基于生态足迹理论的休宁县可持续发展评价研究

鲁 洋，沈宜菁，黄素珍，杨晓英，李小港

(1.复旦大学 环境科学与工程系，上海 200438； 2.复旦规划建筑设计研究院，上海 200433； 3.江西省辐射环境监督站，江西 南昌 330077)

党的十九大报告指出，建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计.近年来，城市化进程的快速推进带来经济增长和社会进步的同时，随着城镇的人口涌入，大量的生态用地被用来进行开发建设，进而出现了土地资源浪费、生态失调、环境恶化加剧、土地质量降低等问题[1-2]，直接影响到区域经济与生态环境的可持续发展.如何量化人类对自然资本的需求以及自然资本的供给能力，是可持续发展研究领域的优先课题[3]，生态足迹模型的提出为可持续发展提供了一个度量的指标.

生态足迹分析法由加拿大生态经济学家Ree等[4]于90年代初提出，其从需求面计算生态足迹，从供给面计算生态承载力，通过对二者的比较，衡量一个地区的生态环境是否处于可持续发展的状态[5].生态足迹分析法计算过程简便、结果清晰易懂，是一种有效的生态环境定量评价工具，在提出后被广泛应用于多个国家和领域.在我国，生态足迹法被用于衡量区域可持续发展水平以及不同行业对生态环境的影响.例如，徐中民等计算了甘肃省[6]、全国[7]的生态足迹，为地区和国家制订、调整发展策略提供了依据；曹淑艳等[8]和张丹等[9]分别计算了农产品生产的生态足迹和城市餐饮业食物浪费的生态足迹，研究成果可促进相关行业提高资源利用率、降低成本，并引导普通民众关注自身行为对环境的影响.

然而，传统的生态足迹模型只是单纯地从自然因素角度定义生态足迹，未能充分反映区域生态系统的可持续发展状况.同时，国内的生态足迹研究对均衡因子的取值大多直接套用国外的数值，并只考虑生态系统的生物生产功能，未能反映我国生态系统的复杂特征和研究区域的具体情况.例如，林地和草地的生态价值并不局限于其生物生产能力，其对于生态环境的服务功能更为重要，如果在获取均衡因子中仅考虑生物生产功能会使得计算结果难以反映生态系统的真实情况，导致计算结果误差[10].

地处安徽省最南端的黄山市休宁县为新安江、富春江和钱塘江等河流的发源地.作为长三角地区的重要生态屏障，休宁县被列为我国重要的生物多样性保护和水源涵养型生态功能区.在提升经济、社会和人民生活水平的同时，如何保护当地生态环境和生物多样性，实现经济、社会的可持续发展是休宁县面临的重要难题.本文旨在基于生态足迹理论，计算并分析了2006—2016年间休宁县的人均生态足迹、生态承载力和生态赤字/盈余及其变化趋势，并通过引入生态协调系数、生态足迹多样性指数、生态经济系统发展能力指数和万元GDP生态足迹等四类评价指标，综合评估休宁县的生态可持续发展能力.研究结果有助于寻找当地区域经济与环境可持续发展的薄弱之处，为当地制定有效的区域可持续发展政策措施、提高生态资源利用效率、促进生态环境和经济协调发展提供科学决策支持.

1 研究区域

休宁县隶属于安徽省黄山市，位于安徽省最南端，介于东经117°39′～118°26′和北纬29°24′～30°02′之间，与浙、赣两省交界.全县总面积2151km2(图1)，辖10镇11乡、157个行政村，2016年总人口27万(图2).该地区地貌类型复杂，地势起伏较大，地形以山地、丘陵为主(约占全县总面积的76.70%)，平原、谷地和盆地夹杂其间；同时，县西南边缘的六股尖为钱塘江、富春江、新安江的发源地，水热资源丰富，植被保存良好，珍贵物种繁多，生物类型多样，是全国重要的生物多样性保护型和水源涵养型生态功能区之一，也是长三角地区的重要生态屏障.但是，该区域也存在着水土流失现象严重、局部地区生态系统退化、土壤侵蚀敏感程度高、经济实力(图3)不强、基础设施相对薄弱、工业发展程度相对较差等问题.如何实现生态环境保护与经济的协调与可持续发展是休宁县亟待解决的难题.

