近10年太原市不同土地類型生態足跡與生態承載力研究

賈雪瑩 王佩將 陳明琳

摘 要：為探究資源型城市可持續發展的趨勢，以太原市為例，系統計算了該市2011—2020年生態足跡和生態承載力狀況。結果表明：太原市人均生態足跡呈現先下降后上升的趨勢，平均為7.9892hm2/人，具體消費表現為木材、用電量以及煤炭的消耗增加。人均生態承載力平均為0.2761hm2/人，整體呈現先下降后增加的趨勢，耕地、林地和建筑用地生態承載力所占的比例較大。太原市環境表現生態赤字，近10年平均為7.6754hm2/人，化石能源消耗量過大是首要原因。

關鍵詞：生態足跡;生態承載力;生態赤字;可持續發展

中圖分類號 F301.2 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2022）08-0138-04

Ecological Footprint and Ecological Carrying Capacity Analysis of Different Land Types of Taiyuan in the Past Ten Years

JIA Xueying? ?WANG Peijiang? ?CHEN Minglin

（Institute of Geographical Science， Taiyuan Normal University， Jinzhong 030619， China）

Abstract： In order to explore the sustainable development trend of resource-based cities， Taiyuan City was taken as an example to systematically calculate the ecological footprint and ecological carrying capacity from 2011 to 2020. The results showed that the per capita ecological footprint in Taiyuan showed a trend of first decline and then increase， with an average of 7.9892hm2/person， and the specific consumption manifested as an increase in the consumption of wood， electricity and coal. The average per capita ecological carrying capacity was 0.2761hm2/person， showing a trend of first decline and then increase， and the ecological carrying capacity of cultivated land， forest land and construction land accounted for a large proportion. The ecological deficit of environmental performance in Taiyuan City has averaged 7.6754hm2/person in the past 10 years， and the primary reason is the excessive consumption of fossil energy.

Key words： Ecological footprint; Ecological carrying capacity; Ecological deficit; Sustainable development

自然生態系統是維持人類社會經濟發展的基本保障，其生態承載力是有限度的，一旦人類活動超過了其承載力的承受范圍，必然導致若干生態破壞和環境污染問題。因此，要維持人類社會經濟健康發展就必須依托于自然生態系統，走可持續發展道路[1]。可持續發展觀已成為國際上很多國家和地區發展的戰略目標，如何定量測度亦成為當前國際上關于生態經濟研究的前沿熱點之一。生態足跡分析法是由加拿大生態經濟學家Willian Rees于1992年提出的、Wackernagel于1996年進行完善的生態學方法，該方法可定量衡量人類對自然資源利用程度以及評價區域可持續發展狀況，具有可操作性強、結果直觀明了、區域可比性等優點，在對區域可持續發展研究方面越來越受到國內外專家學者的關注[2-3]。生態足跡分析法是在量化研究對象的土地面積的前提下，計算出生態承載力和生態足跡大小，并對二者進行比較，從而得出生態盈余情況。隨著時代的發展，國內外很多資源型城市由于大規模、高強度的資源利用，面臨著資源短缺、污染嚴重等問題。因此，科學評估資源型城市的生態盈余是保證當前發展以及成功轉型的重要保證。

太原市是典型的資源型城市，為煤炭原材料和基礎能源的重要供應地。近年來，隨著大量能源資源被消耗，太原市面臨著耕地面積減少、生態環境惡化、資源儲量短缺等嚴峻問題，經濟發展和環境保護矛盾突出，從而阻礙了太原市的經濟可持續發展，城市發展轉型改革迫在眉睫[4，5]。為此，本研究以生態足跡原理和模型為基礎，對太原市2011—2020年生態足跡、生態承載力和生態盈余狀況進行分析計算，為太原市環境保護和可持續發展提供基礎數據和理論支持。

1 研究區域概況與數據來源

太原市位于山西省中部太原盆地北端（111°30′～113°09′E、37°27′～38°25′N），三面環山，地勢北高南低，多山地與丘陵，中部和南部為平原，黃河第二大支流汾河自北向南貫穿太原市。太原是山西省首府，全市由6個區、1個縣級市和3個縣組成，是山西省的政治、經濟、文化和交通中心，是國家歷史文化名城，也是山西能源重工業基地。

