基于“省公顷”生态足迹模型的青海省生态安全评价
作者：郭玮 胡西武
刊名：青海科技
期号：
基于“省公顷”生态足迹模型的青海省生态安全评价
郭玮 胡西武*
（青海民族大学经济与管理学院，西宁810007）
摘要：生态足迹模型可以从供给和需求两个方面测算评价研究区域的生态安全状况。本文以青海省为研究区域，利用青海省2020年相关统计数据，基于“省公顷”的生态足迹模型，重新测算了均衡因子和产量因子，选取生态盈亏、生态压力指数和生态经济协调指数对青海省2020年的生态安全进行了定量分析。结果表明，青海省2020年生态盈余为0.7151hm2/人，生态压力指数为0.8954hm2，生态经济协调指数为1.3422hm2，不同生产性土地差异显著。基于以上结果，提出提升青海省生态安全的建议。
关键词：省公顷；生态足迹；生态安全；青海省 中图分类号:X22；X826
文献标识码:A 文章编号:1005-9393(2022)02-0018-07
作者简介:郭玮(1997-),男,硕士研究生在读,主要研究方向：生态经济。E-mail:1261072894@qq.com。
*通讯作者:胡西武(1973-),男,博士,硕士研究生导师,副教授,主要研究方向：生态经济、空间经济与可持续发展。E-mail:2827617701@qq.com。
基金项目：青海民族大学三江源生态经济科研创新团队(2019KYCXTD033);青海民族大学2022年度校级规划项目“青海省创建全国碳达峰碳中和先行区实现路径研究”(2022GH02)。
1引言
在数百年的工业化与城市化进程中，人类征服大自然的同时也面临着前所未有的生存环境的挑战，生态系统退化以及生态环境污染等问题日益突出，生态安全逐渐成为一个国家（或区域）生存发展的重要基础。青海省地处“地球第三极”，是青藏高原生态屏障的主体，阻挡着北极南下的寒流和西北部沙漠的扩张。同时青海又是长江、黄河和澜沧江等众多河流的发源地，在保障我国水资源安全方面具有重要战略意义。青海省还是我国重要的珍稀物种繁衍地和世界高原种质基因库。习近平总书记多次对青海省生态安全做出重要指示，包括“青海最大的价值在生态、最大的责任在生态、最大的潜力也在生态”的省情定位[1]、“保护好青藏高原生态就是对中华民族生存和发展的最大贡献”的发展要求[2]以及“保护好青海生态环境，是‘国之大者’”的重大使命[3]等，为青海省的生态文明建设指明了方向。因此，在推动经济高质量发展的同时，进行生态环境安全研究，对促进青海省建设生态文明高地、筑牢生态安全屏障具有重要的现实意义。
2文献综述
生态足迹模型由于思路清晰、指标易于理解、适合综合性较强地区等优点而被广泛应用于生态安全评价[4]。生态足迹法最早由加拿大生态经济学家WilliamRess于1992年提出，并经MathisWackernagel完善后在全球开始广泛应用[5]。该方法将人类对各种资源的消耗喻为人类在地球上留下的巨大脚印，通过对比人类活动产生的生态足迹和生态系统可容纳的承载力来判断该区域人类活动和自然资源是否能实现可持续发展。自徐中民、张志强等引进生态足迹以来[6]，我国学者对生态足迹进行了大量的研究，取得了较多研究成果。从研究层次看，国家和区域尺度、省级尺度和省级以下尺度较为常见。如徐中民等[7]测算了我国及部分省（市）1999年生态足迹的多样性；王建事等[8]测算了山东省生态足迹时空演变特征；谷祎璠等[9]测算和分析了保定市2010年和2017年的人均生态承载力及耦合协调度。从研究内容看，土地、旅游、交通、水资源等成为研究热点。如苏子龙等[10]分析了安徽省土地生态承载力问题；张靖[11]测算了北京市旅游生态足迹；吕天宇等[12]测度了长江中游城市可持续发展水平；张洺也等[13]研究了延边州水资源生态足迹问题。从研究方法看，国家公顷法、省公顷法、能值分析法、三维生态足迹法等方法运用较多。如李早立等[14]基于国家公顷法,研究了广西兴安县生态承载力问题；程淑杰等[15]采用改进的生态足迹“省公顷”模型对泾源县生态补偿进行定量分析；郭婷等[16]将能值生态足迹与生态系统服务价值相结合,测算了重点生态功能区的生态补偿标准；鲁钰等[17]利用三维生态足迹改进模型测算了西北三维生态足迹。
