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摘 要： 摘要：目前的相關(guān)研究所引用的生態(tài)足跡模型均采用全球尺度的參數(shù),并沒有考慮土地利用及生產(chǎn)力的區(qū)域性特征,從而導致計算結(jié)果存在一定的偏差。因此本文從國家公頃的角度出發(fā),基于我國各類生產(chǎn)性土地的相互關(guān)系和廣東省土地的平均生產(chǎn)力,構(gòu)建生態(tài)足跡的改進模
摘要：目前的相關(guān)研究所引用的生態(tài)足跡模型均采用全球尺度的參數(shù),并沒有考慮土地利用及生產(chǎn)力的區(qū)域性特征,從而導致計算結(jié)果存在一定的偏差。因此本文從“國家公頃”的角度出發(fā),基于我國各類生產(chǎn)性土地的相互關(guān)系和廣東省土地的平均生產(chǎn)力,構(gòu)建生態(tài)足跡的改進模型,并計算了1996~2008年間廣東省的生態(tài)足跡和生態(tài)承載力變化,更為準確地評價了廣東省的生態(tài)空間供需狀況。
1“國家公頃”生態(tài)足跡模型“國家公頃”的概念是相對全球尺度提出來的,是指國家土地平均生產(chǎn)力的標準面積,為在國家生產(chǎn)力水平上衡量省際土地供需量提供了方法。傳統(tǒng)的生態(tài)足跡模型將生態(tài)生產(chǎn)性土地劃分成相對獨立且不相重復的耕地、林地、牧草地、水域(不包括海洋)、化石燃料用地和建筑用地六大類,按照全球平均產(chǎn)量將消費項目轉(zhuǎn)換成土地面積,并利用均衡因子將各類生物生產(chǎn)性土地面積轉(zhuǎn)換成可以運算的總面積,即得到研究區(qū)域土地需求量,然后運用產(chǎn)量因子和區(qū)域土地面積計算得到區(qū)域土地供給量。在“國家公頃”生態(tài)足跡模型中,用全國單位公頃土地的平均生產(chǎn)能力與省際各地類生物產(chǎn)量計算得到的均衡因子和產(chǎn)量因子替代傳統(tǒng)模型中全球尺度的相應(yīng)參數(shù)。
1.1“國家公頃”生態(tài)足跡模型中的轉(zhuǎn)換因子
1.1.1全國平均產(chǎn)量全國平均產(chǎn)量是指單位公頃土地上生物作物的產(chǎn)量[1],即:
1.1.2均衡因子均衡因子是為不同類型的土地消除生物生產(chǎn)力差異從而轉(zhuǎn)化成可比較的標準面積的轉(zhuǎn)換因子[8]。“國家公頃”的均衡因子是通過各類土地平均生物生產(chǎn)力占全國全部土地平均生物生產(chǎn)力的比例計算得到的,其計算公式為:式中,ri是國家第i類土地的均衡因子;代表第i類土地的平均生產(chǎn)力(109J/hm2),代表全國全部土地的平均生產(chǎn)力(109J/hm2),Qi表示第i類土地的總生物產(chǎn)量(109J),Si表示第i類土地的生物生產(chǎn)性面積(hm2);表示第i類土地的第k種生物產(chǎn)品產(chǎn)量(kg),表示第i類土地上第k種生物產(chǎn)品的單位熱值(103J/kg)。
1.1.3產(chǎn)量因子不同區(qū)域因氣候環(huán)境、生產(chǎn)技術(shù)和社會經(jīng)濟等差異會導致同類土地生物生產(chǎn)力不同,因此需將省域各類土地平均生產(chǎn)力與同類全國土地平均生產(chǎn)力相比,得到產(chǎn)量因子,從而把省際生物生產(chǎn)性土地而換算成“國家公頃”的標準面積。產(chǎn)量因子的計算公式如下:其中,指j省第i類土地的產(chǎn)量因子,指j省第i類土地的平均生產(chǎn)力(109J/hm2),代表全國第i類土地的平均生產(chǎn)力(109J/hm2),表示j省第i類土地的總產(chǎn)出(109J),表示j省第i類土地的總面積(hm2),Qi表示全國第i類土地的總生物產(chǎn)量(109J),Si表示全國第i類土地的總面積(hm2),代表j省第i類土地的第k種產(chǎn)品的年產(chǎn)量(kg),其他系數(shù)如上式(2)中含義一樣。
1.2“國家公頃”生態(tài)足跡模型的計算方法瓦克納格爾等學者在假設(shè)人類能確定資源、能源消費及廢棄物數(shù)量并折算成相應(yīng)的不重復的生物生產(chǎn)土地面積等條件成立的基礎(chǔ)上,將生態(tài)足跡模型概括為三個部分,即生態(tài)足跡計算、生態(tài)承載力計算和生態(tài)盈余/赤字的計算[8]。
