生态足迹模型下的生态承载力研究——以郑州市为例

周智聪,陈 旭

(郑州黄河护理职业学院，河南 郑州 450066；新乡医学院，河南 新乡 453003)

一、引言

当前，国家对生态文明建设的重视上升到了前所未有的高度，深研区域发展对生态的消耗与生态所具有的承载力之间的关系，旨在指引地区转变发展方式，促进经济社会可持续发展。一个城市的良性发展包括城市社会经济的可持续发展和环境的协调发展，分析城市的生态足迹、生态承载力、可持续发展类型及经济发展对其的影响，对于该城市的良性发展有着至关重要的指导性意义。[1]

郑州市作为河南省省会、中原经济区核心及全国铁路交通枢纽，在城市化过程中，它的可持续性发展无疑会对国家的经济发展产生重要的影响。对于可持续发展的正确研究是指导郑州市建设成为生态文明城市的航标，加强对人居环境的可持续性发展的研究会不断的推动整个城市乃至周边地区的生态文明建设不断向前发展。可以说，这也是人们精神文明进步过程中对于环境的必然要求。

郑州市地处河南省中部偏北，东西宽166公里，南北长75公里，现辖七区六市一县，另设省级新区郑州新区，全市总面积7446.2平方公里，其中市区面积1010.3平方公里，水面面积约11.4平方公里。2015年全市常住人口956.9万人。高速发展的社会经济和日益增加的人口数量，以及不断扩张的城市化建设，都给郑州市的生态环境发展带来了不可承受的压力，总体看其影响大致呈现出从中心区向外围不断扩大的规律。最为突出的体现是城市化进程中，耕地被大量占用、人口的激增、工业的发展、环境污染的加剧等对于生态环境的承受带来了极为严重的负担。如果在经济社会发展的进程中，不同步考虑对于环境造成的伤害，使经济与环境协同发展，对于环境资源的改造和利用过度，将造成城市环境污染的不可逆，恶性循环下去对于子孙后代的繁衍生息将会造成深远的影响，这也是我们每个人不想看到的。

本文依据地理科学人地关系理论、区域分析与规划、可持续发展理念，运用生态足迹模型对郑州市2011—2015年生态承载力加以分析，提出郑州市在发展中存在的问题并提出相应的对策。

二、生态足迹模型简介

1992年，加拿大的William提出了生态足迹模型，作为权威的生态经济学家，他从生物学和物理学的角度对生态发展的可持续性进行了界定。这个模型把地区人们生产生活所需的“商品”数值转化为生产这些“商品”所需要的土地的面积(足迹)，然后与这个地区在生态可持续发展情况下生产这些“商品”所能够提供的土地面积进行对比、分析，最后界定这一地区生态发展的盈亏，进而指导地区发展。[2]一个地区的经济发展与环境、人口、资源等具有密切的关联，互为促进，同时又互为制约，如何“绿色”`地协调良性发展，需要每个学者深研。生态足迹模型的创立为真实地评估人们对当地生态环境造成的影响提供了“量”的参照，用以警示和修正发展方式。[3]

三、模型建立的原则

(1)统计地区人们消费的资源和随之产生的生产生活垃圾的数量值；

(2)消耗资源和消耗资源所产生的垃圾要可以运用生产面积来折算；

(3)需要统一土地的计算单位，不同地区的土地能用相同的单位来表示(转化为全球均衡面积)[4]；

(4)每一类土地只能用作一种用途，每一单位的均衡土地面积都与相应的生产力相对应[5]。

四、生态足迹模型计算过程

(一)生物生产面积均衡化处理

rk=dk/D(k=1,2,3,…,6)式中,rk代表的是均衡因子,dk代表的是全球第k类生物生产面积类型的平均生态生产力,D为各类生物生产面积的平均生态生产力。本次研究所采用的均衡因子有:耕地的面积、建设用地的面积(1.74),林地的面积、石油、煤炭等化石能源土地面积(1.41),草地的面积(0.44),水域的面积(0.35)。[6]

(二)人均生态足迹分量

Ai=Ci/Yi=(Pi+Ii-Ei)/(Yi*N)(i=1,2,3,…,m)式中，Ai是第i种消费项目所折算出来的每个人的生态足迹分量(hm2/人),Yi是生物生产使用土地时生产第i种消费项目的年(世界)平均产量(kg/hm2),Pi是第i种消费项目每年所生产的量,Ii是第i种消费项目每年所进口的数量,Ei是第i种消费项目每年所出口的数量,N是地区的人口数量。在计算中本文将粮食、蔬菜、棉花、植物油、烟叶等消费项目转化为耕地面积;将瓜果消费项目转化为林地面积;将猪肉、牛肉、羊肉、鲜蛋、奶类、绵羊毛消费项目转化为草地面积;将水产品消费项目转化为水域面积;将煤、焦炭、原油、柴油、燃料油和热力等能源消费项目转化为化石能源土地面积;将电力消费项目转化为建筑用地土地面积。[7]

(三)生态足迹

EF=N*ef=N*∑(α*ai)=

∑rjAi=∑(ci/pi)

(1)

式(1)中:EF是生态足迹的总体数量;N是指人口的数量;ef是指人们的平均生态足迹;α是均衡因子;ci是第i种商品每人消费的数量;ai是每个人第i种交易的商品所折算出来的生物生产的土地面积,i是所消费的商品以及所投入的形式;ri是均衡因子;Ai是第i种消费项目所能折算出来的每个人所占有的生物生产面积;pi是第i种消费商品所具有的平均生产能力。[7]