由于不同地区之间经济社会发展水平与自然资源状况有显著差异，选用全球公顷或国家公顷只适合国家之间的大尺度分析比较，对中小尺度研究存在一定的局限性，而选用“省公顷”可以准确地反映中小尺度的实际生产力状况和区域特征。因此，本文采用“省公顷”生态足迹模型，以青海省2020年相关统计数据为基础，并引入热值单位，对青海省均衡因子和产量因子进行“本地化”测算，能更准确地反映生态足迹和生态承载力。结合陈蓓[18]相关研究，选用生态盈亏、生态压力指数及生态经济协调指数来评价青海省生态安全状况，以期为青海省的生态安全和可持续发展提供对策建议。
3实证分析
3.1数据来源
本文以青海省为研究对象，根据《青海统计年鉴2021》、各市州《2020年国民经济和社会发展统计公报》和《中国林业统计年鉴》中有关数据，将生物产品划分为农业、畜牧业、林业和渔业四大类项目。具体的耕地农产品包括小麦、青稞、玉米、蚕豆、油菜籽、枸杞和蔬菜等，由于畜牧业的生产并非完全依靠牧草地供应的草料，其中猪和禽类的饲养主要依靠粮食或农作物加工品，因此畜牧业的生产一部分是依靠耕地提供的产品，一部分是依靠草地提供的产品，所以将猪和禽类划分到耕地中[19]；由于牛羊以使用牧草为主，所以将牛羊肉、奶产品和羊毛产品划分到草地中去；由于苹果、梨、葡萄和核桃是经济林产品，所以将其划分到林地中去；在渔业生产中，主要以青海湖裸鲤、隆头高原鳅和硬刺高原鳅代表水产品。上述生物产品的单位热值数据来源于《农业技术经济手册（修订本）》，由于该手册未包含所有生物产品的单位热值，所以部分生物产品的单位热值采用近似生物产品的单位热值替代[20]。
根据生态足迹模型中六大生物生产性土地的划分，青海省生物生产性土地类型主要包括耕地、草地、林地和水域。这些土地类型数据来源于《青海省第三次全国国土调查主要数据公报》，本文将各类土地面积进行适当的整合，耕地面积除包括水浇地和旱地外，将部分草地面积算作猪和禽类消费的面积；林地面积中包括了果园和其他园地面积；草地面积包括天然牧草地、人工牧草地和其他草地面积；水域面积包括河流、湖泊以及冰川面积，剔除了水库、沟渠、水工建筑用地面积。
3.2研究方法
3.2.1生态足迹模型
生态足迹是指在一定区域内将维持人类生存和发展的自然资源消耗量转化为所需要的生物生产性土地的面积来计算。由于不同区域之间各类土地生产力存在显著差异，所以需要在各类土地面积前乘以均衡因子，转化成可进行比较的标准面积；同时，由于不同区域同类生态生产性土地生产力存在差异，实际面积不能直接对比，所以需要乘以产量因子进行调整[21]。因此，用“省公顷”计算生态足迹，需要确定好均衡因子和产量因子的含义和计算方法。
“省公顷”模型中，均衡因子是本省所有同类生态生产性土地的平均生态生产力与本省所有生态生产性土地的平均生态生产力的比值，具体计算公式如下：
式中，qi是指省域第i类土地的均衡因子（s-nhm2/hm2）；`pi是指第i类土地的平均生产力（109J/hm2）；`p是指省域内全部土地的平均生产力（109J/hm2）;Qi是指第i类土地的总生物产量（109J）；Si是指第i类土地的生物生产面积（hm2）；p
是指第i类土地的第k种生物产品产量（kg）；y是指第i类土地的第k种生物产品的单位热值（103J/kg）。
“省公顷”模型中，产量因子是各地某类土地的平均生产力与本省所有同类土地的平均生产力的比值，具体计算公式如下：
