舟山群岛新区生态足迹与可持续发展评价研究

朱兆红, 李莉, 童亿勤, 周艳丽, 赵春芳



舟山群岛新区生态足迹与可持续发展评价研究

朱兆红, 李莉, 童亿勤*, 周艳丽, 赵春芳

宁波大学地理与空间信息技术系, 浙江 315211

基于生态足迹理论和计算方法, 对舟山群岛新区1993—2012年的人均生态足迹、人均生态承载力和人均生态赤字进行计算分析, 并通过生态多样性指数和发展能力的计算, 对舟山群岛新区进行可持续发展评价研究。结果表明: (1)20年间, 舟山群岛新区的人均生态足迹不断增加, 处于生态赤字状态且不断波动, 作为海岛型城市, 其生态承载力和生态赤字的大小受当年水质优劣和消费结构的影响。(2)舟山群岛新区目前处于不可持续发展状态, 但生态足迹万元GDP不断减小, 说明其资源利用效率在不断提高。舟山群岛新区海岛城市背景特殊, 要通过水域环境的保护、改变能源消费方式等提高其生态承载力, 增强可持续发展能力。

生态足迹; 生态承载力; 生态赤字; 可持续发展; 舟山群岛新区

1 前言

随着社会不断发展, 人口和消费增长对自然资源的需求不断增加, 自然资源的可持续利用, 对人类社会发展至关重要。为了清晰表达社会消费和生物承载力之间的关系, 分析地区发展是否处于可持续状态, 加拿大生态学家William Rees[1]和Wacker­nagel[2]于20世纪90年代初提出生态足迹(Ecological Footprint, EF)的概念。William Rees曾将其比喻为“一只负载着人类与人类所创造的城市、工厂……的巨脚踏在地球上留下的脚印”[3]。生态足迹是指能够持续地提供资源或消纳废物的、具有生物生产力的地域空间, 它从具体的生物物理量角度研究自然资本消费的空间[4]。很多学者利用生态足迹方法对不同地区做了相关研究。

在国外, Wackernagel等对加拿大温哥华生态足迹总量进行了计算与分析[5], Muniz和Galindo研究了西班牙巴塞罗纳[6]的生态足迹, Chambers和Lewis以英国Anglian Water Services 1998—1999年运营情况为例子, 介绍了生态足迹方法在企业评价中的使用[7]。在国内, 生态足迹概念最早由张志强、徐中民引入, 至2000 年已有相关研究成果[8-9]。随着研究深入, 生态足迹的空间研究范围从大尺度地区向小尺度区域不断扩展。目前, 对生态足迹的研究从静态转向静态和动态两个方面, 并且多利用时间序列来记录各个指标的数值变化, 计算分析区域的可持续发展程度。例如侯梁宇等研究了江苏省的可持续发展[10], 张艳鸿对平凉市的生态足迹进行了研究[11], 郭晓娜等对陕西省进行可持续发展动态评估[12], 孙元敏等研究了湄洲岛旅游可持续发展的生态足迹[13]。就目前而言, 生态足迹方法与GDP等经济指标、多样性指数等的结合拓展了我国生态足迹研究理论深度和应用领域。但以国家级新区为空间研究尺度, 采用长时间序列的生态足迹核算和相关动态研究尚不多见。舟山群岛作为全国唯一的群岛型国家级新区, 海洋资源丰富, 淡水资源稀缺, 陆地面积较少, 产业结构单一, 在经济快速发展过程中生态环境面临诸多问题。因此, 本文基于生态足迹理论和研究方法, 对舟山群岛新区(舟山市)1993—2012年的人均生态足迹和生态承载力进行计算与分析, 并结合多样性指数和发展指数, 研究舟山群岛新区的可持续发展状态, 为其科学发展与管理提供理论参考与指导。

