生态足迹视角下的宜居城市建设＊——以许昌市为例

刘阳炼

(许昌学院旅游文化资源规划与开发研究所,河南许昌461000)

1 生态足迹理论与宜居城市

生态足迹理论(Ecological Footprint,简称EF)1992年由加拿大生态经济学家William Rees等最早提出,1996年由Wackernagel进行了完善。生态足迹方法模型现已发展成为衡量人类对自然资源利用程度以及自然界为人类提供生命支持服务功能的一种常用方法。本文旨在利用生态足迹理论和方法,来定量评价许昌市的宜居城市建设前景,为许昌市城市空间开发利用、生态保护和宜居建设提供参考[1]。宜居城市是指经济、社会、文化、环境协调发展,人居环境良好,能够满足居民物质和精神生活需求,适宜人类工作、生活和居住的城市。这里的宜居环境,不仅是指拥有适宜就业、出行及充足的教育、医疗、文化资源等多项内容,还包括适宜居住的生态环境。

近些年日益严重的城市生态环境建设、城市空间开发利用、环境保护政策,都必须遵循系统整体优化原理,综合考虑生态因子相互作用的动态过程。改革开放以来,我国经济持续高速增长,城市化水平大幅提高,但城市生态安全却面临着越来越严峻的挑战。生态足迹理论为我们提供了衡量和评价城市可持续发展能力的理论和方法,对分析和解决生态环境问题,有着科学的理论基础和评价体系,可以从定量的角度对城市生态现状进行分析和比较[2]。将生态足迹理论应用于城市生态宜居评价,对宜居城市建设提供了新的视角和有益的补充。

2 研究区域生态足迹计算

2.1 研究区域

许昌市可利用土地面积4 978.36 km2。2008年末总人口430.89万人,市区人口达到59万人,城镇化率达到36%。

许昌市属北暖温带季风气候区,热量资源丰富,年平均气温在14.3℃～14.6℃,日照2 280 h,年降水量579 mm,无霜期217 d。区域平均海拔72.8 m,南水北调,西气东输经过境内。土地面积75%为平原,25%为丘陵岗地。土壤类型以潮土、褐土和黑土为主,肥力指数比较高[3]。农产品主要有小麦、玉米、红薯、大豆、花生、芝麻、棉花等。

近年来,许昌市积极推进城市创建工作,先后荣获“国家园林城市”、“国家森林城市”、“中国优秀旅游城市”、“国家卫生城市”等称号,极大地改善了居民的人居环境和生活质量,向“宜居城市”目标坚实迈进。但随着人口增加和经济快速发展,许昌市人地空间的不协调矛盾逐渐显露,特别是东西两极,经济发展差异日益显现,生态建设不平衡,给整个市域的宜居建设带来影响。

2.2 计算方法

生态足迹的计算,基于生物对资源消耗及其处理均可以折算为一定生产力的土地类型所对应的面积和空间。生态足迹的计算步骤如下：

⑴计算各种消费项目的人均生态足迹Ai,其计算公式为：

式中：Ai为第i种消费项目;Ci为第i种消费项目的人均消费量;Yi为生物生产土地生产第i种消费项目的世界年均产量(kg/hm2);Pi、Ii、Ei分别为第i种消费项目的年生产量、年进口量和年出口量;N为人口数。

式中：Ef为人均生态足迹(hm2/人);Ei为人均足迹分量;rj为均衡因子。

式中：EC为人均生态承载力(hm2/人);Cj为人均生态承载力分量;aj为人均生物生产面积;rj为均衡因子;yj为产量因子[4]。

2.3 许昌市生态足迹计算

人类的适宜性居住,必须有充足的生产生活资料保障。地表所有居民生物性生产资源和能源的消费都来自唯一的自然因素——土地。生物资源的生产性土地包括化石能源用地、耕地、牧草地、林地、建筑用地、水域等六大类[5],能源消费受地表热力和矿产分布的影响具有地理空间差异。许昌市能源消费形式主要有原煤、焦炭、汽油、柴油、燃料油、液化石油气、天然气、其他石油制品、电力、热力等。能源消费量转化为化石燃料用地面积时,采用世界上单位化石燃料生产土地面积平均发热量为标准,折算成一定的化石燃料土地面积[6]。根据生态足迹计算方法和许昌市居民家庭平均每人全年消费的主要商品数据,得到许昌市2008年生物资源消费和能源消费生态足迹,见表1、表2、表3。

表1 许昌市2008年生物资源消费生态足迹

表2 许昌市2008年能源消费生态足迹

许昌市2008年拥有耕地366 892.08 hm2,草地30 901.41 hm2,林地11 379.20 hm2,建筑用地82 321.85 hm2,水域7 059.44 hm2,人均生态供给0.115 7 hm2。根据前述计算方法,依据Wackernernagel等对中国生态足迹计算时均衡因子和产量因子的赋值[7-9],得到2008年许昌市人均生态足迹需求和供给。

