基于改進(jìn)三維生態(tài)足跡的貴州喀斯特山區(qū)可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)

杜雪蓮，井 彤

(貴州財(cái)經(jīng)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025)

1 引言

生態(tài)足跡法是定量評(píng)估自然資本利用和可持續(xù)狀況的重要方法。Rees[1]首次提出生態(tài)足跡概念，即能夠滿足人類(lèi)生產(chǎn)生活需求的生態(tài)生產(chǎn)性土地面積。Wackernagel[2]通過(guò)引入生態(tài)承載力形成二維生態(tài)足跡模型，Niccolucci等[3]加入足跡深度和足跡廣度兩個(gè)新指標(biāo)，將模型范圍擴(kuò)大至三維。方愷[4，5]首次把三維生態(tài)足跡模型引進(jìn)國(guó)內(nèi)，并進(jìn)一步完善了模型。此后，國(guó)內(nèi)三維生態(tài)足跡研究逐漸展開(kāi)。研究尺度主要涉及國(guó)家宏觀層面[6，7]、省市層面[8～10]等，研究?jī)?nèi)容涉及自然資本利用評(píng)估[6，7]、資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)[8]、區(qū)域生態(tài)安全評(píng)價(jià)[9]及生態(tài)補(bǔ)償研究[10]等領(lǐng)域。但針對(duì)喀斯特生態(tài)脆弱區(qū)的研究尚不多見(jiàn)。貴州是長(zhǎng)江和珠江上游重要生態(tài)屏障，喀斯特地貌導(dǎo)致其生態(tài)環(huán)境脆弱，長(zhǎng)期以來(lái)經(jīng)濟(jì)較為落后。隨著2012年國(guó)發(fā)2號(hào)文件的發(fā)布，該區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速。如何守好發(fā)展和生態(tài)兩條底線，是貴州面臨的重大課題。鑒于此，本文以典型喀斯特山區(qū)貴州省為研究對(duì)象，通過(guò)改進(jìn)三維生態(tài)足跡模型評(píng)估該區(qū)2010～2019年自然資本利用情況以及可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r，為該區(qū)自然資本的可持續(xù)利用和生態(tài)文明建設(shè)提供依據(jù)，也為其他喀斯特生態(tài)脆弱區(qū)的可持續(xù)發(fā)展提供一定的參考。

2 研究方法

2.1 改進(jìn)三維生態(tài)足跡模型及補(bǔ)充指標(biāo)

2.1.1 改進(jìn)三維生態(tài)足跡模型

方愷[27]指出傳統(tǒng)三維生態(tài)足跡模型存在不足，為此推導(dǎo)出改進(jìn)三維生態(tài)足跡模型，計(jì)算公式如下：

EFsize,i=min{EFi,BCi}

(1)

(2)

(3)

(4)

EF3D,region=EFsize, region×EFdepth, region

(5)

式(1)～式(5)中：EFsize, i為第i地類(lèi)的足跡廣度，EFdepth, i為第i地類(lèi)的足跡深度；EFi、BCi分別為第i地類(lèi)生態(tài)足跡和生態(tài)承載力；EFsize, region表示區(qū)域生態(tài)足跡廣度，EFdepth, region表示區(qū)域生態(tài)足跡深度，EF3D ,region表示區(qū)域三維生態(tài)足跡。

2.1.2 模型補(bǔ)充指標(biāo)

當(dāng)資本流量未被完全占用時(shí)，足跡深度處于自然原長(zhǎng)(為1)，不能表示人類(lèi)對(duì)資本流量的實(shí)際占用程度。引入資本流量占用率指標(biāo)，其計(jì)算公式為：

(6)

當(dāng)資本流量被完全占用時(shí)，存量資本開(kāi)始消耗。引入存量流量利用比指標(biāo)來(lái)表征實(shí)際利用自然資本中存量與流量的大小關(guān)系，其計(jì)算公式為：

(7)

2.2 可持續(xù)發(fā)展綜合指數(shù)

2.2.1 生態(tài)資源利用效率指數(shù)

EE=(N×ef)/GDP

(8)

式(8)中，EE為生態(tài)資源利用效率指數(shù)，N為人口數(shù)，ef為人均生態(tài)足跡。

2.2.2 生態(tài)壓力指數(shù)

生態(tài)壓力指數(shù)可以反映區(qū)域生態(tài)環(huán)境承壓能力的強(qiáng)弱， 計(jì)算公式為：

(9)

