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随着党的十七届五中全会的召开和中国“十二五”发展规划纲要的出台，以科学发展为主题、产业结构调整与经济发展方式转变为途径，资源节约与环境保护的绿色经济发展方式已被社会广泛接受，全球范围内通过绿色转型来减少经济发展对自然资源和生态环境的过分依赖与破坏。在过去的5年中，中国通过采纳新思维、新战略推动了绿色产业的转型与发展。其中生态文明与科学发展观、建设环境友好型、资源节约型社会等重构发展模式一样，作为重要的战略策略与实施途径，很好地推进了绿色转型模式的发展，已成为中国未来发展的长久战略选择。生态文明是自然资源分配利用中相对重要的一部分，而自然资源等战略性储备物资的使用状况也已经严重影响到区域经济、生态等方面的可持续发展。20世纪80年代，美国著名生态学家Odum提出了能值分析理论，他认为各种系统都是由不同能量所构成，且生态系统中不同事物的能量值之间也存在着本质性的差异，不能通过简单的处理、分析来核算。而能值指标为生态系统内各类别物质能量转换为同一标准提供了可实现的途径，方便进行定量分析［1－2］。 20世纪90年代，由加拿大生物学家Wackernagel等提出的生态足迹模型，实现了定量分析生态环境的可持续发展能力［2］，应用非常广泛。同时该模型还将生态系统的自动净化能力、生态足迹的多样性以及资源的可再生性等性质考虑在内，模型思路简洁明朗，发展迅速，成为度量环境可持续发展能力的一种重要手段［3－12］。本文采用2001－2009年间湖北省的各项统计数据资料，在生态足迹的框架下，将各种能量统一转换为对应的生产性土地面积，实现对区域生态足迹与生态承载力的定量比较与动态性分析，并依据生态承载力与生态足迹之间的差值来判断湖北省内资源供需与自然禀赋之间的安全和谐状况，从而衡量区域环境的可持续发展能力，并提供建议。同时还引入生态足迹多样性指数、万元GDP生态足迹、生态经济系统发展能力等指标来衡量区域生态环境的可持续性与自我更新调节能力，对湖北省生态可持续性进行多方位分析与研究。为政府制定出全面的发展规划和财政政策提供科学依据。 一、模型的确定与指标选择 生态足迹是指维持一个国家或地区的人口生存所需要的以及能够吸纳人类所排放的废物、具有生态生产力的地域总面积。是从定量化视角研究自然生态影响的有效指标［12－15］。本文主要将能值分析方法与生态足迹理论框架相结合，同样遵循生态足迹的2个基本事实，即：①人类能够估计自身消费的大多数资源、能源及其所产生的废弃物数量；②这些资源和废弃物能折算成生产和吸纳这些资源和废弃物的生产性土地面积。这需要将各种不同类型、等级的能量流通过能值转换率，折算成可以直接进行加减运算的太阳能值，再依据能值密度，将各消费项目的太阳能值核算为相对应的生产性土地面积，从而计算出研究区域的生态足迹和生态承载力，由此判断区域的可持续发展状况［16－26］。 1．基于能值分析理论的生态足迹模型 （1）各主要消费项目的能值核算。依据公式（1）［6］，借助能值转换率，折算出各项目的太阳总能值以及人均太阳能值：能值＝各项有效能量×能值转换率（1）（2）生态承载力量算。可利用的自然资源中，可再生资源具有非常重要的作用。相比非可再生资源而言，可再生资源因其再生速率快，能够被人类持续不断利用，而受到广泛的关注。所以在生态承载力量算时，只考虑可再生资源指标的核算［6］：Ea＝a／Pi（2）式（2）中，Ea表示人均生态承载力；a表示可更新资源的人均太阳能值；表示全球平均能值密度。（3）生态足迹折算。研究各地区生态系统的总能值折算主要考虑太阳辐射能、风能、雨水化学能等5项可更新自然资源，依据Odum的研究，为避免重复计算，同样选择最大能值作为区域总能值。