基于生态足迹模型的河北省土地利用总体规划实施评价

郑艳茹, 郑艳东, 葛京凤, 徐晨曦

(1.河北师范大学 资源与环境科学学院, 石家庄 050024;2.河北省环境演变与生态建设实验室, 石家庄 050024; 3.河北省土地整理服务中心, 石家庄 050051)

基于生态足迹模型的河北省土地利用总体规划实施评价

郑艳茹1,2, 郑艳东3, 葛京凤1,2, 徐晨曦3

(1.河北师范大学 资源与环境科学学院, 石家庄 050024;2.河北省环境演变与生态建设实验室, 石家庄 050024; 3.河北省土地整理服务中心, 石家庄 050051)

为了证实河北省土地利用总体规划(2006—2020年)确定的土地利用结构调控指标是否科学与合理，根据1999—2008年的统计数据，运用改进的生态足迹模型计算并预测河北省2010年、2020年人均生态足迹、人均生态承载力，将预测结果与河北省土地利用总体规划(2006—2020年)确定的土地利用结构调整目标测算的人均生态承载力进行比较。结果表明：(1) 河北省人均生态足迹1999—2008年共增加0.218 1 hm2，增长率达到32.18%，人均生态承载力共增加0.019 8 hm2，增长幅度为28.09%，人均生态赤字由2006年增长到最大值0.450 2 hm2后回落至2008年的0.418 8 hm2，表明河北省正朝着降低生态赤字，提高生态承载力的方向进行。(2) 根据预测值与规划确定值相比较可知，2010年人均生态承载力的实际发展将会比规划预期增加0.16%，人均生态赤字减少0.18%，2020年人均生态承载力的实际发展将会比规划预期增加18.41%，人均生态赤字减少6.29%，说明本轮规划的预计生态供给均可实现。河北省土地利用总体规划(2006—2020年)的实施将会降低人均生态赤字，体现了规划确定的土地利用结构调控指标的科学与合理性，一定程度上遏制了土地生态环境的恶化趋势，促使生态环境向有利的方向发展。

土地利用总体规划; 生态足迹模型; 河北省

土地利用总体规划是以规划区域自然、经济及社会条件为基础，根据国民经济与社会发展的需要对土地资源在时空上合理安排并布局的一项长期性、综合性的战略措施[1]。它在区域经济发展中的宏观导向作用决定了规划期内土地利用的变化，将对生态环境产生深远而复杂的影响[2]。生态足迹方法是通过测算人类对自然生态服务的需求与自然所能够提供的生态服务之间的差距,从而较准确地评价人类对自然资源的利用情况[3]。河北省处于环渤海地区中心地带和京津冀都市圈，由于该区域快速城市化与工业化过程中的不合理用地，导致全省绝大部分地区连续出现雾霾天气，资源、环境与发展矛盾激化，这对河北省土地利用总体规划修编工作提出了更高的要求。

河北省土地利用总体规划(2006—2020年)(简称“本轮规划”)实施期已经过半，本文运用改进的生态足迹模型计算河北省1999—2008年的人均生态足迹与人均生态承载力，并结合生态赤字分析河北省10 a来的生态效应。以河北省1999—2008年的时间序列数据作为预测基数，预测2010年、2020年人均生态足迹及人均生态承载力，经与本轮规划确定的土地利用结构调整目标测算的人均生态承载力进行比较，以反映本轮规划是否符合生态环境与经济社会协调发展的战略定位，以期为本轮规划尚未实施期提出合理的措施和建议。

1 研究方法

1.1 概 念

生态足迹(Ecological Footprint，简称EF)分析法是一种衡量人类对自然资源利用程度及自然生态系统对人类活动所能承受能力大小的可持续发展的定量测度方法[4]。该方法由加拿大生态经济学家William[5]于1992年首次提出，并由其Wackernagel[6]于1996年提出具体的计算方法。此理论认为，人类所有的消费都能折算成相应的生态生产性土地面积[7]。地球表面的生态生产性土地可分为6大类：耕地、草地、林地、化石能源用地、建设用地及水域[8]。

