基于三維生態足跡模型的福建省耕地資源評價

摘要 為了解福建省耕地資源的可持續發展狀況，基于傳統生態足跡模型和三維生態足跡模型，測算了福建省2008—2017年人均耕地生態足跡、生態承載力、足跡廣度、足跡深度和三維生態足跡。在此基礎上，引入耕地壓力指數，判斷當前福建省耕地是否處于超載狀態。結果表明：2008—2017年，福建省人均耕地生態足跡由0.263 6 hm2增長至0.307 1 hm2，增長了16.5%;人均耕地生態承載力逐年緩慢減少，從0.213 7 hm2下降到0.201 9 hm2，下降了5.5%。2008—2017年，福建省耕地從未出現過生態盈余，人均耕地足跡生態赤字從0.049 9 hm2擴大到0.105 2 hm2，增加了110.8%。福建省2008—2017年耕地足跡廣度總體下降，而足跡深度總體上升，且人均耕地足跡深度始終大于1。這10年間，耕地壓力指數逐漸上升至1.520 9。福建省耕地資源的利用為不可持續發展狀態。最后，提出了一些合理的對策，以維持福建省的可持續發展。

關鍵詞 耕地;生態足跡;足跡廣度;足跡深度;福建省

中圖分類號 F301.2文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）19-0059-04doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.19.019

Abstract To study the sustainable development state of arable land resource in Fujian Province， by applying the traditional ecological footprint model and the threedimensional ecological footprint model， the per capita ecological footprint of arable land， ecological capacity， footprint size， footprint depth and threedimensional ecological footprint of Fujian from 2008 - 2017 were calculated. Based on these， the arable land pressure was introduced to determine the situation of sustainable development. The results show that： per capita ecological footprint of arable land in Fujian increased from 0.263 6 hm2 to 0.307 1 hm2， which increased by 16.5% during 2008-2017. The per capita ecological capacity of arable land in Fujian decreased from 0.213 7 hm2 to 0.201 9 hm2， which decreased by 5.5%. During the ten years， arable land in Fujian did not have ecological surplus， the per capita ecological deficit grew from 0.049 9 hm2 to 0.105 2 hm2， which increased by 110.8%. During 2008 - 2017， the footprint size of arable land decreased， the footprint depth of arable land increased， and the latter was more than 1. The arable land pressure of Fujian increased to 1.520 9 during the ten years. The use of arable land resources was in an unsustainable state. Finally， in order to maintain the sustainable development of Fujian， some countermeasures were put forward.

Key words Arable land;Ecological footprint;Footprint size;Footprint depth;Fujian Province

生態足跡（Ecological Footprint）是1992年加拿大生態經濟學家William Rees提出的 [1]。生態足跡能夠為判斷某類生物生產性土地的可持續發展能力提供依據，同時也是評價整個區域可持續發展狀況的重要指標之一[2]。近年來，國內外學者對生態足跡的理論和模型提出了改進和修正，如Niccolucci等提出的三維生態足跡模型，并在眾多實證研究中加以采用[3-5]?？沙掷m的利用區域耕地資源，是保障區域生態安全的基本要求之一，直接關系到區域經濟與、社會和環境的整體可持續發展。不少學者運用生態足跡模型對區域耕地資源利用的可持續性進行了評價研究，如樊玉杰等[6]對昭通市耕地可持續發展進行評價;靳相木等[7]運用三維生態足跡模型擴展對溫州市耕地承載力指數進行研究;曹文亞[2]基于生態足跡對德陽市耕地脆弱性研究;王琦等[8]對四川省耕地資源評價;周麗萍等[9]對2002—2015年甘肅臨夏州耕地資源的可持續發展狀況進行研究。

福建省近年來城鎮化的快速推進和人口的增長，導致人均耕地資源減少、耕地保護形勢嚴峻。筆者對福建省2008—2017年耕地資源的可持續狀況進行定量計算和分析，應用傳統生態足跡模型計算了人均耕地生態足跡、生態承載力、生態赤字;運用Niccolucci等[3]提出的三維生態足跡模型計算足跡深度、足跡廣度和三維生態足跡等;并在此基礎上，進一步計算了福建省耕地生態壓力?；谟嬎憬Y果，分析和評價福建省耕地資源利用的可持續性。

1 研究方法與數據來源

1.1 研究方法

1.1.1 傳統生態足跡計算模型。

采用《國家生態足跡賬戶計算基本方法和框架（2011版）》[10]中的模型計算生態足跡，且計算中用到的耕地均衡因子和產量因子的取值也出自其中，計算公式如下：

式中，EF是區域總生態足跡;N是區域人口數;ef是人均生態足跡;i是消費類型;j是生物生產性土地類型;EQFj是第j種土地類型的均衡因子;ci是第i種消費的區域人均消費量;pi是第i種消費的全球平均生產力。EC是區域總生態承載力;ec是人均生態承載力;aj是區域第j種生物生產性土地的人均面積;YFj是第j種土地類型的產量因子。ED是區域總生態赤字，ed是人均生態赤字[10-13]。