其表达式为［6］：p2＝区域总能值／区域总面积（3）其后需要将消费项目的能值转换为对应的生产性土地面积。生态足迹的计算，主要包含生物资源消费与能源资源消费两项。公式为［6］：Ef＝∑Ai＝∑ei／p2（4）式（4）中，Ef表示人均生态足迹；i表示自然资源类型；Ai表示第i种资源的人均生态足迹；ei表示第i种资源的人均能值；；p2表示研究地区能值密度。（4）生态赤字或盈余。通过比较人均生态足迹与人均生态承载力的差值来动态衡量研究地区生态环境的可持续发展状况。 2．湖北省生态可持续性评价指标 （1）生态足迹多样性指数。其公式为：D＝－∑RiLnRi（5）该指数的计算主要借鉴Shannon－Weaver公式，式中D是多样性指数；Ri为第i种土地类型在总生态足迹中所占的比例。Shannon－Weaver公式是一个复合函数形式，主要从丰裕度和公平度两个方面对生态经济系统中的自然资源和能源资源的分配状况进行研究，资源分配的公平性越高表明区域的生态足迹多样性就越高［7］。（2）万元GDP生态足迹。公式为：万元GDP生态足迹＝区域总人口生态足迹／区域GDP（6）万元GDP足迹主要用于反向表征各项资源的利用效率以及效率之间的差异，万元GDP足迹指标越高，则资源利用效率越低，说明土地的产出效率也就越低［8］。（3）生态经济系统发展能力。生态经济系统发展能力（C）是由生态足迹乘以从系统组织角度推导的生态足迹多样性指数得到的［7］，ef为生产性土地面积，公式为：C＝ef×（－∑QiLnQi）（7） 二、湖北省生态环境可持续性的评价分析 1．湖北省生态足迹的能值核算 （1）人均生态承载力。湖北省土地总面积为1．859×1011m2，2001－2009年的总人口分别为5974、5987、6001、6016、6031、6050、6070、6110、6141万人，文中引用的社会经济、人口、资源环境的原始数据均来自2002－2010年的《湖北省统计年鉴》和各年份的《中国农业分析报告》。依据相关文献［9－11］可知，全球年均总能值为1．583×1025sej，全球平均能值密度p1为3．104×1014sej／hm2，根据上式（1）计算出湖北省人均生态承载力如表1所示。依据核算结果可知，湖北省年均总能值为5．391×1021sej。表1中对于太阳辐射能、风能、雨水势能、雨水化学能和地球旋转能的计算，参见相关文献［12］。（2）人均生态足迹。根据公式（2）计算得湖北省能值密度p2为2．90×1014sej／hm2，并依据公式（3）计算得湖北省2001－2009年内各种消费指标的人均生态足迹如表2所示。从表2中各项结果可以看出，生态资源和能源资源的总量都在不断上升，其中生态资源的年平均增长比率为4．6％，能源资源的年平均增长比率为14．5％，由此可见能源资源的需求与消耗的年平均增长比率是生态资源的3倍左右。湖北省9年内人均消费水平和能源需求量都在不断上涨，其中经济发展是导致能源资源需求进一步增加的主要原因。而生态资源和能源资源需求的上涨则是导致湖北省人均生态足迹不断上升的直接原因。（3）人均生态赤字。从表3核算结果可知，湖北省人均生态足迹从2001年的6．390hm2／人增至2009年的8．106hm2／人。按世界环境与发展委员会的报告建议，应留出12％的生产性土地面积来保护生态足迹多样性。所以在人均生态承载力中扣除12％的生态足迹多样性保护土地后，实际可供利用的面积仅为0．248hm2／人。因此，可以得出：2001—2009年内湖北省的生态足迹均远远超过其生态承载力，生态赤字由2001年的6．142hm2／人扩张到2009年的7．858hm2／人。