區域生態足跡動態變化及其預測研究
——以海南省南渡江流域為例

郭 霞，佘濟云，沈金明，周丹華

（中南林業科技大學，湖南 長沙 410004）

區域生態足跡動態變化及其預測研究
——以海南省南渡江流域為例

郭 霞，佘濟云，沈金明，周丹華

（中南林業科技大學，湖南 長沙 410004）

為了探討南渡江流域歷年的可持續性發展狀況，利用生態足跡模型對流域2005年～2011年的人均生態足跡、人均生態承載力和人均生態盈虧進行了計算和分析，并在此基礎上預測了流域未來4年的變化情況。結果表明：南渡江流域人均生態足跡需求逐年增加，人均生態承載能力逐年降低，至2011年存在人均-0.137 822 hm2/cap的生態赤字；通過SPSS軟件中的Holt線性趨勢預測模型得到2015年人均生態足跡需求為1.500 149 hm2/cap、人均生態承載力為0.898 368 hm2/cap、人均生態赤字為0.601 78 hm2/cap；說明該區域自2011年后將處于不可持續性發展狀態。

生態足跡；生態承載力；生態盈虧；南渡江流域；海南省

可持續發展戰略是一種全新的發展觀，但如何定量測度區域發展的可持續性狀態已成為研究的熱點[1]。聯合國教科文組織于1987年提出了研究可持續發展的指標體系，通過這些指標體系攜帶的信息來判定區域生態經濟的發展是否具有可持續性[2]。由于傳統的國民經濟帳戶指標GNP在測算可持續發展狀態方面存在缺陷；而生態足跡模型能夠擬補貨幣指標和非貨幣化指標評價中的不足之處；該模型數據低成本、評價結果較為客觀，對區域可持續發展研究有很大貢獻。生態足跡模型[3-11]于1992年由加拿大著名生態學家E.William提出，其博士生M.Wackernagel于1996年在原生態足跡理論基礎上進行了完善；之后，該方法被廣泛應用于測度區域發展的可持續性[12-14]，并于1999年由徐中民等人引入我國，主要針對國家、城市、地區等區域發展的靜態評價，而動態研究相對較少。本研究在前人研究基礎上對南渡江流域2005年～2011年的生態足跡、生態承載力進行了動態分析，并利用SPSS軟件對該區域2012年～2015年的生態足跡及生態承載力進行預測研究，通過時間序列分析南渡江流域生態足跡變化規律，以期為該區域優化產業結構，土地合理規劃使用等發展策略的制定提供科學依據。

1 研究區概況

南渡江流域是海南省第一大流域，干流發源于白沙縣南峰山，全長333.8 km，流域面積7 176 km2；位于東經 109°12′～ 110°35′、北緯 18°56′～ 20°05′之間[15]。流域經濟發展以一二產業為主，2011年末總產值為4 685 057萬元，自2005年以來，流域經濟飛速發展，平均增長率約為25%；受海南省打造國際旅游島整體發展趨勢的影響，該區域近年來在旅游業發展十分迅速，旅游景點豐富，基礎設施建設逐步完善。流域各市縣少數民族較多，有黎、苗、壯、瑤、土家、藏、回、侗、滿等15個民族，2011年末流域總人口為5 342 046人，年均人口自然增長率約為8.97‰。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

本研究依托海南省林業局重點科研項目，利用2006～2011年海南省統計年鑒和2011年海南省統計公報及南渡江流域各市縣統計公報[15]。

2.2 研究方法

生態足跡是指在已知一定人口數量的前提下生產這些人口所消費的所有資源和吸納這些人口所產生的所有廢棄物所需要的生物生產面積（包括水域）。它是一個可比的、可測度、涉及公平性、系統性和發展度的可持續發展性綜合評價指標[2-3]。

生態足跡需求模型計算公式表示為：

式(1)中：PEF為總生態足跡，Pef為流域人均生態足跡，N為區域人口總數，i為消費項目。式(2)中：Ai為人均消費商品折算的生態生產性土地面積，ri為均衡因子，Ci為第i種商品的人均消費量，Yi為全球平均產量(kg/hm2)，Pi、Ii、Ei分別為第i種消費項目的年生產量、進口量及出口量(kg)。

根據WCED的倡議，至少應保留12%的生態空間用于生物多樣性保護[3-5]。因此，生態承載力數學計算模型可表示為：

式(3)中：PEC為流域總生態承載力，bi為第i類實有土地面積，zi為產量因子。

生態盈虧是生態足跡與生態承載力的差值[3-5]。其計算公式為：

式(4)中：PED為流域總生態赤字，PER為流域總生態盈余。若PEF＜ PEC，則PED＞0，表明該地區的發展具有可持續性；若PEF＞PEC，則PED＜0，表明該地區的發展處于不可持續性狀態。

