基于生态足迹的成都市可持续发展研究

张鹏飞, 李红, 李萍

基于生态足迹的成都市可持续发展研究

张鹏飞, 李红, 李萍*

西南交通大学生命科学院与工程学院, 成都 610031

近年来随着环境问题的不断恶化环境可持续发展面临严峻挑战, 而生态足迹方法作为一种区域可持续发展的定量度量方法, 在评价生态可持续发展和生态保护方面得到了广泛的应用。利用基于修正后的生态足迹模型并结合万元GDP生态赤字、生态协调系数, 分析成都市近8年来可持续发展状况。结果表明: 2008—2015年人均生态足迹呈现整体下降趋势, 年均减少3.64%; 人均生态承载力逐年下降, 年均减少2.29%; 人均生态盈亏一直处于亏损状态, 总体趋势向良好转变, 但本质上生态赤字却越发严重; 人均万元GDP生态足迹不断下降, 研究区资源利用率不断提高; 年均生态均衡系数为1.2415, 生态系统处于不稳定状态。成都市可持续发展形势十分严峻, 未来可通过提高生态承载力控制生态足迹, 从而提高可持续发展能力。

生态足迹; 生态承载力; 可持续发展; 成都市

0 引言

城市做为人类走向成熟和文明的标志, 是人类群居生活的高级形式。作为人类文明的重要组成部分, 预计将来世界城市化率将达到前所未有的85%[1]。高速的城市化增加了城市生态压力, 引发了城市大气污染、水资源短缺、垃圾污染等一系列问题[2], 由此引起的城市生态足迹、生态承载力问题引起了国内外诸多学者的探讨[3]。早在20世纪90年代初期加拿大生态学家William Rees[4]首次提出生态足迹(ecological footprint, EF)的概念, 该方法旨在通过衡量区域内人口为了满足自身需求所消耗的自然资本量来评估对生态系统的影响[5]。早在1999年我国学者徐中民、张志强首次使用生态足迹法的概念, 并完成了大量的研究[6-9]。此后, 周涛、王云鹏、龚健周等基于能值理论重点进行了生足迹方法参数调整、项目计算以及账户扩展方面的演变和修正[10]; 杨海平、温焜[11]基于长时间序列利用生态足迹方法对内蒙古2001—2014年区域资源可持续发展水平进行了研究; 黄海等[12]基于生态足迹模型的改进采用生态足迹方法探讨了土地生态安全评价问题, 提出了土地生态压力指数概念及计算方法。由于生态足迹模型具有科学直观、概念形象、可操作性强、适用范围广等优点, 现已在特定区域、农作物、资源等方面得到广泛的应用[13], 已成为衡量世界、国家、地区、城市、行业可持续发展的重要手段[14-18]。成都市作为四川省的经济、政治、文化和科教创新中心, 承担着将自身影响力辐射到其他相对落后地区、从而提升整体经济实力、缩小东西部差距等的重要职能。但近年来成都市生态环境不断恶化, 针对成都市的生态环境的研究也越来越多[19-20], 但基于成都市生态足迹改进模型的可持续发展研究鲜有报道。本研究在前人研究基础上结合区域综合发展能力模型、生态协调度模型等来评估成都市的可持续发展能力, 揭示出成都市可持续性发展的制约因素, 并从生态足迹的控制、生态承载力的增加双方面提出建议, 以期为政府部门制定区域发展政策提供理论依据。

1 研究方法与数据来源

1.1 区位研究

成都市位于四川省中部(图1), 四川盆地西部, 介于东经102°54′—04°53′和北纬30°05′—31°26′之间, 全市东西长192公里, 南北宽166公里, 包括19个区市县, 总面积12390平方公里, 其中耕地面积636万亩。2014年, 全市实现地区生产总值12170.2亿元, 居副省级市第四位。作为西部经济高速发展且拥有丰富历史和文化的特大中心城市, 成都市的生态安全已经成为我国生态安全的重要组成部分。

图1 成都市地理位置区位图

Figure 1 Geographic location map of Chengdu

1.2 数据来源

本文数据主要来源于2009—2016年《成都市统计年鉴》、《四川省统计年鉴》, 部分数据经过分析处理并在文中注明。成都市生态足迹的计算总体消费项目可分为生物资源和能源资源, 生物资源帐户由农产品、畜产品、林产品、水产品等17项组成, 在计算中使用的世界平均产量大多来自WWF的参考数据; 成都市能源资源帐户由天然气、电力、原煤、原油等6项组成。此外在计算消费量时, 因为复杂的贸易会使得数据发生很大的偏差, 所以生物资源账户内的各消费项目的消费量用相应项目产量近似代替[21]。

