基于生態足跡模型的湖北省農業資源開發評估*

郝丹璞

(漢江師范學院漢水文化研究基地，湖北十堰 442000)

0 引言

農業資源是人類生存和發展的基礎，農業資源的供給能力受到極限的制約，一旦超出了限制將嚴重威脅到生態系統的正常運轉[1]。因此，評估農業資源的開發利用，對社會經濟的可持續發展具有重要意義。近年來，越來越多的專家開展了對農業資源的開發評估，但大都集中在對開發效率的評價。劉軍[2]構建了湖南省農業資源評價體系，對可持續發展狀況進行了評估，并對今后的發展提出了可行性建議。李湘閣和閔慶文[3]從社會、經濟、生態效益評估了南京市農業資源開發效益。鄭海霞等[4]對甘肅省境內的81個縣域單元的農業資源利用效率進行綜合評價，并對結果進行了分級。

生態足跡是指由自然生態系統所提供的，人類按照某種生活方式所消費的各種商品和服務功能，以及在此過程當中所產生的廢棄物需要自然生態系統所吸納，最終以生物生產性土地類型的面積來表示的一種定量方法[5]。該方法可從時間和空間尺度度量資源環境的可持續發展程度，被廣泛用來評估不同地區資源環境承載能力[6]。我國幅員遼闊，資源豐富，但由于人口數量的增長，人均資源占有量不足[7]。近年來，隨著對資源環境的過度消耗，人均生態足跡呈上升趨勢，生態容量卻在降低。2000—2010年，我國生態足跡年均增長6.3%，從2000年的17.69億gha增加到2010年的32.59億gha，人均生態足跡由1.4gha增加到2.43gha[8]。雖然我國人均生態足跡較低，但人均生態容量遠低于全球平均水平，出現嚴重的生態赤字，資源利用現狀令人堪憂[9]。隨著生活水平的提高，人類對消費品的需求不斷升級，對農業資源的開發對環境已造成巨大壓力。湖北省位于中緯度地區，屬亞熱帶季風氣候，土壤肥厚，農業自然資源豐厚，是我國重要的農業區。該省是我國“中部崛起”戰略的支點，目前由于工業化進程的加快，對資源和環境構成較大壓力，因此，研究該省農業資源開發現狀，對于政府制定生態環境政策，實現農業的可持續發展具有戰略意義。而以往對湖北省農業資源的開發研究距離現在較遠，本研究在前人的研究基礎上，基于生態足跡模型，在測算生態足跡和生態容量的基礎上，系統分析2009—2015年湖北省資源消耗與生態系統供給之間的差距，評估該省農業資源開發現狀，以期對今后資源的綜合利用和資源環境與經濟的協調發展提供理論依據。

1 研究區概況和數據來源

湖北省(E108°21′42″～E116°07′50″，N29°01′53″～N33°6′47″)位于我國中部，長江中游，洞庭湖以北。大部分地區屬亞熱帶季風性濕潤氣候，降水充沛，年平均降水為800～1 600mm，年平均氣溫為15～17℃。截止2015年年末，湖北省常住總人口為5 852萬人，其中鄉村人口2 525萬人，占總人口的43.15%，隨著城鎮化進程的加快，鄉村人口占總人口的比重逐年遞減。全年實現地區生產總值2.955萬億元，其中第一產業增加值為3 310億元，第二產業增加值為1.350 4萬億元，第三產業增加值為1.273 7萬億元。農林牧漁業增加值3 417.3億元，占總產值的11.56%。

湖北省國土資源廳2015年的統計數據顯示，全省總面積1 859萬hm2，其中耕地525.5萬hm2，園地48.29hm2，林地860.15萬hm2，草地28.17萬hm2，水域及水利設施205.51萬hm2，建設用地160.39萬hm2，其他用地31.38萬hm2。全年實現糧食總產量2 703.28萬t，水產品產量455.89萬t，分別比2014年增長4.6%和5.21%。肉類產量433.32萬t，水果產量966.26萬t，分別比2014年降低了1.62%和0.63%。林產品中，油茶籽的增長比率最快， 2015年的產量達到了14.19萬t。

