1、生态足迹视角下河南省生态承载力研究 王丽萍 河南理工大学环境经济与技术创新研究中心 摘 要： 运用生态足迹理论测算了 20082014 年河南省的生态足迹总量与生态承载力, 对比分析了生态足迹与生态承载力的关系与内部结构的变动趋势。研究表明:总体而言, 河南省的人均生态足迹已超过人均生态承载力, 2014 年的生态赤字为1.2782hm2, 比 2008 年增加了 0.1135hm2;人均生态足迹一直是生态承载力的2.7 倍之多。从各类生产性土地的生态盈余变动看, 耕地和建筑用地有一定的盈余空间, 林地在 2014 年已出现了赤字, 草地、水域地和化石能源的生态赤字不断加大, 可见河南省的生态
2、环境形势十分严峻。关键词： 人均生态足迹; 生态承载力指数; 可持续发展; 河南省; 作者简介：王丽萍 (1977-) , 女, 山西省昔阳人, 博士, 教授, 硕士生导师, 主要从事环境经济与产业发展研究。收稿日期：2017-10-12基金：国家社科基金一般项目“生态足迹视角下我国污染产业时空转移机制与环境管制政策研究” (编号:16BJY061) Study on Ecological Carrying Capacity of Henan Province in Perspective of Ecological FootprintWANG Li-ping Research Center
3、for Environmental Economy and Technological Innovation, Henan Polytechnic University; Abstract： Based on the ecological footprint theory, this paper estimated the ecological footprint and the ecological capacity of Henan Province from 2008 to 2014, and analyzed the relationship between ecological fo
4、otprint and ecological capacity and the changing trend of the internal structure. The results showed that: Overall, the per capita ecological footprint of Henan Province exceeded the per capita ecological carrying capacity, the ecological deficit was 1. 2782 in 2014, compared to 2008 increased by 0.
5、 1135 hectares, the per capita ecological footprint was 2. 7 times of the ecological carrying capacity. From the change trend of ecological surplus of every productive land, cultivated land and buildings had some surplus space, woodland had appeared deficit in 2014, the ecological deficit in grassla
6、nd, water and fossil energy land were increasing. Therefore, the situation of ecological environment of Henan Province was very serious.Keyword： average ecological footprint; ecological carrying capacity index; sustainable development; Henan Province; Received： 2017-10-121 引言我国明确提出要坚持绿色发展, 走生态文明可持续发
7、展之路, 并将生态文明建设第一次写入国家的五年规划, 由此可见, 在“十三五”期间我国对构建人与自然和谐社会的高度重视。今后五年, 河南省正处于工业化、城镇化、信息化和农业现代化建设的攻坚阶段, 社会经济发展对生态系统的依赖性比以往任何时候都要强。在此背景下, 研究河南省的生态承载力状况具有重要的现实意义。一方面, 作为全国的人口大省、农业大省和经济大省, 河南省的生态环境质量好坏直接关系到全国生态文明建设的成败;另一方面, 当前河南省的生态环境质量的确令人堪忧。以省会郑州市为例, 在 20132016 年 (16 月份) 国家环保部公布的全国 74 个城市空气质量综合指数排名中, 郑州连续排