图1 2016年休宁县生态生产性土地类型分布图Fig.1 Distribution map of ecological productive land types in Xiuning County in 2016

生态足迹理论将各种消费量折算为可耕地、牧草地、林地、水域、建筑用地、化石能源用地等6类基本生态生产性土地面积.其中，由于化石能源消费对生态环境的冲击主要表现为CO2等温室气体的排放所导致的温室效应，化石能源用地主要为用于吸收温室气体的土地.2016年休宁县6种生态生产性土地类型分布如图1所示.由图可见，休宁县以林地和耕地为主，分别占78.9%和14.6%[11].

休宁县人口变化趋势如图2所示.2006—2014年间，休宁县人口总体呈上升趋势，2014年人口达到峰值276247，2014年后人口开始下降，2016年回落至270108.休宁县经济发展以农业、旅游业为主导，2006—2016年间生产总值(GDP)逐年上升，年平均增长率约为18.4%，2016年GDP较十年前翻了近3倍(图3).其中，2016年三大产业产值占比分别为40.9%、16.0%和43.1%.

图2 2006—2016年间休宁县人口变化Fig.2 Population change in Xiuning County from 2006 to 2016

图3 2006—2016年间休宁县生产总值(按可比价计算)Fig.3 GDP in Xiuning County from 2006 to 2016(Calculated based on comparable price)

2 研究方法与数据来源

2.1 研究方法

2.1.1 生态足迹计算模型

生态足迹(Ecological Footprint， EF)，也被称之为生态占用、生态痕迹或生态脚印等，是指在特定的人口数量和特定的物质消费水平下，提供资源消费并吸收废弃物所需的生态生产性土地面积(Biologically Productive Area)[12].

生态足迹的计算模型为：

(1)

(2)

(3)

式中：EF为区域的总生态足迹(hm2)；ef为人均生态足迹(hm2/人)；N为区域总人口数；Ak为各消费项目所对应的生态生产性土地类型的面积(hm2)；γk为第k类生态生产性土地的均衡因子；Yk为第k类土地的全球平均生产力(t·hm-2)；Y为全球所有各类土地的平均生产力；i为消费项目的类型；n为该区域人类消费中由第k类土地提供的消费项目的数量；Aki、Cki和Yki分别表示由第k类土地提供的第i种消费项目的生态生产性土地需求面积、年消费量(t)和世界平均生产力.

表1 均衡因子

由于6类生态生产性土地的生态生产力不同，需要用均衡因子(equivalent factor)将其面积转换为具有相同生态生产力的等量面积[4].本文的均衡因子参考中国科学院刘某承等[13]对中国均衡因子的测算结果.对于林地，其生态服务价值主要包括气候调节、养分循环、废物处理、食品生产、提供原材料等，但在大多学者的生态足迹计算中仅考虑了提供食品和原材料这两项功能；草地的主要生态功能在于食物生产、气候调节、水调节和废物处理等功能，而大多数前人在选择草地的均衡因子时也仅考虑了其生产食品这一项功能.故本文借鉴梁波[10]和Costanza[14]等人的研究结果对林地和草地均衡因子进行修正，在考虑土地产出价值的同时引入了林地和草地的综合生态服务价值，使得核算结果更准确地反映区域生态环境现状.调整后各类土地类型的均衡因子见表1.

2.1.2 生态承载力计算模型

生态承载力(Ecological Capacity， EC)是指由区域环境条件决定的对生命的支持能力，其反映了特定生态系统所提供的资源和环境对人类社会系统良性发展的支持能力.生态承载力决定着一个区域社会经济发展的速度和规模，它的不断提高是实现可持续发展的必要条件，计算公式[15]为：

(4)

(5)

表2 产量因子

式中：EC为区域生态承载力(hm2)；ec为人均生态承载力(hm2/人)；Sk为人均生物生产面积；yk为第k类土地在这个区域的平均生产力；λk为第k类生态生产性土地的产量因子.对于某一给定区域，其第k类土地的物理面积乘以λk为具有该类土地全球平均生产力的面积，再乘以γk就变为具有“全球平均生产力”的等量面积，这一面积具有全球可比性，其度量单位称为“全球公顷(Global Hectare， GHa)”，即标准化公顷.

