土地利用规划实施后吉林省环境变化评价

李淑杰，窦森，刘兆顺

(1.吉林农业大学资源与环境学院，吉林 长春 130118;2.吉林大学地球科学学院，吉林 长春 130061)

2003年9月1日起实施的《中华人民共和国环境影响评价法》将土地利用规划列为“一地三域”之首，明确规定“应当在规划编制过程中组织进行环境影响评价，编写该规划有关环境影响的篇章或者说明”(第2章第7条)。因此，土地利用规划环境影响评价是通过预测分析土地利用宏观结构调整与布局对区域自然环境和生态系统的可能影响，使土地利用规划制定过程中能充分考虑有关的重要环境问题，从而在源头上尽量减少规划产生的不利影响;通过提出环境影响减缓措施，规避规划方案实施对环境的影响和损害。

尽管国外相关研究成果能够为中国土地利用规划环境影响评价研究与应用提供借鉴，但由于土地利用规划与国家的政治制度、经济制度、资源禀赋以及经济发展阶段等有关，中国和欧美国家土地利用规划的地位、功能以及内容等方面有一定的差异［1］，决定了我国的土地利用规划环境影响评价研究难以直接借鉴欧美国家的经验［2－3］，目前中国土地利用总体规划环境影响评价的理论研究和实践应用尚处于探索之中［4－5］。

生态足迹理论是近年来国内外可持续发展评价领域的研究热点之一，是一种基于土地空间面积占用来定量测度区域可持续发展程度的理论和自然资产综合核算工具。生态足迹理论及其技术方法能够为土地利用总体规划环境影响评价研究提供了重要的方法途径［6－8］。目前运用生态足迹方法评价土地利用规划的环境影响的实例较少。本文以吉林省为例，运用生态足迹的方法对吉林省1996－2005年的生态足迹进行了计算，分析自然资源的利用情况和供给能力，对吉林省土地利用规划所造成的环境影响进行分析。

一、生态足迹理论与方法研究进展与应用

为了将经济社会可持续性转化为具体的指标来测量人类是否生存于生态系统承载力的范围内，加拿大生态经济学家Rees和Wackernagel等在1992年提出用生态足迹(Ecological footprint，EF)模型来衡量可持续发展，并在1996年由Wackemagel进一步完善［9－10］。生态足迹理论及其技术方法目前已经应用于经济、社会、生态、环境诸多研究领域，成为量度资源环境可持续能力的重要技术工具。生态足迹方法在中国土地利用规划战略环境影响评价中的应用研究案例不多，赖力(2005年)等采用生态足迹方法对全国土地利用总体规划的目标进行了评价;符海月(2007)等分析了《廊坊市土地利用总体规划(1997－2010年)》在实施期(1997－2004年)和规划影响期(2005－2010年)人均生态足迹与生态承载力的变化趋势及差异［10－12］，进而分析了土地利用规划的生态成效;而在省级层次上，应用生态足迹理论与技术方法衡量土地利用结构调整对生态系统的影响尚无案例研究。

二、计算模型

任何已知人口(个人、一个城市或国家)的生态足迹是为满足这些人口生产与消费所需耗去的所有资源和吸纳这些人口所产生的所有废弃物所需要的生物生产的土地总面积和水资源量。生态足迹是人口数和人均物质消费的一个函数，它测量了人类的生存所必须的真实生物生产面积，是每种消费商品的生物生产面积的总和。将区域的生态足迹同国家或区域范围所能提供的生物生产面积进行比较，就能为判断一个国家或地区的生产消费活动是否处于当地生态系统承载力范围内提供定量依据。因此，生态足迹方法不仅可以直观地表现经济社会发展过程中的土地生态需求状况，更重要的意义在于将人类对自然资源及其生态系统服务的消耗与环境影响相关联起来，解决消耗者环境压力的重新配置问题。

(一)生态足迹的计算模型

式中:

EF为总的生态足迹;N为人口数;ef为人均生态足迹;i为所消费的商品与投入的类型;aai为人均i种交易商品折算的生物生产面积;Pi为i种消费品的平均生产能力;Ci为i种商品的人均消费量。

(二)生态承载力的计算模型

式中:

EC为区域生态系统资源更新总量(hm2);ai为某一国家或地区某类生物生产土地面积(hm2);ri为均衡因子;yi为产量因子，其大小为某类土地的平均生物生产力水平与该类土地全球平均生物生产力水平的比值;ec为人均可用生态系统资源更新能力(hm2/cap);N为区域人口数(capita)。

