張鵬飛, 李紅, 李萍

基于生態(tài)足跡的成都市可持續(xù)發(fā)展研究

張鵬飛, 李紅, 李萍*

西南交通大學(xué)生命科學(xué)院與工程學(xué)院, 成都 610031

近年來隨著環(huán)境問題的不斷惡化環(huán)境可持續(xù)發(fā)展面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn), 而生態(tài)足跡方法作為一種區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的定量度量方法, 在評價生態(tài)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)方面得到了廣泛的應(yīng)用。利用基于修正后的生態(tài)足跡模型并結(jié)合萬元GDP生態(tài)赤字、生態(tài)協(xié)調(diào)系數(shù), 分析成都市近8年來可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r。結(jié)果表明: 2008—2015年人均生態(tài)足跡呈現(xiàn)整體下降趨勢, 年均減少3.64%; 人均生態(tài)承載力逐年下降, 年均減少2.29%; 人均生態(tài)盈虧一直處于虧損狀態(tài), 總體趨勢向良好轉(zhuǎn)變, 但本質(zhì)上生態(tài)赤字卻越發(fā)嚴(yán)重; 人均萬元GDP生態(tài)足跡不斷下降, 研究區(qū)資源利用率不斷提高; 年均生態(tài)均衡系數(shù)為1.2415, 生態(tài)系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。成都市可持續(xù)發(fā)展形勢十分嚴(yán)峻, 未來可通過提高生態(tài)承載力控制生態(tài)足跡, 從而提高可持續(xù)發(fā)展能力。

生態(tài)足跡; 生態(tài)承載力; 可持續(xù)發(fā)展; 成都市

0 引言

城市做為人類走向成熟和文明的標(biāo)志, 是人類群居生活的高級形式。作為人類文明的重要組成部分, 預(yù)計將來世界城市化率將達(dá)到前所未有的85%[1]。高速的城市化增加了城市生態(tài)壓力, 引發(fā)了城市大氣污染、水資源短缺、垃圾污染等一系列問題[2], 由此引起的城市生態(tài)足跡、生態(tài)承載力問題引起了國內(nèi)外諸多學(xué)者的探討[3]。早在20世紀(jì)90年代初期加拿大生態(tài)學(xué)家William Rees[4]首次提出生態(tài)足跡(ecological footprint, EF)的概念, 該方法旨在通過衡量區(qū)域內(nèi)人口為了滿足自身需求所消耗的自然資本量來評估對生態(tài)系統(tǒng)的影響[5]。早在1999年我國學(xué)者徐中民、張志強(qiáng)首次使用生態(tài)足跡法的概念, 并完成了大量的研究[6-9]。此后, 周濤、王云鵬、龔健周等基于能值理論重點進(jìn)行了生足跡方法參數(shù)調(diào)整、項目計算以及賬戶擴(kuò)展方面的演變和修正[10]; 楊海平、溫?zé)j[11]基于長時間序列利用生態(tài)足跡方法對內(nèi)蒙古2001—2014年區(qū)域資源可持續(xù)發(fā)展水平進(jìn)行了研究; 黃海等[12]基于生態(tài)足跡模型的改進(jìn)采用生態(tài)足跡方法探討了土地生態(tài)安全評價問題, 提出了土地生態(tài)壓力指數(shù)概念及計算方法。由于生態(tài)足跡模型具有科學(xué)直觀、概念形象、可操作性強(qiáng)、適用范圍廣等優(yōu)點, 現(xiàn)已在特定區(qū)域、農(nóng)作物、資源等方面得到廣泛的應(yīng)用[13], 已成為衡量世界、國家、地區(qū)、城市、行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要手段[14-18]。成都市作為四川省的經(jīng)濟(jì)、政治、文化和科教創(chuàng)新中心, 承擔(dān)著將自身影響力輻射到其他相對落后地區(qū)、從而提升整體經(jīng)濟(jì)實力、縮小東西部差距等的重要職能。但近年來成都市生態(tài)環(huán)境不斷惡化, 針對成都市的生態(tài)環(huán)境的研究也越來越多[19-20], 但基于成都市生態(tài)足跡改進(jìn)模型的可持續(xù)發(fā)展研究鮮有報道。本研究在前人研究基礎(chǔ)上結(jié)合區(qū)域綜合發(fā)展能力模型、生態(tài)協(xié)調(diào)度模型等來評估成都市的可持續(xù)發(fā)展能力, 揭示出成都市可持續(xù)性發(fā)展的制約因素, 并從生態(tài)足跡的控制、生態(tài)承載力的增加雙方面提出建議, 以期為政府部門制定區(qū)域發(fā)展政策提供理論依據(jù)。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 區(qū)位研究

