基于生態足跡的土地生態安全評價研究

黃 海，劉長城，陳 春

（重慶交通大學 河海學院，重慶400074）

生態安全是20世紀末隨著生態惡化和環境問題日益嚴重而提出的一種安全理念，區域生態安全狀況一方面受自然因素影響，如全球氣候變化、自然災害等，另一方面受人類活動影響，如城市化、工業化、經濟發展與社會轉型導致的土地利用變化等，是這兩方面因素共同作用的結果。在人類活動導致的生態環境問題中，土地利用變化過程對區域生態安全起著決定性的作用［1］，因此，重視區域土地利用變化的生態環境效應問題，加強土地生態環境系統的評價和安全調控，成為國內外土地利用和生態環境研究領域的一個重要方向。

現有的土地生態安全評價方法主要有P—S—R（壓力—狀態—響應）模型、主成分分析方法、物元模型、投影尋蹤模型和基于GIS技術的評價方法等［2－9］，由于土地利用生態系統自身的復雜性以及人類對其影響的不確定性，導致對土地生態安全評價的研究還處于不斷探索階段，目前還沒有形成一套系統且行之有效的評價方法。生態足跡概念自提出以來已廣泛應用于全球或區域的生態承載力、可持續發展的研究中，已取得不少成果。本文依據生態足跡原理，采用生態壓力指數指標，對重慶市合川區2006—2010年的土地生態安全狀況進行評價，探討其變化趨勢，基于此，提出改善該區域土地生態條件的具體措施。以期為解決該區域社會經濟快速發展和生態環境退化間的矛盾提供科學依據，為西部生態環境管理決策提供借鑒。

1 研究區概況

重慶合川區位于重慶主城區北，距重慶58km，地理 坐 標 為 東 經 105.58′37″—106.40′37″、北 緯29.51′02″—30.22′24″。 全 區 幅 員 面 積 2 343.21 km2，轄27個鎮、3個街道辦事處，共517個村、54個居民委員會，全區現有總人口153.29萬人，其中主城區人口35.8萬人，主城區建成面積32.3km2。合川區地處川中丘陵和川東平行嶺谷的交接地帶，地形以丘陵為主，占全區總面積的90%。全區地貌特征是東、北、西三面地勢較高，南面地勢較低。合川屬北半球亞熱帶季風氣候區，全年氣候溫和，四季分明，雨量充沛，濕潤多陰，日照尚足，無霜期長。年平均氣溫18.4℃，年日照時數1 342.6h，年降雨量1 552.7 mm，平均氣壓986.5hPa，年相對濕度84%，平均風速0.7m／s。合川主城區位于嘉陵江、渠江、涪江交匯處，三江橫貫全境，99條河溪綿延不絕，總長1 990 km，流域面積達77km2，年過境水流量730億m3，人均擁有水量是全國平均的19倍。

2 生態足跡及生態安全的計算方法

2.1 生態足跡模型及計算方法

生態足跡是指支持一定地區的人口所需的生產性土地和水域的面積，以及吸納這些人口所產生的廢棄物所需要的土地總和。生態足跡模型主要用來計算在一定的人口和經濟規模條件下，維持資源消費和廢棄物吸收所必需的生物生產面積。通過對一個地區的生態承載力與生態足跡進行比較，可以判斷該地區的發展模式是否處于可持續狀態［10－11］。生態足跡模型的計算分為生態足跡和生態承載力兩部分。生態足跡的計算步驟與公式［10］為：

（1）各類型消費項目人均生物生產土地面積。

式中：aai——人均i種交易商品折算的生物生產面積（hm2）；ci——i種商品的人均年消費量（kg）；Pi——i種消費商品的年平均生產能力（kg／hm2）；N——人口數（人）；Oi——第i種消費品的年生產量；Ii——第i種消費項目的年進口量；Ei——i種消費項目的出口量；i——消費商品和投入的類型。

（2）人均生態足跡。

式中：rj——土地均衡因子；j——生物生產性土地類型。

人均生態承載力的計算步驟與公式為：

式中：ec——人均生態承載力（hm2／人）；rj——均衡因子；yj——產量因子；aj——人均占有的第j類生物生產性土地（耕地、林地、草地、建筑用地、水域和化石能源用地）面積（hm2／人）。

