第二节 镇江市1993～2014年生态环境的动态变化

本节应用生态足迹理论，借助于生态足迹的数据变化，评估镇江1993～2014年生态环境的变化轨迹。按照全球生态安全标准，评估镇江生态安全程度和可持续发展能力。

一 生态足迹理论基本思想与应用性解释

生态足迹分析方法是加拿大的William E. Rees和Wackernagel于20世纪90年代提出的一种定量评价区域可持续发展状况的方法，能够相对客观地反映人类对自然资源的利用程度，反映自然资本的供给与需求是否平衡，并可定量评估一定时期内区域生态环境的变化程度和方向。

生态足迹理论的基本思想。William E. Rees最初将生态足迹形象地比喻为“一只负载着人类与人类所创造的城市、工厂的巨脚踏在地球上留下的脚印”。这一形象化的概念既反映了人类对地球环境的影响，也包含了可持续发展机制。这意味着，当地球所能提供的土地面积容不下这只“巨脚”时，其上的城市、工厂、人类文明就会失衡。随后，William E. Rees和Wackernagel又从不同的角度解释了生态足迹的含义。其实质为：人类每项最终消费的量通过折算，转化成提供生产消费的原始物质与能量的生态生产性土地面积。在供给方面计算生态承载力的大小，两者进行比较，据此可判断区域的可持续发展状况。

生态足迹理论引入了“平均生态生产性土地面积”的概念，提供了测量和比较人类经济系统对自然生态系统服务的需求和自然生态系统的承载力之间差距的生物物理测量方法。该模型以其概念的形象性、内涵的丰富性、资料的易得性和较强的可操作性受到广泛关注。

生态足迹评价方法的应用性解释。生态足迹、生态承载力、生态赤字或盈余、生态压力指数是应用生态足迹理论评估一个区域生态安全的重要变量。相关变量的解释见表3-1。对上述变量的正确求解，是客观评价某区域可持续发展的前提条件。

生态安全评价的基本思路。应用生态足迹理论分析一个区域的生态环境特征的基本思路是：计算区域的生态足迹、生态承载力，求解生态赤字或盈余。生态赤字或盈余=生态承载力-生态足迹。求解生态压力指数。生态压力指数=生态足迹÷生态承载力。依据生态安全的相关标准，评估某区域生态安全程度。

二 相关变量的计算方法与计算结果

（一）主要指标的计算方法

生态足迹、生态承载力、生态赤字或盈余、生态压力指数的计算公式如下。

其中，i为消费项目的类型；ci为第i种消费项目的人均消费量（T）;pi为第i种消费商品的平均生产能力（T）; rj为均衡因子；aai为人均第i种消费品折算的生态生产性土地面积（公顷）; N为人口数；ef为人均生态足迹（公顷）; EF为总人口的生态足迹（公顷）。

其中，ec为人均生态承载力（公顷）; aj为人均生态生产性土地面积（公顷）; yj为产量因子；EC为区域总人口的生态承载力（公顷）。

生态赤字或盈余可表示为ED，其计算公式为：

当一个地区的生态承载力小于生态足迹时，则出现生态赤字，这表明该地区发展模式处于相对不可持续状态；否则，则处于可持续发展状态。

生态压力指数表示为ET，它反映了区域生态与环境的承受程度。其计算公式如下：

式中，ef为区域内人均生态足迹，ec为人均生态承载力。

（二）生态足迹的计算结果

生态足迹。镇江市的生态足迹计算中主要包括生物资源消费账户和能源消费账户，此外还应考虑地区间的贸易调整，即对资源的进出口部分进行调整，以统计实际的区域净消费数量，通过镇江市各年的统计年鉴可直接获取净消费数量。因此，本书直接利用《镇江统计年鉴》中资源的人均消费数量和年消费数量进行统计。按照生物资源消费和能源资源消费两大账户，分别计算了1993～2014年各年份的生物资源的生态足迹和能源资源的生态足迹。然后，根据公式3.2计算出相应年份的生态足迹，以此类推。

值得说明的是，生物资源消费主要包括农产品（粮食、植物油、蔬菜、瓜果等）、动物产品（猪肉、禽肉、蛋类、牛奶）、木材（茶叶、木材）及水产品等。为了使结果便于比较，本书选用了《国际统计年鉴》1993～2014年关于生物资源的全球平均产量，将镇江市相关年份的人均生物资源消费量转化为提供这种消费需求的生态生产性土地面积。具体计算公式为：