表3 2008年许昌市人均生态足迹需求和供给

3 结果分析

2008年许昌市人均生态足迹为1.970 5 hm2,人均生态承载力0.488 2 hm2,减去12%的生物多样性保护0.058 6 hm2,实际可利用的人均生态承载力0.429 6 hm2。就生态足迹而言,化石燃料用地占46.22%,耕地占46.14%,两项合计为92.36%,化石燃料用地生态足迹超过了耕地面积。原因是许昌市处于快速的工业化进程中,城市化水平增长快,这个阶段城市消费主要是工业能源消费,居民的生活消费退居次席。生物性资源人均生态足迹中,水产品占46.93%,猪肉占24.16%,表明居民开始注重生活的质量。同时,生态足迹供给中,建筑用地达0.088 8 hm2/人,仅次于耕地,是因为许昌市正处快速的城市化进程中,城市设施、交通水利等建设用地多。

从生态足迹的需供比来看,比例最大的是水域,达252.3倍,其次是草地,再次是林地。这与许昌市平原耕地多、丘陵岗地少、河流稀疏的自然分布有关,居民消费的水产品主要从外部输入,猪、牛、羊等以家庭、农场圈养方式为主。

许昌市生态赤字达1.540 9 hm2/人。其中,化石能源用地最大(0.910 7 hm2),其次为耕地(0.513 4 hm2)、水域(0.075 4 hm2),只有建筑用地存在一定的生态盈余,为0.079 3hm2。生态赤字的存在,说明许昌市城市居民生产生活对土地的需求超过了土地供给,城市发展对自然的影响超过了生态承载力的范围,人均消费需求超过了自然系统的再生能力,自然生态系统处于不可持续的发展状态。许昌市当前的城市发展是在消耗自然资源的历史积累或通过从外部输入获得补充,其生态发展处于负持续增长状态。一旦供给链条发生断裂,城市发展和建设将面临困境。

生态赤字是城市生态需求和供给的差值,与城市的生产、消费模式和经济发展水平相关。经济越发达的地区,生态足迹和生态赤字水平相应较高。计算表明,河南省1990年到2004年的14年间,生态足迹年增长率为4.11%,承载力年增长率为1.64%,生态赤字年增长率为5.22%。按此比例增长,2008年河南省人均生态足迹为2.474 hm2,承载力为0.594 hm2,生态赤字为1.902 hm2,见表4。与河南省人均生态足迹相比,2008年许昌市人均生态足迹需求和生态赤字都较低,人均足迹为河南省的77.08%,生态赤字为河南省的81.01%。这对许昌市发展宜居城市的目标而言,是一个有利因素。生态足迹水平的高低反映人类对生态系统的影响,它的值越高,人类对生态的破坏就越严重。许昌市人均生态足迹较全省水平低,城市建设对自然生态系统的改变比较小,保持了土地生态系统较高的生产力,居民生产生活对生物性生产资料和化石能源的需求还有较大的空间。许昌市生态赤字主要来自转化后的化石能源用地,占59.10%,比实际占用的地理空间要小。只要土地利用得当,生物性消费赤字水平可以控制在一定范围内。

表4 河南省历年人均生态足迹水平

4 宜居城市建设对策

生态足迹模型及其计算能够在一定程度上揭示和衡量人类消费对生态环境产生的压力大小,也能够对城市建设和居民生活环境的生态水平提供评估依据。许昌市2008年生态足迹水平,虽然不能完全显示该区域居民的自然生活环境,但在客观上反映出对其宜居城市生态建设的影响。

4.1 对宜居城市建设的影响

⑴高碳经济带来潜在社会问题

近年来,许昌市工业化和城市化步伐日益加快。但是以煤炭为主的能源消费结构,增大了生态占用面积,同时也是城市大气污染较为严重的主要原因。2008年,许昌市工业消耗标准煤588.68万t,占全市直接耗煤的87.91%。化石燃料用地生态消费人均足迹达0.910 7 hm2,占人均生态足迹的46.22%。吸收CO2等废气的生物地,包括林地、草地、耕地在内,人均生态足迹只有0.399 1 hm2,为化石燃料用地生态足迹48.32%。环境污染会给城市生态造成直接的显性影响,也会给城市社会造成间接的隐性危害,不仅带来健康问题,也造成社会问题。

⑵增大农产品流通成本

农产品的持续供给是保证城市化顺利进行的重要基础,是城市居民安居乐业的物质前提。许昌市是河南省,也是全国著名的粮食生产地,完全能够满足该区域人口粮食的直接需求。但由于自然条件、农产品加工和居民对食物多样性需求的影响,人均生态足迹的需求远远大于人均供给。2008年许昌市人均提供耕地、草地、林地、水域生态足迹合计0.399 4 hm2,但人均需求达1.050 3 hm2,需求是供给的2.63倍,水产品更是高达252.33倍。在全球化、商业化的市场背景下,这种供需分布不会影响城市居民生活的数量供给,但是必将增加农产品的流通环节、流通成本,同时影响了一些鲜活产品的内在质量。在受到某些不确定因素冲击时,其价格更是大起大落,严重影响城市居民的生活质量。