(三)生态赤字与生态盈余的计算模型

生态赤字(盈余)=生态承载力－生态足迹(3)

如果区域的生态足迹大于区域所能提供的生态承载力，就出现生态赤字，表明人类活动超出区域生态承载力范围，区域生态系统不安全，生态环境处于不可持续状态;如果小于区域的生态承载力，则表现为生态盈余，表明人类活动小于区域生态承载力，则表现为生态盈余，表明人类活动处于区域生态承载力范围之内，区域生态系统是安全的，生态环境处于可持续状态。

(四)吉林省生态足迹分析中的预测模型

1.回归模型

基于SPSS15.0软件平台，利用回归分析模块中的Curve Estimation过程，完成规划期内吉林省生态足迹分析相关指标的预测。Curve Estimation过程提供了11种曲线模型，根据各指标历史数据拟合结果，在显著水平为0.01时，吉林省1996－2005年的园参、葡萄、奶类和禽蛋产量的时间序列数据拟合Logistic曲线模型通过F检验;苹果的拟合S形曲线模型通过F检验;牛肉、羊肉和蜂蜜的拟合直线方程通过F检验。上述各项指标规划期内的预测结果分别采用通过检验的回归模型，其余各项指标预测采用灰色马尔柯夫模型。

2.灰色马尔柯夫模型

灰色预测的优势在于短期预测，缺点在于对长期预测和波动较大数据序列的拟合较差。马尔柯夫链预测的对象是一个随机变化的动态系统，对于长期预测和随机波动较大的数据序列的预测效果较好，把灰色预测与马尔柯夫链预测两者结合起来，形成灰色－马尔柯夫链预测模型(Grey Markov Model)，这样不仅能揭示数据序列的发展变化总趋势，又能预测状态规律，可使预测具有较强的科学性和实用性。建模步骤如下:

利用上式，我们可求得拟合值的一次残差:

以及相对残差:

第二步，对相对残差数列建立马尔柯夫模型，求出拟合值的Δp1(i)，确定状态概率转移矩阵。

第三步，对GM(1，1)求得的预测趋势进行马尔柯夫修正。

三、数据来源说明

1996－2005年生物资源消费(包括农产品13种，畜牧产品8种，林产品4种和水产品)数据;能源消费(根据统计资料可取得性，计算煤炭、油料、天然气、液化石油气和电力等5种能源的足迹)数据，来源于《吉林省统计年鉴》(1996－2005)的统计数据;经济社会与人口发展、土地利用结构数据来源于《吉林省土地利用总体规划(2006－2020年)》及其修编前期专题;生态足迹模型参数采用世界野生生物基金会2006年发布的《Living Planet Report 2006》中的均衡因子。

四、吉林省土地利用与生态足迹分析

(一)吉林省1996－2005年生态足迹分析

应用生态足迹模型，根据《吉林省统计年鉴》(1996－2005)的统计数据，对吉林省1996－2005年的生态足迹进行量化计算和分析;并根据生态足迹与生态承载力的比较结果，判断吉林省生产消费活动是否处于生态系统承载力范围内。吉林省1996－2005年生态足迹分析相关指标值见表1，计算结果见表2。

表1 吉林省规划期内生态足迹分析相关指标预测值表 单位:万吨、万吨标煤

续表1

续表1

续表

表2 吉林省1996－2005年生态足迹分析结果表 单位:hm2/人

由表2可以看出，吉林省1996－2005年间生态承载力下降，生态赤字逐年增加。从生态需求的构成来看，吉林省生态赤字的形成主要是由于社会经济发展及人口增长带动生态需求增加而致。吉林省是中国粮油生产基地，粮食、肉、蛋、奶的生产形成了较大的生态需求，同时由于吉林省作为东北老工业基地，能源的消耗增长较快，加剧了生态赤字的形成。为系统分析吉林省生态足迹情况，本文对2005年吉林省各县(市、区)的生态足迹、生态承载力和生态盈亏进行了计算和分析(见图1、图2和图3)。

由图1、图2和图3可以看出，吉林省生态足迹和生态承载力表现出一定的空间耦合特征，吉林省中西部各县(市、区)生态需求较高而生态承载力较低，吉林省除东部抚松县、靖宇县、长白县、珲春市、和龙市、汪清县和安图县生态盈余外，其余各县(市、区)均呈生态亏损状态，吉林省规划期内(2006－2020年)生态恢复与建设任务较重。

