江蘇省宜興市生態赤字分析及可持續發展力的研究

吳敏　李建龍　李輝　楊悅　史雪娟　張麗平　史偉成　謝伯軍　王晨

摘 要： 運用生態足跡模型計算了宜興市2004—2013年的人均生態足跡和生態承載力，分析了生態赤字水平、動態變化及成因，并結合可持續發展力指標，對宜興市的可持續發展能力進行評估。結果表明：近10年來，宜興市出現嚴重生態赤字，赤字大小由2004年的2.21 hm2·人-1增加至2013年的3.43 hm2·人-1，其中能源的生態赤字最大，約占總生態赤字的70%。此外，生態壓力指數較高，達8.13；生態足跡多樣性指數較低，為1.16～1.09；萬元GDP生態足跡為0.87～0.35；區域發展能力指數呈小幅增加趨勢。可見，宜興市一直處于不可持續發展狀態，各土地利用類型分配不平衡，但資源利用率較高，區域發展能力逐漸增強，可持續發展潛力較大。因此，宜興市應著力于控制人口數量、加快工業的轉型與升級、加強生態保護與建設等方面，實現城市的可持續發展。

關鍵詞：宜興市；城市生態與環境紅線；生態足跡分析；生態承載力分析；生態赤字分析；可持續發展力評價。

中圖分類號：F205 文獻標識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.09.006

Study on Ecological Deficit and Sustainable Development Power in Yixing City

WU Min1，2 ， LI Jian-long1， LI Hui1， YANG Yue1， SHI Xue-juan2， ZHANG Li-ping2， SHI Wei-cheng2， XIE Bo-jun2， WANG Chen2

（1.School of Life Sciences， Nanjing University， Nanjing， Jiangsu 210093， China； 2. Yixing Environmental Protection Agency， Yixing， Jiangsu 214206， China）

Abstract： The research studied the per capita ecological footprint and ecological carrying capacity of Yixing city from 2004 to 2013 using ecological footprint model， analyzed the ecological deficits， dynamic changes and causes， evaluated the sustainable development ability combing with the sustainable development index. The results showed that： there was severe ecological deficits， the size was increased from 2.21hm2 per person in 2004 to 3.43 hm2 per personin 2013. In which， the energy deficit had the largest percentage， which accounted for about 70%.In addition， the ecological pressure index was high up to 8.13. The ecological footprint diversity index was low， varied from 1.16 to 1.09. The 10 000 GDPs ecological footprint was 0.87～0.35. The Regional development capacity index had a slight increase. Visibly， Yixing city has been in an unsustainable state， the various land use type distribution is imbalance， but the resource utilization and the regional development power is high， the sustainable development potential is very large. Therefore， Yixing city should focus on controlling the population quantity， speeding up the industrial transformation and upgrading， strengthening ecological protection and construction， and realize the sustainable development finally.

Key words： Yixing city； urban ecology and environment red lines； ecological footprint analysis； ecological carrying capacity analysis； ecological deficit analysis； sustainable development capacity evaluation

人類的生存與發展依賴自然環境的不斷供給，近年來，隨著人口數量的增加和經濟水平的提高，人們對資源的需求急劇增加，自然生態環境遭到破壞，最終引起一系列的環境問題，如：土地荒漠化、水體富營養化、不可再生資源的消耗和氣候變化等[1-4]。人口、資源與環境的矛盾突出，可持續發展已成為人類的共同目標。因此，正確衡量人類與環境的供求關系、找出可持續發展的途徑是關鍵。生態足跡模型是評估區域環境條件和資源利用的有效工具，它能夠定量生態影響和人類的可持續發展水平。由Rees于1992年提出，并由Wackernagel進一步完善[5-7]，通過建立人類的生態足跡需求和生態承載力賬戶，來監測由人類需求引起的自然資源消耗，并據此探索可持續發展的途徑[8]，由于其方法簡便，目前已得到廣泛的應用。

