基于生態足跡的成都市可持續發展研究

張鵬飛, 李紅, 李萍

基于生態足跡的成都市可持續發展研究

張鵬飛, 李紅, 李萍*

西南交通大學生命科學院與工程學院, 成都 610031

近年來隨著環境問題的不斷惡化環境可持續發展面臨嚴峻挑戰, 而生態足跡方法作為一種區域可持續發展的定量度量方法, 在評價生態可持續發展和生態保護方面得到了廣泛的應用。利用基于修正后的生態足跡模型并結合萬元GDP生態赤字、生態協調系數, 分析成都市近8年來可持續發展狀況。結果表明: 2008—2015年人均生態足跡呈現整體下降趨勢, 年均減少3.64%; 人均生態承載力逐年下降, 年均減少2.29%; 人均生態盈虧一直處于虧損狀態, 總體趨勢向良好轉變, 但本質上生態赤字卻越發嚴重; 人均萬元GDP生態足跡不斷下降, 研究區資源利用率不斷提高; 年均生態均衡系數為1.2415, 生態系統處于不穩定狀態。成都市可持續發展形勢十分嚴峻, 未來可通過提高生態承載力控制生態足跡, 從而提高可持續發展能力。

生態足跡; 生態承載力; 可持續發展; 成都市

0 引言

城市做為人類走向成熟和文明的標志, 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, 預計將來世界城市化率將達到前所未有的85%[1]。高速的城市化增加了城市生態壓力, 引發了城市大氣污染、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足跡、生態承載力問題引起了國內外諸多學者的探討[3]。早在20世紀90年代初期加拿大生態學家William Rees[4]首次提出生態足跡(ecological footprint, EF)的概念, 該方法旨在通過衡量區域內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系統的影響[5]。早在1999年我國學者徐中民、張志強首次使用生態足跡法的概念, 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行了生足跡方法參數調整、項目計算以及賬戶擴展方面的演變和修正[10]; 楊海平、溫焜[11]基于長時間序列利用生態足跡方法對內蒙古2001—2014年區域資源可持續發展水平進行了研究; 黃海等[12]基于生態足跡模型的改進采用生態足跡方法探討了土地生態安全評價問題, 提出了土地生態壓力指數概念及計算方法。由于生態足跡模型具有科學直觀、概念形象、可操作性強、適用范圍廣等優點, 現已在特定區域、農作物、資源等方面得到廣泛的應用[13], 已成為衡量世界、國家、地區、城市、行業可持續發展的重要手段[14-18]。成都市作為四川省的經濟、政治、文化和科教創新中心, 承擔著將自身影響力輻射到其他相對落后地區、從而提升整體經濟實力、縮小東西部差距等的重要職能。但近年來成都市生態環境不斷惡化, 針對成都市的生態環境的研究也越來越多[19-20], 但基于成都市生態足跡改進模型的可持續發展研究鮮有報道。本研究在前人研究基礎上結合區域綜合發展能力模型、生態協調度模型等來評估成都市的可持續發展能力, 揭示出成都市可持續性發展的制約因素, 并從生態足跡的控制、生態承載力的增加雙方面提出建議, 以期為政府部門制定區域發展政策提供理論依據。

1 研究方法與數據來源

1.1 區位研究

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, 全市實現地區生產總值12170.2億元, 居副省級市第四位。作為西部經濟高速發展且擁有豐富歷史和文化的特大中心城市, 成都市的生態安全已經成為我國生態安全的重要組成部分。

圖1 成都市地理位置區位圖

Figure 1 Geographic location map of Chengdu

1.2 數據來源

本文數據主要來源于2009—2016年《成都市統計年鑒》、《四川省統計年鑒》, 部分數據經過分析處理并在文中注明。成都市生態足跡的計算總體消費項目可分為生物資源和能源資源, 生物資源帳戶由農產品、畜產品、林產品、水產品等17項組成, 在計算中使用的世界平均產量大多來自WWF的參考數據; 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, 因為復雜的貿易會使得數據發生很大的偏差, 所以生物資源賬戶內的各消費項目的消費量用相應項目產量近似代替[21]。

1.3 研究方法

1.3.1 生態足跡模型

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

生態足跡的計算模型[22]為(hm2·人-1):

生態承載力計算模型為(hm2·人-):

是標準生態承載力,A指的是實際生態生產性土地面積(hm2),y為產量因子,r為均衡因子。

1.3.2 區域綜合發展力模型

萬元GDP生態足跡模型, 即特定區域生態足跡與本地區總的生產總值的比值, 該指標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 生態協調度模型

在對生態赤字進行比較研究時, 缺乏地區橫向說服力, 而且相同的生態赤字對于經濟狀況不同的地區含義也存在差異, 為了更加有效的反映人均生態足跡以及地區資源之間的關系, 引入生態協調系數, 其取值范圍為1≤≤1.414, 其中越接近于1表示其協調性越差, 越接近1.414表示生態需求和供給越趨于平衡。其計算公式為[23]:

2 結果與分析

2.1 生態足跡計算對比表

通過對2008—2015年成都市人均生態足跡、人均生態承載力、人均赤字、生態協調系數計算得出(表1)人均生態承載力與生態足跡對比表。其中生態承載力已經扣除12%作為保護生態多樣性的面積。