改革開放以來，太原市作為典型的資源型城市，迅速利用自身優勢進入工業開發和城市建設快速發展期，經濟發展整體較快，為地區和國家發展發揮了重要作用。目前，太原市以資源型產業為主，現已形成了以第一產業（高能耗產業）為主要發展動力，以輕紡、醫藥、服務和電子信息產業為主的第二和第三產業的經濟結構[6]。太原市的產業結構以及對資源的長期開發利用，對生態環境產生了極大的壓力。生態環境已成為制約區域經濟發展的主要因素，協調好資源利用、生產空間、生態環境之間的可持續發展，成為現階段太原市面臨的重要挑戰。

2 計算方法

生態足跡的計算方法采用國際通用公式，即引用均衡因子將消費量轉化成生產性土地。均衡因子參考WWF發布的《地球生命力報告2008（Living Planet Report 2008）》土地利用類型，建筑用地和耕地2.39，林地和化石燃料用地1.25，草地0.51，水域0.41[7]。區域生態承載力采用土地類型和產量因子參考謝鴻宇[8]的研究，其中生物部分包括4種土地類型，產量因子分別是耕地1.74，林地0.86，草地0.51，水域0.74;能源部分包括2種土地類型，產量因子化石燃料用地0、建筑用地1.74。

2.1 生態承載力 相關計算公式如下：

人均生態承載力模型：

ec=[aj×rj×yj]? ? ? j=（1，2，…6）。

式中：ec代表的是人均生態承載力;[aj]代表實際人均占有的第j類生物生產性面積;[rj]為均衡因子;[yj]為產量因子;j=（1，2…6）代表6類生態生產土地類型。

生態承載力模型：EC=N[×]（1-0.12）[×ec]

式中：EC代表的是區域總的生態承載力;ec代表人均生態承載力;N為區域內的總人口數。計算結果應扣除12%的生物多樣性保護面積。

2.2 生態足跡 相關計算公式如下：

人均生態足跡模型：

ef=[rj×（ci/Pi）]? ? ?j=（1，2…6），i=（1，2…n）。

式中：ef代表的是區域人均生態足跡;rj為均衡因子;ci表示i類消費項目的人均消費量;Pi表示第i種消費項目的世界平均生產力;J代表消費項目的商品類型。

生態足跡模型：EF=N×ef

式中：EF代表的是區域總的生態足跡;N代表區域人口數量;ef代表區域人均生態足跡。

2.3 生態赤字與生態盈余 相關計算公式如下：

生態赤字/盈余模型：生態盈虧=生態承載力（EC）-生態足跡（EF）

當某一地區的EF>EC時，出現生態赤字，引發環境問題;而EF≤EC時，表現為生態盈余，表明人類對自然資源的消費是合理的。生態盈虧情況反映了區域經濟發展對自然生態系統的影響程度。

3 結果與分析

3.1 近10年太原市生態足跡 生態足跡的計算主要包括生物資源消費、能源資源消費和建設用地消費3類消費。本文將2011—2020年太原市的3類消費轉變為對應的生態生產面積，分別是耕地、林地、草地、水域、化石能源用地和建筑用地。在各類生物資源消費中，居民消費量較大的是農產品、動物產品和林產品，其中農產品包括糧食、油料、棉花、藥材、蔬菜和瓜類;動物產品包括豬肉、牛肉、羊肉、家禽類、兔肉、奶類、蛋類和水產品;林產品包括水果、干果和木材。針對能源資源消費，采用太原市能源消耗量消費量較大的煤炭、焦炭和石油，建筑用地消費采用的是電力。由此可見，各地區的飲食生活習慣、能源結構和建筑用材都與生態足跡緊密相關。

2020年太原市的生物資源、化石能源用地和建筑用地生態足跡情況如表1、表2所示。2011—2020年太原市人均生態足跡的計算方法與表1和表2相同，計算結果如表3所示。數據分析表明，近10年太原市人均生態足跡呈現先下降后顯著增加的趨勢，由2011年的8.9082hm2/人下降到2017年的6.6277hm2/人，2020年增加到12.1209hm2/人。其中，化石能源的消耗尤為突出，占據人均生態足跡的94.95%～98.27%，表明積極推進山西省的清潔能源開發利用的現實意義。太原市的3種化石能源消耗中，煤炭的消耗量最大，2020年僅煤炭人均生態足跡為11.3607hm2/人，而焦炭和石油人均生態足跡分別為0.5424hm2/人、0.0087hm2/人，過多依賴于傳統型煤炭能源消費。生物資源類別表現為耕地和水域人均生態足跡呈現下降趨勢，草地人均生態足跡先上升后下降，但林地人均生態足跡表現為上升趨勢，主要是因為近10年林產品中木材的使用量逐年上升，木材消耗量從2011年的398m3增加到2022年的12022m3，呈現消耗量30倍的增長。建筑用地人均生態足跡較穩定，范圍在0.0024～0.0028hm2/人，總體呈現緩慢上升趨勢。