1.3 研究方法

1.3.1 生态足迹模型

生态足迹即所谓的“生态占用”, 指人类自身的活动与发展需要消费的自然资源和能源以及这些资源折算成产生并且处理此类资源的生态生产性土地面积以及水资源的总量。生态承载力定义为特定区域实际最大提供给人类各类生态生产性土地面积(包含水域面积)的总和。生态足迹模型就是对计算区域内人均生态足迹与人均生态承载力进行比较, 如果生态足迹需求大于生态承载力说明出现生态赤字, 表明生态系统无法充分提供生产生活所需的资源属于不可持续利用; 反之, 即生态系统可以充分提供生产生活所需的资源属于可持续利用。

生态足迹的计算模型[22]为(hm2·人-1):

生态承载力计算模型为(hm2·人-):

是标准生态承载力,A指的是实际生态生产性土地面积(hm2),y为产量因子,r为均衡因子。

1.3.2 区域综合发展力模型

万元GDP生态足迹模型, 即特定区域生态足迹与本地区总的生产总值的比值, 该指标越小说明资源利用程度越高, 反之利用程度则越低。计算公式为:

1.3.3 生态协调度模型

在对生态赤字进行比较研究时, 缺乏地区横向说服力, 而且相同的生态赤字对于经济状况不同的地区含义也存在差异, 为了更加有效的反映人均生态足迹以及地区资源之间的关系, 引入生态协调系数, 其取值范围为1≤≤1.414, 其中越接近于1表示其协调性越差, 越接近1.414表示生态需求和供给越趋于平衡。其计算公式为[23]:

2 结果与分析

2.1 生态足迹计算对比表

通过对2008—2015年成都市人均生态足迹、人均生态承载力、人均赤字、生态协调系数计算得出(表1)人均生态承载力与生态足迹对比表。其中生态承载力已经扣除12%作为保护生态多样性的面积。

表1 2008—2015 年人均生态承载力与生态足迹对比

通过表1对比可知, 近年来成都市各生物生产性土地生态足迹多样性指数处于较低水平, 6类生物生产性土地中耕地和化石能源用地的人均生态足迹最高, 年均分别为0.6702、0.2272 hm2·人-1; 耕地的人均生态承载力最高, 年均0.2661 hm2·人-1; 6类生物生产性土地中除了建筑用地存在生态盈余之外其余的均存在不同程度的生态赤字, 其中耕地和化石能源地最高, 年均分别为–0.4041、–0.2272 hm2·人-1; 总体而言近年来成都市生态足迹、生态承载力均呈现下降趋势, 生态亏损逐年减少; 由生态均衡系数表明6类生物生产性土地除了耕地可持续发展表现良好之外, 其余各类生物生产性土地供需不平衡状态表现明显, 而6类土地年均生态均衡系数1.2415, 说明整体成都市生态需求和供给处于不平衡状态。

2.2 人均生态足迹时间动态分析

由图2、表1可知, 2008—2015年人均生态足迹总体呈现下降趋势, 由1.1715下降至0.9040 hm2·人-1,年均减少率为3.64%, 且与耕地生态足迹变化有一定的相关性, 两者走势基本保持一致。各类生态土地中人均生态足迹比例为: 耕地>化石>牧草地>水域>林地>建筑用地。其中耕地生态足迹由0.7477下降至0.5641 hm2·人-1, 年均减少率为3.9%, 耕地年均占总生态足迹的比例达61.77%, 主要是由于成都平原气候适宜耕种导致耕地生态足迹较高, 此外将猪肉的生物性生产土地划归为耕地, 也是导致耕地生态足迹占比较高的另一原因。而2012年耕地生态足迹出现明显拐点, 主要原因就是由于猪肉市场价格走势低迷、肉类消费较少, 使得生猪产量急剧减少所致, 这也使得总体人均生态足迹出现一定下降; 化石能源用地生态足迹年均占总人均生态足迹21.96%, 其生态足迹近年来呈现下降趋势, 年均减少率达到4.1%, 主要原因是成都市大量减少煤炭的使用以及实行了严格的机动车出行限制措施。此外牧草地、水域、林地、建筑用地等土地类型生态足迹变化不大, 其年均生态足迹分别为: 0.0835、0.0574、0.0354、0.0109 hm2·人-1。对6类生态生产性用地中耕地、化石能源用地和牧草地占比最高, 达到了94.34%, 是人均生态足迹的主要贡献者。