能源消费部分主要包括原煤、焦炭、天然气、汽油、煤油、柴油、燃料油，以及热力、电力等。计算时将能源消费转化为化石燃料土地面积，即以世界上单位化石能源土地面积的平均发热量为标准，将镇江市能源消费所消耗的热量折算成一定的化石燃料土地面积。计算公式为：EF能源消费量=（折算成标准煤的能源消耗总量×折算系数）/全球平均标准煤足迹

把以上计算的生物资源和能源资源的人均生态需求土地面积累加起来，再分别配以适当的权重，即均衡因子（目前是全球统一采用的等量化因子，分别为耕地2.8，林地1.1，草地0.5，化石燃料土地1.1，建筑用地2.8，水域0.2），则可得到镇江市相应年份的人均生态足迹。计算结果见表3-2。

生态承载力。将镇江市某年拥有各类用地（耕地、林地、草地、建筑用地和水域）的面积乘以相应的均衡因子和产量因子，即转化为按世界平均生态空间计算的镇江市该年人均生态承载力。世界单位面积平均产量来自2003年Wackernagel统计的Household Ecological Footprint Calculator资料。依据镇江市某年的粮食平均产量与全球平均粮食产量的比值，得出耕地的产量因子X。由于建筑用地多占用生产性耕地，所以采用与耕地相同的产量因子。林地为17.73。草地的产量数据缺乏，可参照Wackernagel等对中国生态足迹计算时的取值0.19。水域的产量因子为镇江市单位水域面积的水产品产量和全球平均产量的比值Y。出于谨慎考虑，根据世界环境与发展委员会的报告《我们共同的未来》，在计算过程中还应扣除12%的生物多样性保护面积。具体计算公式为：均衡面积=人均面积×产量因子×均衡因子。以此类推，可以计算出镇江市逐年的人均生态承载力，计算结果见表3-2。

生态赤字或盈余。如前所述，生态赤字或盈余是生态承载力与生态足迹之差。镇江相应年份的生态赤字或盈余计算结果见表3-3。

生态压力指数。根据生态压力指数的含义，借助于公式3.6，可算出镇江1993～2014年各年份的生态压力指数，计算结果见表3-4。

三 镇江市1993～2015年生态环境变化轨迹

分析1993～2015年镇江市人均生态足迹、生态承载力、生态赤字或盈余的变化轨迹，能够客观地把握镇江市生态环境的动态变化规律和变化趋势，为更好地制定未来发展方案奠定基础。

人均生态足迹不断扩大，生态承载力微弱下降，生态赤字逐年增加。1993～2015年镇江市人均生态足迹、生态承载力、生态赤字或盈余的变化轨迹如图3-1所示。

人均生态足迹变化。镇江市1993～2015年人均生态足迹整体呈上升趋势，个别年份有波动，2005～2009年及2009～2011年，出现了先小幅下降，再大幅上升，又小幅下降的波动变化。从2001年开始，人均生态足迹变化幅度逐渐增加，由2001年1.5344公顷/人增长到2015年的3.5446公顷/人，涨幅近131.01%。通过对各类用地的人均生态足迹的分析发现，镇江市化石燃料生态足迹占的比重最大，说明镇江市产业结构中高耗能产业占有较高的比重，其中，原煤足迹最大，反映了镇江市能源消费结构以原煤为主；建筑用地生态足迹的比重仅次于化石能源，在2003～2009年间增长速度最快，由于近年来建筑业迅猛发展，城市空间不断扩张，城市化进程加快，因而其足迹增大迅速；耕地生态足迹总体呈上升趋势；林地和草地的生态足迹波动不大。

人均生态承载力下降。镇江市1993～2015年的人均生态承载力整体上也呈波动性微弱增长趋势，但增速小于人均生态足迹。通过分析各类用地的生态承载力发现，镇江市的耕地、林地和水域因具有较高的生产力而成为生态承载力的主要组成部分，说明三者对生态环境保护有重要作用。镇江作为沿江城市具有相对丰富的水域，开发潜力大，有利于人均水域面积增加，再加上现代高新技术的发展，有利于水产品生产结构的调整，单位面积水产品产量增加就提高了水域的产量因子，相应的生态承载力也就增加。林地的人均生态承载力从2000年后增长明显，建筑用地和草地在总的人均生态承载力中所占比重较小。

