西南貧困山區路網擴張與生態環境壓力的關系

王子羿,郭 倩,謝世友,王 剛,李 濤,廖和平,*

1 西南大學地理科學學院, 重慶 400715 2 西南大學精準扶貧與區域發展評估研究中心, 重慶 400715

道路交通網絡是增進區域社會經濟系統內部及對外聯系的紐帶[1],加快道路交通網絡建設對促進貧困地區經濟發展,提高人民群眾特別是困難群眾生活水平有十分重要的戰略意義?！丁笆濉苯煌ǚ鲐氁巹潯分赋?加快實施交通扶貧脫貧攻堅,是實現精準脫貧的先手棋,是破解貧困地區經濟社會發展瓶頸的關鍵?；A設施的完善和人居環境的改善是貧困地區全面脫貧的基礎性條件,是關系到人的生存生活質量和發展質量的關鍵性要素,也是使貧困地區穩定脫貧的重要保障。近年來,精準扶貧過程中各地十分重視農村道路交通網絡建設,但一些地區大規模的路網建設導致了植被破壞、水土流失和生物多樣性減少等問題,威脅到區域生態環境質量[2]?！蛾P于生態環境保護助力打贏精準脫貧攻堅戰的指導意見》指出,堅持以生態環境保護助力脫貧攻堅,將生態文明理念融入到脫貧攻堅全地域,探索綠水青山就是金山銀山的新模式,實現保護生態環境與消除貧困的統一[3]。保護生態環境是我國國民經濟和社會可持續性發展的基礎[4],要想從根本上消除貧困,就必須正確處理經濟效益和生態效益的關系,從而實現貧困地區的可持續性發展。因此,分析貧困地區路網擴張與生態足跡的關系對實現穩定脫貧與生態效益兩者協調發展具有重要的現實意義。

在近年來減貧背景下,我國學者在路網擴張、生態環境壓力等方面進行了大量研究探索。在生態環境與貧困的耦合關系研究方面：牛亞瓊等運用系統耦合度模型與耦合協調度模型,分析了甘肅省脆弱生態環境與貧困之間的關系,認為脫貧攻堅應提高生態環境治理與減貧的良性協調程度[5]；曹詩頌等基于連片特困區714個貧困縣的實證研究,認為脆弱生態環境與貧困共生共存,應通過保護地區生態環境來達到減少經濟貧困的目的[6]；王群等運用SEE-PSR模型分析了大別山貧困區旅游地的社會-生態系統脆弱性,認為縣域間脆弱性時空演變及影響因素存在一定差異,應分類指導縣域旅游產業發展,提高系統應對能力[7]；潘翔等以甘肅秦巴山貧困核心區為研究對象,將生態系統服務價值與多維貧困指數進行耦合協調差異分析,以此劃分不同耦合類型并提出分類施策建議[8]。

道路建設對生態環境的影響是一個長期的變化過程,公路建設項目屬于線性生產建設項目,具有動用土石方數量大、施工工期長,并可能產生大面積裸露邊坡等特點,對沿線地形地貌、土壤結構、生態環境及景觀格局可能產生較大影響[9-11]。一般認為,道路密度增加會導致動植物死亡和生境喪失、物理化學環境變化,目前我國道路建設水平和規模的提高對生態環境的負面影響在不斷加深和擴大[12-13]。陳曉斌等分別就項目建設期間和道路營運期間道路交通建設對生態環境影響及形成機理進行了歸納和分析[14]；崔慧珊等針對內蒙古溫帶草原區的主要植被類型研究了路網建設的生態影響范圍,為路網規劃環評和相關研究工作提供技術支撐和示范[15]；楊艷剛等通過分析涉及生態敏感區公路建設環境影響后評價工作存在的主要問題,提出針對性的對策建議[16]；寇龍以西商高速公路為例分析其建設期新增水土流失特征及其影響因素,根據水土流失風險評價結果對水土流失防治措施進行合理布局[17]。我國西南山區是生態脆弱區、生物多樣性熱點地區,同時也是集中連片的貧困山區。貧困地區在路網擴張的過程中是否會對該區域生態環境造成影響,在促進貧困地區經濟發展的同時發展是否可持續？針對這一問題,本文選擇重慶市貧困區縣奉節縣為研究區域,并選取非貧困區縣涪陵區為對比研究區,根據遙感影像提取2010年、2014年、2018年3期道路交通網絡,選用道路密度和連通度描述道路網絡通達性,選取生態足跡表征生態環境壓力,比較不同研究區2010—2018年道路建設與生態環境壓力變化,揭示路網擴張與生態環境之間的關系在貧困與非貧困區縣之間的差異,以期為協調推進貧困地區路網建設與生態保護提供科學支撐。

