吉林省生態足跡與生態承載力動態變化分析與預測研究

高 標，崔鳳午

（白城師范學院，吉林 白城137000）

可持續發展是立足于環境和自然資源的關于人類長期發展的戰略和模式，它強調環境承載能力和資源的永續利用［1］。自1972年在聯合國人類環境研討會提出可持續發展的概念以來，可持續發展一直就是各國學者研究的重點內容，而其定量評價方法的研究更是其中的前沿和熱點。加拿大生態經濟學家William Rees教授和Wackernagel博士于20世紀90年代提出了一種定量評價可持續發展程度與狀況的方法——生態足跡法［2－3］，該方法從一個全新的視角出發，思考人類及其發展與生態環境的關系，提出一個核算全球、國家、地區以及個人對自然資本利用狀況的簡明框架，通過計算人類對自然生態服務的需求與自然所能夠提供的生態服務之間的差距，評價人類對自然資源的利用情況，進而判定評價區域的可持續發展程度與狀況，該方法已經在國內外相關領域得到了廣泛的應用，涵蓋世界［4－5］、國家［6－8］、省和地區［9-13］、州 市 縣 鄉［14－18］、學 校［19－20］等 各 個 尺 度［21－23］。其中就吉林省而言，顧康康和劉景雙［24］利用生態足跡模型研究了吉林省1978—2002年生態足跡和生態承載力，并運用回歸分析對吉林省2004—2016年生態足跡和生態承載力做出了預測，結果表明：1978—2002年，吉林省人均生態足跡從1.090hm2增加到2.457hm2，人均生態承載力從1.210hm2下降到1.096hm2；邱靈等［25］對吉林省2003年的生態足跡進行了實證計算和分析，結果表明，吉林省2003年的人均生態足跡需求為2.66hm2，人均生態承載力為1.89hm2，生態赤字為0.77hm2；李輝等［26］對吉林省1996—2005年的生態足跡進行了計算和分析，結果表明：1996—2005年，就吉林省整體而言，人類活動對生態環境造成的壓力已超過了它的承載力范圍；方愷等［27］分析了1994—2008年的吉林省能源足跡及其各土地利用類型供給變化，并通過生態效應指數計算揭示了土地利用／覆蓋變化對能源足跡的影響。

本研究運用生態足跡理論計算吉林省1996—2010年的人均生態足跡與人均生態承載力，分析人均生態足跡與人均生態承載力的動態變化，并結合生態赤字以及萬元GDP生態足跡，研究吉林省近15a的可持續發展程度與狀況，利用SPSS軟件分析得到人均生態足跡與人均生態承載力的發展預測模型，進而預測未來15a的吉林省的人均生態足跡、人均生態承載力以及生態赤字的發展趨勢，以期為政府或相關部門制定政策與規劃提供科學、合理的依據。

1 研究區概況與研究方法

1.1 吉林省基本概況

吉林省位于東北地區中部，屬于溫帶大陸性季風氣候，全年平均氣溫4.8℃，年降水量810.7mm。地處北緯40°52′—46°18′，東經121°38′—131°19′，東西最長約750km，南北最寬約600km，總面積18.74萬km2，約占全國總土地面積的2%，居全國第14位，其中山地占36%、丘陵占5.8%、平原占30%、臺地及其他占28.2%。全省擁有耕地面積557.84萬hm2，園地面積11.56萬hm2、草地面積104.56萬hm2、其他農用地面積45.52萬hm2、建設用地面積104.98萬hm2。全省擁有林業用地面積932.7萬hm2，森林面積827.8萬hm2，活立木總蓄積量9.35億m3，森林覆蓋率達43.6%。全省擁有水資源總量為686.68億 m3，地表水資源量622.07億 m3，地下水資源量141.88億m3。

主要礦產有石油、鎳、鎵、油母頁巖、石墨、金、鉬、冰洲石、錸等，而且多種礦產的儲量居全國前列。主要的糧食作物有玉米、水稻、大豆、小麥、高粱、谷子、薯類；主要經濟作物有向日葵、甜菜、煙草；主要特產有人參和其他中草藥等。