成都市位于四川省中部(圖1), 四川盆地西部, 介于東經(jīng)102°54′—04°53′和北緯30°05′—31°26′之間, 全市東西長192公里, 南北寬166公里, 包括19個區(qū)市縣, 總面積12390平方公里, 其中耕地面積636萬畝。2014年, 全市實現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值12170.2億元, 居副省級市第四位。作為西部經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展且擁有豐富歷史和文化的特大中心城市, 成都市的生態(tài)安全已經(jīng)成為我國生態(tài)安全的重要組成部分。

圖1 成都市地理位置區(qū)位圖

Figure 1 Geographic location map of Chengdu

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)主要來源于2009—2016年《成都市統(tǒng)計年鑒》、《四川省統(tǒng)計年鑒》, 部分?jǐn)?shù)據(jù)經(jīng)過分析處理并在文中注明。成都市生態(tài)足跡的計算總體消費項目可分為生物資源和能源資源, 生物資源帳戶由農(nóng)產(chǎn)品、畜產(chǎn)品、林產(chǎn)品、水產(chǎn)品等17項組成, 在計算中使用的世界平均產(chǎn)量大多來自WWF的參考數(shù)據(jù); 成都市能源資源帳戶由天然氣、電力、原煤、原油等6項組成。此外在計算消費量時, 因為復(fù)雜的貿(mào)易會使得數(shù)據(jù)發(fā)生很大的偏差, 所以生物資源賬戶內(nèi)的各消費項目的消費量用相應(yīng)項目產(chǎn)量近似代替[21]。

1.3 研究方法

1.3.1 生態(tài)足跡模型

生態(tài)足跡即所謂的“生態(tài)占用”, 指人類自身的活動與發(fā)展需要消費的自然資源和能源以及這些資源折算成產(chǎn)生并且處理此類資源的生態(tài)生產(chǎn)性土地面積以及水資源的總量。生態(tài)承載力定義為特定區(qū)域?qū)嶋H最大提供給人類各類生態(tài)生產(chǎn)性土地面積(包含水域面積)的總和。生態(tài)足跡模型就是對計算區(qū)域內(nèi)人均生態(tài)足跡與人均生態(tài)承載力進(jìn)行比較, 如果生態(tài)足跡需求大于生態(tài)承載力說明出現(xiàn)生態(tài)赤字, 表明生態(tài)系統(tǒng)無法充分提供生產(chǎn)生活所需的資源屬于不可持續(xù)利用; 反之, 即生態(tài)系統(tǒng)可以充分提供生產(chǎn)生活所需的資源屬于可持續(xù)利用。

生態(tài)足跡的計算模型[22]為(hm2·人-1):

生態(tài)承載力計算模型為(hm2·人-):

是標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)承載力,A指的是實際生態(tài)生產(chǎn)性土地面積(hm2),y為產(chǎn)量因子,r為均衡因子。

1.3.2 區(qū)域綜合發(fā)展力模型

萬元GDP生態(tài)足跡模型, 即特定區(qū)域生態(tài)足跡與本地區(qū)總的生產(chǎn)總值的比值, 該指標(biāo)越小說明資源利用程度越高, 反之利用程度則越低。計算公式為:

1.3.3 生態(tài)協(xié)調(diào)度模型

在對生態(tài)赤字進(jìn)行比較研究時, 缺乏地區(qū)橫向說服力, 而且相同的生態(tài)赤字對于經(jīng)濟(jì)狀況不同的地區(qū)含義也存在差異, 為了更加有效的反映人均生態(tài)足跡以及地區(qū)資源之間的關(guān)系, 引入生態(tài)協(xié)調(diào)系數(shù), 其取值范圍為1≤≤1.414, 其中越接近于1表示其協(xié)調(diào)性越差, 越接近1.414表示生態(tài)需求和供給越趨于平衡。其計算公式為[23]:

2 結(jié)果與分析

2.1 生態(tài)足跡計算對比表

通過對2008—2015年成都市人均生態(tài)足跡、人均生態(tài)承載力、人均赤字、生態(tài)協(xié)調(diào)系數(shù)計算得出(表1)人均生態(tài)承載力與生態(tài)足跡對比表。其中生態(tài)承載力已經(jīng)扣除12%作為保護(hù)生態(tài)多樣性的面積。

表1 2008—2015 年人均生態(tài)承載力與生態(tài)足跡對比

通過表1對比可知, 近年來成都市各生物生產(chǎn)性土地生態(tài)足跡多樣性指數(shù)處于較低水平, 6類生物生產(chǎn)性土地中耕地和化石能源用地的人均生態(tài)足跡最高, 年均分別為0.6702、0.2272 hm2·人-1; 耕地的人均生態(tài)承載力最高, 年均0.2661 hm2·人-1; 6類生物生產(chǎn)性土地中除了建筑用地存在生態(tài)盈余之外其余的均存在不同程度的生態(tài)赤字, 其中耕地和化石能源地最高, 年均分別為–0.4041、–0.2272 hm2·人-1; 總體而言近年來成都市生態(tài)足跡、生態(tài)承載力均呈現(xiàn)下降趨勢, 生態(tài)虧損逐年減少; 由生態(tài)均衡系數(shù)表明6類生物生產(chǎn)性土地除了耕地可持續(xù)發(fā)展表現(xiàn)良好之外, 其余各類生物生產(chǎn)性土地供需不平衡狀態(tài)表現(xiàn)明顯, 而6類土地年均生態(tài)均衡系數(shù)1.2415, 說明整體成都市生態(tài)需求和供給處于不平衡狀態(tài)。

2.2 人均生態(tài)足跡時間動態(tài)分析

由圖2、表1可知, 2008—2015年人均生態(tài)足跡總體呈現(xiàn)下降趨勢, 由1.1715下降至0.9040 hm2·人-1,年均減少率為3.64%, 且與耕地生態(tài)足跡變化有一定的相關(guān)性, 兩者走勢基本保持一致。各類生態(tài)土地中人均生態(tài)足跡比例為: 耕地>化石>牧草地>水域>林地>建筑用地。其中耕地生態(tài)足跡由0.7477下降至0.5641 hm2·人-1, 年均減少率為3.9%, 耕地年均占總生態(tài)足跡的比例達(dá)61.77%, 主要是由于成都平原氣候適宜耕種導(dǎo)致耕地生態(tài)足跡較高, 此外將豬肉的生物性生產(chǎn)土地劃歸為耕地, 也是導(dǎo)致耕地生態(tài)足跡占比較高的另一原因。而2012年耕地生態(tài)足跡出現(xiàn)明顯拐點, 主要原因就是由于豬肉市場價格走勢低迷、肉類消費較少, 使得生豬產(chǎn)量急劇減少所致, 這也使得總體人均生態(tài)足跡出現(xiàn)一定下降; 化石能源用地生態(tài)足跡年均占總?cè)司鷳B(tài)足跡21.96%, 其生態(tài)足跡近年來呈現(xiàn)下降趨勢, 年均減少率達(dá)到4.1%, 主要原因是成都市大量減少煤炭的使用以及實行了嚴(yán)格的機(jī)動車出行限制措施。此外牧草地、水域、林地、建筑用地等土地類型生態(tài)足跡變化不大, 其年均生態(tài)足跡分別為: 0.0835、0.0574、0.0354、0.0109 hm2·人-1。對6類生態(tài)生產(chǎn)性用地中耕地、化石能源用地和牧草地占比最高, 達(dá)到了94.34%, 是人均生態(tài)足跡的主要貢獻(xiàn)者。