1 研究區概況

重慶市位于中國西南地區,自直轄以來發展迅速,地處14個集中連片特困地區,境內山高谷深,溝壑縱橫,山地面積占比達到76%,丘陵占22%,河谷平壩僅占2%,海拔500 m以上的地區占到61.39%。由于貧困鄉村多處在海拔較高且生態環境相對脆弱的地區,導致交通基礎設施修建緩慢,在一定程度上制約了貧困地區的經濟社會發展。

奉節縣位于重慶市東北部,屬長江三峽庫區腹心地帶(圖1),東鄰巫山縣,南界湖北省恩施市,西連云陽縣,北接巫溪縣,地跨東經109°1′—109°45′,北緯30°29′—31°22′,下轄29個鄉鎮,3個街道辦事處,1個管委會,幅員面積4087 km2。奉節縣作為重慶市14個國家級貧困縣之一,山地面積占比大,境內山地面積占總面積的88.3%,經濟社會發展受到交通條件的極大制約。在路網建設方面,近年來奉節縣加大了高速公路、省道、縣道、鄉道和村道的建設力度,其中,惠及民生最后一公里的村道占比重最大,2010年為7707 km,2014年為7799 km,2018年快速增加到9755.5 km,境內道路總長度分別為9217 km、9503 km和11330 km(圖2)。

圖1 研究區地理位置

圖2 研究區道路總長度變化情況

涪陵區地處重慶市中部,地跨北緯29°21′—30°01′,東經106°56′—107°43′,東鄰豐都縣,南接武隆縣、南川區,西連巴南區,北靠長壽區、墊江縣,下轄9個街道,18個鄉鎮。區境處于四川盆地東部的“盆東平行嶺谷區”與“巫山大婁山中山區”過渡地帶,地形趨勢為西北部低東南部高,多以低山丘陵為主。在路網建設上,涪陵區在2010年、2014年和2018年三個時間節點上路網長度分別為4367 km、4923 km和5827 km(圖2)。

2 數據來源及研究方法

2.1 數據來源及數據處理

本文以重慶市奉節縣為研究區域,選取涪陵區作為對比研究區。為了客觀反映奉節縣與涪陵區在“精準扶貧”政策實施前后路網擴張與生態環境之間的對比變化關系,本文選取精準扶貧政策實施前(2010年)、實施中(2014年)、脫貧摘帽(2018年)3個時間點,并在谷歌地球中共獲取3期遙感影像。從遙感影像中提取出國道、省道、縣道、鄉道、村道5種道路的矢量數據。其中,村級道路通過實地調研數據與矢量化后的遙感影像相結合獲得。奉節縣生態足跡的評估數據來源于2011年《奉節年鑒》、2015年《奉節年鑒》和《2018年奉節縣國民經濟和社會發展統計公報》[18-20],涪陵區生態足跡的評估數據來源于2011年、2015年《涪陵年鑒》及《2018年重慶市涪陵區國民經濟和社會發展統計公報》[21-23],部分數據如全球平均產量、能源折算系數等通過文獻獲得[24-26]。

2.2 研究方法

2.2.1路網擴張指標

路網擴張主要選用道路密度和道路連通度兩個指標進行描述。道路密度反映了道路修建規模,連通度反映道路布局結構特征。本文對其計算公式略作調整后如下：

(1)