該研究所采用的數據來自《湖北省統計年鑒2006—2015年》和國家統計局數據庫。

2 研究方法

2.1 人均生態足跡的計算

根據我國一級地劃分標準，將湖北省生物生產性土地類型劃分為耕地、林地、草地、水域、建筑用地和能源用地。依據下列公式[10]計算人均生態足跡：

(1)

其中，F表示人均生態足跡(hm2/人)，Mi表示某種生物生產性土地類型的均衡因子，Pj表示j種資源的生產量(kg)，Li表示j種資源的全球年平均生產能力，N表示人口規模，i表示生物生產性土地的類型。

湖北省的農產品主要包括小麥、玉米、稻谷、大豆、薯類、棉花、花生、油菜籽、芝麻、糖料、麻類、煙葉、蔬菜、茶葉、蘋果、柑橘、梨、葡萄、瓜類等。牧產品主要包括豬肉、羊肉、牛肉、牛奶、山羊毛和禽蛋。漁業產品包括水產品1項。林產品主要包括木材、油桐籽和油茶籽。能源資源主要包括焦炭、汽油、柴油、燃料油、天然氣和電力。這些生物資源及能源全球年平均生產能力如表1。

表1 生物資源及能源全球年平均生產能力

均衡因子是在一定技術水平下，某種生物生產性土地的平均生態生產力與全球所有各類生物生產面積類型的平均生態生產力的比值[11]。該文采用國際統一標準，如表2。

2.2 人均生態容量的計算

根據下列公式[12]計算人均生態容量：

(2)

式(2)中，R表示人均生態容量(hm2/人)，Mi表示某種生物生產性土地類型的均衡因子，hi表示產量因子，Wi表示人均占有的第i類生物生產性土地的面積(hm2/人)。該文采用的產量因子如表3。

表2 生態足跡均衡因子

表3 中國各土地類型產量因子

2.3 生態盈余/赤字的計算

如果一個地區的生態承載力大于生態足跡時，出現生態盈余； 如果一個地區的生態足跡大于生態承載力，則出現生態赤字，生態赤字表明該地區的人類負荷超過了其生態容量。生態盈余或生態赤字的計算公式如下：

En=F-R，Em=R-F

(3)

式(3)中，En表示生態赤字(hm2/人)，Em表示生態盈余(hm2/人)。

3 結果與分析

3.1 人均生態足跡和人均生態容量變化分析

圖1 2009—2015年湖北省人均生態足跡和人均生態容量變化趨勢

圖2 2009—2015年湖北省人均生態足跡組成與變化

計算湖北省人均生態足跡，得出如圖1所示結果。可以看出， 2009—2013年，人均生態足跡逐年遞增，由2009年的2.00hm2/人，增加到2013年的3.53hm2/人，增長了75.76%。2014年和2015年相比2013年明顯降低，但人均生態足跡依然較高。黃寶榮等人[8]對2000—2010年我國人均生態足跡的測算結果為1.40～2.43hm2/人，相比較，湖北省的人均生態足跡高于全國平均水平。

2009—2015年，湖北省加大了土地資源的規劃和管理，努力實現土地的集約化利用，人均生態容量一直維持在0.70hm2/人左右，但人均生態容量遠低于人均生態足跡，一直處于生態赤字狀態。2009—2013年，生態赤字呈上升趨勢，變化趨勢與人均生態足跡一致。2009年人均生態容量為0.708hm2/人，比人均生態足跡低了64.76%。到2013年，人均生態容量為0.704hm2/人，比人均生態足跡低了80%。這表明湖北省對農業資源的開發利用遠高于農業生態系統本身的供給能力，嚴重威脅到社會經濟的可持續發展。

3.2 人均生態足跡結構分析

生物生產性土地類型包括耕地、林地、草地、水域、建筑用地和能源用地。該研究按照這5種土地類型匯總了我國人均生態足跡，計算結果如圖2。可以看出，建筑用地、能源用地和草地構成了湖北省人均生態足跡的主體， 2009年，三者共占總人均生態足跡的84.56%，各占比例分別為44.86%， 20.80%和18.90%。2009—2015年，建筑用地、水域和草地占有的人均生態足跡呈現明顯的上升趨勢，耕地和林地占有的人均生態足跡波動較小。2015年相比2009年草地占有的人均生態足跡增長了1倍多，水域和建筑用地分別增加了33.46%和25.86%。2009—2013年能源用地占有的生態足跡不斷增加， 2014年明顯降低， 2015年又開始上升。可見，由于能源用地占總人均生態足跡的比重較大，導致人均生態足跡變化趨勢與其一致。

