基于生態(tài)足跡模型的安徽池州市可持續(xù)發(fā)展研究

基于生態(tài)足跡模型的安徽池州市可持續(xù)發(fā)展研究

1生態(tài)足跡與可持續(xù)發(fā)展指數(shù)生態(tài)行為分析方法是一種測量和生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的定量方法，也是一種測量和影響人類活動與生態(tài)系統(tǒng)之間的新形式。生態(tài)足跡模型通過跟蹤人類利用的消費(fèi)品和產(chǎn)生的大部分廢棄物,估算生產(chǎn)和維持這些消費(fèi)品的資源以及同化廢棄物所需要的生物生產(chǎn)性土地面積,將生態(tài)足跡與研究區(qū)實(shí)際的生態(tài)承載力進(jìn)行對比可揭示出研究區(qū)的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r,由于其新穎的視角倍受世界各國關(guān)注,被譽(yù)為是近20年來定量測量可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域最重要的進(jìn)展。生態(tài)足跡(EcologicalFootprint,EF)是指在一定的經(jīng)濟(jì)規(guī)模條件下,維持特定人口的資源消費(fèi)和廢棄物消納所必需的生物生產(chǎn)土地面積,包括化石能源地、耕地、林地、草地、建筑地、水域6種類型。生態(tài)足跡概念最早由Rees于1992年提出,Wackernagel對其理論、方法作了進(jìn)一步完善,其基本思想是將人類消費(fèi)需要的自然資產(chǎn)轉(zhuǎn)化為土地面積,并于自然界提供的自然資產(chǎn)(生態(tài)承載力)進(jìn)行比較,以此來判斷人類對自然資產(chǎn)的過度利用情況。以生態(tài)足跡表征人類可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r有6個假設(shè)前提:(1)人類對資源的消費(fèi)量和廢物流量可折算為土地面積;(2)可獲得資源的年消費(fèi)量和產(chǎn)生的廢物量;(3)可賦予不同類型土地面積一定權(quán)重,將其轉(zhuǎn)換成一個標(biāo)準(zhǔn)化的全球公頃單位;(4)各種土地利用都是排他性的;(5)人類消費(fèi)需要的自然資產(chǎn)與自然提供自然資產(chǎn)可直接對比;(6)人類需求可超過供給。國際上生態(tài)足跡研究方法主要有三種:(1)綜合法,由Wackernagel等創(chuàng)立,是應(yīng)用最長、范圍最廣的一種方法;(2)成分法,由Simmons等于1998年提出,主要應(yīng)用于小尺度生態(tài)足跡的研究;(3)投入產(chǎn)出法,由Bicknell等提出,并經(jīng)Ferng、Lenzen、Senbel等進(jìn)行了改進(jìn),在國際貿(mào)易、消費(fèi)、產(chǎn)業(yè)等經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域應(yīng)用較廣。生態(tài)足跡方法自提出以來,在全球、國家尺度上得到了廣泛的應(yīng)用。世界野生生物基金會(WWF)決定自2000年起每兩年公布一次世界各國的生態(tài)足跡,目前已有20多個國家利用生態(tài)足跡指標(biāo)計算各類可持續(xù)發(fā)展和承載力問題。國內(nèi)生態(tài)足跡研究始于1999年,理論研究多圍繞生態(tài)足跡理論與方法而展開,雖取得了不少成果,但與國外先進(jìn)水平比較尚有一定差距,應(yīng)用層面,多位學(xué)者采用不同研究方法在全國尺度[21~24]、省級區(qū)域尺度[25~28]、地(市)級尺度對生態(tài)足跡進(jìn)行過靜態(tài)或時間序列研究。文獻(xiàn)檢索表明,學(xué)者對宏觀、中觀尺度研究較多,地(市)級的微觀尺度相對較少,近年來,我國地(市)級尺度區(qū)域城市化、工業(yè)化水平不斷提升,經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛,給區(qū)域生態(tài)環(huán)境帶來了較大壓力,研究其生態(tài)足跡并評價其可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)意義重大。