式中,li為道路網絡長度(m)；Af為面積(hm2)。

道路連通度的計算指標如下：

(2)

式中,C為道路連通度；e為道路網的節點個數；n為道路網的邊數。

2.2.2生態環境壓力指標

生態足跡是各國政府和學術界普遍接受的測量可持續發展的指標[27-29]。本文采用生態足跡理論中的生態盈虧指標表示生態環境壓力,將各種生物生產性土地折算成耕地、草地、林地、水域、建筑用地和化石能源用地6種生物生產面積類型。由于這6類生物生產面積的生物生產力不同,需要分別用各類型土地乘以相應的均衡因子和產量因子,轉化成統一的、可比較的生物生產面積。根據奉節縣和涪陵區實際消費情況,盡可能選取了消費量比例較大的指標(表1)。生態盈虧則為生態足跡與生態承載力的差額,當生態足跡大于生態承載力時為生態赤字,表明該地區可持續性較弱,當生態足跡小于生態承載力時為生態盈余,表明該地區目前可持續性較強。生態足跡、生態承載力和生態赤字/盈余計算公式如下[30]：

表1 生態足跡賬戶分類

(3)

EC=N×ec=N×(ai×ri×yi)

(4)

ED=EF-EC

(5)

式中,EF為區域總生態足跡；N為人口數量；ef為人均生態足跡；ri為均衡因子；aai為各類生物生產土地面積；ci為第i種消費品的人均年消費量；pi為第i種消費品的平均生產能力；EC為區域總生態承載力；ec為人均生態承載力；ai為第i類生產性土地的人均面積；yi為產量因子；ED為生態赤字/盈余。考慮到生態足跡與化石能源用地和建設用地的關聯性,本文將“建筑用地”與“化石能源用地”進行加和,構建“建-化足跡”組分,以此探究貧困區縣生態足跡內部與道路通達度的關系。

3 結果與分析

3.1 奉節縣路網擴張和生態環境壓力的關系

3.1.1奉節縣道路網絡指標計算結果

根據奉節縣道路網絡分布(圖3),計算奉節縣各時間節點的道路密度和道路連通度。由表2可見,奉節縣道路密度和道路連通度均顯著上升,2014年奉節縣的道路密度達到3.8 m/hm2是2010年的1.19倍,2018年的道路密度則為2014年的1.34倍。而道路連通度2014年比2010年增加了1.22倍,2018年奉節縣道路連通度為3.1比2010年的1.8增長了1.72倍。由上述計算結果可以看出,奉節縣道路密度與道路連通度逐年增長,自實施精準扶貧政策以來,奉節縣道路基礎設施建設速度加快,道路密度與道路連通度增長迅速。

表2 奉節縣道路通達度(2010—2018年)

圖3 奉節縣2010、2014、2018年道路網絡分布

3.1.2奉節縣生態足跡指標計算結果

研究期間,奉節縣人均生態足跡與生態赤字持續增長,而人均生態承載力卻呈持續下降的趨勢(表3)。分階段來看,2010—2014年生態足跡增加了0.2632 ghm2/人,2014—2018年增加0.3990 ghm2/人,后一個時期呈現更快速的增長,這一時期奉節縣在道路基礎設施方面發展迅速,同時給生態環境帶來了更大的壓力；在2010—2018年人均生態承載力整體呈現逐步下降的趨勢,由2010年的1.5215 ghm2/人降低至2018年的1.3589 ghm2/人；2010—2018年間奉節縣生態環境由生態盈余轉向生態赤字,8年間人均生態赤字凈增加0.8248 ghm2/人。由數據可以看出,奉節縣在路網擴張的過程中生態赤字不斷擴大,致使當地生態環境壓力不斷增大,呈現出不可持續的發展態勢。

表3 奉節縣2010—2018年生態足跡、生態承載力和生態赤字/(ghm2/人)