式(9)中，PP為生態(tài)壓力指數(shù)，ef'為可更新資源的人均生態(tài)足跡，bc為人均生態(tài)承載力。

參考趙先貴等學(xué)者[14]對(duì)生態(tài)壓力指數(shù)等級(jí)進(jìn)行了劃分，如表1所示。

表1 生態(tài)壓力指數(shù)等級(jí)

2.2.3 生態(tài)多樣性指數(shù)

生態(tài)多樣性指數(shù)可用來(lái)衡量各土地類(lèi)型的占比均勻程度，指數(shù)越高代表生態(tài)穩(wěn)定性越高[11]。計(jì)算公式為：

(10)

式(10)中，H為生態(tài)多樣性指數(shù)，Pi為第i類(lèi)土地生態(tài)足跡占總生態(tài)足跡的比例。

2.2.4 可持續(xù)發(fā)展能力綜合指數(shù)

(11)

2.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文選取生物資源、能源和污染物排放的指標(biāo)及數(shù)據(jù)源如表2。生物資源賬戶中的畜產(chǎn)品按其飼料來(lái)源分別歸入相對(duì)應(yīng)的土地類(lèi)型，各初級(jí)產(chǎn)品全球平均產(chǎn)量來(lái)自謝鴻宇等的研究[12]。土地利用數(shù)據(jù)來(lái)自《貴州省國(guó)土資源公報(bào)》(2010～2017年)和《貴州省自然資源公報(bào)》(2018～2019年)，人口數(shù)據(jù)來(lái)自《貴州統(tǒng)計(jì)年鑒》(2011～2020年)，化石能源計(jì)算參考徐中民等[13]的研究。

表2 指標(biāo)選取及數(shù)據(jù)來(lái)源 生態(tài)足跡/(hm2/人)，占比/%

3 結(jié)果與分析

3.1 生態(tài)足跡分析

3.1.1 不同地類(lèi)生態(tài)足跡分析

由表3和圖1可知，2010～2019年人均生態(tài)足跡呈“倒U型”趨勢(shì)變化：2010～2014年人均生態(tài)足跡逐年上升，由4.1589 hm2/人增加到4.9048 hm2/人，平均增速4.48%。2016年后，人均生態(tài)足跡呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，由4.9086降至4.4629，表明2016年以來(lái)研究區(qū)可持續(xù)能力增強(qiáng)。2016年《巖溶地區(qū)石漠化綜合治理工程“十三五”建設(shè)規(guī)劃》發(fā)布，同年貴州省被列為國(guó)家生態(tài)文明試驗(yàn)區(qū)，這些都促進(jìn)了貴州省生態(tài)建設(shè)和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)生態(tài)環(huán)境的壓力不斷減小。從表3可知，不同地類(lèi)生態(tài)足跡排名為：化石能源>耕地>草地>林地>建設(shè)用地>水域。化石能源總體呈現(xiàn)出“增-減-增-減”的趨勢(shì)，2016年后開(kāi)始下降，說(shuō)明近年來(lái)化石燃料消費(fèi)的減少緩和了該區(qū)生態(tài)環(huán)境壓力。耕地生態(tài)足跡呈現(xiàn)先增加后降低的變化，從2010年的1.6243hm2/人上升到2014年的1.9531hm2/人，隨后持續(xù)穩(wěn)定下降至2019年的1.6529 hm2/人。2016年《貴州省“十三五”現(xiàn)代山地特色高效農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》發(fā)布，2018年起貴州開(kāi)展農(nóng)村產(chǎn)業(yè)革命推進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，進(jìn)而促進(jìn)貴州農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響逐漸減輕。草地生態(tài)足跡總體呈上升趨勢(shì)，從2010年的0.3166 hm2/人增加到2019年的0.4838 hm2/人，而林地生態(tài)足跡總體呈下降態(tài)勢(shì)，從2010年的0.3851 hm2/人增加到2019年的0.1550 hm2/人。水域和建設(shè)用地生態(tài)足跡最小，均不到0.1 hm2/人，兩者整體趨于穩(wěn)定并呈小幅度上升趨勢(shì)，10年間均增加了約0.05 hm2/人。