3 結果與分析

3.1 流域生態足跡供需動態變化分析

根據海南省2005年～2011年間的統計年鑒，將人均消費項目分為生物資源賬戶和能源資源賬戶，利用生態足跡計算公式得到南渡江流域歷年人均生物生態足跡和人均能源生態足跡計算結果，詳見表1、表2。通過對年鑒數據資料整理分析，并結合海南省五大河流域植被恢復與保護規劃項目，利用生態承載力計算模型將流域生態生產性土地劃分為六大類，即耕地、林地、牧草地、水域、建筑用地，并分別計算出歷年各用地類型人均生態承載力，其中化石能源地生態足跡供給量為零[11]。具體計算結果詳見表3。

從表3可以看出，2005年～2011年流域五類生態生產性土地人均供給面積逐漸減少；其中林地從2005年1.451 008 hm2到2011年0.788 717 hm2，人均供給面積增長率為負46%；耕地從2005年0.805 955 hm2至2011年0.737 367 hm2人均供給面積增長率為負8.5%；水域基本保持不變；牧草地從2005年人均0.010 210 hm2至2011年人均0.007 043 hm2，人均供給面積負增長率為31%。建筑用地從2005年0.025 261 hm2至2011年0.017 884 hm2，人均供給面積負增長率為29%。由此可以看出隨著經濟的發展，人類對自然資源的需求及生態空間的占用逐漸增多，而現有的生態生產性土地面積難以滿足人類消費日益增長的需求，如何科學、合理規劃利用有限土地資源將成為該區域及世界其他地方面臨的難題。

3.2 流域歷年生態盈虧狀況分析

由于各地類生產力并不相同，為了便于比較分析，必須乘以當地各用地類型的產量因子和目前通用的均衡因子予以轉換；本研究根據南渡江流域土地生物生產力計算得到各地類的產量因子

分別為水域13.02、耕地1.76、林地2.2、牧草地0.19、建筑用地1.76。其均衡因子分別為耕地2.8、林地1.1、牧草地0.5、水域0.2、建筑用地2.8、化石能源地1.1[7]。因此，利用生態盈虧模型計算得到流域人均生態盈虧計算結果詳見表3，圖1。

表1 南渡江流域2005～2011年人均生物生態足跡Table 1 The per capita biological ecological footprint of Nandu River Valley in 2005～2011

表2 南渡江流域2005-2011年人均能源生態足跡Table 2 The per capita energy ecological footprint of Nandu River Valley in 2005～2011

表3 南渡江流域2005～2011年人均生態承載力Table 3 The per capita ecological carrying capacity of Nandu River Valley in 2005～2011

表4 南渡江流域2005年～2011年生態盈虧Table 4 The ecological deficit of Nandu River Basin in 2005～2011

由表4可以得知。流域人均生態足跡由2005年的人均1.020 162 hm2/cap增長至2011年的人均1.341 364 hm2/cap；而人均可利用生態承載力則由2005年1.661 313 hm2/cap降至2011年的1.203 542 hm2/cap；流域的生態盈虧從2005年的人均0.641 151 hm2/cap盈余至2007年人均-0.137 822 hm2/cap赤字。生態赤字的存在表明人類對自然的獲取超出了其生態承載能力的閾值，同時也說明當前該流域的發展是通過消耗自然資本存量來彌補生態承載力的不足，人口對自然資源的利用也在逐年增加，造成對自然環境的壓力也在逐漸增大。生態足跡的需求和供給之間的不平衡使該區域生態經濟系統退化，人地關系緊張。從圖1可以明確看出，流域2005年～2011年人均生態盈余面積連續遞減，至2010年僅有人均0.030 905 hm2/cap的盈余，但仍然表現為可持續性發展狀態，而2011年存在人均－0.137 822 hm2/cap的生態赤字，表明該區域生態經濟系統進入不可持續性發展狀態。

圖1 南渡江流域歷年人均生態盈虧面積Fig.1 The per capita ecological deficit area in Nandu River Valley

3.3 流域未來4年生態足跡供需狀況預測

將南渡江流域2005～2011年人均生態足跡和生態承載力的計算結果分別作為因變量，時間序列定義為自變量，模型第一個個案更高級別的日期為2005，模型預測期后的日期為2015；運用SPSS軟件中的預測模型進行分析，通過對指數平滑法中的非季節性簡單模型、Holt線性趨勢、Brown線性趨勢、阻尼趨勢以及ARIMA模型的預測值與實際值的擬合情況進行篩選，結果發現Holt線性趨勢的誤差較小。通過預測分析得到流域2012～2015年人均生態足跡和人均生態承載力的預測值見表5。

