皖南丘陵山区生态足迹与承载力研究皖南丘陵山区可持续发展的生态足迹分析以池州市为例

皖南丘陵山区生态足迹与承载力研究皖南丘陵山区可持续发展的生态足迹分析以池州市为例

1生态试验模型自可持续发展概念正式提出以来，人们逐渐意识到，人们必须在生态系统的支撑下生存。然而，如何量化和衡量区域发展的可持续性一直是可持续发展研究的前沿和热点。自20世纪90年代以来,各国学者先后提出了许多富有价值的区域发展持续性评估指标体系和测度方法。这些指标和方法各有优缺点,其中著名生态经济学家Wackernagel教授及其学生Rees提出并加以发展的生态足迹模型,是一种以土地为度量单位的可持续评估方法。它通过计算,将人类经济系统对自然生态系统服务的需求和自然生态系统的承载力转换成生物生产性土地面积,并进行比较,以此来衡量区域的可持续发展状态,具有易于理解和可操作性强的优点。自1999年被徐中民等学者引入国内以来,有关的应用研究在国内迅速展开[7,8,9,10,11,12,13]。丘陵山区多受交通不便、投资环境较差、劳动力技术含量不高、经营粗放等诸多不利因素的影响,加之人类对山地生态经济系统日益加剧的干扰和破坏,区域生态经济结构和功能难以实现最优化,已制约生态经济的持续发展。本文以安徽省南部丘陵山区池州市为例,通过分析该区域1996—2004年生态足迹的动态变化,以定量评估该市的可持续发展程度,为皖南丘陵山区可持续发展战略的制定提供科学依据。2生态条件复杂,生态类型丰富池州地处安徽省南部的长江南岸,介于116°38′—118°05′E、29°33′—30°51′N之间。东南是黄山山脉与九华山山脉的结合地带,西南与江西接壤;总面积约为8271.7km2,其中山区丘陵占88%、沿江平原占12%。整个地势由东南向西北逐级下降,从中山、低山过渡到低山、丘陵,最后至岗地、平原。本区属亚热带湿润季风气候,年平均气温16.5℃,年平均降雨量1400—2200mm,无霜期约227d,总人口116万人。池州市跨长江平原和皖南山区两大生态类型区,资源丰富,自然条件复杂。多样化的自然条件造成了全市生态类型丰富与生态环境较脆弱并存的局面。由于池州市的地理环境特点,加上急于摆脱经济发展落后面貌和发展生态产业所带来的对资源需求的增加,生态问题依然突出。如旱涝灾害频繁且加重、水土流失依然严重、开山采矿引发的地表破坏还在曼延等,严重影响了市域生态系统的稳定性和生态功能的发挥,也制约着池州市可持续发展战略的顺利实施。池州是国家级生态经济示范区,因此池州市面临着发展经济和生态环境保护的双重任务,探讨区域可持续发展状态和途径具有特殊的意义。3学习方法3.1生态足迹法任何特定人口的生态足迹,就是他们消费的所有资源和吸纳这些人口产生废弃物所需的生物生产性土地面积。生态足迹的计算主要基于以下两个事实:一是人类可以确定消费的绝大多数资源以及产生废物的数量;二是所有这些资源和废物均可转换成生物生产性土地面积。具体计算公式为:EF=Nef=NΣ(aai)=NΣ(Ci/Pi)。式中,EF为总的生态足迹,N为人口数,ef人均生态足迹,i为消费品的类型,aai为第i种消费品人均消费量折算的生态生产性土地面积,Ci为第i种消费品的人均消费量,Pi为第i种消费品的全球单位面积平均生产能力。生态足迹分析法的所有指标都是基于生物生产性土地这一概念而定义的。在生态足迹指标的计算中,各种消费品的数量都需折算为化石能源用地、耕地、牧草地、林地、建筑用地、水域这6类生物生产性土地面积。由于这6类生物生产性土地面积的生态生产力不同,为便于衡量,需要对各类生物生产性面积乘以均衡因子。一种生物生产面积的均衡因子为全球该类生物生产面积的平均生产力除去全球所有各类生物生产面积的平均生产力。目前普遍采用的均衡因子分别为:林地、化石能源用地为1.14,耕地、建筑用地为2.82,草地为0.54,水域为0.2。3.2生物多样性保护面积和年际变化量计算方法生态承载力是指在区域范围内所能提供的各类生物生产性土地总面积。