由于不同国家或地区的资源状况不同，为使生态承载力在地域间具有可比性和可累加性，需要用产量因子(yield factor)把研究对象的每类土地的面积换算为具有相应类土地全球平均生产力的等量面积[16].本文产量因子的取值主要依据中国科学院刘某承等[17]对安徽省产量因子的测算，具体见表2所示.

2.1.3 可持续发展评价指标

(1) 生态赤字/盈余

生态赤字(Ecological Deficit， ED)/盈余(Ecological Surplus， ES)是指生态承载力与生态足迹两者之差.一个地区的生态足迹超过了地区所能提供的生态承载力，就会出现生态赤字；反之，则表现为生态盈余.生态赤字表明该地区的人类负荷超过了其生态容量，地区发展模式处于相对不可持续状态；相反，生态盈余表明该地区的生态容量足以支持其人类负荷，该地区发展模式处于相对可持续状态.计算公式为：

ED(ES)=EC-EF.

(6)

(2) 生态协调系数

生态赤字/盈余并不能很好地反映不同区域的资源禀赋条件，在区域间进行横向比较时，容易造成结果偏差.例如，同样数值的生态赤字对西部干旱地区和东南沿海地区，其意义是不同的；另外，在不发达地区，较低的消费水平往往造成生态盈余，但不能因此得出当地发展可持续性强的错误结论.因此，在区域生态足迹评价中，可以引入区域人均生态协调系数(DS)以弥补利用生态赤字/盈余进行评价的不足，其计算公式为：

(7)

DS越接近1，协调性越差；DS越接近1.414，协调性越好；当DS=1.414时，区域生态需求和供给平衡，处于最佳协调状态；当1≤DS<1.414时，有两种情况： 若ef>ec，区域生态需求大于供给，发展是通过消耗自然资本存量来弥补生态承载力的不足，区域处于生态不协调状态；若ef

(3) 生态足迹多样性指数及生态经济系统发展能力指数

Templet将经济系统发展能力公式引入生态系统中，将生态足迹计算中的不同土地类型作为测算生态经济系统多样性的指标，采用Shannon-Weaver公式[18]计算生态足迹的多样性指数，计算公式如下[19]：

H=-∑(pilnpi),

(8)

式中：H是生态足迹多样性指数；pi是第i种土地类型在总足迹中所占的比例.上式中生态足迹多样性由两部分组成： 丰富度(不同土地类型利用的数量)；均匀度(测量生态足迹组分的分配状况).根据该公式，生态经济系统中生态足迹的分配越接近平等，对给定系统组分的生态经济系统来说，其多样性就越高，该系统就越稳定，这正符合生态学中“多样性导致稳定性”的理念.

生态经济系统的发展能力可用生态足迹乘以生态足迹多样性指数得到，公式如下[20]：

(9)

式中：C为生态经济系统发展能力指数.

(4) 万元GDP生态足迹

万元GDP生态足迹是将传统的GDP指标与生态足迹相结合，反映了区域发展过程中生态资源的利用效率.万元GDP生态足迹越大，表明区域资源利用效率越低，不利于经济可持续发展；反之，则资源的利用效率越高，有利于区域经济可持续发展[21]，计算公式为：

(10)

2.2 数据来源

本文的生物资源、能源消费、土地利用、人口和生产总值等数据主要来自于黄山市及休宁县统计年鉴.全球平均产量的数据主要来自联合国粮农组织(FAO)统计数据库资料.鉴于我国农业生产特点与西方国家的显著区别，本文采用中国主要农产品全球平均产量的更新计算结果[22]以提高数据的时效性、准确性和适用性(表3).

表3 研究所需数据及其来源

3 研究结果与讨论

3.1 休宁县生态足迹与生态承载力变化趋势

2006—2014年间休宁县人均生态足迹缓慢上升，从1.47hm2/人(2006)增至1.81hm2/人(2014)；但在2014—2016年间有大幅下降，2016年降至1.42hm2/人，为10年内最低值.同期，人均生态承载力小幅上升，从2006年的3.44hm2/人增至2016年的3.70hm2/人，年增长率约0.76%(图4).