1.2 生态足迹模型计量方法及指标选取

生态足迹模型是用生态生产面积表达人口对自然资源的消费量，与该区域内实际的生态供给能力相比较，衡量该区域的可持续发展程度。生态足迹分析法将所需计算的项目划分为生物资源账户和能源账户两部分，生物资源账户涵盖人类生活所要消费的生物初级产品，能源账户涵盖人类生产生活所消耗的主要能源[9-10]。

对生物资源而言，生态足迹就是该地区内的生物资源生产足迹；对于化石能源而言，该生态足迹还是其消费足迹。因此，用综合法计算的区域生态足迹由生物资源生产足迹和能源消费足迹两大部分组成，其计算公式为[11]：

式中：k=1，2，3，4，分别表示耕地、草地、林地和水域4种生物资源生产的土地类型；γk——生物资源的第k类土地的均衡因子；n——该地区由第k类土地生产的生物资源的种数；Pki，Yki——该地区由第k类土地生产的第i种生物资源的年产量和世界平均生产力；γe——化石能源地的均衡因子；m——该地区化石能源用地中消耗的能源种数；Cj，Yj——该地区第j种化石能源的年消费量和世界平均生产力(即单位面积的森林能够吸收的温室气体所对应的化石能源消耗量)；γc——建设用地的均衡因子，Ab中b=1，表示建设用地中电能消耗的年需求量；Yb——世界平均生产力[11]。

1.3 均衡因子等参数的选取

采用“全球公顷”进行生态足迹计算，尽管能实现国际间的比较需要，但在同一国家不同省、市生态足迹结果进行比较分析时，因数据的针对性不强，使得各省、市的比较分析误差较大，不能真实地反映各省、市的实际生态负荷及生态容量现状，为了更真实反映这种现状，本文以“国家公顷”为计量单位，进行省、市级区域生态足迹的计算更为准确和有效。

国家公顷法是指根据研究区域的需要，将本国的生物资源平均生产力以其为基础计算出来的均衡因子及产量因子替换掉传统研究中的生物资源全球平均生产力以及相对应的均衡因子和产量因子。

(1) 均衡因子。由于不同生物生产性土地的平均生物生产力相差很大,因此要通过各自的均衡因子转化成标准面积才能进行比较。其具体的计算公式为[11]：

(2) 产量因子。不同区域同类土地间的生物生产力存在地域差异，而在同一区域不同的生产条件和环境下,同类土地的生物生产力也不相同。因此,生物生产性土地的实际面积不能直接相比,需要通过产量因子进行转换后方可比较。这一因子综合反映了特定地域环境和社会经济因素的影响。具体计算公式为[11]：

1.4 生态承载力的计算

生态承载力即是区域内部的生物生产性土地数量，具体计算公式[12]为：

EC=(1-12%)N·ec=

(1-12%)N·∑(aj·rj·yj)

(j=1,2,3,4,5,6)

式中：EC——总的生态承载力；ec——人均生态承载力；N——人口数；ai——人均生物生产性土地的面积；rj——均衡因子；yj——产量因子[12]。

从谨慎性原则出发，在实际计算中，考虑到12%的生物多样性保护面积。

1.5 生态足迹与生态承载力的比较

EP=EC-EF[13]

式中：EP——生态盈余或赤字，若生态足迹大于生态承载力，EP<0，即为生态赤字；若生态足迹小于生态承载力，EP>0，即为生态盈余[13]。研究生态足迹与生态承载力之间的差值大小，可作为评价区域生态效用的标准。该方法通过测算人类的生态足迹与生态承载力之间的差距，定量地判断区域的发展是否处于生态承载力的范围之内。