由于同类生物生产性土地面积的生产力在不同国家或地区之间存在差异,因此不同国家或地区之间的同类生物生产性土地面积是不能直接对比的。不同国家或地区的某类生物生产性面积类型所代表的局地产量与世界平均产量的差异可用产量因子表示。某个国家或地区某类土地的产量因子是平均生产力与世界同类土地的平均生产力的比率。在计算生态承载力时,将现有的各种物理空间的面积乘以相应的均衡因子和当地的产出因子,就可以得到带有世界平均产量的世界平均生态承载力。同时,根据“世界环境与发展委员会”的建议,应扣除12%的生物多样性保护面积。计算公示为:EC=Nec=NΣaj×rj×yj。式中,EC为区域生态总承载力,ec为人均生态承载力,aj为人均某类生物生产性土地面积,rj为不同类型生态面积的均衡因子,yj为某类生物生产性土地的产量因子,N为总人口数。3.3生态国内的自然负荷。生态生态赤字的大小等于生态承载力减去生态足迹的差数;生态盈余的大小等于生态承载力减去生态足迹的余数。如果一个地区存在生态赤字就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,其不可持续的程度用生态赤字来衡量;相反,生态盈余表明该地区生态容量足以支持其人类负荷,消费模式具有相对持续性,可持续程度用生态盈余来衡量。4现行生态国内调整池州市1996—2004年生态足迹和生态承载力计算汇总结果见表1和表2。从表中可以看出,1996年池州市总的生态足迹高于生态承载力,已出现生态赤字。在随后的8年间,总生态足迹呈逐年增加的趋势,总生态承载力呈减少的趋势。从人均水平来看,其变化趋势与总生态足迹和总生态承载力相似,1996年池州市人均生态足迹和人均生态承载力分别为0.6759hm2和1.1906hm2,出现了0.5147hm2的生态赤字;2004年人均生态足迹为1.8433hm2,人均生态承载力为0.6430hm2,人均生态赤字达到1.2003hm2,已超过承载力1.8667倍。4.1资源环境的变化计算万元GDP所占用的生态足迹可以反映资源的利用效率。万元GDP的生态足迹需求越大,资源的利用效率越低;反之,资源利用效率越高。由图1可以看出,1996—2004年池州市万元GDP的变化可以细分为两个阶段:1996—2000年在3.2799—3.5741hm2/万元之间的波动阶段、2001—2004年的下降阶段。其中,后一阶段的下降速度较快,由2001年的3.5590hm2/万元下降到2004年的3.0991hm2/万元,下降了12.9222%。这主要是由于生产制造工艺的提高和新技术的利用降低了资源消耗;产业结构的调整使以农业为主的池州经济部分转移到工业、旅游经济上来,降低了经济发展对土地生产力的依赖。但与全国万元GDP的生态足迹水平(2.037hm2,1999年)以及东部地区的生态足迹水平(1.29hm2,1999年)相比,池州市的资源利用水平仍然低于全国和东部地区的平均水平,即使是万元GDP生态足迹最低的2004年,也分别是两者的1.5214倍和2.4024倍。这种状况表明,池州市目前的资源利用效率仍然比较低,还具有很大的提升空间。4.2土地和耕地资源环境差异较大,存在生态国内和生态两从池州市各年生态足迹的供需结构来看,林地和建筑用地的供给大于需求,存在较大的可利用空间。林地的生态盈余最大,这基本符合池州森林覆盖率为57.5%的实际,表明池州市多年来坚持“治山治水”的政策很有成效,但从侧面也说明池州人民还没有从传统的农业模式中解放出来,对林业资源的优势还没有充分利用,这将会加大耕地的压力。建筑用地存在生态盈余,反映出丘陵山区城镇化水平较低的特点。与之相反的是,耕地、水域、草地的承载力供给不能满足生态足迹需求,其中耕地的生态赤字最大。池州的耕地面积人均占有量仅为0.051hm2,大大低于我国人均耕地面积0.106hm2的水平,也低于联合国粮农组织确定的人均0.053hm2的警戒线;同时耕地资源的质量不高,等级较高的一、二、三级土地面积仅为29.79%;而且持续实行的退耕还林政策和城市化过程,耕地的占用量增大,耕地已成为池州市非常稀缺的资源。