宜興市為全國綜合實力較強的縣級城市，擁有國家級經濟開發區和國家級環保工業園區。2013年，全市的主要經濟指標增幅高于無錫市平均水平。隨著人口數量的增加、城市化進程的加快，出現了能源消耗劇增、污染排放增加等現象[9-10]，宜興市的可持續發展水平受到日益關注。近年來，已有學者運用生態足跡模型針對國家、省份、長三角、縣域及校園等不同尺度的生態足跡進行了研究[7，11-16]，同時也提出水足跡、碳足跡、污染足跡等多種類似指標[17-18]，表明浙江省出現嚴重的環境超載[15]，且宜興市的水環境受到嚴重的污染壓力[15，17]，但宜興全市的生態足跡水平、環境承載力大小與可持續發展能力高低還有待于深入探討。

本研究運用生態足跡模型，分析了宜興市2004—2013年的人均生態足跡、生態承載力和生態赤字變化情況，找出了生態赤字的成因，并結合可持續發展力指數對全市可持續發展水平進行定量評估，最終提出了一種降低生態赤字水平、提高可持續發展力的發展對策，以期為宜興市的生態建設和生態紅利開發提供科學依據。

1 研究區域概況

宜興市位于北緯31°07'～31°37'，東經119°31'～120°03'。地處江蘇省南端、滬寧杭三角中心，東面太湖水面與蘇州太湖水面相連，東南臨浙江長興，西南界安徽廣德，西接常州溧陽，西北毗連常州金壇，北與常州武進相傍，如圖1所示。屬于亞熱帶季風氣候，歷年平均氣溫15.6 ℃，多年平均降水量為1 199.8 mm，無霜期241 d，平均日照百分率44%，相對濕度81%。

全市總面積1 999.64 km2（其中太湖水面242.29 km2），總人口已由1952年的65.09萬人增至2013年的107.88萬人，城市化率為62.95%，擁有2個國家級開發區——中國宜興環保科技工業園和宜興經濟技術開發區，1個省級開發區——江蘇宜興陶瓷產業園區。近年來，宜興市城區面積不斷擴大，且與第三產業的相關系數較高[19]，出現了太湖流域宜興段點源污染增加[9]、工業園區內水體磷污染加劇[10]等現象，經濟的發展和城市化的加快已對宜興的可持續發展構成嚴重威脅。

2 研究內容與方法

2.1 生態足跡、生態承載力與生態赤字/盈余計算

生態足跡模型包括生態足跡、生態承載力和生態赤字/盈余三部分。

2.1.1 生態足跡計算 生態足跡（ef）通過計算出一定人口生活所消費的所有資源來確定人類活動對自然的影響，這種資源需求大小用生物生產性土地面積（biological productive area）來度量。ef計算公式如下[20]：

ef=（γi·aai）=（γi·）（1）

式中，ef為人均生態足跡（hm2·人-1）；i為消費項目類型；γi表示對應生物生產土地類型的均衡因子，本研究采用我國目前的通用標準[6]；aai為人均第i 種消費項目折算的人均生物生產性土地面積（hm2·人-1）；ci為第i 種消費項目的產量（kg）；pi為第i種消費項目的世界年均產量（kg·hm-2）；N為人口數。

生態承載力計算生態承載力（ec）是一個地區所能提供給人類的生物生產性土地面積的總和，反映了區域提供自然資源的能力。計算公式如下[20]：

ec=（1-12%）（ai·γi·yi）=（1-12%）（·γi·yi）（2）

式中：ec為人均生態承載力（hm2·人-1）；ai為人均i類生物生產性土地面積（hm2·人-1）；Ai為各地區的第i類土地現狀面積（hm2）；yi為產量因子，本研究采用的產量因子參考江蘇省數據[21]；N，γi含義同上。

2.1.3 生態赤字/盈余計算 如果一個地區的生態足跡大于該區域的生態承載力，稱為“生態赤字”；反之，則為“生態盈余”。生態赤字反映了人口對自然資源的需求大于自然資源向人類的供給，表明該區域處于不可持續發展狀態。公式如下：

ed=ec-ef （3）

式中：ed<0，為生態赤字（hm2·人-1），ed>0，為生態盈余；ec和 ef含義同上。

2.2 可持續發展力指數計算

宜興市可持續發展力的大小可由生態壓力指數、萬元GDP生態足跡、生態足跡多樣性指數和區域發展能力指數來反映。

2.2.1 生態壓力指數 計算生態壓力指數（ecological carrying capacity index， ECCI）是ef與ec的比值，表明了生態需求與供給之間的平衡關系，反映了區域生態環境的承壓程度[22]。公式如下[22]：