2 河北省生态足迹1999-2008年的核算结果与动态变化分析

生态足迹计算数据来源于中国统计年鉴(2000—2012年)、河北省统计年鉴(2000—2012年)，河北省食品消费选用24类农产品,包括稻谷、小麦、玉米、豆类、薯类、棉花、花生、油菜籽、麻类、甜菜、烟叶、蔬菜、猪肉、牛肉、羊肉、牛奶、禽蛋、核桃、板栗、苹果、梨、葡萄、木材、水产品。因我国生产力状况和生产结构比较特殊，猪肉与禽蛋产品全部消耗粮食作物，属于耕地，而牛羊肉与牛奶生产来自于耕地和草地两部分。据相关研究，我国牛肉产自草地和耕地的产量之比为14%∶86%，羊肉产自草地和耕地产量之比为43%∶57%，牛奶产自草地和耕地的产量之比为28%∶72%[11]。在以下计算中，牛羊肉、牛奶按上述比例分配到相应地类生态足迹中。能源消费部分根据统计资料计算煤炭、石油、天然气3种能源的足迹,计算时将能源消费转化为森林和草地面积。建设用地生态足迹主要是指电力的消费足迹。本文生态足迹模型中的主要参数根据“国家公顷法”进行选取，均衡因子和平均产量选用已有研究中确定的取值，产量因子则根据河北省生产力与全国生产力的比值估算取得[11]。生态承载力计算采用河北省土地调查统计年鉴(1999—2008年)数据。构造河北省1999—2008年土地利用消费与生物生产面积矩阵，根据计算模型式，计算1999—2008年河北省人均生态足迹与生态承载力(表1)。

2.1 人均生态足迹动态变化分析

从表1可以看出，河北省的人均生态足迹从1999年的0.677 8 hm2增加到2008年的0.895 9 hm2，10 a间增加了0.218 1 hm2，增长率达到32.18%。从表2中6类生物生产性土地面积的构成来看，大多数土地的人均生态足迹呈上升趋势，其中耕地、化石能源用地和建设用地生物生产面积变化尤为明显，草地和水域变化相对平缓，而林地生物生产面积呈波动变化，总体呈现下降趋势。通过计算6类生物生产面积所占比重得知，化石能源用地和建设用地面积比重分别由1999年的9.48%，0.20%增加至2008年的17.77%，0.41%，而耕地面积比重由1999年的80.01%降至2008年70.99%，1999—2008年间河北省人均生态足迹增加0.218 1 hm2，其中能源人均生态足迹增加0.094 9 hm2，占总增量的43.54%，以上数据表明，耕地人均足迹逐年提高，但在人均足迹中所占比例下降，表明随着人口数量的不断增加，在对粮食作物消费不减少的同时河北省农用地集约利用水平显著提高；对能源和建设用地的需求增加，说明工业化与城镇化水平逐渐提高，生活水平有所提高。

2.2 人均生态承载力动态变化分析

从表1可以看出人均生态承载力呈波动变化，总体呈现上升趋势，1999年的人均生态承载力为0.457 3 hm2，2008年人均生态承载力上升至0.477 1 hm2，10 a间共增加0.019 8 hm2，增长幅度为28.09%。1999—2002年河北省人均生态承载力呈现下降趋势，一定程度上说明河北省整个生态环境系统的供给能力在持续下降，对河北省经济、社会、生态、资源和谐发展的制约作用日益明显。2003—2008年间人均生态承载力呈上升趋势，随着人们生活水平的提高，人们对生态产品的需求也随之增加，同样促使整个生态系统供给能力的增强。

表1 河北省1999-2008年生态足迹计算结果

2.3 人均生态赤字的动态变化分析

从表1可以看出，1999—2006年河北省的人均生态赤字呈明显的上升趋势，从1999年的0.220 5 hm2增加至2006年的0.450 2 hm2，8 a间共增加了0.229 7 hm2，增幅104.20%，人均生态赤字的增长说

明河北省社会经济发展所消耗的资源已超过自身所能提供的水平，通过河北省生态系统外物质和能量来满足自身经济社会的发展。而2007—2008年河北省人均生态赤字稍有回落，表明河北省正朝着降低生态赤字，提高生态承载力的方向进行，努力维护生态和保护环境。

3 河北省土地利用总体规划(2006-2020年)规划目标的生态效用预测

3.1生态足迹的预测方法

对本轮河北省土地利用总体规划2006—2020年的2020年远期规划目标进行预测分析评价，其预测基本运用统计分析软件SPSS回归分析预测模型及GM(1，1)预测模型，本文采用河北省1999—2008年生态足迹及生态承载力时间序列数据进行预测，直接引用数据或间接推算生态足迹预测值，主要预测方法及数据见表3。

