基于“國家公頃”生態(tài)足跡模型的吉安市耕地可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r分析

張振江，涂起紅

(東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，330013，南昌)

0 引言

耕地資源作為一種非可再生資源是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是確保國家糧食安全的根本要素，我國對耕地資源十分重視，為確保國家糧食安全，我國采取最嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度，施行耕地數(shù)量、質(zhì)量和生態(tài)“三位一體”的保護(hù)政策，能否可持續(xù)地利用耕地資源，直接關(guān)系到區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會和自然環(huán)境的整體可持續(xù)發(fā)展。生態(tài)足跡由1992年加拿大生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)家Rees提出的一種衡量人類對資源的利用程度是否處于該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的承載力范圍內(nèi)的量。耕地是生態(tài)足跡計算指標(biāo)之一，計算耕地生態(tài)足跡雖不能反應(yīng)研究區(qū)域的整體可持續(xù)發(fā)展水平，但對衡量該區(qū)域內(nèi)是否可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。目前不少學(xué)者應(yīng)用生態(tài)足跡模型對區(qū)域耕地資源的可持續(xù)性進(jìn)行了評價研究，如謝雨燕[1]等采用生態(tài)足跡法動態(tài)分析西藏地區(qū)大部分耕地的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r處于弱可持續(xù)狀態(tài)，需提高耕地的進(jìn)一步保護(hù)；薛若晗[2]運用改進(jìn)的三維生態(tài)足跡模型評價得出福建省耕地資源近10 年處于不可持續(xù)狀態(tài)；羅海平[3]等構(gòu)建耕地生態(tài)足跡模型對我國糧食主產(chǎn)區(qū)的耕地生態(tài)盈余狀況進(jìn)行了詳細(xì)的評價及分區(qū)；白茹冰[4]基于生態(tài)足跡模型得到2017年后河南省耕地可持續(xù)發(fā)展受到較大威脅，除信陽市耕地處于弱不可持續(xù)發(fā)展外，其余地市均處于中等不可持續(xù)階段；王琦[5]等分析了3種不同的生態(tài)足跡模型對四川省耕地可持續(xù)的評價結(jié)果，表明四川省耕地資源利用由弱不可持續(xù)狀態(tài)逐步向強不可持續(xù)狀態(tài)發(fā)展；周麗萍[6]等的耕地生態(tài)足跡模型研究表明臨夏州人均耕地足跡在13 a增長了26倍之多，其耕地生態(tài)系統(tǒng)處于極不穩(wěn)定狀態(tài)。

吉安是長江中游城市群重要成員，位于江西省中部富饒的吉泰平原，吉安市土地利用類型以林地和耕地為主，截至2014年耕地面積占總面積比例17.5%。據(jù)統(tǒng)計2018和2020年吉安市糧食產(chǎn)量增長率僅0.1%，2019年糧食產(chǎn)量下降1.2%，其糧食安全已經(jīng)出現(xiàn)較大隱患，且吉安市在目前的土地利用中隨著大規(guī)模的開發(fā)建設(shè)，人口、耕地逆向發(fā)展，耕地面積日漸減少，人地矛盾突出，因此對吉安市耕地可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行研究具有較大意義。

1 “國家公頃”耕地生態(tài)足跡模型的改進(jìn)

1.1 “國家公頃”及數(shù)據(jù)來源

本文在傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型的基礎(chǔ)上采用了由我國學(xué)者改進(jìn)提出的“國家公頃”的生態(tài)足跡模型[7]來對吉安市的耕地生態(tài)足跡進(jìn)行計算和分析。由于傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型的研究依據(jù)是來源于聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)使用1993年世界平均產(chǎn)量的計算結(jié)果，對比現(xiàn)在數(shù)據(jù)的時間跨度和現(xiàn)勢性區(qū)別較大，且與我國實際土地生產(chǎn)力和土地承載力相比，國際機構(gòu)計算的世界平均生產(chǎn)力和均衡因子，并不適用于我國的實際情況，因此，在進(jìn)行我國市域的生態(tài)足跡研究時，根據(jù)我國實際情況計算國家平均生產(chǎn)力和均衡因子更加符合實際研究需要，所得結(jié)果更能反應(yīng)研究區(qū)域的實際生態(tài)承載力狀況[8]。因此在對吉安市的耕地生態(tài)足跡計算中采用“國家公頃”的概念更能真實反映吉安市的耕地利用情況和可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

根據(jù)生態(tài)足跡的計算方法，本文對吉安市耕地生態(tài)足跡和生態(tài)承載力和生態(tài)盈余(赤字)進(jìn)行分析和計算，涉及到的耕地生產(chǎn)作物有：糧食作物(包括稻谷、小麥、玉米、豆類、薯類)、油料(包括花生、芝麻、油籽等)、棉花、糖類(主要指甘蔗)、煙葉、蔬菜、茶葉和果園共8類作物。分別收集了我國2009—2018年這8類作物的單位面積產(chǎn)量，吉安市2009—2018年這8類作物的播種面積、年總產(chǎn)量并計算其單位面積產(chǎn)量以及吉安市2009—2018年的年末人口數(shù)量。數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計年鑒》，2010—2019年《江西統(tǒng)計年鑒》，2010—2019年《吉安統(tǒng)計年鑒》和《吉安市統(tǒng)計公報》等。