安徽省池州市是國家首個生態(tài)經(jīng)濟(jì)示范區(qū),也是“生態(tài)安徽”建設(shè)首批綜合示范市,其可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)的動態(tài)測度研究具有代表性、典型性。2001年以來,快速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)對生態(tài)環(huán)境形成了較大壓力,可持續(xù)發(fā)展面臨較大挑戰(zhàn),基于此,本文采用模型研究、文獻(xiàn)分析、比較研究等方法,研究2001~2010年生態(tài)足跡與生態(tài)承載力動態(tài)變化,旨在定量揭示出池州經(jīng)濟(jì)發(fā)展對生態(tài)環(huán)境的影響,可為池州市政府準(zhǔn)確把握可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r提供依據(jù),也可為同類地級市可持續(xù)發(fā)展測度研究提供示范。2池州市北帶地區(qū)北帶風(fēng)導(dǎo)因子資源量和水文量池州市位于安徽省西南部,長江下游南岸,介于東經(jīng)116°38′~118°05′,北緯29°33′~30°51′之間,總面積8272km2。池州市地貌類型以丘陵山地為主,氣候?qū)倥瘽裥詠啛釒Ъ撅L(fēng)氣候,年平均氣溫16.5°C,平均降水量1400~2200mm。植被類型具有北亞熱帶典型特征,有常綠闊葉林、常綠落葉闊葉混交林、落葉闊葉林、針葉林、竹林等,還有一些栽培的亞熱帶經(jīng)濟(jì)林木。池州市擁有較豐富的森林、水、礦產(chǎn)等資源。水資源總量為67.9億m3,森林蓄積量為2570萬m3,森林面積466.67萬hm2,森林覆蓋率為57.85%。2010年,池州市總?cè)丝跒?60.46萬,GDP總量為300.84億元,城鄉(xiāng)居民人均可支配收入15997元,農(nóng)民人均收入5827元。3數(shù)據(jù)來源與研究方法3.1能源轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)本研究中2001~2010年數(shù)據(jù)來源于池州統(tǒng)計年鑒(2002~2011),計算過程由二部分構(gòu)成:生物資源生態(tài)足跡、能源生態(tài)足跡。生物資源主要包括農(nóng)產(chǎn)品、動物產(chǎn)品、水產(chǎn)品、水果、木材和林產(chǎn)品。能源包括煤、石油、電力和天然氣。能源折算系數(shù)和熱能轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)選取學(xué)術(shù)界普遍采用值:1t原煤=0.7143tce,1t原油=1.4286tce,1m3天然氣=1.33kgce,1kWh電力=0.1229kgce,1kgce熱能=7000kcal,1kcal=4.1868kJ,1MJ=1×106J,1GJ=1×109J。全球平均足跡(ghm2),煤及煤制品為55GJ/ghm2·年,石油及石油制品為73GJ/ghm2·年,天然氣為93GJ/ghm2·年,電力為1000GJ/ghm2·年。3.2學(xué)習(xí)方法3.2.1生態(tài)足跡均衡因子生態(tài)足跡三種計算方法中,應(yīng)用頻率最高的有綜合法、投入產(chǎn)出法,由Wackernagel等創(chuàng)立的綜合法,具有科學(xué)完善的理論基礎(chǔ),形象明了的概念框架,精簡統(tǒng)一的指標(biāo)體系,因而,得到了國內(nèi)外學(xué)者和機(jī)構(gòu)的廣泛應(yīng)用,本文采用此方法,模型公式為:式中,ef為人均生態(tài)足跡;bc為人均生態(tài)承載力;ed(er)表示人均生態(tài)赤字或人均生態(tài)盈余;j為生物生產(chǎn)土地的類型,包括耕地、林地、草地、水域、能源用地、建筑用地6類;rj為j類土地利用的均衡因子;i為消費(fèi)項目類型;ci為i商品的人均消費(fèi)量;gpi和lpi分別指第i種消費(fèi)項目單位面積的全球產(chǎn)量和研究區(qū)域平均產(chǎn)量;YFi指產(chǎn)量因子;nyi為第i消費(fèi)項目的區(qū)域總產(chǎn)量。均衡因子、產(chǎn)量因子是影響生態(tài)足跡和生態(tài)承載力計算結(jié)果的關(guān)鍵因素。