此外,草地也存在生态赤字。牧草地是池州市面积最小的用地类型,主要零星分布在贵池区和东至县内,加之池州的畜牧业以养猪为主,消耗饲料主要来自粮食,因此实际上草地的赤字将转化为对耕地的压力。水域生态承载力供给小于生态足迹的需求,然而实际上池州市水资源相对比较丰富,这一矛盾现象说明池州市水资源的利用率和生产力不高。4.3农业产业结构的变化图2是1996—2004年池州市生态足迹的构成的动态变化。在池州市生态足迹的构成要素中,耕地、水域和能源所占的比例在90%以上,而草地、林地和建筑用地所占的比例较小。从纵向变化来看,从1996—2004年,池州市耕地所占的比例由62.6037%减少到2004年的48.4240%,林地所占的比例由4.3339%增至5.9513%,草地和水域所占的比例变化不大。各要素比例的相对变化,反映了人们的食物消费结构在发生变化:传统的粮食消费在减少,而水果、林产品的消费在增加。同时也说明,受山区经济条件差的制约,人们对肉、奶等畜产品(以草地表示)和水产品(以水域表示)的消费变化不大。但是随着经济发展和人们生活水平的提高,高营养和高能量食物的消费必然会增加,因此池州市可通过发展养殖业来促使农业产业结构的优化升级。化石能源用地所占的比例持续上升,则主要源于池州经济总量不断扩大,二、三产业比例的上升以及居民生活水平的提高。4.4生态国内的自然资本存量和供给状况从池州市1996—2004年生态赤字的变化轨迹看(图3),该市的生态足迹一直存在赤字,且呈现出增加的趋势。虽然1996—2000年生态赤字变化不大,但是池州市随后几年的生态赤字迅速上升,由2001年的0.7633hm2增长到2004年的1.2003hm2。生态赤字的存在反映池州市生产和生活的强度超过了生态系统的承载能力,生态系统供需已经失调,区域处于不可持续状态;生态赤字的持续增长,已说明池州市生态系统供需失调状况在逐步恶化,非可持续的态势在增强,如果这种趋势得不到有效的遏制,势必影响池州市长期发展的潜力。一般而言,生态赤字部分主要依靠进口或本地的自然资源来解决。池州市地处皖南丘陵山区,经济社会发展相对滞后,进出口贸易量较小,所以池州市在很大程度上依靠过度消耗自身的自然资本存量来弥补其差值。2004年池州市总的人口生态赤字为1.8653×106hm2,约合186.53万km2,这表明在池州市现有人口的当前消费水平下至少还需要1.8653×106hm2的生物生产面积,才能够维持池州市的生态平衡和实现弱可持续发展。5土地利用结构和产业结构的合理调整和优化,促进社会全面发展池州市1996—2004年生态足迹的计算与分析表明:由于受人口增长和经济发展等对资源索取的巨大压力,池州市这9年间生态足迹均为赤字,并呈增长趋势,反映其生产和生活强度超过了生态系统的承载能力。池州市区域生态系统处于人类过度开发利用的压力之下,人口与资源环境之间的矛盾不断加剧。目前池州市经济发展和资源利用处于不可持续状态,如果这种趋势得不到有效遏制,可持续发展的形势不容乐观。池州市生态经济系统在生物生产性土地供给和社会发展的需求之间具有明显的不对称性,供需失调。草地、耕地、水域的需求量大于供给量,而林地、建筑用地需求量小于供给量,需要进行土地利用结构和产业结构的合理调整和优化。要改善皖南丘陵山区池州市目前的非可持续状态,从当地自然资源的特点和经济现状,可采取以下措施:①在南部低山区以林、茶为本,实行林、粮结合,重点抓好林、茶、果、药的生产;严格保护现有农田,努力提高粮食自给率;加强交通、通讯等基础设施建设,改善山区社会经济发展条件;实行封山育林,综合治理水土流失,优化生态环境;兴修水利工程,开发利用水能;充分利用优越的生态环境,积极发展生态林业、生态农业和生态旅游业;适度发展木材加工业,大力发展绿色与有机食品加工业和医药工业,提高资源的综合利用率。②在中部丘陵区要大力改