⑶压缩生物性资料生产空间

生态足迹需求的增长,市民对生活多样性的追求,必然会对有限的生物性物资生产空间产生压缩。2000～2007年,许昌市各类建设用地增长速度约为7%,建设用地占用农用土地问题非常严重,耕地面积减少以成倍的速度增加。2008年,许昌市城市建设用地人均足迹需求为0.009 5 hm2,但供给却达到了0.088 8 hm2,是优先提供或规划预留建设用地的缘故。在城市生态赤字和生态承载力的博弈中,许昌市生态赤字必将越来越大,生态承载力越来越小,生物性物资生产空间将面临更大压力,城市的宜居建设,居民的宜居生活将面临巨大挑战。

4.2 对策

2006年5月30日,国家《宜居城市科学评价标准》正式公布,环境优美度、资源承载度是评价宜居城市的主要指标。良好的自然生态环境是建设城市居住适宜性的关键,其内涵主要包括生物性资料生产力水平和有效面积,以及对环境问题的处理能力和空间潜力。许昌市宜居城市的建设,在不降低居民生活现有水平的前提下,应着力减少生态赤字,提高生态承载力。

⑴发展生态经济,建设低碳城市

许昌市要抓住中部崛起和中原城市群建设的机遇,在产业结构调整过程中,应重点发展科技含量高、经济效益好、资源消耗低、无污染和可循环无废物排放的产业。优先发展知识经济和循环经济产业,制订承接国内外低碳产业转移的优惠政策,特别是电子信息和软件、新材料和新能源、医药与生物工程、精细化工和装备制造业等。大力发展生态经济,逐步改造和淘汰高碳产业,减少城市本身运行对生态用地的压力,逐步形成可持续发展的生态产业体系,走新型低碳城市化的道路。

⑵优化土地利用结构和布局

首要的任务,是稳定农用地面积,保障粮食生产基本需求,严格保护耕地和基本农田。以现有的生态足迹水平,许昌市到2020年耕地保有量应在344 400 hm2以上,全市基本农田面积要稳定在289 800 hm2。

其次,适当增加草地和林地。推进新农村建设,逐步缩小农村居民点用地。通过未利用地开发和农村居民点整理,到2020年,每年增加草地面积40 hm2,林地面积1 000 hm2。

⑶提高建设用地生态效益

在严格控制建设用地的基础上,基本保障全市经济社会发展用地需求,重点保障既定的重点项目和重点区域用地需求。高效开发建设用地生态效益,建设成为目标用地、林地、水域、自然园地的综合布局,形成田、水、路、园、林一体的格局及架构,构建城市生态园(社)区、生态廊道、生态农业和观光农业等城市生态实体。注重生态规划,并将土地利用规划、环境影响评估、用地生态效益评价同步进行,使之成为城市建设规划的“绿色”通行证。

⑷提高宜居许昌的空间整体性

一方面,应从宏观层面谋划好许昌市的自然生态环境,另一方面,应从微观层面抓好居民社区生态建设,强化居住区作为城市居民生活场所的生态消费、生态排解功能,建设配套化的生活基础设施和公共服务设施,优化供水、排水、燃气、环卫、热力、电力等各类市政基础设施,引导市民绿色生产、绿色消费,营造生活设施齐全、环境优美的社区环境。在城市和乡村两个生态地带,生产和消费两个生态环节,减少和降低生态消耗水平,在整体空间上,全面提升区域生态承载力,提高宜居许昌的空间整体性。

[1] 李光郑.玉林市可持续发展的生态足迹定量评价[J].现代城市研究,2007(1)：59-64.

[2] 程莉.生态足迹与城市可持续发展[J].现代城市研究,2004(3)：39-42.

[3] 刘钦普.GIS和SPSS技术支持下的许昌市耕作土壤肥力综合评价[J].土壤,2002(2)：94-98.

[4] 杜斌,张坤民,温宗国,等.城市生态足迹计算方法的设计与案例[J].清华大学学报：自然科学版,2004(9)：1171-1174.

[5] 张志强,徐中民,程国栋,等.1999年中国西部12省(区市)的生态足迹[J].地理学报,2001(5)：599-610.

[6] 杨开忠.生态足迹分析理论与方法[J].地球科学进展,2000(6)：630-636.

[7] Wackernagel M,Rees W E.Our Ecologi-cal Footprint：Reducing Human Impact onthe Earth[M].Gabriola Island：New Society Publishers,1996.

[8] Wackernagel M,Onisto L,Bello P,et al.Ecological Footprints of Nations：How much nature do they use?How much nature do they have?[R].Commissioned by the Earth council for the Rio+5 forum International Council for Local Environmental Initiatives,Toronto,1997.

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