表5 南渡江流域未來4年生態足跡和生態承載力預測結果Table 5 The forecast of ecological footprints and capacities for the further 4 years

從表5可以看出，流域未來4年人均生態足跡持續增長，年平均增長率為2.56%；人均生態承載力持續降低，年平均增長率為負5.18%；由于人均生態承載力持續降低，流域人口數量持續增加，造成流域人均生態赤字愈加嚴重，至2015年末，流域人均生態赤字為-0.601 78 hm2/cap。因此該區域要降低生態赤字的逐年增大的趨勢，就必須嚴格控制人口過快增長，同時應提高資源利用效率，合理規劃利用現有土地資源，減輕區域內土地的生態壓力。

4 結 論

通過對南渡江流域2005年～2011年的人均生態足跡、人均生態承載力和生態赤字的計算得到，流域人均生態足跡均衡面積逐年增大，由2005年的1.020 162 hm2/cap增加到2011年的1.341 364 hm2/cap，增長率為31%；人均生態承載能力逐年降低，從2005年人均1.887 856 hm2/cap減少至2011年1.367 662 hm2/cap；2005年以來，由于南渡江流域的生態足跡持續增長，生態承載力持續減少，致使2011年流域存在-0.137 822 hm2/cap的生態赤字，造成流域當前處于不可持續性發展狀態。

通過SPSS軟件的Holt線性趨勢預測模型得到，流域2012～2015年的人均生態需求逐年增大，至2015年人均生態足跡為1.500 149 hm2/cap，而人均生態供給逐年減少，至2015年人均生態承載力為0.898 368 hm2/cap，致使流域存在人均－0.601 78 hm2/cap的生態赤字。因此，為減緩流域生態環境壓力，該區域應提高資源利用率，發展循環經濟，合理規劃流域土地資源，維持生態經濟系統平衡發展；同時，應深入開展生態環境教育，強化居民環保意識，使該流域能夠實現持續發展。

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[2] 徐中民,程國棟,張志強.生態足跡方法:可持續性定量研究的新方法——以張掖地區1995年的生態足跡計算為例[J].生態學報,2001,21(9):1484-1493.

[3] 佘濟云,沈金明,郭 霞,等.南渡江流域生態經濟系統可持續發展評價——基于生態足跡分析法[J].中南林業科技大學學報,2012,31(12):49-53.

[4] 劉思峰,郭天榜,黨耀國.灰色系統理論及其應用[M].北京:科學出版社,1999.

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[15] 海南省統計局,國家統計局海南調查總隊.海南省統計年鑒(2006-2011)[Z].北京:中國統計出版社,2006-2011.

Study of dynamics change and prediction of region ecological footprint∶a case of Nandu River Basin in Hainan province

GUO Xia, SHE Ji-yun, SHEN Jin-ming , ZHOU Dan-hua
(Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

∶ In order to investigate the sustainable development status for consecutive years of Nandu River basin, the per capita ecological footprint, per ecological carrying capacity and per ecological break-even of the River Basin in the year of 2005～2011 were calculated and analyzed by using the ecological footprint model, and based on the results, the changes of the River Basin for the future of 4 years were predicted. The results show that the demand of per capita ecological footprint increased year by year, the capacity of per ecological carrying reduced year by year, the ecological deficit was per 0.137 822 hm2/cap to the year of 2011; By using the Holt linear trend prediction model of the SPSS software, the demand of per capita ecological footprint was obtained to be 1.500 149 hm2/cap, the capacity of per ecological carrying was 0.898 368 hm2/cap, the ecological deficit was -0.601 78 hm2/cap, which indicated that the region will be in a unsustainable development situation since 2011.

∶ ecological footprint; ecological carrying capacity; ecological break-even; Nandu River Basin; Hainan province

S718.5

A

1673-923X(2012)06-0092-05

2012-03-19

海南省林業局重點科研項目（LK20118478）；森森經理學湖南省“十一五”重點學科資助項目（034-0014）

郭 霞(1986—)，女，河南新鄉人，碩士研究生，主要從事林業經濟管理；E-mail：lengning77@126.com

佘濟云(1966—)，男，湖南邵東人，教授，博士，博士生導師，主要從事森林經理和林業資源管理方面的教學和科研工作；E-mail：shejiyun@126.com

[本文編校：文鳳鳴]