圖1 不同地類(lèi)生態(tài)足跡變化

表3 貴州省不同地類(lèi)生態(tài)足跡 hm2/人

3.1.2 不同賬戶構(gòu)成分析

本文在傳統(tǒng)足跡賬戶基礎(chǔ)上增加污染物足跡賬戶，其中廢水主要被水域吸納，廢氣主要被林地吸收，固體廢棄物處置主要占用耕地，污染物排放折算土地面積借鑒相關(guān)學(xué)者研究[16～18]。從生態(tài)足跡賬戶構(gòu)成來(lái)看(表4和圖2)，占比最大的是生物資源賬戶，從2010年的46.87%增加到2019年的48.46%，其次是能源消耗賬戶，從2010年的42.46%增加到2010年的46.14%，占比最小的是污染物排放賬戶，從2010年的10.68%下降到2010年的5.41%。由表4可知，研究期內(nèi)生物資源賬戶和能源消耗賬戶生態(tài)足跡呈現(xiàn)先增加后降低的態(tài)勢(shì)，生物資源賬戶生態(tài)足跡從2010年的1.9491 hm2/人增加到2016年的2.4252 hm2/人，隨后逐漸降低，2019年降至2.1625 hm2/人，能源消耗資源賬戶生態(tài)足跡從2010年的1.7656 hm2/人增加到2017年的2.2035 hm2/人，隨后逐漸降低，2019年降至2.0590 hm2/人，污染物排放賬戶生態(tài)足跡持續(xù)穩(wěn)步下降，研究期內(nèi)從0.4441 hm2/人降至0.2413 hm2/人，表明貴州省10年來(lái)節(jié)能減排工作取得顯著成效，但經(jīng)濟(jì)發(fā)展仍然嚴(yán)重依賴自然資源和能源。

圖2 人均生態(tài)足跡賬戶組成

表4 貴州省不同地類(lèi)生態(tài)足跡及占比 hm2/人、%

3.2 足跡深度和足跡廣度分析

3.2.1 三維生態(tài)足跡深度分析

通過(guò)公式(2)和(4)計(jì)算得出貴州省各年生態(tài)足跡深度如表5所示。足跡深度表示自然資本存量消耗，指標(biāo)越小說(shuō)明區(qū)域可持續(xù)發(fā)展程度越好。可以看出，貴州生態(tài)足跡深度(2.7673～3.3311)大于超過(guò)同期的全球足跡深度(2.51～2.60)[6]。研究期貴州生態(tài)足跡深度呈先上升后降低的態(tài)勢(shì)。其中，2010～2016年，區(qū)域人均生態(tài)足跡深度逐年增加，從2.81上升到3.33，增長(zhǎng)了1.2倍。2016年以后，人均足跡深度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，2019年降至3.13。足跡深度的下降說(shuō)明貴州省近年自然資本存量消耗有所降低，生態(tài)可持續(xù)能力逐漸增強(qiáng)，這得益于 “十三五”期間貴州堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先，全力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)。不同地類(lèi)情況為，林地足跡深度逐年下降，2016年以后一直為1(處于自然深度)。這與“十三五”期間貴州石漠化綜合治理進(jìn)程的推進(jìn)以及退耕還林行動(dòng)緊密相關(guān)，對(duì)林地資源流量的消耗即可滿足對(duì)林地資源的消費(fèi)需求。建設(shè)用地自2013年以來(lái)流量資本已經(jīng)不能滿足需求，需要?jiǎng)佑觅Y本存量，并且消耗的越來(lái)越多。這是由于2010年以來(lái)貴州經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展建設(shè)用地面積增加所致。耕地、草地和水域的足跡深度均大于1，其中耕地10年來(lái)穩(wěn)定在3附近，即要實(shí)現(xiàn)貴州省區(qū)域糧食的自給自足，還需要3倍于當(dāng)前的耕地面積。草地和水域足跡深度多年均值分別達(dá)到40.06和62.86，遠(yuǎn)高于其他地類(lèi)。一方面，貴州是典型的喀斯特山區(qū)，草地和水域面積較小;另一方面，隨著居民生活水平的提高，對(duì)水產(chǎn)品和畜牧產(chǎn)品需求增加。同時(shí)，由于研究期內(nèi)貴州省廢水排放量逐年增加造成水域負(fù)荷變大，足跡深度增加了1.7倍。