1.2 研究方法

1.2.1 生態足跡的計算方法 生態足跡是指為了滿足一定地區的人口消費所需的生產性土地和水域的面積，以及吸納這些人口所產生的廢棄物的土地面積之和［11］。生態足跡的計算包括生物資源消費和能源消費兩部分，其計算公式為［28］：

式中：EF——地區總的生態足跡；N——人口數量；ef——人均生態足跡；i——消費品的類別；ri——i種消費品對應土地類型的均衡因子；aai——i種消費品折算的人均生物生產性土地面積；ci——i種消費品的人均消費量；pi——i種消費品的世界平均生產力，本研究以人均生態足跡為研究對象。

在生態足跡的計算中，生物生產性土地可分為耕地、草地、林地、建筑用地、化石燃料用地和水域6種類型。一定地區的人口所需的全部消費和生態服務均由此6種不同土地類型的生物生產力提供。由于這6類土地面積的生物生產力差異較大，不能直接相加，所以必須把這些土地面積乘以一個均衡因子，轉化為統一的、可比較的生物生產性土地面積。本研究采用的均衡因子耕地為2.82，草地為0.54，林地為1.14，水域為0.22，建筑用地為2.82，化石燃料用地為1.14［29］。

1.2.2 生態承載力的計算方法 生態承載力是指某一地區能夠提供給本地區人口的生物生產性土地面積的總和。

由于土地資源具有較大的地域差異，所以對于不同國家或地區，不僅單位面積不同類型土地的生產力存在一定差別，而且單位面積同類型生物生產性土地的生產力的差異也較大，所以不同國家和地區的同類型生物生產性土地的實際面積不能直接進行比較，需要應用產量因子進行校正，產量因子指的是某個國家或地區的某一類型土地的生產力與該類型土地的世界平均生產力的比率。人均生態承載力的計算公式為［28］：

式中：EC——總生態承載力；ec——人均生態承載力；aj——人均實際占有的j類生物生產性土地面積；rj——均衡因子（同生態足跡）；yj——產量因子。其中，耕地為1.66，林地為0.91，草地為0.19，建筑用地為2.19，水域為1.00［29］。本研究以人均生態承載力為研究對象，實際計算時需要扣除12%的生物多樣性保護面積。

1.2.3 生態赤字 生態赤字為人均生態足跡與人均生態承載力之差，表示某個地區人類生產消費活動與人均生態承載力的關系，主要用來衡量這一地區的可持續發展狀況。當這一地區的人均生態足跡超過人均生態承載力，表明這一地區的人口對自然生態系統的產品與服務需求超過生態承載力的范圍，生態系統不安全，生態環境處于不可持續狀態；如果這一地區的人均生態承載力超過人均生態足跡，就出現生態冗余，表明該地區的人口生產生活消費處于該地區所提供的生態承載力范圍之內，生態系統是安全的，生態環境處于可持續狀態。

1.2.4 萬元GDP生態足跡 萬元GDP生態足跡即人均生態足跡與人均萬元GDP的比值，表示每產生1萬元GDP所需要的生物生產性土地面積。萬元GDP生態足跡越大，表示單位面積生物生產性土地的產出率越低，研究區域的資源利用效率就越低；反之，研究區域的資源利用效率就越高。

2 數據來源

生態足跡與生態承載力計算的基本數據來源于：《吉林省統計年鑒（1997—2011）》、《中國能源統計年鑒（1997—2011）》、聯合國糧食及農業組織統計數據庫（http：∥faostat.fao.org／）、世界自然基金會官方網頁（http：∥www.wwfchina.org／）、吉林省國土資源廳官方網頁（http：∥dlr.jl.gov.cn／）、吉林省林業網（http：∥lyt.jl.gov.cn／）。

3 吉林省1996－2010年生態足跡和生態承載力的計算

生態足跡包括生物資源消費和化石能源消費兩部分，生物資源的消費包括農產品、動物產品、林產品、水產品、水果產品及木材等，能源消費包括原煤、焦炭、原油、汽油、柴油、燃料油、煤油、液化石油氣、電力等，運用上述計算方法對吉林省1996—2010年的人均生態足跡與人均生態承載力進行計算，結果分別如表1和2所示。