2006—2016年间，休宁县总体呈现生态盈余.其中，2006—2008年间，休宁县人均生态盈余增加；2008—2012年间一直呈下降趋势，直至2012年的1.81hm2/人；2012—2016年间又重新上升，直至2016年的2.28hm2/人(图4).

不同土地利用类型对休宁县生态承载力和生态足迹的贡献不一(图5).在人均生态足迹中，2006—2016年间耕地平均占比高达65.4%，化石能源用地为23.7%，其他用地(草地、建筑用地、林地和水域)所占比例较小，总和约为10.9%.在人均生态承载力中，林地居首位，占比高达74.1%；化石能源用地占比17.2%；其他用地(耕地、建筑用地、水域和草地)所占比重仅为8.7%.

图4 2006—2016年间休宁县人均生态足迹、生态承载力和生态盈余变化Fig.4 Per capita ecological footprint, ecological capacity and ecological surpluschange in Xiuning County from 2006 to 2016

图5 2006—2016年间休宁县各类土地在生态足迹和生态承载力中的平均比例Fig.5 The average proportion of various types of land in Xiuning County in terms of ecological footprint and ecological capacity from 2006 to 2016

2006—2016年间，不同土地利用类型的人均生态足迹和生态承载力呈现不同的变化趋势(图6).休宁县人均耕地生态足迹在2006—2014年间逐年增加，并达到峰值(1.15hm2/人)，但其后在2016年降至十年最低值(0.80hm2/人).造成休宁县2016年生态足迹减小的原因可能是当年糖料、蔬菜和油料的大幅减产.2006—2016年间，休宁县人均耕地生态承载力没有明显变化，保持在0.27hm2/人左右.因此，休宁县耕地的生态承载力一直低于生态足迹，总体呈现生态赤字，变化范围为-0.87hm2/人(2014年)～-0.53hm2/人(2016年).休宁县的耕地生态安全形势严峻，应当引起高度重视.

休宁县草地生态足迹主要由进口饲料的消费承担，人均草地生态足迹总体呈下降趋势，2010年降至最低，为0.06hm2/人；虽然在2010—2012年间出现小幅上升，但2012年后又重新下降.同期，休宁县草地生态承载力无明显变化.与耕地类似，休宁县的草地总体呈现生态赤字，变化范围-0.08hm2/人(2006年)～-0.06hm2/人(2010年)(图6(b)).

休宁县林地的人均生态足迹较为平稳，在0.03hm2/人附近波动.林地生态承载力缓慢上升，从2006年的2.96hm2/人增至2016年的3.12hm2/人.因此，休宁县林地总体呈现生态盈余，其除在2012年有小幅降低外整体上升趋势明显，并在2016达到最高值(3.09hm2/人).

图6 2006—2016年间休宁县不同土地利用类型的人均生态足迹、生态承载力和生态赤字/盈余的变化Fig.6 Per capita ecological footprint, ecological capacity and ecological deficit/surpluschange of different land use types in Xiuning County from 2006 to 2016

休宁县化石能源用地的人均生态足迹在2006—2014年间逐年上升，2014年到达峰值(0.49hm2/人)，增加的主要原因是能源消费量的不断增加，2016年稍有下降(0.45hm2/人).化石能源用地人均生态承载力在2006—2008年间有明显上升，2008—2016年间变化较平稳，总体呈上升的趋势.化石能源用地人均生态承载力上升的主要原因是防护林面积增加，这与国家实施的一系列退耕还林等生态措施有关.休宁县的化石能源用地总体呈现生态盈余，2006—2008年间由0.36hm2/人增至0.42hm2/人，2008—2014年间由0.42hm2/人减至0.23hm2/人，2016年又上升至0.28hm2/人.在总体波动中，化石能源用地生态盈余有减少趋势，需要引起注意.