2.3 人均生态承载力时间动态分析

由图3、表1可知, 2008—2015年成都市总人均生态承载力呈现出较为稳定且下降趋势, 由0.3374降至0.2870 hm2·人-1, 年均减少率为2.29%, 且总人均承载力变化趋势与耕地变化趋势保持一致。各类生态生产用地人均生态承载力占比为: 耕地>建筑用地>林地>草地>水域, 耕地生态承载力呈现逐年下降趋势, 由0.3323降至0.2589 hm2·人-1, 其年均减少率为3.65%, 占总生态承载力的84%; 建筑用地生态承载力呈现增加趋势, 由0.0425增至0.0537 hm2·人-1, 年均增加为3.34%, 占总生态承载力为14.8%, 而建筑用地承载力的增加意味着占用更多的耕地面积, 所以总生态承载力并没有出现好转反而越发严重。从生态承载力的贡献而言, 水域、草地、林地三类生态生产用地占比不足2%, 所以耕地和建筑用地成为主要贡献者。且耕地的Ds系数年均为1.409, 可以看出耕地资源基本供需平衡。

图2 2008—2015年成都市不同土地类型的人均生态足迹

Figure 2 Per capita ecological footprint on different land types in Chengdu 2008-2015

图3 2008—2015年成都市不同土地类型的人均承载力

Figure 3 Per capita ecological carrying capacity on different land types in Chengdu 2008-2015

2.4 生态盈亏动态分析

由图4、表1可知, 成都市2008—2015年生态盈亏一直处于亏损状态, 但总体趋势向良好转变。生态赤字量由0.8341减至0.6171 hm2·人-1, 年均减少率达到了4.21%。6类生物生产性土地中除了建筑用地一直处于生态盈余并有一定的增长外, 其余的一直处于赤字状态。建筑用地盈余由0.0297增至 0.0341 hm2·人-1, 年均增长率为2.00%。在其余生态生产性土地里草地年均生态赤字由0.5143减至0.3410 hm2·人-1, 年均减少5.6%, 占总生态赤字比例达到56.75%; 化石能源用地生态赤字由0.2254降至0.1675 hm2·人-1, 年均减少4.3%, 占总生态赤字比例达29.68%。其他3类生态生产性土地生态赤字变化幅度较小, 且占比不足10%, 相对而言对生态赤字影响不明显。而总体盈亏情况不断好转, 主要原因是在生态足迹的计算中基于农产品产量替代消费量而导致的并非是生态承载力提高所致。而且近年来人们的饮食结构变化, 第一营养级食品的消耗减少, 而禽肉、蛋类、奶类等第二、三营养级食品的消耗不断增加, 导致人均生态赤字变得越发严重。所以生态赤字的出现主要是由于高营养级食品消耗比重增加和化石能源消费增加造成的。而且牧草地Ds系数接近于1, 化石能源的Ds值等于1, 也体现出了牧草地和化石能源无法达到区域的供需平衡从而成为生态赤字最主要的贡献者。

图4 2008—2015年成都市人均生态足迹、人均生态承载力和人均生态盈亏

Figure 4 Per capita ecological footprint and per capita ecological carrying capacity of Chengdu in 2008-2015

2.5 成都市2008—2015年万元GDP人均生态足迹动态分析

由图5可知, 成都万元GDP人均生态足迹总体呈现下降趋势, 由0.3378降至0.1028 hm2·万元-1, 年均减少15.63%。而2012年之前变化趋势较快, 年均减少率达到了11.17%, 2012年之后变化趋势放缓, 年均减少率为5.02%, 主要是自2012年成都逐渐转向服务型城市之后经济增长放缓, 减少粗犷型资源利用企业所致。就总体而言, 降低趋势明显, 研究区的资源利用效率不断地提高。

3 讨论

综上所述, 通过对2008—2015年成都市人均生态足迹与承载力的研究可以看出, 成都市整体上处于生态亏损状态、该地区生态系统承受压力较大、生态均衡系数表明当前成都市发展处于不平衡状态, 主要发展模式主要是通过消耗本市自然资源存量和大量进口外部生物资源来弥补生态承载力的不足。四川大学人口研究所2012年研究结果表明, 四川省人均生态足迹为1.9437 hm2·人-1, 人均生态承载力为2.0554 hm2·人-1而成都2012年人均生态足迹为1.0227 hm2·人-1, 人均生态足迹为0.3192 hm2·人-1, 可以看出成都市生态承载力远低于全省生态承载力, 处于严重不可持续发展状态, 而生态足迹相对较低主要原因是由于消费数据由产量代替所致, 相对全省而言成都市存在严重的生态赤字。而成都市生态环境的恶化以及可持续发展的影响主要体现在本质上生态赤字的持续扩大, 为了减缓成都市生态环境的压力, 可从增加生态承载力以及控制生态足迹需求入手, 主要提出以下对:

(1)优化农业发展布局, 加快规模化种植、加强技术手段、激发农民积极性增加农产品产量;

(2)充分利用农作物秸秆, 普及秸秆畜牧养殖技术, 以增加畜牧产量;

(3)发展共享经济, 倡导绿色出行, 优化能源消费结构加大煤改气工程涵盖范围, 减少化石能源的使用;

(4)加大耕地保护力度, 减少不必要的商业开发; 限制主城区人口增长、增加市区辐射范围, 合理开发房产资源, 以维持生态承载力平衡;

(5)增加水域利用效益, 形成鱼类养殖与旅游相结合的发展模式; 发展规模化林业资源开发并结合郊县农家乐形成旅游、度假、运动等中低端消费的全新发展模式;

(6)着力于向高新技术产业发展, 大力发展生物质能源, 进行垃圾分类收集利用, 减轻城市发展带给自然环境的压力, 增大成都市的生态承载力, 使成都市走向可持续发展的道路。

4 建议

本文在生态足迹的计算中, 在借鉴其他学者的经验基础上, 基于修正后的生态足迹模型更加完善的对成都市区域可持续发展进行了定量研究, 并通过生态协调系数更加直观的反应了成都市生态需求和供给的平衡性, 方法简便, 容易操作, 弥补了以往生态赤字进行比较研究时, 缺乏地区横向说服力的不足。同时该方法还存在一定的不足: 如何获得更加准确的消费数据使得计算结果更加准确; 本研究将成都市作为整体进行研究讨论, 这使得研究结果产生一定的局限性。在今后的研究中应该结合整体研究再进行城乡分区域研究为以后的政策规划提供可靠地依据。通过研究发现, 建立合理的区域研究方法, 划分生态输入与生态输出区域并进行合理补偿, 进一步促进成都市城乡可持续模式的建立急需解决。

图5 成都市2008—2015万元GDP生态足迹

Figure 5 The ecological footprint per ten thousand yuan GDP of Chengdu in 2008-2015

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Analysis of sustainable development in Chengdu based on productive ecological footprint

ZHANG Pengfei, LI Hong, LI Ping*

School of Life Science and Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610010, China

In recent years, with the continuous worsening of environmental problems, the sustainable development of the environment is facing severe challenges. As a quantitative measure of regional sustainable development, the ecological footprint approach has been widely applied in the evaluation of ecological sustainable development and ecological protection. Based on the revised ecological footprint model and the ecological deficit of 10000 yuan GDP and the ecological coordination coefficient, the sustainable development of Chengdu in the past eight years was analyzed. The results showed that the overall ecological footprint per capita decreased with 3.64% annually during 2008 to 2015, and the per capita ecological carrying capacity decreased year by year, with an average annual decrease of 2.29%. The per capita ecological profit and loss was always at a loss and the overall trend was changed well, but in essence, the ecological deficit became more and more serious. The ecological footprint per 10000 yuan of GDP has been declining, and the resource utilization rate has been continuously raised in the study area. The annual average ecological balance coefficient was 1.2415, and the ecosystem was in an unstable state. The situation of sustainable development in Chengdu is very grim. In the future, the ecological footprint can be controlled by increasing the ecological carrying capacity to enhance the capacity of sustainable development.

Per capita ecological footprint; Per capita ecological carrying capacity; sustainable development; Chengdu city

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.05.014

X22; F062.2

A

1008-8873(2019)05-104-07

2017-09-30;

2018-09-18

甘土地利用与生态环境建设的协调研究—— 以四川省成都市为例; 四川省科技厅(2016ZR0257)

张鹏飞(1992—), 男, 甘肃定西人, 硕士, 主要从事土地学生态研究, E-mail: 1913405585@qq.com

李萍(1962—), 女, 博士, 教授, 主要从事生物学研究, E-mail:1339784723@qq.com

张鹏飞, 李红, 李萍, 等. 型基于生态足迹的成都市可持续发展研究[J]. 生态科学, 2019, 38(5): 104-110.

ZHANG Pengfei, LI Hong, LI Ping. Analysis of sustainable development in Chengdu based on productive ecological footprint[J]. Ecological Science, 2019, 38(5): 104-110.