表3 本轮规划近期(2010年)和目标年(2020年)河北省生态足迹计算预测方法

注：2010年实际人均生态足迹为0.880 5 hm2，其预测值与实际值相差不大，为统一比较标准，2010年河北省人均生态足迹将使用预测值进行比较与分析。

3.2 生态效用预测评价

根据上述对人均生态足迹和人均生态承载力的预测，以及本轮土地利用总体规划土地利用结构调整确定的人均生态承载力。

(1) 由表4看出，规划近期目标年2010年人均生态足迹的预测值为0.902 0 hm2，人均生态承载力预测值为0.486 0 hm2，按照河北省本轮规划确定的近期年土地利用结构调整面积计算，2010年人均生态承载力将达到0.485 2 hm2，与人均生态足迹的预测值比较，规划预期的人均生态赤字为0.416 0 hm2。数据显示，预计在河北省本轮规划实施期间，人均生态承载力的实际发展将会比规划预期增加0.16%，人均生态赤字减少0.18%。

规划目标年2020年人均生态足迹的预测值为1.439 0 hm2，人均生态承载力预测值为0.726 0 hm2，按照河北省本轮规划确定的远期目标年的土地利用结构调整面积计算，2020年人均生态承载力将达到0.630 0 hm2，与人均生态足迹的预测值比较，规划预期的人均生态赤字为0.713 0 hm2。数据显示，预计在河北省本轮规划实施期末，人均生态承载力的实际发展将会比规划预期增加18.41%，人均生态赤字减少6.29%。

表4 本轮规划远期(2010年)、2020年预期生态成效与实际比较

(2) 本轮规划近期目标年与目标年的预计生态供给均可实现，土地利用结构调控指标的确定体现了规划的合理性与科学性，遏制了土地生态环境恶化的趋势。在河北省本轮规划的编制过程中，理性地承接河北省上轮规划中合理的土地用途管制和产业引导，降低对生态的需求，提高生态供给能力，科学地确定各类各业用地的面积、规模和位置。在不低于国家下达的调控指标下，严格保护耕地，稳定数量，提高质量，牧草地保持稳定，园林地面积适度扩大，生态足迹的供给将在一定程度上得到增加，从而促使生态环境向有利的方向发展。建设用地规模的增加，总体上会对生态环境产生一定的负面影响，在不显著地增加地区生态负荷的前提下，合理扩张建设用地，通过统筹城乡用地，集中建设和集聚发展，提高城乡建设集约用地水平。

4 结论与建议

4.1 结 论

本文采用改进的“国家公顷”生态足迹模型的分析方法，测算河北省1999—2008年人均生态足迹、人均承载力，并对其进行了动态分析。根据河北省本轮规划的土地利用结构调整面积进行了规划实施评价及预测性的评价。研究结论主要包括以下几点：

(1) 对河北省1999—2008年生态成效进行计算和分析得知，河北省10 a间人均生态足迹与人均生态承载力总体呈上升趋势，随着河北省人口消费足迹的不断增加，全面提高农用地集约利用水平，而对能源的消耗以及建设用地规模的扩张，说明工业化与城镇化水平逐渐提高，生活水平有所提高。1999—2002年河北省人均生态承载力呈现下降趋势，为了满足本区域的人口消费及需求向生态索取，使得河北省整个生态环境系统的供给能力在持续下降，制约着河北省经济、社会、生态、资源和谐发展。而随着人们生活水平的提高，人们对生态产品的需求也随之增加，2003—2008年间人均生态承载力呈上升趋势，促使整个生态系统供给能力的增强。

(2) 对河北省本轮规划的预期生态成效进行计算和分析，结果表明：规划确定的土地利用结构调控指标是科学合理的，本轮规划近期目标年与目标年的预计生态供给均可实现。在河北省本轮规划的编制过程中，在不低于国家下达的调控指标下，科学确定各类各业用地面积、规模和位置，严格保护耕地，稳定数量，合理扩张建设用地，降低对生态的需求、提高生态供给能力，遏制土地生态环境恶化的趋势，促使生态环境向有利的方向发展。