建筑用地的人均生态足迹在2006—2010年间逐年上升，2010年到达峰值(0.069hm2/人)；在2010—2014年间又逐年下降，2014年到达最低值(0.061hm2/人)；2016年稍有上升(0.063hm2/人).人均生态承载力的变化趋势与生态足迹一致，变化范围为0.062hm2/人(2014年)～0.070(2010年)hm2/人.人均生态承载力增加是因建筑用地面积的增加引起的.休宁县建筑用地生态足迹与生态承载力接近，生态盈余较低，变化范围为0.0012hm2/人(2014年)～0.0014(2010年)hm2/人.

水域的人均生态足迹上升趋势明显，从2006年的0.006hm2/人增至0.008hm2/人；而同期水域的生态承载力较为平稳，保持在0.010hm2/人左右.总体，休宁县水域呈现生态盈余，但有下降趋势，变化范围为0.005hm2/人(2006年)～0.003(2014年)hm2/人.

3.2 休宁县可持续发展综合评估

2006—2016年间万元GDP生态足迹逐年下降，从1.69hm2/万元降至0.49hm2/万元，表明休宁县在发展过程中资源利用效率不断提高.2006—2016年间休宁县生态协调系数变化平稳，均在1.30～1.35之间，低于1.4，表明该地区发展生态协调性很好(图7).休宁县生态足迹多样性指数逐年上升，从2006年的0.92增至到2016年的1.07，表明休宁县生态足迹均匀度(测量生态足迹组分的分配状况)较好.此外，2006—2016年间休宁县生态经济系统发展能力指数均值为1.57，除2016年有小幅下降外，总体缓慢上升，这表明休宁县的生态经济系统发展能力正逐渐增强.

图7 2006—2016年间休宁县生态足迹多样性指数、万元GDP生态足迹、生态协调系数和生态经济系统发展指数变化Fig.7 Ecological footprint diversity index, ten thousand yuan GDP ecological footprint, ecological coordinationcoefficient and ecological economic system development index change in Xiuning County from 2006 to 2016

4 结 论

(1) 本文基于生态足迹理论计算休宁县2006—2016年间的生态足迹和生态承载力，并在此基础上利用生态赤字/盈余、生态协调系数、生态足迹多样性指数、生态经济系统发展能力指数和万元GDP生态足迹等指标评估休宁县的生态环境与经济可持续发展现状与变化趋势.研究结果表明休宁县总体上人均生态承载力大于生态足迹，呈现生态盈余，可持续发展能力较好，但区域内不同土地类型的生态足迹和生态承载力差异较大.其中，林地生态压力比较小，处于生态盈余状态；化石能源用地、建筑用地和水域尽管呈现生态盈余，但均有减小的趋势；耕地和草地生态压力较大，均呈现生态赤字.考虑到畜牧业的生态足迹主要由进口饲料的消费承担，且耕地的人均生态赤字有逐年上升的趋势，休宁县的耕地生态安全问题尤为突出.

(2) 农产品产量的不断上升以及耕地的过度开发是导致耕地生态足迹增加的主要原因.与此同时，化肥不规范使用所引起的土地生产力下降以及持续增长的人口导致生态承载力的下降，进而引起耕地生态严重超载，生态安全状况较差.为此，休宁县应坚持“十三五”发展规划中提出的耕地保护制度，推进耕地数量、质量、生态“三位一体”保护.政府部门应严格审批用地计划，合理进行土地生态功能区划，保证各种类型土地利用的合理比例，减少耕地占用；同时需提高农牧业科技水平，因地制宜，提高土地使用质量，严守生态保护红线，避免毁林开荒、不科学施肥用药等行为，推动生态农业和绿色农业的发展，提高耕地、草地的产出效率，从而有效保护耕地生态安全.

(3) 休宁县在未来经济社会进程中，需进一步提高资源利用效率，积极开发绿色能源，提升自身可持续发展能力；同时应逐渐调整产业结构，在不损害生态产品生产供给和严格控制开发强度前提下，依托当地茶业和旅游业的优势，建设自然生态旅游基地，因地制宜发展资源开采、旅游、农(林)副产品生产加工等产业，延长产业链条，增加经济效益；最后合理发展农业和畜牧业，推广符合当地实际情况的先进农业技术，有效保护耕地与植被.