1.2 “國家公頃”模型中的均衡因子含義

不同類型土地的平均生物生產(chǎn)力相差很大，要通過各自的均衡因子來轉(zhuǎn)化成可以直接進(jìn)行比較的標(biāo)準(zhǔn)面積。傳統(tǒng)生態(tài)足跡中的土地類型有：耕地、林地、水域、化石能源地、草地和建設(shè)用地，其均衡因子主要引用了Rees所提出的全球均衡因子值。隨著我國學(xué)者對生態(tài)足跡模型的廣泛應(yīng)用，均衡因子極其有必要進(jìn)行本地化研究。本文基于改進(jìn)的“國家公頃”生態(tài)足跡概念引用了我國學(xué)者劉某承[9]等根據(jù)MODIS數(shù)據(jù)和植被的凈初級生產(chǎn)力所計算出的我國各土地利用類型平均均衡因子。由于本文章只計算耕地一種生態(tài)足跡，引用其計算結(jié)果均衡因子為1.74。

1.3 “國家公頃”模型中的產(chǎn)量因子含義

由于國內(nèi)區(qū)域間生產(chǎn)條件和環(huán)境的差異，即使是同類生物生產(chǎn)性土地的生產(chǎn)力也存在地域差異，不同區(qū)域同類土地間的生物生產(chǎn)力也不相同。因此，不同地域的同類生物生產(chǎn)性土地的實際面積也不能直接相比，需要通過產(chǎn)量因子進(jìn)行轉(zhuǎn)換[7]。這里的產(chǎn)量因子是通過把研究區(qū)內(nèi)的某類土地的平均生產(chǎn)力除以全國同類土地的平均生產(chǎn)力得到的，這一因子綜合反映了特定地域環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)因素。吉安市各類農(nóng)作物產(chǎn)量因子計算方法為：產(chǎn)量因子=吉安市耕地各類型農(nóng)作物平均單位面積產(chǎn)量/全國該類型農(nóng)作物平均單位面積產(chǎn)量。2009—2018年全國和吉安市耕地農(nóng)作物平均單位面積產(chǎn)量和各類型農(nóng)作物產(chǎn)量因子見表1。根據(jù)計算結(jié)果，吉安市除糧食作物、棉花以及煙葉的單產(chǎn)略高于全國平均水平外，茶葉、果類作物單產(chǎn)不足全國平均產(chǎn)量的一半。

表1 2009—2018年吉安市耕地各類型農(nóng)作物產(chǎn)量因子

2 材料與方法

2.1 耕地生態(tài)足跡的計算

任何一個特定的人口其生態(tài)足跡是其所占有的用于生產(chǎn)其所消耗資源和收納其所產(chǎn)生廢物的生產(chǎn)性土地面積。計算公式為：

(1)

式中：EF表示吉安市生態(tài)足跡總量；ef表示人均生態(tài)足跡；N表示吉安市的各年人口總數(shù)；Ci表示吉安市耕地上i類農(nóng)作物各年人均生產(chǎn)量；ri為第i類農(nóng)作物的土地利用類型的均衡因子；pi表示第i類消費品的全國平均生產(chǎn)能力。

2.2 耕地生態(tài)承載力的計算

生態(tài)承載力是指區(qū)域內(nèi)自然生態(tài)系統(tǒng)能夠提供給人類生存和發(fā)展所需資源的生態(tài)生產(chǎn)性土地面積總和。其計算公式為：

EC=N·ec=N·∑ai·yi·ri

(2)

式中：EC為吉安市總的生態(tài)承載力，N為吉安市人口數(shù)量，ec為吉安市人均生態(tài)承載力，ai為吉安市i類農(nóng)作物人均生產(chǎn)面積，yi為第i類農(nóng)作物的產(chǎn)量因子，ri為第i類農(nóng)作物土地利用類型的均衡因子。

2.3 耕地生態(tài)盈虧

生態(tài)承載力大于生態(tài)足跡時即為生態(tài)盈余，反之為生態(tài)赤字。生態(tài)盈虧計算公式為：

ED=EC-EF=N·(ec-ef)

(3)

式中：ED為生態(tài)赤字/盈余，ec、ef分別是人均生態(tài)承載力和人均生態(tài)足跡。ED>0 為生態(tài)盈余，表明該區(qū)域的生態(tài)供給大于人口消費需求，區(qū)域耕地處于可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)；ED<0 為生態(tài)赤字，表明該區(qū)域的生態(tài)供給小于人口消費需求，區(qū)域耕地處于不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