3.1.3奉節縣路網擴張和生態環境壓力的關系

將2010—2018年生態赤字與道路密度、連通度變化趨勢進行分析。如圖4結果所示,三項指標總體變化趨勢基本一致,且基本呈直線上升趨勢。計算道路密度、道路連通度、生態赤字三項指標在2010—2018年之間的增幅率指數發現,道路密度增幅率為0.37,道路連通度增幅率為0.42,生態赤字增幅率為1.40。相比于道路修建的規模,路網的布局結構與生態赤字、生態環境壓力存在更一致的關系,路網擴張時路網布局結構的合理性對區域生態環境壓力的影響更大。

圖4 2010—2018年奉節縣生態赤字與道路密度、道路連通度變化趨勢

為了進一步探究生態足跡與路網擴張的內在關系,本文構建“建-化足跡”組分分析了生態足跡內部數據與道路密度、連通度之間的關系。由表4可見,道路的修建會導致能耗的巨大增加和建設用地的增長。研究時段內,研究區化石能源用地與建設用地增長迅速,2018年兩者加和占當年生態足跡總值的61%,且兩者均呈持續上升的趨勢?；茉从玫?018年生態足跡為2010年的1.40倍,建設用地2018年的生態足跡則為2010年的3.21倍。

表4 2010—2018年奉節縣生態足跡組分/(ghm2/人)

從圖5顯示結果來看,“建-化足跡”與道路通達度兩項指標均呈上升趨勢。進一步分析得出,2010—2018年間“建-化足跡”的增幅率為0.40,由前文可知,“建-化足跡”與道路連通度增幅率更為接近。因此,道路連通度與“建-化足跡”關系更為一致。

圖5 奉節縣“建-化足跡”與道路密度、道路連通度變化情況

3.2 涪陵區路網擴張和生態環境壓力的關系

3.2.1涪陵區道路網絡指標計算結果

根據遙感影像結合實地調研所得到道路網絡,計算涪陵區各時間節點的道路密度和道路連通度。由表5數據可見,涪陵區道路密度和道路連通度均顯著上升,其中,2014年涪陵區的道路密度達到4.2 m/hm2是2010年的1.2倍,2018年的道路密度則為2014年的1.24倍。而道路連通度2014年比2010年增加了1.38倍,2018年涪陵區道路連通度3.5比2014年的2.9增長了1.21倍。

通過三年道路數據的變化可以看出,2010—2014年和2014—2018年涪陵區道路密度和道路連通度均呈上升趨勢,其中道路密度增長速度較為平穩但后一時間段增長速度略快與前一時間段,道路連通度后一時間段較前一時間段發展速度有所減緩,一方面反映出重慶市地處14個集中連片特困地區,精準扶貧政策的實施使得涪陵區道路基礎設施建設速度加快,提高了涪陵區貧困地區人民生活水平,另一方面作為非貧困區縣,涪陵區道路網絡建設較為合理,道路連通度增長速度減緩。

3.2.2涪陵區生態足跡指標計算結果

從表6可以看出,涪陵區2010—2018年的人均生態足跡與生態赤字持續增長,而人均生態承載力卻呈持續下降的趨勢。分階段來看,2010—2014年生態足跡增加了0.6233 ghm2/人,2014—2018年增加了0.2433 ghm2/人,前一時期呈現出比后一時期更快速的增長趨勢；在2010—2018年人均生態承載力整體呈現逐步下降的趨勢,由數據結果來看2010年的生態承載力1.4763 ghm2/人降低至2018年的1.3217 ghm2/人,其中,2010—2014年減少0.0814 ghm2/人,2014—2018年減少0.0732 ghm2/人,說明前一時期涪陵區發展迅速,同時給生態環境帶來了更大的壓力,表現為生態足跡更快速的增長和生態承載力下降的現象。同時,2010—2018年間涪陵區生態環境始終處于生態赤字的狀態,8年間生態赤字凈增加0.7779 ghm2/人。

表6 涪陵區2010—2018年生態足跡、生態承載力和生態赤字/(ghm2/人)