ECCI= （4）

式中：ECCI為生態承載力指數，ef與ec的含義同上。ECCI值越高，表明對環境的壓力越大，當值大于2.5時，即為環境承受了嚴重生態壓力[15]。

2.2.2 萬元GDP生態足跡計算 萬元GDP生態足跡即萬元GDP所占用的生態空間，反映了經濟發展對土地資源利用效率的高低。其值越大，區域系統資源的利用效率就越低；反之，資源利用效率越高。計算公式為：

W= （5）

式中：W為萬元GDP生態足跡（hm2·萬元-1）；GDP為當年的國內生產總值（萬元）；N，ef含義同上。

生態足跡多樣性指數計算生態足跡多樣性指數反映了人類消耗自然資源的生態足跡需求，可用Shannon-Weaver生態系統多樣性公式計算，意味著生態足跡在系統中各組分的分配越接近平等，該系統的多樣性越高，就越穩定。計算公式如下[23-24]：

H=-∑（Pi lnPi） （6）

式中：H是生態足跡多樣性指數；Pi是第i種土地類型的生態足跡在總生態足跡中的比例。

區域發展能力指數計算多樣性與發展能力有關[25]，基于生態足跡的生態系統發展能力可用生態足跡乘以生態足跡多樣性指數反映。

C=ef·H （7）

式中：C為基于生態足跡的發展能力指數；ef為生態足跡（hm2·人-1）；H含義同上。

2.3 數據來源與加工

本研究的數據來源于《無錫統計年鑒》 （2005—2014年）、宜興市土地利用現狀（2009—2012年）、宜興市土地利用總體規劃（2006—2020年）和現場實際調查等；數據處理使用Excel 2007，數據統計分析和圖表繪制使用Origin8.0軟件。

3 結果與分析

3.1 宜興市2004—2013年人均生態足跡動態分析

根據生態足跡模型計算公式，得出宜興市2004—2013年的人均生態足跡、人均生態承載力和人均生態赤字，如圖2、圖3和圖4。由圖2可見，宜興市人均生態足跡呈增加趨勢，由2004年的人均2.537 hm2增加至2013年的3.869 hm2，增加了52.5%，高于中國2007年的平均水平2.2 hm2·人-1[26]。生態足跡組分中，所占比例由大到小依次為化石能源用地、耕地和水域，分別由2004年的1.453，0.485，0.414 hm2·人-1增加至2013年的2.439，0.666，0.516 hm2·人-1，所占比例為57.3%～65.3%、16.6%～19.1%、16.3%～13.8%，其它組分占總生態足跡的6.3%，也呈小幅度的增加趨勢。

2004—2013年，宜興市人均生態承載力僅出現較小的波動（圖4），平均值為0.451 hm2·人-1，表明宜興市自然環境為區域人口提供資源的能力保持穩定。在生態承載力組分中（圖3），耕地所占比例最大，為總生態承載力的61.02%～66.12%；其次為建筑用地，占22.12%～ 32.62%。由于近年來，宜興市工業迅猛發展，在環境承載力幾乎恒定的情況下，生態足跡的持續增加勢必會對環境產生巨大的壓力。

由圖4可見，2004—2013年，宜興市人均生態足跡逐漸增加，而人均生態承載力保持穩定，且遠小于生態足跡，出現嚴重生態赤字，赤字水平由2004年的2.21 hm2增加至2011年的3.70 hm2，高于國內其它城市（2008年數據）[7]。表明宜興市的自然資源供給難以滿足人口的資源消耗，出現較高的環境承載負荷。2011年以后，生態赤字有所緩和，主要由于近年來，宜興市重視環保產業的發展，在保護環境的前提下發展經濟，有效地緩解了區域生態壓力。

3.2 宜興市2004—2013年生態赤字成因分析

生態赤字組分中，比例最大的為能源用地，大小為1.45～2.44 hm2·人-1，占65.8%～71.2%（圖5）；其次為水域，赤字大小為0.45～0.51 hm2·人-1，占20.4%～14.7%；耕地赤字水平相對稍低，約占總生態赤字的11.3%；其他組分約占2.3%，其中，建筑用地為生態盈余，盈余大小0.12 hm2·人-1，呈下降趨勢。2004—2011年間，能源用地和耕地的生態赤字呈增加趨勢，2011年后逐漸降低；而水域赤字水平則逐年升高，導致近10年來總生態赤字不斷增加。