1.2.1生態(tài)足跡的計算根據(jù)生物生產(chǎn)性土地的六大分類,可以將生態(tài)足跡的計算概括為生物資源賬戶、能源資源賬戶和建設(shè)用地賬戶核算三個方面,其中生物資源賬戶包括了耕地、林地、草地和水域四類用地,能源資源賬戶核算用于計算化石燃料用地的生態(tài)足跡,建設(shè)用地生態(tài)足跡的計算方法與其承載力計算方法相同[1]。(1)生物資源賬戶。生物資源的生態(tài)足跡計算是將不同生物生產(chǎn)性土地的面積通過均衡因子轉(zhuǎn)換成可比較的統(tǒng)一生物生產(chǎn)性面積,其計算方法如式(4)所示。(4)式中,efi為人均生態(tài)足跡(nhm2?人-1),i為消費商品及投入的類型,j為土地類型;rj為第j類土地的均衡因子,aai為第j類土地上第i種生物產(chǎn)品轉(zhuǎn)化的人均土地需求面積(hm2?人-1),ci為區(qū)域第i類消費品的人均消費量(kg?人-1),epi為第i類消費品的全國平均產(chǎn)量(kg/hm2)。其中,廣東省消費品的人均消費量由年人均總生物產(chǎn)量代替,并通過徐中民提出的價值比例換算方法[9]調(diào)整得到人均生態(tài)足跡,即按照產(chǎn)品凈貿(mào)易量占總產(chǎn)量的價值比例扣減對應(yīng)生物生產(chǎn)性面積。(2)能源消費賬戶。能源消費賬戶的生態(tài)足跡是通過核算吸收人類經(jīng)濟活動消耗的化石燃料所需的林地面積得到的,在此采用碳匯法計算化石燃料用地的生態(tài)足跡,其方法如下[10]:(5)式中,efc為吸納化石能源排放CO2的人均土地面積(nhm2?人-1),rc為林地的均衡因子,f為人均CO2的排放量(t),是通過人均標準煤年消耗量與有效氧化系數(shù)和單位標準煤的含碳量的乘積計算得到的,其中,有效氧化系數(shù)為0.982,單位標準煤含碳量為2.67t[11],且人均CO2排放量中只有2/3的CO2被林地吸收,1/3被海洋吸收;ω為每公頃林地所能吸納的CO2量,根據(jù)IPCC的報告顯示每公頃林地吸收CO23.67t[12]。
1.2.2生態(tài)承載力的計算生態(tài)承載力是指區(qū)域能夠提供的生物生產(chǎn)性土地面積的綜合,即可視為區(qū)域生態(tài)足跡供給量。(6)式中,ecj表示j類土地的人均生態(tài)承載力(nhm2?人-1),a為j類土地的人均生物生產(chǎn)性面積(hm2?人-1),rj為j類土地的均衡因子,yj是產(chǎn)量因子。
2數(shù)據(jù)整理與計算結(jié)果
2.1數(shù)據(jù)整理通過收集和整理,將全國及廣東省1996~2008年間農(nóng)業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)和漁業(yè)的生物產(chǎn)量共計43個項目的動態(tài)數(shù)據(jù),分別對應(yīng)于耕地、林地、草地和水域,再按照《農(nóng)業(yè)技術(shù)經(jīng)濟手冊(修訂版)》[13]的生物產(chǎn)品單位熱值統(tǒng)計,將每種生物產(chǎn)品產(chǎn)量轉(zhuǎn)化為能量的形式,并通過上述(2)、(3)式計算得到了歷年全國各類土地的均衡因子與廣東省的產(chǎn)量因子。其中,把水果對應(yīng)的生物生產(chǎn)性土地歸為耕地,耕地數(shù)據(jù)為原園地與耕地數(shù)據(jù)加總,草地面積為原牧草地與未利用地面積的總和,水域為其他農(nóng)用地(即養(yǎng)殖水面和坑塘水面)與河流湖泊的面積之和。通常情況下,化石燃料排放的CO2是由林地吸收,因此化石燃料用地的均衡因子與林地相同,而建設(shè)用地的擴張通常是占用耕地,所以其產(chǎn)量因子與耕地相同。將廣東省生物資源消費賬戶分為27項,能源消費賬戶分為20項,全國平均產(chǎn)量參照李智強相關(guān)研究中的數(shù)據(jù)[14],分別計算得到1996~2008年廣東省各類土地利用的人均生態(tài)足跡和人均生態(tài)承載力。其中,由于化石燃料用地是通過轉(zhuǎn)換成吸收CO2的林地面積核算的,為不重復細算林地生態(tài)承載力,將化石燃料用地的生態(tài)承載力記為0,建設(shè)用地的生態(tài)承載力與其生態(tài)足跡相同。計算數(shù)據(jù)分別來源于《中國統(tǒng)計年鑒》(1997~2009)[15]、《廣東農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》(1997~2009)[16]、《中國能源統(tǒng)計年鑒》(1997~2009)[17]和廣東省土地變更調(diào)查統(tǒng)計資料[18]。