2.3 人均生態(tài)承載力時間動態(tài)分析

由圖3、表1可知, 2008—2015年成都市總?cè)司鷳B(tài)承載力呈現(xiàn)出較為穩(wěn)定且下降趨勢, 由0.3374降至0.2870 hm2·人-1, 年均減少率為2.29%, 且總?cè)司休d力變化趨勢與耕地變化趨勢保持一致。各類生態(tài)生產(chǎn)用地人均生態(tài)承載力占比為: 耕地>建筑用地>林地>草地>水域, 耕地生態(tài)承載力呈現(xiàn)逐年下降趨勢, 由0.3323降至0.2589 hm2·人-1, 其年均減少率為3.65%, 占總生態(tài)承載力的84%; 建筑用地生態(tài)承載力呈現(xiàn)增加趨勢, 由0.0425增至0.0537 hm2·人-1, 年均增加為3.34%, 占總生態(tài)承載力為14.8%, 而建筑用地承載力的增加意味著占用更多的耕地面積, 所以總生態(tài)承載力并沒有出現(xiàn)好轉(zhuǎn)反而越發(fā)嚴(yán)重。從生態(tài)承載力的貢獻(xiàn)而言, 水域、草地、林地三類生態(tài)生產(chǎn)用地占比不足2%, 所以耕地和建筑用地成為主要貢獻(xiàn)者。且耕地的Ds系數(shù)年均為1.409, 可以看出耕地資源基本供需平衡。

圖2 2008—2015年成都市不同土地類型的人均生態(tài)足跡

Figure 2 Per capita ecological footprint on different land types in Chengdu 2008-2015

圖3 2008—2015年成都市不同土地類型的人均承載力

Figure 3 Per capita ecological carrying capacity on different land types in Chengdu 2008-2015

2.4 生態(tài)盈虧動態(tài)分析

由圖4、表1可知, 成都市2008—2015年生態(tài)盈虧一直處于虧損狀態(tài), 但總體趨勢向良好轉(zhuǎn)變。生態(tài)赤字量由0.8341減至0.6171 hm2·人-1, 年均減少率達(dá)到了4.21%。6類生物生產(chǎn)性土地中除了建筑用地一直處于生態(tài)盈余并有一定的增長外, 其余的一直處于赤字狀態(tài)。建筑用地盈余由0.0297增至 0.0341 hm2·人-1, 年均增長率為2.00%。在其余生態(tài)生產(chǎn)性土地里草地年均生態(tài)赤字由0.5143減至0.3410 hm2·人-1, 年均減少5.6%, 占總生態(tài)赤字比例達(dá)到56.75%; 化石能源用地生態(tài)赤字由0.2254降至0.1675 hm2·人-1, 年均減少4.3%, 占總生態(tài)赤字比例達(dá)29.68%。其他3類生態(tài)生產(chǎn)性土地生態(tài)赤字變化幅度較小, 且占比不足10%, 相對而言對生態(tài)赤字影響不明顯。而總體盈虧情況不斷好轉(zhuǎn), 主要原因是在生態(tài)足跡的計算中基于農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量替代消費量而導(dǎo)致的并非是生態(tài)承載力提高所致。而且近年來人們的飲食結(jié)構(gòu)變化, 第一營養(yǎng)級食品的消耗減少, 而禽肉、蛋類、奶類等第二、三營養(yǎng)級食品的消耗不斷增加, 導(dǎo)致人均生態(tài)赤字變得越發(fā)嚴(yán)重。所以生態(tài)赤字的出現(xiàn)主要是由于高營養(yǎng)級食品消耗比重增加和化石能源消費增加造成的。而且牧草地Ds系數(shù)接近于1, 化石能源的Ds值等于1, 也體現(xiàn)出了牧草地和化石能源無法達(dá)到區(qū)域的供需平衡從而成為生態(tài)赤字最主要的貢獻(xiàn)者。

