基于生態足跡模型的安徽省生態盈虧狀況分析

蔡懿苒，夏尚光，蘇守香，李鵬翔

（安徽省林業科學研究院，安徽 合肥 230031）

可持續發展的思想是伴隨著人類與自然關系的不斷演化而最終形成的符合當前與未來人類利益的新發展觀。馬克思在《1844 年經濟學哲學手稿》中提到：“沒有自然界，沒有感性的外部世界，勞動者就什么也不能創造。自然界和外部的感性世界是勞動者用來實現自己的勞動、在其中展開勞動活動、用以和借以生產出自己產品的材料”。這說明生態系統服務為人類社會和經濟的發展提供了物質基礎。但是由于人類受到了多方面的影響，罔顧經濟發展與自然的和諧，社會和經濟的發展違背了生態系統循環和再循環的自然規律，屬于一種無限的掠奪自然資源來滿足自我發展的畸形發展觀。本文從森林生態系統服務的角度出發，以2019 年統計年鑒數據為基礎，分析近年來安徽省社會、經濟和生態環境的可持續發展所面臨的問題，進而為管理者提供決策依據。

1 生態足跡模型

在人類經濟系統迅速發展的今天，產生的問題也越來越突出。因此，當人類反思其發展方式時，不得不考慮整個自然環境和地球的容納能力和人類的未來。自1992 年聯合國環境與發展大會之后，可持續發展成為了人們研究的熱點和前沿，諸多評估指標體系紛紛出現。1996 年，由William Rees 和Mathis Wackernagel 構建了一套“生態足跡”的計算方法，對綜合承載力的計算難題作出了相當大的貢獻。對于生態足跡的描述，William Rees 是這樣敘述的：一只負載著人類與人類所創造的城市、工廠……的巨腳踏在地球上的腳印（見圖1）。自從生態足跡誕生之后，世界上已有近20 個國家利用這一方法計算承載力的問題。世界自然基金會（World Wild Fund for Nature，WWF） 和 發 展 重 定 義（Redefing Progress，RP） 世界兩大非政府機構自2000 年起，每兩年公布一次世界各國的生態足跡資料。

圖1 生態足跡結構示意圖[4]

生態足跡（Ecological Footprint，EF）或稱生態空間占用，是一種衡量人類對自然資源利用程度以及自然界為人類社會提供的生命支持服務的方法。它是計量人類對生態系統需求的指標，計量的內容包括人類擁有的自然資源、耗用的自然資源，以及資源分布情況。它顯示在現有技術條件下，制定的人口單位內（一個人、一個城市、一個國家或全人類）需要多少具備生物生產力的土地和水域，來生產所需資源和吸納衍生的廢棄物。該方法通過計算維持人類的自然資源消費量和人類產生的廢棄物所需要的生態生產性空間面積大小，并與給定人口區域的生態承載力進行比較，來衡量區域的可持續發展狀況。人類的生態足跡涉及生物生產地、生物生產海域、能源地、可建筑用地和生物多樣性土地。

1.1 生態足跡計算方法

根據生態足跡理論，地球表面的生態生產性土地可分為6 類：化石能源用地、耕地、林地、草地、建筑用地和水域。生態生產性土地是生態足跡法為各類自然資本提供的統一度量基礎。

生態足跡的計算公式：

式中：EF 為生態足跡（hm）；N 為年底人口總數（人）；ef 為人均生態足跡（hm/人）；a為 i 種物質人均占用的生物生產面積（hm）；r為均衡因子；c為 i種物質的人均消費量（kg）；p為i 種物質的世界平均生產能力（kg/hm）；i 為消費的物質種類；j 為生物生產面積類型。

1.2 生態承載力計算方法

生態承載力反映了在不損害區域生產力的前提下，一個區域有限的資源能供養的最大人口數。由于不同國家或地區的資源稟賦區別，為了使地區之間的生態足跡具有可比性，引入產量因子進行處理。在計算區域的可利用生態承載力時，按照世界環境與發展委員會建議，扣除12%的生物生產面積用于保護生物的多樣性。

生態承載力的計算公式：

式中：EC 為生態承載力（hm）；N 為年底人口總數（人）；ec 為人均生態承載力（hm/人）；a為人均實際占有的生物生產面積（hm）；r為均衡因子；y為產量因子；j 為生物生產面積類型。

2 基于生態系統服務的生態足跡模型

生態足跡雖然已經被人們廣泛應用，且取得了非常顯著的成效。但是，最初困擾生態足跡的一些難題至今仍未得到有效的解決。例如核算內容的不完整，這導致其無法全面衡量人類活動對生態系統造成的各種影響。基于此，李文華院士團隊構建了一種基于生態系統服務的生態足跡模型。這項研究認為，生態足跡試圖利用生物生產性土地面積度量人類利用生態系統服務活動對地球產生的各種影響，但是事實上其并沒有將生態系統服務真正納入進來，只是涵蓋了其中一小部分。

2.1 生態足跡計算方法

基于生態系統服務的生態足跡（Ecosystem-Service-based Ecological Footprint，ESEF），即將足跡構建于生態系統提供多種生態系統服務的能力之上。這種模型以生態系統提供多種生態系統服務的能力為基礎，衡量人類社會經濟系統利用生態系統服務的水平，以及對生態系統產生的影響。其通用生態足跡模型公式：