3.2.3涪陵區路網擴張和生態環境壓力的關系

將2010—2018年涪陵區生態赤字與道路密度、連通度變化趨勢進行耦合分析。如圖6結果所示,三項指標總體變化趨勢基本一致,且基本呈直線上升趨勢。計算道路密度、道路連通度、生態赤字三項指標在2010—2018年之間的增幅率指數。結果顯示,道路密度增幅率為0.33,道路連通度增幅率為0.40,生態赤字增幅率為0.73,從結果看,相比于道路修建的規模,路網的布局結構與生態赤字、生態環境壓力存在更一致的關系,路網擴張時路網布局結構的合理性對區域生態環境壓力的影響更大。

圖6 涪陵區8年間生態赤字與道路密度、道路連通度變化趨勢

為深入探究涪陵區生態足跡與路網擴張的內在關系,本文分析了生態足跡內部數據與道路密度、連通度之間的關系。如表7結果所示,研究時段內,化石能源用地與建設用地增長迅速,2018年兩者加和占當年生態足跡總值的54%,且兩者均呈逐年上升的趨勢?；茉从玫?018年生態足跡為2010年的1.40倍,建設用地2018年的生態足跡則為2010年的1.85倍。

表7 2010—2018年涪陵區生態足跡組分/(ghm2/人)

進一步將兩項指標進行加和,構建“建-化足跡”組分,以此探究非貧困區縣生態足跡內部與道路通達度的關系。從圖7顯示結果來看,“建-化足跡”與道路通達度兩項指標均呈上升趨勢。2010—2018年間“建-化足跡”的增幅率為0.34,“建-化足跡”與道路密度增幅率更為接近,因此,道路密度與“建-化足跡”相關關系高于道路連通度。

圖7 涪陵區道路密度、道路連通度與“建-化足跡”變化關系

3.3 貧困區縣與非貧困區縣路網擴張和生態環境壓力對比研究

3.3.1貧困區縣與非貧困區縣路網擴張對比研究

根據研究結果將貧困區縣奉節縣與非貧困區縣涪陵區2010—2018年道路通達度進行對比分析。由圖8可知,涪陵區道路密度與道路連通度始終高于奉節縣,且兩項指標均表現出差距先增大后減小的趨勢并在2018年最為接近。分指標來看,奉節縣與涪陵區道路密度在2010—2018年時段內均呈上升趨勢,且后一時段增幅率高于前一時段,2010—2014年時段內涪陵區道路密度增幅率大于奉節縣,而在2014—2018年時段奉節縣受到精準扶貧政策的影響,道路密度增幅率快速增長超過前一時段并超過涪陵區。兩個區縣道路連通度差距同樣經歷了先增大后減小的階段,且在后一時段奉節縣道路連通度增幅率超過涪陵區,但值得注意的是,在2014—2018年時段涪陵區道路連通度增幅率小于前一時段,表明該區道路布局結構更加趨于合理。

圖8 奉節縣、涪陵區道路密度與道路連通度階段變化情況

3.3.2貧困區縣與非貧困區縣生態環境壓力對比研究

根據前文計算結果分析,奉節縣2010—2014年生態足跡增長速度慢于涪陵區,但在2014—2018年4年中快速增長,不僅導致后一時段生態足跡增長速度快于前一時段且同時段內超過涪陵區生態足跡增長速度,而且8年內奉節縣生態足跡增長總和也超過涪陵區；奉節縣生態承載力呈現出2014—2018年時段下降高于前一時段且這一時段下降超過涪陵區的情況。從圖9可以看出,奉節縣與涪陵區在2010—2014年和2014—2018年兩個時段的變化趨勢有比較明顯的不同,涪陵區前一時段生態赤字增長明顯,后一時段增長趨于減緩,而奉節縣在前一時段生態赤字變化較小,后一時段變化較為明顯,說明奉節縣生態赤字不斷擴大,生態環境壓力持續增長,在今后的發展中需要改變發展模式以求地區發展的可持續。