2 研究地与研究方法

2.1 研究区概况

舟山群岛是中国沿海岛屿数量最多、陆域面积最大的群岛, 素有中国最大群岛之称。位于浙江省北部东海海域, 北接长江口外缘海域, 西连杭州湾, 南界韭山列岛。海岛数量1814个, 海岛陆域面积1299平方千米, 总面积2.22万平方千米。主要岛屿有舟山岛、泗礁山岛和普陀岛等, 其中舟山岛面积491平方千米, 是中国第四大海岛。以群岛建制设舟山市(地级)。2011年6月30日, 国务院批准设立浙江舟山群岛新区。

2.2 研究方法

2.2.1 生态足迹账户计算

生物资源生态足迹计算公式[14]:

其中,EF、C、X、β分别代表消费项目的生态足迹、消费总量、全球平均产量和类土地的均衡因子。

能源资源生态足迹计算公式[14]:

式中,EF、α、C、β、E分别代表能源的生态足迹、折算系数、消费量、对应土地的均衡因子、平均发热量。

2.2.2 生态承载力计算

生态承载力计算公式[14]:

式中,代表生态承载力,α、β、X分别代表类土地的均衡因子、产量因子和面积。

2.2.3 生态赤字(盈余)计算

生态赤字或生态盈余计算公式[14]:

=–(4)

其中,代表生态赤字,＜0为生态赤字,＞0为生态盈余。

3 数据来源与参数选取

3.1 数据来源

舟山群岛新区生态足迹账户的计算涉及到舟山人口数据、生物与能源资源消费量、全球平均产量及各类土地资源的面积等。人口数据、能源资源消费量与城镇居民各类生物资源的人均消费量来源于《舟山市统计年鉴》; 土地资源面积来源于《浙江省舟山市土地利用总体规划》和舟山市国土资源局网站; 全球平均生产力来源于联合国粮农组织(FAO)官方网站统计数据库。

3.2 参数选取

3.2.1 全球平均生产力

全球平均生产力是将各类资源的消费量转变成生态足迹的重要参数。本文从FAO官方网站获取各类生物资源的年世界平均产量, 各类能源的折算系数用全球单位土地面积化石燃料的平均发热量。但舟山市农业产品的品种较多, 与FAO的统计有所不同, 因此对数据做了相应的处理: ①FAO中缺少棉花的平均产量, 由籽棉的产量代替棉花的全球平均产量; ②“水果”不包括属于蔬菜当中的瓜类。

3.2.2 均衡因子与产量因子

为了使研究结果更加真实具有参考意义, 本文的均衡因子与产量因子均选自文献[15]中对中国均衡因子的计算结果和对舟山产量因子的计算结果(表1)。

4 结果与分析

4.1 2012年舟山市生态足迹和生态承载力计算

4.1.1 生物资源足迹账户

根据统计年鉴中的相关数据及说明, 在计算过程中共选取13项生物资源。其中, 耕地类生物资源包括粮食、蔬菜、瓜果、食用植物油、酒类、鲜蛋及制品、家禽及制品和猪肉8项; 林地类生物资源包括水果、茶叶2项; 牧草地类包括牛羊肉、牛奶2项; 水域类生物资源选择水产品1项。由于在《舟山市统计年鉴》中仅有城镇居民的生物资源消费总量, 没有农村居民的消费量, 故本文根据城镇与农村居民在食品方面的消费比例来估算农村居民的各项消费量; 同时分别用两类居民的消费量乘对应人口数所得到的和来表示舟山市各类生物资源的消费总量。利用式(1)得到舟山市各类生物资源足迹账户(表2)。

表2显示: 在消费总量上, 舟山市生物资源消费中蔬菜最多, 为82315吨; 粮食、水果、水产品、瓜果和牛奶分别以52050吨、32545吨、28930吨、13700吨和12372吨的消费量位居第二、三、四、五、六位; 在肉类消费量上, 舟山市居民以猪肉和家禽及制品为主, 两者消费量分别为11226吨和5046吨; 而舟山市居民对茶叶和牛羊肉品的消费比较少。从生态足迹角度看, 水域的人均生态足迹最大为0.585公顷, 其次为耕地、牧草地、林地, 分别为0.099公顷、0.026公顷、0.004公顷。