均衡因子不同學(xué)者或研究機(jī)構(gòu)結(jié)果不一,劉某承等從凈初級生產(chǎn)力視角對中國各地生態(tài)足跡均衡因子作了測算。筆者認(rèn)為,NPP是綠色植物在單位面積、單位時間內(nèi)所累積的有機(jī)物數(shù)量,是由光合作用所產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)總量中扣除自氧呼吸后的剩余部分,它直接反映不同生態(tài)系統(tǒng)中植物群落在自然或人工環(huán)境條件下的真實(shí)生產(chǎn)能力,因此,利用不同土地類型的NPP來計算均衡因子具有理論上的合理性,本研究采用其研究結(jié)果。國內(nèi)外學(xué)者對產(chǎn)量因子的引用存在可變單產(chǎn)法、不變單產(chǎn)法、混合法(耕地、建筑用地產(chǎn)量因子依研究區(qū)域每年糧食平均產(chǎn)量與全球平均產(chǎn)量比較得出,其余采用Wackernagel在計算中國生態(tài)足跡時采用的值)三種,為了使計算結(jié)果具有可比性,本文采用不變單產(chǎn)法(表1)。3.2.2各因素之間的關(guān)聯(lián)分析灰色預(yù)測是一種對含有不確定因素的系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測的方法。通過鑒別系統(tǒng)因素之間發(fā)展趨勢的相異程度,即進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析,并對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行生成處理來尋找系統(tǒng)變動的規(guī)律,生成有較強(qiáng)規(guī)律性的數(shù)據(jù)序列,然后建立相應(yīng)的微分方程模型,從而預(yù)測事物未來發(fā)展趨勢的狀況,具體建模過程可參見文獻(xiàn)。4結(jié)果分析4.1生態(tài)足跡分析以池州統(tǒng)計年鑒(2002~2011)相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)資料,利用公式(1),計算可得池州市人均生態(tài)足跡如表2;利用公式(2),可得池州市人均生態(tài)承載力如表3;利用公式(3)可得池州市人均生態(tài)足跡盈虧如表4。由表2、表3可知,2001~2010年,池州市人均生態(tài)足跡與人均生態(tài)承載力均有所上升,人均生態(tài)足跡由2001年的1.2458hm2/人增加至2010年的2.2483hm2/人,年平均增長11.14%;人均生態(tài)承載力從2001年的0.4013hm2/人上升至2010年的0.4217hm2/人,年平均增長0.23%,人均生態(tài)足跡增長速度明顯高于人均生態(tài)承載力增長速度。由表4的生態(tài)足跡供需狀況可以看出,2001~2010年池州生態(tài)足跡需求大于供給,生態(tài)足跡一直處于赤字狀態(tài),赤字?jǐn)?shù)量由2001年的0.8445hm2/人上升至2010年的1.8266hm2/人,年平均增長10.91%,上述結(jié)果表明:2001~2010年,池州市人類生產(chǎn)消費(fèi)活動負(fù)荷超過了其生態(tài)安全度,生態(tài)供需矛盾尖銳,生態(tài)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性日漸增強(qiáng)。生態(tài)足跡增長源于人均消費(fèi)物質(zhì)量的不斷增加,生態(tài)足跡赤字不斷擴(kuò)大意味著對自然資源利用強(qiáng)度的加劇。究其原因,同人口增加、居民消費(fèi)水平上升及能源消費(fèi)量增加有關(guān),2001~2010年,池州市人口、居民消費(fèi)水平、能源消費(fèi)量年均增長率分別為0.43%、22.93%、65.17%。將人均生態(tài)足跡、居民消費(fèi)水平、能源消費(fèi)量進(jìn)行偏相關(guān)分析,人均生態(tài)足跡與居民消費(fèi)水平相關(guān)系數(shù)為0.844,t檢驗(雙側(cè))的sig值(即P值)小于0.05,在0.05水平上顯著,人均生態(tài)足跡與能源消費(fèi)量相關(guān)系數(shù)為0.945,t檢驗的sig值小于0.01,在0.01水平上顯著,表明池州人均生態(tài)足跡上升及生態(tài)赤字?jǐn)U大同居民消費(fèi)水平的提升、能源消費(fèi)量的增加存在較大關(guān)聯(lián)。