式中，y是产量因子，产量因子无量纲；`p是指j地第i类土地的平均生产力（109J/hm2）；`pi是指省域第i类土地的平均生产力（109J/hm2）；Q是指j地第i类土地的总产出（109J）；S是指j地第i类土地的总面积（hm2）；Qi是指省域所有第i类土地的总产出（109J）；Si是指省域第i类土地的总面积（hm2）；(P)j是指j地第i类土地的第k种产品的年产量（kg）；其他参数含义同上。
生态足迹就是不同生物生产能力的土地面积与其相应的均衡因子加权求和并乘以当年区域的人口总量，具体计算公式为:
式中，EF为生态足迹；N为实际人口数；qi是指省域第i类土地的均衡因子;Si是指第i类土地的生物生产面积。
3.2.2生态承载力模型
生态承载力是指某一区域所能提供生物生产性土地面积的大小。在“省公顷”模型中，是将各设区市的各类土地面积转化为省公顷面积，具体计算公式如下：
式中，EC为生态承载力；N为实际人口数；S是指j地第i类土地的面积；qi为第i类土地的均衡因子；yi为第i类土地的产量因子。
通常为保护生物多样性，生态承载力计算时需扣除12%的保护面积。其中，计算CO2吸纳的土地占用是一种“假想”出来的土地面积，实际中并不存在，所以化石能源用地的生态承载力为0，化石能源用地的均衡因子取林地的相应数值。由于大部分建设用地是占用原有的耕地，所以计算建设用地生态承载力的均衡因子和产量因子均取耕地的相应数值[22]。
3.2.3生态盈亏
生态盈亏用来反映某一区域可持续发展的状态，是自然生态系统提供的生态承载供给与人类对生态系统的生态足迹需求的差值，计算公式如下：
式中，ED为生态盈余；EF为生态足迹；EC为生态承载力。当EF＞EC时，表示生态盈余，生态系统是安全的，人类经济社会发展可持续；当EF＜EC时，表示生态赤字，生态系统不安全，人类经济社会发展不可持续；当EF＝EC时，表示生态供求相等，生态系统安全，人类经济社会发展可持续。
3.2.4生态压力指数
生态压力指数用来反映某一区域生态环境的承压能力，生态压力指数越大，说明该区域的生态压力越大、生态安全越差，计算公式如下：
式中，EPI为生态压力指数；EF为生态足迹；EC为生态承载力。本文采用的生态安全评价等级见表1[23]。
表1生态安全评价等价
3.2.5生态经济协调指数
生态经济协调指数用来反映某一区域经济社会发展状况与当地生态环境的协调性，计算公式如下：
式中，Ds为区域人均生态经济协调指数；ef为人均生态足迹；ec为人均生态承载力；EPI为生态压力指数。其中，Ds的取值范围为1≤Ds≤1.414，其值越大，说明协调性越好。
3.3实证结果
3.3.1青海省生态足迹核算
根据青海省实际生物生产情况，本文将生物产品划分为农业、畜牧业、林业和渔业四大类27项统计条目，各类土地的具体生物生产情况及其产热值见表2。
表2 2020年青海省各类土地的生物生产情况 
注：数据来源于《青海统计年鉴2021》和《农业技术经济手册（修订本）》，部分指标计算后得到。
本文以青海省土地平均生产力为标准，能客观反映出青海省土地利用现状及特点。由表3可知，青海省耕地的生产力最强，其均衡因子为3.11s-nhm2/hm2，仅次于耕地的生物生产性土地为草地，其均衡因子为0.29s-nhm2/hm2；这反映了青海省土地的主要利用状况以农牧业为主，青海省农业作物以粮食作物小麦、青稞和蚕豆为主，经济作物以油菜籽为主，畜产品主要以牛羊肉、羊毛和牛奶为主，同时青海省也是我国主要的牧区之一。由于青海省加强森林植被保护力度，推行河湖长制和林长制，注重生态经济发展，所以林业和渔业开发力度较小。
表3 2020年青海省各类土地的生产力及均衡因子
注：总面积数据来源于《青海省第三次全国国土调查主要数据公报》，其他指标计算后得到。