綜上所述，由于近些年太原市發展的需求，生物資源消費中林產品的木材消耗量的需求較大，造成生物資源人均生態足跡增長;太原市用電量的增加，建設用地人均生態足跡表現為增長趨勢;化石能源中煤炭是主要的消費來源，占據人均生態足跡約90%以上。

3.2 近10年太原市生態承載力 以太原市耕地、草地、林地、化石能源用地、建筑用地和水域面積為基礎，乘以相應的產量因子和均衡因子，在計算后的生態承載力中去除12%用于生物多樣性保護用地，得到太原市2011—2020年人均生態承載力。本研究對2020年太原市生態承載力進行了具體呈現（見表4），對2011—2020年太原市生態承載力進行了總體分析（見表5）。在對2020年太原市生態承載力的分析中，耕地、林地和建筑用地的生態承載力比例較高，分別占人均生態承載力的36.54%、33.80%和27.58%，而草地和水域所占比例小于2%。

綜合近10年數據結果，太原市人均生態承載力總體上維持在0.2761hm2/人左右，并且近10年人均生態承載力呈現出主體下降的趨勢，但在2020年人均生態承載力轉為增加。在對近10年太原市各類土地變化趨勢分析發現，2016—2019年草地和水域面積出現銳減，草地由166100hm2降低至310hm2，水域由16320hm2降低至1392hm2;2020年草地、水域和林地面積都出現了大幅度增加的情況，草地面積為85400hm2，水域面積為11100hm2，林地面積為386900hm2。目前，山西省和太原市政府統籌山水林田湖草綜合治理，加強“兩山七河一流域”生態修復，助推黃河流域生態保護和高質量發展，促進經濟社會發展全面綠色轉型。一系列政策的實施，促使太原市的生態環境積極向好的方向發展。

3.3 生態赤字/盈余的動態變化趨勢 根據生態承載力與生態足跡的差值得出生態赤字/盈余，結果表明，太原市近10年均表現為生態赤字，不同土地類型中耕地、草地、化石能源和水域為生態赤字狀態，林地和建筑為生態盈余（見表6）。近10年太原市生態赤字結果分析表明，化石能源消耗量過大是造成人均生態赤字達到7.6754hm2/人的重要原因，如去除化石能源土地利用類型，其余5種土地利用類型總體結果為生態盈余，人均生態盈余為0.0242hm2/人。因此，減少化石能源資源的消費是保證太原市可持續發展進程順利推進的重中之重。

4 結論與建議

（1）通過對近10年資源型城市太原市生物資源消費、能源資源消費及建設用地消費的分析，結果表明，生物資源和化石能源生態足跡呈現先上升后下降趨勢，建設用地生態足跡主體呈現緩慢上升趨勢，總體的人均生態足跡表現為先下降后上升的趨勢，平均為7.9892hm2/人。分析具體消費表現為木材消耗量需求增大、用電量增加以及煤炭的消耗增加，以上3種資源的需求量增加造成生態足跡出現增加的趨勢。

（2）在太原市的生態承載力中，耕地、林地和建筑用地所占的比例較大，草地和水域所占的比例較小。近10年人均生態承載力為0.2761hm2/人，整體呈現先下降后增加的趨勢，2020年草地、林地和水域生態承載力有所提高，主要是草地、林地和水域面積有所增加，總體生態環境朝更積極的方向發展。綜合生態足跡和生態承載力，近10年太原市表現為生態赤字，平均為7.6754hm2/人，化石能源消耗量過大是其主要原因。

（3）為了縮小太原市的生態赤字，達到可持續發展，建議從以下幾個方面進行改進：①調整能源結構，采礦冶煉等重工業更新技術、工藝和設備，提高化石燃料的利用率，在降低化石能源消耗的同時增加對清潔能源的利用;②提高木材的使用時間和回收再利用，降低對木材的需求量，提倡居民和企業采用節能環保的電器和儀器的使用，節約用電;③增加太原市的林地、草地、水域和耕地面積，從源頭上增加生態承載力，打造生態宜居城市;④調整產業結構，對產業結構進行優化升級，加大對旅游業等第三產業的投資比重。

參考文獻

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[8]謝鴻宇，王羚酈，陳賢生.生態足跡評價模型的改進與應用[M].北京：化學工業出版社，2008：12-59.

（責編：張宏民）