(3) 通过运用改进的(国家公顷)生态足迹模型，对传统的均衡因子、产量因子进行调整，缩小区域差异，使计算结果更符合河北省实际情况。

4.2 建 议

根据河北省各地土地利用特点和经济发展状况的区域差异性，探索差别化的土地利用空间调控政策，确定各区域的土地利用方向及调控措施，促使区域间合理、协调和快速发展；科技发展水平直接影响生态承载力，因地制宜地发展高效农业，增加农业科技投入，可有效提高农业劳动生产率和全省生物生产力，减少生态赤字；河北作为全国重要的粮油生产基地之一，从确保国家粮食安全的大局出发，要认真落实耕地“占一补一”制度，使耕地保持动态平衡。严格控制非农建设用地占用耕地规模，全面提高城乡建设集约节约用地水平；为提高生态环境质量，须加强风沙、水土流失、土地污染的治理，有效地控制在工程建设中出现植被破坏及人为的水土流失；在提高人们生活水平的基础上，更新人们的消费观念、转变人们的生活消费方式，引导人们的合理消费，建立资源节约型社会，提高资源利用率。

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ImplementationEvaluationoftheGeneralLandUsePlanningofHebeiProvinceBasedontheEcologicalFootprintModel

ZHENG Yan-ru1,2, ZHENG Yan-dong3, GE Jing-feng1,2, XU Chen-xi3

(1.CollegeofNaturalResourcesandEnvironment,HebeiNormalUniversity,Shijiazhuang050024,China; 2.HebeiEnvironmentalEvolutionandEcologicalConstructionLaboratory,Shijiazhuang050024,China; 3.HebeiLandConsolidationServiceCenter,Shijiazhuang050051,China)

This research purpose is to confirm whether the adjustment goal of land-use structure determined by Hebei general land use planning (2006—2020) is scientific and reasonable. According to the statistical data from 1999 to 2008, optimized model of ecological footprint was used to calculate and predict the ecological footprint per capita and the current ecological carrying capacity per capita of Hebei Province in 2010 and 2020.The prediction results were compared with the per capita ecological carrying capacity which was calculated by land use structure adjustment target of Hebei general land use planning (2006—2020).The data from 1999 to 2008 in Hebei Province showed that: (1) the per capita ecological footprint had totally increased 0.218 1 hm2and the growth rate reached up to 32.18%, the per capita ecological carrying capacity increased 0.019 8 hm2and the growth amplitude reached to 28.09 %, the per capita ecological deficit rose to a maximum of 0.450 hm2in 2006 and fell to 0.418 8 hm2in 2008, In short, the ecological deficit will be reducing and the ecological carrying capacity will be improving in Hebei Province in the future; (2) according to the forecast value and the planning phase to determine the value of the comparison, the per capita ecological carrying capacity development in 2010 will increase by 0.16% compared with the expected plan, the per capita ecological deficit decreased 0.18%, the per capita ecological carrying capacity of the actual development will increase 18.41% in 2020 compared to the expected planned, the per capita ecological deficit reduction is 6.29%, indicating that the current round of planning eco-expected supply can be realized. The implementation of Hebei general land use planning (2006—2020) will reduce the per capita ecological deficit what embodies science and rationality of land use structure adjustment target. It presented the trend of the land ecological environment deterioration in some degree and promoted the ecological environment development to the favorable direction.

general land use planning; ecological footprint; Hebei Province

2014-01-22

：2014-03-22

国土资源部公益性行业科研专项项目“环渤海盐碱土地景观整治与植物修复技术集成”(201311060)

郑艳茹(1988—),女(满族),河北遵化人,硕士研究生,研究方向为资源评价与可持续利用。E-mail:zhengyanru126@126.com

葛京凤(1958—),女,河北乐亭人,教授,博士生导师,研究方向为资源评价与可持续利用研究。E-mail:gejingfeng@mail.hebtu.edu.cn

F301.23

：A

：1005-3409(2014)05-0230-06