3.2.2 三維生態(tài)足跡廣度分析

足跡廣度上限是生物承載力，反映區(qū)域自然資本流動(dòng)性的強(qiáng)弱。通過(guò)公式(1)和(3)的計(jì)算得出各年足跡廣度，結(jié)果顯示區(qū)域人均生態(tài)足跡廣度呈現(xiàn)先增加后降低的態(tài)勢(shì)。從2010年的0.9363增加到2013年的0.9546，隨后呈下降趨勢(shì)，2019年降至0.8049。如圖3所示，對(duì)足跡廣度貢獻(xiàn)最大的是耕地，從2010年的60.72%增加到2019年的67.83%，這是因?yàn)檗r(nóng)業(yè)是貴州最主要的自然資本利用方式，也是資本流量占用的比較優(yōu)勢(shì)，研究期末占比稍有上升。林地和建設(shè)用地對(duì)區(qū)域足跡廣度也有重要貢獻(xiàn)，研究期內(nèi)林地足跡廣度占比從2010年的30.35 %降至2019年的19.26%，建設(shè)用地足跡廣度從2010年的7.66%提高到2019年的11.49%。貴州位于喀斯特山區(qū)，由于小氣候差異大和生境異質(zhì)性高導(dǎo)致物種多樣性高，區(qū)域森林資源豐富，生態(tài)承載力較大。研究期內(nèi)，貴州城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速，建設(shè)用地面積大幅增加，其占生態(tài)足跡廣度的比例逐年增加?？λ固厣絽^(qū)草地和水域面積較小，二者對(duì)足跡廣度貢獻(xiàn)較小。

表5 貴州省人均生態(tài)足跡深度

圖3 人均區(qū)域足跡廣度構(gòu)成

3.3 資本流量占用率和存量流量利用比分析

根據(jù)式(6)、(7)計(jì)算得出相應(yīng)模型補(bǔ)充指標(biāo)結(jié)果如表6所示?？梢钥闯?，貴州省存量流量利用比與區(qū)域足跡深度一致，以2016年為節(jié)點(diǎn)呈“倒U型”變化。從不同地類(lèi)來(lái)看，研究區(qū)耕地、草地和水域流量資本已完全占用，需消耗存量資本來(lái)滿足流量資本的不足。耕地存量流量比呈先增加后降低的態(tài)勢(shì)，在2014年達(dá)到最大值2.4642，2019年降至2.0278，說(shuō)明耕地生態(tài)壓力有所減輕。研究時(shí)段內(nèi)水域存量流量比增速最快，增長(zhǎng)了1.8倍。草地存量流量比增長(zhǎng)也較快，從2010年的29.0312增加到了2019年的46.7855，增幅為75.28%。建設(shè)用地資源流量占用率從2010年的74.44%上升到2012年的93.23%，2013年開(kāi)始使用自然資本存量，存量流量利用比呈現(xiàn)小幅度增加，表明城市化進(jìn)程導(dǎo)致城市用地規(guī)模的擴(kuò)大，自然資本占用越來(lái)越高。2010～2015年，林地存量流量利用比從0.3549降至0.0269，從2016年起，林地進(jìn)入流量資本占用狀態(tài)，且資本流量占用率持續(xù)降低，顯示對(duì)林地自然資本利用的持續(xù)性相對(duì)較強(qiáng)，“十三五”期間貴州加強(qiáng)推進(jìn)石漠化治理和退耕還林等生態(tài)治理措施使林地承載力穩(wěn)步提升。

表6 資本流量占用率和存量流量利用比

3.4 可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)

根據(jù)公式(8)～式(11)計(jì)算得出可持續(xù)發(fā)展各指數(shù)見(jiàn)圖4?？梢钥闯觯F州省生態(tài)資源利用效率指數(shù)逐年下降，從2010年的3.2018到2019年的0.9642，減少了69.89%，說(shuō)明貴州10年來(lái)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)，資源利用效率不斷提高。生態(tài)壓力指數(shù)呈現(xiàn)“倒U型”趨勢(shì)變化，2015年達(dá)到最高值3.4510后開(kāi)始下降，多年平均值為3.1901，10年來(lái)都處于極不安全狀態(tài)。生態(tài)多樣性指數(shù)總體呈現(xiàn)平穩(wěn)態(tài)勢(shì)，從2010年的1.2861減少到2019年的1.2696，未來(lái)仍要不斷優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，增加生態(tài)的穩(wěn)定性。2010～2019年貴州省可持續(xù)發(fā)展綜合指數(shù)小幅增加，增幅為23.85%。研究時(shí)段內(nèi)貴州經(jīng)濟(jì)增速多年來(lái)位于全國(guó)前列，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整優(yōu)化，資源利用效率提高，石漠化治理和生態(tài)建設(shè)取得較大成效，生態(tài)環(huán)境不斷優(yōu)化，堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)和生態(tài)協(xié)同發(fā)展，充分發(fā)揮本省良好的生態(tài)環(huán)境優(yōu)勢(shì)，大力發(fā)展山地特色高效農(nóng)業(yè)，可持續(xù)發(fā)展能力穩(wěn)步提升。