圖4 2008—2015年成都市人均生態(tài)足跡、人均生態(tài)承載力和人均生態(tài)盈虧

Figure 4 Per capita ecological footprint and per capita ecological carrying capacity of Chengdu in 2008-2015

2.5 成都市2008—2015年萬元GDP人均生態(tài)足跡動態(tài)分析

由圖5可知, 成都萬元GDP人均生態(tài)足跡總體呈現(xiàn)下降趨勢, 由0.3378降至0.1028 hm2·萬元-1, 年均減少15.63%。而2012年之前變化趨勢較快, 年均減少率達(dá)到了11.17%, 2012年之后變化趨勢放緩, 年均減少率為5.02%, 主要是自2012年成都逐漸轉(zhuǎn)向服務(wù)型城市之后經(jīng)濟(jì)增長放緩, 減少粗獷型資源利用企業(yè)所致。就總體而言, 降低趨勢明顯, 研究區(qū)的資源利用效率不斷地提高。

3 討論

綜上所述, 通過對2008—2015年成都市人均生態(tài)足跡與承載力的研究可以看出, 成都市整體上處于生態(tài)虧損狀態(tài)、該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)承受壓力較大、生態(tài)均衡系數(shù)表明當(dāng)前成都市發(fā)展處于不平衡狀態(tài), 主要發(fā)展模式主要是通過消耗本市自然資源存量和大量進(jìn)口外部生物資源來彌補(bǔ)生態(tài)承載力的不足。四川大學(xué)人口研究所2012年研究結(jié)果表明, 四川省人均生態(tài)足跡為1.9437 hm2·人-1, 人均生態(tài)承載力為2.0554 hm2·人-1而成都2012年人均生態(tài)足跡為1.0227 hm2·人-1, 人均生態(tài)足跡為0.3192 hm2·人-1, 可以看出成都市生態(tài)承載力遠(yuǎn)低于全省生態(tài)承載力, 處于嚴(yán)重不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài), 而生態(tài)足跡相對較低主要原因是由于消費數(shù)據(jù)由產(chǎn)量代替所致, 相對全省而言成都市存在嚴(yán)重的生態(tài)赤字。而成都市生態(tài)環(huán)境的惡化以及可持續(xù)發(fā)展的影響主要體現(xiàn)在本質(zhì)上生態(tài)赤字的持續(xù)擴(kuò)大, 為了減緩成都市生態(tài)環(huán)境的壓力, 可從增加生態(tài)承載力以及控制生態(tài)足跡需求入手, 主要提出以下對:

(1)優(yōu)化農(nóng)業(yè)發(fā)展布局, 加快規(guī)?；N植、加強(qiáng)技術(shù)手段、激發(fā)農(nóng)民積極性增加農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量;

(2)充分利用農(nóng)作物秸稈, 普及秸稈畜牧養(yǎng)殖技術(shù), 以增加畜牧產(chǎn)量;

(3)發(fā)展共享經(jīng)濟(jì), 倡導(dǎo)綠色出行, 優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)加大煤改氣工程涵蓋范圍, 減少化石能源的使用;

(4)加大耕地保護(hù)力度, 減少不必要的商業(yè)開發(fā); 限制主城區(qū)人口增長、增加市區(qū)輻射范圍, 合理開發(fā)房產(chǎn)資源, 以維持生態(tài)承載力平衡;

(5)增加水域利用效益, 形成魚類養(yǎng)殖與旅游相結(jié)合的發(fā)展模式; 發(fā)展規(guī)模化林業(yè)資源開發(fā)并結(jié)合郊縣農(nóng)家樂形成旅游、度假、運動等中低端消費的全新發(fā)展模式;

(6)著力于向高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展, 大力發(fā)展生物質(zhì)能源, 進(jìn)行垃圾分類收集利用, 減輕城市發(fā)展帶給自然環(huán)境的壓力, 增大成都市的生態(tài)承載力, 使成都市走向可持續(xù)發(fā)展的道路。