式中：ESEF 為基于該種生態系統服務的生態足跡（hm）；E 為該種生態系統服務的消費量（kg）；GS為該種生態系統服務的世界平均供給能力（kg/hm）；EQF 為該種生態系統服務的均衡因子；NS 為該種生態系統服務的國家平均供給能力（kg/hm）；SF 為該種生態系統服務的供給因子。

因為我國經緯度跨度較大，并且地形復雜，使得其具有世界上較為豐富的森林生態系統類型，所以世界平均供給能力則采用我國的森林生態系統的平均供給能力。另外，文中所采用的為森林生態系統的調節水量、固碳、吸收污染氣體和滯塵能力，因為這些均能找到相應的消費指標。數據主要來源為安徽省2019 年統計年鑒，其中安徽省各地市居民用自來水水價，來源于安徽省物價局官方網站；固碳價格采用瑞典碳稅價格：136 美元/t 二氧化碳，人民幣對美元匯率按照平均匯率6.505 9 計算貼現；二氧化硫、氮氧化物、氟化物、降塵清理費用依據中華人民共和國主席令第六十一號《中華人民共和國環境保護稅法》計算。

2.2 生態承載力計算方法

生態系統服務的生態承載力（Ecosystem-Service-based Ecological Capacity，ESEC） 是指區域能夠給人類提供生態系統服務的生態系統面積總和。就某一生態系統類型、某一生態系統服務類型而言，其通用生態承載力模型公式：

式中：ESEC 為基于該種生態系統服務的生態承載力（hm）；A 為提供該種生態系統服務的該種生態系統類型的面積（hm）。

3 基于生態系統服務的生態足跡模型的計算結果分析

3.1 基于安徽省森林生態系統服務的人均生態足跡

從表1 中可以看出，對于森林生態系統調節水量的生態足跡介于0.032~0.787 hm。生態足跡較大的均集中在安徽省經濟活動較為活躍的地級市，如銅陵市和馬鞍山市，同時這些地區也是安徽省工業較為發達的區域，其耗費的水資源高于其他地區。皖北平原的幾個地級市調節水量生態足跡較低，這是因為這些區域主要以農業為主，其耗費的水資源較少。安徽省森林生態系統固碳功能的生態足跡介于0.041~0.486 hm。最高的同樣為馬鞍山市和銅陵市，其工業生產所消耗的能源量較高，向大氣中排放了大量的二氧化碳。固碳生態足跡最低的集中在皖南山區，這一區域的人類經濟活動較弱，其碳排放量低于其他區域。同時，與人類經濟活動有關的還包括吸收污染氣體和滯塵的生態足跡，這兩項生態足跡在各地級市之間的分布格局與固碳相同。

表1 基于安徽省森林生態系統服務的人均生態足跡/hm2

基于安徽省森林生態系統服務生態足跡除了與人類經濟活動有關外，還與其人口密度和森林資源數量和質量有必然的聯系。通過查詢安徽省統計年鑒可以看出，安徽省人口密度與該區域的經濟活動強弱有直接的關系。人口密度高和經濟活動較強，帶來了森林生態系統服務的生態足跡面積較大，比如：安慶市、合肥市和阜陽市的人口密度均在5 000 人/km以上，而皖南山區幾個地級市的人口密度均在1 000 人/km以下。可以看出，基于森林生態系統服務的各地級市生態足跡大小分布格局與其森林生態系統服務的強弱恰恰相反，也就是森林數量和質量較高的地市級，其森林生態系統能夠提供更多的水資源和吸收更多的人類排放的污染物，發揮較強的森林生態系統服務功能，從而為人類帶來了生態福祉。

從表1 中還可以看出，基于安徽省森林生態系統服務的生態足跡中，大多數地級市（包括蚌埠、滁州、六安、馬鞍山、蕪湖、宣城、銅陵、池州、安慶、黃山）調節水量生態足跡較大，大部分均存在調節水量＞吸收污染氣體＞固碳＞滯塵的情況，這樣的格局表示，安徽省在水資源方面面臨的生態壓力高于其他方面。安徽省作為華東地區的主要水源地，維護水資源安全對于安徽省乃至整個華東地區的社會經濟可持續發展的意義重大。有研究表明，雖然安徽煤炭等礦產資源豐富，但土地、水資源卻很有限，恰恰這些資源無法進行空間轉移，是影響安徽省發展的重要瓶頸。而合肥、淮北、宿州、淮南地區的吸收污染氣體生態足跡較大，說明經濟發展和社會活動對大氣生態環境造成了一定的影響，尤其是工業的發展，包括制造業和一些輕工業的運行，產生了大量工業廢氣，雖然在政策和制度的制約上，企業均采取措施限制和減緩廢氣的排放，但仍然對大氣環境產生了負面影響。此外，亳州、阜陽固碳生態足跡較大，說明安徽省的能源消費以污染較為嚴重的煤炭為主，其能源消費結構很不合理。數據顯示安徽每萬元GDP 消耗0.44 t 標準煤，比相鄰的江蘇省和浙江省高出26.3%、25.5%。安徽省單位GDP 所消耗的資源不僅遠高于周邊的江蘇省和浙江省，而且其資源利用效率未達到全國平均水平，說明安徽省的經濟發展模式與江浙兩省相比仍較為粗放。江永紅也指出，安徽產業結構層次不高，高耗能行業占工業比重在三分之一以上，能源利用效率不高。這意味著在其他條件不變情況下，生產同等的國內生產總值，安徽承受的資源和環境壓力更大。所以，安徽省亟需經濟發展模式的轉型，降低單位GDP 能耗，減少碳排放和污染氣體排放量，以利于維護區域生態環境安全，保障社會、經濟和生態環境的可持續發展。

