生态环境可持续性

随着党的十七届五中全会的召开和中国“十二五”发展规划纲要的出台，以科学发展为主题、产业结构调整与经济发展方式转变为途径，资源节约与环境保护的绿色经济发展方式已被社会广泛接受，全球范围内通过绿色转型来减少经济发展对自然资源和生态环境的过分依赖与破坏。在过去的５年中，中国通过采纳新思维、新战略推动了绿色产业的转型与发展。其中生态文明与科学发展观、建设环境友好型、资源节约型社会等重构发展模式一样，作为重要的战略策略与实施途径，很好地推进了绿色转型模式的发展，已成为中国未来发展的长久战略选择。生态文明是自然资源分配利用中相对重要的一部分，而自然资源等战略性储备物资的使用状况也已经严重影响到区域经济、生态等方面的可持续发展。２０世纪８０年代，美国著名生态学家Ｏｄｕｍ提出了能值分析理论，他认为各种系统都是由不同能量所构成，且生态系统中不同事物的能量值之间也存在着本质性的差异，不能通过简单的处理、分析来核算。而能值指标为生态系统内各类别物质能量转换为同一标准提供了可实现的途径，方便进行定量分析［１－２］。

２０世纪９０年代，由加拿大生物学家Ｗａｃｋｅｒｎａｇｅｌ等提出的生态足迹模型，实现了定量分析生态环境的可持续发展能力［２］，应用非常广泛。同时该模型还将生态系统的自动净化能力、生态足迹的多样性以及资源的可再生性等性质考虑在内，模型思路简洁明朗，发展迅速，成为度量环境可持续发展能力的一种重要手段［３－１２］。本文采用２００１－２００９年间湖北省的各项统计数据资料，在生态足迹的框架下，将各种能量统一转换为对应的生产性土地面积，实现对区域生态足迹与生态承载力的定量比较与动态性分析，并依据生态承载力与生态足迹之间的差值来判断湖北省内资源供需与自然禀赋之间的安全和谐状况，从而衡量区域环境的可持续发展能力，并提供建议。同时还引入生态足迹多样性指数、万元ＧＤＰ生态足迹、生态经济系统发展能力等指标来衡量区域生态环境的可持续性与自我更新调节能力，对湖北省生态可持续性进行多方位分析与研究。为政府制定出全面的发展规划和财政政策提供科学依据。

一、模型的确定与指标选择

生态足迹是指维持一个国家或地区的人口生存所需要的以及能够吸纳人类所排放的废物、具有生态生产力的地域总面积。是从定量化视角研究自然生态影响的有效指标［１２－１５］。本文主要将能值分析方法与生态足迹理论框架相结合，同样遵循生态足迹的２个基本事实，即：①人类能够估计自身消费的大多数资源、能源及其所产生的废弃物数量；②这些资源和废弃物能折算成生产和吸纳这些资源和废弃物的生产性土地面积。这需要将各种不同类型、等级的能量流通过能值转换率，折算成可以直接进行加减运算的太阳能值，再依据能值密度，将各消费项目的太阳能值核算为相对应的生产性土地面积，从而计算出研究区域的生态足迹和生态承载力，由此判断区域的可持续发展状况［１６－２６］。

１．基于能值分析理论的生态足迹模型

（１）各主要消费项目的能值核算。依据公式（１）［６］，借助能值转换率，折算出各项目的太阳总能值以及人均太阳能值：能值＝各项有效能量×能值转换率（１）（２）生态承载力量算。可利用的自然资源中，可再生资源具有非常重要的作用。相比非可再生资源而言，可再生资源因其再生速率快，能够被人类持续不断利用，而受到广泛的关注。所以在生态承载力量算时，只考虑可再生资源指标的核算［６］：Ｅａ＝ａ／Ｐｉ（２）式（２）中，Ｅａ表示人均生态承载力；ａ表示可更新资源的人均太阳能值；表示全球平均能值密度。（３）生态足迹折算。研究各地区生态系统的总能值折算主要考虑太阳辐射能、风能、雨水化学能等５项可更新自然资源，依据Ｏｄｕｍ的研究，为避免重复计算，同样选择最大能值作为区域总能值。其表达式为［６］：ｐ２＝区域总能值／区域总面积（３）其后需要将消费项目的能值转换为对应的生产性土地面积。生态足迹的计算，主要包含生物资源消费与能源资源消费两项。公式为［６］：Ｅｆ＝∑Ａｉ＝∑ｅｉ／ｐ２（４）式（４）中，Ｅｆ表示人均生态足迹；ｉ表示自然资源类型；Ａｉ表示第ｉ种资源的人均生态足迹；ｅｉ表示第ｉ种资源的人均能值；；ｐ２表示研究地区能值密度。（４）生态赤字或盈余。通过比较人均生态足迹与人均生态承载力的差值来动态衡量研究地区生态环境的可持续发展状况。