生態足跡和生態承載力的單位是全球公頃，處于全球平均生產力水平的1公頃土地的生產能力即為1全球公頃生產力[11-13]。生態承載力計算結果扣除12%的生物多樣性保護面積[13，14]。

1.1.2 三維生態足跡模型。

Niccolucci等對傳統生態足跡模型進行大量研究和實踐應用，并對傳統模型提出改進，引入了足跡廣度和足跡深度，建立了基礎三維生態足跡模型。足跡廣度指標具有空間屬性，它表示在區域生態承載力限制下，區域生態需求實際占用多少生物生產性土地面積。足跡深度指標具有時間屬性，它表示區域人口的對資源的實際需求超出區域生態承載力的程度，它亦能表示若需維持區域現有資源消費水平，理論上需占用多少倍的區域實際生物生產性土地面積;或者可以理解為在政策和技術條件維持不變的情況下，再生出區域1年資源消耗量所需的時間[3，5，15]。計算公式如下：

式中，EFdepth為足跡深度，無量綱;EFsize為足跡廣度;EF3D為三維生態足跡;EF、EC和ED表示意義同傳統模型。EFsize、EF3D的單位也都是全球公頃。由公式可知：EFdepth≥1，1表示足跡深度的自然原長。EFdepth的數值大小，表示區域人口生態消費的多少，其數值越大則表明區域可持續性越弱;EFsize取值在區域生態承載力范圍之內，表示區域生態承載力是該區域生態系統的最大生態資源供給量。[3-5，15，16]三維生態足跡的數值與傳統模型計算出的生態足跡相等。該模型對處于生態赤字狀態的單一生物生產性土地類型，如耕地，較為適用[7，16]。

1.1.3 耕地壓力指數。

基于三維生態足跡模型可構建耕地生態壓力指數，評價區域耕地對區域消費的承載狀況。理論上，區域耕地所承受的生態壓力與該區域的耕地足跡成正比，與區域耕地生態承載力成反比[7]。因此，本文選取靳相木等對溫州市耕地承載力研究中所采用的耕地壓力指數計算方法，即，區域耕地壓力指數I可以表示為：

I=EFEC=EFdepth（9）

1.2 研究區域與數據來源

1.2.1 研究區域概況。

福建省位于中國東南沿海，陸地邊界與浙江、江西和廣東3省毗鄰，與臺灣隔海峽相望，陸域面積12.4萬km2，全省現轄9個地級市以及1個綜合實驗區，2017年全省人口3 911萬[17]。福建省近年來的各方面統計資料和數據都較為完善，作為本次研究的數據資料來源。

1.2.2 研究數據來源。

該研究的產量數據來自《福建統計年鑒2018》[17]。其中，由于考慮到水果類園地的普遍土質和實際耕種情況，將水果類園地歸為耕地。在福建省的畜牧業中，飼養豬和禽類的飼料主要來源于耕地產出的糧食或農作物加工品，因此提供該類產品的生物生產性土地也歸為耕地。

該研究中土地資源的數據來自“第二次全國土地調查主要數據成果公報”中福建及所轄地區的數據成果[18]。

2 結果與分析

2.1 基于傳統模型的耕地生態足跡計算

運用傳統生態足跡模型，將基礎數據代入公式（1）、（2）、（3）中計算，得到的2008—2017年福建省的人均耕地足跡、生態承載力和生態赤字，具體見表1，人均耕地生態足跡的組成內容和結構比例見圖1。

由表1和圖1可知，2008—2017年福建省人均耕地足跡從整體上呈現增加趨勢，在2017年達到最高的0.307 1 hm2，對比2008年的0.263 6 hm2，增長了16.5%。福建省當地的豬和禽類的飼養主要依靠耕地供應農作物加工品，因此該研究中的耕地所提供的產品也包括豬肉、家禽、蛋等。2008—2017年福建省耕地生態足跡的增長，主要是居民對肉類、植物油、禽、蛋的消費足跡的擴大，尤其是豬肉類消費足跡增加顯著，鮮菜消費足跡基本持平，而糧食稻米消費足跡減少明顯。

由表1可知，2008—2017年福建省的人均耕地生態承載力雖數值上略有增減變化，但起伏不大，整體呈現逐年緩慢減少的態勢，從0.213 7 hm2下降到0.201 9 hm2，這10年內總共下降了5.5%。在2008年，福建省的耕地就已經呈現出生態赤字了，說明福建省耕地已經處于超負荷狀態。在研究期的10年內，隨著人均耕地足跡的增長和人均耕地生態承載力的下降，人均耕地足跡生態赤字不但沒有減少，反而大幅增長，從2008年的0.049 9 hm2擴大到2017年的0.105 2 hm2，增加了110.8%。