8、在倒数十名以内, 甚至倒数前三名占有较大比重, 由此暴露出河南省面临的生态环境形势非常严峻, 资源环境与生态恶化趋势尚未得到根本性扭转。鉴于此, 本文选取河南省作为研究对象。Park 等1于 1921 年首次使用了生态承载力这一概念, 意思是指在特定的环境条件下, 一定范围内允许存在的最多生物量, 故也称为“生态容量”。随着 20世纪全球性环境公害事件的频频发生, 引发了人们对生态系统状况和生态功能的关注, 针对旅游资源、环境资源、土地资源、水资源等自然资源生态承载力的研究成果不断涌现出来2-8。伴随着对单项资源生态承载力认识的日益深入, 人们越来越认识到各系统之间的相互作用和相互联系的重要性
9、, 复合生态系统的承载力研究应运而生9,10, 其应用范围涉及城市生态系统、流域生态系统、农业生态系统、校园生态系统、纺织产业、产业布局与各类工业生态系统11-22。该理论也被不断改进和丰富, 如有学者提出应在现有账户中增设水足迹账户、碳足迹账户、污染足迹账户等;还有学者提出各类生产性土地的功能具有多样性和替代性, 而现有模型假定土地之间存在排斥性23-29。尽管如此, 考虑到数据收集的可获得性和计算结果的可比性等问题, 目前在计算从自然生态系统索取的资源量时主要还是分为能源资源和生物资源两类消费账户。因此, 本文主要针对河南省能源资源和生物资源这两个消费账户进行计算。生态足迹是一种定量测度人
10、类生产生活对自然生态系统影响的方法, 并以此评价资源利用程度和区域生态的安全状况。简单说, 即人类社会活动消耗的自然资源通常是用折算后的生态生产性土地面积来表示, 具体计算公式为:式中, EF 为生态足迹 (hm) ;N 为人口总量;ef 为人均生态足迹规模 (hm) ;r j为均衡因子;i 为消费项目;A i为第 i 种消费项目人均消费量折算的生态生产性土地面积 (hm) ;C i为第 i 种消费项目的人均年消费量, 该值等于第 i 项的消费总量与总人口的比值, 年消费总量等于当年产出与进口之和再减去出口的量;P i为相应的生态生产性土地生产第 i 项消费项目的年平均生产力。生态承载力是指一
11、个地区拥有的可供人类社会活动使用的各种生态生产性土地面积的总和。生态生产性土地是指具有环境调节功能、修复和改善生态环境质量、维持生态系统平衡的功能性土地或水域, 主要包括耕地、草地、林地、化石能源地、建筑用地和水域共六类。生态承载力的计算公式为:式中, EC 为生态承载力 (hm) ;N 为人口数量;ec 为人均生态承载力 (hm) ;a j为均衡因子;r i为产量因子;Y i指某国家或某地区的 i 类土地的平均生产力;Y wi指 i 类土地的全球平均生产力;y i=Yi/Ywi, 即 yi为某国家或某地区的 i 类土地的相对生产力。生态足迹是从需求角度反映人类活动对自然界的索取, 而生态承载
12、力是从供给角度揭示自然界的承载能力。如果一个地区的生态承载力小于生态足迹, 表明人类活动对生态系统的索取过多, 超过了生态系统自身的容量, 生态系统处于恶化状态, 社会经济发展具有不可持续性;反之, 则表明生态系统处于盈余状态, 人与自然是和谐共处的。2 河南省生态足迹计算2.1 研究区概况河南省地处我国的中东部地区, 地跨长江、淮河、黄河、海河等四大流域, 位于 31233622N、1102111639E 之间, 地域面积 16.710km, 约占我国国土总面积的 1.73%, 居第十七位。河南省的地形以平原和盆地为主, 约占我国土地总面积的 55.7%, 且大部分地区位于暖温带, 全年无霜
13、期为 189240 天, 适宜多种农作物生长。河南省也是我国的人口大省 (人口总量居全国第一位) 和经济大省 (GDP 总量居全国第五位) 。2.2 能源消费账户河南省的能源消费项目主要包括各类初级能源矿产资源和电力的消费。考虑到全球平均能源足迹是按照能源热量进行计算的, 因此本文在计算过程中首先利用各种能源的单位能源发热量将消费量折算为热量 (能量单位 1GJ=10J) , 再利用世界上单位化石燃料生产性土地类型的平均发热量作为标准, 将河南省能源消费所消耗的热量折算成一定的化石能源土地面积, 并结合历年的人口数据计算得出河南省 20082014 年各能源消费品种对应的人均能源足迹 (表 1
14、) 。从表 1 可见, 在河南省的能源消费账户中, 原煤的人均生态足迹最大, 其次是焦炭、原油、柴油和汽油, 第三是电力、天然气和燃料油。相比之下, 河南省对煤油的消费最少。表 1 20082014 年河南省人均能源足迹 下载原表 2.3 生物资源消费账户根据河南省统计年鉴中生物资源消费项目中有关粮食、油料、棉花、烟叶、蔬菜、肉类、水产品等的年消费量, 对应全球生物资源的平均产量, 并结合当年的河南省人口, 计算得出 20082014 年河南省人均生物资源需求, 结果见表2。表 2 20082014 年河南省人均生物资源足迹 下载原表 从表 2 可见, 20082014 年河南省肉类、水产品、
15、粮食、蛋类和奶类是主要的消费品种, 人均需求较高, 除粮食需求大幅下降之外, 肉类、水产品和奶类的消费规模都呈增长态势, 增幅接近 30%, 蛋类商品的消费水平基本平稳。值得一提的是, 瓜果在河南省各类消费项目中所占比重虽然不高, 但人均消费规模增幅最突出, 达到 50%。同时, 河南省棉花的消费量呈断崖式下滑, 2014 年比2008 年累计降低了 78%。此外, 河南省对甘蔗、茶叶的需求总量最少, 对麻类和林产品的消费规模也非常有限, 尚不足 1%, 这样的消费结构与河南省的经济发展水平、居民消费习惯、产业结构、自然地理环境等因素有关。2.4 河南省生态足迹所谓生态足迹就是人类对各类生产性