4.2生態(tài)行為結(jié)構(gòu)的變化趨勢(1)根據(jù)池州市生態(tài)遺跡的組成圖1，從2001年到2010年，各種生態(tài)遺跡都呈現(xiàn)上升趨勢。耕地年上升幅度為0.35%，牧場年上升幅度為1.86%，水面年上升幅度為3.38%。林地年上升幅度為44.92%，下降幅度很小。金石能源地的年平均增長為83.75%。建設(shè)用地年平均增長為77.25%，增長幅度較大。分析其原因與經(jīng)濟(jì)增長率和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)有關(guān)。2001年至2010年，池塘經(jīng)濟(jì)增長率為12.65%，2006年至2010年，年平均增長率為15.3%，超過安徽省經(jīng)濟(jì)增長率的1.9個百分點(diǎn)，超過全國經(jīng)濟(jì)增長率的4.1個百分點(diǎn)。它是快速發(fā)展的。就經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)而言，第二產(chǎn)業(yè)的比例從2001年的31.52%增加到2010年的46.62%。工業(yè)經(jīng)濟(jì)和固定資產(chǎn)投資是經(jīng)濟(jì)驅(qū)動的主要推動力。經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和第二產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)需要足夠的資源和能源來支持。因此，石化能源和建設(shè)用地的生態(tài)軌跡迅速增加(2)生物資源足跡總體下降,但能源生態(tài)足跡的重要食由池州人均生物資源生態(tài)足跡與能源足跡比例構(gòu)成(圖2)可以看出,人均生物資源生態(tài)足跡平均所占比例達(dá)76.11%,人均能源足跡平均所占比例為23.89%,說明池州居民物質(zhì)生活水平的消費(fèi)是導(dǎo)致較高生態(tài)足跡的主要因素,為生態(tài)足跡的主要貢獻(xiàn)者。2001~2010年,人均生物資源足跡總體呈下降趨勢,而人均能源生態(tài)足跡呈上升趨勢;2006~2010年,人均能源生態(tài)足跡所占比例平均達(dá)32.07%,為生態(tài)足跡的重要貢獻(xiàn)者。究其原因,同池州工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展有關(guān)。2006年以來,池州實(shí)施了“工業(yè)強(qiáng)市”戰(zhàn)略,工業(yè)經(jīng)濟(jì)呈高速增長態(tài)勢,工業(yè)經(jīng)濟(jì)對經(jīng)濟(jì)增長貢獻(xiàn)率由2005年36.37%提高到2010年的46.62%,工業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速增長需要消耗大量能源,由此形成了較高的能源生態(tài)足跡。4.3資源績效的對比分析池州市萬元GDP生態(tài)足跡(圖3)顯示:萬元GDP生態(tài)足跡由2001年的2.98hm2/萬元下降至2010年的1.20hm2/萬元,平均年降幅為19.78%。研究時期內(nèi),萬元GDP生態(tài)足跡降幅可發(fā)為兩個階段:2001~2004年,年降幅較少,平均年降幅為15.67%,2005~2010,降幅較大,平均年降幅為21.83%。之所以出現(xiàn)上述情況,同池州市的資源、能源績效有關(guān),2000年池州撤地建市,在國家宏觀產(chǎn)能政策寬松及池州工業(yè)基礎(chǔ)薄弱的背景下,政府放松了高能耗、高排放、低效益企業(yè)的準(zhǔn)入門檻,小水泥、小煤窯、小鋼鐵等企業(yè)(多是民營企業(yè))紛紛上馬,這些企業(yè)設(shè)備落后,生產(chǎn)績效差,使萬元年GDP生態(tài)足跡較高。