焦作市人均三维生态足迹的动态分析

(河南理工大学 测绘与国土信息工程学院,河南 焦作 454000)

焦作市人均三维生态足迹的动态分析

黄艳丽,乔卫芳
(河南理工大学 测绘与国土信息工程学院,河南 焦作 454000)

基于三维生态足迹模型,以焦作市的统计数据为基础分别测算了2004年、2006年、2008年、2010年、2012年、2014年共6个年份的足迹广度、足迹深度和人均三维生态足迹。结果表明：焦作市2004—2014年的足迹广度、足迹深度和人均三维生态足迹均呈现先增大后减小的趋势。其中,耕地是人均生态足迹广度的主要构成部分,占比达到65%以上,说明耕地是焦作市流量资本的主要载体,其变化对人均生态足迹广度的变化起决定性的作用；足迹深度的主要组成是化石能源用地,占比达40%以上,表明焦作市经济发展中对存量资本的消耗主要以原煤、焦炭等矿物资源消费为主；人均三维生态足迹受足迹广度和足迹深度的共同影响,也受自然资源禀赋的影响,焦作市的足迹广度变化不大。因此,只有把握好转型后的关键时期,继续转变经济发展方式,提高资源的利用效率,减少足迹深度,才能降低人均三维生态足迹,提高焦作市的可持续发展能力。

生态足迹;可持续发展;足迹广度;足迹深度;三维模型;焦作市

可持续发展是当今社会永恒的主题。作为一种衡量区域可持续发展程度和生态安全的方法,生态足迹最早是由加拿大籍生态经济学家William Rees教授提出的[1]。任何一个已知人口区域的生态足迹可被定义为：在当前技术水平下生产这个区域所消费的资源和吸纳这个区域所产生的废弃物所需要的生物生产性面积[2,3]。生态足迹反映地区的资源消耗的数量和强度,是揭示人类持续生存的生态阈值的一种科学有效的方法[4,5]。但由于传统的生态足迹模型存在一些缺陷,三维生态足迹模型通过引入足迹广度和足迹深度两个指标[6-8],将生态足迹模型由原来的二维增加到三维,实现了对流量资本占用和存量资本消耗的分类表征[8,9],能更准确地反映区域的生态压力状态。

河南省焦作市是一个资源型工业城市,虽然已成功实现从资源枯竭型城市向旅游型城市的成功转型,但其工业比重依然较大,自然资源的过度利用对城市化的发展和生态环境的改善存在巨大挑战,经济发展与生态可持续矛盾突出,因此需要对其发展状况进行科学正确的评价。本文依据三维生态足迹模型,计算和分析了焦作市2004年、2006年、2008年、2010年、2012年、2014年足迹广度、足迹深度和人均三维生态足迹的变化,为解决该市经济快速发展和生态环境退化之间的矛盾提供借鉴。

1 研究区概况

焦作市地处河南省西北部,是晋陕蒙接壤地区的重要能源基地和晋煤南下东运的咽喉要道,地理坐标为34°49′03″—35°29′45″N、112°43′31″—113°38′35″E,总面积407lkm2。区内拥有丰富的自然资源,特别是矿产资源种类多,储量大,经过普查的矿产资源有40多种,占河南省已发现矿种的25%,开采条件好的矿产有煤、硫铁矿、水泥灰岩、化工灰岩等。由于矿产资源丰富,再加上国家宏观工业布局的影响,长期以来焦作市形成了以能源、化工、原材料等为主的重型化工业结构布局。截止2014年末,焦作市总人口为368.49万人,地区生产总值达到1846.32亿元,人均GDP为52477元,城镇化率达53.21%。经济高速发展意味着资源和能源的大量消耗,城市化水平和人民生活水平快速提高的同时人地矛盾愈加突出、生态环境不断恶化、社会经济发展与生态可持续矛盾日益严重。

2 研究方法

2.1 三维生态足迹模型

三维生态足迹模型[10-12]是在传统生态足迹模型已有指标(生态足迹、生态承载力和生态赤字)的基础上,分别引入了足迹广度和足迹深度。该模型把生态足迹当作一个圆柱体,足迹广度代表了圆柱体的底面,足迹深度代表了圆柱体的高,两者相乘即为三维生态足迹。三维生态足迹模型中的足迹广度取生态足迹和生物承载力中的较小值,表征人类对生物生产性土地的年际需求[13];足迹深度是人类对自然资本存量的消耗程度[6],表征人类对超过生物承载力部分资源的累计需求。因此,三维生态足迹模型既强调了土地资源在空间上的稀缺性,又关注了资源消费与资源再生在时间上的不同步性,在衡量可持续发展时比传统生态足迹模型更具有优势。针对区域尺度的三维生态足迹模型的计算公式[7]为:

EF3D,region=EFsize,region×EFdepth,region

式中,EFsize、region为区域的足迹广度;EFdepth、region为区域的足迹深度;EFi为第i地类的生态足迹;BCi为第i地类的生态承载力;EF3D、region为区域的三维生态足迹(hm2)。EFsize、region越大,表示区域发展的可持续性越强;EFdepth、region越大,被消耗的自然资本存量越多,发展越不可持续。

2.2 数据来源

计算生态足迹的数据主要来源于相关年份的《焦作市统计年鉴》,我们将各年份生物资源项目和能源消费项目转化为相应的生物生产性用地,各项生物资源的全球平均产量参考联合国粮农组织(FAO)的数据库[14]。均衡因子采用世界自然基金会(2004年)提出的土地等价因子[15]:可耕地2.19、森林1.48、牧草地0.48、水域0.36、建筑用地2.19、化石能源地1.49。产量因子是通过焦作市各类型土地生产力与世界平均生产力对比获得。

3 基于三维模型的人均生态足迹变化

3.1 生态足迹和生态承载力

2004—2014年焦作市人均生态足迹呈现先增长后降低的趋势,从2004年的4.1424hm2/人增长到2008年的5.2230hm2/人,年均增长率为6.52%,然后又下降到2014年的3.7379hm2/人,年均递减4.74%。与此相反,同期人均生态承载力呈现先缓慢下降后缓慢上升的趋势,从2004年的0.6406hm2/人缓慢下降到2012年的0.5915hm2/人,年均递减率为0.96%,然后又上升到2014年的0.6134hm2/人,年均递增1.85%。总体上,两者呈相反变化趋势(图1)。从人均生态足迹的构成来看,化石能源用地对人均生态足迹的趋势起到了决定性的作用,占历年人均生态足迹的70%左右。此外,经济的快速发展使人们的生活水平稳步提高,对草地、林地、水域和建筑用地的需求都稳步增加,这是导致人均生态足迹增长较为迅速的原因之一。2008年之后,工业发展不断降低单位GDP能耗使人均生态足迹开始回落,说明焦作市人均生态足迹增加的最大驱动力是以重工业为主导的产业结构。由于人均生态足迹对人类活动较为敏感,波动较大;而由于人均生态承载力更多地受自然资源禀赋的影响,波动相对较小。十年间,尽管人均生态足迹有一定程度的减少,人均生态承载力有一定程度的提高,但人均生态赤字依然较大,平均高达3.8241hm2/人。

图1 焦作市人均生态足迹和人均生态承载力的变化趋势

3.2 足迹广度

对生态赤字的国家或地区而言,人均足迹广度在一定程度上反映了可再生资源的丰裕度,因此可作为衡量该国家或区域可再生资源禀赋的重要指标。2004年、2006年、2008年、2010年、2012年、2014年焦作市人均生态足迹广度见表1。从表1和图2可见,2004—2014年焦作市人均生态足迹广度呈现先增长后降低的趋势,从2004年的0.3329hm2/人增长到2010年的0.3682hm2/人,然后下降到了2014年的0.3231hm2/人。从增长速度来看,2004—2006年焦作市人均生态足迹广度增长较缓慢,年平均增长率仅0.51%;2006—2010年人均生态足迹增长较为迅速,年平均增长率为2.37%;2010年之后,人均生态足迹广度开始下降,2010—2012年人均生态足迹广度的下降速度较慢,年平均减少率为1.06%;2012—2014年人均生态足迹广度下降较迅速,年平均减少率为2.59%。

表1 2004—2014年焦作市人均生态足迹广度(hm2/人)

图2 焦作市2004—2014年人均生态足迹广度构成及其变化

从人均生态足迹广度的构成来看,贡献最大的是耕地,在历年人均生态足迹广度中的占比在65%以上,其余依次是林地、水域、建筑用地、化石能源用地和草地,说明焦作市人均占用土地面积主要以耕地为主,即耕地是焦作市流量资本的主要载体。从时间序列上看,十年间耕地和林地变化不大,仅有较小幅度波动;草地、水域和建筑用地逐年增加,在人均生态足迹广度中的占比有所提高,表明草地、水域和建筑用地作为流量资本载体的地位有所增强;化石能源用地足迹逐年下降,特别是在2008年之后下降较明显,表明化石能源用地作为流量资本载体的地位在逐渐减弱,这与焦作市作为资源枯竭型城市的向旅游城市的成功转型在时间上是一致的。