表1 吉林省1996－2010年人均生態足跡 hm2／cap

表2 吉林省1996－2010年人均生態承載力 hm2／cap

3.1 人均生態足跡與其組成結構的動態變化分析

由1996—2010年吉林省人均生態足跡的動態變化（表1）可知，1997年較1996年升高了0.123 4 hm2／cap，1998 年出現 下 降，降 幅 為 0.270 4hm2／cap，達到1.784 1hm2／cap。從1998年到2010年，人均生態足跡一直保持增長的趨勢，但直到2002年才超過1997年的水平，這期間，人均生態足跡從1.784 1 hm2／cap增長到3.201 3hm2／cap，增幅達到1.417 2 hm2／cap，增 長 率 為 79.44%，年 平 均 增 長 率 為6.62%。說明這十幾年來隨著吉林省社會經濟的發展，人民的物質生活水平得到了巨大的提高，表現之一就是所消耗的生活資料的絕對數量大幅增加，進而對生態環境產生的壓力也越來越大。

從生態足跡的組成結構分析（表1），總體趨勢是化石燃料用地在人均生態足跡中所占比例最大，期間存在一定的變化，最小值為2000年的49.54%，最大值達到2010年的69.7%，這期間，1996—2004年變化比較平穩，從2006年開始有逐漸增大的趨勢，這些主要是由于吉林省主要以化石燃料能源為主，2000年以來是吉林省社會經濟高度發展的階段，產生了大量的能源消耗，而且吉林省冬季寒冷、供熱期長也是人均化石燃料用地高的一個重要原因。其次是草地和耕地，每年的比例存在一定的變化，且從2004年開始，草地和耕地所占比例都有逐漸減小的趨勢。期間，草地的平均比例為20.97%，耕地為16.31%；1996年—1999年，草地的比例大于耕地；2000年—2003年，耕地的比例反超過草地；從2004年開始，草地的比例再次超過耕地，一直持續到2010年，草地的比例大說明吉林省人民對高檔的生物性消費（牛羊肉、乳品等）需求比較高。其余的土地類型依次為林地、水域、建筑用地，平均比例依次為4.09%，1.90%，0.58%，這三種類型土地變化不大。

3.2 人均生態承載力的動態變化分析

1996—2010年吉林省的人均生態承載力變化如表2所示，從1996年開始，吉林省的人均生態承載力以及各種類型生物生產性土地的承載力都呈現緩慢降低的趨勢，主要是由于人口數量的增加以及土地退化（水土流失、荒漠化、鹽堿化等）、氣候變化以及政府相關政策導致的土地面積減少造成的。這期間，人均生態承載力從 1.371 0hm2／cap 減少到 1.302 8 hm2／cap，減幅為0.068 2hm2／cap，減少率為4.97%，年平均減少率為0.33%。

3.3 生態赤字與萬元GDP生態足跡變化分析

表3表明，在1996—2010年間，吉林省的人均生態足跡與人均生態承載力大致處于反方向變化，且1996年就已經出現生態赤字0.560 1hm2／cap，1997年增大到 0.692 8hm2／cap，隨后 1998 年減小到0.430 6hm2／cap，從1998年開始，生態赤字出現逐漸增大的趨勢，從1998年的0.430 6hm2／cap增大到2010年的1.898 5hm2／cap，增大了3.4倍，凈增幅為1.467 9hm2／cap。說明吉林省利用自然資源的強度與力度在逐年加大，吉林省的人口對自然生態系統的產品與服務需求已經超出自然生態系統的生態承載力范圍，生態足跡與生態承載力之間的矛盾加劇，生態赤字逐年加大，生態系統退化，人口與土地之間的關系緊張，吉林省的發展處于一種不可持續的狀態。