与上述统计条目和生物量换算方法相同，青海省各类土地的产量因子是先由各市各类土地的生物总产热量和各类土地面积计算得出各市州的各类土地的平均生产力，再除以青海省相应的各类土地单位生产力得到。青海省二市六州2020年产量因子见表4。
表4 2020年青海省各市州的各类土地的产量因子
3.3.2青海省生态安全评价
根据青海省实际情况，除选取人均生态足迹和人均生态承载力外，还采用生态盈亏、生态压力指数和生态经济协调指数来评价2020年青海省生态安全情况。根据表5，青海省人均生态足迹为6.1227hm2，扣除12%的生物多样性用地后的人均生态承载力为6.8379hm2。与杨屹等[24]所测算的2016年青海省人均生态足迹（6.455hm2）和人均生态承载力（7.360hm2）大体相当。
从人均生态足迹来看，耕地和草地人均生态足迹较高，与青海省大力培育新型农牧业经营主体、发展多种形式的适度规模经营、建设农畜牧产品生产基地是密切相关的。加快农牧业生产转型升级，使得青海省耕地和草地的土地产出率大幅提高。水域人均生态足迹最低是由于青海省湖泊多为贫营养型，含盐量较高，不利于鱼类生长繁殖，因此水产品供给量较小。
从人均生态承载力来看，除水域外，青海省各项生产性土地的人均生态承载力普遍高于人均生态足迹，说明青海省对资源的开发利用能满足生态系统本身的供给能力,生态协调性较好，符合经济社会可持续发展的要求。水域生态较差的原因是由于部分地区草场退化、沙漠化严重，导致渔业资源濒临枯竭，完善水域自然生态保护需要长期坚持。
从青海省生态安全状况评价指标来看，青海省生态盈余为0.7151hm2/人，各类生物生产性土地的供给状况基本满足经济社会发展需要，说明青海省经济发展对资源环境的利用是满足承载力要求的，水域生态保护仍需进一步加强。青海省生态压力指数为0.8954hm2，生态环境的承压能力稍不安全，人们对自然资源的需求较大，生态系统对维持经济高质量发展存在一定压力。青海省生态经济协调指数为1.3422hm2，生态环境和经济发展协调较好，满足高质量发展要求。
表5 2020年青海省生态安全评价结果
4结论与建议
4.1主要结论
本文测算了青海省的生态足迹和生态承载力，采用生态盈亏、生态压力指数和生态经济协调指数评价了青海省生态安全状况，主要得到如下结论：
（1）青海省2020年生态盈余为0.7151hm2/人，生态系统所提供的生态承载供给满足人类的生态足迹需求，符合可持续发展的要求。
（2）青海省2020年生态压力指数为0.8954hm2，生态环境的承压能力稍不安全，生态经济协调指数为1.3422hm2，生态环境和经济发展协调良好，整体上青海省生态安全较好。
（3）青海省2020年耕地、草地、林地和建设用地均满足人类生产生活对环境承载力的要求，各项指标较为良好。水域生态赤字，水域生态系统不能全部提供水产品资源。
4.2对策建议
（1）加强对水域源头保护和流域综合治理，全面增强保水、增水、净水等核心生态功能，健全地区和部门间协同保护“中华水塔”机制。另外，加大退化草地、湿地、沙化土地治理力度，建立江河源守护人制度。
（2）加快转变农牧业发展方式，做优做强绿色有机农牧产业，增加绿色有机地理标志农畜产品。优化农牧业发展空间，推进旱作农业育种，推动耕草地保护与质量提升，积极发展生态循环农牧业，完善现代农牧业生产经营服务体系。
（3）加快形成绿色低碳生产生活方式，力争在全国率先实现碳达峰碳中和目标。实行严格的生态环境保护制度，积极研发回收利用新技术，大力发展节能环保产业，加快推广绿色交通。加快传统产业改造提升，全面推行清洁生产，提升能源资源利用效率。
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