表1 六类土地的均衡因子和产量因子

表2 舟山市2012年生物资源足迹账户

4.1.2 能源资源足迹账户

根据2012年《舟山市统计年鉴》中的10类能源消费项目, 在求出舟山市各类能源消费项目人均生态足迹基础上, 按照六类土地的定义将热力和电力的生态足迹归为建设用地, 其余项生态足迹归为化石能源地。利用公式(2)得到舟山市能源足迹账户(表3)。从表3可知: 舟山市2012年的消费量以煤最多, 煤油的消费量最少。将各个类别的能源与相应的土地类型对应, 计算得出建设用地和化石能源地的人均生态足迹分别为0.003公顷和2.559公顷。其中, 煤、燃料油的人均生态足迹较大, 分别为0.868公顷和1.170公顷; 而热力、焦炭、煤油的人均足迹未达0.01公顷; 天然气的人均足迹仅在0.01公顷左右。表明舟山的能源消费以煤与燃料油为主, 污染严重。

4.1.3 生态承载力和生态赤字

WWF发布的《Living Planet Repot 2012》中将化石能源地定义为“用于吸收化石能源燃烧排放的温室气体的森林”。但由于《舟山市统计年鉴》中没有划分化石能源地, 并考虑到舟山市群岛城市的特殊背景, 水域面积广大, 相比舟山的水域面积, 用于吸收化石能源燃烧排放的温室气体的森林面积十分狭少, 故在计算中将化石能源地的面积和生态承载力记为0。耕地、牧草地用实际可用面积, 林地用森林面积, 建设用地是城镇工矿、道路交通以及水利设施用地面积加和计算所得。由于舟山海洋水产品消费居多, 大部分来源于非污染的海洋水域而非淡水海域, 所以水域面积是通过水质分类标准所得。按照海域的使用功能和保护目标, 根据水质分类标准, 即可得出只有第一类海洋渔业水域和第二类适用于水产养殖区的水域适合渔业生产。故本文在《舟山市统计年鉴》中查阅舟山市海域面积和舟山近岸海域海洋生态环境, 通过一类海水与二类海水所占比例之和求出可供渔业生产的实际水域面积。利用公式(3)、(4)计算得出2012年舟山市人均生态承载力(表4)和舟山市人均生态赤字(图1)。

表3 舟山市2012年能源足迹账户

表4表明, 2012年舟山市水域面积最大, 占舟山市土地总面积的87.5%, 体现出舟山市作为群岛型城市的主要特征。5类土地中, 耕地、林地、建设用地分别占总面积的2.6%、5.6%、3.5%, 牧草地占比仅为0.8%。根据联合国和发展委员会所提出的扣除12%生物多样性保护面积, 舟山市实际人均生态承载力仅为1.01公顷, 其中水域的人均生态承载力为0.87公顷, 占86.1%。而剩余5类土地的人均生态承载力之和不及水域承载力的五分之一。

图1显示, 2012年舟山市人均生态足迹为1.617公顷, 生态承载力为1.010公顷, 生态赤字为0.607公顷, 前者为后者的1.6倍, 存在较为严重的生态赤字状态。林地、水域、建设用地呈生态盈余状态, 其中水域盈余为0.285公顷, 占足迹的17.6%; 耕地、牧草地、化石能源地呈生态赤字状态, 化石能源地赤字达0.901公顷, 占足迹的55.7%, 说明化石能源消费是导致舟山市产生生态赤字的主要原因。

表4 舟山市2012年生态承载力账户

图1 舟山市2012年人均生态赤字(盈余)