4 建議

本文在生態(tài)足跡的計算中, 在借鑒其他學(xué)者的經(jīng)驗基礎(chǔ)上, 基于修正后的生態(tài)足跡模型更加完善的對成都市區(qū)域可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行了定量研究, 并通過生態(tài)協(xié)調(diào)系數(shù)更加直觀的反應(yīng)了成都市生態(tài)需求和供給的平衡性, 方法簡便, 容易操作, 彌補(bǔ)了以往生態(tài)赤字進(jìn)行比較研究時, 缺乏地區(qū)橫向說服力的不足。同時該方法還存在一定的不足: 如何獲得更加準(zhǔn)確的消費數(shù)據(jù)使得計算結(jié)果更加準(zhǔn)確; 本研究將成都市作為整體進(jìn)行研究討論, 這使得研究結(jié)果產(chǎn)生一定的局限性。在今后的研究中應(yīng)該結(jié)合整體研究再進(jìn)行城鄉(xiāng)分區(qū)域研究為以后的政策規(guī)劃提供可靠地依據(jù)。通過研究發(fā)現(xiàn), 建立合理的區(qū)域研究方法, 劃分生態(tài)輸入與生態(tài)輸出區(qū)域并進(jìn)行合理補(bǔ)償, 進(jìn)一步促進(jìn)成都市城鄉(xiāng)可持續(xù)模式的建立急需解決。

圖5 成都市2008—2015萬元GDP生態(tài)足跡

Figure 5 The ecological footprint per ten thousand yuan GDP of Chengdu in 2008-2015

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Analysis of sustainable development in Chengdu based on productive ecological footprint

ZHANG Pengfei, LI Hong, LI Ping*

School of Life Science and Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610010, China

In recent years, with the continuous worsening of environmental problems, the sustainable development of the environment is facing severe challenges. As a quantitative measure of regional sustainable development, the ecological footprint approach has been widely applied in the evaluation of ecological sustainable development and ecological protection. Based on the revised ecological footprint model and the ecological deficit of 10000 yuan GDP and the ecological coordination coefficient, the sustainable development of Chengdu in the past eight years was analyzed. The results showed that the overall ecological footprint per capita decreased with 3.64% annually during 2008 to 2015, and the per capita ecological carrying capacity decreased year by year, with an average annual decrease of 2.29%. The per capita ecological profit and loss was always at a loss and the overall trend was changed well, but in essence, the ecological deficit became more and more serious. The ecological footprint per 10000 yuan of GDP has been declining, and the resource utilization rate has been continuously raised in the study area. The annual average ecological balance coefficient was 1.2415, and the ecosystem was in an unstable state. The situation of sustainable development in Chengdu is very grim. In the future, the ecological footprint can be controlled by increasing the ecological carrying capacity to enhance the capacity of sustainable development.

Per capita ecological footprint; Per capita ecological carrying capacity; sustainable development; Chengdu city

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.05.014

X22; F062.2

A

1008-8873(2019)05-104-07

2017-09-30;

2018-09-18

甘土地利用與生態(tài)環(huán)境建設(shè)的協(xié)調(diào)研究—— 以四川省成都市為例; 四川省科技廳(2016ZR0257)

張鵬飛(1992—), 男, 甘肅定西人, 碩士, 主要從事土地學(xué)生態(tài)研究, E-mail: 1913405585@qq.com

李萍(1962—), 女, 博士, 教授, 主要從事生物學(xué)研究, E-mail:1339784723@qq.com

張鵬飛, 李紅, 李萍, 等. 型基于生態(tài)足跡的成都市可持續(xù)發(fā)展研究[J]. 生態(tài)科學(xué), 2019, 38(5): 104-110.

ZHANG Pengfei, LI Hong, LI Ping. Analysis of sustainable development in Chengdu based on productive ecological footprint[J]. Ecological Science, 2019, 38(5): 104-110.