3.2 基于安徽省森林生態系統服務的人均生態承載力

生態承載力方面如表2 所示。對于安徽省森林生態系統調節水量的生態承載力介于0.009～0.311 hm，各地級市之間的分布格局呈現為南部＞中部＞北部，這與森林生態系統涵養水源功能的分布格局一致。基于森林生態系統固碳、吸收污染氣體和滯塵的生態承載力在各地級市間的分布格局與調節水量生態承載力相同，均與各項森林生態系統服務在各地級市間的分布格局相關。從基于生態系統服務的生態承載力計算公式可以看出，生態承載力完全由森林資源面積和森林生態系統服務的大小決定。可以看出，安徽省南部區域的森林面積、森林生態系統調節水量、固碳量、吸收污染氣體量和滯塵量分別占全省總量的 70.92%、80.98%、64.21%、66.33%和64.24%，因此安徽省南部的生態承載力明顯高于中部和北部。這說明盡管安徽省的城市化、房地產建設和家具消費增加了對木材的需求，但由于近年來各重點區域積極實施了植樹造林和退耕還林政策，其森林生態系統的生態承載力較高。

表2 基于安徽省森林生態系統服務的人均生態承載力/hm2

3.3 基于安徽省森林生態系統服務的生態盈余/赤字

一個地區的生態承載力可能存在大于、小于或等于生態足跡三種情況，分別稱之為“生態盈余”“生態赤字”和“生態平衡”。生態赤字和生態盈余是指生態承載力與生態足跡的差值。其中，生態盈余是指研究對象的生態承載力大于生態足跡，即研究對象對資源的索取沒有超出其生態供給能力；生態赤字則是指生態承載力小于生態足跡，生態赤字越大說明研究對象經濟發展所造成的環境超載問題越嚴重。

基于安徽省森林生態系統服務的生態盈余/赤字情況如表3 所示。調節水量方面，只有宣城、池州和黃山市表現為生態盈余，分別為0.061 hm、0.071 hm和0.570 hm，其余均表現為生態赤字，這足以說明安徽省面臨著非常嚴重的水資源問題。盡管安徽省的水域面積較大，但由于受水污染和水產養殖業較為粗放等因素影響，其水域的利用效率較低，造成了較為嚴重的生態赤字。固碳方面，安徽省所面臨的情況好于調節水量，宿州、六安、宣城、池州、安慶和黃山市表現為生態盈余，其余表現為生態赤字。其中，宣城、池州和黃山市生態盈余空間較大，分別為 0.390 hm、0.435 hm和 0.506 hm。吸收污染氣體方面，亳州、六安、宣城、池州、安慶和黃山市表現為生態盈余，其余表現為生態赤字。其中，同樣是宣城、池州和黃山市生態盈余空間較大。滯塵方面，安徽省各地級市均為生態盈余，這說明安徽省的森林生態系統對于吸滯空氣顆粒物起到了非常重要的作用，很大程度上起到了治污減霾的功能。

表3 基于安徽省森林生態系統服務的生態盈余/赤字/hm2

4 結論

從以上分析可以看出，安徽省近年來生態赤字的情況較為嚴重。自然生態系統的凈化能力有一個閾值，一旦超過臨界值，自然生態系統的穩定性將不能恢復。安徽省社會、經濟與生態環境之間的可持續發展面臨著非常嚴重的挑戰，尤其是在水資源和節能減排方面尤為突出，這說明經濟的高速發展給生態環境造成的壓力越來越大。其環境超載問題不斷加重的同時，也在一定程度上反映出安徽省的發展存在有高污染、高消耗的粗放型發展模式，如不加以控制，必將對全省經濟可持續發展產生障礙，進而加劇對生態環境的影響。我們必須扭轉安徽省生態赤字的嚴峻形勢。首先，必須堅定不移地全面貫徹習近平總書記生態文明思想，持之以恒加大林業生態建設，通過各項林業生態工程的實施，大力提高森林面積；其次，通過森林經營管理措施，提高森林質量，增強其生態系統服務。

在大力推進生態文明建設的時代背景下，安徽省應該采取多方面的應對措施，包括轉型經濟發展模式和加大林業生態建設，提高生態承載力，轉變面臨的生態赤字嚴峻的局面，努力實現社會、經濟和生態環境的可持續發展，切實承擔起實現美麗中國的偉大歷史重任。