2005年以來,池州市政府積極響應(yīng)國家號召,強(qiáng)力推進(jìn)節(jié)能減排,淘汰了一大批小火電、小水泥、小煤窯等落后產(chǎn)能,優(yōu)化了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),同時,積極發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì),資源、能源利用效率逐步提高,從而,使萬元GDP生態(tài)足跡降幅明顯。4.4均生態(tài)痕跡分析由池州人均生態(tài)足跡、萬元GDP生態(tài)足跡與安徽省及全國平均水平比較表5可知,2003年,池州人均生態(tài)足跡均低于安徽省及全國平均水平,表明池州人均消費(fèi)的物質(zhì)量較少,經(jīng)濟(jì)發(fā)展及居民消費(fèi)水平較低,而生態(tài)赤字高于全國平均水平,表明池州生物供給力過小,土地的平均產(chǎn)出率較低。池州萬元GDP生態(tài)足跡均高于安徽省及全國平均水平,說明池州資源、能源利用率較低,經(jīng)濟(jì)發(fā)展粗放,發(fā)展質(zhì)量較差。4.5預(yù)測模型建立假設(shè)社會經(jīng)濟(jì)和自然資源利用均維持現(xiàn)行發(fā)展趨勢(慣性發(fā)展情景),即影響生態(tài)足跡的居民消費(fèi)水平、能源消費(fèi)量因素與2001~2010年保持一致,以池州市2001~2010年人均生態(tài)足跡、人均承載力(表2、表3)及萬元GDP生態(tài)足跡值作原始數(shù)據(jù)序列,將其輸入灰色GM(1,1)預(yù)測模型系統(tǒng),運(yùn)行建模計算,可得預(yù)測結(jié)果如表6,預(yù)測檢驗如表7。(2)池州市經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展,生態(tài)痕跡加大由表6可知,池州市2015年人均生態(tài)足跡將達(dá)到3.2336hm2/人,2020年將升至4.4896hm2/人,人均生態(tài)足跡赤字2015年將擴(kuò)大到2.7926hm2/人,2020年將增至4.0308hm2/人,由此表明:隨著池州市經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展,居民消費(fèi)水平與能源消費(fèi)量的提高,池州市未來人均生態(tài)足跡將進(jìn)一步攀升,人均生態(tài)赤字將進(jìn)一步擴(kuò)大,生態(tài)足跡供需矛盾會進(jìn)一步加劇,發(fā)展的風(fēng)險性和不穩(wěn)定性增加,可持續(xù)發(fā)展將面臨巨大挑戰(zhàn)。萬元GDP生態(tài)足跡2015年將降至0.7501hm2,2020年降至0.4390hm2,表明池州節(jié)能減排尚有一定空間,能源利用率還可進(jìn)一步提高。5人工干預(yù)生態(tài)痕跡下降,土地多種資源豐富,能源生態(tài)足跡上升,城市(1)依據(jù)生態(tài)足跡計算綜合法,以池州統(tǒng)計年鑒(2002~2011)相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),對2001~2010年安徽省池州市人均生態(tài)足跡作了測度分析,揭示出在研究時間序列內(nèi),池州市人均生態(tài)足跡與人均生態(tài)承載力均有所上升,但人均生物供給速度遠(yuǎn)不及人均生態(tài)足跡需求速度,生態(tài)足跡一直處于赤字狀態(tài),且赤字呈逐年擴(kuò)大態(tài)勢,由此表明:池州市人類生產(chǎn)消費(fèi)活動負(fù)荷已超過其生態(tài)安全度,生態(tài)供需矛盾尖銳,發(fā)展的風(fēng)險性和不穩(wěn)定性在增加,生態(tài)已處于不安全狀態(tài)。(2)居民消費(fèi)所致的生物資源生態(tài)足跡所占比例高,能源消費(fèi)所致的生態(tài)足跡所占比例低,但生物資源生態(tài)足跡呈下降態(tài)勢,而能源生態(tài)足跡呈上升態(tài)勢,2006~2010年,增幅最明顯。池州市萬元GDP生態(tài)足跡呈下降態(tài)勢,2001~2004年,降幅較少;2005~2010,降幅較大。(3)池州人均生態(tài)足跡與居民消費(fèi)水平及能源消費(fèi)量呈正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.844、0.945,是池州生態(tài)足跡變化的主要驅(qū)動因素。(4)灰色GM(1,1)模型預(yù)測表