3.3 足迹深度

区域足迹深度能反映一个国家或地区存量资本的消耗程度。对长期生态赤字的国家和地区而言,足迹深度还反映了存量资本累积负债对代际公平性的负面影响。2004—2014年,焦作市足迹深度经历了先增大后减少的发展变化(表2),由2004年的11.9467增加到2008年的14.0211,增长了17.36%；然后又下降到2014年的11.5270,降低了17.79%。十年来,焦作市足迹深度尽管有所下降,但仍然维持在一个较高的水平上(图3)。从足迹深度的构成可知,化石能源用地足迹深度占总足迹深度的40%以上,最高时达到55%,表明焦作市的矿物资源消费在存量资本消耗中占有较大的比例,即焦作市经济的快速发展主要依赖于原煤、焦炭等主要能源矿物资源的过度消耗。

表2 2004—2014年焦作市足迹深度

图3 焦作市2004—2014年足迹深度变化

3.4 焦作市人均三维生态足迹

2004—2014年焦作市人均三维生态足迹的计算结果见表3。从表3可见,十年间焦作市人均三维生态足迹经历了先升上后下降的变化趋势,从2004年的0.4911hm2增加到2008年的0.5506hm2,然后又下降到2014年的0.5022hm2;人均生态承载力总体呈现出降低的趋势,但中间也有一定的波动,从2004年的0.6406hm2降低到2014年的0.6134hm2,总体下降了4.24%;人均三维生态足迹与人均生态承载力较接近,仅有少量的生态盈余。从三维生态足迹的构成来看(图4),2004—2014年耕地足迹是焦作市三维生态足迹的重要组成部分,所占比例在60%以上;林地足迹在三维生态足迹中的比例在8%左右,最高可达10%;草地、水域和建筑用地足迹一致处于不断上升的趋势;化石能源用地足迹先升后降,与人均三维生态足迹保持一致的变化趋势。

表3 2004—2014年焦作市人均三维生态足迹(hm2/人)

图4 焦作市2004—2014人均三维生态足迹构成及其变化

4 讨论

土地是支撑人类社会经济活动的基本载体,也是维持可持续发展所必须的稀缺资源[16]。生态足迹模型通过产量因子和均衡因子将负载在不同地类上的自然资本供需状况转换为确切的土地资本数量,因此可作为评价区域可持续发展状态的有效工具。焦作市是资源型城市,前期工业的迅速发展主要依赖于原煤、焦炭等主要能源的消耗,依托能源优势发展了与之相关的产业,为焦作市GDP的增加做出了较大的贡献,但也因此导致人均生态足迹快速增加,远远超过了其人均生态承载力,生态赤字较大,区域可持续发展能力相对较弱。

三维生态足迹模型的提出为生态足迹改进研究提供了新的视角,它将自然资本类型划分为存量资本和流量资本,分别运用足迹深度和足迹广度两个指标来评估区域自然资本的利用状况,使流量资本和存量资本在各地类载体上的变化过程清晰可见,对揭示自然资本需求与地区的产业结构和工业化进程之间的内在关系有较好的帮助。从本文的分析可知,焦作市人均生态足迹和人均生态承载力相差较大,生态赤字较严重。因此,流量资本的占用主要受可再生资源禀赋的制约,而存量资本的消耗程度是区域可持续发展能力的一个标志,也是影响人均三维生态足迹变化的一个重要因素。由焦作市2008—2014年足迹广度和足迹深度的变化可知,足迹广度总体变化不大,草地和水域的足迹广度在逐年增加,化石能源用地的足迹广度和足迹深度则明显降低,表明焦作市化石能源用地作为流量资本载体的地位逐渐减弱,且在存量资本消耗中所占的比例也逐渐降低。即焦作市的社会经济发展过度依赖矿产能源等存量资本消耗的状况在逐渐改善,这与焦作市从“煤城”到“优秀旅游城市”的成功转型是分不开的。