圖4 貴州省可持續(xù)發(fā)展能力綜合指數(shù)變化

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

(1)貴州省2010～2019年人均生態(tài)足跡呈“倒U型”趨勢(shì)變化：2010～2014年人均生態(tài)足跡由4.1589 hm2/人增加到4.9048 hm2/人，2016年以后呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。化石能源、耕地和林地生態(tài)足跡近年來(lái)有所下降，草地、建設(shè)用地和水域生態(tài)足跡趨于穩(wěn)定并呈小幅度上升趨勢(shì)。從不同賬戶看，生物資源賬戶、能源消耗賬戶呈現(xiàn)先增加后降低的態(tài)勢(shì)，污染物排放賬戶持續(xù)降低。

(2)2010～2016年區(qū)域人均生態(tài)足跡深度逐年增加，從2.81上升到3.33，2016年以后呈現(xiàn)下降態(tài)勢(shì)。林地2016年開(kāi)始處于自然深度，建設(shè)用地消耗的資本存量越來(lái)越多，耕地足跡深度10年來(lái)穩(wěn)定在3附近，草地和水域足跡深度多年均值分別達(dá)到40.06和62.86，遠(yuǎn)高于其他地類(lèi)。區(qū)域人均足跡廣度2013年達(dá)到最大值0.9546，2019年降至0.8049。對(duì)足跡廣度貢獻(xiàn)最大的是耕地，研究期末占比上升。其次為林地和建設(shè)用地，研究期內(nèi)二者足跡廣度占比分別為30.35%～19.26%和7.66%～11.49%，草地和水域?qū)ψ阚E廣度貢獻(xiàn)較小。

(3)貴州省存量流量利用比以2016年為節(jié)點(diǎn)呈“倒U型”趨勢(shì)變化。耕地存量流量比在2014年達(dá)到最大值2.4642，研究期內(nèi)水域和草地存量流量比增速快速，建設(shè)用地2013年后存量流量利用比呈現(xiàn)小幅度增加，林地從2016年起進(jìn)入流量資本占用狀態(tài)，且資本流量占用率持續(xù)降低。貴州省生態(tài)資源利用效率指數(shù)逐年下降，減少了69.89%，說(shuō)明貴州10年來(lái)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展促進(jìn)資源利用效率不斷提高。生態(tài)壓力指數(shù)10年來(lái)都處于極不安全狀態(tài)，2015年達(dá)到最高值3.4510，近年來(lái)持續(xù)降低，呈現(xiàn)“倒U型”趨勢(shì)變化。研究期內(nèi)貴州省生態(tài)多樣性指數(shù)小幅下降，總體呈現(xiàn)平穩(wěn)態(tài)勢(shì)。2010～2019年貴州省可持續(xù)發(fā)展綜合指數(shù)逐年增加，增幅為23.85%。

4.2 討論

本研究基于三維生態(tài)足跡模型對(duì)貴州自然資本的可持續(xù)利用進(jìn)行評(píng)價(jià)研究，但本研究中對(duì)于三維生態(tài)足跡研究的賬戶設(shè)置尚不夠完整。另外，本研究的生態(tài)足跡模型是“封閉”的，即假定研究區(qū)居民的資源消費(fèi)和生態(tài)占用均由本區(qū)承擔(dān)。下一步要將區(qū)域間的貿(mào)易往來(lái)考慮到模型當(dāng)中，同時(shí)將水足跡、碳足跡等納入核算范疇形成比較完整的足跡家族框架，從而使評(píng)價(jià)結(jié)果更加全面準(zhǔn)確和符合實(shí)際。

為實(shí)現(xiàn)貴州喀斯特山區(qū)可持續(xù)發(fā)展，提出以下對(duì)策措施：

(1)科學(xué)推進(jìn)喀斯特石漠化、水土流失綜合治理，改善提升自然生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量，提供更加優(yōu)質(zhì)的生態(tài)產(chǎn)品；

(2)加快推進(jìn)“兩山”轉(zhuǎn)化，積極發(fā)展喀斯特山地特色農(nóng)業(yè)和山地旅游；

(3)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)，提高資源利用效率；

(4)提高人口素質(zhì)，推動(dòng)教育高質(zhì)量發(fā)展，大力引進(jìn)高層次人才。