表1 2008—2015 年人均生態承載力與生態足跡對比

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

2.2 人均生態足跡時間動態分析

由圖2、表1可知, 2008—2015年人均生態足跡總體呈現下降趨勢, 由1.1715下降至0.9040 hm2·人-1,年均減少率為3.64%, 且與耕地生態足跡變化有一定的相關性, 兩者走勢基本保持一致。各類生態土地中人均生態足跡比例為: 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%, 耕地年均占總生態足跡的比例達61.77%, 主要是由于成都平原氣候適宜耕種導致耕地生態足跡較高, 此外將豬肉的生物性生產土地劃歸為耕地, 也是導致耕地生態足跡占比較高的另一原因。而2012年耕地生態足跡出現明顯拐點, 主要原因就是由于豬肉市場價格走勢低迷、肉類消費較少, 使得生豬產量急劇減少所致, 這也使得總體人均生態足跡出現一定下降; 化石能源用地生態足跡年均占總人均生態足跡21.96%, 其生態足跡近年來呈現下降趨勢, 年均減少率達到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格的機動車出行限制措施。此外牧草地、水域、林地、建筑用地等土地類型生態足跡變化不大, 其年均生態足跡分別為: 0.0835、0.0574、0.0354、0.0109 hm2·人-1。對6類生態生產性用地中耕地、化石能源用地和牧草地占比最高, 達到了94.34%, 是人均生態足跡的主要貢獻者。

2.3 人均生態承載力時間動態分析

由圖3、表1可知, 2008—2015年成都市總人均生態承載力呈現出較為穩定且下降趨勢, 由0.3374降至0.2870 hm2·人-1, 年均減少率為2.29%, 且總人均承載力變化趨勢與耕地變化趨勢保持一致。各類生態生產用地人均生態承載力占比為: 耕地>建筑用地>林地>草地>水域, 耕地生態承載力呈現逐年下降趨勢, 由0.3323降至0.2589 hm2·人-1, 其年均減少率為3.65%, 占總生態承載力的84%; 建筑用地生態承載力呈現增加趨勢, 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, 所以總生態承載力并沒有出現好轉反而越發嚴重。從生態承載力的貢獻而言, 水域、草地、林地三類生態生產用地占比不足2%, 所以耕地和建筑用地成為主要貢獻者。且耕地的Ds系數年均為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 生態盈虧動態分析

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

圖4 2008—2015年成都市人均生態足跡、人均生態承載力和人均生態盈虧

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人均生態足跡動態分析

由圖5可知, 成都萬元GDP人均生態足跡總體呈現下降趨勢, 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年成都逐漸轉向服務型城市之后經濟增長放緩, 減少粗獷型資源利用企業所致。就總體而言, 降低趨勢明顯, 研究區的資源利用效率不斷地提高。

3 討論

綜上所述, 通過對2008—2015年成都市人均生態足跡與承載力的研究可以看出, 成都市整體上處于生態虧損狀態、該地區生態系統承受壓力較大、生態均衡系數表明當前成都市發展處于不平衡狀態, 主要發展模式主要是通過消耗本市自然資源存量和大量進口外部生物資源來彌補生態承載力的不足。四川大學人口研究所2012年研究結果表明, 四川省人均生態足跡為1.9437 hm2·人-1, 人均生態承載力為2.0554 hm2·人-1而成都2012年人均生態足跡為1.0227 hm2·人-1, 人均生態足跡為0.3192 hm2·人-1, 可以看出成都市生態承載力遠低于全省生態承載力, 處于嚴重不可持續發展狀態, 而生態足跡相對較低主要原因是由于消費數據由產量代替所致, 相對全省而言成都市存在嚴重的生態赤字。而成都市生態環境的惡化以及可持續發展的影響主要體現在本質上生態赤字的持續擴大, 為了減緩成都市生態環境的壓力, 可從增加生態承載力以及控制生態足跡需求入手, 主要提出以下對:

(1)優化農業發展布局, 加快規模化種植、加強技術手段、激發農民積極性增加農產品產量;

(2)充分利用農作物秸稈, 普及秸稈畜牧養殖技術, 以增加畜牧產量;

(3)發展共享經濟, 倡導綠色出行, 優化能源消費結構加大煤改氣工程涵蓋范圍, 減少化石能源的使用;

(4)加大耕地保護力度, 減少不必要的商業開發; 限制主城區人口增長、增加市區輻射范圍, 合理開發房產資源, 以維持生態承載力平衡;

(5)增加水域利用效益, 形成魚類養殖與旅游相結合的發展模式; 發展規模化林業資源開發并結合郊縣農家樂形成旅游、度假、運動等中低端消費的全新發展模式;

(6)著力于向高新技術產業發展, 大力發展生物質能源, 進行垃圾分類收集利用, 減輕城市發展帶給自然環境的壓力, 增大成都市的生態承載力, 使成都市走向可持續發展的道路。

4 建議

本文在生態足跡的計算中, 在借鑒其他學者的經驗基礎上, 基于修正后的生態足跡模型更加完善的對成都市區域可持續發展進行了定量研究, 并通過生態協調系數更加直觀的反應了成都市生態需求和供給的平衡性, 方法簡便, 容易操作, 彌補了以往生態赤字進行比較研究時, 缺乏地區橫向說服力的不足。同時該方法還存在一定的不足: 如何獲得更加準確的消費數據使得計算結果更加準確; 本研究將成都市作為整體進行研究討論, 這使得研究結果產生一定的局限性。在今后的研究中應該結合整體研究再進行城鄉分區域研究為以后的政策規劃提供可靠地依據。通過研究發現, 建立合理的區域研究方法, 劃分生態輸入與生態輸出區域并進行合理補償, 進一步促進成都市城鄉可持續模式的建立急需解決。

圖5 成都市2008—2015萬元GDP生態足跡

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

甘土地利用與生態環境建設的協調研究—— 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, 主要從事土地學生態研究, E-mail: 1913405585@qq.com

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

張鵬飛, 李紅, 李萍, 等. 型基于生態足跡的成都市可持續發展研究[J]. 生態科學, 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.