3.3 湖北省資源開發利用狀況

對2009—2015年湖北省各農業資源和能源的人均占有量轉化為生產性土地的面積得出表4的結果。雖然耕地所占有的人均生態足跡沒有發生太大變化，但玉米、小麥、稻谷和蔬菜的人均占有面積逐年提高，其中蔬菜的增長比率最高，為26.36%，由0.029 38hm2/人增加到了0.037 12hm2/人，小麥、玉米和稻谷的增長率分別為33.29%、24.05%和11.18%。在林地上種植的作物，茶葉的人均占有面積年均增長率為13.7%，柑橘的人均占有面積年均增長率為8.6%，其他作物變化不大。畜產品和水產品的人均占有面積總體上呈上升趨勢， 2015年和2009年相比，山羊毛的增幅最大，增長了1.42倍，牛奶的增幅最小為1%。林產品中，油茶籽的人均占有面積增長了1.1倍，油桐籽增加了72.86%，木材增長了1.31%。各類能源資源的人均占有面積變化趨勢不同，表現為焦炭、燃料油和電力上漲，汽油下降，柴油和天然氣2013年后顯著降低。

表4 2009—2015年湖北省農業資源人均占有面積 hm2

4 結論與建議

4.1 結論

該文采用生態足跡模型，系統統計了2009—2015年湖北省農業生物資源和能源資源的生產量，并將其轉化為耕地、林地、草地、水域、建筑用地和水域等5種生物生產性面積，從而計算人均生態足跡。根據不同年份湖北省各生物生產性土地的面積計算了人均生態容量，對農業資源的開發進行了整體評估，得出以下結論。

(1)2009—2013年湖北省人均生態足跡逐年遞增，且增幅較大，這幾年該省對農業資源的開發強度加大，不可避免增大了環境的壓力。雖然2014和2015年明顯降低，但湖北省的人均生態足跡遠高于人均生態容量，人類對資源的開發已超過生態系統的供給能力，嚴重威脅到生態系統的穩態。

(2)建筑用地、能源用地和草地構成了湖北省人均生態足跡的主體，該省對這部分土地的開發利用強度較大，且對建筑用地和草地的開發呈上升趨勢，土地資源的承載力面臨較大壓力。

(3)隨著社會經濟的發展，人們的生活質量不斷提高，湖北省居民消費需求逐步升級，對農產品的需求也不僅限于原產品，越來越傾向于加工產品的消耗，需求量的增加必然帶來開發強度的加大，如玉米、小麥、稻谷、蔬菜以及各類畜產品和水產品，部分能源資源的開發強度均呈上升趨勢。2015年相比2009年，湖北省總人口增加了132萬。隨著人口的增長，資源的消耗增大，必然威脅到湖北省自然生態系統的穩定。

4.2 建議

根據該文的研究結果及目前湖北省的農業資源開發現狀，湖北省在今后發展過程中應從降低人均生態足跡，維持生態容量出發，實現農業資源的最優化利用。

(1)提高居民的節約意識，倡導良好的消費理念，提高鄉村游客綠色出行意識，改變人們的消費及生產方式，減小不必要的資源消耗，努力建設資源節約型和環境友好型社會，降低人均生態足跡。

(2)該省對能源用地、建筑用地和草地開發強度較大，今后應合理布局土地利用規劃，實現土地的高效利用。同時優化土地結構，開發目前尚未利用的土地。據我國自然資源部統計，湖北省未被利用的土地達20.906 67萬hm2，加大對這部分土地的開發利用，建立適合當地發展的土地集約化利用模式，從而提高生態容量，促進社會經濟和資源環境的可持續發展。

(3)大力發展現代化高效生態農業，可在一定程度上減輕環境的壓力，保證生態系統的穩態。通過現代高新技術和規模化管理手段，加強農業基礎設施建設，實現機械化普及，提高土地的生產能力，努力向低投入高產出方向發展，提高農業資源的開發效率，增加生態容量。