守計劃生育政策,控制人口增長外,還應從以下幾方面著手：(1)變粗放型、消耗型的資源利用模式成為集約型、節約型的資源利用模式,改善社會生產和消費體系,發展循環經濟,提高能源利用效率。(2)進行廣泛的生態文化宣傳,增強人們的節約意識,建立可持續發展型社會消費體系。(3)大力發展科學技術,引進高新技術,提高能源利用效率,減少能源消耗,嚴格源頭、過程控制,推行清潔生產,同時利用高新技術改造傳統產業,以減少污染物的產生。(4)調整土地利用類型結構,退耕還林還草還濕地,增加單位面積草地和林地面積,逐步改善雅安市的生態環境,是削減生態足跡的長效機制。(5)開發水電能源,替代化石能源。雅安市地處亞熱帶,年平均降水資源豐富,充分發掘水資源潛力,大力發展水電能源,是降低生態赤字的一條有效途徑。(6)改善農業生產條件,改造中低產田,推廣先進的農林技術,發展高效生態農業,以提高土地的產出效率,對大大減少生態赤字起到了重要的作用。(7)加強生態建設立法、宣傳、實施工作,不斷提高人民群眾的生態觀念、法制觀念,嚴格執法,強化法律監督,堅決杜絕在建設資源開發中造成的新水土流失行為,嚴禁毀林、草地,浪費土地等破壞生態的行為。

圖2 1999-2006年雅安市生態壓力指數變化趨勢

圖3 1999-2006年雅安市萬元GDP生態足跡的變化趨勢

3.4 單位GDP生態足跡變化分析

單位面積生態足跡生產出來的國內生產總值可以反映區域資源的利用效率 ,以及對自然環境的影響程度[13]。從圖3可以看出,雅安市所消耗的生態足跡從1999-2006年在1.87～2.78 hm2之間波動變化,平均為 2.212 hm2,總體上接近全國平均值(2.037 hm2),然而與生態效率較高的東部發達地區如天津(0.592 hm2)、上海(0.819 hm2)及廣東(1.058 hm2)相比還有一定的差距[14]。說明雅安市對資源的利用效益在全國中等水平徘徊,2006年較1999年下降了0.343 hm2,較2003年下降了0.758 hm2,這說明雅安市在對自然資源總量需求增加的同時,對土地生態資源的依賴程度在逐漸下降,以消耗資源存量為代價的經濟增長方式正朝著良性的方向發展。

4 結論

基于生態足跡原理,根據雅安市經濟社會活動對本地區土地資源的消費情況與該區與土地資源所能提供的生態承載力進行比較,進而評價了土地是否處于可持續發展的安全狀態,為進行土地生態安全狀況的評價提供了參考。1999—2006年雅安市對資源的利用效率在不斷提高,但在研究期內雅安市的人均生態足跡均超過人均生態承載力,土地生態系統始終處于超負荷狀態,土地生態系統處于危險狀態。尤其體現在耕地、草地和水域的生態赤字等方面。為了緩解日益增加的生態赤字,實現區域土地資源的可持續利用,應協調好人口、資源環境和經濟發展間的關系,科學合理規劃,改變資源利用模式,發展循環經濟,提高土地的產出效率,可在一定程度上降低或緩解區域土地生態系統危險狀態。

由于資源的消費所帶來的生態壓力不完全由資源的消費地來承擔,而實際上是由資源的生產地來承擔,因此,采用生態足跡模型進行區域土地生態安全評價時,資源的消費量是采用該區域實際消耗量還是該區域從本地區實際獲取的資源量有待進一步探討。目前基于生態足跡理論的生態壓力指數概念及等級劃分標準尚未統一,科學合理的基于生態足跡的土地生態安全評價體系有待進一步研究。此外,在本文計算過程中由于受數據限制,沒有考慮廢水、農藥、重金屬等帶來的土地生態環境污染,沒有計算廢棄物所產生的生態足跡,雅安市實際的生態足跡可能更大,土地生態安全形勢可能更為嚴峻。而且通過生態足跡及生態壓力指數發展趨勢分析,可知雅安市土地生態安全形勢在逐漸惡化。

[1] Jonathan Loh.地球生態報告[R].世界自然基金會,2004.

[2] Rees W E.Ecolocal footprints and appropriated carrying capacity：what urban economics leaves out[J].Environment and urbanization,1992,4(2)：121-130.

[3] 徐中民,張志強.中國1999年生態足跡計算與發展能力分析[J].應用生態學報,2003,14(2)：280-285.

[4] 朱國鋒,楊小梅,萬國寧,等.甘肅省2004年生態足跡計算與分析[J].甘肅聯合大學學報,2008,22(5)：62-65.

[4] 楊開忠,楊詠.生態足跡分析理論與方法[J].地球科學進展,2000,15(6)：630-636.

[5] 李月輝,張薇.生態足跡方法及研究進展[J].生態學雜志,2006,25(3)：334-339.

[6] 王書華,毛漢英.生態足跡研究的國內外近期進展[J].自然資源學報,2002,17(6)：776-782.

[7] 王書玉,卞新民.生態足跡理論方法的改進及應用[J].應用生態學報,2007,18(9)：1977-1981.

[8] 張晶,劉耀林,陳新明.基于生態足跡的浙江省生態安全動態研究[J].水土保持通報,2008,28(4)：18-190.

[9] 王根緒,程國棟,錢鞠.生態安全評價研究中的問題[J].應用生態學報,2003,14(9)：1551-1556.

[10] 姚猛,韋保仁.生態足跡分析方法研究進展[J].資源與產業,2008,10(3)：70-74.

[11] 陳敏,張麗君,王如松,等.1978-2003年中國生態足跡動態分析[J].資源科學,2005,27(6)：132-139.

[12] 肖玲,董林林,蘭葉霞,等.基于生態壓力指數的江西省生態安全評價[J].地域研究與開發,2008,27(1)：119-121.

[13] 王興貴,李鐵松.重慶市2003-2005年生態足跡分析[J].江西科學,2007,25(4)：446-449.

[14] 中國環境與發展國際合作委員會,世界自然基金會.中國生態足跡報告(下)[R].2004.