从足迹广度、足迹深度和人均三维生态足迹的变化过程来看,焦作市足迹深度和人均三维生态足迹的变化在时间上具有较好的一致性。人均足迹广度与两者相比,显示出一定的滞后性,说明焦作市人均三维生态足迹的变化受足迹广度和足迹深度的共同影响,但足迹深度对人均三维生态足迹的影响大于足迹广度。由足迹深度的组成可知,足迹深度大于1的地类主要是耕地、草地和化石能源用地。特别是耕地足迹深度,尽管其足迹深度与化石能源用地足迹深度相比较低,但十年来一直呈增加趋势,且耕地在人均足迹广度中的占比较高,因此耕地足迹深度的不断增加对人均三维生态足迹的影响同样不能忽视。焦作市仍处于经济转型的关键时期,在社会经济发展与生态环境矛盾不断加剧的今天,要实现焦作的可持续发展,必须把握好转型后的关键时期,继续转变经济发展方式。工业上不断降低单位GDP能耗,提高资源的利用效率;农业上减少化肥和农药的使用,提高农业生态系统对区域环境的生态服务功能,同时倡导生态环保的消费模式,减少碳排放,将有助于降低足迹深度,从而提高焦作市的可持续发展能力。

5 结论

主要是:①焦作市2004—2014年人均生态足迹和人均生态承载力相差较大,生态赤字严重,总体呈现逆向变化趋势,人均生态足迹先增长后降低,由于受人类活动的影响较大,波动明显;人均生态承载力先下降后上升,更多地受制于自然资源禀赋,波动相对较小。②焦作市2004—2014年足迹广度和足迹深度均呈现先增长后降低的趋势。从人均足迹广度的构成来看,耕地是其主要组成部分,十年间变化不大;草地、水域和建筑用地逐年增加,在人均足迹广度中的占比有所提高;化石能源用地的足迹广度则逐年下降。从足迹深度的构成来看,化石能源用地的占比在40%以上,最高时达到55%。③2004—2014年焦作市人均三维生态足迹的大小与焦作市人均生态承载力比较接近,与足迹广度和足迹深度呈现同向变化趋势,经历了先升后降的变化过程,三者相比,足迹广度的变化稍显滞后。④人均三维生态足迹的变化受足迹广度和足迹深度的共同影响,焦作市的足迹广度由于受自然资源禀赋的影响变化不大。因此,要降低人均三维生态足迹,提高焦作市的可持续发展能力,需要从减小足迹深度入手,把握好经济转型后的关键时期,转变经济发展方式,提高资源利用效率。

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DynamicAnalysisofPerCapitaThree-dimensionalEcologicalFootprintinJiaozuoCity

HUANG Yan-li,QIAO Wei-fang
(School of Surveying and Land Information Engineering,Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454000,China)

Based on the three-dimensional ecological footprint model and method,the per capita three-dimensional ecological footprint of 6 years(2004,2006,2008,2010,2012,2014)in Jiaozuo City was calculated on the basis of the statistical data,and its dynamic changes was analyzed.The results showed that footprint size,footprint depth,and per capita 3D ecological footprint of Jiaozuo City during 2004 to 2014 increased first,and then decreased.The cultivated land was the main composition of per capita footprint size,accounted for more than 65%,indicating that the cultivated land was the main carrier of Jiaozuo capital flow,and its changes played a decisive role in the change of per capita ecological footprint size,and the main composition of footprint depth was fossil energy land,accounted for more than 40%,showed that the depletion of stocks in economic development mainly in coal,coke and other mineral resources consumption.3D ecological footprint per capita was influenced by footprint size and footprint depth.Due to the influence of natural resources,the footprint size of Jiaozuo had little change. Therefore,in order to improve the ability of sustainable development of Jiaozuo City,we should grasp the key period of transition,continue to change the mode of economic development,improve the resource utilization efficiency,reduce the footprint depth,in order to reduce 3D ecological footprint per capita.

ecological footprint;sustainable development;footprint size;footprint depth;3D model;Jiaozuo City

10.3969/j.issn.1005-8141.2017.02.006

X826

A

1005-8141(2017)02-0156-04

2016-12-12；

2017-01-17

国家社会科学基金项目(编号:11CJY050);河南省高等学校青年骨干教师资助计划项目(编号:2011GGJS-053)。

黄艳丽(1979-),女,河南省漯河人,硕士研究生,讲师,主要从事土地评价与规划的教学与研究工作。

乔卫芳(1980-),女,河南省尉氏人,硕士研究生,讲师,主要从事资源与环境方面的教学和研究工作。