4.2 1993—2012年舟山市人均生态足迹和生态承载力计算

4.2.1 舟山市人均生态足迹动态变化

为反映舟山市近年来生态足迹的变化情况, 采用与2012年舟山市生态足迹和生态承载力计算相同的方法和步骤, 得出舟山市1993—2012年共计20年的每一年人均生态足迹和生态承载力。利用公式(1)、(2), 得出1993—2012年舟山市人均生态足迹(表5)。计算结果表明: 舟山市人均生态足迹从1993年的0.993公顷上升到2012年的1.617公顷, 翻了近一倍。耕地、建设用地、牧草地和林地的人均生态足迹虽有波动, 但总体变化不大; 化石能源地作为舟山市人均生态足迹的一大组成部分, 明显呈上升趋势, 1993—2012年间, 涨幅达到234%, 由于化石能源地的人均生态足迹比例较大, 使得合计与其增长趋势基本一致; 水域生态足迹呈先上升后下降趋势。2004年化石能源地的生态足迹达到1公顷左右, 比对2005年、2006年《舟山市统计年鉴》发现: 2004年的原煤使用量是2005年使用量的1.56倍, 其中大部分是电力、热力所需的原煤使用量大大增加, 从而导致化石能源地生态足迹的增加。

表5 舟山市1993年—2012年人均生态足迹 单位:(hm2·人-1)

4.2.2 舟山市人均生态足迹构成分析

为了查看舟山市六类土地人均足迹占有量在其人均生态足迹中的构成变化, 根据表5数据计算舟山市每类土地占有量在其人均生态足迹中每一年所占比重, 以分析舟山市人均生态足迹的构成变化(表6)。

据此可得: ①水域作为舟山市人均生态足迹的第一构成要素, 生态足迹在64.9%—32.9%之间起伏, 但总体呈下降趋势, 这主要与居民生活消费结构改变、水产品消费量减少有关。②化石能源地作为舟山市人均生态足迹的第二构成要素, 所占比重不断增加, 从1993年的27.1%逐渐上升到2012年的55.7%, 20年间占比翻了一倍多。③耕地、林地、建设用地所占比重较少, 耕地逐年下降, 林地相对稳定, 建设用地虽占比不多, 但比重一直在持续增加。

4.2.3 舟山市人均生态承载力动态特征

根据公式(3)计算出舟山市人均生态承载力(表7)。据表显示: 1993—2012期间, 林地、牧草地承载力变化不大, 分别在0.071公顷和0.003公顷波动; 耕地人均承载力在0.03公顷浮动, 但近年略有下降; 水域人均生态承载力波动较大, 从1993年的0.151公顷到2012年的0.870公顷, 总体呈上升趋势; 建设用地生态承载力增长较快, 由1993的0.017公顷上升到2012年的0.038公顷, 翻了一倍多。根据表格数据, 可看出每项土地类型人均承载力构成在20年期间所占比重的变化: 水域占绝大部分, 剩余五类土地所占比重较少; 考虑到舟山市特殊的地理位置, 抛开水域具体分析, 舟山市林地承载力所占百分比最多, 但从2001年开始呈下滑趋势; 耕地、牧草地和建设用地变化不明显, 占比少。

表6 舟山市1993年—2012年人均生态足迹构成变化 单位:%

表7 舟山市1993—2012年人均生态承载力 单位: (hm2·人-1)

4.2.4 舟山市人均生态赤字分析

利用公式(4)计算舟山市人均生态赤字(图2)。图2表明: 20年间舟山市一直处于生态赤字状态, 且不断波动。1993—1997年, 生态赤字逐渐减小; 1997—2004年, 生态赤字逐渐增加; 2004—2008年, 生态赤字减少; 2008—2010年, 生态赤字增加并达顶峰; 2010—2012年, 生态赤字减少。由于舟山市位于长江口的东海渔场, 绝大多数生态承载力由水域提供, 因此当年水质优劣决定了该年生态承载力大小, 如若当年第一、二类水质比重大, 则生态承载力大, 生态赤字小; 反之, 生态赤字大。通过表6、表7对比分析可得六类土地生态赤字(盈余)情况。林地、建设用地处于生态盈余状态, 其余土地均为生态赤字。化石能源地生态赤字增长最快, 说明化石能源的大量消耗是舟山市生态环境恶化的主要原因; 耕地、牧草地处于生态赤字状态, 因舟山市是群岛型城市, 耕地、牧草地面积较少, 在未来应保护好耕地和牧草地, 不能盲目开发建设而占用其面积。