已有研究表明，影響環境的主要因子包括人口、經濟結構、城市化水平和資源利用率等[27-28]。近10年來，宜興市人口數量呈小幅增加，增加約2萬余人；經濟總量持續快速增長，GDP已從1997年的150.02億元增加至2013年的1 190.23億元，增加了約7倍；“十一五”期間全市第一產業產值開始下降，第二、第三產業保持較快增長，三產比例由“十五”末4.8∶60.3∶34.9調整到4.5∶55.5∶40，經濟結構的逐步優化是近年來能源足跡減少的主要原因。但是，經濟的快速增長導致了大量的能源消耗，科技的發展尚不足以抵消人口對環境資源利用的壓力。

3.3 宜興市2004—2013年可持續發展力分析

本研究運用生態壓力指數、生態足跡多樣性指數、萬元GDP生態足跡和區域發展能力指數衡量宜興市的可持續發展能力，結果如圖6所示。

2004—2013年間，宜興市生態壓力指數已由2004年的5.77快速升高至2013年的8.13，環境承受著嚴重的生態壓力。萬元GDP生態足跡逐年降低，到2013年，已降至0.35 hm2·萬元-1，低于南京的2009年水平[29]。可見，宜興市經濟發展過程中，技術的進步優化了資源利用方式、提高了資源利用效率，其產業結構有逐漸由資源密集向資金、技術密集型產業過渡的趨勢，從而降低了經濟生產過程中的資源消耗，有利于實現產業結構的調整與升級。

生態足跡多樣性指數已由2004年的1.16降低至2013年的1.09，與海南省1952—2004年的結果相似[30]，低于全國平均水平1.29，表明宜興市的生態經濟在各種類型的土地利用中分配不平等，且近年來的經濟發展又破壞了土地利用的均衡性。宜興市發展能力指數呈上升趨勢，但變化幅度較小，表明本市生態經濟發展能力在平穩中保持小幅度增長。可見，宜興市可持續發展面臨的生態壓力較大，生態系統的承受能力與人類發展的矛盾仍較突出。

3.4 宜興市生態赤字調控對策

2004—2013年間，宜興市出現嚴重的生態赤字，且赤字水平在不斷增加，較大的能源、水域和耕地赤字是其主要組分。究其原因，即為能源大量消耗，土地利用分配不均，生態承載力較低等。故可以從以下幾方面進行調節。

3.4.1 繼續加快工業的轉型與升級 近年來，能源消耗一直是生態赤字最重要的組成部分。主要由于宜興市經濟發展較為迅速，第二產業占總產業的50%以上，工業化步伐的加快，使得能源消耗較大。2011—2013年，能源赤字有所緩解，這與宜興市經濟結構的優化和升級有關。因此，全市工業產業結構的調整和升級仍需大力推進。首先，大力發展新興產業，加強對物聯網、新能源、新材料和新型顯示、節能環保、微電子、生物技術和醫藥、軟件、工業設計和文化創意產業等八大戰略性新興產業的統計分析和管理，及時掌握企業運營情況；其次，提升民營經濟，指導私營企業開展項目申報、優化升級等工作，協助企業加快技術改革；最后，協助企業引進創新人才，加大對科技創新的資金投入，實施能者上、庸者退、惰者走的競爭機制，調動科技人員的積極性。

3.4.2 控制人口，保護耕地，加強多種旅游區的建設 2004—2013年間，人口增加了2萬余人，但糧食和水產品的產量卻沒有明顯的提高；2010年宜興市的耕地面積僅為52 836.28 hm2，而全市難以利用的土地中包括河流水面、湖泊水面、葦地和灘地有49 476.42 hm2，這些未被開發的土地并沒有發揮應有的生態效益，造成了土地資源浪費，同時，居民點和工礦用地的快速增加使得建設用地生態盈余逐漸降低。 所以，必須嚴格落實耕地保護制度，實現農業集約化生產，大力提倡設施農業，“三品”生產等；合理開發利用河湖灘地，使其發揮生態和經濟效益；大力推進云湖風景旅游區、陶文化旅游區、滆湖科技養殖區和太湖旅游區的建設，提高土地利用效率。