從各個土地類型上看，耕地、草地、林地、水域及建筑用地的可用人均生態承載力（扣除12%的生物多樣性保護用地）分別是其生態需求的1.74，0.007，3.39，0.1，11.59倍；耕地、林地與建筑用地處于可持續的生態冗余狀態，草地和水域處于生態赤字狀態，以上分析大體與吉林省的基本省情一致，可見，吉林省出現嚴重的生態赤字的根本原因是化石燃料的大量耗用，再加上沒有專門用于吸收CO2的生態承載用地。

萬元GDP生態足跡可以間接反映研究區域的資源利用效率，從表3可以看出，吉林省近15a來萬元GDP生態足跡大致呈現逐漸下降的趨勢，只在2001—2002年出現一個小幅的增高。數值由1996年的3.769 2hm2減小到2010年的1.014 4hm2，總體情況反映出吉林省近十幾年來的發展對生物生產性土地的利用效率正逐年提高，隨著經濟的發展和科技的進步，萬元GDP生態足跡存在進一步減小的趨勢。

表3 吉林省1996－2010年生態赤字與萬元GDP生態足跡變化

4 生態足跡與生態承載力預測

運用SPSS軟件對1996—2010年的人均生態足跡、人均生態承載力與年份（以1996年為1，1997年為2，其余年份類推）之間的關系進行曲線回歸分析，得到二者的發展預測模型，如下：

y人均生態足跡＝0.0974x＋0.0019x2＋1.3753（R2＝0.9715）y人均生態承載力＝－0.003x＋1.3481（R2＝0.9949）

假設吉林省未來15a內的人口增長率、經濟增長及消費模式、土地利用和貿易狀況仍保持1996—2010年間的發展態勢，則根據上述兩個模型的預測，2011年吉林省人均生態足跡與人均生態承載力將分別達到3.420 1hm2／cap和1.300 1hm2／cap，其生態赤字達到2.120 0hm2／cap，2025年人均生態足跡和人均生態承載力將分別達到6.007 3hm2／cap和1.258 1hm2／cap，生態赤字達到4.749 2hm2／cap，具體預測數據見表4。可見，必須采取一系列有效的措施，改變現有的經濟發展模式、加大科技創新、提高人民素質，否則，吉林省的生態赤字將會不斷加大，可持續發展狀況進一步惡化。

表4 吉林省2011－2025年生態足跡與生態承載力預測hm2／cap

5 結論與建議

通過對吉林省1996—2010年的人均生態足跡與人均生態承載力的動態變化分析以及未來預測，可以得到以下的結論：1996—2010年，吉林省的人均生態足跡與人均生態承載力大致處于反方向變化，人均生態足跡增加1.417 2hm2／cap，增長率為79.44%，且化石燃料用地在人均生態足跡中所占比例最大。人均生態承載力減幅為0.068 2hm2／cap，減少率為4.97%，且以耕地供給為主。生態赤字從1996年的0.560 1hm2／cap增大到2010年的1.898 5hm2／cap。雖然說萬元GDP生態足跡的降低說明了吉林省的地區生物生產性土地的利用效率在逐漸提高，但總體需求的剛性增加已經大大超過自然生態系統的生態承載能力，導致吉林省的發展模式處于一種相對不可持續的狀態。根據模型預測：2025年人均生態足跡和人均生態承載力將分別達到6.007 3hm2／cap和1.258 1hm2／cap，生態赤字達到4.749 2hm2／cap。必須采取一系列有效的措施，改變現有的經濟發展模式、加大科技創新、提高人民素質，否則，吉林省的生態赤字將會不斷地加大，可持續發展狀況進一步惡化。

建議吉林省應該在以下方面采取對策：（1）轉換經濟增長方式，優化產業結構，合理工業布局。如可以大力發展循環經濟，建設循環經濟型工業園區；（2）改變能源結構，減少化石能源消耗，提高能源資源利用效率，發展可再生能源和新能源。如在吉林西部地區優先發展風能、太陽能與生物質能；采用區域集中供熱等；（3）加強輿論宣傳與公眾教育，改變現有生產生活消費方式，提倡節約節儉，拒絕鋪張浪費；（4）調整農業的產業結構，加強技術手段更新，提高生產性土地單位面積的生物產量；（5）合理利用土地，防止過度開荒，防治土地沙化、鹽堿化與水土流失。

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