计算结果表明，湖北省对生态环境的影响与破坏远远超出了其生态承载力的范围，其中，各类生产性土地面积对总的生态足迹的贡献率大小依次为：耕地＞水域＞化石燃料用地＞牧草地＞林地＞建筑用地。#p#分页标题#e# 随着人均生态足迹的不断上升，人均生态承载力的变化不显著，导致湖北省人均生态赤字差距不断拉大。2001－2009年湖北省人均生态承载力已不能满足经济和社会平稳快速的发展要求，不足以承担相应的环境净化与更新的重任，对外部环境、自然资源、能源的需求和依赖也在不断上升，生态压力很大。 2．湖北省生态环境可持续性动态分析 （1）生态足迹多样性指数。将2001－2009年各项土地类型占总生态足迹的比例导入公式（5），计算可得湖北省9年内生态足迹多样性指数，依据此指数可得2001—2009年湖北省生态足迹多样性趋势图，如图1（a）。从核算结果可知，9年内湖北省生态足迹多样性指数在1．444～1．507之间波动，其中2008、2009年的数据相对较高，由丰裕度和公平度的评价含义可知，这2个年份湖北省生态足迹的分配状况相比前7年而言，更均衡更公平。同时不同土地类型的利用数量之间也在不断调整和变化。从相邻年份的差值来看，生态足迹多样性指数变化趋势并非一直平稳，而是在不断增长，其中2001－2002年、2004－2006年、2008－2009年之间均为负增长，也说明湖北省的能源与食品的消费需求是在不断调整中得以改善的，这表明湖北省在注重经济发展的同时，更加注重生态环境的多样性发展与资源的可持续性均衡消费。 （2）万元GDP生态足迹。参照公式（6），对2001－2009年的湖北省万元GDP生态足迹进行了核算，并依据核算结果推出2001—2009年湖北省万元GDP生态足迹动态趋势图如图1（b）。从图1可知，湖北省9年内的万元GDP变化呈现下降趋势，数值在3．574～8．178hm2／万元之间波动，依据世界环境与发展委员会的报告，该项指标整体趋势偏高，这表明湖北省9年内的资源利用效率均比较低。结合湖北省能源资源利用战略计划可知，在2001－2009年，资源利用率是在不断提高的。尤其是2008－2009年，资源利用效率已经发生了显著的变化。2009年资源利用率比2001年下降了43．7％，降幅明显。由此可见，湖北省资源利用有效程度正在逐步提高。 （3）生态经济系统发展能力。利用公式（7）得到湖北省近年生态经济系统发展能力，从表4中可见，虽然湖北省生态经济系统能力总体呈现上升趋势，数值在8．970～11．881之间波动，但从不同类别的生产性土地类型来看，变化趋势则不尽相同。如表4所示，构成生态经济系统发展能力的各项生产性土地类型的变化趋势中：2009年牧草地和化石燃料用地总量与2001年相比增幅分别高达47％、103％。但两者的变化趋势又不尽相同。其中，牧草地成稳定上升趋势，表明消费者的生活水平在不断上涨，解决温饱的基础上，对于禽类、蛋类的需求、营养均衡的意识正在不断增长，这也比较符合湖北省现有生态经济发展状况。化石燃料土地的增长则是分2个阶段，2001－2005年上升趋势明显，湖北省在这5年内依靠能源等资源的消耗大力推动了湖北省产业经济与整体实力的提升。直到2009年，增长趋势变缓，也表明湖北省在追求经济快速平稳发展的同时不再过分依赖能源，特别是不可再生能源，而是不断革新技术，改进生产工艺，努力提高能源资源的利用率，减少碳消耗，实现绿色产业的转型与发展。建筑用地和水域的变化趋势相对比较平稳，增长幅度并不明显；而耕地和林地虽有小范围的上调，但耕地在2004年和2008年、水域在2007年之后均有下降，所以两者整体呈下滑趋势。 上述分析结果显示，湖北省生态经济系统发展能力整体呈现上升趋势，表明湖北省经济、生态状况等处于较强的发展势态中，具有较强的韧性和发展能力。