3 吉安市耕地生態(tài)足跡變化趨勢

根據(jù)上述公式及數(shù)據(jù)計算得到吉安市2009—2018年耕地生態(tài)足跡結(jié)果如圖1所示。

圖1 吉安市2009—2018年人均耕地生態(tài)足跡、人均耕地生態(tài)承載力及人均耕地生態(tài)盈虧變化

3.1 吉安市人均耕地生態(tài)足跡分析

圖1表明，2009—2018年吉安市耕地人均生態(tài)足跡整體增長，2018年較2009年10 a增長了10.2%，增幅最大的一年為2010年，在2014年的達(dá)到最高值的0.334 4 hm2，隨后又呈緩慢下降狀態(tài)，其下降速度遠(yuǎn)不及2009—2014年的增長速度，2014—2017年3 a總體下降幅度僅略高于2013—2014年的增長幅度。

3.2 吉安市人均耕地生態(tài)承載力分析

圖1表明2009—2018年吉安市人均耕地生態(tài)承載力總體來說10 a增長率僅不到1.4%，其增長率遠(yuǎn)低于人均耕地生態(tài)足跡的增幅，2009—2014年生態(tài)承載力變化趨勢和生態(tài)足跡趨勢基本一樣，2014年和2015年生態(tài)承載力變化不大，2015年后生態(tài)承載力下降明顯，說明吉安市2015年后土地利用狀況開始趨于不合理，耕地壓力增大。

3.3 吉安市人均耕地生態(tài)盈余(赤字)分析

圖1表明，吉安市2009—2012年人均生態(tài)足跡都小于人均生態(tài)承載力，處于生態(tài)盈余狀態(tài)，吉安市的耕地生產(chǎn)力滿足當(dāng)?shù)鼐用竦男枨罅浚幱诳沙掷m(xù)利用狀態(tài)，但是每年都在減少，2013年生態(tài)足跡大于生態(tài)承載力，開始處于生態(tài)赤字，耕地的生產(chǎn)不再滿足當(dāng)?shù)鼐用竦男枰?，耕地的人均生態(tài)赤字在2014年達(dá)到頂峰為0.006 2 hm2，2015年雖下降至0.002 1 hm2，但隨后波動上升的趨勢，至2018年生態(tài)赤字又增長至0.005 2 hm2，較2015年增長了1.48倍。

3.4 吉安市耕地可持續(xù)發(fā)展指數(shù)

為了能夠較為直觀地反應(yīng)吉安市耕地的利用程度，又引用了我國學(xué)者劉欽普[10]等提出的耕地可持續(xù)發(fā)展指數(shù)(SDI)來直觀地表示耕地可持續(xù)發(fā)展程度，其計算方法為耕地生態(tài)承載力同耕地生態(tài)足跡與耕地生態(tài)承載力的和的比，SDI的取值范圍為0～1，以0.5為界限，以0.15為階段，SDI值越接近1表明耕地生態(tài)處于越強可持續(xù)狀態(tài)，越接近于0表明耕地處于越不可持續(xù)狀態(tài)。通過計算可以得到2009—2018年各年份吉安市耕地生態(tài)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)指數(shù)，結(jié)合表2可知10 a吉安市耕地生態(tài)可持續(xù)指數(shù)下降較為明顯，2013年后均處于弱不可持續(xù)狀態(tài)。

表2 2009—2018年吉安市耕地生態(tài)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)指數(shù)

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

根據(jù)2009—2018年吉安市耕地生態(tài)足跡、生態(tài)承載力、生態(tài)盈余(赤字)以及耕地可持續(xù)發(fā)展指數(shù)的結(jié)果可以得到：吉安市的耕地生態(tài)足跡2018年與2009年相比增長了10.2%，但是2014年后處于緩慢下降趨勢，但下降緩慢；吉安市的耕地生態(tài)承載力2018年與2009年相比僅增長1.4%，2014年后處于快速下降的趨勢；2013年后耕地生態(tài)足跡開始大于耕地生態(tài)承載力，耕地可持續(xù)指數(shù)開始由弱可持續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)槿醪豢沙掷m(xù)，2014年耕地生態(tài)赤字達(dá)到最高，2015年以后也處于波動上升趨勢，不利于吉安市的耕地資源的可持續(xù)發(fā)展。

4.2 建議

通過“國家公頃”的吉安市耕地生態(tài)足跡模型的計算以及統(tǒng)計數(shù)據(jù)，目前吉安市的耕地不可持續(xù)發(fā)展的主要原因不僅在于耕地數(shù)量下降明顯，而且耕地質(zhì)量明顯較低，導(dǎo)致大部分農(nóng)作物的單產(chǎn)遠(yuǎn)低于國家平均水平。為了保護(hù)吉安市耕地持續(xù)向好發(fā)展，防止耕地向不可持續(xù)的無限轉(zhuǎn)變，吉安市應(yīng)該在我國“三位一體”耕地保護(hù)政策體系下，合理控制建設(shè)用地在城市化過程中的無限制增長，防止過多耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，還應(yīng)加大農(nóng)業(yè)科技與政策方面的投入，優(yōu)化耕地生產(chǎn)模式，提高土地產(chǎn)量，加強耕地集約化利用與高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的建設(shè)，完善耕地生態(tài)保護(hù)補償制度，提高區(qū)域內(nèi)耕地的生態(tài)保護(hù)意識。