3.4.3 加強生態保護與生態建設 造成生態赤字的一個重要原因為生態承載力較低。因此，要加強生態保護，提高環境質量。宜興市生態林結構較單一，可實施水邊路邊城邊防護林、天然林等森林保護與林業建設工程，擴大生態公益林的面積；加強對水源保護區、龍背山森林公園、太湖濕地等的保護；大力開展文明生態村、集鎮和市的建設，對于環境整治特色村實行獎勵制度；嚴格控制新污染源，集中產業分布區域；加強宜興環保科技工業園的建設，保證水、空氣、聲等環境的質量，同時增設對固體廢棄物污染項目的監制和管理，繼續保持宜興為“中國人居環境”。

3.4.4 完善各項規劃，制定相關法規 完善土地利用、環境保護等相關規劃，實行公眾參與和政府公示制度，充分滿足社會需求，規劃內容與實施方案公開，便于公眾的監督。大力保護耕地、林地、草地、池塘等，增加耕地占用稅稅額，提高建設用地的門檻，嚴格把關農用地的轉用行為；同時，結合最新3S技術，加強對土地利用變化的監測，更新設備，準確檢測環境質量變化，及時進行數據動態更新，便于規劃的實施與管理。通過不斷地完善各項規劃制度，必要時，制定新的法規，來保障宜興市生態建設的穩步前進。

4 結 論

（1）2004—2013年間，宜興市出現嚴重生態赤字，赤字大小為-2.21～-3.43 hm2·人-1。人均生態承載力較低，平均值為0.451 hm2，保持穩定；生態足跡從2004年的2.54 hm2·人-1增加至2013年的3.87 hm2·人-1，使得生態赤字不斷增加。

（2）2004—2013年間，宜興市的生態壓力指數較高，且逐漸增加；生態經濟在各種類型的土地利用中分配不均衡；可持續發展壓力較大，但資源利用效率較高，區域發展能力呈上升趨勢，綜合可持續發展潛力較大。

（3）宜興市生態赤字主要組分為能源用地、水域和耕地，主要由于宜興經濟快速的發展消耗了大量能源所致；同時，近3年來，能源的赤字水平有所降低，三產中二、三產業的比重增加，表明宜興產業結構正在逐步優化。

（4）為降低生態赤字水平，提高宜興市的可持續發展能力，本研究提出了一種加快工業轉型、控制人口數量、提高糧食產量、發展多種產業、重視生態建設的可持續發展對策。

總之，近年來，宜興市存在嚴重的生態赤字，目前生態足跡還呈增加趨勢，生態赤字逐漸加大。由于資源的消耗，導致生態承載力一直較低，必須采取有效的措施減少人均生態足跡，提高生態承載力，緩解人口、資源與環境的矛盾，最終實現宜興市的可持續發展。

參考文獻：

[1] Daubanes J， Grimaud A. Taxation of a polluting non-renewable resource in the heterogeneo us world[J].Environmental and Resource Economics，2010，47（4）：567-588.

[2] Guo J H， Liu X J， Zhang Y， et al. Significant acidification in major Chinese croplands [J]. Science， 2010， 327（5968）：1 008-1 010.

[3] Struijs J， Beusen A， Dezwart D， et al. Characterization factors for inland water eutrophication at the damage level in life cycle impact assessment[J].The International Journal of Life Cycle Assessment，2011，16（1）：59-64.

[4] Montes-hugo M， Doney S C， Ducklow H W， et al. Recent changes in phytoplankton commu- nities associated with rapid regional climate change along the western antarctic peninsula [J].Science， 2009， 323（5920）：1 470-1 473.

[5] Rees W E. Ecological footprints and appropriated carrying capacity： What urban economics leaves out[J]. Environment and Urbanization， 1992， 4（2）：121-130.

[6] Wackernagel M， Rees W E. Our ecological footprint： Reducing human impact on the earth [M]. Gabriola Island， Canada： New Society Publishers， 1996：61-83.

[7] Wang P， Wang X J. Spatiotemporal change of ecological footprint and sustainability analysis for yangtze delta region[J].Journal of Geographical Sciences，2011，21（5）：859-868.