图2 舟山市1993—2012年人均生态赤字变化

5 舟山市可持续发展评价

5.1 资源利用效率评价

万元GDP生态足迹由历年总生态足迹与当年GDP比值计算得出, 它能够反映当年资源利用效率的高低: 万元GDP生态足迹越高, 资源利用效率越低; 反之, 则资源利用效率越高。通过计算得出1993—2012年舟山市万元GDP生态足迹(图3)。图3表明: 舟山市万元GDP生态足迹由1993年的2.258公顷下降到2012年的0.183公顷; 1993—2002年, 万元GDP下降较快, 之后十年, 下降速度减缓;2002年, 舟山市资源利用效率进入瓶颈期; 到2004年, 舟山市资源利用效率有了新突破, 使万元GDP生态足迹呈平稳下滑趋势。表明研究期间, 舟山市资源利用效率总体呈上升趋势, 其主要原因在于科技的进步、环保意识的加强。

5.2 生态足迹多样性指数评价

生态足迹多样性指数指在一个规定的区域内, 各种生产消费资料的土地类型的均衡程度, 即生态足迹多样性指数越大的地区, 消费结构越合理。生态足迹多样性指数计算公式如下[16]:

其中代表生态足迹的多样性指数,P代表土地的生态足迹占总足迹的值。

根据公式计算得到舟山市生态足迹多样性指数(图4)。根据计算结果把消费结构合理性划分成3等级, 即0.92＜＜0.96代表消费结构极不合理, 0.96＜＜1代表消费结构不合理, 1＜＜1.04代表消费结构合理。据图显示: 舟山市生态足迹多样性指数波动较大, 但总体没有突破1.04; 1994年和2004年多样性指数最低, 2000年多样性指数最高, 其余年份在0.92—1.04之间波动, 说明舟山市消费结构不合理, 其与舟山市是一个海岛城市特殊背景有关: 舟山市水域面积生态足迹比例大, 渔业资源丰富, 渔业消费量较大。具体分析几个突出年份, 从表1得出, 1994年舟山市水域生态足迹从1993年的0.59公顷变为0.80公顷, 上升0.21公顷, 多样性指数下滑明显。如除去水域则舟山市生态足迹多样性指数更低, 因除水域外, 化石能源地占很大比重, 甚至在2004年之后, 其生态足迹超过水域, 这说明舟山市消费结构不合理的主要原因不是水域而是化石能源消费不合理。

图3 舟山市1993—2012年万元GDP生态足迹

图4 舟山市1993—2012年生态足迹多样性指数

5.3 发展能力指数评价

发展能力是生态足迹乘以生态足迹多样性指数得到的。按照Ulanowicz的方法, 发展能力指数C的计算公式为[17]:

其中为发展能力,为国家或地区的人均生态足迹,为生态足迹多样性指数, 利用(5)、(6)计算出1993—2012 年舟山市发展能力指数(图5)。据图可知: ①生态经济发展能力与多样性指数、人均生态足迹之间存在正相关关系。人均GDP越大, 发展能力越强。舟山人均GDP从1993年的0.44万元变为2012年的1.62万元, 发展能力指数从1.00变为1.55。②万元GDP足迹和发展能力成负相关关系。万元GDP足迹越大, 发展能力越弱, 反之亦然。万元GDP足迹代表资源利用效率, 说明提高舟山市的发展能力, 不仅要提高当地的生产总值, 还要提高当地的资源利用效率, 这样才能促进舟山市又好又快发展, 促进可持续发展能力。

6 讨论

1993—2012年间, 舟山市人均生态足迹不断增加, 从1993年的0.993公顷上升到2012年的1.617公顷, 其中化石能源地的增长最为显著, 说明舟山市对能源资源的消耗不断增加; 舟山市人均生态承载力呈增加状态, 从1993年的0.273公顷增加到2012年的1.010公顷, 但波动较大; 舟山市人均生态一直处于赤字状态, 且不断变化起伏, 尤其是化石能源地生态赤字增加迅速。通过资源利用效率、消费结构和发展能力的分析, 表明舟山市处于不可持续发展状态。由此得出以下几点讨论:

图5 舟山市1993—2012年发展能力指数

(1)舟山市人均生态足迹上升, 并处于生态赤字状态, 与舟山群岛近岸海域生态环境有关。群岛地貌, 缺少化石能源, 燃料单一, 尤以煤炭为主要消费能源; 岛屿多, 林地、草地面积少, 缺乏吸纳废物的土地; 说明舟山市化石能源消费结构不合理, 并缺乏用于吸收化石能源燃烧排放温室气体的森林和草地。海岛城市背景导致舟山市消费结构的不合理性是客观存在的, 海洋水域面积广阔, 海洋渔业发达, 渔业产品消费占主要地位。

(2)水域和建设用地增长明显, 说明舟山市近年来经济发展迅速, 尤其是渔业发展导致水域养殖面积的不断扩大, 工业发展、城市化进程加快导致舟山市建设用地面积增加。1993—2012年舟山市万元GDP生态足迹逐年下降, 舟山市资源利用效率逐渐提高。通过分析可知, 经济效应是促进舟山市生态足迹上升的主要动力, 人口效应对生态足迹的动力作用影响小, 技术效应对生态足迹起抑制作用, 但抑制作用近年来有所缓和。

(3)根据舟山市实际存在的问题, 今后要转变能源消费方式, 提高能源利用效率; 保护牧草地、林地、湿地面积, 提高生态产出量; 重视水域环境的保护, 加强水域监管体系, 对出现的大面积污染要及时采取有效措施; 利用优越的地理条件, 开发高新技术, 调整产业与技术结构, 建立资源节约和环境友好型循环经济, 逐渐提高可持续发展能力。

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Study on ecological footprint and sustainable development in Zhoushan Archipelago New District

ZHU Zhaohong, LI Li, TONG Yiqin*, ZHOU Yanli, ZHAO Chunfang

Department of Geography and Spatial Information Technology, Ningbo University, Zhejiang 315211, China

Based on the theory and calculation method of ecological footprint, the per capita ecological footprint, per capita ecological carrying capacity and per capita ecological deficit of Zhoushan Archipelago New District between 1993 and 2012 were calculated and analyzed, and the ecological diversity index and development capacity were also calculated to analyze the sustainable development.The results are as follows. (1) The per capita ecological footprint of Zhoushan Archipelago was increasing, and it was in the form of ecological deficit and fluctuating. As an island city, the ecological carrying capacity and ecological deficit were affected by the water quality and consumption structure of the year. (2) Zhoushan Archipelago New District was in a state of unsustainable development, but the ecological footprint of GDP was decreasing, which indicated that the efficiency of resource utilization was increasing.Zhoushan Islands had a very special background of Island city, so it was better to improve the ecological carrying capacity by enhancing the ability of sustainable development through the protection of water environment, and changing the way of energy consumption and other methods.

ecological footprint; ecological carrying capacity; ecological deficit; sustainable development; Zhoushan Archipelago New District

10.14108/j.cnki.1008-8873.2018.02.016

X22

A

1008-8873(2018)05-122-09

2017-06-08;

2017-07-22

浙江省社科规划重点课题(15JDHY01YB); 浙江省社科规划重点课题(14JDHY01Z); 浙江省科技厅研究课题(2016C33021)

朱兆红(1993—), 女, 山东省泰安市人, 硕士研究生, 研究方向为区域经济与城乡发展, E-mail:zhulin327518@163.com

通信作者:童亿勤(1962—), 男, 浙江省宁波市人, 高级实验师, 硕士生导师, 主要从事资源环境与可持续发展的教育与研究工作, E-mail:tongyqnb@163.com

朱兆红, 李莉, 童亿勤, 等. 舟山群岛新区生态足迹与可持续发展评价研究[J]. 生态科学, 2018, 37(5): 122-130.

ZHU Zhaohong, LI Li, TONG Yiqin, et al. Study on ecological footprint and sustainable development in Zhoushan Archipelago New District[J]. Ecological Science, 2018, 37(5): 122-130.