2.計算結(jié)果與分析
2..1均衡因子基于“國家公頃”的土地均衡因子如表1所示,我國單位面積耕地的相對平均生產(chǎn)力最高,其次是林地、水域和草地,隨著近年來土地利用結(jié)構(gòu)和生物性生產(chǎn)作物結(jié)構(gòu)的變化,耕地相對平均生產(chǎn)力總體呈現(xiàn)下降趨勢,草地和水域的相對平均生產(chǎn)力則不斷增加。
2.2.人均生態(tài)足跡通過計算,得到1996~2008年間廣東省各類土地的人均生態(tài)足跡如表3所示,廣東省人均生態(tài)足跡呈現(xiàn)出先下降再上升的總體態(tài)勢,其中各地類人均生態(tài)足跡所占比重及其變化趨勢又各有不同。耕地人均生態(tài)足跡呈現(xiàn)明顯的下降趨勢,從1996年的0.6075nhm2?人-1下降到2007年的0.4186nhm2?人升幅度高達103.37%,說明城鎮(zhèn)化的迅速發(fā)展推動了廣東省生產(chǎn)生活中能源消費的迅速增加,需要留作吸收CO2的化石燃料用地需求也在逐步擴大。另外,人均草地生態(tài)足跡與人均水域生態(tài)足跡也呈現(xiàn)出持續(xù)增長的態(tài)勢,分別從1996年的0.0003nhm。從整體構(gòu)成比重來看,耕地人均生態(tài)足跡占總生態(tài)足跡的比重在下降,而草地、水域和化石燃料用地的人均生態(tài)足跡占總生態(tài)足跡的比重在持續(xù)上升,林地與建設(shè)用地的人均生態(tài)足跡比重呈現(xiàn)上升且有微弱波動的趨勢。綜合上述人均生態(tài)足跡變化可知,隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,1996~2008年期間廣東省的消費結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定的變化,對糧食作物的依賴程度正在逐漸減小,對水果和水產(chǎn)品的消費正在逐步增加,對建筑用地與能源的需求逐步提高。
2.3人均生態(tài)承載力1996~2008年廣東省人均生態(tài)承載力組成及變化數(shù)據(jù)如表4所示,土地利用總生態(tài)承載力波動較大但總體呈現(xiàn)下降趨勢,其中人均耕地生態(tài)承載力的比重最大,其總體下降趨勢也最為明顯,從1996年的0.4300nhm2?人-1下降到2008年的0.3061nhm2?人-1,占人均生態(tài)承載力的比重由72.24%下降到65.74%;人均建筑用地的生態(tài)承載力比重從24.19%上升至29.40%,顯示出微弱的上升態(tài)勢,同時,牧草地和水域的人均生態(tài)承載力也均呈現(xiàn)出微弱的上升趨勢,分別從1996年的0.0010nhm,而林地的人均生態(tài)供給卻持續(xù)下降,由0.0104nhm2?人。由此可見,建筑用地的擴張和農(nóng)業(yè)內(nèi)部產(chǎn)業(yè)調(diào)整帶動的土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整是導致1996~2008年廣東省人均生態(tài)承載力變化的主要原因。在扣除12%的生物多樣性預留地的前提下,將人均生態(tài)承載力與人均生態(tài)足跡相減,得到表5中廣東省各類土地的人均生態(tài)盈余/赤字。數(shù)據(jù)結(jié)果顯示,人均耕地、林地和建設(shè)用地持續(xù)出現(xiàn)供給赤字,其中人均耕地供給赤字在1996~2005年間呈現(xiàn)下降趨勢,并在2005年出現(xiàn)微弱的供給盈余,而后又持續(xù)出現(xiàn)赤字;在其他地類中,林地人均生態(tài)赤字顯著上升,建設(shè)用地的人均生態(tài)赤字持續(xù)波動但變化不大,與此同時,草地與水域的生態(tài)供給由盈余轉(zhuǎn)向赤字,并不斷擴大。總體而言,1996~2008年間廣東省生態(tài)土地供給持續(xù)赤字,人均生態(tài)赤字呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢。行為效應(yīng)大約滯后兩年。