2.2 基于三維生態足跡模型的耕地足跡計算與分析

將表1計算結果代入公式（4）～（6），運用三維生態足跡模型計算，得到2008—2017年福建省人均耕地足跡廣度、足跡深度和三維生態足跡，見表2和圖2。在此基礎上，將數據代入公式（9）計算出2008—2017年福建省耕地壓力指數，見表2。

由表2可知，2008—2017年福建省人均耕地足跡廣度雖有小幅上下浮動，但總體呈現下降態勢，2017比2008年下降了5.5%，最高值出現在2009年。2008—2017年福建省人均耕地足跡深度始終大于1，而且總體上升，由2008年的1.233 7增長到2017年1.520 9，增長了23.3%。耕地足跡深度可以很好地反映出當前耕地的生態壓力大小。從表2和圖2可知，2017年福建省在當前的種植技術下要實現全省耕地生產的自給自足，需要超過1.5倍的當前全省耕地面積，或者需要消耗超過1.5年耕地上所生產的自然資源?？梢?，福建省耕地的生態負擔較為嚴重。

3 結論與建議

3.1 結論

該研究分別運用傳統生態足跡模型和三維生態足跡模型，對2008—2017年福建省耕地生態足跡、生態承載力、生態赤字、足跡深度、足跡廣度和人均三維生態足跡進行計算和分析，并計算了耕地生態壓力指數，得出以下結論：

2008—2017年福建省人均耕地足跡總體加速上升，增長了16.5%，這主要是居民消費結構的變動，造成了耕地足跡構成的變化。說明了福建省居民生活水平普遍提高，最基本的吃飯問題已經不是主要限制因素，居民進入了改善飲食結構、提升飲食質量的階段。由于經濟的增長、城市化進程的加快和城市人口的增長，導致福建省人均耕地生態承載力略有起伏但總體小幅下降，2008—2017年下降了5.5%。2008—2017年福建省的耕地未出現生態盈余，均為生態赤字，且人均耕地足跡生態赤字增長迅速，增長幅度為1108%?？梢?，一方面社會生產和居民生活對自然資源的需求不斷增加，另一方面福建省耕地的供給能力下降，福建省的人地關系逐年緊張，土地所能提供的自然資源遠遠不能滿足當前的生活水平和社會經濟活動需要。

2008—2017年福建省耕地足跡廣度總體下降，而足跡深度總體上升，且人均耕地足跡深度始終大于1。這表明，居民對耕地產品的消費量大于本地耕地產品供給量，生態占用的代際公平會受到一定程度影響。

2008—2017年耕地生態壓力指數不斷加大，可見耕地生態系統的不穩定性在加劇，土地承載力面臨著嚴峻的挑戰，耕地資源處于生態透支狀態，耕地資源的利用由弱不可持續狀態逐步向強不可持續狀態發展，只有通過動用自然資源存量或者通過貿易，從其他區域向本區域輸入生態資源，才能滿足區域內居民對耕地系統產出的需求。

必須指出，該研究存在不足之處，由于無法獲得全部耕地產品消費的統計資料，對于耕地的均衡因子和產量因子的取值與本地區的實際值有誤差，并且，三維生態足跡模型假設研究區域是封閉的，并未將區域間自然資源的相互流動過程考慮在內，以上因素均可能影響研究結果，這些也可以作為將來進一步研究的方向。

3.2 建議

區域內耕地資源的生態安全和可持續利用，在該區域整體的可持續發展中有著不可替代的地位。為了拓寬耕地生態足跡廣度的可取值范圍，降低耕地生態足跡深度，從而減緩耕地生態壓力，增強耕地資源利用的可持續性，提出以下建議：

第一，雖然耕地足跡廣度受限于自然資源稟賦，但也可以通過加大投入，提高耕地產出能力等措施加以改善。如保護土地并切實提高區域生產力?？梢愿鶕煌愋屯恋靥刭|，充分發掘各自潛能，提升耕地使用質量。高產地，可通過改良品種、提高技術來增加單產，改善經濟效益;中低產地，合理調整作物布局，通過作物自身相互作用，提高土壤肥力，同時注意用養結合，緩沖恢復土地肥力。加大農業科技投入力度，發展生態農業，還要特別加強農業生態環境保護，提高耕地質量，努力提高耕地生態承載力。

第二，降低耕地生態足跡深度。要控制生態足跡，可以通過提倡節約資源、節約消費等手段，降低人均生態足跡，以減少生態赤字。

第三，合理配置土地資源，必須對耕地進行嚴格的保護。從規劃層面嚴格控制土地利用類型的轉變，有效實行耕地補償機制，盡可能保證補償耕地面積不小于建筑用地開發占用面積，適度退耕還林，加大補償力度。

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