也表明湖北省在均衡各项生产性土地类型的比例、调整能源的利用效率、保证经济稳定持久发展、坚持生态环境的改善和能源需求结构的调整等方面卓有成效，这必将有利于生态环境的进一步改善。 三、结论与讨论 1．结论 全文在生态足迹框架上借鉴能值分析理论，同时还增加生态足迹多样性指数、万元GDP生态足迹和生态经济系统发展能力3项指标来改进生态足迹模型，尽量全面考虑人类的需求活动带给生态环境特别是不可再生资源的生态影响。通过土地利用类型之间的差异变化来揭示湖北省生态环境的真实状况，并借助2001－2009年的湖北省各项能源资源的统计资料来对湖北省可持续发展能力予以动态的分析，主要得出以下结论： （1）自然资源的供需不合理。湖北省2001－2009年人均生态足迹的平均增长率高达19．06％；人均生态承载力在区域面积固定和各项辐射能量变化并不显著时，浮动表现为0；根本原因在于自然资源结构不合理，人均生态足迹的增长速率过快，从而导致2001－2009年间湖北省生态环境一直处于生态赤字状态，其中经济发展速率不断加快、居民消费水平不断上升以及能源需求量的不断增加是湖北省生态赤字逐年拉大最主要的原因。 （2）自然资源的组分结构变化显著。在2001－2009年间，湖北省6种主要土地类型的变化趋势中，牧草地、化石燃料用地的总量在逐年上升，年平均涨幅为6．7％、20．2％；耕地、林地面积小范围的下降达3．08％、0．08％；建筑用地和水域总量平稳上升，涨幅为2．42％、2．17％，均相对平稳。从耕地比重的下降和其他能源需求总量的上升可知，湖北省自然资源的组分结构已从根本上发生了变化，说明随着经济的不断增长和居民生活水平的提升，发展需求是从根本上增加对能源的需求，同时能源需求也是导致化石燃料用地面积显著增加的主要原因。 （3）生态足迹整体分配不均。湖北省2001－2009年间的生态足迹多样性指数是在动态变化中不断增长的，同时也在能源与食品消费需求中不断调整得以改善，虽然总体资源分配上尚不合理，但9年内的持续增长也表明湖北省在注重经济发展的同时，更加注重生态环境的多样性发展与资源的可持续性均衡消费。#p#分页标题#e# （4）万元GDP生态足迹下降趋势明显。湖北省9年内的万元GDP的变化呈现下降趋势，由2001年的8．178hm2下降到2009年的3．574hm2，表明湖北省万元GDP整体呈现偏高的趋势，资源利用效率较低，但下降趋势也真切地反应了湖北省就资源利用效率方面采取措施与政策所取得的显著效果。 （5）生态经济系统发展能力现状欠佳。湖北省生态经济系统发展能力总体呈现上升趋势。从各项生产性土地类型的变化趋势来看，牧草地、化石燃料用地总量在不断上升，耕地、林地小范围的下降，建筑用地和水域总量变化趋势相对平稳，湖北省在逐年均衡各项生产性土地类型的比例，调整能源的利用效率，保证经济稳定持久发展的同时，坚固生态环境的改善和能源需求结构的调整，这将有利于生态环境的进一步改善。 2．讨论 分析运用能值方法对湖北省2001－2009年的生态足迹进行了时间序列的测算，主要选择了生态资源和能源资源2个方面，20项指标来反映湖北省9年内生态足迹的动态变化情况，选择的指标和实际情况相结合。但对于能值分析方法的运用，会因选择的因子不同、指标选择偏向差异、参数的确定和各种侧重而使湖北省生态足迹的强弱程度出现一定程度上的差异。所以在对能值分析运用和指标的选取上仍值得继续研究。在运用生态足迹多样性指数、万元GDP生态足迹、生态经济系统发展能力3项指标来核算湖北省2001－2009年的生态可持续发展能力的时候，所选用的数据均为相关统计数据，因年份较长，对同一指标的统计口径并不完全一致，需要对部分年份数据进行折算，这同样也会导致结果存有一定的差异。