2.2 土地生態安全評價方法

趙先貴等［12］在研究區域生態安全評價時提出生態壓力指數，認為“生態壓力指數為某一國家或地區可更新資源的人均生態足跡與生態承載力的比率”，該指數代表了區域生態環境的承壓程度，故土地生態安全評價模型為：

式中：ETI——研究區域的土地生態壓力指數；ef——區域土地資源的人均生態足跡；ec——區域人均生態承載力。

3 重慶市合川區土地生態承載力計算與生態安全評價

根據生態足跡方法基本原理，以2006—2010年重慶市合川區生物資源消耗及能源消耗為基礎，對重慶市合川區人均生態足跡進行估算。生態足跡計算主要由三部分構成：① 生物資源的消費（表1）；② 能源的消費（表2）；③ 貿易調整部分。由于貿易的影響，一個區域的生態足跡可以跨越地區界限，在生物資源和能源的消費中應考慮貿易的調整，以計算凈消費額，陳晨和夏顯力通過對全球生態足跡模型修正，提出了本地生態足跡計算模型［13］，但其調整參數的求取過于復雜，且隨意性較大。本文對貿易調整的計算方法采用將生物資源或能源貿易類型與生物生產面積類型配比［14］。

3.1 生物資源生產性生態足跡

重慶市合川區生物資源生產分為農產品、畜產品、林產品及水產品等幾大類，各大類進行了詳細分類。在計算中使用1993年世界生物生產面積的平均水平作為標準，以使計算結果可以與其他區域進行比較，具體計算過程中將重慶市合川區2006—2010年的平均消費轉化為提供這些消費需要的生物生產面積，采用的計算方法如下：

式中：EFi——i種資源的消費足跡；Pi——i種資源的總產量；Yaverage——世界上i種資源的平均產量。

表1 重慶市合川區2006－2010年平均生態足跡生物資源帳戶

3.2 能源生產性生態足跡

重慶市合川區能源消費帳戶計算要考慮煤炭、油品、天然氣及電力，具體計算時除將電力消費轉換為建筑用地面積外，其他能源消費采用世界上單位化石燃料生產土地面積的平均發熱量為標準，將研究區域能源消費所耗熱量折算成一定的化石燃料型生產面積［6］。

表2 重慶市合川區2006－2010年平均生態足跡能源帳戶

根據《重慶市合川區統計年鑒》和土地利用現狀統計資料，采用前述的計算方法，對重慶市合川區2006—2010年各種生物資源生產土地面積和能源生產土地面積進行分類匯總，并進行均衡因子的修正，耕地和建筑用地為2.82，林地為1.10，化石燃料用地為1.14，草地0.5，水域0.2，得到重慶市合川區2006—2010年的人均生態足跡。對人均擁有的各類生物生產性面積乘以均衡因子和產量因子，扣除12%的生物多樣性保護面積后，得到重慶市合川區2006—2010年平均人均土地生態承載力。計算中產量因子采用Wackernagel等在計算中國生態足跡時的取值，耕地為1.66、建筑用地為1.49，草地為0.19，林地為0.91，水域為1［14－15］，計算結果見表3。

表3 重慶市合川區2006－2010年平均土地生態足跡與生態承載力計算結果

3.3 土地生態安全動態評價與分析

根據公式（4）結合研究區域人均生態足跡和人均生態承載力指標的計算，得出研究區域2006—2010年平均土地生態壓力指數為4.286，土地生態壓力指數反映了某區域土地資源的生態足跡需求與生態承載力的比例關系，該指數越大，說明區域的土地生態壓力越大，土地生態系統的安全性越差。借用趙先貴等［12］對不同尺度區域生態壓力指數等級劃分（表4），可以看出重慶市合川區土地生態安全處于極不安全狀態，其發展模式處于不可持續狀態。從時間維度考慮，重慶市合川區2006—2010年的人均生態足跡、生態承載力及生態壓力指數計算計算結果如表5所示。