图1 吉林省2005年生态足迹图

图2 吉林省2005年生态承载力图

图3 吉林省2005年生态盈亏图

(二)吉林省2006－2020年土地利用结构调整

吉林省2006－2020年间，农用地面积持续增加，由规划基期2005年的1639.73万公顷增长至2020年1679.77万公顷。由于退耕还林还草工程的实施，规划期内吉林省耕地面积减少1.75万公顷;吉林省2020年林地、牧草地和园地面积与2005年相比，分别增加33.46万公顷、6.44万公顷和0.44万公顷。规划期内经济社会发展带动建设用地需求持续增长，2020年吉林省城镇工矿用地、交通运输用地和水利设施用地与2005年相比，分别增加5.93万公顷、3.80万公顷和2.20万公顷。吉林省2006－2020年间土地利用结构调整情况见表3。

表3 吉林省土地利用结构调整表 单位:万公顷、%

(三)吉林省2006－2020年生态足迹预测与分析

从生态足迹计算模型可知，规划期内(2006－2020年)生态足迹分析需要预测的指标数据较多，本文基于SPSS软件选择回归精度较高的模型对各指标数据进行预测;对于回归精度不高的指标采用灰色马尔柯夫预测模型进行精度修正，各指标预测回归值均通过F检验。生态足迹模型相关指标预测依据、方法及结果见表1。依据生态足迹分析过程(同现状分析)，并基于相关指标预测，计算规划期内吉林省生态足迹的变化情况。计算结果见表4。

尽管2010年吉林省生物生产性土地面积有所增长(增长0.79%)，但人口总量的增加仍旧导致生态供给与生态承载力指标与2005年相比有所下降;至2020年，吉林省土地利用结构进一步优化，生物生产性土地面积较规划基期增长2.12%，生态供给与生态承载力指标恢复至2005年水平。

2010年吉林省生物资源消费总量普遍增长(见表1)，其中稻谷和玉米产量占主要粮食作物84.02%，与2005年相比增长9.12%。从吉林省土地利用结构调整规划来看，规划期内，耕地面积减少0.68万公顷。因此，粮食作物总产量的增长无法依靠播种面积的增加，应通过单产的增加实现总产量的增长。根据《吉林省增产百亿斤商品粮能力建设规划》研究，吉林省粮食作物单产规划期内可实现12%的增长幅度。因此在计算2010年生物资源消费导致的生态需求时，需对产量因子进行了相应修正。并最终导致2010年吉林省生态需求与2005年相比降低2.95%。

表4 吉林省规划期内生态足迹变化表 单位:hm2/人

规划期内吉林省生态足迹分析结果表明，2010年生态赤字与规划基期相比，有了相当幅度的减少，生态超载现象有所减缓;但由于人口总量的增加，土地生态承载力继续降低;2020年吉林省人口总量比2010年减少，但由于消费水平的提高，尤其是能源消费的增加，2020年吉林省生态赤字反弹，生态超载现象较2010年加剧，但与规划基期相比，生态赤字仍呈减少态势。说明吉林省土地利用结构与规划的调整，在规划近期有利于减轻土地生态压力，但在规划远期则出现反复。

五、结论

(1)1996－2005年吉林省经济社会发展速度较快，并受全国范围内区域分工定位影响，生态需求增加，从而导致生产型生态赤字逐年增加;从空间分布上来看，吉林省中部由于人口密集、经济社会发展水平较高，生态赤字比较严重;即使是林地面积比重较大、地广人稀的吉林省东部山区，生态承载压力加大。因此，吉林省在规划期内面临的生态恢复与建设任务比较艰巨。

(2)2010年吉林省生态赤字与规划基期(2005年)相比，有了相大幅度的减少，生态超载现象有所减缓;但受人口总量影响，土地生态承载力降低;2020年吉林省人口总量减少，但由于消费水平的提高，尤其是能源消费的增加，生态赤字反弹，生态超载现象较2010年加剧;与规划基期相比，吉林省2020年生态赤字降低。

(3)基于生态足迹理论与技术方法，吉林省土地利用总体规划(2006－2020年)环境影响评价研究结果表明，规划确定的土地利用结构和规模调整方案，在规划近期有利于减轻土地生态压力，在规划远期则出现反复，生态赤字维持在2010年水平，但仍优于规划基期;因此，《吉林省土地利用总体规划(2006－2020年)》在总体上有利于提高吉林省生态环境质量水平和土地生态承载力，有利地促进吉林省国土生态安全格局的形成，能够取得较好的生态效益，实现土地利用与生态环境建设协调发展。

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