16、土地面积的利用总和。考虑到不同土地类型的生产能力不同, 本文引入均衡因子, 将各类土地转化为统一的、可比较的生物生产性土地面积, 均衡因子的取值参考了 Wackernagel 等的研究成果30, 将前文计算得到的河南省能源足迹和生物资源足迹加总就可得到河南省的人均生态足迹, 结果见表 3。表 3 20082014 年河南省人均生态足迹 下载原表 根据表 3 得出: (1) 从总量上看, 20082012 年河南省人均生态足迹呈逐年增加态势, 并且在 2012 年达到最高峰 (人均 2.087hm) , 2013 年开始下降, 2014年略微有小幅上扬 (增幅仅为 0.3%) 。虽然河南省人口增
17、长有可能导致人均生态足迹下降, 但人口增加同时也会引起消费品总量增加, 因此人均指标能较好地反映人类社会活动对生态系统的索取。进一步来看, 研究期间河南省的人口增长幅度为 0.07%, 同期各类生产型土地的人均生态足迹变化幅度均大大超过人口增幅, 因此由于人口因素导致的人均生态足迹下滑假设不成立。人均生态足迹下降反映出河南省对自然生态系统需求的增长态势得到遏制。 (2) 从各类土地的使用情况来看, 化石能源用地的人均生态足迹最高, 约为 1.2hm, 在人均生态足迹总量中始终占据 60%以上的份额, 说明河南省经济社会发展中对化石能源的依赖性较高是直接导致其生态足迹高位运行的主要原因;其次是草
18、地, 人均生态需求为 0.5hm, 且有逐渐增长态势, 反映出河南省居民对肉、蛋、奶、羊毛等草地类产品的需求较旺;此外, 人均建筑用地最低, 仅为 0.1hm;耕地、林地和水域用地的生态足迹介于 0.040.1hm 之间。 (3) 从各类生产性土地的变动趋势来看, 人均耕地需求逐年降低, 人均化石能源用地在 2012 年达到最大值, 与河南省人均生态足迹的总体变动规律完全一致。这也进一步反映出化石能源消费对人均生态足迹的巨大贡献, 以及对河南省实现生态系统平衡的重要性。其他四类生产性土地的人均生态足迹 2014 年比 2008 年都有不同程度的增加, 尤其是林地, 增幅高达 122.83%,
19、建筑用地、水域地和草地增幅依次为40.21%、30.78%和 27.05%。2.5 河南省生态承载力以国家统计局公布的各类土地面积为基准, 本文对河南省生态承载力进行了计算。考虑到不同土地间供给能力的差异性, 引入产量因子将各种类型的土地面积最终折算成具有全球可比性的全球 hm, 产量因子数据来自 Wackernagel 的数据。其中, 耕地和建设用地均为 1.66、林地 0.91、草地 0.19、水域1.0。20082014 年河南省人均生态承载力结果见表 4。从表 4 可见, 在不考虑化石能源用地的情况下, 除草地之外其他四类土地类型的生态供给能力都有不同程度的增加, 结果使河南省人均生态
20、承载力水平总体呈增加的态势, 2014 年达到 0.738hm。即使是扣除生物多样性保护需要的土地供给, 实际生产性土地面积也比 2008 年提高了 10%。其中, 水域用地的增幅最多, 几乎翻了一倍, 其次是建筑用地和林地, 耕地的供给面积基本稳定在 0.54hm。表 4 20082014 年河南省人均生态承载力 下载原表 3 河南省生态可持续性评价3.1 河南省生态盈余当一个地区人均生态足迹需求小于人均生态承载力供给时, 该地区出现生态盈余;当一个地区的人均生态足迹需求大于人均生态承载力供给时, 该地区出现生态赤字。根据前文计算出的生态足迹和生态承载力, 可分析河南省的生态盈余状况 (图
21、1) 。从图 1 可见, 河南省耕地和建筑用地有一定的生态盈余;林地的生态盈余在不断减少, 以至于 2014 年出现-0.005hm 的生态赤字;水域用地和草地的生态赤字逐年增加, 到 2014 年已分别出现赤字-0.11hm 和-0.54hm。由于本文没有考虑河南省留出专门的化石能源用地, 因此随着汽油、柴油等化石燃料使用量的不断攀升, 土地供给短缺越来越严重, 导致河南省总的生态盈余为负。此外, 从生态赤字的总体趋势来看, 2012 年河南省达到最高峰, 为-1.369hm, 此后两年都有所减缓。这主要是因为在 2012 年河南省能源需求达到最大值, 随后在节能减排等一系列政策高压之下,
22、能耗水平总体降低, 化石能源用地的生态赤字有所遏制, 在此基础上总的人均生态赤字得到扭转。图 1 河南省的生态盈余状况 下载原图3.2 河南省生态承载力指数生态承载力指数是指一定区域的生态足迹与生态承载力的比值, 生态承载力指数大于 1, 说明生态环境超载现象严重;生态承载力指数小于 1, 说明生态环境的盈余较多, 即生态环境的可持续性越优。根据前文河南省人均生态承载力和人均生态足迹计算得出河南省生态承载力指数, 结果见图 2。图 2 河南省生态承载力指数 下载原图从图 2 可见, 这些年河南省生态环境处于超负荷状况, 尤其是 2010 年的生态承载力指数高达 2.91, “十二五”期间的生态