圖9 奉節縣、涪陵區生態足跡與生態赤字階段增長情況

3.3.3貧困區縣與非貧困區縣路網擴張和生態環境壓力對比研究

由上文數據結果分析,通過對“建-化足跡”組分和道路通達度兩項指標分析,在研究時段內,奉節縣生態赤字和“建-化足跡”增幅率與道路連通度存在更為一致的關系,這與貧困區縣路網建設還不完善,部分偏遠村外接路少,村內斷頭路較多,道路與道路之間連接較少等密切相關；涪陵區生態赤字增幅率與道路連通度增幅率更為一致,而“建-化足跡”增幅率與道路密度增幅率存在更為一致的關系,調研分析發現,非貧困區縣道路布局結構基本完善,在道路建設的過程中更側重于各地間通行的效率,注重道路修建規模,能導致道路密度對生態環境壓力產生更大的影響。

4 討論

(1)與現有研究的比較。關于路網擴張對生態環境的壓力,已有研究大多表明路網擴張會使地區生態環境壓力增大,此外,有學者通過不同角度分析道路建設對生態環境的影響,如陳曉斌從項目建設期間和道路運營期間分別闡述不同時期對生態的影響[14],尹忠東等從生態學的角度綜合分析了道路建設對生態環境的影響[12],本文的研究發現與之相符,在西南山區,路網擴張確實會給生態環境帶來壓力。

(2)研究局限與不足。①由于數據獲取難度較大,本文部分村級路網數據是通過對遙感影像目視解譯和實地調研獲取的,因此可能存在一定誤差；②道路的建設能耗是一次性的,而土地長期被占用是持續性的,本文對新增道路所消耗的能耗與土地利用類型的變化未能深入分析；③已有研究表明,在精準扶貧政策實施的過程中,道路基礎設施的建設對貧困地區脫貧以及農戶生產生活具有積極促進作用[31],但因研究主題與文章篇幅的限制,未將路網擴張與減貧成效相聯系。下一步,開展多區域比較和統計分析、闡明道路擴張對生態環境的具體影響,深入分析生態足跡增加的機制及其與道路擴張的關聯性。

5 結論與建議

(1)主要結論。西南山區貧困與非貧困區縣道路連通度、道路密度、生態赤字、“建-化足跡”四項指標逐年增長,總體變化趨勢一致,貧困區縣在研究時段呈現更快速的增長趨勢。西南山區貧困與非貧困區縣在研究時段生態環境壓力進一步擴大,表明經濟-生態的發展整體處于不協調狀態,且有持續惡化的趨勢。西南山區貧困區縣“建-化足跡”與道路連通度關系較為一致,表明其道路布局結構對生態環境壓力更大,非貧困區縣“建-化足跡”與道路密度關系較為一致,表明其生態環境壓力更多受到道路建設規模的影響。

(2)對策建議。近年來各地區大規模的基礎設施建設帶來的巨大能耗,導致生態環境壓力增大,地區發展的不協調。根據本文對路網擴張指標與生態環境壓力指標的分析結果提出以下建議：一是奉節縣境內山高谷深,溝壑縱橫,山地面積占比較高,制定科學合理的土地利用規劃,注重集約節約用地,防止路網的盲目擴張,逐步打通“斷頭路”、“瓶頸路”,緩解生態環境壓力與發展之間的矛盾；二是奉節縣道路連通度對生態環境壓力較大,重點支持奉節縣農村公路網絡建設和品質提升,對促進經濟、社會、生態全面協調發展起到重要作用,涪陵區則應在城市化發展過程中更加注意規模對生態環境的精細影響；三是由于奉節縣和涪陵區化石能源用地在生態足跡中占比較高,可以通過優化能源消費結構,提高化石能源的使用效率以降低生態足跡；四是加強兩地的生態修復,注重森林、草地和水資源的保護,實施山水林田湖生態保護和修復工程,進行產業結構優化,提高單位面積生態生產性土地的生物產量以提高整體生態承載力。