(四)生态能够承载的能力

EC=aj*rj*yj(j=1,2,3,…,6)，其中EC是每个人所能承载的生态能力(hm2/人),aj是每个人生物生产的土地面积,ri是均衡因子,yj是所产量的因子。为了保护生物的多样性,计算生态承载力的时候应该额外扣除12%的土地面积。本次研究采用的产量因子为:耕地、建设用地1.36,林地0.98,草地为1.87,水域为1.87,化石能源用地为0。[6-7]

(五)超出生态承载的值与生态保护方面具有的空间

一个地区能够提供的生物生产的土地面积是有限的,而生态足迹将人们的生活水平与这个地区生物生产面积进行有机的对比分析,进而根据对比出来的数值来判断这个地区人们生产生活所面临的实际情况。从对比数值可以看出,当该地区生态足迹的“所取”大于生态足迹的“供应”时,那么说明这个地区生态环境面临问题,已经超出了当地生态承载力(赤字),反之说明这个地区的生态环境较好(盈余)。[8]

五、生态足迹计算结果

(一)生物及能源资源消费项目生态足迹的计算

根据郑州市2011～2015年统计年鉴，整理出各种生物资源的生产量，根据粮农组织计算出的全球平均产量，得出每种生物资源的生态足迹(如表1)。

表1 2011-2015年郑州市生态足迹生物及能源资源账户

汇总表中数据可得出2011-2015年郑州市生物资源消费的生态足迹(如表2)：

表2 2011-2015年郑州市人均资源消费总量表

(二)能源资源消费项目的生态足迹计算

通过产量因子、均衡因子的调整计算得出郑州市2011-2015年耕地、林地、草地、水域和建筑用地五类用地的人均供给面积。鉴于化石能源的消费过程中，排放的废气并不全是由某地区全部承担，因此生态承载力计算中不考虑化石燃料用地生态供给。2011-2015年郑州市各类生态足迹供给情况计算(如表3)：

表3 2011-2015年郑州市生态承载力总量表

(三)生态赤字与盈余

将郑州市2011-2015年生态足迹供给与需求汇总，得到郑州市在连续五年内的生态赤字与盈余状况如表4：

表4 郑州市2011-2015年生态赤字与盈余状况汇总表

郑州市连续五年的生态足迹、生态承载力及生态赤字与盈亏状况趋势如图1：

图1 2011-2015郑州市生态足迹、生态承载能力以及生态盈亏的趋势图

六、结论和讨论

从上面的计算可以看出，2011-2015年郑州市总生态足迹在2.5-3.6hm2/人，总生态承载力在0.89-0.97hm2/人，结果显示五年中郑州市的生态承载力均呈现出赤字状态，赤字处于1.6-2.6hm2/人，可知郑州市人们生产生活产生的生态压力已经超过了区域生态所能承受的限值，这种状态是不可持续的。但是从趋势图中也不难看出五年内郑州市的总生态承载力处于动态的变化中，变化幅度较小。总的生态需求在2012年出现峰值，而后呈现下降趋势，笔者推测该种变化与当前人们对环境问题的重视程度不断提升关系密切。人们在对环境索取的过程中逐渐意识到环境自身的承受能力有限，不加节制的掠夺资源，最终危害的还会是人们自己的生活环境。

在生态赤字中化石燃料用地赤字最严重，赤字取值1.94-2.9hm2/人；其次为林地，呈现较轻微的赤字；耕地与建筑用地呈现轻微的盈余；草地和水域呈现较大的盈余。化石燃料用地和林地的赤字的出现有诸多的原因：

(1)郑州市城市化的发展所引发的对外围的扩张，造成一些林地甚至耕地的性质发生根本上的改变；

(2)工业、服务业等的持续发展，产业结构调整升级，人民消费观念的改变，城市化进程的步伐加速，作为我国的交通枢纽，郑州的交通发展变化速度飞快，并处于不断地完善与改革的步伐中，这正是对于环境压力最大的环节；

(3)人口基数大，流动人口量高，人们对于耐用消费品的需求量不断增大，特别是近几年来的私有汽车的大量增加，直接导致对于环境的需求量居高不下，环境的负担较重。

七、对策

2011-2015年郑州市的发展处于不可持续的状态，虽然生态需求与供给的矛盾有一定的缓解，但是要实现生态文明建设，实现人与自然和谐共生，就需要多层面、高角度、细致化地合作。针对当前郑州市的发展状况，笔者提出了以下有利于实现可持续发展的相关措施：

(1)全局规划，完善城市化理念，弥补发展中的不足。在郑州市的城市化扩张中，对于周边区域的协调应当作为首要的考虑要素，同时兼顾与环境各要素诸如耕地、林地、建设用地等之间的矛盾，减少发展中存在的种种弊端。

(2)发展区域经济，适应环境变化。郑州市下辖的七区六市县不论在自身的经济、区位、人文上，都有自己较为独特的一面，充分利用各个区域被自然环境赋予的资源，不失为实现可持续发展的一条良策。

(3)实现传统单向式经济向循环经济的转变。郑州市作为全国重要的交通枢纽、重要的商品货物集散地，对于城市群的交通设施及人民的消费观念有着较为特殊的要求。在社会消费品的需求上存在较大的不均衡性和不同程度的浪费现象，这是对环境资源的一种损耗，在某种层面上该种损耗可能是不逆转的。因此，由单向的倾销模式向循环的按需配置发展迫在眉睫。

(4)加大对环境的投入力度，不仅在宣传理念上，更要致力于单体带动全体，共同为生态安全的良性发展贡献力量。

(5)切实落实政府为主导、企业为先驱、人民为主体的结构，由点向面、由简单到复杂，从生态环境的每个要素入手，在减少资源消耗的同时，提高资源的利用率。