表4 生態壓力指數的等級劃分標準［12］

表5表明，合川區2006—2010年5a間生態壓力指數不斷增大，說明該區域生態環境呈不斷惡化的趨勢，造成這一問題的主要原因有：

（1）自然地理條件。重慶合川區緊鄰三峽庫區腹心地帶，屬于生態環境的敏感區、脆弱區和易污染易破壞區，由于所處的特定地質構造環境，區內滑坡、泥石流、暴雨等自然災害較為嚴重，而且轄區為山地丘陵地區，地形地貌較為復雜，在資源開發和基礎設施建設方面難度大、成本高，城鎮基本上沿區域內“三江”（嘉陵江、涪江、渠江）布局。該區的土地利用以耕地為主，森林覆蓋率較低，在外界因素的干擾下，特別是在人為活動干擾下，十分容易退化。

（2）社會經濟背景。① 研究區域人口眾多。雖然近幾年人口增長率不高，但是合川區人口基數大，導致土地資源的人均占有量低；② 土地利用未能合理規劃。土地利用結構和布局不合理，低效和違規利用多，農業用地沒有得到有效的保護；③ 能源消耗大。合川區近幾年對產業結構進行了大幅度的調整，但是傳統產業包括采煤、水泥、礦石開采等行業在合川區工業中仍然占有重要的地位。傳統工業產業耗能大，增大了化石能源的消耗，從而增大了生態壓力。

4 建議與討論

針對重慶市合川區土地生態安全存在的問題，建議從以下幾個方面加強該區域土地生態安全建設，改善和提高土地生態安全水平。

（1）加快生態工業和生態農業的發展，促進百姓致富。重慶市合川區雖然位于經濟發展較好的渝西經濟區，但人口眾多、經濟基礎較差，城鄉二元結構突出，生態環境承載力嚴重不足。要改善區域土地生態環境現狀，迫切需要促進區域經濟結構調整和社會轉型，著重解決宏觀生態建設與微觀農民收益的目標錯位問題，才能從根本上改變對生態環境的破壞。同時，區域扶持產業必須符合區域生態環境保護要求，確保“三江”水資源環境安全。鼓勵項目向生態產業園區集中，實現資源充分利用，嚴格控制污染物排放量。推進農業結構調整和產業化經營，探索多種方式集約利用土地，鼓勵農民以出租、互換、轉讓、股份合作等形式流轉承包地，建設生態農業園；推進區域內釣魚城、淶灘古鎮為龍頭的旅游業發展，帶動第三產業發展［9，13，15］。

（2）加強土地利用規劃，實現土地資源優化配置。以往土地利用優化的目標是追求經濟效益最大化，多關注土地利用數量結構的生態優化，忽視了土地利用空間格局的優化。如果要實現生態效益的最大化，最佳選擇莫過于在調整現有土地利用結構的前提下，通過生態工程和植被的逐漸演替，不斷擴大規模，形成良性的生態安全格局。充分發揮土地利用規劃對生態的保護作用，推行生態環境友好型土地利用模式。依據合川區沿江地區土地生態現狀，劃分不同的生態功能區，優先劃定禁止建設、限制建設區域，促進研究區生態廊道建設、景觀生態格局恢復［9，17］。

（3）加強污染治理力度，推進環境監測體系建設。加強沿江地區綜合管理，完善污水和垃圾處理設施的配套建設，持續開展區域內工業污染治理和農業面源污染防治，大力推廣實施農村沼氣能源。建立區域土地生態系統監測數據庫，加強對水土流失、污染指數、地質災害、水環境、生態與生物多樣性、局地氣候變化等的監測力度，通過定期監測更新數據信息，掌握其動態變化情況，健全生態環境預警機制。

本文對生態足跡模型在區域土地資源生態壓力指數和安全評價中的應用進行了初步探索，雖然該模型已經在生態環境及可持續發展研究中得到了廣泛應用，但是該模型中涉及到的均衡因子、產量因子、平均產量等參數在不同尺度（全球尺度、全國尺度和區域尺度）存在差異，對評價結果也會產生很大的影響［18］；且土地生態安全只是區域生態環境安全的組成部分，采用該方法得出的評價結論的可靠性也值得進一步推敲。因此，采用生態足跡模型進行土地生態安全評價需要進一步深入研究。

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