23、压力虽然有所降低, 但生态足迹与生态承载力之间的矛盾依然尖锐, 生态系统正在退化, 生态环境的可持续性令人堪忧。这一研究结果与张爱菊等的研究结论不谋而合31。4 结论通过对河南省生态足迹和生态承载力的测算, 本文对河南省生态环境的可持续性进行了量化评析, 研究得出以下结论: (1) 总体而言, 河南省经济社会发展对资源环境的消耗已超过了自然生态系统应有的承受范围, 生态赤字从 2008 年的 1.1647hm 增加到 2014 年的 1.2782hm, 生态承载力指数虽然在 2010 年以后有所下降, 但下降幅度有所减缓且生态环境总体超负荷运行;2014 年生态承载力指数为 2.7381, 这
24、反映出河南省的生态环境形势仍然十分严峻, 生态系统超负荷运行带来的不可持续性应引起有关部门的高度重视。 (2) 从各类生产性土地的生态盈余状况来看, 耕地、建筑用地处于生态盈余状态, 草地、水域地和化石能源用地处于生态赤字状态, 林地在 2014 年出现盈转亏。但从动态发展趋势看, 耕地的盈余空间正在不断缩小, 且考虑到未来人口数量的增长、城镇化的推进和经济社会的发展, 对耕地、建筑用地的需求还将继续增加, 因此河南省各类土地的生态环境状况都不容乐观。 (3) 从生态足迹的结构来看, 化石能源用地一直独占鳌头, 约占人均生态足迹总量的 60%以上, 其次是草地, 占比约为 23%27%, 水域
25、用地占比 5%左右, 耕地占比从 2008 年的 4.4 下降到 2014年的 2.2%, 林地占比从 2008 年的 1.7%上升到 2014 年的 3.5%, 建筑用地维持在 0.5%的水平, 因此减少化石能源用地是河南省降低人均生态足迹的关键。此外, 巨大的化石能源需求不但给生态系统的修复与再生带来了障碍, 而且化石能源的开采和使用过程中产生的环境污染会进一步恶化生态系统。 (4) 该研究仍然存在一些不足, 生态承载力的内涵十分丰富, 随着统计资料的不断完善, 在可能的情况下应将河南省的生产性土地实际供给能力进行更准确的测算, 而不是按照一般方法进行折算。此外, 生态承载力的动态变化还需
26、结合其他经济社会发展指标做进一步的探讨和分析。参考文献1Park R E, Burgess E W.Introduction to the Science of SociologyM.Chicago:University of Chicago Press, 1921. 2Cohen J E.Population Growth and Earths Human Carrying CapacityJ.Science, 1995, 269 (5222) 341-346. 3Clark W C, Crutzen P J, Schellnhuber H J.Science for Global Sust
27、ainability:Toward a New ParadigmJ.Srn Electronic Journal, 2005, 15 (35) 837-868. 4Saveriades A.Establishing the Social Tourism Carrying Capacity for the Tourist Resorts of the East Coast of the Republic of CyprusJ.Tourism Management, 2000, 21 (2) 147-156. 5郭秀锐, 毛显强, 冉圣宏.国内环境承载力研究进展J.中国人口资源与环境, 2000,
28、 10 (3) 28-30. 6王书华, 毛汉英.土地综合承载力指标体系设计及评价:中国东部沿海地区案例研究J.自然资源学报, 2001, 16 (3) 248-254. 7Zhang L Y, Chung S S, Qiu J W.Ecological Carrying Capacity Assessment of Diving Site:A Case Study of Mabul Island MalaysiaJ.Journal of Environmental Management, 2016, 183 (1) 253-259. 8李赫龙, 林佳, 苏玉萍, 等.福建省水资源生态足迹时空
29、差异及演变特征J.福建师范大学学报 (自然科学版) , 2015, 31 (6) 109-117. 9Chayarat S, Sandhya B.Estimating the Carrying Capacity of Green Mussel Cultivation by Using Net Nutrient Removal ModelJ.Marine Pollution Bulletin, 2016, 112 (1-2) 235-243. 10向芸芸, 蒙吉军, 生态承载力研究和应用进展J.生态学杂志, 2012, 31 (11) 2958-2965. 11Peng J, Du Y Y, L