生态赤字绝对值增大。镇江不同年份的生态赤字虽有波动，但其绝对值整体上不断增大。除1993～1997年出现了生态盈余，其他年份均为生态赤字。1998～2014年生态赤字绝对值出现逐年增大趋势，虽然生态足迹和生态承载力都有所增加，但是人均生态足迹的涨幅大于人均生态承载力，说明镇江市生态足迹与生态承载力已严重不协调，并呈现恶化趋势，不可持续发展状态已有显现。

万元GDP的生态足迹不断下降。万元GDP生态足迹指标可以反映镇江市GDP增长过程中资源的利用效率，更直接地表征了经济增长过程中区域生态环境是否可以持续发展。万元GDP生态足迹越大，则单位面积的生物生产性土地的产出就越低，区域资源的利用效率就越低。反之，区域资源利用效率就越高。1993～2015年镇江万元GDP生态足迹变化如图3-2所示。从中可以看出，除了在2001～2002年、2005～2006年上升之外，镇江万元GDP生态足迹整体呈下降趋势，即每生产万元GDP所消耗的生产性土地面积逐步减少，这说明镇江市经济发展过程中资源利用方式已逐渐由粗放型向集约型转变，资源利用效率不断提高，在一定程度上缓解了生态赤字。

四 镇江市1993～2015年生态安全发展变化

生态安全是保证国家安全的充分必要条件，也是各级政府的首要任务。目前，学界评估某区域的生态安全的主要评价标准为世界自然基金会（WWF）2004年的研究结论。2004年，世界自然基金会选择了全球147个国家或地区2001年的相关数据，计算了各个国家或地区的生态足迹和生态承载力，并以此为基础计算了生态压力指数，该指数的变化范围为0.04～4.00。通过对所获得的数据进行扫描和聚类分析，结合考虑世界各国的生态环境和社会经济发展状况，制定了生态安全评价指标与等级划分标准（见表3-5）。

镇江市1993～2015年生态安全等级评估。图3-3为镇江市1993～2015年生态压力指数变化趋势。23年间镇江市生态压力持续增高，生态压力指数由1993年的0.9916增高到2015年的3.0796。依据表3-5提供的生态安全等级划分标准，比较分析镇江市1993～2015年的生态压力指数，可以清晰地判断相关年份的生态安全程度（见表3-6）。

表3-6显示，镇江市1998～2015年的生态压力指数一直大于1，生态环境始终处于不安全状态。1993～1997年生态为稍不安全状态（生态压力3级）, 1998～2002年为较不安全状态（4级）, 2003～2005年为很不安全状态（5级）, 2006～2015年为极不安全状态（6级）。这说明镇江市近23来的生态压力在不断地增大，生态系统的承受能力与人类经济活动影响力二者之间矛盾加剧。

五 镇江市2017～2025年生态安全变化预测

2017～2025年镇江市人均生态足迹和生态承载力预测。路径依赖理论指出，区域经济的增长和环境变化具有显著的惯性。应用SPSS软件，以镇江市1993～2015年人均生态足迹和生态承载力的计算结果为样本，回归分析相应的方程，由此预测2017～2025年镇江市人均生态足迹和生态承载力的数据，并据此计算生态压力指数，从而可以判断未来9年镇江市生态安全状态。2017～2025年镇江市人均生态足迹和人均生态承载力预测结果如表3-7所示。

表3-7显示，镇江市2017～2025年的人均生态足迹及生态赤字都在逐年增长，人均生态足迹的年平均增长率达4.38%，而人均生态承载力的年平均增长率为-8.59%，生态赤字将越来越大，如果不改变现行经济增长模式，生态赤字将从2017年的3.905公顷/人增至2025年的6.584公顷/人。

镇江2017～2025年生态安全等级预测。根据镇江市1993～2015年的生态压力指数，以生态压力指数为因变量，时间序列为自变量，运用SPSS软件，构造相关的趋势函数，选用3种方法（Linear、Quadratic、Cubic）进行回归分析，可得到镇江市2017～2025年生态压力指数预测的结果，如图3-4所示。

图3-4显示，按照目前发展模式，镇江市2017～2025年生态压力指数将逐年增长，且一直高于警戒线，生态压力指数将从2017年3.597增加到2025年的5.285，将会增加1.688。可见，转变现行经济增长方式是必然选择。