２．湖北省生态可持续性评价指标

（１）生态足迹多样性指数。其公式为：Ｄ＝－∑ＲｉＬｎＲｉ（５）该指数的计算主要借鉴Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｗｅａｖｅｒ公式，式中Ｄ是多样性指数；Ｒｉ为第ｉ种土地类型在总生态足迹中所占的比例。Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｗｅａｖｅｒ公式是一个复合函数形式，主要从丰裕度和公平度两个方面对生态经济系统中的自然资源和能源资源的分配状况进行研究，资源分配的公平性越高表明区域的生态足迹多样性就越高［７］。（２）万元ＧＤＰ生态足迹。公式为：万元ＧＤＰ生态足迹＝区域总人口生态足迹／区域ＧＤＰ（６）万元ＧＤＰ足迹主要用于反向表征各项资源的利用效率以及效率之间的差异，万元ＧＤＰ足迹指标越高，则资源利用效率越低，说明土地的产出效率也就越低［８］。（３）生态经济系统发展能力。生态经济系统发展能力（Ｃ）是由生态足迹乘以从系统组织角度推导的生态足迹多样性指数得到的［７］，ｅｆ为生产性土地面积，公式为：Ｃ＝ｅｆ×（－∑ＱｉＬｎＱｉ）（７）

二、湖北省生态环境可持续性的评价分析

１．湖北省生态足迹的能值核算

（１）人均生态承载力。湖北省土地总面积为１．８５９×１０１１ｍ２，２００１－２００９年的总人口分别为５９７４、５９８７、６００１、６０１６、６０３１、６０５０、６０７０、６１１０、６１４１万人，文中引用的社会经济、人口、资源环境的原始数据均来自２００２－２０１０年的《湖北省统计年鉴》和各年份的《中国农业分析报告》。依据相关文献［９－１１］可知，全球年均总能值为１．５８３×１０２５ｓｅｊ，全球平均能值密度ｐ１为３．１０４×１０１４ｓｅｊ／ｈｍ２，根据上式（１）计算出湖北省人均生态承载力如表１所示。依据核算结果可知，湖北省年均总能值为５．３９１×１０２１ｓｅｊ。表１中对于太阳辐射能、风能、雨水势能、雨水化学能和地球旋转能的计算，参见相关文献［１２］。（２）人均生态足迹。根据公式（２）计算得湖北省能值密度ｐ２为２．９０×１０１４ｓｅｊ／ｈｍ２，并依据公式（３）计算得湖北省２００１－２００９年内各种消费指标的人均生态足迹如表２所示。从表２中各项结果可以看出，生态资源和能源资源的总量都在不断上升，其中生态资源的年平均增长比率为４．６％，能源资源的年平均增长比率为１４．５％，由此可见能源资源的需求与消耗的年平均增长比率是生态资源的３倍左右。湖北省９年内人均消费水平和能源需求量都在不断上涨，其中经济发展是导致能源资源需求进一步增加的主要原因。而生态资源和能源资源需求的上涨则是导致湖北省人均生态足迹不断上升的直接原因。（３）人均生态赤字。从表３核算结果可知，湖北省人均生态足迹从２００１年的６．３９０ｈｍ２／人增至２００９年的８．１０６ｈｍ２／人。按世界环境与发展委员会的报告建议，应留出１２％的生产性土地面积来保护生态足迹多样性。所以在人均生态承载力中扣除１２％的生态足迹多样性保护土地后，实际可供利用的面积仅为０．２４８ｈｍ２／人。因此，可以得出：２００１—２００９年内湖北省的生态足迹均远远超过其生态承载力，生态赤字由２００１年的６．１４２ｈｍ２／人扩张到２００９年的７．８５８ｈｍ２／人。计算结果表明，湖北省对生态环境的影响与破坏远远超出了其生态承载力的范围，其中，各类生产性土地面积对总的生态足迹的贡献率大小依次为：耕地＞水域＞化石燃料用地＞牧草地＞林地＞建筑用地。