30、iu Y X et al.How to Assess Urban Development Potential in Mountain Areas?An Approach of Ecological Carrying Capacity in the View of Coupled Human and Natural SystemsJ.Ecological Indicators, 2016, (60) 1017-1030. 12郑辉, 石培基, 何娟娟.甘肃省生态足迹与生态承载力动态分析J.干旱区资源与环境, 2013, 27 (10) 13-18. 13刘东, 封志明, 杨艳昭.基于生态足迹的中
31、国生态承载力供需平衡分析J.自然资源学报, 2012, 27 (4) 614-624. 14Elisa S N, Enrique O.Carrying Capacity Using Energy and a New Calculation of the Ecological FootprintJ.Ecological Indicators, 2016, (60) 1200-1207. 15郭建军, 李凯, 江宝骅, 等.流域生态承载力空间尺度效应分析以石羊河流域为例J.兰州大学学报 (自然科学版) , 2014, 50 (3) 383-389. 16熊建新, 陈端吕, 彭保发, 等.洞庭湖区生
32、态承载力及系统耦合效应J.经济地理, 2013, 33 (6) 155-161. 17王家骥, 姚小红, 李京荣, 等.黑河流域生态承载力估测J.环境科学研究, 2000, 13 (2) 44-48. 18Stefan G, Carina Borgstrom H.Ecological Footprint Analysis as A Tool to Assess Tourism SustainabilityJ.Ecological Economics, 2002, 43 (2-3) 199-211. 19Jason V.Accessing Ecological Impact of an Univ
33、ersity the Ecological Footprint for the University of RedlandsJ.International Journal of Sustainability in Higher Education, 2001, 2 (2) 180-196. 20Lambrechts W, Van Liedekerkeb L.Using Ecological Footprint Analysis in Higher Education:Campus Operations, Policy Development and Educational PurposesJ.
34、Ecological Indicators, 2014, 45 (10) 402-406. 21Zhang LY, Chung SS, Qiu JW.Ecological Carrying Capacity Assessment of Diving Site:A Case Study of Mabul Island, MalaysiaJ.Journal of Environmental Management, 2016, 183 (1) 253-259. 22王维, 江源, 张林波, 等.基于生态承载力的成都产业空间布局研究J.环境科学研究, 2010, 23 (3) 333-339. 23D
35、avid P.Carrying Capacity ReconsideredJ.Population and Environment, 1999, 21 (1) 5-26. 24Vanham D, Bidglio G.A Review on the Indicator Water Footprint for the EU28J.Ecological Indicators, 2013, 26 (3) 61-75. 25Lin D, Wackernagel M, Galli A, Kelly R.Ecological Footprint:Informative and EvolvingA Respo
36、nse to Vanden Bergh and GraziJ.Ecological Indicators, 2015, 58 (5) 464-468. 26曹智, 闵庆文, 刘某承, 等.基于生态系统服务的生态承载力:概念、内涵与评估模型及应用J.自然资源学报, 2015, 30 (1) 1-11. 27周涛, 王云鹏, 龚健周, 等.生态足迹的模型修正与方法改进述评J.生态学报, 2015, 35 (14) 1-17. 28田龙, 张青峰, 张翔, 等.基于改进生态足迹模型的西北地区生态可持续性评价J.干旱区资源与环境, 2015, 29 (8) 76-81. 29王西琴, 高伟, 张家瑞.区域水生态承载力多目标优化方法与例证J.环境科学研究, 2015, 28 (9) 1487-1494. 30Wackernagel M, Rees W.Our Ecological Footprint:Reducing Human Impact on the EarthM.Canada:New Society Publishers, 1996. 31张爱菊, 张白汝, 向书坚.中部 6 省生态足迹的测算与比较分析J.生态环境学报, 2013, 22 (4) 625-631.