[8] Wackernagel M， Monfreda C， Moran D， et al. National footprint and biocapacity accounts 2005： The underlying calculation method[R]. Oakland， USA： Global Footprint Network， 2005.

[9] 王瑛，張建鋒，陳光才，等.基于“源-匯”景觀的太湖宜興段入湖港口水質時空變化[J].生態學雜志，2012（2）： 399-405.

[10] 武娟妮，石磊.工業園區磷代謝分析——以江蘇宜興經濟開發區為例[J].生態學報， 2010 （9）：2 397-2 405.

[11] Kitzes J， Peller A， Goldfinger S， et al. Current methods for calculating national ecological footprint accounts[J].Science for Environment & Sustainable Society，2007，4（1）：1-9.

[12] Wang M Q， Liu J S， Wang J D， et al. Ecological footprint and major driving forces in west Jilin province， Northeast China[J].Chinese Geographical Science，2010，20（5）：434-441.

[13] Dai F Q， Nan L， Liu G C. Assessment of regional ecological security based on ecological footprint and influential factors analysis： A case study of chongqing municipality， China [J]. International Journal of Sustainable Development & World Ecology， 2010，17（5）：390-400.

[14] Bagliani M， Galli A， Niccolucci V， et al. Ecological footprint analysis applied to a subnatio nal area： The case of the province of siena （Italy）[J].Journal of Environmental Management， 2008，86（2）：354-364.

[15] Liu D， Feng Z M， Yang Y Z， et al. Spatial patterns of ecological carrying capacity supply -demand balance in China at county level[J].Journal of Geographical Sciences， 2011， 21 （5）：833-844.

[16] Gottlieb D， Vigoda-gadot E， Haim A， et al. The ecological footprint as an educational tool for sustainability： A case study analysis in an israeli public high school[J].International Journal of Educational Development，2012，32（1）：193-200.

[17] 李靜，閔慶文，李文華，等.基于污染足跡的太湖流域稻作農業污染評估——以常州市和宜興市為例[J].農業資源與環境學報，2014，31（4）： 372-380.

[18] Galli A， Wiedmann T， Ercin E， et al. Integrating ecological， carbon and water footprint into a “footprint Family” of indicators： Definition and role in tracking human pressure on the planet[J].Ecological Indicators，2012，16：100-112.

[19] 潘賢章，趙其國.50年來太湖水網地區城市化空間過程的監測與模擬Ⅰ.宜興城區城市用地擴展的遙感監測[J].土壤學報，2005（2）：194-198.

[20] Wackernagel M， Onisto L， Bello P， et al. National natural capital accounting with the ecological footprint concept[J].Ecological economics，1999，29（3）：375-390.

[21] 梅艷，何蓓蓓，劉友兆，等.江蘇省動態生態足跡的測度和分析[J].貴州農業科學，2008 （5）： 47-50.

[22] 趙先貴，肖玲，馬彩虹，等.基于生態足跡的可持續評價指標體系的構建[J].中國農業科學， 2006，39（6）：1 202-1 207.

[23] Shannon C E， Weaver W. The mathematical theory of communication [J]. Urbana， IL： University of Illinos Press， 1949.

[24] 徐中民，張志強，程國棟，等.中國1999年生態足跡計算與發展能力分析[J].應用生態學報， 2003（2）： 280-285.

[25] Ulanowicz R E. Growth and development： Ecosystems phenomenology [M]. New York： Springer Verlag， 1986： 203.

[26] 劉宇輝，彭希哲.中國歷年生態足跡計算與發展可持續性評估[J].生態學報， 2004，24（10）： 2 257-2 262.

[27] Madu I A. The impacts of anthropogenic factors on the environment in Nigeria [J].Journal of Environmental Management， 2009， 90（3）：1 422-1 426.

[28] Dietz T， Rosa E A， York R. Driving the human ecological footprint [J].Frontiers in Ecology and the Environment， 2007， 5（1）：13-18.

[29] 周靜， 管衛華.基于生態足跡方法的南京可持續發展研究[J].生態學報，2012（20）： 6 471- 6 480.

[30] 符國基.海南省生態足跡研究[M].北京：化學工業出版社，2007：1-12.